Безперервний процес попередньої обробки лігноцелюлозної сировини

1. Безперервний процес попередньої обробки лігноцелюлозної сировини, який включає у себе: a) постачання придатної до перекачування насосом суспензії сировини, яка має концентрацію твердої фази від 8% до 30% мас.; b) перекачування суспензії сировини насосом через нагрівний каскад, що складається із двох або більше щаблів нагріву, де кожний щабель нагріву включає у себе насос для підвищення тиску на даному щаблі нагріву і безпосередню інжекцію пари для нагріву суспензії сировини; c) додавання кислоти в суспензію сировини перед каскадом нагріву під час стадії нагріву або після виходу з каскаду нагріву при концентрації кислоти від 0,2% до 12% мас. кислоти від початкової маси сировини для приготування нагрітої, підкисленої суспензії сировини; d) перепускання потоку нагрітої, підкисленої суспензії сировини через реактор попередньої обробки при температурі від 160°С до 280°С протягом часу, достатнього для підвищення ефективності перетворення целюлози в сировині на глюкозу за допомогою целюлазних ферментів; e) охолодження суспензії після її виходу із реактора попередньої обробки за допомогою двох або більше щаблів швидкого випаровування з послідовним зниженням тиску без підвищення тиску пари після швидкого випаровування; і f) використання принаймні частини енергії пари від двох чи більше щаблів швидкого випаровування для нагріву суспензії сировини в нагрівному каска 2 (19) 1 3 86840 4 11. Процес згідно з п. 1, де на стадії додавання 3 % мас. від початкової маси сировини для гідро(стадії с) кислоту вибирають із сукупності, що лізу геміцелюлози. складається із сірчаної кислоти, сірчистої кислоти і 16. Процес згідно з п. 1, де після стадії охолодвоокису сірки. дження (стадії e) суспензію додатково піддають 12. Процес згідно з п. 1, де на стадії додавання ферментативному гідролізу целюлазою. (стадії с) кислоту додають до суспензії сировини 17. Процес згідно з п. 1, де на стадії перекачуванперед нагрівним каскадом. ня насосом (стадії b) додають гостру пару в один 13. Процес згідно з п. 1, де на стадії додавання чи більше щаблів нагріву для нагріву суспензії (стадії с) кислоту додають до суспензії сировини сировини. після нагрівного каскаду. 18. Процес згідно з п. 1, де на стадії використання 14. Процес згідно з п. 1, де на стадії додавання енергії пари (стадії f) швидко генеровану пару або (стадії с) кислоту додають до суспензії сировини в її частину принаймні від однієї чи більше стадій нагрівному каскаді. швидкого випаровування використовують для на15. Процес згідно з п. 1, де після стадії додавання гріву потоку води, пари або того й іншого разом і (стадії с) і перед стадією перекачування насосом де принаймні частину нагрітого потоку спрямову(стадією d) суспензію сировини піддають реакції ють у нагрівний каскад для нагріву суспензії сиропри температурі нижче приблизно 170°С при навини. явності кислоти в кількості приблизно від 0,5% до Даний винахід стосується процесу попередньої обробки при перетворенні лігноцелюлозної сировини на цукри. Зокрема, винахід стосується безперервного процесу попередньої обробки з одночасною рекуперацією пари для перетворення лігноцелюлозної сировини на цукри. Паливний етанол сьогодні виробляють із кукурудзяного крохмалю, цукрової тростини і цукрового буряку. Але виробництво етанолу із цих сировинних матеріалів не може отримувати достатнє поширення через обмеженість сільськогосподарських угідь, підходящих для вирощування таких культур, і конкуруючі інтереси з боку харчового ланцюга людини і тварини. І нарешті, використання викопних палив, яке супроводжується викидами двоокису вуглецю та інших шкідливих продуктів в атмосферу, в процесі перетворення цих сировинних матеріалів є непрямим фактором шкідливого впливу останніх на навколишнє середовище. Можливість одержання етанолу із такої целюлозовмісної сировини, як відходи сільськогосподарського виробництва, трави та відходи лісного господарства, привернуло до себе чималу увагу через доступність великих кількостей цих недорогих сировинних матеріалів, бажаність уникнути спалювання та сміттєвих звалищ целюлозних відходів і, нарешті, чистоту етанолу як палива порівняно з бензином. Крім того, для живлення процесу перетворення целюлози як паливо може використовуватися побічний продукт процесу перетворення целюлози, лігнін, що дозволяє уникнути застосування викопних палив. Дослідження показали, що, враховуючи весь цикл, використання етанолу, виробленого із целюлози, дозволяє звести майже до нуля генерування тепличних газів. До числа целюлозних сировинних матеріалів, які можуть використовуватися для виробництва етанолу, входять: (1) відходи сільськогосподарського виробництва, такі як солома, включаючи кукурудзяну солому і соєву солому, кукурудзяні початки, рисову солому, рисове лушпиння, кукурудзяне волокно, солому пшениці, солому ячменя, солому каноли, вівсяну солому та вівсяне лушпиння; (2) трави, наприклад, лозове просо, miscanthus, спартину Таунсенда, плевел, трубкоподібний канарее чник; (3) біомаса з відходів лісного господарства, наприклад, повторно використовуване волокно деревної пульпи, хвойна деревина, деревина твердих порід і тирса; і (4) залишки цукрового виробництва, наприклад, вичавки і бурякова пульпа. Целюлоза має кристалічну структуру, яка є дуже стійкою при ламанні. Аналогічною їй є геміцелюлоза - другий, найбільш поширений компонент. Перетворення целюлозного волокна на етанол потребує: 1) вивільнення целюлози і геміцелюлози із лігніну або підвищення доступності целюлози і геміцелюлози в целюлозній сировині для ферментів, целюлази; 2) деполімеризації вуглеводних полімерів геміцелюлози і целюлози з розкладанням їх на вільні цукри; і 3) ферментаційного перетворення змішаних гексозних і пентозних цукрів на етанол. Одним із добре відомих процесів, що використовуються для перетворення целюлози на цукри, є кислотний гідроліз в якому застосовуються пара і кислота при певній температурі, де концентрація кислоти і тривалість процесу є достатніми для гідролізу целюлози на глюкозу (Grethlein, 1978, J. Appl. Chem. Biotechnol. 28:296-308). Утворений в результаті глюкозний продукт піддають дріжджовому ферментаційному перетворенню на етанол, і етанол відновлюють та очищають шляхом перегонки. Альтернативний процес гідролізу целюлози складається із попереднього кислотного гідролізу (або попередньої обробки) і наступного за ним ферментативного гідролізу. У цій послідовності целюлозний матеріал спочатку піддають попередній обробці, застосовуючи описаний вище процес кислотного гідролізу, але у більш м'яких умовах температури, концентрації кислоти і тривалості обробки. Вважається, що такий процес попередньої обробки підвищує доступність целюлози в целюлозному волокні на наступних стадіях ферментативного гідролізу, але сам дає мале перетворення целюлози на глюкозу. На наступній стадії попередньо оброблену сировину поміщають у відповідні умови температури і рН і після цього піддають ферментативному перетворенню целюлазними ферментами. 5 86840 6 Гідроліз целюлози кислотою або целюлазою редньої обробки бажано забезпечувати можлисупроводжується ферментацією цукру на етанол, вість перекачування сировини насосом. Проте який після цього відновлюють шляхом дистиляції. багато відомих процесів попередньої обробки не Температури, які звичайно використовують у передбачали застосування перекачування насокислотному гідролізі або попередній обробці, відсом, а використовувана сировина містила в собі повідають тиску насичених парів в інтервалі від тверді речовини і/або мала такий розмір часток, які 160 фунт/кв.