SU1118678A1 - Способ получени моносахаридов - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОСАХАРИДОВ , предусматривающий гидролиз пентозанов растительного сьфь  серной кислотой при повьвпенной температуре , вьщеление целлюлозного остатка действием окислител  с последующей промьшкой окисленного материала водой и отжимом его и гидролиз целлюлозного остатка до моносахаридов концентрированной серной кислотой, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  выхода целевого продукта и ускорени  процесса, в качестве окислител  используют 810%-ный раствор перекиси водорода в водном растворе уксусной кислоты при гидромодуле окислительной смеси 8-10, а вьщеление целлюлозного остатка, ведут при 70-80°С в течение 0,75-1,25 ч, причем целлюлозный остаток отжимают до влажности . 2. Способ по п. 1, отличающийс  Тем, что при гидролизе пентозанов используют 0,5-1,5%-ный раствор серной кислоты с обработкой .сьфь  веэд ным паром при 170-185 С.

Description

Изобретение относитс  к гидролизной промьшшениости, в частности к способам получени  моносахаридов.

Известен способ получени  фурфу .рола и моносахарвдов двухстадийным гидролизом пентозансодержащего сы .рь , заключающийс  в том, что исходное сырье на I стадии смачивают 8-10%-ным водным раствором серной кислоты при гидромодуле 0,2-0,3, затем прогревают массу до 150-175 С и провод т отгонку фурфурола перетретым вод ным паром (240°С). .

Полученный целлолигнин на П стаЙии подвергают перкол ционному гидлизу 0,5-0,7%-ным водньм раствором серной кислоты при 180 С, Выход фурфурола и моносахаридов составл ет 8,0 и 23,2% соответственно от массы а.с, сьфь  или суммарный выход в пересчетена моносахариды равен 35,7% 1.

Недостатками этого способа  вл ютс  низкий выход моносахаридов, низка  доброкачественность гидролизата ,некомплексное использование сырь  (лигнин  вл етс  многотоннажным твердым отходом гидролизного производства - 35% от массы а.с. сырь ), большие энергозатраты на перкол циошшй гидролиз.

Известен способ получени  моносахаридов двухстадийным гидролизом растительного сьфь , заключающийс  в том, что исходное сьфье на 1 стадии пропитывают 0,92-1,5%-ным раствром серной кислоты при гидромодуле 1-3, отжимают избыток пропиточного раствора, прогревают реакционную массу до 180-185°С и провод т отгонку фурфурола, подвергают перкол циснному гидролизу (П стади ) водным раствором 0,5-0,7%тной серной кислоты при 180-185 0. Выход фурфурол и моносахаридов составл ет 8,8 и 25,0% соответственно от массы а.с. сырь  или суммарный выход в пересчете на моносахариды равен 38,8% И . . К недостаткам данного способа относ тс  низкий выход мойосахаридов за счет распада их при перкол ционном гидролизе (180-185 С), а также дополнительного их распада в св зи с увеличением времени пребывани  моносахаридов в реакционной зоне за счет плохой фильтрующей способно1&ти целлолигнина, св занной с разрушением структуры сырь  на

1 стадии обработки, низка  добрбкачественность гидролизата, некомплексное использование сьфь  (лигнин  вл етс  многотоннажным твердым отходом гидролизного производства 35% от массы а.с. сьфь ).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  способ получени  моносахаридов, предусматривающий гидролиз пентозанов растительного сьфь  серной кислотой при повьшенной температуре, выделение целлюлозного остатка действием окислител  с. последующей промывкой окисленного материала водой и отжим его, гидролиз целлюлозного остатка до моносахаридов концентрированной серной кислотой зЗ .

.Недостатками этого способа  вл ютс  низкий выход моносахаридов от массы сырь  за счет окислительного гидролитического действи  азотной кислоты на целлюлозу, длительность процесса (30/32 ч) , а следовательно, и большие знергозатрать1 , загр знение окружающей среды окислами азота и соединени ми хлора.

Цель изобретени  - увеличение выхода моносат аридов и ускорение процесса .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу получени  моносахаридов , предусматривающему гидролиз пентозанов растительного сырь  серной кислотой при повышенной температуре, выделение целлюлозного остатка действием окислител  с последующей промывкой окисленного материала .водой и отжимом его и гидролиз целлюлозного остатка до моносахаридов концентрированной серной кислоТой , в качестве окислител  используют 8-10%-ньш раствор перекиси водорода в водном растворе уксусной кислоты при гвдромОдуле окислительной смеси 8-10, а выделение целлюлозного остатка.ведут при 70-80 С в течение 0,75-1,25 ч, причем целлюлозный остаток отжимают до влажности 60-70%.

Кроме того, при гидролизе пентозанов используют 0,5-1,5%-ный раствор серной кислоты с обработкой . сырь  вод ным паром при 170-185с.

Сущность предлагаемого изобретени  заключа.етс  в следующем.

