Способ гидролиза пентозансодержащего растительного сырья

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБВЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВЙДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистические

Республик

<»>920071 (61) Дополннтельное к авт. свид-ву(22)Заявлено 08.07.80 (21) 2952587/28-13 с присоединением заявки М (23)Приоритет (5I)M. Кл.

С 13 К 1/02

1вщАврствивык квинтет ссср аа делен изобретение и втерыткй

Опубликовано 15.04.82.Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 15.04.82

{53) УДК 663-534 . (088. 0) Д

З.К.Климова, P.В,Катруш, С.И,Беленький, Л.П.Полякова, В.В.Ларина, Е.И.Кондрашова, 3 :.C.Булановская,Л.Г.Гранкина, И,А.Ходич, В.Н.Зырянов, А,А .Торчанц и Л;А.Оабаева (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ (71) Заявитель (543 СПОСОБ ГИДРОЛИЗА ПЕНТОЗАНСОДЕРЖАЦЕГО

РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Изобретение относится к гидролиэной и микробиологической промышленности, а именно к способу гидролиза растительного сырья, такого как хлопковая шелуха, кукурузная кочерыжка, подсолнечная, хлопковая и рисовая лузка, солома, лиственная древесина (береза, осина) и др., используемых для производства кристаллического ксилита, кормовых дрожжей и др. продуктов.

При производстве кристаллического ксилита растворы пентозных сахаров проходят сложную технологию очистки их от различных примесей, образующихся как за счет растворения неуглеводных компонентов клеточной стенки, так и за счет частичного разложения сахаров и конденсации продуктов многокомпонентной системы пентоз" ного гидролизата.

В производстве дрожжей используют растворы гексозных сахаров, которые также подвергают очистке для снижения содержания в них ингибиторов роста дрожжей.

Себестоимость кристаллического ксилита и дрожжей сравнительно высокая, что определяется в значитель. ной степени технологией гидролиза сырья, а также способами очистки растворов сахаров.

В связи с этим большое значение

1О приобретает вопрос совершенствования технологии получения кристаллического ксилита и кормовых дрожжей для интенсификации процессов гидролиза, улучшения качества растворов

t5 и повышения выхода пентозных саха" ров.

Сырье, богатое пентоэанами, например, хлопковую шелуху вначале об20 лагораживают (очищают) от примесей, а затем проводят гидролиэ пентозанов для получения пентозных сахаров, а далее гидролиз целлюлозы для получения гксоэных сахаров.

3 92

Известен способ гидролиза р,мстительного сырья с использованием низкотемпературных режимов пентозного гидролиза, осуществляемый при

100 С. При этом температура процесо са в промышленном реакторе достигает ся и поддерживается в зоне реакции путем подачи острого пара при 250300 С.

По окончании гидролиза пентозанов выводят образовавшиеся сахара и далее сырье нагревают острым паром о до температуры гидролиза 170-180 С, а затем проводят перколяционный гексозный гидролиз 1) .

Недостатком такого способа является то, что прогрев сырья острым паром создает условия неравномерной его отработки, поскольку пар посту0 пает снизу с температурой 250-300 С и в зависимости от плотности сырья, размера частиц и др. факторов проходит с различной скоростью.

Применение острого пара для прогрева приводит также к деструкции нижних слоев сырья и ухудшению его фильтрующих свойств.

Одновременно часть пара конденсируется в сырье и это приводит к повышенному содержанию жидкости в сырье и раэбавлению серной кислоты при гидролиэе, а также снижению концентрации сахара в капиллярной структуре материала. Продолжительность процессов гидролиэа Т3-15 ч.

0071

Повышенная температура в нижних

Зонах сырья создает возможность образования фурфурола при пентозном гидролизе и его увеличенное содержание в пентозном гидролизате, а также в первых фракциях гексозного гидролизата.

Деструкция сырья также приводит к снижению качества гексозного гидролизата из-эа большой длительности

его пребывания в зоне реакции в свя зи с плохой выдачей его иэ аппарата.

4Э

$0

Для улучшения качества раствора пентозного сахара и интенсификации процесса гидролиза известно использование способа гидролиза растительного сырья с применением горизонталь-, ной nepp:oëíöèè, которая предусматривает удлинение фильтрующих труб, а также удлинение трубы, подающей растворы, и различное ее расположение в аппарате, что должно обеспечить измен ние налрайл ния ча(.ти лотrэка из н .ртикяльного в горизонт. льны (2)

Однако при этом лар неравномерно прогревает сырье и температура г енг тозного гидролиза снижается. Это приводит к снижению выхода сахаров и ухудшению качественных показателей растворов.

При гексозном гидролизе отмечается меньшая деструкция сырья и в связи с этим меньшее загрязнение раствора сахара, частично уносимым целлолигнином и лигнином.

Однако процесс не нашел практического применения иэ-за трудностей в аппаратурном оформлении.

