Классификация методов конверсии растительного сырья

В настоящее время разработано несколько десятков способов конверсии растительного сырья, что вызывает необходимость их классификации. Одна из классификаций конверсии растительного сырья для процессов гидролиза разработана Токаревым и Гельфандом. В основу классификации эти авторы положили критерий относительной скорости движения контактирующих фаз [17]. Если таковая равна нулю, то процесс называется статическим, если не равна нулю, то динамическим. В статических методах моносахара, образующиеся в процессе гидролиза, подвергаются разрушительному действию гидролизующей среды в течение всего процесса. При динамических методах конверсии моносахара подвергаются разрушению в течение меньшего периода времени, чем в статических, поэтому выход сахара при их использовании выше. Данную классификацию можно распространить на все методы конверсии растительного сырья.

Схема классификации методов конверсии в зависимости от относительной скорости движения фаз представлена на рис. 2.1.

Исторически технология конверсии растительного сырья развивалась от статических методов гидролиза к комбинированным и динамическим методам. Стремление увеличить выход сахара привело к идее создания ступенчатого статического гидролиза (метод Шоллера). Он отличается тем, что варка древесного или растительного сырья проводилась в несколько приёмов. Каждый раз гидролизат отделяли, сырьё заливали свежим раствором кислоты и гидролиз на каждой ступени проводили при более высокой температуре. Выход сахара составлял 35-40% от абсолютно сухого сырья. Статический метод гидролиза с минимальным количеством жидкой фазы может быть осуществлён не только путём смачивания сырья раствором кислоты, но также и насыщением сырья газообразным кислым реагентом, например, серным ангидридом или хлористым водородом. При этом достигается выход моносахаров 96-98% от теоретического. Непрерывный гидролиз преследовал цель полной механизации процесса, резкого увеличения производительности реактора за счёт ликвидации вспомогательных операций и увеличения температуры, а главное, увеличения выхода сахара. Примером непрерывного статического метода конверсии может быть процесс брожения осахаренного зернового затора, осуществляемый в разных аппаратах, но последовательно и непрерывно.

Рис.2.1. Классификация методов конверсии растительного сырья по относительной скорости движения фаз

Динамические непрерывные методы характеризуются наличием определённой скорости движения жидкой фазы (газообразной фазы) относительно твёрдой фазы. Данный метод в бывшем СССР был реализован в виде перколяционного и двухфазного способов гидролиза.

Непрерывные динамические методы гидролиза можно подразделить на прямоточные, противоточные, противоточные с перекрёстным и смешанным током.

Рассмотренная классификация подсказывает возможность создания комбинированных методов конверсии, т.е. таких, в которых могут сочетаться статические и динамические методы конверсии в прямой и обратной последовательности.

Холькин [3] классифицировал основные методы гидролиза по группам признаков, относящихся к химической кинетике гидролиза полисахаридов, макрокинетике и технике проведения гидролиза растительного сырья.

Все способы переработки растительного сырья можно разделить на три группы: физические, химические (конверсии), биологические (биоконверсии). Физическими методами конверсии являются измельчение, прессование (отжим) и др. В основе конверсии растительного сырья химическими методами лежат способы гидролиза полисахаридов кислотами, щелочами и растворами солей. К биологическим методам конверсии относят процессы ферментативного гидролиза и ферментации.

В биотехнологии, как правило, все эти способы сочетаются. Рассмотрим из всех способов конверсии растительного сырья наиболее переспективные:

1. Физические – размол в вибромельницах и дробилках, прессование, экструзионная обработка, дефибрационный способ измельчения, радиолиз, ультразвук.

2. Химические (классификация по виду химического реагента):

- гидролиз разбавленными кислотами - перколяционный, высоко-температурный, автогидролиз;

- гидролиз концентрированными кислотами -двухфазный гидролиз (на первой фазе гидролиз концентрированной серной кислотой с непрерывной отдувкой фурфурола паром, на второй фазе гидролиз целлолигнина разбавленной серной кислотой перколяционным методом) и гидролиз галогенсодержащими кислотами;

- гидролиз солями – перколяционный, экструзионная обработка с солями;

- гидролиз газообразными агентами -предгидролиз в парах СО₂, гидролиз в парах SO₂;

- щелочная делигнификация -паровой взрыв и методы выделения целлюлозы.

3. Биологические:

- биоконверсия растительного сырья ферментами;

- прямая биоконверсия растительного сырья микроорганизмами (выращивание микроорганизмов, различные виды брожения);

- биоконверсия растительного сырья ферментами и микроорганизмами;

- биоконверсия растительного сырья после химических методов гидролиза.

4. Комбинированные:

- механохимические - дефибрация или размол в присутствии кислот или солей;

- термохимические - прямое сжигание, пиролиз, газификация, сжижение, быстрый пиролиз, синтез метанола из газа, образующегося при термической конверсии биомассы древесины;

- сочетание физических и химических методов выше перечисленных, например, радиолиз в атмосфере СО₂ и др.

Дата добавления: 2015-10-02