На .1 стадии провод т гидролиз пенТ .озанов растительного сырь  обработкой 3 его 0,5-1,5%-ным раствором серной при гидромодуле 0,6-0,8, пр гревают до 1 и провод т отгонку фурфурола перегретым вод ным паром течение 2 ч при 170-185°С. , Обработка сырь  вод ным -tiapOM при 175-185С приводит к гидролизу легкогидролизуемых полисахаридов до моносахаридов, которые дегидрати руютс  с образованием фурфурола. После отгонки фурфурола (170185 0 ) полученный целлолигнин промывают гор чей водой (70 С) дл  удалени .моносахаридов, не подвергшихс  дегидратации, отжимают до влажности 60-65% и подвергают (П ст ди ) окислению 8-10%-ным раствором перекиси водорода в водном растворе уксусной кислоты при гидромодуле 8-10, температуре 70-80 С, в течение 0,75-1,25 ч. Углеводна  часть в этих услови х не окисл етс  и не гидролизуетс . Раствор, полученньш после окисле ни  целлолигнина, направл ют на регенерацию уксусной кислоты, а остав шиес  после регенерации растворимые продукты окислени  можно исполь зовать в качестве питательной среды дл  культивировани  микроорганизмов . . Целлюлозный остаток, полученньй после окислени , промывают гор чей водой (70°С) до полного удалени  продуктов окислени  (промывные вод бесцветные), отжимают до влажности 60-70% и подвергают гидролизу (Ш с ди ) концентрированной серной кислотой (75%) при гидромодуле 1:1,5 с последующей инверсией до моносахаридов . После инверсии получают светлый прозрачный раствор моносахаридов . Регенерацию серной кислоты провод т методом диализа. Сум марный выход моносахаридов составл ет 71-72% от массы а.с. сырь  ил 92-93% от теоретического. Обща  про должительность процесса 5-6 ч. Целлюлозный остаток, из целлолиг нина выдел ют обработкой последнег окислительным раствором перекиси водорода в водном растворе уксусно кислоты, Окислительньй раствор пол чают из расчета 10 мл 25-35%-ной перекиси водорода в 30 мл уксусной кислоты концентрированной (не ниже 50%), который в предлагаемых услови х избирательно окисл ет и раств 84 р ет лигнин в целлолигнине, не затрагива  углеводную часть. При использовании дл  окислени  окислительного раствора с концентрацией ниже 8% не .происходит полного Окислени  и удалени  лигнина. Снижаетс  качество полученного из целлюлозного остатка гидррлизата из-за присутстви  в нем лигнина. При использовании окислительного раствора с концентрацией вьпие 10% происходит полное удаление лигнина, но при высоких концентраци х перекиси частично окисл етс  целпюлоза, снижаетс  выход моносахаридов (68,2% от массы а.с. сырь  при концентрации раствора перекиси 12%). Обработку целлолигнина ведут окис-. лительной смесью при гидромодуле 8-10. Применение гидромодул  меньше 8 недостаточно дл  полного растворени  продуктов окислени  лигнина. Улучшаетс  качество гидролизата. Увеличение гидромодул  больше 10 приводит к ускорению реакции окислени  лигнина, к его полному растворению и удалению, но увеличиваетс  расход окислител , увеличиваютс  жидкостные потоки., а следовательно, возрастают энергозатраты на единицу продукции. Обработку целлолигнина ведут при 70-80°С. При снижении температуры ниже 70 С замедл етс  скорость реакции окислени  лигнина, медленнее идет .растворение продуктов его распада, Повьшение температуры более 80 С ускор ет все указанные процессы, но приводит к распаду окислительного jpeareHTa, а также к частичному окис лению углеводных компонентов, а следрвательно , к снижению выхода моно ,сахар1щов (65,5% при 90°С). Окисление провод т в течение 0,75-1,25 ч. Продолжительность окислени  менее 0,75ч недостаточна дл  полного рас .щеплени  лигнина до низкомолекул р-. ных продуктов. Увеличиваетс  остаточное содержание лигнина в целлюлозном остатке, а следовательно, падает качество полученного гидролизата ,. Увеличение продолжительности обработки окислительной смесью более 1,25ч приводит к увеличению времени оборота реактора и снижению его производительности. Целлюлозный остаток отжимают до влажности 60-70%. При такой влажности свежевыделенна  целлюлоза хорошо раствор етс  в концентрированной серной кислоте . Уменьшение влажности ниже 60% приводит к увеличению энергозатрат на отжим и подсушивание целлюлозного остатка, увеличиваетс  продолжительность процесса. Кроме того, подсушенный целлюлозный остаток мед леннее гидролизуетс , так как происходит уплотнение структуры целлюлозы и затрудн етс  доступ в нее гидролизующего агента. Увеличение влажности более 70% снижает концентрацию серной кислоты, что также приводит к увеличению времени гидролиза целлюлозного остатка. Пример 1. Навеску измельченной березовой древесины массой |82 г с влажностью 45% (100 г а.