DE901760C - Process for the saccharification of cellulose-containing material with diluted acids in a pressure percolator - Google Patents

Description

Verfahren zur Verzuckerung von zellulosehaltigem Material mit verdünnten Säuren im Druckperkolator Bei der industriellen Gewinnung von Holzzucker wird ein Perkolator benutzt. Das ist ein hohes schmales, unten und oben konisches Druckgefäß. Es faBt bei einer Höhe von etwa 1q. m und einer lichten Weite von 2,5 m, also 5o m3 Inhalt, etwa io t Holzspänetrockensubstanz. Der Perkolator hat, wie das die Abbildung schematisch zeigt, oben eine verschließbare Einfüllöffnung i für die Beschickung mit dem zellulosehaltigen Material und unten eine verschließbare Öffnung 2 für den Ausstoß des entzuckerten Ligninkuchens. Außerdem hat der Perkolator oben und unten Ventile zum Ein- und Auslassen von Dampf und Säure bzw. der Holzzuckerwürze, denn die Holzspäne werden bei einer Temperatur von über ioo°C mit verdünnter Säure behandelt. Das obere SäureeinlaBventil ist mit 3, das obere DampfeinlaBventil mit q., das obere Abdampfventil mit 5 bezeichnet. Die unteren DampfeinlaBventile sind mit 6 und 7, das untere Abdampfventil mit 8 und das Würzeablaufventil mit 9 bezeichnet.Process for saccharification of cellulosic material with dilute Acids in the pressure percolator During the industrial production of wood sugar, a Percolator used. It is a tall, narrow pressure vessel with a conical top and bottom. It falls at a height of about 1q. m and a clear width of 2.5 m, i.e. 5o m3 content, about 10 t wood chip dry matter. The percolator has, like that in the picture shows schematically, at the top a closable filling opening i for charging with the cellulosic material and below a closable opening 2 for the Output of the desugarized lignin cake. Also, the percolator has top and bottom Valves to let in and out steam and acid or wood sugar flavoring, because the wood chips are treated with dilute acid at a temperature of over 100 ° C. The upper acid inlet valve is marked with 3, the upper steam inlet valve with q., The upper one Denoted by 5 exhaust steam valve. The lower steam inlet valves are 6 and 7, the lower evaporation valve is denoted by 8 and the wort drain valve is denoted by 9.

Bisher wird mit dem Perkolator in folgender Weise gearbeitet: Die zellulosehaltigen Stoffe, z: B. die Holzspäne, werden nach und nach durch die Einfüllöffnung i in den Perkolator geschüttet, bis er genügend gefüllt ist, und dabei durch Dampfstöße von oben her zusammengedrückt. Nach diesem Dampfpressen werden die Späne etwa 6o Minuten bei geschlossenen Abdampfventilen mit Dampf von unten her aufgeheizt, um sie auf die Reaktionstemperatur von i2o bis 130'C zu bringen. Wenn sie dann oben im Perkolator die Reaktionstemperatur erreicht haben, wird das obere Abdampfventil 5 etwa 13 bis 30 Minuten geöffnet und gleichzeitig Dampf unten im Perkolator durch das Ventil 6 eingelassen. Bei diesem Dämpfprozeß entweicht die Luft aus dem Reaktionsraum.So far, the percolator has been used in the following way: The cellulose-containing substances, e.g. wood chips, are gradually poured through the filling opening i into the percolator until it is sufficiently filled, and thereby compressed by bursts of steam from above. After this steam pressing, the chips are heated with steam from below with the exhaust valves closed for about 60 minutes in order to bring them to the reaction temperature of between 120 and 130 ° C. When they have reached the reaction temperature at the top of the percolator, the upper exhaust valve 5 is opened for about 13 to 30 minutes and at the same time steam is let in through the valve 6 at the bottom of the percolator. During this steaming process, the air escapes from the reaction space.

