Способ гидролитического разложения целлюлозосодержащего сырья

/ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(46) 30.12.88. Бюл. В 48 (71) Вернер унд Пфлейдерер (РЕ)(56) Авторское свидетельство СССР У 1164262, кл. С 13 К 1/02, 1981.Нерв Е. Сгесп 1 едп Сошрга 8 оп оЕ гпе есопощдсв оГ асЫ апд епгутпагдс Ьуйго 1 уз 1 з оЕ пеызрг 1 пг, - "В 1 о 1 есйпо 1 ояу апй В 1 оеп 81 пеегп 8, ч. 11 1978, р.зеТеп 503-525. Я 01449013 А 3(54) СПОСОБ ПЩРОЛИТИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ(57) Изобретение относится к гидролизной промышленности и может бытьиспользовано для проведения процессов гидролитического разложения различных видов целлюлозосодержащегосырья. Цель изобретения - повышениевыхода и качества получаемого сахараСырье, предназначенное для гидролизной обработки, измельчается, пропитывается разбавленной серной кислотойили другим раствором кислоты с концентрацией 0,5 - 107, затем обезвоживается механическим путем до влажности 10 - 807 и вновь измельчается.1449013 В рыхлом виде сырье засыпается н камеру 2 предварительного нагрева реактора 1, где производится его нагрев до 100 С. После этого материал направляется в реактор 1. На первой стадии гидролиэа сырья в реакторе 1 при 175 С и давлении 0,9 МПа в течение 40 с .ребраэуется до 47 целлюо лозы. На второй стадии при 225 С и давлении 2,6 МПа за время 4,5 с степень превращения целлюлозы повышается от 4 до 307 и, наконец, на третьей стадии при 260 С и давлениио4,8 МПа при времени пребывания 1,3 с степень превращения повышается с 30 до 807. После третьей стадии гидролиэа в реакторе быстро снижают темпераИзобретение относится к гидролиэной промышленности и может быть использовано для проведения процессов гидролитического разложения различных видов целлюлозосодержащего сырья. 5Цель изобретения - повышение выхода и качества получаемого сахара.На фиг. 1 схематично изображено устройство для осуществления способа гидролитического разложения целлюлоэо содержащего сырья; на фиг. 2 - диаграмма режимов отдельных ступеней реакции; на фиг. 3 - экспериментальные зависимости селективности, степени преобразования целлюлозы и выхода сахара от времени реакции; на фиг,4 график зависимости селективности к сахару от степени преобразования целлюлозы; на Фиг. 5 - зависимость удельного паропотребления от числа гидролизных ступеней или паросборников.Устройство для гидролитического . разложения целлюлозосодержащего сырья содержит вогнутый реакционный сосуд 1, выполненный в виде реактора высокого давления. На внутренних стенках сосуда 1 имеется кислотоупорное теплопроводное вещество, например керамика. В сосуде 1 также предусмотрена тепло- изоляция (не изображена), Над реакци онным сосудом размещена камера 2 пред. варительного нагрева. Камера 2 соединена с реактором 1 при помощи впусктуру и давление путем расширения пара. Понижение температуры и давления в реакционном объеме реактора 1 осуществляют также в три стадии соответственно до 225 С и 2,6 МПа, до 175 С и 0,9 МПа и до 100 С и 0,1 МПа в течение 2,5 - 5 с. Одновременно со всех стадий отбирают пар, сохраняют его и используют на стадиях гидролиза, а пар, отбираемый с последней стадии понижения температуры и давления, используют на стадии нагрева измельченной массы сырья. Способ гидролитического разложения целлюлозосодержащего сырья обеспечивает возможность повыщения выхода и качества получаемогосахара. 