182261. lajstromszámú szabadalom • Eljárás növényi nyersanyag cellulózának elcukrosítására
3 182261 4 anyagon. így ennél az eljárásnál sem szűnik meg a Scholler-féle eljárás kapcsán már említett hátrány, azaz a járatok kialakulása a szilárd anyagban, amelyeken a folyadék hatáskifejtés nélkül folyik át és így az anyag még tartalmazni fog elhidrolizálatlanul maradt részeket is. Eszerint a szabadalom szerint az eljárásnál a szilárd maradékot és a folyadékot expanzió segítségével ürítik ki a reaktorból, külön fúvatva ki a folyadékot és a maradékanyagot a reaktor alján át az expandáltató tartályba. Hasonlóan a Scholler-féle eljáráshoz, itt is viszonylag nagy mennyiségben használnak vizet, nevezetesen a nyersanyagban levő szilárd anyag 1 kg-jára számítva 3—9 kg folyadékot. Ha a maradékanyagot elkülönítve expandáltatják le a reaktorból, a folyadékot el lehet párologtatni a maradékanyagból. A növényi nyersanyag azonban különböző részecskéket tartalmaz, amelyek némelyike gyorsabban hidrolizál el, mint a többi rész. Ezért van az, hogy a perkolációs típusú eljárásoknál a folyadékot gyorsabban folyatják át a reaktoron, mint amilyen gyorsan a szilárd anyag áthalad. Ily módon lehet ugyanis a könnyebben hidrolizálódó részecskéket hamarabb eltávolítani a reaktorból, mint a kevésbé könnyen hidrolizálódó részecskéket és így a cukor kihozatala megnövekszik. Azonban kiderült, hogy amikor a folyadék és a szilárd anyag különböző sebességgel halad át a reaktorban, járatok képződnek a szilárd anyagban és a folyadék főként ezeken keresztül folyik át. Ezért azután a szilárd anyag nagy része nem reagál el és amikor elhagyja a reaktort, még tartalmaz elhidrolizálatlan részecskéket. A járatképződés hátrányainak kiküszöbölése végett ismeretesek ezért nem perkolációs típusú eljárások is. A 170 628 ljsz. magyar szabadalom szerinti eljárás értelmében a növényi nyersanyagok poliszaharid tartalmát folyamatos üzemmódban 150—200 °C hőmérsékleten, nyomás alatt hidrolizálják az első lépésben tömény kénsavval, majd a kapott bontási terméket egy második lépésben híg kénsavoldattal hidrolizálják és végül a termékkeverékből az egyes anyagokat desztillációval különítik el. Az eljárás hátránya azonban, hogy az egyes lépések időszükséglete tetemes, nagy a savfelhasználás mértéke és a képződött szaharidok is jelentős mértékben elbomlanak, aminek következtében csökken a cukorhozam. A 130 582 ljsz. NDK-beli szabadalmi leírás olyan eljárást ismertet, amelynél a cellulóztartalmú növényi nyersanyagot 200—270 °C hőmérsékleten rövid reakcióidő alatt híg ásványi savval kezelnek. Az eljárásnak azonban hátránya az, hogy egyrészt kis szemcseméretet, másrészt pedig nagy folyadék/szilárd anyag arányt igényel. Emellett még a rövid reakcióidő és az alkalmazott nagy hőmérséklet miatt igen nehéz az eljárást kézbentartani és így a cukorkitermelés rovására káros mellékreakciók is lejátszódnak, végül a nyersanyag megőrlése és a nagy mennyiségű folyadéknak a nagy reakcíóhőmérsékletre való felhevítése jelentősen megnöveli az eljárás költségeit. Az 1 642 534 ljsz. NSZK-beli szabadalom leírása szerinti eljárásnál a kezelendő növényi nyersanyagot ugyancsak finom szemcseméretre kell őrölni, majd a nyersanyag-őrleményt 3—5-szőrös mennyiségű híg kénsavval elkeverve beszivattyúzzák egy hőcserélőből, reakcióedényből és hűtőből álló reaktorrendszerbe, ahol nyomás alatt 100—240 "C hőmérsékleten részben végbemegy a hidrolízis