Способ получения растворов моносахаридов из растительного сырья

) (И) 2 0 4 С 07 Н 3/О ОП САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 ъ5 Бюл. 9 1оизводственное гидроение "Гидролизпром"ев, В.Е.Кононов(088.8) коляционныисырья. - М.:1978. с. 230 И.И. П тельног енност сахараств тител(57) Изобретение ам, в частности ров моносахаридов ного сырья. С цел и качества МС при затрат на процесс проводят в против тносится к получению (МС) из ра ю повышени р хо окращении энергобработку сырьяоке сырья и разб. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(21) 3951445/ (22) 09.09.85 (46) 07.01.88 (71) Научно-пр лизное объеди (72) Н.В.Лебед и Б.И.Матусяк (53) 547.917. (56) Королько гидролиз раст Лесная промышл 231.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРОВ МО НОСАХАРИДОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ НЯО 4 (предпочтителен 0,57-ный раствор) гидролизата с переменным жидкостным модулем к исходному сырью и 4-зонным распределением температур, При этом гидролиз легкогидролизуемых полисахаридов сырья ведут гексозным гидролизатом при 115-140 С с жидкостным модулем 10, Гидролиз трудногидролизуемых полисахаридов ведут при 185- 195 С с жидкостным модулем 6. Отмывку сахара от лигнина ведут водой с0модулем 2 температурой 70-95 С. Выдачу гидролизата из гидролизаппарата ведут в инвертор без изменения температуры, а лигнин выгружают в виде пульпы без выделения паров. Процесс проводят в аппарате непрерывного действия с верхней подачей сырья при избыточном давлении, Способ обеспечивает уменьшение времени пребывания МС в реакционном пространстве, улучшаются выход и качество целевого про" дукта. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.Изобретение относится к гидролизной промышленности, а именно к способу получения растворов моносахаридов путем гидролиза растительногосырья разбавленными минеральными кислотами.Цель изобретения - повышение выхода и качества целевого продукта присокращении энергозатрат на процессза счет обработки сырья в непрерывномпротивотоке сырья и кислоты приконкретном зонном распределении тем"пературы и выдачи гидролизата безвскипания воды,П р и м е р. Измельченная древесина (100 кг в пересчете на .абсолютно Гсухое вещество). содержащая 20% легкогидролизуемых полисахаридов (ЛГП)и 407 трудногидролизуемых полисахаридов (ТГП) в сепараторе-пропарочнойкамере разогревается острым паромдо 130 С, из которого через шнек принудительного потопления сырья передается в колонный гидролизаппарат(г/а). В верхней части г/а сырье обрабатывается в противотоке смесью,состоящей из 635.7 кг гексозного гидролизата с содержанием 5,60% моносахаридов, 0,5% серной кислоты и .400 кг0,5% серной кислоты, нагретых до130 С. Обработка сырья ведется в те-.чение 90 мин, При этом 957. ЛГП переходит в раствор в виде моносахаридови олигосахаридов, образуя гидролизатв количестве 1056,5 кг с содержанием5,357. сахаров и 0,57 серной кислоты.Этот гидролизат без снижения темпеьратуры 130 С передается в инвертор,в котором выдерживается в течение60 мин для дополнительного гидролизаолигосахаридов до моносахаридов.Частично гидролизованная древесина (целлолигнин) в количестве 79,2 кгпередвигается в зону гидролиза ТГП,в которой также в противотоке обрабатывается 600 кг 0,5%-ной сернойкислотой при 190 С в течение 60 мин,При этом 807. ТГП переходит в растворв виде моносахаридов, образуя гидролиэат с содержанием 5,95% моно сахаридов и 0,5% серной кислоты с температурой 190 С в количестве 600 кг. Этотгидролиэат передается в зону гидролиза ЛГП. Снижение его температурыс 190 до 130 С производят добавкойсвежей 0,5 .-ной серной кислоты, подаваемой на границе зон в количестве400 кг с температурой 40 С. Из зоны гидролиза ТГП лигнин вколичестве 43,5 кг в противотоке фазпромывается 200 кг воды с температуорой 80 С. Промывная вода переходит взону гидролиза ТГП, в нижнюю частькоторой подается свежая кислота вколичестве 400 кг с содержанием0,757 серной кислоты с температурой 10 220 С.