дюйм до 665 фунт/кв.дюйм. Додаванбули несумісними з перекачуванням. Отже, залиня сірчаної кислоти поліпшує реакцію целюлози і шається потреба у пристрої безперервної поперегеміцелюлози і може скоротити тривалість попедньої обробки з ефективною рекуперацією і поредньої обробки від 5-30 хвилин до 0,1-5 хвилин. вторним використанням пари, а це передбачає Встановлення і підтримування цих умов потребує перекачування сировини насосом. кислотостійкого обладнання, розрахованого на У патенті США № 4,136,207 (Bender) описана високі тиски. У патенті США № 4,461,648 (Foody) обробка парою при виробництві корму жуйним описані пристрій та умови попередньої обробки тваринам. Сировину при цьому насичували волометодом парового вибуху, де в реакційну посудигою і пресували під тиском 2000 фунт/кв.дюйм для ну, відому під назвою парової гармати, подають видалення з неї повітря і поліпшення наступного сировину, пару і соляну кислоту. У цій паровій гапроникнення в неї пари. Обертовий черв'ячний рматі тиск поданої в неї пари швидко зростає до шнек подавав спресовану сировину в автоклав. потрібного рівня, утримується на цьому рівні проПара, яка вироблялася парогенератором, подаватягом певного часу, а після цього настає різка вилася в автоклав під тиском 200-310 фунт/кв.дюйм. бухова декомпресія. Паровий вибух з доданою Сировина проходила через автоклав, на кінці якосірчаною кислотою прослужив стандартним прого були встановлені клапан для відбирання летких цесом попередньої обробки впродовж двох десяпобічних продуктів у колону для їх відновлення і тиріч. Отримуваний за допомогою цього процесу клапан продукту для випускання обробленої тверпопередньо оброблений матеріал є однорідним, дої речовини. Пара, яка збиралася в колоні відномає найбільшу кількість геміцелюлози, гідролізовлення побічних продуктів, поверталася в автованої на простий цукор, і потребує для гідролізу клав. Проте, низький вміст вологи в сировині не целюлози менше целюлазного ферменту, ніж інші дозволяв здійснювати її перекачування насосом. варіанти процесу попередньої обробки. Крім того, у патенті Бендера рекуперації пари пісАле хоча паровий вибух та інші періодичні ля обробки сировини парою в автоклаві було обпроцеси попередньої обробки дають сировинні меженим однією швидкою декомпресією під низьпродукти з високодоступною целюлозою, всім їм ким тиском, що було недостатнім. Відновлена властивий низький вихід цих продуктів. Ця обстапара перед її повторним використанням стискалавина потребує використання великої кількості пася, що само по собі потребувало енергії і додаварових реакторів попередньої обробки, що є коштоло процесу вартості. Цей процес також був позбавним і складним у роботі. Крім того, в періодичних влений застосування кислоти, що потребувалася процесах, і особливо у процесі парового вибуху, для швидкої реакції і надання максимальної допару важко відновлювати і повторно використовуступності целюлозі у процесі її ферментативного вати. їх потреби в парі для встановлення і підтриперетворення. мування потоку сировини в умовах кислотного У патенті США № 5,366,558 (Brink) описаний гідролізу або попередньої обробки є дуже великибезперервний процес кислотного гідролізу, який ми. Втрати цієї пари значно піднімають коштовмав декілька стадій. На першій стадії проводилася ність цього типу процесів виробництва етанолу. обробка парою за відсутності кислоти. Після цього Отже, існує потреба в розробці безперервного матеріал механічно роздрібнювали на частки дуже процесу попередньої кислотної обробки, який би малого розміру, підкислювали і сенсибілізували забезпечував високий ступінь доступності целюкиснем. Після цього сенсибілізований матеріал лози - продукту процесу парового вибуху - і який нагрівали парою для заключної реакції гідролізу. би дозволяв здійснювати економічну рекуперацію і Матеріал промивали зустрічним потоком цукру, і повторне використання пари. Деякими авторами як продукт отримували лігнін. Оскільки при цьому повідомлялося про швидку декомпресію пари випотребувалося багато стадій реакції при високих сокого тиску із реактора попередньої обробки до температурах і тиску, зростав ризик деградації рівня низького тиску і захоплення цієї пари низькосировини. Це у свою чергу обмежувало рівень пего тиску. У деяких випадках для цього застосовуретворення целюлози, а отже, і промислову житвалося одноразове швидке зниження тиску пари тєздатність процесу. Про рекуперацію пари в падо низького рівня. Після цього частину цієї пари тенті не згадується. низького тиску використовували для попереднього У патенті США № 5,628,830 (Brink) описаний нагріву суспензії перед попередньою обробкою. процес попередньої обробки парою біомаси. У Проте така рециркуляція пари була неефективною цьому процес лігноцелюлозний матеріал тонко і забезпечувала лише обмежену кількість пари, дробили, піддавали першому кислотному гідролізу потрібної для попередньої обробки. Альтернатив(попередній обробці), а потім перепускали через ний вихід із цієї ситуації, який передбачав стисдезінтегратор. Після цього суспензію піддавали кання швидко декомпресованої пари і потім викоодній чи більше стадіям швидкого випаровування ристання її під високим тиском, потребував для ще більшого зменшення розмірів часток тверзалучення відповідного обладнання для декомпдої речовини. Далі тверду речовину гідролізували ресії та додаткових експлуатаційних витрат. Крім целюлазою, і цукри піддавали ферментативній того, для здійснення безперервного процесу попе 7 86840 8 переробці на етанол. Про рекуперацію пари в пакту до атмосферного тиску є неефективними. Крім тенті не згадується. того, сировина процесу Уінгерсона має вміст волоУ патенті США № 4,237,226 (Grethlein) описаги, занадто низький для того, щоб її можна було ний безперервний процес попередньої обробки, в перекачувати. У додаток до цього процес потребує котрому целюлозний матеріал суспендують у воді відділяти лужну промивну воду, що використовудо приблизно 5-10% твердої фази. Утворену сується в мокрому окислюванні, від гідролізованої спензію нагрівають до температури реакції і в неї біомаси під тиском реактора. При попередній кисвпорскують потік сірчаної кислоти. Після цього лотній обробці лігноцелюлозного матеріалу доволі підкислену суспензію дуже швидко нагрівають важко і коштовно відділяти попередньо оброблену впорскуванням гострої пари. Для припинення реакислотою тверду речовину від рідини через густу, кції суспензію швидко охолоджують, випускаючи шламоподібну консистенцію таких підкислених пару через отвір або капіляр на виході реактора. суспензій. І нарешті лужна промивка, використовуПроте, рекуперація пари в патенті не описана. вана Уінгерсоном, є непідходящою для попереУ патенті США № 4,556,430 (Converse) описадньої кислотної обробки. не включення в сировину неводного носія для У патенті США № 3,212,932 (Hess et al.) опизменшення кількості наявної в ній води. Але носій саний процес гідролізу лігноцелюлозного матеріаповинен відновлюватися. Оскільки певна кількість лу при одержанні пентозних і гексозних цукрів. Цей лігніну може розчинятися носієм, відновлення лігпроцес передбачає попереднє змішування тонко ніну і носія є складним. Крім того, в патенті не згароздрібненого лігноцелюлозного матеріалу з воддується про рекуперацію пари. ним розчином (наприклад, води або води і кислоВ патенті EP 1,316,620 (Pinatti, Soares) описати) і поміщення цієї суміші в реакційну посудину, ний періодичний процес гідролізу, в котрому заде її нагрівають шляхом прямої інжекції пари на стосоване постачання біомаси шнековим конвеєпершій