és a kapott reakciókeveréket még nyomás alatt lehűtik, majd elválasztják belőle a cellolignint, amit újra felzagyolnak híg kénsavval és egy vagy több, az elsővel megegyező újabb reaktorrendszerben tovább hidrolizálják. Az eljárás hátránya, hogy külön őrlési lépést és ehhez külön őrlőberendezést igényel, továbbá a zagy szivattyúzhatóságának követelménye eleve meghatározza a folyadék/szilárd anyag arány alsó határát, ami így több, mint 3, végül az egymáshoz kapcsolódó reaktorrendszerek sorozata az eljárást költségessé teszi. ' A jelen találmány célja tehát az, hogy a fentiekben ismertetett eljárások hátrányainak a kiküszöbölésére folyamatosan üzemelő egyetlen reaktorban úgy végezzük el a növényi nyersanyagok hidrolízisét, hogy ne legyen szükség külön őrlőberendezésre, a poliszaharidok hidrolízisét optimális körülmények között kis folyadék/szilárd anyag arány mellett biztosítsuk oly módon, hogy a már képződött szaharidok lehetőleg minél kevésbé bomoljanak tovább káros melléktermékekké és így jó cukorkihozatali arányt érjünk el, amiknek az eredőjeként az egész eljárás gazdaságosabbá tehető. Ezt a kitűzött célt a növényi nyersanyag olyan folyamatos elcukrosítási eljárásával érjük el, amelynél a nyersanyagot — adott esetben előhídrolizált formában is — és a híg kénsavoldatot azonos sebességgel vezetjük át a reaktoron a nyersanyagnak előnyösen 150— 200 °C közötti hőmérsékleten és ehhez tartozó nyomáson történő elhidrolizálása, a szilárd anyagnak és a folyadéknak a reaktorból expanzióval való eltávolítása, valamint a folyadéknak és a szilárd anyagoknak az elválasztása útján, amikor is a találmányt az jellemzi, hogy a nyersanyagot és a kénsavoldatot a nyersanyag könnyebben hidrolizálható alkotórészei elhidrolizálásának megfelelő sebességgel vezetjük át a reaktoron, a szilárd anyagot és a folyadékot együttesen expandáltatjuk az expanziós tartályban és az oldatból elválasztott szilárd anyag durva frakciójának legalább egy részét visszavezetjük a reaktorba. Mivel a folyadék és a szilárd anyag azonos sebességgel halad a reaktoron keresztül, nem képződhetnek járatok a szilárd anyagban, amelyeket eddig a folyadéknak és a szilárd anyagnak az eltérő sebessége okozott, hanem a folyadék és a szilárd anyag egyenletesen keveredik össze. Ez a zagy kerül ugyanabba az expanziós tartályba, ahol együttesen lesz expandáltatva, amikor is a szilárd részek nagysága csökken és a szilárd anyag hozzáférhetősége ezáltal megnövekszik. Különösen fontos a szilárd anyag és a folyadék együttes expandáltatása a cellulóztartalmú anyag szerkezetének a felbontása érdekében, ha kis arányú folyadék/szilárd anyag keveréket használunk, mert ennek révén a szálas anyagból is robbanásszerűen távoznak el az illékony anyagok, amikor a cellulóztartalmú szilárd anyagot a nyomás alatt tartott reaktorból kifúvatjuk. így a szilárd anyagrészek felaprítódása az expandáltatás folyamata alatt bekövetkezik. Az expandáltatás után a részben elreagálatlan, még dús cellulóztartalmú durva szemcseméretű részeket újra visszavisszük a hidrolizáló reaktorba, míg a finom szemcseméretű, már elreagált, főként lignint tartalmazó részecskéket a hidrolizátummal együtt eltávolítjuk az eljárás hidrolízis részéből. A megismételt expandáltatások következtében így lecsökken a durvább, még sok cellulózt tartalmazó szilárd részecskék nagysága. A megismételt expandálta-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
