SU1701115A3 - Способ получени сахаров из целлюлозосодержащего материала - Google Patents
Способ получени сахаров из целлюлозосодержащего материала Download PDFInfo
- Publication number
- SU1701115A3 SU1701115A3 SU823526203A SU3526203A SU1701115A3 SU 1701115 A3 SU1701115 A3 SU 1701115A3 SU 823526203 A SU823526203 A SU 823526203A SU 3526203 A SU3526203 A SU 3526203A SU 1701115 A3 SU1701115 A3 SU 1701115A3
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- hydrolysis
- sugars
- acetone
- water
- solution
- Prior art date
Links
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 title claims abstract description 63
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 7
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 101
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims abstract description 60
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 60
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 claims abstract description 30
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000010411 cooking Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 16
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 33
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 19
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 16
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 13
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 9
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 9
- SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N D-xylopyranose Chemical compound O[C@@H]1COC(O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N arabinose Natural products OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 description 6
- -1 Alkyl glucosides Chemical class 0.000 description 5
- WQZGKKKJIJFFOK-QTVWNMPRSA-N D-mannopyranose Chemical compound OC[C@H]1OC(O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-QTVWNMPRSA-N 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- 150000002402 hexoses Chemical class 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 239000006188 syrup Substances 0.000 description 5
- 235000020357 syrup Nutrition 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 4
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241000183024 Populus tremula Species 0.000 description 3
- 239000003377 acid catalyst Substances 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 229930182830 galactose Natural products 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000011877 solvent mixture Substances 0.000 description 3
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 3
- ZXSQEZNORDWBGZ-UHFFFAOYSA-N 1,3-dihydropyrrolo[2,3-b]pyridin-2-one Chemical compound C1=CN=C2NC(=O)CC2=C1 ZXSQEZNORDWBGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KIWBPDUYBMNFTB-UHFFFAOYSA-N Ethyl hydrogen sulfate Chemical compound CCOS(O)(=O)=O KIWBPDUYBMNFTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N alpha-D-galactose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N arabinose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 2
- IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydrate Chemical compound O.CCO IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 150000002972 pentoses Chemical class 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 229910001958 silver carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- LKZMBDSASOBTPN-UHFFFAOYSA-L silver carbonate Substances [Ag].[O-]C([O-])=O LKZMBDSASOBTPN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010067484 Adverse reaction Diseases 0.000 description 1
- 229910003556 H2 SO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 1
- 108010009736 Protein Hydrolysates Proteins 0.000 description 1
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 description 1
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000006838 adverse reaction Effects 0.000 description 1
- 238000006136 alcoholysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011260 aqueous acid Substances 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 235000008504 concentrate Nutrition 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- PSLIMVZEAPALCD-UHFFFAOYSA-N ethanol;ethoxyethane Chemical compound CCO.CCOCC PSLIMVZEAPALCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229930182478 glucoside Natural products 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005325 percolation Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- OVARTBFNCCXQKS-UHFFFAOYSA-N propan-2-one;hydrate Chemical compound O.CC(C)=O OVARTBFNCCXQKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000001256 steam distillation Methods 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Saccharide Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к гидролизной промышленности, а именно к способам получени Сахаров из целлюлозосодержащего материала. Цель изобретени - ускорение процесса и повышение выхода Сахаров. Измельченный целлюлозосодержащий материал и варочную жидкость ввод т в реакци- онный резервуар. В реакционном резервуаре провод т гидролиз измельченного материала при повышенном давлении и 145-230°С. Варочна жидкость содержит ацетон, воду и 0,001-0,1 нормальную серную или сол ную кислоту. Концентраци ацетона 70-90%. Полученный в результате гидролиза целлюлозосодержащего материала раствор Сахаров охлаждают до 100°С. Варочную жидкость и измельченный материал ввод т в реакционный резервуар с такой скоростью, чтобы врем протекани между подачей материала и отбором полученного раствора Сахаров не превышало времени, определенного ранее дл гидролиза 50% твердых веществ гидролизуемого материала и выделени без расщеплени по крайней мере 90% растворенных Сахаров. Способ позвол ет ускорить процесс гидролиза и повысить выход Сахаров. 5 табл. (Л С
Description
N О
Изобретение относитс к гидролизной промышленности, а именно к способам получени Сахаров из целлюлозосодержащего материала.
