纤维素酸水解

wayman多级水解法
2％ H SO ，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。
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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。
其中值得注意的是：
1.氢离子浓度越低，水解速度越快。 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。
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 1.2倍。
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：
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。
（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
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~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 液比系数公式：
六、稀酸水解的几种常用方法
稀酸加压水解 纤维原 料稀酸 水解 稀酸常压水解
固定水解法 分段水解法 渗滤水解法
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
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
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
部分水解 生成低分 子多糖和 少量单糖
加水稀释 加热
进一步水解 生成单糖
单糖进一 步分解
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。
2、动力学公式
CB K1 k1 t k2 t (e e ) a K 2 K1
式中
CB
生成的净还原糖量 时间
K1 、 K 2
α
起始纤维素浓度 反应常数
t
下图列示了在180℃下， H 2 SO4 0.6％ 溶液是酸 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。
纤维素酸水解
陈贵翠 100603029
酸水解主要分为：
浓酸水解 稀酸水解 序列阶段酸水解Βιβλιοθήκη Baidu
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。
三、稀酸水解
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
纤维素
1、酸水解动力学是 一级反应 糖
K1
糖
K2
分解产物
A B C D F M
式中 A 水解过程中加入的稀酸量（㎏）
B
C D M
加热酸、原料、设备等消耗的蒸汽（㎏） 原料内的水分（㎏） 水解反应所消耗的水（㎏） 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。