стадії гідролізу. Після цього лігноцелюлозром у реактор попереднього гідролізу періодичної ний матеріал піддають дії швидкого зниження тисдії, де біомаса піддається обробці парою і попереку або "швидкого випускання пари". При цьому дньо нагрітим кислотним розчином. Попередній випущена пара може використовуватися для обмінагрів кислотного розчину здійснюють шляхом ну теплом із сировинним матеріалом. Розчинні теплового обміну з передгідролізатним розчином пентозні і гексозні цукри відділяють від лігніну і (розчином цукру), який відбирається із реактора, і целюлози. Відділені лігнін і целюлозу піддають випускання пари, яка є в реакторі під час початкообробці неорганічною кислотою, а потім другій вого нагріву і знегажування. Обмеження цього стадії гідролізу для перетворення целюлози на процесу полягає в тому, що тепло не відновлюєтьгексозні цукри у більш напружених умовах. Цю ся із твердої фази і розчину біомаси, що залишаобробку проводять шляхом нагрівання лігніну і ється в реакторі після відбирання розчину передгіцелюлози в реакторі парою під тиском від 150 до дролізату. Крім того, в патенті не згадується про 900 фунт/кв.дюйм. Після нагрівання парою обробздійснення безперервного процесу попередньої лений матеріал піддають обробці швидким випусобробки і про перекачування сировинної біомаси канням пари, і пару випускають в атмосферу. Твенасосом. рдий продукт промивають водою, після чого цей У патентах США №№ 6,419,788 і 6,620,292 рідкий потік нейтралізують відповідним агентом і (Wingerson) описаний процес гідролізу для виготофільтрують, отримуючи продукт, що містить гексовлення відносно чистої целюлози із лігноцелюлоззу. Недоліком процесу Геса (Hess et al.) є те, що них матеріалів. У цьому процесі спочатку здійснюрекуперація пари на першій стадії гідролізу шляють попередній нагрів механічно дезінтегрованої хом одноразового зниження тиску є неефективнсировини парою. Після цього попередньо нагріту ми. Крім того, в патенті не згадується про прокачусировину примусово, за допомогою відповідного вання лігноцелюлозного матеріалу через механізму, подають у гідротермальну промивну використовуваний пристрій. камеру, де вона піддається мокрому окислюванню У патенті США № 4,468,256 (Hinger) описаний і промивці парою та лужною промивною водою, що процес гідролізу целюлози у рослинних сировинмістить розчинений в ній кисень. Метою стадії моних матеріалах. При здійсненні цього процесу сикрого окислювання і промивання є видалення лігровинний матеріал тонко роздрібнюють і просочуніну, запобігаючи гідролізу целюлози. Із промивної ють розведеною кислотою, після чого надлишок камери целюлозу завантажують у випарний бак, а вологи із матеріалу видаляють. Підкислений матепару, генеровану при швидкому охолодженні поріал піддають попередньому нагріву рециркульовертають назад для попереднього нагріву поданої ваною парою і подають у реактор, де його нагріна вхід сировини. З метою ще більшого зниження вають в однійчи більше нагрівних зонах. У енерговитрат цього пристрою лужну промивну матеріал у зоні гідролізу впорскують пару високого воду піддають попередньому нагріву за допомогою тиску. Після цього матеріал охолоджують у зоні системи рекуперації тепла, в котрій використову(або зонах) випускання пари, де тиск швидко зниється теплова енергія із випущеної промивної ріжують; випущену пару подають на рециркуляцію в дини. Цю теплову енергію відновлюють шляхом зону нагріву. Решта пари, що залишається в оброшвидкого випарювання промивної рідини в ланцюблюваних матеріалах, виходить через випускний зі випарних баків, і пару, генеровану кожним випаотвір і спрямовується назад, на початкову стадію рним баком, подають на теплообмінник, де вона попереднього нагріву. Сировина, що використовунагріває вхідну промивну воду. Недоліком процесу ється у цьому процесі, має вміст вологи, занадто Уінгерсона (Wingerson) є те, що рекуперація пари низький для того, щоб можна було застосовувати із одноразового випарювання целюлозного продуперекачування сировини насосом. Крім того, для 9 86840 10 постачання сировини в кожну із зон реактора виa) постачання придатної до перекачування накористовується безкінечний поршневий ланцюг, сосом суспензії сировини, яка має концентрацію який розташовано всередині реактора, що додає твердої фази від 8% до 30% (мас); складності і витратності процесу. Цей поршневий b) перекачування суспензії сировини насосом ланцюг перебуває під дією кислоти, і повинен вичерез нагрівний каскад, що складається із двох готовлятися із кислотостійкого матеріалу, який або більше щаблів нагріву, де кожний щабель натакож потребує чималих витрат. У зазначеному гріву включає у себе насос для підвищення тиску патенті описана також стадія видалення надлишку на щаблі нагріву і пряму інжекцію пари для нагріву води після просочування кислотою для підтримансуспензії сировини; ня вмісту вологи оброблюваного матеріалу на c) додавання кислоти в суспензію сировини якомога низькому рівні. Але дегідратація підкислеперед каскадом нагріву під час стадії нагріву або ної сировини після проходження нею реактора є після виходу з каскаду нагріву при концентрації коштовною. кислоти від 0,2% до 12% (мас.) кислоти від початВідомим способом відновлення енергії при хікової маси сировини для приготування нагрітої, мічному варінні деревної крихти є відбирання її від підкисленої суспензії сировини; спожитих варильних хімікатів, що залишаються d) перепускання потоку нагрітої, підкисленої після варіння пульпи. Для цього можна застосовусуспензії сировини через реактор попередньої вати швидке випаровування спожитого варильного обробки при температурі від 160°C до 280°C пророзчину (чорного лугу) після відділяння від крихти тягом часу, достатнього для підвищення ефективв каскаді баків швидкого випаровування для ствоності перетворення целюлози в сировині на глюкорення джерела пари. Цю пару можна використовузу за допомогою целюлазних ферментів; вати у подальших стадіях переробки, включаючи e) охолодження суспензії після її виходу із репару попередньої обробки деревної крихти в бунактора попередньої обробки за допомогою двох кері. Процеси варіння пульпи, в яких використовуабо більше щаблів швидкого випаровування з поються стадії швидкого випарювання для рекупераслідовним зниженням тиску без підвищення тиску ції пари із чорного лугу, описані в патентах США пари після швидкого випаровування; і №№ 6,176,971, 6,179,958, 5,089,086, 6,346,166, f) використання енергії пари від двох чи біль6,722,130 і 6,306,252. Але ці патенти не стосуютьше щаблів швидкого випаровування на їх рівнях ся обробки сировини для переробки целюлози на тиску швидкого випаровування або поблизу них глюкозу. Крім того, в них не йде мова про виробдля нагріву суспензії сировини в нагрівному каскаництво сировинної суспензії, яку можна перекачуді. вати через реактор попередньої обробки. Ці патеДаним винаходом пропонується також процес, нти потребують також відділяння звареної визначений вище, в якому сировиною є відходи деревної пульпи від чорного лугу під тиском автосільськогосподарського виробництва, такі як кукуклава і наступного за цим швидкого випарювання рудзяна солома і соєва солома, кукурудзяні початлугу. При переробці лігноцелюлозного матеріалу ки, рисова солома, рисове лушпиння, кукурудзяне шляхом попередньої обробки кислотою складно і волокно, солома пшениці, солома ячменя, солома дорого відділяти попередньо оброблений кислоканоли, вівсяна солома та вівсяне лушпиння; тратою матеріал від лугу через його густу шламоподіви, наприклад, лозове просо, miscanthus, спартина бну консистенцію. Таунсенда, плевел, трубкоподібний