Целью изобретени вл етс ускорение процесса и повышение выхода Сахаров,
В табл. 1 отражена зависимость скорости пр мой реакции при 180°С и стационарном гидролизе хлопковых волокон от концентрации ацетона; соотношение раствор / древесина 10/1, катализатор - 0,04 нормальна H2S04. В табл. 2 отражено вли ние концентрации кислоты на скорости пр мого гидролиза при стационарном гидролизе хлопковых волокон; температура реакции 180°С, растворитель - ацетон/вода в соотношении 80/20, соотношение раствор/древесина 10/1.
В табл. 3 отражено вли ние температуры на скорость гидролиза хлопковых волокон и сахароустойчивость в подкисленной варочной жидкости, содержащей ацетон и воду при их соотношении 80:20; катализатор-0 ,04 нормальна H2S04, соотношение раствор/древесина 10/1.
В табл. 4 отражено вли ние высокой температуры гидролиза и низкой концентрации кислотного катализатора на устойчивость Сахаров при гидролизе хлопковых волокон с использованием варочной жидкоел
со
сти, содержащей ацетон и воду при их соотношении 80:20 и соотношении раствор/древесина 10/1.
В табл. 5 отражены скорости гидролиза подобранных видов древесины при температуре гидролиза 180°С и с использованием варочной жидкости, содержащей ацетон и воду при их соотношении 80:20 и в присутствии 0,04 нормальной серной кислоты.
Пример 1. Степень осахаривани и врем существовани сахара сравнивают дл трех систем, а именно: подкисленна вода (слабый водный раствор кислоты), подкисленный водный раствор этанола и подкисленный водный растаор ацетона в следующем примере,
В каждом случае используют очищенные хлопковые волокна, имеющее TAPPI 0,5 %, в зкость 35 сап гмпуаз и 73 показатель кристалличности при 7%-ной влажности. Подкисление осуществл ют серной кислотой с использованием растворов различных раствор ющих систем, причем каждый был 0,04 нормальным по отношению к кислоте. Услови гидролиза следующие.
В серии экспериментов один г образцов хлопковых волокон после печной сушки- помещают в футерованный стеклэм сосуд из нержавеющей стали емкостью в 20 мл вместе с 10 мл раствор ющей смеси и нагревают при 180°С в течение различных промежутков времени, и остаточные твердые фракции и зафиксированные сахара в растворе нанос т на диаграммную бумагу. Вре- м , необходимое дл получени приблизительно 99, 75, 50 и 25%-ного растворени субстрата, считают с графиков и свод т в табл. 1. В конце периодов реакции нагревание прерывают, сосуд охлеждают и его х олодное содержимое офильтровывают через стекл нный фильтр средней пористости , нерастворенный остаток сперва промывают теплой водой с последующей промывкой несколькими 5 мл порци ми ацетона, а в конце теплой водой. После сушки при 105°С вес остатка определ ют гравиметрически .
Дл сравнительных аналитических целей комбинированные фильтраты разбавл ют до 100 мл водой, полумиллилитровую аликовту направл ют а испытательную трубку с добавленными 3 мл 2,0 нормальной серной кислоты и подвергают вторичному гидролизу при 100°С при нагревании в кип щей сол ной бане в течение 40 мин. Раствор при охлаждении нейтрализуют, и присутствующие сахара в растворе определ ют по их редуцирующему действию. Результаты , таким образом, однозначно основываютс на продукте реакции - моносахаридах , выдел ющихс во врем гидролиза . Теоретический процент редуцирующих Сахаров, имеющихс в наличии после гидролиза субстрате, определ ют по разнице между известным химическим составом исходного материала и потерей в весе, возникающей вследствие гидролиза. Чтобы подсчитать увеличение в весе углеводной фракции за счет гидратации полимера при
0 разложении на мономерные сахара, весовую потерю обычно умножают на 1,1111, весовой процент (11,11%) добавленной воды s целлюлозу при гидролизе до мономерных Сахаров.
