3.2.2. Конверсия целлюлозосодержащего и пентозансодержащего сырья концентрированными кислотами

Процесс гидролиза растительного сырья концентрированными кислотами привлекает внимание исследователей, так как он имеет ряд преимуществ [3,10]:

1. высокая концентрация редуцирующих веществ в гидролизате и их выход;
2. низкая температура процесса;
3. трудногидролизуемые полисахариды переходят в растворимое состояние;
4. аппаратурное оформление процесса проще – давление 1 ата.

Но ни один из способов гидролиза растительного сырья концентрированными кислотами не нашёл промышленного применения по следующим причинам:

1. необходимость сушки сырья;
2. повышенный расход серной кислоты;
3. отсутствие способа регенерации кислоты.

Для сокращения расхода кислоты в Японии разработан способ её регенерации методом электродиализа.

Преимущества способа гидролиза растительного сырья с использованием галогенсодержащих кислот очевидны. В этом случае проводят предгидролиз разбавленной серной кислотой, а целлолигнин после сушки гидролизуют соляной кислотой, имеющей концентрацию 41%, или в токе газа хлористого водорода при t=120-128оС. Выход редуцирующих веществ в этом случае составляет 60% от абсолютно сухого сырья. Гидролизат содержит 23% редуцирующих веществ, 30% хлористого водорода и 47% воды. Хлористый водород удаляется в процессе вакуум-выпаривания. Данная технология не получила распространения из-за необходимости сушки целлолигнина.

Единственным внедрённым способом гидролиза с применением концентрированной кислоты является двухфазный, или парофазный метод гидролиза лиственного древесного сырья и сельскохозяйственных отходов, проводимый в гидролизаппаратах периодического действия.

Способ разработан Институтом химии древесины Латвийской АН. На первой фазе с использованием концентрированной кислоты получают фурфуролсодержащие пары, на второй стадии методом перколяционного гидролиза целлолигнина ? гексозный гидролизат. Метод является динамическим, непрерывным  по паровой и жидкой фазам.

Технологическая схема получения фурфуролсодержащего конденсата дана на рисунке 3.9.

Рис. 3.9. Технологическая схема двухфазного гидролиза древесины лиственных пород:

1 – транспортёр для сырья; 2 – мерник для кислоты; 3 – кислотный насос; 4 – двухшнековый смеситель; 5 ? транспортёр сырья, смешанного с кислотой; 6 – гидролизаппарат; 7 – штуцер для сдувки; 8 ? сепаратор; 9 – конденсатор; 10 ? сборник ФСК; 11 – насос; 12 ? смеситель; 13 – обратные клапаны; 14 ? струйный пароподогреватель; 15 – весомер; 16 – быстродействующий клапан; 17 ? циклон-сцежа; 18 – скребковый транспортёр

Концентрированная серная кислота из мерника 2, плунжерным насосом  3 подаётся в двухшнековый смеситель  4, где смешивается со щепой. Кислота разбрызгивается сжатым воздухом через форсунки. Над смесителем и транспортёрами  5, подающими смесь щепы с кислотой расположена вытяжная вентиляция.

Щепа, смоченная кислотой, поступает в гидролизаппарат 6. В результате гидролиза пентозанов и дегидратации пентоз при продувке растительного сырья паром (Р=13-14 ати) получают фурфуролсодержащие пары, которые сепарируют (п.8) с целью отделения унесённого сырья, конденсируют (п.9), собирают в сборнике 10 и подают на ректификацию с целью выделения фурфурола.

Целлолигнин промывают варочной смесью и подвергают перколяционному гидролизу. Гексозный гидролизат подготавливают по типовой схеме (рис. 3.6.) для биохимической переработки с целью получения этилового спирта или кормовых дрожжей. Химический состав гидролизата целлолигнина представлен в таблице 3.2.

Данный парофазный способ гидролиза обеспечивает выход фурфурола 5-6% (по ФСК) и выход РВ=27-38% от абсолютно сухой древесины лиственных пород [33] (на Кировском биохимическом заводе).