канареечник; На сьогоднішній день процеси попередньої біомаса лісного господарства, наприклад, повторобробки сировини перед ферментативним гідроліно використовуване волокно деревної пульпи, зом не є економічними. Відомі процеси рекуперації хвойна деревина, деревина твердих порід і тирса; пари є неефективними або не можуть бути еконозалишки переробки цукру, наприклад, вичавки і мічними. Крім того, багато цих процесів потребубурякова пульпа; та їх комбінації. ють використання пари високого тиску для нагріву Даний винахід стосується процесу згідно з виводи суспендованої сировини. Таким чином, існує значеним вище, в якому сировину суспендують у потреба у безперервному процесі попередньої водному розчині, наприклад воді. Об'єктом винаобробки з суттєвою рекуперацією пари, що дає ходу є також процес, описаний вище, де нагрівний можливість готувати сировину, придатну до перекаскад, містить від 2 до 8 щаблів нагріву. Даний качування насосом. винахід спрямований також на процес, описаний Даний винахід стосується процесу поперевище, в якому гостру пару вводять в один чи більдньої обробки у перетворенні лігноцелюлозної ше щаблів нагріву для нагрівання суспензії сиросировини на цукри. Зокрема, даний винахід стосувини. Крім того, стадія охолодження (стадія е) згіється безперервного процесу попередньої обробдно з визначеним вище може проводитися за ки з одночасною рекуперацією пари для переробки допомогою 2-8 щаблів швидкого випаровування. лігноцелюлозної сировини на цукри. Після останнього щабля швидкого випаровування Метою даного винаходу є створення пристрою суспензія може охолоджуватися до температури попередньої обробки з рекуперацією пари. Запроприблизно від 30°C до 100°С. понований пристрій попередньої обробки працює Даний винахід стосується процесу, описаного зі зниженими експлуатаційними витратами поріввище, в якому зазначеною кислотою є сірчана кисняно з відомими пристроями подібного типу. лота, сірчиста кислота, двоокис сірки або будь-яка Даним винаходом пропонується безперервний інша кислота, відома в даній галузі. процес попередньої обробки лігноцелюлозної сиДаний винахід спрямований також на процес, ровини, який включає у себе: описаний вище, в якому кислоту додають в суспензію сировини перед нагрівним каскадом. В 11 86840 12 альтернативному варіанті кислота може додавасировини за допомогою двох чи більше послідовтися до суспензії сировини після нагрівного касканих щаблів нагріву. Температура кожного щабля є ду або ж вона може додаватися до суспензії сировищою, ніж температура попереднього щабля. вини в нагрівному каскаді, наприклад, у кінцевому Вищі температури послідовно досягаються шлящаблі нагріву. хом рециркуляції енергії швидко створюваної пари Даний винахід стосується процесу, згідно з вивід процесу попередньої обробки. Кінцевий нагрів значеним вище, в якому проводять реакцію сиросировини перед реактором попередньої обробки вини при температурі нижче, ніж приблизно 170°С, може здійснюватися шляхом інжекції гострої пари. при наявності приблизно від 0,5% до 3% (мас.) До сировини також додають кислоту, і нагріту, підкислоти від початкової маси сировини для гідролікислену сировину витримують у реакторі поперезу геміцелюлози після стадії додавання (стадії с) і дньої обробки протягом часу, достатнього для перед стадією перепускання (стадією d). поліпшення ефективності гідролізу целюлози в цій Даний винахід спрямований також на процес, сировині целюлазними ферментами. Попередньо описаний вище, в якому суспензію піддають фероброблений матеріал у подальшому піддають дії ментативному гідролізу після стадії охолодження двох чи більше послідовних щаблів швидкого ви(стадії е). паровування для охолодження суспензії сировини Процес за даним винаходом усуває недоліки і видалення пари для її повторного використання. відомих технічних рішень завдяки застосуванню При цьому є відсутнім проміжне зростання темпеперекачування суспензії сировини насосом у приратури або тиску із щаблів швидкого випаровуванстрій безперервної попередньої обробки і застосуня. Швидко створену пару захоплюють і подають ванню множини щаблів нагріву, що відповідають на щаблі нагріву так, щоб її використання супронаявним у розпорядженні рівням тиску потоків паводжувалося мінімальними втратами тиску, забезри. Пару з різними рівнями тиску отримують у щапечуючи ефективність рекуперації енергії пари. блях швидкого випаровування, де її захоплюють, і В одному з варіантів здійснення даного винавикористовують всю або частину пари для нагріву ходу створюють безперервний процес попересировини на щаблях нагріву перед реактором подньої обробки лігноцелюлозної сировини, який передньої обробки. Запропонований процес є вивключає у себе: гідний тим, що він позбавлений неефективності, a) постачання придатної для перекачування пов'язаної зі зростанням тиску пари в каскаді насосом суспензії сировини, яка має концентрацію швидкого випаровування, завдяки застосуванню твердої фази від 8% до 30% (мас); компресорів швидко створеної пари. Запропоноb) перекачування суспензії сировини насосом ваний процес позбавлений також неефективносчерез нагрівний каскад, що складається із двох тей, пов'язаних з одноразовим швидким випаровуабо більше щаблів нагріву, де кожний щабель наванням для зниження температури. Крім того, в гріву включає у себе насос для підвищення тиску запропонованому процесі сировину суспендують в на даному щаблі нагріву і безпосередню інжекцію рідині при концентрації твердої фази від 8% до пари для нагріву суспензії сировини; 30% (мас), яку перекачують через нагрівний касc) додавання кислоти в суспензію сировини кад. перед каскадом нагріву під час стадії нагріву або Таким чином, винахід дає низку суттєвих пепісля виходу з каскаду нагріву при концентрації реваг у попередній обробці лігноцелюлозної сирокислоти від 0,2% до 12% (мас.) кислоти від початвини. кової маси сировини для приготування нагрітої, Подана тут суть винаходу може охоплювати підкисленої суспензії сировини; не всі необхідні особливості даного винаходу. d) перепускання потоку нагрітої, підкисленої Ці та інші особливості даного винаходу набусуспензії сировини через реактор попередньої вають більшої очевидності в поданому нижче описі обробки при температурі від 1600C до 28O0C прокращого варіанту його здійснення з посиланнями тягом часу, достатнього для підвищення ефективна додану фігуру креслення, де на Фіг. 1 показана ності перетворення целюлози в сировині на глюкоструктурна схема одного з варіантів здійснення зу за допомогою целюлазних ферментів; безперервного процесу попередньої обробки згідe) охолодження суспензії після її виходу із рено з даним винаходом. актора попередньої обробки за допомогою двох Опис кращого варіанта здійснення даного виабо більше щаблів швидкого випаровування з понаходу слідовним зниженням тиску без підвищення тиску Даний винахід стосується процесу поперепари після швидкого випаровування; і дньої обробки для перетворення лігноцелюлозної f) використання енергії пари від двох чи більсировини на цукри. Зокрема, даний винахід стосуше щаблів швидкого випаровування на їх рівнях ється безперервного процесу попередньої обробтиску швидкого випаровування або поблизу них ки з одночасною рекуперацією пари для перетводля нагріву суспензії сировини в нагрівному каскарення лігноцелюлозної сировини на цукри. ді. Поданий нижче опис кращого варіанту здійсВикористовуваний тут термін "безперервний нення винаходу є лише прикладом, що не вносить процес" означає процес, який передбачає безпежодних обмежень у комбінацію ознак, необхідних рервне постачання