Диспергирование целлюлозы взамен кислотного гидролиза в производстве этанола

Выше подробно показано, что диспергирование крахмалсодержащего сырья, равно как и целлюлозы, позволяет осахаривать его без предварительного разваривания , причем выход этанола или бутанола из диспергированного сырья получается на 5—7% больше, чем по обычной схеме.

Причины повышенного выхода этанола или бутанола также были подробно объяснены.

Данные исследования дают полное основание считать целесооб­разным применение в спиртовом производстве диспергирования сырья вместо разваривания.

Целлюлоза является аналогом, точнее изомером (при сравнении участков цепей равной длины) амилозы крахмала. Микроструктура целлюлозы резко отличается от структуры крахмала. Линейные молекулы целлюлозы упакованы в виде длинных и очень прочных пучков.

Соседние глюкозные звенья в цепочке целлюлозы повернуты по отношению к друг другу на 180°, в связи с чем целлюлоза несравненно устойчивее амилозы в отношении гидролиза ферментами и кислотами.

Глубокое механическое диспергирование целлюлозы требует значительно большего расхода энергии, нежели обычное дробление зерна. Как нами выше указывалось, средний расход электроэнергии на диспергирование овса составляет около 250 квт-ч/т, на диспергирование ячменя 125 — 150 квт-ч/т. Здесь уместно отметить, что овес содержит 25% оболочек зерна, а ячмень содержит 16% оболочек зерна.

Диспергирование целлюлозы

С.М. Липатов [1] еще в 1934 г. показал, что различные модифи­кации целлюлозы обладают разной способностью к гидролизу. Это было объяснено различным молекулярным взаимодействием макро­молекул.

Шарков [2] указывает, что с увеличением степени дисперсности возрастает скорость гидролиза целлюлозы и уменьшается расход кислоты.

Роговин [3] показал, что после грубого измельчения нативной хлопковой целлюлозы требуется обработка 7—8%-ным раствором едкого натра вместо 16—18%-ного для исходной целлюлозы.

Гесс [4] указывает, что промежуточные продукты распада цел­люлозы легче подвергаются гидролизу, чем плотное природное веще­ство.

Шарков, Корольков и Крупнов [5] показали, что облучение целлюлозосодержащих материалов жесткими Y-лучами повышает спо­собность целлюлозы гидролизоваться. Явление гидролиза целлюлозы под воздействием жесткого облучения авторы объясняют результатом деполимеризации целлюлозы с образованием коротких осколков макромолекул, способных переходить в раствор.

Исследования, проведенные Шульманом [6] с диспергированной целлю­лозой (измельченные древесные опилки), подтверждают и показывают, что глу­бокое диспергирование целлюлозы на шаровой мельнице способствует увеличению образования сахаров после действия фермента на 2%. Из недиспергированных опилок образовалось 8,6% глюкозы, а из диспергированных опилок — 10,8%, т. е. в результате диспергирования происходит раз­рыв межмолекулярных связей, аналогично разрыву связей в крахмале. Сопоставление гидролиза серной кислотой нативной и диспергированной целлюлозы показало, что кислотный гидролиз глубоко диспергиро­ванной целлюлозы протекает значительно легче и полнее (табл. 1).

Таблица 1

Как видно из приведенных данных, глубокое механическое диспергирование целлюлозы древесных опилок способствует изменению микроструктуры целлюлозы, приво­дящему к разрыву пучков молекул, что облегчает ее гидролиз разбав­ленными кислотами. Диспергированная целлюлоза дает повышенное количество сбраживаемых углеводов по сравнению с обработкой ее обычным методом.

Это дает основание рекомендовать применение метода диспергиро­вания в гидролизном и ацетоно-бутиловом производстве, использующем в настоящее время в качестве части сырья гидролизаты кукурузных ко­черыжек [7]. Есть основание полагать, что механическое диспергирование кукурузных кочерыжек на шаровой или вибрационной мельнице позволит уменьшить концентрацию кислоты, применяемой для гидролиза, и увеличить выход глюкозы.

Литература

1.       Липатов С.М., «Высокомолекулярные соединения», 1936.

2.       Шарков В.И., Иванова В.П., «Исследование плотности упаковки микромолекул в различных препаратах природных целлюлоз», «Высокомолекулярные соединения», т.1. №7, 1959.

3.       Роговин З.А., Шорыгина Н.Н., Химия целлюлозы и ее спутников, ГХТИ, 1953.

4.       Гесс, Химия целлюлозы и ее спутников, м., 1945.

5.       Шарков В.И., Корольков Н.И., Крупнов А.В., Превращения целлюлозы и древесины в легкогидролизуемое состояние под влиянием Y-лучей, «Гидролизная и химичекая промышленность», 1958 , №8.

6.       Шульман М.С., Липатов С.М., К вопросу о диспергировании целлюлозы, «Коллоидный журнал», т.XXI, вып.5, 538, 1959.

7.       Нахманович Б.М., «О возможности частичной замены пищевого сырья в ацетоно-бутиловом производстве», Спиртовая промышленность, 1957, №4.

Вперед, на главную страницу