с.д с содержанием 77,6% моносахаридов от массы а.с. сырь  на 1 стадии сма чивают О,9%-ным водным раствором се ной кислоты при гидромодуле 0,8, за гружают в реактор, прогревают вод ным паром (2АО°С) до 170°С и производ т отгонку фурфурола при 175 С в течение 2ч. Выход фурфурола от массы а.с. сы рь  составл ет 11,9%, что соответствует 18,5% моносахаридов (18,5 г После отгонки фурфурола полученн целлолигнин промывают гор чей (70 С водой дл  удалени  моносахаридов, образовавшихс  из легкогидролизуемых полисахаридов в процессе обработки паром и не подвергающихс  дегидратации, отжимают до влажност 65%. Количество oTMbiTbix моносахари дов составл ет 6,6% от массы а.с. сьфь  (6 г) . Целлолигнин (на П стадии) заливают 10%-ным раствором перекиси во дорода в водном (50%) растворе уксусной кислоты при гидромодуле 1:1 и обрабатывают при 73 С в течение Т,25 ч. При этом лигнин окисл етс  и ра сГтвор етс  в водном растворе уксус кислоты. Затем производ т отжим ок лительной смеси (до влажности 60%) и направл ют на регенерацию уксусной кислоты. Полученный целлюлозньй остаток промывают гор чей водой (70°С) до Полного удалени  продуктов окислени  лигнина (промывные воды бесцветные ) , отжимают до влажности 60% (остаточное содержание лигнина 0 ,2%). Полученный целлюлозный.остаток влажностью 60% заливают (Ш стади ) 75%-ной серной кислотой при гидромодуле 1:1,5, раствор ют в течение 30 мин при перемешивании, затем дл  инверсии разбавл ют четырехкратным количеством гор чей воды () . После инверсии получают светлый прозрачньй раствор моносахаридов. Выход моносахаридов и целлолигнина составл ет 47,7% (47,7 г) от массы а.с. сырь . Суммарный выход моносахаридов на всех стади х (18,5 + + 6,0 + 47,7)-обработки - 72,2% (72,2 г) от массы а.с.с. или 93% от теоретического. Примеры 2 и. 3, по сн ющие предлагаемый способ, приведены в таблице . Выход моносахаридов в этих примерах в % соответствует выходу моносахаридов в граммах. Пример 4. Первую стадию обработки сырь  провод т по примеру 1, а вторую и третью воспроизвод т в услови х прототипа. Суммарный (24,5 + 34,2) выход моносахаридов составл ет 58,7% от массы ( СЬФЬЯ. . Пример 5. Первую стадию обработки сьфь  провод т в услови х прототипа, а вторую ti третью в услови х примера 1. СзпФ1арный (25,0 1 50,8) выход моносахаридов составл ет 75,8% от массы а.с.с., но не получаетс  в этих услови х фурфурол, вьщел емый на первой стадии изобретени . Врем  обработки более чем в 5 раз превьшгает врем  обработки в предлагаемом процессе. Пример 6. Воспроизведен в услови х прототипа, так как отсутствуют некоторьш данные (температуpia и продолжительность окислени , выход моносахаридов из целлолигнина ) . Суммарный (24,8 + 40,3) выход моносахаридов составил 65,1% от массы а.с. сырь . В качестве базового объекта прин та технологи , используема  7 11186 в промышленности на р де заводов гидролизного профил , перерабатывающйх лиственную древесину 2 . В таблице приведен сопоставительный анализ предлагаемого способа, прототипа и базового объекта. Как следует из данных таблицы, в результате реализации предлагаемого способа достигаетс  суммарный выход моносахаридов 71,,2% О 5 8 .8 от массы а.с, сырь  или 92,7 93 ,0% от теоретического, что на 6,8-7,1% выше, чем в прототипе, а по сравнению с базовым выход увеличиваетс  на 32,5-33,5%. Сокращаетс  врем  обработки растительного сырь  в 6-7 раз (с 30 до 4,5 ч) по сравнению с прототипом .

Предлагаемый

1ч- 0,5 ч инверси  и 0,5 ч промывка, отжим.

Claims (2)

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОСАХАРИДОВ, предусматривающий гидролиз пентозанов растительного сырья серной кислотой при повьппенной темпера туре, выделение целлюлозного остатка действием окислителя с последующей промывкой окисленного материала водой и отжимом его и гидролиз целлюлозного остатка до моносахаридов концентрированной серной кислотой, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта и ускорения процесса, в качестве окислителя используют 810%-ный раствор перекиси водорода в водном растворе уксусной кислоты при гидромодулё окислительной смеси 8-10, а выделение целлюлозного остатка, ведут при 7О-8О°С в течение 0,75-1,25 ч, причем целлюлозный остаток отжимают до влажности 60-70%.

2. Способ поп. 1, отличающийся тем, что при гидролизе пентозанов Используют 0,5-1,5%-ный раствор серной кислоты с обработкой сырья водяным паром при 170-185°С.