сировини і відбирання попередля його практичного втілення. дньо обробленої сировини. Даним винаходом пропонується безперервний Використовуваний тут термін "лігноцелюлозна процес попередньої обробки лігноцелюлозної сисировина" або "лігноцелюлозний матеріал" ознаровини, який включає у себе попередній нагрів чає біомасу будь-якого типу, що містить целюлозу, придатної до перекачування насосом суспензії наприклад, не деревну рослинну біомасу, відходи 13 86840 14 сільськогосподарського виробництва, біомасу з ти, наприклад, водний розчин, органічна рідина, відходів лісного господарства і залишки цукрового здатна або не здатна змішуватися з водою, або їх виробництва. У загальному випадку вважається, комбінація. що лігноцелюлозним є матеріал, що містить цеВ одному з варіантів здійснення винаходу силюлозу в кількості більше, ніж приблизно 20% ровину суспендують у водному розчині, яким може (об.), приблизно 15% чи більше геміцелюлози і служити вода. У кращому варіанті, водний розчин приблизно 15% лігніну. Целюлозний матеріал моперед введенням сировини нагрівають. Цей водже містити целюлозу у великій кількості, наприний розчин може бути спрямований на рециркуляклад більше 30% (об.), 35% (об.), 40% (об.) і більцію із будь-якої точки процесу. Достатня кількість ше. Целюлозний матеріал може містити, доданого водного розчину дозволяє здійснювати наприклад, від 20% до 50%(об.) целюлози і більше перекачування сировини, зокрема, за допомогою або, наприклад, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, насоса для середовищ середньої консистенції 38,40, 42, 44, 46, 48 і 50% (об.) целюлози. (MC: medium consistency) або іншого типу насоса, Лігноцелюлозною сировиною можуть служити, підходящого для перекачування суспензії. Оптинаприклад, трави і, зокрема, лозове просо, мальна кількість доданого водного розчину залеmiscanthus, спартина Таунсенда, плевел, трубкожить від фізичних властивостей сировини і може подібний канареечник та інші трави або їх комбівизначатися методами, добре відомими фахівцям нації; залишки цукрового виробництва, наприклад, у даній галузі. Надмірна кількість водного розчину вичавки і бурякова пульпа; відходи сільськогосповикликає потребу в додаткових витратах тепла і дарського виробництва, наприклад рисова солома, знижує ефективність процесу, у той час як занадто рисове лушпиння, кукурудзяні початки, солома мала його кількість буде абсорбуватися сировиячменя, солома пшениці, солома каноли, вівсяна ною і погіршувати придатність суспензії до перекасолома та вівсяне лушпиння, кукурудзяне волокно; чування насосом. грубі корми для худоби, наприклад, корм із соєвих Рідина, використовувана для суспендування бобів і кукурудзяний корм для худоби, і біомаса з сировини, повинна мати таку температуру, щоб відходів лісного господарства, наприклад, повторзабезпечувала суспензії сировини температуру в но використовуване волокно деревної пульпи, тиінтервалі приблизно від 30°C до 110°С; наприклад, рса, деревина твердих порід, деревина хвойних суспензія сировини може мати температуру 30, 35, порід та їх комбінації. Лігноцелюлозна сировина 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105 може містити один вид волокон або лігноцелюлозабо 110°C або будь-яку температуру між цими на сировина може містити суміш волокон, що повеличинами. Об'єднування сировини з рідиною ходять від різних видів лігноцелюлозної сировини. може здійснюватися у відмочувальному баку, в Особливо підходящими лігноцелюлозними сирозахоплювачі конденсату в напрямку бака, в насосвинними матеріалами завдяки їхній широкій доному стояку або в будь-якому іншому підходящому ступності та низькій вартості є відходи сільськогозасобі. сподарського виробництва, такі, як солома Суспендовану сировину перекачують до нагріпшениці, вівсяна солома, солома ячменя і солома вного каскаду. Під "нагрівним каскадом" тут маєтьканоли; грубі корми для худоби, наприклад, корм із ся на увазі два чи більше щаблів нагріву суспенсоєвих бобів і кукурудзяний корм; трави, напридованої сировини, кожний з яких має температуру, клад, лозове просо, трубкоподібний канареечник, що від одного до наступного послідовно зростає. miscanthus і спартина Таунсенда, або їх комбінації. Кількість щаблів у нагрівному каскаді повинна бути Даний винахід може застосовуватися на пракз одного боку достатньо великою для забезпечентиці зі зменшеною в розмірах лігноцелюлозною ня можливості використовувати пару на різних сировиною. Зменшення сировини в розмірах може доступних рівнях тиску, а з іншого - достатньо маздійснюватися за допомогою підходящих механічлою, щоб вартість насосів і складність обладнання них засобів, наприклад, різання, роздрібнювання, були в межах раціонального. Так наприклад, у помелу, перемішування, шинкування, очищання, нагрівному каскаді можуть використовуватися від стискання і розширювання, пресування тощо. Фа2 до 8 щаблів нагріву і, зокрема, 2, 3, 4, 5, 6, 7 або хівцям у даній галузі відомо чимало засобів і про8 щаблів. На кожному щаблі пара може безпосецесів механічного зменшення розмірів сировинних редньо впорскуватися за допомогою парових зміматеріалів. шувачів, добре відомих фахівцям у даній галузі У кращому варіанті приблизно від 70% до (Pulp. Bleaching: Principles and Practice, Reeve and 100% часток сировини мають довжину приблизно Dence, p. 539-568), включене тут шляхом посиланвід 0,05 см до 2,5 см. В альтернативному варіанті ня. Цей метод дає швидкий, рівномірний нагрів розміри часток сировини можуть бути зменшені до суспензії, зводячи цим до мінімуму деградацію приблизно 20 - 60 меш; зокрема розмір часток мосировини. же становити, наприклад, 20, 25, ЗО, 35,40,45, 50, На кінцевому щаблі нагріву може впорскувати55 або 60 меш. ся гостра пара безпосередньо перед реактором Лігноцелюлозний матеріал суспендують у ріпопередньої обробки. Вибір температури суспензії дині до вмісту суспендованої (нерозчиненої) тверна вході реактора попередньої обробки залежить доїфази приблизно від 8% до 30% (об.); напривід часу утримування, концентрації кислоти, викоклад, суспензія сировини може містити приблизно ристовуваної сировини і потрібного ступеня обро8, 10, 12, 15, 18, 20, 22, 25, 28, 30% (об.) суспендобки. Температура попередньої обробки в загальваної твердої фази або будь-яку кількість між цими ному випадку лежить в інтервалі приблизно від величинами. Рідку фазу такої суспензії може утво160°C до 280°C і, зокрема, складати 160, 170, 175, рювати будь-яка підходяща рідина. Нею може бу180, 185, 190, 195, 200, 205, 210, 215, 220, 225, 15 86840 16 230, 235, 240, 245, 250, 255, 260, 265, 270, 275 або отже, багаторазово, шляхом нагрівання оброблю280°С. Для фахівця в даній галузі цілком зрозуміваного потоку. ло, що конденсація пари в суспензії знижує концеПринаймні частина швидко генерованої пари нтрацію твердої фази. принаймні із двох випарних посудин спрямовуєтьКислоту до суспензії сировини додають або ся в нагрівний каскад для нагріву суспензії сироперед нагрівним каскадом під час дії якогось зі вини перед реактором попередньої обробки. Швищаблів нагріву або після того, як вона покидає дко генерована пара вводиться в нагрівний каскад нагрівний каскад. Наприклад, кислота може додана щаблі, котрий має тиск і температуру, які (1) є ватися на кінцевому щаблі нагріву. У цьому випаддостатньо низькими для прийому і конденсації цієї ку кислоту можна додавати безпосередньо перед пари і (2) достатньо високими для ефективного місцем або одразу після місця інжекції гострої павикористання енергії пари. Дана операція значно ри. Якщо кислоту додають перед входом сировини знижує витрату