5 Как видно из табл. 1, скорости гидролиза увеличивались посто нно при увеличении концентрации ацетона до 50%. Однако существенные увеличени наблюдались только тогда, когда концентрацию ацетона
0 увеличили до свыше 70% по объему подкисленной раствор ющей смеси. Очень быстрые скорости гидролиза были достигнуты тогда, когда растворы ацетона были почти безводные. Оказалось, что растворенные
5 сахара наиболее стабильны, когда используют раствор ющую смесь с концентрацией ацетона 80-90%, хот относительные периоды полураспада были относительно коротки . Была достигнута устойчивость Сахаров
0 более 90%, когда врем реакции при температуре меньше, чем требуетс дл гидролиза 50% субстрата до растворенных продуктов. Врем , необходимое дл гидролиза 50% субстрата до растворенных про5 дуктоа, называют периодом полураспада сахароустойчивости. Этот критерий имеет место несмотр на то, какую стадию гидролиза имеют ввиду. Вли ние растворител на скорость гидролиза и сахароустойчивость в
0 течение ограниченного времени гидролиза вл етс существом предлагаемого изобретени , в соответствии с которым определили максимальные значени концентрации ацетона в реакционной смеси 80-90%. На5 блюдалм, что при более высоких концентраци х ацетона зависимость скорости гидролиза от увеличени температуры и концентрации кислоты соответствует известным кинетическим принципам в отличие
0 от разбавленной водой кислоты и подкисленных водно-этанольных систем, в которых баланс увеличени более высоких скоростей гидролиза и распада сахара не улучшаетс с увеличением этих параметров,
5 особвнно температуры, Улучшение сахароустойчивости с повышением концентрации ацетона св зывают с образованием ацетон- сахарных комплексов, которые улучшают стабильность при высокой температуре. Комплексы легко и просто гадролизуютс до
свободных Сахаров при нагревании с разбавленной кислотой при 100°С в течение ограниченного промежутка времени.
При идентичных стационарных подкисленных этаноловодных варках, когда концентраци этанола выше 80%, не получили ни делигнификации, ни гидролиза вследствие того, что кислотный катализатор быстро затрачивалс на реакцию со спиртом с образованием зтилгидросульфата (С2Н2-0- S02-OH) и образованием простого диэтилового эфира путем конденсации двух молекул этанола. При этих услови х образование эфира было существенным. Алкилг- люкозиды, образованные в растворах спиртов высокой концентрации, по существу гидролизуютс также с большим трудом до свободных Сахаров, чем соответств жэ- щие ацетоновые комплексы, и алкоголиз дает олигомерные сахара скорее, чем мономеры, как в случае с водно-ацетоновыми растворами. Следовательно, спирты большей частью не подход т как среда гидролиза вследствие нежелательной потери растворител и той опасности, которую представл ют собой эфир с точки зрени возможности взрыва. Способность к делигнификации подкисленных спиртовых растворов лигнифицированными материалами низка , что также вл етс недостатком.
В варках со смесью 80:20 этанол/вода в присутствии 0,190% (0,04 нормальной) серной кислоты при 180°С скорость гидролиза составила 5,47х103мин 1, и полураспад разложени хлопковых волокон составил 126,8 мин. Максимум 76% раствор ютс в течение 254 мин, причем кристаллический остаток показывал сопротивление гидролизу в спиртовом растворителе. Оказалось, что остаточна концентраци кислоты была 1 /4 от начальной, т.е. 0,01 нормальной, причем возможно, что баланс расходовалс в различных побочных реакци х.
Из приведенных данных видно, что в идентичных услови х гидролиза требуетс чрезвычайно долгое врем гидролиза дл полного растворени хлопковых волокон и в подкисленной воде, и подкисленной вод- но-этанольной среде. Увеличение концентрации этанола от 50 до 80% не увеличивает скорость гидролиза или в особенности не увеличивает сахароустойчивость. Скорость гидролиза в этзнольной воде была немного выше, чем в разбавленной воде и кислоте.
Из примера следует, что высока концентраци ацетона (более 70%)об зательна дл высокой скорости гидролиза и высокой сахароустойчивости. При услови х, предназначенных дл извлечени сахара с выходом более 90%, врем реакции или врем
высокотемпературной выдержки предпочтительно выбрать меньше времени дл периодов полураспада. Таким образом, в соответствии с данными обш.ее осахариеа- 5 ние и количественное извлечение сахара потребовало бы перкол цию или проведение процесса, при котором врем нахождени раствора не превысило бы 10 мин, когда смесь ацетон:вода в соотношении 80:20 с 0,04
0 нормальной серной кислотой используют в качестве раствор ющей смеси при 180°С.