5 ил. ного отверстия 3. Отверстие 3 может закрываться замыкающей частью перемещающегося клапана 4 (на фиг.1 в позицииоткрыто она показана пунктиром). Замыкающая часть клапана 4 со штоком 5 и гидравлическим или пневматическим исполнительным механизмом 6 образуют входной клапан 7. Вокруг штока 5 предусмотрены очищающие устройстна 8 для очистки его от остатков прилипшего обрабатываемого материала, которые приводятся в действие гидравлическим или пневматическим приводным устройством 9.В нижней части реакционного сосуда 1 имеется выходное отверстие 1 О, которое закрывается замыкающей частью клапана 11, (н положении "открыто" на фиг. показана пунктиром). Замыкающая часть 11 штоком 12 управления связана с гидравлическим или пневматическим исполнительным устройстном 13. Шток 12 управления проходит через ка" нал 14 для выгрузки продукта, присоединенный к выходному отверстию 10. Замыкающая часть 11, шток 12 управления и исполнительный механизм 13 вместе образуют выходной клапан 14В камере 2 предварительного нагрева сбоку имеется загрузочное отверстие 15, к которому примыкает горизонтальный канал 16 с толкателем 17, движущимся н горизонтальном направлении, 14490134В канап 16 врезается сверху воронкообразная нижняя часть 18 загрузочного бункера 19 для материала.В реакционном сосуде 1 ниже замы 5 кающей части 4 входного клапана 7 расположен кольцевой сопловой канал 20 с большим количеством нагнетательных паровых сопел 21. Кольцевой сопловой канал 20 соединен с выходным паровым отверстием 22 и выпускным паропроводом 23. От выпускного паропровода 23 идет трубопровод 24 через запорное устройство 25 к камере 2 предварительного нагрева, в то время как 15 с другой стороны выпускной паропровод 23 соединен с паросборниками 26 и 27. Паросборникам 26 и 27 принадлежат запорные устройства 28 и 29.Второй кольцевой сопловой канал 30 2 О находится в реакционном сосуде 1 выше замыкающей части 11 выходного клапана 14 и связан с входным отверстием 31 для пара и подающим паропрово" дом 32. Подающий паропровод 32 с од ной стороны через запорное устройство 33, 34 или 35 соединен с источником свежего пагч, не показанным на фиг.1, а с другой стороны - с паросборниками 26 и 27. 30Устройство работает следующим образом.Загрузочный бункер 19 заполняется уже пропитанным обезвоженным и размельченным материалом, содержащим цел 35 люлозу. Воронкообразная нижняя часть 18 и канал 16 действуют вместе как дозированная ванна, которая справа ограничивается толкателем 17, показанным на фиг. 1 в исходной позиции. При продольном движении толкателя 17 материал подается в камеру 2 предварительного нагрева, при этом входной клапан 7 закрыт. В конечном положении толка- тель 17 запирает загрузочное отверс тие 15. К плотности этого узла не предъявляются никакие особые требования.Теперь в камеру 2 предварительного нагрева при открытии запорного устройства 25 по трубопроводу 24 поступает пар из последней ступени расширения. Тепло конденсации отходящего пара передается материалу, который нагреваоется до 100 С. После этого открывает 55 ся входной клапан 7 и материал из камеры 2 предварительного нагрева в рыхлом виде попадает в реакционный сосуд 1 при закрытом выходном клапане 14. Благодаря работе очистительного устройства 8 удаляются остатки материала.При запирании входного клапана 7 уплотнительная поверхность может очищаться струей пара. Очистительные приспособления 8 и толкатель 17 таким образом возвращаются в исходноеположение и после этого готовы к повторению процесса загрузки.