Известен также способ получения сахаров иэ пентозансодержащего сырья, согласно которому сырье предварительно очищают кислотой, экстрагируют примеси водой и ведут пентозный гидролиэ в две стадии в стационарных условиях, сначала в паровой фазе при 100-130 С в течение 30-60 мин, и концентрации серной кислоты 0,52,5ь, а затем при 70- 130 С в течение

30 -90 мин, и концентрации серной кислоты 0,3-1,23, после чего проводят гексозный гидролиэ и отбор как пентозного, так и гексозного гидролизатов (33

Недостатками такого способа гидролиза растительного сырья являются длительность процесса, а также значительное содержание фурфурола в пентозном гидролизате.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ гидролиза пентрэансодержащего растительного сырья, предусматривающего очистку сырья путем смачивания его

6-20 -ным раствором серной кислоты при температуре не более 120 С, экстракцию образовавшихся при этом солей водой, в гидролизаппарате, затем не прекращая выдачу экстракта осуществляют подачу 1-2 -ного раствора серной кислоты для проведения процесса гидролиза при постепенном нагревании массы от 110-120 до

140 С, отбор экстракта прекращают через 30-50 мин. и производят выдачу пентозного гидролизата. Отобрав

3-ч" гидромодуля пентозного гидролизата ведут отбор гекаоэного гидролизата при дальнейшем постепенном нагревании гидролизуемой массы от

5 9200

140 до 200 С. В последние 30-50 мин варки подают только воду для отмывки лигнина от кислоты и сахаров.

Отбор гидролизата и подачу серной кислоты осуществляют непрерывно.При S этом общая продолжительность процессов очистки пентозного и гексоэного гидролиэа 12-13 ч, а пентозного гидролиза 4-5 ч (4).

Выход пентозного сахара 19-20 при содержании фурфурола в пентозном гидролизате 1,5-2,04 от РВ.

Так как при введении раствора серной кислоты в начальной стадии ее подается 354 от общего количества подаваемого на гидррлиз, а температура постепенно изменяется от

100 до 120 С в течение 40-60 мин, то на данной операции не достигается максимального образования сахара 20 и только при дальнейшем перколяционном пентозном гидролизе. завершается полное образование пентоз при одновременном выведении их из сферы реакции. -25

В связи с этим процесс пентозного гидролиза длителен и сахара, нэходясь в зоне реакции, могут подвергаться частичному разрушению до фурфурола, что ухудшает в последующем 50 переработку растворов пентоз на последующих стадиях в производстве ксилита.

Одновременно длительность процесса влияет на структуру сырья, вызы- 55 вая деструкцию материала и ухудшение условий получения высокого качества гексозных гидролиэатов.

Цель изобретения - ускорение процесса и улучшение качества пентоэного гидролизата.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу гидролиза пентозансодержащего растительного сырья, предусматривающем предварительную очистку его раствором серной кислоты, экстракцию примесей водой, гидролиз серной кислотой и отмывку полуЮ ченных сахаров, гидролиэ предварительно очищенного сырья проводят при не" прерывной подачи 1,0-5,04-ного раствора серной кислоты при гидромодуле

0,8-2,5 и температуре 100-135 С с

55 одновременной выдачей капиллярно впитанного сырьем экстракта и последующего дополнительного капиллярного о гидролиза при 100-125 С в течение

20-60 мин. при этом процесс гидролиза ведут при гидромодуле 1-3.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Исходное сырье, например, хлопковую шелуху, очищают путем сиачивания

2-151;-ным раствором серной кислоты при 20-50 С и далее экстрагируют прио меси водой при 70-120 С и доводят содержание жидкости в сырье до объема заполняющего только поликапиллярную структуру материала или до гидромодуля 1-3 °

Затем сырье обрабатывают 1,05,04-ным раствором серной кислоты ю путем подачи ее при 100-135 С в количестве 0,8-2,5 гидромодуля и одновре" менной выдачи в том же количестве остаточной жидкости до полного ее замещения катализатором.

При этом сырье равномерно прогревается до температуры гидролиза и одновременно осуществляется процесс образования моносахаров и диффузии их в капиллярно впитанную жидкость.

Это позволяет совмещенно производить процесс равномерного введения катализатора в капилляры сырья и нагрев его до температуры реакции.

В течение 20-60 мин осуществляют последующий дополнительный капилляр" ный гидролиз при 100-120 С. При о этом завершается максимальное образование пентозного сахара и равномерное его распределение в капиллярной структуре по всему объему.

Далее проводят отмывку сахаров в течение 30-90 мин. при 20-120 С водой или водой в сочетании с рециркулирующим раствором сахара, полученном на первой стадии, а также при промывке. При этом продолжительность пентозного гидролиза снижается на 25404, содержание фурфурола в гидролизате уменьшается в 2-4 раза, а выход пентозного сахара от массы сырья повышается на 5-10 .