Es ist auch bekannt, das Ventil 5 bei Beginn des Aufheizens kurzfristig zu öffnen. Nach dem Dampfpressen, Aufheizen und Ausdämpfen der Spänefüllung werden in den 5o m3 fassenden Perkolator bei geschlossenen Abdampfventilen bis zu 20 m3 etwa i2o°C heißes Wasser mit einem Säuregehalt von etwa 1,2 % von oben her mittels einer Pumpe eingedrückt. Die Flüssigkeit dringt in die Spänefüllung oben ein und wird nach dem Eindrücken mit Dampf als geschlossene Flüssigkeitssäule durch die Späne nach unten in den Perkolator gedrückt und dann abgelassen. Die ablaufende erste Würze enthält bei dieser Art des Verzuckerungsprozesses polymere Zucker. Diese werden außerhalb des Perkolators durch Nachhydrolyse in monomere umgewandelt.It is also known to open the valve 5 for a short time at the start of heating to open. After steam pressing, heating up and steaming out the chip filling in the 50 m3 percolator with closed exhaust valves up to 20 m3 water with a temperature of about 120 ° C with an acid content of about 1.2% from above using pressed in by a pump. The liquid penetrates into the top of the chip filling and is pressed in with steam as a closed column of liquid through the Chips pushed down into the percolator and then drained. The expiring In this type of saccharification process, the first wort contains polymeric sugars. These are converted into monomers by post-hydrolysis outside the percolator.

Das Verfahren läßt sich erfindungsgemäß abkürzen, wenn die durch das Dampfpressen bereits angewärmte Spänefüllung mit der genügend hoch erhitzten säurehaltigen Flüssigkeit auf die Reaktionstemperatur gebracht wird, also der Vorgang des Aufheizens der Spänefüllung auf die Reaktionstemperatur und der Dämpf- und Entlüftungsvorgang in den beginnenden Verzuckerungsprozeß eingeschlossen werden. Zu dem Zweck wird die säurehaltige Flüssigkeit auf eine Temperatur über 140'C erhitzt, unmittelbar nach dem Dampfpressen bei geöffnetem unterem Abdampfv entil rasch in den Perkolator von oben her ein- und dann durch die Spänefüllung nach dem unteren Teil des Perkolators hindurchgedrückt. Dabei kommt die Spänefüllung schneller und gleichmäßiger auf die Reaktionstemperatur, bei der die Verzuckerung beginnt. Die Spänefüllung wird nun von oben her durch die überhitzte säurehaltige Flüssigkeit auf die Reaktionstemperatur gebracht, und diese kann in einer größeren Menge auf die Spänefüllung einwirken, weil der Perkolator infolge des geöffneten unteren Abdampfventils mehr Flüssigkeit aufnehmen kann. Verständlicherweise dringt die säurehaltige Flüssigkeit in den Perkolator rascher ein, wenn das untere Abdampfventil8 geöffnet und die durch die eingebrachte Flüssigkeit verdrängte Luft hier entweichen kann. Das untere Abdampfventil ß bleibt so lange geöffnet, bis die Flüssigkeit durch die Spänefüllung hindurchgeflossen ist und bei dem Abdampfventil8 unten ankommt.The method can be shortened according to the invention if the Steam pressing the already warmed up chip filling with the sufficiently highly heated acidic one Liquid is brought to the reaction temperature, i.e. the process of heating the chip filling to the reaction temperature and the steaming and venting process be included in the beginning saccharification process. For the purpose will the acidic liquid is heated to a temperature above 140'C, immediately After steam pressing with the lower exhaust valve open, quickly into the percolator from above and then through the chip filling to the lower part of the percolator pushed through. The chip filling comes to the faster and more evenly Reaction temperature at which saccharification begins. The chip filling is now from above through the overheated acidic liquid to the reaction temperature brought, and this can act in a larger amount on the chip filling, because the percolator has more liquid as a result of the opened lower evaporation valve can accommodate. Understandably, the acidic liquid penetrates the percolator faster if the lower exhaust valve8 is opened and the one brought in by the Liquid displaced air can escape here. The lower exhaust valve ß remains Opened until the liquid has flowed through the chip filling and arrives at the exhaust valve8 below.

Bei den bekannten Verfahren bleibt dieses Ventil 8 beim Eindrucken der säurehaltigen Flüssigkeit geschlossen. Infolgedessen können auch nur 12 bis 2o m3 der sauren Flüssigkeit eingedrückt werden.In the known method, this valve 8 remains in the impression the acidic liquid closed. As a result, only 12 to 2o m3 of the acidic liquid are pressed in.

Bei dem neuen Verfahren werden nunmehr infolge des geöffneten unteren Abdampfventils bis zu 33 m3 Flüssigkeit bei der ersten Charge in die Spänemasse gebracht. Dann muß das Abdampfventil geschlossen werden, weil die Flüssigkeit inzwischen durch die Spänefüllung hindurchgedrungen ist und am Abdampfventil ankommt.In the new process, as a result of the opened lower Evaporation valve up to 33 m3 of liquid in the first batch in the chip mass brought. Then the exhaust valve must be closed because the liquid has meanwhile has penetrated through the chip filling and arrives at the exhaust valve.