Врем пребывани должно быть значительно меньше, когда используют более высокие температуры и концентрации
5 кислоты как показано в следующих примерах .
Твердые остатки с выходом менее, чем 50%, показывают высокую степень кристалличности 87%, обладают чистым белым цве0 том и имеют степень попимеризации (СП) 130-350.
Пример 2. Изучали вли ние температуры на гидролиз хлопковых лмнгеров в подкисленных водных растворах, содержа5 щих 0,04 нормальную серную кислоту в смеси ацетон:вода в соотношении 80:20 при разных периодах времени гидролиза так, чтобы можно было определить потери в весе в 25,50,75 и 99 %, как в примере 1. Все варки
0 были предварительно нагреты дс 35°С до помещени их в масл ную баню дл того, чтобы свести к минимуму действие времени повышени температуры при различных изучаемых температурных уровн х. Обра5 ботка продуктов и анализ соответствовали таким же процедурам, как в примере 1, и результаты суммированы в табл. 3.
Как видно из приведенных в табл.3 данных, увеличение тем0 пературы эффективно вли ет на скорость гидролиза, на такой одной стадии врем реакции при варке, превосход щее периоды полураспада сахара при растворении на любой стадии гидролиза, увеличива5 ет до некоторой степени скорость расщеплени сахара при использовании более высоких температурных режимов. Однако установили, что гидролизы при высокой температуре дают возможность проводить
0 практически непрерывный гидролиз с высоким выходом даже с таким плохо поддающимс гидролизу субстратом, как хлопковые линтеры. Скорость расщеплени сахара можно сдвинуть до некоторой степе5 ни путем уменьшени концентрации кислоты и увеличени соотношени раствор/древесина, посредством чего скорость пр мой реакции (Ki) при гидролизе остаетс без изменений, но скорость расщеплени сахара (К2) уменьшитс . Таким образом , сахароустойчивость, котора зависит от соотношени Ki/K2 значительно улучшитс , особенно если используют высокие концентрации ацетона,
Пример 3. В варках, приводимых в этом примере, исследуют неизвестную до сих пор зависимость увеличени сахаро- устойчивости при уменьшенной концентрации кислоты и увеличении температур реакции без какого-либо уменьшени высоких скоростей гидролиза, раскрытых здесь (см. табл. 4).
Действие уменьшенной концентрации кислоты, но высокой температуры демонстрирует варка одного грамма образцов линтера хлопка (вес после печной сушки) в сосудах из нержавеющей стали, футерованных стеклом, вместе с 10 мл смеси аце- тон;вода в соотношении 80:20 варочного раствора, содержащего 0,01 и 0,005 нормальную H2S04 относительно раствор ющей смеси, и нагревали до тех пор, пока не растворилось 50 и 75% сусбрата при температуре реакции 190°С - 220°С.
Охлаждение и обработку продуктов реакции дл определени сахароустойчивости и скорости реакции провели, как в примере 1,
Данные указывают на то, что можно успешно уменьшать и измен ть концентрацию кислоты путем увеличени температуры реакции без потери скорости реакции с увеличением сопутствующего выхода сахара (устойчивость), когда используют гидролизные растворы, содержащие по крайней мере 80% ацетона.
Пример 4, Один г образцов нескольких видов древесины гидролизуют в смеси ацетон:вода в соотношении 80:20, содержащей 0,04 нормальную серную кислоту npit 180°С. Скорости гидролиза подсчитывают только дл фракций кристаллической целлюлозы , чтобы избежать искажени результатов от легко гидролизующегос лигнина и гемицеллюлоз,
В табл. 4 приведено врем потерь массы 25%, 50%, 75 и 99% Начальной массы после печной сушки вместе с вычисленными скорост ми реакции.
Обработка продуктов соответствовала примеру 1 за исключением того, что после удалени летучих веществ путем дистилл ции было необходимо удалить осажденные лигнины фильтрацией или центрифугированием .
Совершенно очевидно, что при идентичных услови х скорости гидролиза дл древесины примерно в два раза больше скоростей гидролиза дл хлопковых волокон .
