Способ гидролиза растительного сырья

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 13 К 1/02 .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4780052/13 (22) 10.01,90 (46) 23.03.92. Бюл. ¹ 11 (75) З,Г. Олейник (53) 663.534(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ВФ 92193, кл. C 13 К 1/04, 1950.

Авторское свидетельство СССР

М 635104, кл. С 07 С 1/00, 1978.

Корольков Н.И. Перколяционный гидролиэ растительного сырья. — M.: Лесная промышленность,.1978, с.93-105. (54) СПОСОБ ГИДРОЛИЗА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ (57) Изобретение относится к гидролиэной промышленности и предназначено для комплексного использования вторичных материалов гидролизного производства. Целью изобретения является повышение экономичности и экологичности процесса за счет снижения содержания серной кислоты в лигнине. Способ гидролиза растительного сырья включает загрузку в гидролизаппарат

Изобретение относится к гидролиэной промышленности для комплексного использования вторичных материалов гидролизно го производства.

Известен способ промывки гидролизного лигнина бардой с целью освобождения его от остатков серной кислоты. Промывку лигнина производят при соотношении 20 ч . барды и 1 ч. лигнина.

Использование данного способа промывки не обеспечивает эффективного освобождения гидролизного лигнина от остатков серной кислоты. Кроме того, его реализация уСложняет технологический процесс гидролиза, поскольку требует установки дополнительного оборудования для. ЙЛ 1721093 А1 растительного сырья и раствора серной кислоты, подогрев массы паром, перколяцию горячим раствором серной кислоты с постоянным отбором гидролизата, промывку лигнина, отжим гидролизата, выгрузку лигнина в сцежу. Согласно изобретению после перколяции осуществляют отжим гидролизата на 1/3 от первоначальной гидролизной массы, а промывку лигнина непосредственно проводят в гидролизаппарате. раствором. содержащим. по 3 — 6 г гидроокиси кальция и аммиака на 1 дмз воды при гидромодулб

1,5. Полученный кальцинированно-аммонизированный лигнин имеет нейтральную или близкую к нейтральной реакцию (рН 5,37,5), влажность не более 65$, Содержит не более 6,0 эолы, не менее 0,3;(общего кальция и 0,5ф, общего азота (на абс.сухое вещество) и может быть использован в сельском хозяйстве в качестве органического удобрения, а также в промышленности как нейтрализованный гидролизный лигнин. 1 табл. осуществления промывки большим объемом жидкости. Недостатком также является длительность способа. Так, при скорости промывки 30 м /ч 7 т лигнина необходимо промывать 7 ч.

Известен также способ, согласно которому сухой гидролизный лигнин помещают в камеру, которую вакуумируют до остаточного давления 0,01 — 0,02 МПа, затем в камеру вводят кислород до избыточного давления 0,3-0,4 МПа и аммиачный раствор.

Обработку гидролизного лигнина ведут в течение 1,5-2 ч до влажности конечного про- дукта 40-45 . Нагрев сырья до 150-180 С осуществляется во время процесса контактирования с нагретыми водно-аммиачными

1721093

4 парами за счет их конденсации на поверхности сырья.

Недостатком способа является то, что его использование усложняет процесс гидролиза, так как требует установки дополнительных реакционных камер, увеличивает длительность процесса и обуславливает его удорожание.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ гидролиза растительного сырья, включающий загрузку в гидролизаппарат измельченного сырья и слабого раствора серной кислоты, подогрев массы паром, непрерывную перколяцию, промывку лигнина горячей водой, отжим остатков гидролизата и. удаление лигнина из гидролизаппарата.

Процесс перколяции ведут горячим водным раствором серной кислоты, при этом осуществляют непрерывный отбор гидролизата из гидролизаппарата. Для удаления водой промытого водой гидролизного лигнина снижают давление (сдув пара) до 0,6-0,7

МПа и открывают быстродействующий кла пан нижней горловины аппарата, при этом происходит выстрел гидролизного лигнина в сцежу.