Nach dieser erfindungsgemäßen Arbeitsweisewerden also die Späne nach dem Einfüllen in den Perkolator und nach dem Pressen mit Dampf von oben nicht mehr mit Frischdampf vor Beginn des eigentlichen Verzuckerungsprozesses von unten aufgeheizt, sondern mit der von oben eingelassenen über 140'C erhitzten, säurehaltigen Flüssigkeit. Diese gibt ihre Wärme an den durch das Dampfpressen bereits angewärmten Holzkuchen ab und der bei der Entspannung der über 140'C heißen Flüssigkeit frei werdende Dampf verdrängt zugleich mit der eingebrachten säurehaltigen Flüssigkeit die Luft aus der Reaktionsmasse. Nach Einbringen der gewünschten Flüssigkeitsmenge wird die Spänefüllung nach dem Durchtränken mit dem säurehaltigen Wasser durch Dampfzufuhr von unten auf Reaktionstemperatur gebracht. Somit wird das säurehaltige Spänematerial einmal durch die von oben her eingebrachte, über 140°C heiße, verdünnte Schwefelsäure und dann durch ein kurzes Aufheizen von unten gleichmäßiger geheizt, als dies bei dem bisher üblichen Aufheizen nur von unten vor Beginn des eigentlichen Verzuckerungsprozesses der Fall war.According to this mode of operation according to the invention, the chips will be recovered after filling into the percolator and after pressing with steam from above no more heated from below with live steam before the actual saccharification process begins, but with the acidic liquid that is let in from above and is heated to over 140 ° C. This gives its warmth to the wooden cake, which has already been warmed up by the steam pressing from and the vapor released when the liquid, which is over 140 ° C, is released at the same time displaces the air with the acidic liquid that has been introduced the reaction mass. After introducing the desired amount of liquid, the chip filling after soaking with the acidic water by supplying steam from below Brought reaction temperature. Thus, the acidic chip material is through once the diluted sulfuric acid brought in from above and heated to over 140 ° C and then heated more evenly by briefly heating up from below than with the previous one usual heating only from below before the start of the actual saccharification process was the case.

Sobald die von oben in den Perkolator eingepumpte säurehaltige Flüssigkeit unten an dem geöffneten Abdampfventil8 ankommt, wird, wie bereits gesagt, dieses geschlossen, die Flüssigkeit mit Dampfdruck vollständig von oben her in die Späneschicht hineingepreßt und die Spänefüllung mit der Säure nun etwa 15 Minuten unter Druck von unten aufgeheizt. Die sich dabei im Perkolator oben über dem Spänematerial sammelnde, aus dem Holzzellsystem in Freiheit gesetzte Luft wird währenddessen abgelassen und anschließend weitere etwa 2 bis 7 m3 saure Flüssigkeit von oben zugegeben, die den Raum des entwichenen Luftpolsters ersetzt. Dabei wird von unten Dampf zugegeben, damit die Reaktionstemperatur nicht sinkt. Dann wird die Würze aus dem geöffneten Würzeablaßventil9 abgelassen. Sie enthält den vor allem aus den Hemizellulosen gebildeten Zucker in monomerer Form und braucht nicht mehr außerhalb des Perkolators nachhydrolysiert zuwerden, wie die bei den bekannten Verfahren anfallenden ersten Würzen, die den aus den Hemizellulosen gebildeten Zucker in polymerer Form enthalten.As soon as the acidic liquid pumped into the percolator from above arrives at the bottom of the open exhaust valve8, as already said, this closed, the liquid with vapor pressure completely from above into the chip layer pressed in and the chip filling with the acid now under pressure for about 15 minutes heated from below. Which collects in the percolator above the chip material, During this time, the air released from the wood cell system is released and then another 2 to 7 m3 acidic liquid was added from above, which the Replaced the space of the escaped air cushion. Steam is added from below, so that the reaction temperature does not decrease. Then the wort is out of the opened Wort drain valve 9 drained. It contains that mainly formed from the hemicelluloses Sugar in monomeric form and no longer needs to be rehydrolyzed outside the percolator to become, as in the case of the known processes, the first wort, which the contain sugars formed from the hemicelluloses in polymeric form.

Vergleichsweise wird hier der Verzuckerungsablauf nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Verarbeitung von gleichwertigem Spänematerial gegenübergestellt.In comparison, the saccharification process according to the invention is used here Processes for processing equivalent chip material compared.

