Способ получения растворов моносахаридов из растительного сырья

 

Изобретение относиться к сахарам, в частности к получению растворов моносахаридов (МС) из растительного сырья. С целью повышения выхода и качества МС при сокращении энергозатрат на процесс обработку сырья проводят в противотоке сырья и разб. HjiSO (предпочтителен 0,5%-ньй раствор ) гидролизата с переменным жидкостным модулем к исходному сьфью 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. Отмьшку сахара от лигнина ведут водой с модулем 2 температурой 70-95 С. Вьщачу гидролизата из гидролизаппарата ведут в инвертор без изменения температуры , а лигнин выгружают в виде пульпы без вьщеления 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 продукта . 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ш 4 С 07 Н 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3951445/23-04 (22) 09.09.85 (46) 07.01,88. Бюл. N- 1 (71) Научно-производственное гидролизное объединение "Гидролизпром" (72) Н.В.Лебедев, В.Е.Кононов и Б.И.Матусяк (53) 547.917.07(088.8) (56) Корольков И.И. Перколяционный гидролиз растительного сырья. - M.:

Лесная промышленность, 1978. с. 230231. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРОВ МОНОСАХАРИДОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ (57) Изобретение относится к сахарам, в частности к получению растворов моносахаридов (МС) из раститель- . ного сырья. С целью повышения выхода и качества MC при сокращении энергозатрат на процесс обработку сырья проводят в противотоке сырья и разб.

„„SU„„! 364624 А 1

H S04 (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 185195 С с жидкостным модулем 6. Отмывку сахара от лигнина ведут водой с

0 модулем 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 продукта. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1364624

Изобретение относится к гидролизной промышленности, а именно к способу получения растворов моносахаридов путем гидролиза растительного сырья разбавленными минеральными кислотами.

Цель изобретения — повышение выхода и качества целевого продукта при сокращении энергозатрат на процесс за счет обработки сырья в непрерывном противотоке сырья и кислоты при конкретном зонном распределении тем" пературы и выдачи гидролизата без вскипания воды.

Пример. Измельченная древесина (100 кг в пересчете на .абсолютно Г сухое вещество). содержащая 207 легкогидролизуемых полисахаридов (ЛГП) и 407 трудногидролизуемых полисахаридов (ТГП) в сепараторе-пропарочной камере разогревается острым паром до 130 С, из которого через шнек принудительного потопления сырья передается в колонный гидролизаппарат (r/à). В верхней части r/а сырье обрабатывается в противотоке смесью, состоящей из 635.7 кг гексозного гидролизата с содержанием 5.60Х моносахаридов, 0,5Х серной кислоты и .400 кг

0,5Х серной кислоты, нагретых до

130 С. Обработка сырья ведется в те= чение 90 мин. При этом 957. ЛГП переходит в раствор в виде моносахаридов и олигосахаридов, образуя гидролизат в количестве 1056,5 кг с содержанием

5,357 сахаров и 0,57 серной кислоты.

Этот гидролизат без снижения темпеь ратуры 130 С передается в инвертор, в котором выдерживается в течение

60 мин для дополнительного гидролиза олигосахаридов до моносахаридов.

Частично гидролизованная древесина (целлолигнин) в количестве 79,2 Kl" передвигается в зону гидролиза ТГП, в которой также в противотоке обрабатывается 600 кг 0,5Х-ной серной кислотой при 190 С в течение 60 мин, При этом 807. ТГП переходит в раствор в виде моносахаридов, образуя гидролиэат с содержанием 5,957. моно сахаридов и 0 5Х серной кислоты с температурой 190 С в количестве 600 кг. Этот гидролиэат передается в зону гидролиза ЛГП. Снижение его температуры с 190 до 130 С производят добавкой свежей 0,57.-ной серной кислоты, подаваемой на границе зон в количестве

400 кг с температурой 40 С.

Из зоны гидролиза ТГП лигнин в количестве 43,5 кг в противотоке фаз промывается 200 кг воды с температуо рой 80 С. Промывная вода переходит в зону гидролиза ТГП, в нижнюю часть которой подается свежая кислота в количестве 400 кг с содержанием

0,75Х серной кислоты с температурой

1Р 220 С.

Эта кислота, смешиваясь с промывной водой, образует 600 кг кислоты с температурой 190 С и содержанием

0,57 серной кислоты.

1 Лигнин в количестве 43 5 кг выгЭ о ружается из r/а при температуре 80 С без выделения пара. Общий материаль" ный баланс по сухим веществам и воде приведен в табл. 1.

Четыре температурные зоны устанавливают следующим образом. Первая зо-, на имеет температуру 117 С для подогрева и пропитки поступающего сырья и для охлаждения выдаваемого гидро2ь лизата; вторая зона имеет температуру о

130 С для гидролиза легкогидролизуемой фракции полисахаридов; третья зона с температурой 190 С предназначена для гидролиэа ТГП и четвертая зо30 на с температурой 80 С для отмывки сахара и кислоты от лигнина, и снижения температуры выгружаемой лигнопульпы с целью исключения паровых выбросов.