В реакционном сосуде начинается ступенчатый процесс гидролитического разложения целлюлозосодержащего сырья. В процессе гидролиза сырья пар из паросборников 26 и 27 подводится водну ступень за другой через подающий трубопровод 32, а свежий пар через открытое запорное устройство 33. Поступающий пар проходит через кольцевой сопловой канал 30 для того, чтобы материал, подвергаемый гидролизу,. находился в псевдоожиженном слое.После прохождения ступеней реактора при ступенчатом расширении пар отводится через верхний кольцевой сопловой канал 20 и трубопровод 23 в паросборники 26 и 27. Отработавший пар иэ последней ступени расширения через запорное устройство 25 подводится в камеру 2 предварительного нагрева. Следовательно, устройство опять готово к проведению нового цикла в ква о эинепрерывном режиме.Способ гидролитического разложения целлюлозосодержащего сырья осуществляется на данном устройстве сле.; дующим образом,Материал, предназначенный для гидролиэной обработки, например старая бумага, деревянные отбросы, солома и т.п сначала измельчается, потом пропитывается разбавленной серной кислотой или другим пригодным раствором кислоты с концентрацией от 0,5 до 107, затем механическим путем обезвоживается до влажности от 10 до 807 и далее измельчается вновь и в рыхлом виде засыпается в камеру 2 предварительного нагрева реактора 1, Здесь производится нагрев поступающего материала до 100 С при помощи отработавшего пара, прошедшего реакционные ступени, при его конденсации. После этого материал направляется в реактор 1.На первой стадии 1 гидролиза сырья в реакторе 1 при 175 С и давлеонии 0,9 МПа, в течение 40 с преобразуется до 47 целлюлозы. На следующейнт ор Ой 1. 151;1,1 1 1 111НИИу о 11111:с н р 15., ,. 111превращеия еепел .1 В "1,г4 до ЗО," и, акен 11, 11дии 11 Х В 1 а 1 "О ир,1 1нии 4,8 1111:1 р 1; 1 "1:1 и1 3 с ст.1.;11, г 1; 1,; "1 5 11, г:;,С 31 до 11),. 1 тГ 1 г 5 с 1 ", 1 г;ДаЛ 1 Сй 11 Г К 1, .: 1 тС:. 11, апринести ." , .,гся сахр,ют д г н 1 р 1 1-, т, ,1 1ПОСЛС тр :. ", Г,-11,г;путем Ва 1Пои,к 1,Н РЕНКЦО гществляюВЕт Ст Е 1 г,175 С и)Г 11 ра еобходимьн для на;11.11 а 1 ри переходе из сос;1111;1, Ь 5 состояние с и для дости, г 11; 1,анпсия н реакторе РЗ, равенгств; 11,р, которое оснобожда,оел. расширеия при переходетс я д В состояние с. Такимрр -.т, Второй паросборник,может:; ляг, перегреть й пар с параметг , лу -1111 гспе расширения 1.1 ИИ СоетонИЯ д На СОСТОЯ 1. к ги еетне, 1 е,х димам длясо.тояия 1. г. состояние Й.1:1,:гоходкый дя перехода от- 11 1 с с 1 и лля повышения давле,о 1 т-,пжен поступать от паро т 1Г О даНЛЕНИЕ дОЛжНО бЫтЬе 11 и, нар 1 ег 0 МПа, чтобы время ,1, .1 а т ур: Вя с до уровня д былоВ Т Е Ч Е 11111Н г С11 хр а нн отгидр ол и1следей тИ ДаВПЕ 1 Я,1 11,нагрена иБ 1 е ".,л 1, ,1НОНПЕЕ 10. 1" проц.е сния болк разом с 1 г2 с 0 С.о изменя г"Бла гСЫР 5 дан.пе днне 1 О, .1 из наро, регрет 1.ЧЕмй 1 Г г Г ,т,-;,перех ;, Ь н к . 11 ДЛ Я И .М 1пара т,;к" ., гвыходом д. Г., н "треблеиг, 1,г, ".-. 11ПаРОС г 1 ав каждаи 1бодном Выборе , г 1т 5;г 1 11НОМ СЛ +т 111и 11) 111 ЕПОСЛЕ Р тОЯНЦг.,11,; реак гое ) т,и, п. Оранеию с продолжи; 1 В ; Е .1 11 И .1,1 11,:,о 5 В й с последней расши. л 1 й та ш после изменения г. 111 я у оня Ъ до уровня а ис.