Способ непрерывного гидролиза растительного сырья

 

Изобретение относится к гидролизной промышленности и может быть использовано для получения сахаров, а также в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Сущность способа заключается в том, что смесь измельченной растительной массы и серной кислоты подают в гидролизаппарат и воздействуют пульсирующим давлением с ударным характером волн сжатия и разрежения со скоростью распространения ударных волн 0,1 - 0,5 от средней скорости движения гидролизуемого растительного сырья и частотой чередования фронтов сжатия и разрежения 1 - 100 Гц. 1 табл.

Изобретение относится к гидролизной промышленности и может быть использовано для получения сахаров гидролизом растительного сырья непрерывного действия. Кроме этого, способ может найти применение в химической, пищевой и других отраслях промышленности для осуществления реакций типа "твердое - жидкость", сопровождающихся выделением газа.

Известен способ непрерывного гидролиза растительного сырья, включающий механохимическую деструкцию в присутствии катализатора [1].

Однако данный способ обладает низкой производительностью по выходу сахаров.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ непрерывного гидролиза растительного сырья, включающий механохимическую деструкцию сырья в присутствии катализатора и воздействие повышенного постоянного давления на гидролизуемую массу [2].

Однако известный способ не обеспечивает полного выхода сахаров из-за невысокой степени механической деструкции сырья и затруднительного контактирования сырья с катализатором вследствие сжатия гидролизуемой массы и наличия в ней пузырьков воздуха.

Целью изобретения является увеличение выхода сахаров за счет повышения степени механохимической деструкции сырья и интенсификации контактирования сырья с катализатором.

Это достигается тем, что способ непрерывного гидролиза растительного сырья, включающий механохимическую деструкцию сырья в присутствии катализатора и воздействие давлением на гидролизуемую массу, отличается тем, что на гидролизуемую массу воздействуют пульсирующим давлением с ударным характером волн сжатия и разрежения с амплитудой 0,1-0,5 от средней скорости движения гидролизуемого сырья и частотой чередования фронтов сжатия и разрежения 1-100 Гц.

Этот или тождественный способ непрерывного гидролиза растительного сырья не описан в патентной, научно-технической литературе и в других источниках информации.

Отличительный по сравнению с прототипом признак не содержится в других технических решениях аналогичного или тождественного назначения, а также в других технических решениях.

Изобретение позволяет повысить выход сахаров из гидролизуемого растительного сырья.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна", "существенные отличия" и "положи- тельный эффект" на основании п.52 ЭЗ-1-74 и п.6.03. ЭЗ-2-74.

Заявляемый способ непрерывного гидролиза растительного сырья осуществляют следующим образом.

Сырье (смесь измельченной растительной массы и серной кислоты) под давлением подают в гидролизаппарат, например, типа шнекового питателя, в котором происходит дальнейшее его истирание вследствие механохимической деструкции осуществляется гидролиз растительного сырья с образованием водорастворимых сахаров. Одновременно на гидролизуемую массу воздействуют пульсирующим давлением с ударным характером волн сжатия и разрежения. Амплитуда волн равна 0,1-0,5 от средней скорости движения гидролизуемой массы, частота чередования фронтов сжатия и разрежения 1-100 Гц. В растительном сырье поры частично заполнены воздухом, который не может быть полностью замещен раствором катализатора при смешивании его с сырьем. Наличие воздуха в порах препятствует доступу катализатора к поверхности растительного сырья, что исключает участие в гидролизе той его части, которая контактирует с воздушными включениями. В результате снижается выход сахаров. Для интенсификации процесса непрерывного гидролиза при механохимической деструкции растительного сырья в присутствии катализатора и при воздействии давления на гидролизуемую массу необходимо дополнительно перемешивать растительное сырье. Для этих целей воздействуют ударными волнами сжатия и разрежения, при которых происходит возвратно-поступательное перемещение частиц растительного сырья и пузырьков воздуха в растворе катализатора. Средством создания ударных волн может быть резкое перекрытие выхода гидролизаппарата. При амплитуде колебаний - скорости распространения ударных волн, равной 0,1-0,5 от средней скорости растительного сырья, давление ударных волн достаточно для сжатия пузырьков воздуха от 0,1 до 0,5 первоначального объема, что обеспечивает доступ катализатора в поры сырья, занятые воздухом. В результате такого увеличения поверхности сырья, на которой происходят гидролиз и вымывание из нее сахаров, выход последних увеличивается.

Для выбора целесообразной частоты чередования волн сжатия и разрежения экспериментально определялась скорость диффузии в модельных телах, имитирующих засыпку растительного сырья (цилиндрические образования, тела малых размеров в форме, близкой к кубу). Данные по определению скорости диффузии атомарного кислорода приведены в таблице.

Диффузионный перенос кислорода соответствует также характеру диффузии из сырья моно- и полисахаридов, так что по полученным результатам можно судить о целесообразной частоте чередования ударных волн. Из данных видно, что снижение скорости диффузии (переход процесса на квазистационарный участок) наблюдается до момента времени, равного 1 с, что соответствует частоте чередования ударных волн 1 Гц. Максимальная скорость диффузии наблюдается до времени, равного 0,01 с, что соответствует частоте 100 Гц. Следовательно, в пределах чередования волн сжатия и разрежения 1-100 Гц процесс гидролиза будет вестись с максимальной скоростью, что позволяет увеличить выход сахаров из сырья.

Формула изобретения

СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ГИДРОЛИЗА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ, включающий механохимическую деструкцию сырья в присутствии катализатора и воздействие давлением на гидролизуемую массу, отличающийся тем, что используют пульсирующее давление с ударным характером волн сжатия и разряжения со скоростью распространения ударных волн 0,1 - 0,5 от средней скорости движения гидролизуемого растительного сырья и частотой чередования фронтов сжатия и разряжения 1 - 100 Гц.

РИСУНКИ

Рисунок 1