scan0108 2

154

W reaktorze głównie przebiega hydroliza hemiceluloz. Ciecz, zawierająca zarówno cukry powstałe z hydrolizy hemiceluloz, tzn. ksylozę i arabinozę, jak i glukozę zawartą w strumieniu recyrkulatu, oddzielana jest od fazy stałej na sicie i kierowana do neutralizacji i fermentacji. Faza stała podawana jest do kolejnego reaktora, do którego dodawany jest świeży kwas siarkowy. Stężenie kwasu w tym reaktorze wynosi ok 30%, zaś czas reakcji ok. 2 godzin. Kolejnym etapem jest próżniowe zależenie kwasu siarkowego w mieszaninie reakcyjnej do 70%. Czas hydrolizy stężonym kwasem wynosi od 2 do 4 godzin, zaś temperatura 100°C. Nierozłożone ligniny oddzielane są na prasie wyciskającej, zaś roztwór kwasu i cukrów zawracany jest do reaktora wstępnej hydrolizy hemiceluloz.

W metodach hydrolizy kwasem rozcieńczonym stosuje się stężenie kwasu rzędu 2% i temperatury do 500°C (i odpowiednie ciśnienie). Czas hydrolizy jest krótki, wynosi nie więcej niż 1-2 godzin. Typowa temperatura to 200°C.

Otrzymuje się mniej zdegradowany produkt niż w metodzie ze stężonym kwasem. Szybkość hydrolizy jest niska i konwersja nie jest pełna. Ogólne koszty metody z rozcieńczonym kwasem są niższe niż dla stężonego. Nie jest konieczne zawracanie kwasu. Wadą jest duże zużycie energii, prowadzenie procesu w wysokiej temperaturze i ciśnieniu oraz niska wydajność.

OOPAOY STALE

Rys. 11.10. Schemat instalacji do hydrolizy celulozy rozcieńczonym kwasem

Na rys. 11.10 przedstawiono schemat ideowy instalacji do hydrolizy drewna rozcieńczonym kwasem. Rozdrobniony surowiec mieszany jest w zbiorniku z rozcieńczonym 1% kwasem siarkowym i kierowane do pierwszego stopnia hydrolizy, w którym zachodzi rozkład hemiceluloz. Czas przebywania w reaktorze wynosi ok. 4 minuty, ciśnienie ok. 1,2 MPa. Roztwór zawierający produkty hydrolizy hemiceluloz oddzielany jest od fazy stałej i po zobojętnieniu kierowany do fermentacji. Faza stała po wstępnej hydrolizie mieszana jest _z 3% kwasem siarkowym i kierowana do reaktora, w którym zachodzi hydroliza celulozy. Ciśnienie w reaktorze wynosi 2 MPa, zaś czas reakcji wynosi 4 minuty. Ciecz po hydrolizie jest oddzielana od fazy stałej, zobojętniana wapnem i kierowana do fermentacji. Stała pozostałość po hydrolizie może być wykorzystana jako materiał opałowy w kotłowni.

W przedstawionym układzie prowadzi się oddzielnie fermentację ksylozy i fermentację glukozy, co ułatwia dobór drożdży i prowadzenie procesów fermentacji.

W celu uniknięcia wad poszczególnych metod stosuje się strategię mieszaną. Proces prowadzony jest w trzech stopniach:

-    prehydroliza — wstępny rozkład surowca (stężonym kwasem lub rozcieńczonym),

-    hydroliza właściwa — zwykle w kwasic stężonym lub przez bezpośredni kontakt z gazowym Hel,

-    posthydroliza - rozkład końcowy - w rozcieńczonym kwasie.

11.9.4. Hydroliza enzymatyczna celulozy

Do hydrolizy celulozy stosuje się enzymy atakujące wiązanie 1,4-p-gliko-zydowe. zwane celulazami. ^Są one podobne do amylaz, które hydrolizują wiązanie 1,4-a-gli kozydowc.

Wyróżnia się trzy główne grupy enzymów celulolitycznych:

-    endo-P-(l,4)-glukonazy - działają na wiązanie p-(l,4)-glukozowe,

-    egzo-p-glukonazy; p-(l,4)-gIukonazo-glukohydrolaza, która hydrolizuje jednostki glukozowe od końca nieredukującego oraz P-(M)-glukozo-celo-biohydraza, która usuwa celobiozę z nieredukującego końca łańcucha,

-    P-( 1,4) glukozydazy - hydrolizują celobiozę i krótkie łańcuchy oligosacharydów. Enzymy celulolityczne występują jako złożony kompleks o różnorodnej

specyfice. Część z nich atakuje micelarną strukturę włókien celulozy i niszczy mostki wodorowe. Inne atakują co drugie wiązanie p-glikozydowe w cząsteczkach celulozy poczynając od nieredukującego końca łańcucha. W wyniku powstaje dwucukier celobioza. Celobioza jest hydrolizowana przez towarzyszącą zwykle celulazom 1,4-P-glikozydazę. Obok celobiozy powstają pewne ilości wielocukrów, zwanych celodekslrynami.

Przyjmuje się następujący mechanizm działania enzymów wchodzących w skład kompleksu celulaz:

-    w pierwszej kolejności, pod wpływem tzw. enzymu C,, następuje odczepienie od nierozpuszczalnej celulozy dużych fragmentów. Są to uwodornione łańcuchy polianhydroglukozowe;

-    następnie powstałe łańcuchy są rozkładane przez tzw. enzym C_x, stanowiący kompleks hydrolaz. Powstają kilkocukry o różnej wielkości, hydrolizo-wane następnie do celobiozy;

-    celobioza hydrolizowana jest przez P-glukozydazę.