Скорость гидролиза древесины дугла- сеи была немного меньше, чем скорость гидролиза осины и коры сахарного тростника. При проведении гидролиза в чисто водной
системе при других подобранных услови х (така же температура и то же содержание кислотного катализатора) получили скорость гидролиза 0,5х103 , и зафиксировали только 6% потери в весе дл варки
0 длительностью в 280 мин при 180°С - обычной температуре гидролиза в разбавленной кислоте. Таким образом, гидролизный раствор с высоким содержанием ацетона ускор ет по крайней мере в 100 раз гидролиз
5 дугласеи при одновременном растворении лигнина по сравнению с тем, что возможно в чисто ацетоновой системе.
Среди продуктов частичного осахарива- нм древесины твердые остатки с выходом
0 приблизительно от 30 до 35% вл ютс чисто белыми, лишенными остаточного лигнина , Эта целлюлозна фракци имеет показатель кристалличности 80% из осиновой древесины и СП 80-280. Подобные ре5 зультаты получены с другими видами древесины.
Пример 5. Преимуществом предлагаемого изобретени вл етс и то, что высока концентраци ацетона способствует
0 образованию относительно устойчивых комплексов ацетон-сахар несмотр на присутствие воды. Больша стабильность сахарных комплексов при высокой температуре основательно вли ет на устой5 чивость растворенных Сахаров (см. табл, 1). Далее, вследствие различий в летучести и растворимости различных сахарных комплексов изобретение позвол ет легко осуществл ть сегрегацию и почти количественное
0 выделение п т а основных древесных саха- ров, если это необходимо. Однако в результате смешанной природы производных сахара в водных гидролизатах, если така полна и тщательна сепараци необходи5 ма. всегда необходимо нейтрализовать выделенное водное сахарное сусло после удалени летучих веществ и концентрировать сусло до сиропа. Затем сироп повторно раствор ют в безводном ацетоне, содержа0 щем 3%-ную кислоту, выдерживают по крайней мере 6 ч до тех пор, пока все сахара образуют соответственно свои диэцетоно- вые комплексы до начала проведени тщательной сепарации, как описано ниже.
5 Отделенные сахарные комплексы легко гид- ролизуютс в разбавлсзнной кислоте при кипении в течение по крайней мере 20-40 мин. Таким образом, 10 г крупных осиновых опилок{прошедших сито в 5 меш.) загрузили с 100 мл шдролизующогос раствора, состо щего из смеси ацетон:вода в соотношении 80:20 и 0,04 нормальной серной кислоты в качестве катализатора. В сосуде высокого давлени создали температуру 180°С путем погружени его в гор чую глицериновую ба- ню в течение 9 мин, и нагревание продолжали в течение необходимого реакционного времени.
В другом большем сосуде высокого давлени 450 мл гидролизного раствора, содер- жащего смесь ацетон:вода в соотношении 80:20 и 0,04 нормальную серную кислоту, также предварительно нагрели и соединили с реакционным сосудом посредством сифоновой трубки и перекрывающего вентил . Через три мин (12 мин в общем) при температуре реакции реакционный раствор слили в- маленький химический стакан, содержащий 75 г толченого льда, Реакционный сосуд немедленно загрузили вновь гор чим раствором из запасного сосуда и реакцию продолжали в течение дополнительных 3 мин до повторной разгрузки содержимого реактора, как описывалось выше. Всего осуществл лось п ть смен раствора, и раство- ры собирали дл анализа. Охлажденное содержимое реактора анализировали следующим образом.
Гидролизаты № 1 и 2 соедин ли один с другим перед выпариванием низкокип щих летучих веществ. Быстрое испарение ацетона при низкой температуре (50°С) и пониженное давление приводит к осаждению хлопьевидного лигнина, который объедин етс при отслаивании в небольшие класте- ры грануп. Лигнин -тщательно отфильтровывают от маточного раствора, промывают двум част ми воды и сушат в вакууме до приобретени посто нного веса в виде порошка. Получили 1,67 г порошка лигнина со средним молекул рным весом 2800.
