纤维素酸水解[优质PPT]

六、稀酸水解的几种常用方法
纤维原 料稀酸 水解
稀酸加压水解
固定水解法 分段水解法 渗滤水解法
稀酸常压水解
固定水解法是最原始的方法。水解液是在整个水解过程完成后一 次性排出。生成糖的分解现象严重、得率低、质量差、纯度低， 但对设备和操作的要求低。 分段水解法生成糖的分解少。 渗滤水解法是将稀酸溶液从水解器上部不断淋入，水解液从下部 连续排除。 稀酸常压水解主要用于木质纤维素的预处理和玉米蕊等半纤维素 含量高的原料的酸水解，可使大部分半纤维素分解。
液比系数公式：
FABCD M
式中
A
水解过程中加入的稀酸量（㎏）
B
加热酸、原料、设备等消耗的蒸汽（㎏）
C
原料内的水分（㎏）
D
水解反应所消耗的水（㎏）
M
纤维原料的绝干量（㎏）
液比系数增加，单位原料的产糖量也增加，一般液比系数是5~10。
（四）水解时间和温度
温度愈高，纤维素酸水解的速度愈快，但已生成的单糖的分解速度也愈 快。 温度升高10℃，反应速度加快½~1倍。高温持续时间过长，单糖的分解 加剧。 采用分段水解法或渗虑水解法，以缩短生成单糖在水解器中停留时间， 达到减少单糖分解造成损失的目的。
四、序列阶段酸水解
美国普度大学ladish提出采用浓酸和稀酸水解的纤维素序列三阶 段酸水解法。 1、预水解，它是水解和萃取木质纤维素中的半纤维素阶段；
2、主水解阶段，将纤维素水解成寡糖和葡萄糖单体的阶段；
3、后水解阶段，它是保证寡糖水解的阶段，而寡糖中主要是纤维四糖 寡糖和葡萄糖之间的比例则决定于所用酸的浓度
稀酸水解用的酸浓度为0.3~3％，温度为T=100~200℃。
此时 大部分 半纤维素溶解于酸 溶液中，反应速度很快； 剩下的一部分半纤维素和纤维素则 呈不溶解状态， 反应速度 很慢。
解 问决 题这
个
分阶段水解
seaman动力学
1、酸水解动力学是 一级反应
纤维素 K 1
糖
糖
K 2 分解产物
2、动力学公式
其中值得注意的是：
1.氢离子浓度越低，水解速度越快。 1.2.在一定的酸浓度范围内，纤维素水解反应的速度与酸的浓度成正比。
1.3.温度增加酸水解反应的速度也加快；一般温度增加10℃，水解速度提高 2.1.2倍。
1.4.由于氢离子是由酸解离来，而强酸解离完全，故水解时都用强酸。
二、浓酸水解
浓酸水解纤维素的过程如下：
五、影响酸水解的因素
影响纤维素酸水解时糖的产率的主要因素是： （1）原料的种类和粉碎度； （2）酸的种类和用量； （3）液比系数； （4）水解时采用的温度和时间。
（一）原料的种类和粉碎度
原料与酸的接触面愈大，有利于酸渗入纤维束内部，水解效果愈理想。但 粉碎过细，一则会增加电能的消耗，二则在进行水解时也会因密度过大而影 响到滤出速度。一般稻草切成2~3㎝，棉子壳可以不粉碎。
浓酸水分较少， 纤维素分解生成 的是寡糖，其中 主要是纤四糖
浓酸
纤维素
膨胀和溶
解
单糖进一 步分解
部分水解 生成低分 子多糖和 少量单糖
加水稀释
进一步水解
加热
生成单糖
100~200℃ 1~3h
缺点：酸必须回收，而且回用要经济上能过关，回收过程通常是高 成本的，要求防腐蚀的容器，体积也要较大。
三、稀酸水解
纤维素酸水解
100603029
酸水解主要分为：
浓酸水解 稀酸水解 序列阶段酸水解
一、植物纤维素酸水解机理
无机酸催化纤维素分解的机理:
酸在水中解离产生氢离子； 氢离子与水结合为不稳定的水和氢离子； 纤维素链上的β-1,4葡萄糖苷键与水和氢离子结合，后 者把一个氢离子交给β-1,4葡萄糖苷键上的氧，使之变为 不稳定的四价； 氧键断裂时，四价的氧与水反应生产2羟基，重新释放 出氢离子。
（二）酸的种类和用量
盐酸催化能力较高，但价格较高，腐蚀性也强。因此工业生产上一般使 用粗盐酸作为水解用酸。
理论上，在其他条件不变时，酸的浓度提高一倍，水解时间可缩短 1 3 ~½。通常采用稀酸常压水解时，酸的浓度为2~3％；稀酸加压水解时，酸浓度
为0.5~1％。
（三）液比系数 水解时液体和纤维素原料的比例叫比例系数
wayman多级水解法
2％ H2SO4，在190℃ 白杨，每阶段20 min。 每阶段水解可从纤维 素链释放约20％的 葡萄糖，如果这些糖 都能及时排出，则经 过五个阶段，还原糖 的总得率可达90％。 如右图。
优点：总成本要较浓酸低不少，酸回收 就不必要了。
缺点：糖的得率较低，能量消耗较大 和仍需要耐酸材料。
CB K1 (ek1t ek2t) a K2K1
式中 C B
生成的净还原糖量 α
起始纤维素浓度
t
时间
K 1 、K 2
反应Baidu Nhomakorabea数
下图列示了在180℃下，
0.6％
H溶2SO液4 是酸
水解曲线
由图可知，想达到理 想水解动力曲线B， 要尽快地将从纤维素 分子链中释放出来的 糖移去。要做到这一 点，就要往水解质中 无限量的萃取液体， 使萃取液中的糖浓度 接近等于零，这对生 产实际没有意义。