Дефибрационный способ размола и кислотный гидролиз

В некоторых работах установлено, что при совместном использовании процессов дефибрационного размола и кислотного гидролиза можно получить фурфурол, этиловый спирт, кормовые дрожжи или кормовую осахаренную древесину.

Процесс относится к динамически непрерывным по жидкой и твёрдой фазам.

При дефибрационном способе размола после пропаривания происходит раскрытие лабиринтной системы субмикрокристаллических пор и каппиляров. При этом разрушается аморфная часть полисахаридного комплекса, изменяется надмолекулярное строение целлюлозы. Происходит снижение степени полимерзиации (СП) и индекса кристаличности (ИК) целлюлозы, а удельная площадь поверхности увеличивается.

Графики влияния концентарции раствора серной кислоты и температуры размола на степень полимерзиации гидролизат — массы (время пропаривания 4 мин и размола 15 с, температуры: 1 — 135; 2 — 150; 3 — 165; 4 — 180 градусов).

При увеличении температуры до 130 — 180, происходит увеличение эффективности процесса.

Степень полимеризации уменьшается более значительно при более высокой температуре.

При увеличении коцнентрации от 0 до 4%, также происходит возрастание эффективности, но при дальнейшем увеличении (с 4 до 10%), эффективность практически не изменяется. Таким образом оптимальная концентрация кислоты составляет от 2 до 4%. Оптимум температуры будет определяться целью проведения данной обработки так, как с увеличением температуры увеличивается распавшихся моносахаров и выход фурфурола. Для получения фурфурола необходимо использовать пентозансодержащее сырьё и температура не ниже 165. При производстве кормовой осахаренной древесины в качестве сырья используется и целлюлоза и пентозансодеражеще сырьё, температура размола не выше 150.

Таким образом сочетание дефибрационного способа размола и кислотного гидролиза используется для получения гидролизата, который служит субстратом для дальнейшей конверсии. При проивзодстве этилового спирта исопльзуется целлюлозосодержащее сырьё, при производстве кормовых дрожжей и целлюлоза и пентозансодержащее сырьё. Температура размола рекомендуется не выше 150.

Описание к схеме.

Кислота из ёмкости (1), с помощью насосоа (2) подаётся в смеситель (4), где смешивается со щепой. Расход кислоты контролируется расходомером (3). Далее из смесителя (4) смесь кислоты со щепой подаётся в бункер (5), а далее с помощью питателя (6), в пропарочную камеру (7). В бункере (5) происходит насыщение щепы кислотой. В пропарочной камере осуществляется обработка паром для нагрева смеси до нужной температуры. По шнековому конвейеру (8) пропаренная масса подаётся в дисковую мельницу (9), где осуществляется дефибрационный способ размола (в присутствии кислоты). В результате получается гидролизат — масса.

При получении кормовой осахаренной древесины (то, что на схеме), гидролизат — масса по разгрузочному трубопроводу (10) подаётся в нейтрализатор (11), где смешивается с аммиачной водой подаваемой из ёмкости (12). Нейтрализованная масса, подаётся в циклон (13), для охлаждения, а затем выгружается готовый продукт с помощью разгрузочного конвейера (14). Полученная кормовая осахаренная древесина используется для вскармливания крупному рогатому скоту. Кроме полисахаридов она содержит моно и олигосахара, в качестве источника азота — сульфат аммония.

При получении гидролизата для производства этанола или кормовых дрожжей, гидролизат массу после дисковой мельницы подают на промывание для отделения моно и олигосахаров от непрогидролизованного остатка. Раствор моно и олигосахаров используют как субстрат для биоконверсии. Непрогидролизованный остаток утилизируют.

При получении фурфурола гидролизат массу после дисковой мельницы подают в камеру, где через неё пропускают перегретый водяной пар. При этом фурфурол улетучивается с образованием фурфурол содержащих паров, которые направляются сначала в сепаратор для отделения унесённых частиц сырья, а далее в конденсатор. Образующийся фурфуролсодержащий конденсат отправляют на ректификацияю для выделения фурфурола.

Показатели состава гидролизат-массы полученной на опытно-промышленной установки горядчего размола (УГР) мрки RT-50 (%): влажность 63,0 — 65,0; ЛГПС — отсутствовали; ТГПС — 26,6 — 30,1; РВ после инверсии 23,1 — 29,2; моносахариды — 18,24; фурфурол — 1,25 — 1,27. Температура размола 165 градусов.

Выход фурфурола при более глубоком гидролизе древесины составил 10% от абсолютно сухого сырья.