Эта кислота, смешиваясь с промывной водой, образует 600 кг кислотыс температурой 190 С и содержанием0,57 серной кислоты.1 г Лигнин в количестве 43 5 кг выгФоружается из г/а при температуре 80 Сбез выделения пара. Общий материаль"ный баланс по сухим веществам и водеприведен в табл, 1.20 Четыре температурные зоны устанавливают следующим образом. Первая зо-,на имеет температуру 117 С для подогрева и пропитки поступающего сырьяи для охлаждения выдаваемого гидро лизата; вторая зона имеет температуру0130 С для гидролиза легкогидролизуемой фракции полисахаридов; третья зона с температурой 190 С предназначена для гидролиэа ТГП и четвертая зо на с температурой 80 С для отмывкисахара и кислоты от лигнина, и снижения температуры выгружаемой лигнопульпы с целью исключения паровыхвыбросов.Установление заданных температурпо зонам достигается в первой зонеподачей исходного сырья в количестве1 т абсолютно сухого на 10 т выдаваемого гидролизата, которое, отни мая тепло от гидролизата, охлаждаетего перед выдачей из г/а до 117 С,во второй зоне введением четырех модулей свежей варочной 0,5%-ной кислоты (модуль М - количество в м 45 кислоты на 1 т абсолютно сухогоосырья) с температурой 40 С в нижнюючасть второй зоны, которая смешиваясь с гидролизатом, поступающим изтретьей зоны, снижает его температу ру до 130 С, при которои происходитгидролиз ЛГП сырья; в третьей зоневведением четырех модулей варочнойкислоты с концентрацией серной кислоты 0,757 и температурой 220 С в 55 нижнюю часть третьей зоны, которая,смешиваясь с поступающей из четвертойзоны промывной водой, обеспечиваетзаданную температуру для гидролиза0целлюлозы в зоне 190 С и концентрациюсерной кислоты 05%, в четвертойзоне введением двух модулей воды напромывку лигнинас температурой 80 С,при этом отмываются от лигнина обра 5зовавшиеся сахара и лигнин выгружается без вскипания жидкости.Общий модуль подачи промывной воды, варочной кислоты равен 10. Модульотбора гидролизата из г/а также равен 10,Г/а работает при постоянном избыточном давлении 1,7 МПа, которое позволяет создать в нем четырехзонноераспределение температуроптимальных 1 Бдля проведения гидролиза ЛГП и ТГПс минимальным разложением образующихся моносахаридов.На фиг, 1 изображена схема осуществления процесса на фиг. 2 - зависимость выхода РВ из опилок отгидромодуля.На схеме изображены бункер 1, шнековый дозатор 2, шламоотделитель 3,высоконапорный питатель 4, насос 5, 25бак 6 оборотной воды, сепаратор ипропарочная камера 7, бак оборотнойводы 8, высоконапорный насос 9,шнек 10 для принудительного потопления сырья, клапан 11 выдачи гидролиэата, г/а 12, клапан 13 выдачи лигнопульпы, инвертор 14, испаритель 15теплообменник-конденсатор 16, водогрейный котел 17, смеситель 18 жид".костных потоков. 35Определение выхода моносахаридовпроведено по следующей методике: реакции образования моносахаридов проходят во второй и третьей зонах, впервой зоне осуществляется прспитка 40загруженной древесины гидролизатом,в четвертой зоне проводится отмывкаот лигнина моносахаридов и сернойкислоты горячей водой. Расчет выходасахара во второй зоне проведен по 45уравнениюр,м 1Ар = А,(1 - е ) + Ап(1-е " )50где Ар - количество растворившихсягемицеллюлоз (ЛГП) А и Ап - количество 1 и 11 фракцийполисахаридов, гидролизую55щихся с разными скоростями,для хвойной дервесины равна 35 и 65% соответственно;где Е- выход сахара от исходногоцеллолигнина,- содержание целлюлозы в целлолигнине- стехиометрический коэффициент для пересчета целлюлозыВ глюкозу- константа скорости гидролиза1целлюлозы, - ; а,С - продолжительность гидролиэа,ч,"1 с - константа скорости распадаг1глюкозычо - коэффициент распределениясахара в реакционном пространстве;Р - коэффициент вытеснения сахараЧ - скорость перколяции, 1/ч;Я 8 ц - внутренний гидромодуль Я- количество неподвижной жидкостия - коэффициент массопередачи,1/ч.