Смешанный фильтрат (127 мл) нейтрализовали и подвергли перегонке с вод ным паром в цельностекл нном аппарате и со- брали приблизительно 35 мл дистилл та. Как дистилл т, так и остаточный раствор довели до 100 мл и 0,5 мл порции каждого, подкислили серной кислотой до получени 3%-ной кислоты и кип тили в течение 40 мин на вод ной бане. Растворы нейтрализовали , и редуцирующую силу сахара определили методом Сомоги. Выход Сахаров в дистилл те равн лс 1,89 г из остаточного раствора 1,96 г.
Газохроматографическое определение альдитолацетатов Сахаров в паровод ном дистилл те указало главным образом на ксилозу и. арабинозу, в то врем как в остаточном растворе на глюкозу, маннозу и галактозу с малыми следами ксилозы.
Гидролизат № 3 содержал только следы лигнина после испарение ацетона, был слишком мал чтобы быть собранным и определ тьс гравиметрически. Его удал ли центрифугированием . Водный остаток (97 мл) подкислили до 3%-ной кислоты серной кислотой , кип тили 40 мин и после нейтрализации фильтровали и довели до 100 мл. Содержание редуцирующего сахара в фильтрате , определенное методом Сомоги, равн лось 1,83 г. Газохроматографический анализ альдитолацетатов, определенных в аликвоте образца, указал главным образом на глюкозу со следами маннозы и галактозы.
Гидролиззты Ms 4 и 5 обрабатывали и анализировали так же, как N 3. Гидролизат № 4 дал 1,73 г редуцирующих Сахаров, а гидро изат № 5 - 1,40 г Сахаров, причем в обоих случа х содержалась только глюкоза, на что указал Газохроматографический анализ аликвоты образцов.
Нерастворенный остаток равн лс 0,12 г после 2 ч сушки в печи при 105°С.
Общий выход продуктов следующий, г:
Лигнин порошкообразный
Общее количество пентозовых
Сахаров
Общее количество гексозовых
Сахаров
Нерастворенный остаток
(99% глюкоза)
Массовый баланс, % Лигнин98,2
Сахар37,8
Пример 6. В тех же услови х гидролиза , что в примере 5, 10 г ПС (печна сушка опилок дугласеи, прошедших сито 10 меш.) предварительно экстрагировали дихлорме- таном и сушили на воздухе в помещении с контролируемой влажностью до 8 %-ного содержани влаги, гидролизовали со смесью растворителей ацетон:вода в соотношении 80:20, содержащей 0,05 нормальную хлористоводородную кислоту, за п ть последовательных стадий. Кажда реакционна стади длилась 3 мин при 200°С. Врем прогрева составл ло т мин. Оп ть гидролизаты № 1 и 2 объедин ли, в то врем как последующие фракции анализировали отдельно.
Объединенный раствор гидролизата № 1 и гидролизата № 2 дал 2,39 г лигнина при низкотемпературном испарении летучих веществ , и 135 мл водного раствора было собрано при фильтрации порошкообразного лигнина. Высушенный лигнин имел средний молекул рный вес 3200. Фильтрат нейтрализовали до рН 8 и подвергли дистилл ции
водным паром в цельностекл нном аппарате . Собранный в количестве 28 мл дистилл т содержал 0,62 г пентозы, котора после прохождени через катионообменную смолу в виде кислоты и повторной дистилл ции паром фильтрата дала 0,58 г ксилозы, определенной газохроматографичеким анализом.
Остаток после указанной выше паровой дистилл ции (128 мл) нейтрализовали в ионообменной колонне, фильтрат кснцент- рировали до сиропа, затравили некоторым количеством кристаллической маннозы м оставили на всю ночь. Кристаллический материал отделили фильтрованмем и перекристаллизовали из этанолпетролейного эфира. Кристаллы вновь растворили в воде, подкислили до 3%-ного содержани кислоты и кип тили в течение 40 мин, чтобы выделить сахара в свободном состо нии. После нейтрализации карбонатом серебра раствор анализировали газохроматографи- чески альдитолацетатами дл определени концентрации сахара. Единственным видом сахара, определенным хроматографически была манноза с рассчитанным выходом 1,00 г.
Раствор этанолпетролейного эфкра экстрагировали с 5 мл порци ми воды, и собранные водные слои соединили с сиропом, выделенным из кристаллического продукта, , описанного выше. Раствор кратковременно нагрели, чтобы удалить спирт, довели до 3%-ной кислоты хлористоводородной кислотой , кип тили АО мин, нейтрализовали карбонатом серебра, и альдитолацетаты приготовили дл хроматографического ана- лиза. Объединенный сироп и фильтрат содержали в целом 58 г Сахаров, из которых 0,29 г составл ла галактоза, 0,25 г - глюкоза и 0,04 г - манноза.