Пример 1. 100 г хлопковой шелухи, предварительно очищенной путем обработки ее раствором серной кислоты и экстракцией примесей водой, гидролизуют при гидромодуле 2. Для этого сначала в течение 60 мин подают 5,03-ный раствор серной кислоты при 100 С в количестве 1,2 гидо ромодуля и одновременно в том же количестве выделяют капиллярно впитанный сырьем раствор, затем проводят

920071

4О

Пример 3. 50 г хлопковой лузги предварительно смачивают

103-ным раствором серной кислоты при о

20"25 С и гидромодуле 0,3. Затем смоченное сырье обрабатывают водой при 100 С. Далее проводят гидролиз очищенного от примесей сырья при гидромодуле 1, для чего сначала осуществляют подачу 1,0i-ного раствора серной кислоты в течение

50 мин при 135 С в количестве 0,8 гидромодулей и одновременно вытесняют капиллярно впитанный раствор из сырья в том же количестве. Затем проводят дополнительный капиллярный гидролиз в течение 20 мин при 125140 С. Образовавшиеся сахара вывоо дят водой из зоны реакции при 100 С в течение 60 мин, 45 дополнительный капиллярный гидролиз при 100 С в течение 60 мин.При этом осуществляется в капиллярах максимальное образование сахаров, которые выводят в течение 60 мин при 120 С 5 рециркулирующим раствором, полученным на первой стадии, а затем водой.

Время пентозногогидролиэа 3 ч. Содержание фурфурола в пентозном гид о ролизате 0,53 от сахара, а выход пентоз 213 от массы сырья.

П,р и м е р 2. 100 г кукурузной кочерыжки, предварительно очищенной путем обработки ее раствором серной !

5 кислоты и экстракцией примесей водой, гидролизуют при гидромодуле 3.

Для этого сначала подают 2i-ный расо теор серной кислоты при 125 С в течение 60 мин. в количестве 2,5 гидромодулей и одновременно выдают из сырья капиллярно впитанный раствор в том же количестве. При этом сырье нагревается до температуры реакции и достигается равномерное распределе25 ние катализатора в капиллярной структуре материала, это обеспечивает частичное образование моносахаров.Далее производят капиллярный гидролиэ в о течение 40 мин при 120 С. При этом завершается образование пентозных сахаров и далее их выводят в течение 90 мин при 80-100 С водой или о рециркулирующим раствором. сахара, полученного на первой стадии гидролиза и в конце промывки сырья. Время пентозного гидролиза 3 ч, При этом содержание фурфурола в пентозном гидролизате 0,6>, а выход пентозного сахара 35,84,.

Время пентоэного гидролиэа 2 ч

10 мин. При этом содержание фурфурола в пентозном гидролизате 0,43, а выход пентозного сахара 38 . .

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает снижение времени пентозного гидролиэа на 20"401, содержание фурфурола в пентоэном гидролизате уменьшается в 2-4 раза, а выход пентозного сахара повышается на 5-10 .

Поскольку осуществляют совмещение процессов введения катализатора в поликапиллярную структуру материала и нагрева его до температуры гидролиза,то оЬеспечивается ускорение процесса пентозного гидролиэа и улуч" шаются условия равномерного протекания процессов.

Проведение дополнительного капиллярного гидролиза без подачи нижнего пара обеспечивает снижение содержания фурфурола при сохранении пентоз от разрушения, что приводит к повышению выхода пентоэных сахаров.

Одновременно достигается сохранение структуры материала от деструкции и лучшая фильтрация сырья при пентозном и гексозном гидролизе,что обеспечивает получение более доброкачественных растворов для производства кормовых дрожжей °

По предварительным расчетам эффективность внедрения предлагаемого способа гидролиза пентозансодержащего сырья на гидролизных заводах

Средней Азии благодаря снижению времени пентозного гидролиза, уменьшению содержания фурфурола и повышению выхода пентозного сахара, составит около 200 тыс.руб.

Формула изобретения

Способ гидролиза пентозансодержащего растительного сырья, предусматривающий предварительную очистку его раствором серной кислоты, экстракцию примесей водой, гидролиз серной кислотой и отмывку полученных сахаров, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса и улучшения качества пентозного гидролизата, гидролиз предварительно очищенного сырья проводят при непрерывной подачи 1,0-5,0" ;-ного раствора серной кислоты при гидромодуле

0,8-2,5 и температуре 100-135 С с

920071

Составитель М. Ларина

Редактор H.Киштулинец Техред А. Бабинец Корректор В, Синицкая .

Заказ 2268/23 Тираж 374 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 одновременной выдачей капиллярно впитанного сырьем экстракта и яоследуюцего дополнительного калиллярного а гидролиза при 100-125 С в течение

20"60 мин, при этом процесс гидро" лиза ведут при гидромодуле 1-3.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1О

1. "Гидролизная и лесохимическая промышленность", 1952, 11 1, с.5 ?.

2. "Гидролизная и лесохимическая промышленность", 1956, " 4, с- 7"9.

s 3. Авторское свидетельство СССР по заявке И 2723175/28-13, кл. С 13 К 1/02, 1979.

4. Авторское свидетельство СССР

11 326219, кл. С 13 K 1/02, 1968.