гострої пари. в нагрівний каскад, то метал нагрівного каскаду Застосування у даному процесі двох чи більше повинен вибиратися таким чином, щоб відповідати щаблів швидкого випаровування дозволяє здійсумовам роботи в кислому середовищі. Кислоту нювати послідовне охолодження і зниження тиску додають так, щоб вона змішувалася з суспензією. суспензії. У кращому варіанті швидко генерована Кислоту можна додавати в концентрованому стані, пара принаймні із одного щабля швидкого випароабо перед додаванням її можна розводити водою вування, із котрого принаймні частина швидко гечи водним розчином. нерованої пари повертається на нагрівний каскад, У процесі за даним винаходом може додавамає тиск, який складає від 20% до 99,5% від тиску тися будь-яка підходяща кислота, наприклад, сірсуспензії на вході даного щабля швидкого випарочана, сірчиста, двоокис сірки або їх комбінації. В вування. У ще кращому варіанті така швидко генеодному із варіантів здійснення винаходу викорисрована пара має тиск, який складає приблизно від товують сірчану кислоту, яка є недорогою, розчин25% до 99% від тиску суспензії на вході даного ною у воді у високих концентраціях, стійкою, нелещабля швидкого випаровування, а в ще кращому ткою і здатною каталізувати потрібні реакції варіанті цей тиск складає приблизно від 35% до попередньої обробки. Кількість доданої кислоти 95% від тиску суспензії на вході даного щабля може бути різною, але достатньою для досягнення швидкого випаровування. її кінцевої концентрації приблизно від 0,2% до 12% В альтернативному варіанті швидко генерова(мас.) від вмісту твердої фази в сировині. Отримуна пара може використовуватися для нагріву друвана в результаті величина рН суспензії повинна гого потоку води, пари або того й іншого разом, лежати в інтервалі приблизно від 0,8 до 2,0, принаприклад, в ребойлері. Після цього зазначений ймаючи, наприклад, такі значення: 0,8, 0,9, 1,0, другий потік може спрямовуватися на нагрівний 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9 або 2,0. каскад. Це також дозволяє підвищити ефективРеактор попередньої обробки у кращому варіність використання пари. Крім того, пара або часанті розрахований не те, щоб підтримувати потік тина пари із одного чи більше щаблів швидкого витискання суспензії і може бути сконструйований випаровування може використовуватися як джеіз будь-якого підходящого матеріалу, стійкого до рело пари на даному заводі. Цей варіант є особкорозії та ерозії в умовах реакції. Наприклад, реакливо привабливим для пари низького тиску із тор може бути виконаний із цирконію, танталу, останніх щаблів швидкого випаровування. Цілком ніобію, керамічних плиток або інших матеріалів зрозуміло, що леткі домішки можуть видалятися із подібної стійкості. На виході реактора може бути швидко генерованої пари до її використання в навстановлений клапан для створення протитиску, грівному каскаді. Це видалення може здійснюванеобхідного для підтримування тиску на бажаному тися, наприклад, у ребойлері. рівні. Оброблювана суспензія охолоджується до теЧас утримування, що потрібен для реактора мператури, підходящої для подальшої її обробки в попередньої обробки, залежить від температури, кінцевій посудині швидкого випаровування або в концентрації кислоти, використовуваної сировини і теплообміннику (чи в теплообмінниках). Попереступеню бажаної обробки. Наприклад, суспензія дньо оброблену, остиглу сировину піддають ферможе утримуватися в реакторі протягом приблизно ментативному гідролізу целюлазами. В разі потре0,05 - 10 хвилин і складати, наприклад, 0,05, 0,1, би перед ферментативним гідролізом сировину 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 5,5, 6, 6,5, 7, 7,5, промивають, відділяють тверду фазу та проводять 8, 8,5, 9, 9,5 або 10 хвилин. інші види обробки. Перед ферментативним гідроЗ виходу реактора попередньої обробки сулізом величину рН суспензії у загальному випадку спензію перепускають через два чи більше щаблів встановлюють на рівень 4,5 - 5,5 за допомогою швидкого випаровування для охолодження матепідходящого лужного розчину. При цьому величиріалу та видалення пари і летких речовин із апана рН може бути відрегульована, наприклад, на рата. Може використовуватися, наприклад, від 2 такі рівні: 4,5, 4,6, 4,7, 4,8, 4,9, 5,0, 5,1, 5,2, 5,3, 5,4 до 8 і, зокрема, 2, 3, 4, 5, 6, 7 або 8 послідовних або 5,5. Але рН суспензії може бути вище або нищаблів швидкого випаровування. Пара, що генежче зазначеного інтервалу 4,5 - 5,5, якщо викорисрується на цих щаблях швидкого випаровування, товувані целюлазні ферменти є, відповідно, алкамає різні величини тиску. Це дозволяє використолофільними або ацидофільними. Величина рН вувати генеровану пару в різноманітних цілях і, суспензії повинна встановлюватися в інтервалі її таким чином, збільшувати загальну економічну оптимальних значень для використовуваних ферефективність процесу. У такій системі енергія пари ментів. Для регулювання рН може використовуваможе використовуватися як прямо, так і непрямо, і тися будь-який відомий у даній галузі підходящий 17 86840 18 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, лужний розчин, наприклад, гідроксид натрію, гід90, 95, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 275, 300, роксид калію, гідроксид амонію, аміак, гідроксид кальцію і т.п. 325, 350, 375 або 400 b-глюкозидазних одиниць на Для ферментативного гідролізу оптимальна грам целюлози або будь яку кількість між ними. bтемпература лежить в інтервалі від 30° C до 700C і Глюкозидазну одиницю виміряють за методикою, залежить від використовуваних целюлазних ферописаною в (Ghose, Pure and Appl. Chem. 59:257ментів. У загальному випадку для більшості целю268, 1987). лазних ферментів підходящими є температури в Ферментативний гідроліз триває приблизно від інтервалі від 45°С до 55°С і, зокрема, 45, 46, 47, 24 до 250 годин в залежності в бажаного ступеню 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 або 55°С. Проте, у випадперетворення і може потребувати часу реакції, ку застосування термофільних целюлазних фернаприклад, 24, 30,40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, ментів температура суспензії може бути вищою 120, 130, 1-40 або 150 годин, або будь-якої кількозазначених меж. При гідролізі, що проводиться сті часу між ними. У результаті утворюється суцелюлазними ферментами, температуру суспензії спензія у формі водного розчину глюкози і ксилози знижують, наприклад, до 50°С. Целюлазна суміш та інших вуглеводів з лігніном та іншими непереможе бути приготована за допомогою, наприклад, твореними, суспендованими твердими речовинагрибка Trichoderma. ми. Цукри легко відділяються від суспендованих Використовувані тут терміни "целюлазні фертвердих речовин і в разі потреби можуть піддаваменти", "целюлаза" та "ферменти" означають фетися подальшій переробці, наприклад, дріжджовій рменти, що каталізують гідроліз целюлози, продуферментації на етанол. ктами якого є глюкоза, целобіоза та інші целоВ іншому варіанті здійснення винаходу викоолігосахариди. Термін „целюлаза" є родовою наристовують пристрій двостадійної попередньої звою, що означає багатоферментну суміш, до якої обробки, в якому на першій стадії підкислену сивходять ексзо-целобіогідролази (СВН), ендроглюровину нагрівають у нагрівному каскаді до темпеканази (EG) і b-глюкозидази (bG), котрі можуть ратури нижче 170°С. Після цього, але перед головироблятися численними рослинами і мікроорганівною реакцією попередньої обробки, проводять змами. Процес за даним винаходом може здійсреакцію гідролізу сировинної геміцелюлози при нюватися з одним типом целюлазних