Гидролизат № 3 дал 1,89 г чистой глюкозы с 0,4 г осадка лигнина при удалении те- тучих фракций,
Гидролизат № 4 дал 1,66 г чистой глюкозы с очень малыми следами лигнина, в то врем как гидролизат № 5 дал 1,85 г глюкозы без лигнина, Нерастворенный остаток составил 0,18 г состо л из 99%-ной глюкозы,
Общий выход продуктов следующий, г:
Гидролизаты Ns 1-3: Лмгнин 2,79
0 5 0 5
0 5
0
5
Ксилоза0,58
Арабиноза (по разнице)0,04
Манноза1,00
Гексоза0,58
Гидролизат Мг 3:Гексоза 1,89
Гидролизат № 4:Гексоза 1,66
Гидролизат № 5:Гексоза 1,85
Негидролизованный остаток 0,18
10,57
Общий выход по сахару 7,60 г 95,95% (теоретический) выход лигнина: 98%.
В крупных промышленных масштабах охлаждение выделенных растворов сахара наилучшим образом достигаетс контролированным быстрым испарением летучих фракций. Охлаждение жидких образцов вне сосуда высокого давлени в примерах 5 и 6 растолченным льдом удобно дл обработок в малом масштабе.
Claims (1)
- Формула изобретени Способ получени Сахаров из целлюло- зосодержащего материала, предусматривающий измельчение целл (оловосодержащего материала, введение варочной жидкости, содержащей ацетон, воду и 0,001-0,1 нормальную серную или сол ную кислоту, в реакционный резервуар, гидролиз материала при повышенных давлении и температуре с получением раствора Сахаров и отбор полученного раствора Сахаров, отличающий- с тем, что, с целью ускорени процесса и повышени выхода Сахаров, используют варочную жидкость с концентрацией ацетона 70-90%, а температура гидролиза 145- 230°С, при этом полученный раствор Сахаров быстро охлаждают до 100°С, а варочную жидкость и измельченный целлюлозосодер- жащий материал ввод т в реакционный резервуар с такой скоростью, чтобы врем между подачей материала и отбором получаемого раствора Сахаров не превышало времени, необходимого дл гидролиза 50% твердых веществ гидролизуемого материала и выделени без расщеплени по крайней мере 90% растворенных Сахаров, выделенных из целлюлозосодержащего материала .0,010,0470,020,0950,00,190Таблица223,62,6552,75,9215Примечание, Ацетон/вода 90:10t 0,10 нормальнаводы 1,0 (К 2,1, табл.1)170111516 Продолжение табл.2ТаблицаЗТаблица 5
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CA000395820A CA1201115A (en) | 1981-03-26 | 1982-02-09 | High efficiency organosolv saccharification process |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1701115A3 true SU1701115A3 (ru) | 1991-12-23 |
Family
ID=4122005
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU823526203A SU1701115A3 (ru) | 1982-02-09 | 1982-06-24 | Способ получени сахаров из целлюлозосодержащего материала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1701115A3 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8945309B2 (en) | 2006-03-01 | 2015-02-03 | National University Corporation Hokkaido University | Catalyst for cellulose hydrolysis and/or reduction of cellulose hydrolysis products and method of producing sugar alcohols from cellulose |
RU2545576C2 (ru) * | 2010-09-29 | 2015-04-10 | БЕТА РЕНЬЮЭБЛС С.п.А. | Подвергнутая предварительной обработке биомасса, характеризующаяся улучшенной ферментативной доступностью |
RU2577901C2 (ru) * | 2011-02-18 | 2016-03-20 | Торэй Индастриз, Инк. | Способ производства сахарного раствора |
RU2634916C2 (ru) * | 2012-12-18 | 2017-11-08 | Лезафр Э Компани | Способ очистки свекловичного сока |
RU2643724C1 (ru) * | 2017-04-06 | 2018-02-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Петровский фарватер" | Способ переработки растительного сырья для получения гидролизатов, содержащих ксилозу, для получения ксилита |
RU2740098C1 (ru) * | 2020-06-30 | 2021-01-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова" | Способ гидролиза гемицеллюлоз растительных материалов для получения ксилозных растворов |
RU2804489C2 (ru) * | 2018-01-16 | 2023-10-02 | Бенджамин СЛЭДЖЕР | Вальцовая мельница для преобразования целлюлозных продуктов в сахар |