Dabei ergibt sich nachfolgendes Bild: Altes Verfahren Neues Verfahren 9930 Spänefüllung in t HTS 9865 968o (HTS = Holz- trockensubstanz) 2 Füllzeit (Stunden) 2,10 2 1,15 Aufheizen, Entlüften o 0 (Stunden) 12,2o Verzuckerungszeit io,Zo 11,55 (Stunden) 115,5 Anfallende Würzemenge (m3) 104,6 109,2 1954 Erzeugte Ltr. Wg 2116 2002,7 19,68 Ausbeute aus Zoo kg HTS (1) 214 2o,69 Ausführungsbeispiel Etwa io t Holzspäne werden in der üblichen Weise in einen etwa 50 m3 fassenden Druckperkolator gefüllt und mit Dampfstößen zusammengepreßt. Dann werden rasch von oben her 25 m3 einer o,8°/oigen Schwefelsäure bei offenem unterem Abdampfventil 8 in den Perkolator eingedrückt. Die verdünnte Säure hat dabei eine Temperatur von etwa i4o bis i5o°C, sogar bis 17O' C, die in bekannter Weise erzeugt wird.This results in the following picture: Old process New process 9930 Chip filling in t HTS 9865 968o (HTS = wooden dry matter) 2 filling time (hours) 2.10 2 1.15 heating up, venting o 0 (Hours) 12.2o saccharification time io, Zo 11.55 (Hours) 115.5 incurred Wort quantity (m3) 104.6 109.2 1954 Produced Ltr. Wg 2116 2002.7 19.68 yield from zoo kg HTS (1) 214 2o, 69 Exemplary embodiment About 10 tons of wood chips are filled in the usual way into a pressure percolator with a capacity of about 50 m3 and pressed together with bursts of steam. Then 25 m 3 of 0.8% sulfuric acid are quickly pressed from above into the percolator with the lower evaporation valve 8 open. The dilute acid has a temperature of about 140 to 150 ° C., even up to 170 ° C., which is produced in a known manner.

Die Säure läßt sich, wenn das untere Abdampfventil8 geöffnet ist, rasch in großer Menge in den Reaktionsraum drücken. Sie verdrängt dabei den größten Teil der Luft, die sich in dem mit Spänematerial gefüllten Reaktionsraum und in dem Holzzellsystem befindet. Je nach Durchlässigkeit und Beschaffenheit der Spänefüllung können beispielsweise 23, 27 oder 33 m3 Flüssigkeit in den Perkolator eingepumpt werden, bevor unten an dem geöffneten Abdampfventil 8 etwas Flüssigkeit ankommt. Sobald von der oben in den Perkolator gedrückten Flüssigkeit hier unten am Ventil etwas ankommt, wird es geschlossen und der Rest der im Verzuckerungsmaterial noch stehenden Hydrolysierfiüssigkeit mit Dampf von oben nach unten hindurchgedrückt, bis sich eine geschlossene Flüssigkeitssäule im Perkolator gebildet hat.When the lower exhaust valve8 is open, the acid can be quickly push large quantities into the reaction space. In doing so, it displaces the largest Part of the air that is in the reaction space filled with chip material and in the wood cell system is located. Depending on the permeability and nature of the chip filling For example, 23, 27 or 33 m3 of liquid can be pumped into the percolator before some liquid arrives at the bottom of the open exhaust valve 8. As soon as the liquid pressed into the percolator from above, down here at the valve something arrives, it is closed and the rest of the saccharification material still remains standing hydrolysing liquid pressed through with steam from top to bottom, until a closed column of liquid has formed in the percolator.