Установление заданных температур по зонам достигается в первой зоне подачей исходного сырья в количестве

1 т абсолютно сухого на 10 т выдаваемого гидролизата, которое, отни40 мая тепло от гидролизата, охлаждает его перед выдачей из г/а до 117 С, во второй зоне введением четырех модулей свежей варочной 0,5Х-ной кислоты (модуль M — - количество в м

4 кислоты на 1 т абсолютно сухого о сырья) с температурой 40 С в нижнюю часть второй зоны, которая смешиваясь с гидролизатом, поступающим из третьей зоны, снижает его температу 0 ру до 130 С, при которои происходит гидролиз ЛГП сырья; в третьей зоне введением четырех модулей варочной кислоты с концентрацией серной кислоты 0,75Х и температурой 220 С в нижнюю часть третьей зоны, которая, смешиваясь с поступающей из четвертой зоны промывной водой, обеспечивает заданную температуру для гидролиза о целлюлозы в зоне 190 С и концентрацию

1364624 серной кислоты 0,5%., в четвертой зоне введением двух модулей воды на промывку лигнина с температурой 80 С, при этом отмываются от лигнина обра5 зовавшиеся сахара и лигнин выгружается без вскипания жидкости.

Общий модуль подачи промывной воды, варочной кислоты равен 10. Модуль отбора гидролизата из r/à также ра- 10 вен 10, Г/а работает при постоянном избыточном давлении 1,7 MIIa которое позволяет создать в нем четырехзонное распределение температур оптимальных 1Б для проведения гидролиза ЛГП и ТГП с минимальным разложением образующихся моносахаридов.

На фиг. 1 изображена схема осуществления процесса на фиг. 2 — за- 20 висимость выхода PB из опилок от гидромодуля.

На схеме изображены бункер 1, шнековый дозатор 2, шламоотделитель 3, высоконапорный питатель 4, насос 5, 25 бак 6 оборотной воды, сепаратор и пропарочная камера 7, бак оборотной воды 8, высоконапорный насос 9, шнек 10 для принудительного потопления сырья, клапан 11 выдачи гидроли- 30 эата, г/а 12, клапан 13 выдачи лигнопульпы, инвертор 14, испаритель 15» теплообменник-конденсатор 16, водогрейный котел 17, смеситель 18 жид костных потоков. 35

Определение выхода моносахаридов проведено по следующей методике: реакции образования моносахаридов проходят во второй и -третьей зонах, в первой зоне осуществляется прспитка 40 загруженной древесины гидролизатом, в четвертой зоне проводится отмывка от лигнина моносахаридов и серной кислоты горячей водой. Расчет выхода сахара во второй зоне проведен по 45 уравнению р,kt

Ар = А,(1 — е ) + Ап(1

-е " )

50 где Ар — количество растворившихся гемицеллюлоз (ЛГП), А» и А„ — количество I u II фракций полисахаридов, гидролизую-4 55 щихся с разными скоростями, для хвойной дервесины равна 35 и 65% соответственно; где Z — выход сахара от исходного целлолигнина, — содержание целлюлозы в целлолигнине; — стехиометрический коэффициент для пересчета целлюлозы

В глюкозу» — константа скорости гидролиза

I целлюлозы, — ; а, - продолжительность гидролиэа, ч,"

k — константа скорости распада

I глюкозы ч

» — коэффициент распределения сахара в реакционном пространстве;

P - коэффициент вытеснения саха. ра

V — - скорость перколяции, 1/ч;

g 8g — внутренний гидромодуль

Q „ „ — количество неподвижной жидкости

g — коэффициент массопередачи, i/÷.

При противоточном непрерывном гидролизе коэффициент распределения сахара и всегда меньше 0,5, величина его уменьшается с увеличением глубины гидролиза и может быть вычислена по уравнению и-1-1пп (6 (n — 1) ln u где n — - величина, обратная остаточному количеству полисахаридов.

k — - константа скорости гидролиза целлюлозы для 0.5%-ной сернои кислоты MHH (,и, — коэффициенты гидролизуемости I u II фракций ЛГП; — время гидролиэа, мин.

В соответствии с этим уравнением для гидролиза древесины 0,5%-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,ы0,„ рv

Z =а,„шц(1- е ) е

K»Q нв — юона

4624 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 пода1ð чей сырья, отличающийся тем, 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, отличающийся 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 ТГП о

400 кг 0,5%-ной серной кислоты с Т = 40 С

43,5 кг лигнина

5 136

Время 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 гидролиэуемого 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% ((20x1,11х х0,95) + (40 ° 1, 11x0,80)), 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 с

Т = 220 С

200 кг воды с Т = 80 С изобретения

1056,5 кг гидролизата, содержащего 56,5 кг сахара

1364624

;Таблица 21

-- — -- — «« -+.—

Способ

Состав гидролиэат, ч/100 мл

Фурфу- Оксиэтнлрол фурфурол

Декст рины

Ионосахариды

Формаль дегид

Органические кислоты

Уксус- Иуравьн

I ная ная елеучне

0,24

16,7

56,5

1О

Иэиепьчениая

111772

Известный

Предлагаемый

Гипромопуль от" бора гипролизата

Выход моносахаридов от абсолютно сухой древесины,2

Бромируемые вещества

2 88 0>15 054 008 009 0006 0>40 005

5>65 0>05 0>2 0>04 0>06 0>005 О ° 67 О ° 04 О> 15! 364624

7. 8 9 70 17 12 U 14 15 18

/ идраюоФуж РПе 2

Редактор Н.Бобкова

Заказ 6535/19 Тираж 348 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 O ф Л0 ь

300 ф

2Ю

Составитель Г. Коннова

Техред м.дидык Корректор А.Зимокосов