Недостатком известного способа является то, что несмотря на прОмывку водой гидролизный лигнин содержит значительное количество (0,4-0,8О ) остатков серной кислоты, которая затрудняет использование гидролизного лигнина. Экономичность процесса снижается за счет убытков по утилйзации в отвалах этого многотоннажного отхода гидролизного производства. Кроме того, вывозимый в отвалы гидролизный лигнин загрязняет окружающую среду. В гидролиэаппарате можно водой отмыть из лигнина остатки серной кислогы, но это приведет к большому расходу горячей воды и существенному увеличению продолжительности процесса гидролиза. Так, при скорости промывки 30 м /ч 7 т гидролизного лигнина необходимо промывать в течение 7. ч, что экономически невыгодно, а практически невозможно ввиду увеличения в 2-3 раза цикла гидролиза, Целью изобретения является повышение экономичности процесса гидролиза и устранение отрицательного влияния лигнина на окружающую среду за счет нейтрализации остаточных количеств серной кислоты, Поставленная цель достигается тем, что в способе гидролиза, включающем загрузку в гидролизаппарат измельченного растительного сырья и раствора серной кислоты, подогрев массы паром, непрерывную перколяцию горячим раствором серной кислоты с отбором гидролизата, промывку лигнина, отжим остатка гидролизата, выгрузку (выстрел) лигнина в сцежу (циклон), после перколяции осуществляют отжим гидроли5 эата на 1/3 от первоначальной гидролизной массы, а промывку лигнина проводят непосредственно в гидролизаппарате раствором, содержащим по 3-6 г гидроокиси кальция и аммиака на 1 дм воды при гидромодуле 1,5

10 от загруженного абсолютно сухого (абс.cyx.) сырья.

Перколяционная отмывка водой. от лигнина остатков, образовавшихся в процессе гидролиза сахаров, заменена на перколяци15 онную промывку нейтралиэующей щелочной жидкостью, что даст воэможность не только отмыть остатки растворимых сахаров, но и нейтрализовать остаточные количества кислот в гидролизном лигнине

20 перколяционным способом непосредственно в гидролизаппарате, без выгрузки исход»., ного продукта в специальные дополнительно оборудованные смесители для Ъеремешивания с нейтрализующим щелочным реаген25 том. Способ перколяции (процеживания, фильтрации), обычно используемый для выщелачивания (экстракции) какого-либо вещества подвижным растворителем иэ неподвижного слоя измельченного сырья, в

30 предлагаемом способе используется по дополнительному назначению. Для перколяционной нейтрализации используется типовой гидролизаппарат.

Объем нейтрализующей жидкости, по35 даваемой на перколяционную нейтрализацию в гидролизаппарат, установлен исходя иэ общепринятого технологического режима циклического гидролиза (общепринятой скорости и продолжительности промывки) и

40 гидромодуля. Обычно при гидролизе 1 т абс,сух. растительного сырья получают. Около 1,5 т гидролизного лигнина 65-70 -ной влажности, На перколяционную нейтрализацию 1,5 т гидролизного лигнина подают

45 1,5 м нейтрализующей щелочной жидкости, т.е. соотношение массы гидролизного лигнина к объему нейтрализующей жидкости составляет 1 .1.

Параметры общепринятого технологи50 ческого режима гидролиза изменены на стадиях промывки и отжима (см.таблицу) с целью удаления избытка варочной смеси путем отбора гидралиэата из гидролизаппарата до значения рабочего запаса жидкости

55 (до уровня лигнина в аппарате), что уменьшает расход нейтрализующих реагентов, . объем нейтрализующей жидкости и сохраняет продолжительность цикла гидролиза.