Nachdem die säurehaltige Flüssigkeit durch die Spänefüllung hindurchgepreßt ist, wird das Luftpolster abgelassen, das sich über dem Spänematerial erneut angesammelt hat, indem das obere Abdampfventil5 geringfügig geöffnet wird. Die Luft entweicht unter starkem Druckabfall. Das Ventil bleibt nun so lange geöffnet, bis der Druck im Perkolator oben auf denjenigen Druck abgefallen ist, der ungefähr der Temperatur der eingebrachten Verzuckerungsflüssigkeit entspricht. Nachdem die frei gewordene Luft abgezogen ist, wird die gesamte Reaktionsmasse, in der der Verzuckerungsprozeß bereits begonnen hat, bei geschlossenen Abdampfventilen mit Dampf von unten aufgeheizt. Nachdem die gewünschte Reaktionstemperatur erreicht ist, wird die erneut aus dem Zellsystem des Spänematerials frei gewordene restliche Luft durch Öffnen des oberen Abdampfventils abgelassen. Während dieses Entlüftungsprozesses wird Dampf von unten zugegeben, um einen zu starken Temperaturabfall in der Reaktionsmasse zu vermeiden.After the acidic liquid is pressed through the chip filling is deflated, the air cushion that accumulates again over the chip material is deflated by slightly opening the upper exhaust valve5. The air escapes under severe pressure drop. The valve now remains open until the pressure in the top of the percolator has fallen to that pressure which is approximately the temperature corresponds to the saccharification liquid introduced. After the one that has become free Air is withdrawn, the entire reaction mass in which the saccharification process has already started, with the exhaust valves closed, it is heated with steam from below. After the desired reaction temperature has been reached, the is again from the Cell system of the chip material, the remaining air released by opening the upper one Drain valve drained. During this venting process, steam is generated from below added in order to avoid an excessive drop in temperature in the reaction mass.

Nach dieser Entfernung der letzten Luftreste wird der Reaktionsraum weiter mit 5 m3 o,8°/oigerSchwefelsäure befüllt und anschließend die gebildete Zuckerwürze zum Ablauf gebracht.After this removal of the last remains of air, the reaction space becomes further filled with 5 m3 of 0.8% sulfuric acid and then the sugar wort that has formed brought to the end.

Claims (6)

PATL\TANSPPLCIIB: i. Verfahren zur Verzuckerung von zellulosehaltigem Material mit verdünnten Säuren im Druckperkolator, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Dampfpressen bereits vorgewärmte Spänefüllung durch die genügend hoch erhitzte säurehaltige Flüssigkeit auf die Reaktionstemperatur gebracht wird, indem die säurehaltige Flüssigkeit unter Wegfall der bisher üblichen Aufheiz- und Dämpfperiode nach dem Dampfpressen bei geöffnetem unterem Abdampfventil in den Perkolator eingedrückt und dann mit Dampf von oben durch die Spänefüllung hindurchgedrückt wird, wobei das untere Abdampfventil erst dann geschlossen wird, wenn die säurehaltige Flüssigkeit hier ankommt. PATL \ TANSPPLCIIB: i. Process for the saccharification of cellulose Material with dilute acids in the pressure percolator, characterized in that the The chip filling already preheated by the steam pressing through the sufficiently high heated acidic liquid is brought to the reaction temperature by the acidic liquid eliminating the previously usual heating and steaming period pressed into the percolator after steam pressing with the lower evaporation valve open and then pressed through the chip filling with steam from above, wherein the lower evaporation valve is only closed when the acidic liquid arrives here. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die säurehaltige Flüssigkeit mit einer Temperatur von über i4o° C . in den Perkolator eingebracht wird. 2. The method according to claim i, characterized in that the acidic Liquid with a temperature of over 140 ° C. introduced into the percolator will. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß so viel säurehaltige Flüssigkeit bei geöffnetem unterem Abdampfventil eingebracht wird, bis diese bei dem Ventil ankommt, worauf dieses Ventil geschlossen wird. 3. The method according to claim i and 2, characterized in that as much acidic Liquid is introduced with the lower evaporation valve open until it is at the valve arrives, whereupon this valve is closed. 4. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die säurehaltige Flüssigkeit mit Dampf von oben durch die Spänefüllung hindurchgedrückt und im Perkolator belassen wird. 4. The method according to claim i to 3, characterized in that the acidic liquid with vapor of is pushed through the top of the chip filling and left in the percolator. 5. Verfahren nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgemisch im Perkolator von unten mit Dampf geheizt, das sich oben sammelnde Luftpolster abgelassen und der Perkolator weiter mit Säure gefüllt wird und daß die zellulosehaltigen Stoffe in der Füllung so lange unter Druck erhitzt werden, bis die Hemizellulose in monomere Zucker umgewandelt ist. 5. Process according to Claims i to 4, characterized in that the reaction mixture heated with steam from below in the percolator, the air cushion that has collected above is drained and the percolator is further filled with acid and that the cellulosic materials in the filling are heated under pressure until the hemicellulose is transformed into monomers Sugar is converted. 6. Verfahren nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Säuregehalt des ersten Flüssigkeitsschubes je nach den Temperaturverhältnissen auf o,5 bis 1,2 °/o bemessen wird.6. The method according to claim i to 4, characterized in that that the acidity of the first burst of liquid depends on the temperature conditions is measured at 0.5 to 1.2 per cent.