уетсякамере 2 предварительагре-а для нагрева материала, ;1;ганого кислотой. После после:пьг на рена может начинать л,й си: реакционный процесс.1едует, что удельныйд пара 1, требуемый на последи . гали аГРЕВЯ, ПРИ УВЕЛИЧЕНИИстад, Нли паросборников и при,.111 Впа 1 эсти Вгодимого для об 11"ки, 1 роИгаого целлюлозосодеррго материала, снижается.,к сл дует из фиг. 3, зависимость11 х ц сбражинаемого сахара а, т.е.1 .о:1 Н.ста сахара, получаемого из об"р;бптынаемой целлюлозы, от временирсакии имес-т максимум, который с поием :емпературы становится выше1 хдлгн на период более коротремс 1; реагирования. На фиг.Зтрех г 1 ературных областей по.,111, гР ООтВЕтСтВУЮЩИЕ МаКСИМУМЫ;х. Стеиень превращения целлюлозы:1;ется о экспоненте от ОХ прил Во;1 Вр:пени гребывания до 1003дпител ом периоде пребывания, 11,дление сеективности Я к сбражи,1 ,1 у санру,. т,е. копичество сахагОС щЕЕСя К КОЛИЧЕСтВу Обраба-,-, ой це:люлозы, привело к постро 11 снеиости,. представленной наи ; отарой следует, что приСостагрее ф 7 14490 превращения селективность около 100% и что далее по мере увеличения степени превращения она быстро падает.При 225 С при степени превращения 07 селективноств. составляет 957. и при5 с О260 С - 907. и ее уменьшение с увеличением степени превращения происходит медленнее. Эти явления можно объяснить существованием конкурирующих ре акций при повьшенных температурах.На этих экспериментальных выводах базируется основная идея изобретения, которая заключается в том, что максимальный выход сахара может быть полу чен при тактовом изменении температурного режима. На основе опытных данных, представленных на фиг.3, можно сделать вывод о предпочтительном стадийном осуществлении способа, 20 как это показано на фиг, 2. Способ гидролитического разложения целлюлозосодержащего сырья обеспечивает возможность повышения выхода и качества получаемого сахара. 25 Формула изобретения Способ гидролитического разложения целлюлозосодержащего сырья, предусматривающий кислотную обработку З 0 измельченной массы сырья 0,5-103-ным 13 8раствором кислоты, обезвоживание ее и последующий гидролиз водяным паром в несколько стадий с повьппением давления и температуры в реакционном объеме на каждой стадии, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения выхода и качества получае 1мого сахара, измельченную массу сырья обезвоживают на 10-807., после обезо воживания нагревают до 100 С, число стадий гидролиэа прнимают равным трем, а повышение температуры и давления на каждой стадии осуществляютОсоответственно до 175 С давления 0,9 МЛа в течение 40 с, до 225 С, давления 2,6 МПа в течение 4,5 с, до 260 С, давления 4,8 МЛа в течениео1,3 с, при этом после третьей стадии гидролиэа осуществляют трехстадийное понижение температуры и давления в реакционном объеме соответственно до 225 С и 26 МПа, до 175 С и 09 МПа, до 100 С и 0,1 МПа в течение от 2,5 до 5 с, с одновременным отбором пара со всех стадий, сохранвнием его и использованием на стадиях гидролиэа, а пара, отбираемого на последней стадии понижения температуры и давления - на стадии нагрева измельченной массы сырья.1449013 Тф 225 Тф 175 4, 17 Ю Спцпени еидролиза1 2 Г В Ж О о/ г яз ю гс яюм юо гоозпо лю бремя реакции,с Фиг,дГ 3 1 5 б Кояицесщбо сеупеней идр Фиг.5а Составитель В.Кочергиннич Техред Л. Олийнык Корректор А.Обруча А.До акто Закаэ 6 308 Под та С4/5 о-полиграфическое предприятие, г. Уагород, ул, Проектная, 4 иэво тве ф К Т ИИПИ Гос по делам 5, Москв арственного комит эобретений и откр Ж, Раушская н аю доу46 Юулщ