Подаваемая в гидролизаппарат нейтрализующая жидкость содержит 3-6 г/дм з

1721093

35

45

55 гидролизной массы, а промывку лигнина проводят непосредственно в гидролизаппарате раствором. содержащим по 3 — 6 г з гидроокиси кальция и аммиака на 1 дм soды при гидромодуле 1,5, гидроокиси кальция, нейтралиэующей преимущественно остаточные количества сер-, ной кислоты, и 3 — 6 г/дм аммиака, з нейтрализующего в основном органические кислоты, и частично взаимодействует с лиг-, нином. Полученный конечный продукт характеризуется нейтральной или близкой к нейтральной реакцией (рН 5,3-7,5).

Осуществление промывки щелочным раствором, содержащим гидроокись кальция и аммиак(гидроокись аммония), обеспечивает эффективную нейтрализацию серной и органических кислот с образованием в основном сульфатов кальция и аммонийных солей органических кислот. Такой лигнин может быть использован в качестве удобрения или в промышленности.

Пример 1. Основные технологические операции и параметры гидролиза растительного сырья в дрожжевом и спиртовом производстве по известному и предлагаемому способам приведены в таблице.

Гидролизаппарат загружают сырьем с пропиткой его горячим 0,9%-ным раствором серной кислоты, прогревают содержимое аппарата до 170 С и проводят в течение

90 мин перколяцию гидролизуемого сырья горячим (180 С при 1,1 МПа) 0,65%-ным раствором серной кислоты. Затем, осуществляя частичный (1/3) отжим гидролизата (до рабочего запаса жидкости) в течение 9 мин, приступают к перколяционной нейтрализации лигнина, Для этого в гидролизаппарат з подают со скоростью 40 м /ч в течение 10 мин раствор смеси щелочных реагентов(4,5 г/дм гидроокиси кальция и 4,5 г/дм аммиз ака) при гидромод ле 1,5 к загруженному абс.сух, сырью (1 м раствора реагентов на

1 т лигнина в гидролизаппарате).

После окончания промывки (перколяционной нейтрализации) проводят в течение

20 мин полный отжим гидролиэата, осуществляют сдув парогазовой смеси до избыточного давления 0,7 МПа и производят выгрузку (выстрел) нейтрализованного лигнина в сцежу (циклон).

Качество полученного целевого продукта: рН 6,5, влажность 65%, массовая доля на абс,сух. вещество,%: зола 4,7; общий кальций 0,6; общий азот 0,9.

Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1 с использованием гидролизаппарата объемом 37 м., при загрузке 4,8 т абс.сух, сырья, Технологические параметры процесса гидролиза и перколяционной нейтрализации: загрузка сырья 40 мин, прогрев 50мин, перколяция 100 мин, частичный отжим 8 мин, промывка щелочным реагентом (перколяционная нейтрализация) 10 мин, полный отжим 20 мин и выгрузка лигнина 10 мин. Продолжительность цикла гидролиза

238 мин. Другие параметры приведены в таблице.

На промывку лигнина в гидролиэном аппарате использовано 7 м раствора смеси

3 з щелочных реагентов, содержащего 3 г/дм

10 гидроокиси кальция и 6г/дм аммиака. Проз мывка проведена со скоростью 45 м /ч, проз должительностью 10 мин.

Качество полученного целевого продукта: рН 7,4, влажность 63%, массовая доля на

15 абс.сух. вещество, : золы 5,0; общий кальций 0,4; общий азот 1,2.

Пример 3. Способ осуществляют аналогично примерам 1 и 2.

На промывку лигнина в гидролизном an20 парате использовано 7 м раствора смеси з

3 щелочных реагентов, содержащего 6 г/дм гидроокиси кальция и 3 г/дм аммиака. Проз мывку (перколяционную нейтрализацию) лигнина проводили в гидролизаппарате со

25 скоростью 45 м /ч (продолжительность промывки 9 мин).

Качество полученного целевого продукта: рН 5,4; влажность 64%; массовая доля на абс.сух. вещество,%: зола 5,8; общий кальций 0,78; общий азот 0,7

-Получаемый кальцинированно-аммонизированный лигнин не содержит серной кислоты и может быт источником органического вещества, азота, кальция, серы и других элементов, необходимых для улучшения плодородия почвы. Лигнин может использоваться в промышленности и в сельском хозяйстве в качестве удобрения как самостоятельно, так и в смеси с другими органическими и минеральными удобрениями.