ферментів температурі приблизно 170°C у присутності кислонезалежно від його джерела. Найбільш широко ти в кількості приблизно 0,5% - 3% (мас.) від почадослідженими, охарактеризованими і вироблюваткової маси сировини. У разі потреби солюбілізоними промисловістю целюлазами є такі, що вировану геміцелюлозу можна вимити із суспензії бляються грибками родів Aspergillus, Humicola і водою, запобігаючи цим розкладанню цукру на Trichoderma і бактеріями родів Bacillus і другій стадії попередньої обробки Далі решту сиThermobifida. Целюлаза, продукована нитчастими ровини піддають попередній обробці другої стадії грибками Trichoderma longibrachiatum, включає у в умовах, окреслених вище. На другій стадії попесебе принаймні дві целобіогідролази - CBH-I і редньої обробки може проводитися, наприклад, CBH-II і принаймні чотири EG ферменти. перекачування суспензії сировини насосом через Целюлазні ферменти розкладають целюлозу нагрівний каскад із двох чи більше ступенів нагріна глюкозу в синергічний спосіб. Ферменти CBH-I і ву, кожна з яких має насос для підвищення тиску, і CBH-II у загальному випадку діють на кінцях глюбезпосередня інжекція пари для нагріву суспензії козних полімерів у мікрофібрилах целюлози, вивісировини. Після додавання кислоти до суспензії льняючи целобіозу (Teeri and Koivula, 1995, сировини перед нагрівним каскадом або на тому Carbohydr. Europe 12, 28-33), у той час як ендрогчи іншому ступеню нагріву, або після того, як вона люканази діють на випадкових місцях целюлози. залишає нагрівний каскад, нагріту, підкислену суРазом ці ферменти гідролізують целюлозу на меспензію сировини перепускають через реактор нші цело-олігосахариди, такі, як целобіоза, а цепопередньої обробки при температурі 16O0C лобіоза гідролізується до глюкози b-глюкозидазою. 2800C протягом часу, достатнього для підвищення ефективності перетворення целюлози у сировині Дозу целюлазних добавок у суспензію вибина глюкозу за допомогою целюлазних ферментів. рають таким чином, щоб забезпечити достатньо Після виходу суспензії із реактора попередньої високий рівень перетворення целюлози. Наприобробки вона принаймні частково охолоджується клад, підходящою може бути доза целюлази від двома чи більше щаблями швидкого випаровуван5,0 до 50,0 фільтрувально-паперових одиниць ня під тиском, що від одного щабля до іншого по(FPU: Filter Paper Units) або IU на грам целюлози. слідовно знижується, без підвищення тиску пари Наприклад, доза целюлази може складати 5, 8, 10, після швидкого випаровування, і енергія пари із 12, 15, 18, 20, 22, 25, 28, ЗО, 32, 35, 38, 40, 42, 45, двох чи більше щаблів швидкого випаровування 48 або 50 FPU. Одиниця FPU є стандартною одипід тиском швидкого випаровування або наближеницею вимірювань, добре відомою фахівцям у ним до нього використовується для нагріву суданій галузі і визначається відповідно до методики спензії сировини у нагрівному каскаді. вимірювань, описаній у (Ghose, Pure and Appl. На Фіг. 1 показаний один із варіантів здійсненChem. 59:257-268, 1987). До суміші додають також ня пристрою за даним винаходом. У цьому приадекватну кількість В-глюкозидазної (целобіазної) строї переробці піддають сировину 10, роздрібнеактивності. Дози b-глюкозидази можуть складати ну на частки різкою або розмелюванням, або тим приблизно 5 - 400 b-глюкозидазних одиниць на та іншим. Після цього сировину суспендують у грам целюлози, або приблизно від 35 до 100 bзахоплювачу для конденсату 30. глюкозидазних одиниць на грам целюлози; наприклад, доза b-глюкозидази може становити 5,10,15, 19 86840 20 На першому щаблі 60 нагріву нагрівного касхладагент теплообмінника. У бак 280 барботера каду суспензію сировини перекачують насосом 40 додають пом'якшену воду, де її нагрівають потоу паровий змішувач 65. Насосом 40 для перекачуками 350 і конденсатом із третього бака 270 швидвання суспензії може бути насос MC® (для серекого випаровування. Гарячу водну 20 із бака 280 довищ середньої консистенції). Насос 40 може барботера використовують для суспендування бути з'єднаний з першим вакуумним насосом 55 сировини у вхідному захоплювачі 30 конденсату. для деаерації суспензії. Нагрів на цьому щаблі Після цього суспензію 440, остиглу приблизно до здійснюється шляхом безпосередньої інжекції па70°С, можна охолодили до 50°C і спрямувати для ри 60. використання у ферментативному гідролізі 450. Нагріту суспензію 70 із першого щабля нагріву Нижче винахід ілюстровано декількома принасосом 80 перекачують на змішувач 105 пари кладами його практичного здійснення. Цілком зродругого щабля. У цей потік для його нагрівання зуміло, що ці приклади подані виключно в цілях впускають швидко генеровану пару 100. ілюстрації і жодним чином не обмежують об'єму Нагріту суспензію 110 з другого щабля 90 навинаходу. грівного каскаду насосом 120 перекачують у пароПриклад 1 ві змішувачі 135 і 145. Потік 130 нагрівають гостСировина 10 (Фіг. 1), наприклад, солома пшерою парою 140, яка додається у двох місцях для ниці може бути приготована шляхом різання або створення пари 150. У цій точці до суспензії додарозмелювання, або здрібнення, або комбінації цих ють сірчану кислоту 160, у результаті чого утворюоперацій з перетворенням її на дрібні частки з рівється потік 170. Цю кислоту можна примішувати за нем вологості 54%. Приблизно 70000 кг/год. солодопомогою змішувального трійника 165. Потік 170 ми пшениці (від сухої маси) суспендують у 370000 є сировинним потоком реактора 180 попередньої кг/год. води 20 при температурі приблизно 99°С у обробки. захоплювачу 30 конденсату до кількості твердої Реактор 180 попередньої обробки може мати фази 13,4%. будь-яку підходящу конфігурацію, наприклад, циУ першому щаблі 50 нагріву нагрівного каскаду ліндричної труби, розрахованої на потік витіснення суспензію сировини перекачують насосом 40 у суспензії. Вхідний потік проходить через реактор паровий змішувач 65. Насосом 40 для перекачу180 попередньої обробки протягом часу, достатвання суспензії може служити насос MC® (для нього для солюбілізації геміцелюлози і меншої за середовищ середньої консистенції). Насос 40 монеї частини целюлози. Після виходу із реактора же бути з'єднаний з першим вакуумним насосом 180 попередньої обробки суспензія 190 швидко 55 для деаерації суспензії. Нагрів на цьому щаблі випаровується. Потік 210 швидко генерованої пари здійснюється шляхом безпосередньої інжекції і летких речовин використовується як пара 100 для 35,585 кг/год. пари 60 через паровий змішувач 65 інжекції на другому щаблі 90 нагріву. при температурі, наприклад, 166°С. У результаті Суспензія 215 із першого бака 200 швидкого цієї інжекції суспензія нагрівається до 124°С. випаровування швидко випарюється у другом баці Нагріту суспензію 70 із першого щабля нагріву 220 швидкого випаровування. Потік 230 швидко насосом 80 перекачують на змішувач 105 пари генерованої пари і летких речовин використовудругого щабля. У цей потік впускають швидко геється по лінії 60 для нагрівання першого щабля неровану пару 100 при температурі приблизно нагрівного каскаду 50. 192°С через паровий змішувач 105 з витратою Суспензія 240 із другого бака 220 швидкого 40670 кг/год., у результаті чого потік нагрівається випаровування швидко випарюється у третьому до 162°C баці 250 швидкого випаровування. Частину потоку Суспензію 110 другого щабля насосом 120 пе260 летких речовин спрямовують у бак 280 барборекачують у парові змішувачі 135 і 145 третього тера в котрому здійснюється попередній нагрів щабля нагріву. Потік 130 нагрівають до 193°С, а води 20. Решта 290 потоку летких речовин може потім до 220°С гострою парою 140 під тиском привикористовуватися як джерело пари 300 низького близно 450 фунт/кв.