-
1982
- 1982-06-24 SU SU823526203A patent/SU1701115A3/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент US № 2022654, кл. 162-74, 1935. * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8945309B2 (en) | 2006-03-01 | 2015-02-03 | National University Corporation Hokkaido University | Catalyst for cellulose hydrolysis and/or reduction of cellulose hydrolysis products and method of producing sugar alcohols from cellulose |
RU2545576C2 (ru) * | 2010-09-29 | 2015-04-10 | БЕТА РЕНЬЮЭБЛС С.п.А. | Подвергнутая предварительной обработке биомасса, характеризующаяся улучшенной ферментативной доступностью |
RU2577901C2 (ru) * | 2011-02-18 | 2016-03-20 | Торэй Индастриз, Инк. | Способ производства сахарного раствора |
RU2634916C2 (ru) * | 2012-12-18 | 2017-11-08 | Лезафр Э Компани | Способ очистки свекловичного сока |
RU2643724C1 (ru) * | 2017-04-06 | 2018-02-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Петровский фарватер" | Способ переработки растительного сырья для получения гидролизатов, содержащих ксилозу, для получения ксилита |
RU2804489C2 (ru) * | 2018-01-16 | 2023-10-02 | Бенджамин СЛЭДЖЕР | Вальцовая мельница для преобразования целлюлозных продуктов в сахар |
RU2740098C1 (ru) * | 2020-06-30 | 2021-01-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова" | Способ гидролиза гемицеллюлоз растительных материалов для получения ксилозных растворов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4470851A (en) | High efficiency organosolv saccharification process | |
US5730837A (en) | Method of separating lignocellulosic material into lignin, cellulose and dissolved sugars | |
AU579094B2 (en) | Improved organosolv process for hydrolytic decomposition of lignocellulosic and starch materials | |
SU1194282A3 (ru) | Способ разложени лигноцеллюлозного материала | |
EP2350322B1 (en) | Process of producing xylose and dissolving pulp | |
AU756976B2 (en) | Method for separating lignocellulose-containing biomass | |
US20090176286A1 (en) | Process for Fractionating Lignocellulosic Biomass into Liquid and Solid Products | |
CA1308113C (en) | Combined process for thermally and chemically treating lignocellulose-containing biomass and for producing furfural and cellulose-containing fiber masses | |
CA2659015C (en) | A process for the stepwise treatment of lignocellulosic material to produce reactive chemical feedstocks | |
US20150072389A1 (en) | Process for the stepwise treatment of lignocellulosic material to produce reactive chemical feedstocks | |
JPS6336760B2 (ru) | ||
WO2011094859A1 (en) | Method for scale removal during a lignocellulosic conversion process | |
WO2014106221A1 (en) | Processes and apparatus for producing fermentable sugars, cellulose solids, and lignin from lignocellulosic biomass | |
WO2014106220A1 (en) | Processes for fractionating whole plants to produce fermentable sugars and co-products | |
Yoon | Pretreatment of lignocellulosic biomass by autohydrolysis and aqueous ammonia percolation | |
SU1701115A3 (ru) | Способ получени сахаров из целлюлозосодержащего материала | |
EP0074983B1 (en) | High efficiency organosolv saccharification process | |
US2166540A (en) | Alcoholic treatment of ligneous cellulosic material | |
US1960812A (en) | Manufacture of furfur | |
CA1201115A (en) | High efficiency organosolv saccharification process | |
US11472829B2 (en) | Hemicellulose processing method | |
US3479336A (en) | Production of cellulose esters from particulate lignocellulosic material | |
Black et al. | Method of separating lignocellulosic material into lignin, cellulose and dissolved sugars | |
RU2740098C1 (ru) | Способ гидролиза гемицеллюлоз растительных материалов для получения ксилозных растворов | |
US2974067A (en) | Hydrolysis of vegetable cellulosic materials |