Формула изобретения

Способ гидролиза растительного сырья, включающий загрузку в гидролизаппарат растительного сырья и раствора серной кислоты, подогрев массы паром, перколяцию горячим растворои серной кислоты. промывкулигнина, отжим гидролизата, выгрузку лигнина, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности и экологичности процесса за счет снижения содержания серной кислоты в лигнине. отжим гидролизата осуществляют на 1/3 от

1721093

t

I

1.

1 1

1 !

1 . 1

1 ф 1

1. 3 1

1 ВЭ 1

1 Icf ) es

1 1

1 а

I Be I

iOl — >

%zan а

l l» 1

I 1

l 1

1 I ! I

МЪ л

1 I

)ВЪ л

«о

Ю

I !

ln еь

Ю lA л

° ь

1 а л со

lA

4«В

1 о л

Фь) 1

1

I 1

I !

I

В ьь--»

I

1

1

1 1.

I

I

I

l ! с

I

1.1

1.

1

I

I 0

t и

l l»

I >ф

1 CL

1 В.

ln

Ol

° ° . б

CA

lA . Ф

Ф с 00

В 1

o o

«О Э0 а л б °

I

1

В 1

1

В

1

I ..

I. Ю

l

I б,!

° е« л

IA. 1

c«I л

М\. Сьб

1 I л

1 I

1 l

Ю

00 l

СФ

° ) °

В оо"

«Я

I I б

ВВ

1 1 °

I 1 1

1 > В, A Ol ! 1 б л «

I >>> I С 1 С.

1 Е I. .В «>0 Ф

1 I ° а 1е б О Е ь е ь-- °

t К б °

»> ВХ Э 1 «Р А

В ° е ь« ь .a ° .ь» °» ° ь ь

I б ! 4

<ф б ббб

m i 1O .СО

I. >>> l» 1 В а О 1 Э» В>Э.

О В ° ° б

1 >» О 1 C. ° ЭР SA

1 Xs б л. л

l Ф 3С Э Э ФЭ Э. O. и б б, 3Х Э Э о а л

1-KS ° IA

Z e S Э)>Э ar

l >>> aS 1 б °

> М > М ° е1 Х ) 1, 1 S. I ооs )а0 .an

I Ф X > В

1 *. 1 1 Ю 1 D

1 1 I I ЦЪ а.

1 а 1 )O.O O э! х s >= )м >««со

I >"- Х !

Ф

> «! > о о о а! an

1 сК 1» I I

ОVS BIO.O O

Ь Î > «)В )) СО

ВСХ > ь 3

I I

) l ! 1

1 ВВ

> 1 а .1 а 1 . > 3

1 l as lo

> =*В

1 Я 1 «,CL Я

1 ). о а

Й

)Э а б>

> о l m С >= Ã

> е 1 !

an w

«ьь

c«) ь» 1

1 I ) > о о

° ь « I

С«) ° I ! ! о

c«t

1 ln I 1

1

1

I

l

>) an 1

R ВВЪ 1

I

1 а

I 1 l

Ю CS 1

oa «© I

° е» I !

1

an )Л с) л

° ь ° л

° - O

1. МЪ 1 1 л- C«S «ф 1

° л «1 е е O 1

1 О 1 л S«i I е» «

I O 1

l lA I . . В, с«) «О I )X

-"« if

l >Э . I !. ь

l C

I I

> с

1 >Оо

t 3

1 1»»

1 О

1 еК

) S I 3 ! l 1 Ol о о о е» )«) ь I

1 I

1 a )и

1 Э>

rh >З ,В

1 X ф IO I >>>

z x т з

) .»>>

3У бб »>О 3 Е 1 З

g,1

xs- x

>э z e e s o.

ВЯЗ