дюйм, що додається з витратиску для потреб заводу. тою приблизно 38939 кг/год. в кожний паровий Суспензія 310 із третього бака 250 швидкого змішувач 135 і 145, відповідно, в результаті чого випаровування випаровується у четвертому баці утворюється потік 150. Потік 150 із третього щабля 320 швидкого випаровування. Потік 330 пари і лет115 нагрівного каскаду містить приблизно 10% ких речовин конденсується в теплообміннику 340, і твердої сировини. У цій точці до суспензії додають утворений конденсат добавляють у бак 280 барбосірчану кислоту 160 в кількості приблизно 4585 тера по лінії 350. Хладагентом теплообмінника кг/год. до досягнення концентрації приблизно може служити водяний потік 360, який витікає із 6,55%(мас.) кислоти від початкової маси твердої теплообмінника 340 і використовується як вхідна сировини, в результаті чого утворюється потік 170. вода для бойлера 370. Насосом 380 є вакуумний Кислоту примішують за допомогою змішувального насос, який видаляє речовини, що не конденсутрійника 165. Потоком 170 є вхідний потік реактора ються, (390) із швидко випареного потоку. 180 попередньої обробки. Потік 400 суспензії із четвертого бака швидкоРеактор 180 попередньої обробки може мати го випаровування насосом 410 перекачують у тепбудь-яку підходящу конфігурацію, наприклад, цилообмінник 420. Вище за потоком від теплообмінліндричної труби, розрахованої на потік витіснення ника в суспензію вводять аміак 430 для суспензії. Вхідний потік проходить через реактор встановлення її рН в інтервалі 4,5 - 5,5. Цей аміак 180 попередньої обробки протягом приблизно можна примішувати за допомогою змішувального двох хвилин. Цей час є достатнім для солюбілізатрійника 435. Потоком 25 технологічної води є ції приблизно 95% геміцелюлози і приблизно 10% 21 86840 22 целюлози з приблизно 12% розкладанням моноПриклад 2 мерних цукрів. Після виходу із реактора 180 попеУ даному прикладі ілюстроване зростання кіредньої обробки суспензія 190 швидко випаровулькості гострої пари, що потрібна для нагріву сується в першому баку 200 швидкого спензії сировини у процесі попередньої обробки, в випаровування, зменшуючи тиск приблизно від якому використовується лише один щабель швид368 фунт/кв.дюйм до 175 фунт/кв.дюйм. Потік 210 кого випаровування для охолодження суспензії швидко генерованої пари і летких речовин прохопісля виходу її із реактора попередньої обробки. дить з витратою приблизно 40670 кг/год. і викорисПару зі щабля швидкого випаровування використовується як пара 100 для інжекції на другому щатовують для нагріву суспензії сировини в нагрівблі 90 нагріву. ному каскаді перед її надходженням у реактор Суспензія 215 із першого бака 200 швидкого попередньої обробки. випаровування рухається з витратою приблизно Потребу в гострій парі для кінцевого нагріву 641744 кг/год. і швидко випаровується, змінюючи суспензії до температури реактора попередньої свій тиск приблизно від 175 фунт/кв.дюйм до 88 обробки обчислювали, виходячи із таких самих фунт/кв.дюйм у другом баці 220 швидкого випароумов процесу, що зазначені у Прикладі 1, за винявування. Потік 230 швидко генерованої пари і леттком того, що для охолодження попередньо нагріких речовин з витратою приблизно 35,585 кг/год. тої суспензії і швидкого генерування пари викорисвикористовується по лінії 60 для нагрівання пертовувався лише один щабель швидкого шого щабля нагрівного каскаду 50. випаровування. Суспензія 240 із другого бака 220 швидкого Відповідно до цих умов солому пшениці в кільвипаровування рухається з витратою приблизно кості із розрахунку витрати 70000 кг/год. (сухої 606159 кг/год. і швидко випаровується, змінюючи маси) у формі дрібних часток з вмістом вологи свій тиск приблизно від 88 фунт/кв.дюйм до 15 54% суспендували у 370000 кг/год. води при темфунт/кв.дюйм у третьому баці 250 швидкого випапературі приблизно 99°С до досягнення 13,4% ровування. Приблизно 18% потоку 260 летких ревмісту твердої фази. човин з витратою приблизно 8950 кг/год. при темПриготовану таким чином суспензію сировини пературі 121 °С (270) спрямовують у бак 280 перекачували до одного і більше парових змішубарботера в якому здійснюється попередній нагрів вачів, у котрих швидко випарена пара з темпераводи 20. Решта 82% (290) з витратою приблизно турою 110°C використовувалася для нагріву су41642 кг/год. може використовуватися як джерело спензії до 109°С. Після цього суспензію нагрівали пари 300 низького тиску для потреб заводу. до 220°C гострою парою під тиском 450 Суспензія 310 із третього бака 250 швидкого фунт/кв.дюйм шляхом безпосередньої інжекції випаровування, яка рухається з витратою приблипари в один і більше парових змішувачів. зно 555567 кг/год., випаровується, змінюючи свій До суспензії додавали сірчану кислоту до контиск приблизно від 15 фунт/кв.дюйм до 6 центрації 6,55%(мас.) кислоти від початкової маси фунт/кв.дюйм у четвертому баці 320 швидкого твердої сировини. Суспензію подавали на реактор випаровування. Потік 330 пари і летких речовин попередньої обробки, через котрий вона проходирухається з витратою приблизно 11551 кг/год. при ла впродовж приблизно двох хвилин. Після реактемпературі приблизно 110°C, конденсується в тора попередньої обробки суспензію піддавали теплообміннику 340 і додається у бак 280 барбошвидкому випаровуванню у баці швидкого випатера по лінії 350. Хладагентом теплообмінника ровування, в результаті чого її тиск падав від 368 служить водяний потік 360, який витікає із теплофунт/кв.дюйм до 6 фунт/кв.дюйм. Швидко генерообмінника 340 і використовується як вхідна вода вану пару і леткі речовини із бака швидкого випадля бойлера 370. Насосом 380 є вакуумний насос, ровування використовували для нагріву суспензії в який видаляє речовини, що не конденсуються, нагрівному каскаді. Усі надлишки пари використо(390) із швидко випареного потоку. вували як джерело пари низького тиску для потреб Потік 400 суспензії із четвертого бака швидкозаводу. го випаровування, що рухається з витратою приВ описаних вище умовах при використанні одблизно 544016 кг/год. при температурі приблизно норазового швидкого випаровування для нагріву 110°С, насосом 410 перекачують у теплообмінник суспензії від 1090C до температури 2200C реакції 420. Перед цим теплообмінником в суспензію ввопопередньої обробки повинна бути достатньою дять аміак 430 для встановлення її рН в інтервалі кількість гострої пари, що відповідає його витраті 4,5 - 5,5. Зазначений аміак примішують за допомо126150 кг/год. На противагу цьому у варіанті здійсгою змішувального трійника 435. Потоком 25 технення винаходу, описаному у Прикладі 1, потреба нологічної води є хладагент теплообмінника. У бак в гострій парі становить тільки 77,878 кг/год. Таким 280 барботера додають пом'якшену воду, де її чином, порівняно з Прикладом 1, витрата гострої нагрівають потоками 350 і конденсатом із третього пари при застосуванні одноразового швидкого бака 270 швидкого випаровування. Гарячу воду 20 випаровування збільшується на 62%. із бака 280 барботера використовують для суПоданий вище опис не несе жодних обмежень спендування сировини у вхідному захоплювачу ЗО стосовно об'єму даного винаходу. Крім того, розконденсату. Після цього суспензію 440, остиглу глянута тут комбінація його особливостей не є приблизно до 76°С охолоджують до 500C і спряобов'язковою для технічного рішення згідно з дамовують для використання у ферментативному ним винаходом. гідролізі 450. 23 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 86840 Підписне 24 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601