При противоточном непрерывном гидролизе коэффициент распределения сахара й всегда меньше 0,5, величина его уменьшается с увеличением глубины гидролиза и может быть вычислена по уравнению и-1 ии06 (и - 1)1 и и где и - величина, обратная остаточному количеству полисахаридов. 1 - константа скорости гидролиза целлюлозы для 0,5%-нойсерной кислоты, мин ; и г коэффициенты гидролизуемости 1 и 11 фракций ЛГП;С - время гидролиэа, мин.В соответствии с этим уравнением для гидролиза древесины 05%-ной серной кислоты требуемая продолжио тельность процесса при 130 С для растворения 95% ЛГП составляет около 90 мин.Расчет выхода сахара в третьей зоне проведен по уравнению- к,ыО4624 Формула 1. Способ получения растворов мо".носахаридов из растительного сырья путем обработки сырья разбавленной серной кислотой при избыточном давлении и повышенной температуре в аппарате непрерывного действия с верхней пода чей сырья, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения выхода и качества целевого продукта при сок" ращении энергозатрат на процесс, обработку сырья проводят в противотоке сырья и кислоты (гидролизата) с переменнык жидкостным модулем к исходному сырью и четырехзонным распределением температур, при этом гидролиз легкогидролизуемых полисахаридов сырья ведут гексозным гидролизатом при температуре 115-140 С с жидкостным модулем 10,гидролиз трудногидролизуемых полисахаридов ведут при температуре 185-195 С с жидкостным модулем 6, отмывку сахара от лигнина ведут водой с модулем 2 и температурой 70-95 С, выдачу гидролизата иэ гидролизаппарата ведут в инвертор без изменения температуры, а лигнин выгружают в виде пульпы без выделения паров. 2, Способ по п, 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что в качестве разбавленной серной кислоты используют ее 0,5%-ный раствор. Таблица 1 Расход Приход 100 кг абсолютно сухой древесины с содержанием 20 кг ЛГП 40 кг ТГПо400 кг 0,5%-ной серной кислоты с Т = 40 С 43,5 кг лигнина 5 136Время пребывания гидролизуемого сырья по зонам колонного гидролизаппарата: первая зона 10 мин, вторая зона 90 мин, третья зона 60 мин и четвертая эона 20 мин (общее время 3 ч). Расчеты показывают, что температура, концентрация варочной кислоты и принятое время пребывания гидролиэуембго материала в г/а 3 ч обеспечивают глубину гидролиза полисахаридов на 85%. Во второй зоне обеспечивается гидролиз легкогидроли-. зуемой фракции полисахаридов на 95% и в третьей зоне гидролиэ целлюлозы на 80%. Если принять в исходном абсолютно сухом сырье содержание ЛГП 20% и ТГП 40%, то общий выход моносахаридов составит 56,5% (20 х 1,11 х хО, 95) + (40. 1, 11 хО, 80), где 1, 11 стехиометрический коэффициент перевода полисахаридов в моносахариды.Таким образом, предлагаемый способ получения моносахаридов из растительного сырья обладает следующими преимуществами:-уменьшается время пребывания моносахаридов в реакционном пространстве, улучшается выход и качество целевого продукта, появляется возможность автоматизации процесса и улучшения условий труда.В табл. 2 приведены составы гидро- . лизатов по известному и предлагаемому способам при использовании березовой древесины. 400 кг 0,75%-ной серной кислоты сТ = 220 С 200 кг воды с Т = 80 С изобретения 1056,5 кг гидролизата, содержа"щего 56,5 кг сахара364624 Таблица 21м а+ а Способ Состав гидролиэат, ч/100 мл фурфу Оксиэтилрол фурфурол Декстрины Ионосахариды Формальдегид Органические кислоты Уксус- Иуравьнная ная елеучие 0,24 48 16,7 56,5 1 О Изиепьцениая ПОР Известный1Предлагаемый ипромопуль от"бора гипролизата Выход мо"носахаридов отабсолютносухой древесиныХ Бромируемыевещества 2,88 015 0,54 0,08 0,09 0,006 О 40 0,05 565 005 02 004 006 0005 067 004 О 15364624 О 17 1 г оГУдроиадуяьР. Г 7 Х оставитель Г.Конноваехред М.дидык едактор Н.Бобкова ректор А.Зимокосов аказ 6535/1 НИИПИ 13035,Производственно-полиграфическое предприятие,город, ул ктн Тираж 348 Государственного к делам изобретений и осква, Ж, Раушск Подписноемитета СССРоткрытийя наб., д, 4/5