纖維素酸水解

纖維素酸水解1006030292021/5/91濃酸水解稀酸水解序列階段酸水解酸水解主要分為：2021/5/92一、植物纖維素酸水解機(jī)理無(wú)機(jī)酸催化纖維素分解的機(jī)理:酸在水中解離產(chǎn)生氫離子；氫離子與水結(jié)合為不穩(wěn)定的水和氫離子；纖維素鏈上的β-1,4葡萄糖苷鍵與水和氫離子結(jié)合，后者把一個(gè)氫離子交給β-1,4葡萄糖苷鍵上的氧，使之變?yōu)椴环€(wěn)定的四價(jià)；氧鍵斷裂時(shí)，四價(jià)的氧與水反應(yīng)生產(chǎn)2羥基，重新釋放出氫離子。2021/5/93氫離子濃度越低，水解速度越快。2.在一定的酸濃度范圍內(nèi)，纖維素水解反應(yīng)的速度與酸的濃度成正比。3.溫度增加酸水解反應(yīng)的速度也加快；一般溫度增加10℃，水解速度提高1.2倍。其中值得注意的是：4.由于氫離子是由酸解離來(lái)，而強(qiáng)酸解離完全，故水解時(shí)都用強(qiáng)酸。二、濃酸水解2021/5/94濃酸水解纖維素的過(guò)程如下：纖維素膨脹和溶解部分水解生成低分子多糖和少量單糖濃酸加水稀釋加熱進(jìn)一步水解生成單糖單糖進(jìn)一步分解缺點(diǎn)：酸必須回收，而且回用要經(jīng)濟(jì)上能過(guò)關(guān)，回收過(guò)程通常是高成本的，要求防腐蝕的容器，體積也要較大。濃酸水分較少，纖維素分解生成的是寡糖，其中主要是纖四糖100~200℃1~3h2021/5/95三、稀酸水解稀酸水解用的酸濃度為0.3~3％，溫度為T(mén)=100~200℃。此時(shí)大部分半纖維素溶解于酸溶液中，反應(yīng)速度很快；剩下的一部分半纖維素和纖維素則呈不溶解狀態(tài)，反應(yīng)速度很慢。解決這個(gè)問(wèn)題分階段水解2021/5/96seaman動(dòng)力學(xué)1、酸水解動(dòng)力學(xué)是一級(jí)反應(yīng)纖維素糖糖分解產(chǎn)物2、動(dòng)力學(xué)公式式中生成的凈還原糖量α起始纖維素濃度t時(shí)間、反應(yīng)常數(shù)2021/5/97下圖列示了在180℃下，0.6％溶液是酸水解曲線由圖可知，想達(dá)到理想水解動(dòng)力曲線B，要盡快地將從纖維素分子鏈中釋放出來(lái)的糖移去。要做到這一點(diǎn)，就要往水解質(zhì)中無(wú)限量的萃取液體，使萃取液中的糖濃度接近等于零，這對(duì)生產(chǎn)實(shí)際沒(méi)有意義。2021/5/98wayman多級(jí)水解法2％，在190℃白楊，每階段20。每階段水解可從纖維素鏈釋放約20％的葡萄糖，如果這些糖都能及時(shí)排出，則經(jīng)過(guò)五個(gè)階段，還原糖的總得率可達(dá)90％。如右圖。優(yōu)點(diǎn)：總成本要較濃酸低不少，酸回收就不必要了。缺點(diǎn)：糖的得率較低，能量消耗較大和仍需要耐酸材料。2021/5/99四、序列階段酸水解

美國(guó)普度大學(xué)ladish提出采用濃酸和稀酸水解的纖維素序列三階段酸水解法。1、預(yù)水解，它是水解和萃取木質(zhì)纖維素中的半纖維素階段；2、主水解階段，將纖維素水解成寡糖和葡萄糖單體的階段；3、后水解階段，它是保證寡糖水解的階段，而寡糖中主要是纖維四糖寡糖和葡萄糖之間的比例則決定于所用酸的濃度2021/5/910五、影響酸水解的因素影響纖維素酸水解時(shí)糖的產(chǎn)率的主要因素是：（1）原料的種類和粉碎度；（2）酸的種類和用量；（3）液比系數(shù)；（4）水解時(shí)采用的溫度和時(shí)間。（一）原料的種類和粉碎度

原料與酸的接觸面愈大，有利于酸滲入纖維束內(nèi)部，水解效果愈理想。但粉碎過(guò)細(xì)，一則會(huì)增加電能的消耗，二則在進(jìn)行水解時(shí)也會(huì)因密度過(guò)大而影響到濾出速度。一般稻草切成2~3㎝，棉子殼可以不粉碎。（二）酸的種類和用量

鹽酸催化能力較高，但價(jià)格較高，腐蝕性也強(qiáng)。因此工業(yè)生產(chǎn)上一般使用粗鹽酸作為水解用酸。理論上，在其他條件不變時(shí)，酸的濃度提高一倍，水解時(shí)間可縮短~?。通常采用稀酸常壓水解時(shí)，酸的濃度為2~3％；稀酸加壓水解時(shí)，酸濃度2021/5/911為0.5~1％。（三）液比系數(shù)

水解時(shí)液體和纖維素原料的比例叫比例系數(shù)液比系數(shù)公式：式中水解過(guò)程中加入的稀酸量（㎏）ABCDM加熱酸、原料、設(shè)備等消耗的蒸汽（㎏）原料內(nèi)的水分（㎏）水解反應(yīng)所消耗的水（㎏）纖維原料的絕干量（㎏）液比系數(shù)增加，單位原料的產(chǎn)糖量也增加，一般液比系數(shù)是5~10。2021/5/912（四）水解時(shí)間和溫度溫度愈高，纖維素酸水解的速度愈快，但已生成的單糖的分解速度也愈快。溫度升高10℃，反應(yīng)速度加快?~1倍。高溫持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，單糖的分解加劇。采用分段水解法或滲慮水解法，以縮短生成單糖在水解器中停留時(shí)間，達(dá)到減少單糖分解造成損失的目的。六、稀酸水解的幾種常用方法纖維原料稀酸水解稀酸加壓水解稀酸常壓水解固定水解法分段水解法滲濾水解法2021/5/913固定水解法是最原始的方法。水解液是在整個(gè)水解過(guò)程完成后一次性排出。生成糖的分解現(xiàn)象嚴(yán)重、得率低、質(zhì)量差、純度低，但對(duì)設(shè)備和操作的要求低。分段水