DD202180A5 - PROCESS FOR OBTAINING MONOSACCHARIDES AND APPARATUS FOR CARRYING OUT THE PROCESS - Google Patents
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- DD202180A5 DD202180A5 DD82238408A DD23840882A DD202180A5 DD 202180 A5 DD202180 A5 DD 202180A5 DD 82238408 A DD82238408 A DD 82238408A DD 23840882 A DD23840882 A DD 23840882A DD 202180 A5 DD202180 A5 DD 202180A5
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Abstract
Bei dem Verfahren wird zellulosehaeltiges Ausgangsmaterial mit zellulosehaeltiger, waessriger Loesung bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und etwa 50 Grad C unter Atmosphaerendruck umgesetzt, die Anlage weist eine Zerkleinerungsvorrichtung (1) fuer Ausgangsmaterial, eine Sterilisationseinheit (3,5) und einen Mischer (7) mit Zufuhrleitung (8) fuer Enzymloesung auf. Zwecks Schaffung eines kontinuierlichen, technischen Verfahrens, bei dem das Rohmaterial besser und schneller verwertet werden kann und welches Verfahren eine vergleichsweise geringen Energieaufwand erfordert, wird die Reaktion in einer Mehrzahl von Reaktionsstufen durchgefuehrt und nach jeder Reaktionsstufe die enzym- und zucKERHAELTIGE Loesung von den Feststoffen abgetrennt, werden die Feststoffe nach Auswaschen der gebildeten Kohlenhydrate jeweils der naechsten Reaktioonsstufe zugefuehrt, die aus den eaktionsstufen erhaltenen enzym- und zuckerhaeltrigen Loesungen gesammelt und gegebenenfalls durch Zusatz von zuckerverwertenden Mikroorganismen vergoren. Die Anlage umfasst zur Durchfuehrung des Verfahrens weiters wenigstens zwei Hydrolsierbehaelter (9), eine mit diesen - gegebenenfalls ueber einen Ruehrwerksbehaelter (12) und eine Muehle (16) - in Verbindung stehende Trennvorrichtung (17) zur Abtrennung der Feststoffe sowie gegebenenfalls einen Gaerbehaelter (28) und eine Destillations- bzw. Rektifikationsvorrichtung (33).In the process cellulosic starting material is treated with cellulosic aqueous solution at a temperature between room temperature and about 50 degrees C under atmospheric pressure, the plant has a comminution device (1) for starting material, a sterilization unit (3,5) and a mixer (7) Supply line (8) for enzyme solution on. In order to provide a continuous, technical process in which the raw material can be recycled better and faster and which process requires comparatively little energy, the reaction is carried out in a plurality of reaction stages and after each reaction stage the enzyme and sugar solution is separated from the solids , The solids are after washing out of the carbohydrates formed in each case the next Reaktioonsstufe supplied, which collected from the reaction stages enzyme- and zuckerhaeltrigen solutions and optionally fermented by the addition of sugar-using microorganisms. The plant further comprises at least two Hydrolsierbehaelter (9), one with these - optionally via a Ruehrwerksbehaelter (12) and a mill (16) - related separation device (17) for separating the solids and optionally a Gaerbehaelter (28 ) and a distillation or rectification device (33).
Description
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~Ίf~ AP C13K/238 408/0 ~ Ί f ~ AP C13K / 238 408/0
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Verfahren zur Gewinnung von Monosacchariden Anwendungsgebiet der Erfindung Process for obtaining monosaccharides Field of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Monosacchariden und gegebenenfalls von daraus durch Gärung erhaltenen Produkten aus cullulosehältigern Ausgangsmaterial durch Spaltung mittels Cellulase, wobei das zerkleinerte ceilulosehältige Ausgangsmaterial mit cellulasehältiger, wäßriger Lösung bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und etwa 50 0C unter Atmosphärendruck umgesetzt wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einer Zerkleinerungsvorrichtung für ceilulosehältiges Ausgangsmaterial, einer Sterilisationseinheit und einem Mischer mit Zufuhrleitung für Enzymlösung.The invention relates to a process for obtaining monosaccharides and optionally obtained therefrom by fermentation products from cullulosehältigem starting material by cleavage by means of cellulase, wherein the comminuted cellulose-containing starting material is reacted with cellulase-containing aqueous solution at a temperature between room temperature and about 50 0 C below atmospheric pressure, and a plant for carrying out the process with a cellulose-containing feedstock shredder, a sterilization unit, and an enzyme solution supply line mixer.
Verfahren zur enzymatischen Herstellung von Zucker aus Cellulose sind aus den US-PSen 3 972 775 und 4 097 333 bekannt, wobei in der US-PS 3 972 775 ein Verfahren beschrieben ist, welches sowohl die Herstellung des Enzyms durch Züchten der Mikroorganismen als auch die Hydrolyse cellulosischen Materials mittels des hergestellten Enzyms umfaßt. Die Hydrolyse bzw, Spaltung der Cellulose wird einstufig durchgeführt. Gemäß der US-PS 4 097 333 wird cellulosisohes Material mit Äthylen in Kontakt gebracht, um die Glucoseausbeute bei der enzymatischen Hydrolyse zu erhöhen·Methods for the enzymatic production of sugar from cellulose are known from US Pat. Nos. 3,972,775 and 4,097,333, US Pat. No. 3,972,775 discloses a process which comprises both the production of the enzyme by cultivating the microorganisms and the Hydrolysis of cellulosic material by means of the enzyme produced. The hydrolysis or cleavage of the cellulose is carried out in one stage. According to US Pat. No. 4,097,333 cellulosic material is brought into contact with ethylene in order to increase the glucose yield in the enzymatic hydrolysis.
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Die Schwierigkeiten einer technischen Anwendung des enzymatischen Abbaus zur Gewinnung von Monosacchariden und gegebenenfalls von Gärprodukten - wie Alkohole und Protein - aus diesen Kohlenhydraten besteht jedoch hauptsächlich darin, daß die Konzentration an Zuckern bzw. an Gärprodukten, die bei mikrobiologischer Spaltung gewonnen werden, sehr gering ist - beispielsweise werden nach 48-stündiger Einwirkzeit von Cellulase maximale Hydrolyseraten in der Größenordnung von wenigen Prozenten des Ausgangsmaterials erzielt - mit der Folge, daß die Konzentrierung bzw. Reingewinnung mit weitaus zu hohen Energiekosten belastet ist. Bei der technischen Gewinnung von Zuckern und in weiterer Folge von Alkohol aus cellulosehaltigen! Ausgangsmaterial wurden deshalb bisher Spaltverfahren mittels Säuren, meist unter Anwendung hoher Drucke und Temperaturen, bevorzugt. Diese Verfahren sind gleichfalls sehr energieaufwendig, zusätzlich ergeben sich Probleme hinsichtlich der Rückgewinnung der Säuren.The difficulty of a technical application of the enzymatic degradation for the recovery of monosaccharides and optionally of fermentation products - such as alcohols and protein - from these carbohydrates, however, consists mainly in the fact that the concentration of sugars or on fermentation products, which are obtained in microbiological cleavage, is very low - For example, after 48 hours of exposure time of cellulase maximum hydrolysis rates in the order of a few percent of the starting material achieved - with the result that the concentration or pure recovery is charged with far too high energy costs. In the technical production of sugars and subsequently of alcohol from cellulosic! Starting material were therefore previously preferred cleavage processes using acids, usually using high pressures and temperatures. These processes are also very energy consuming, in addition, problems arise in terms of the recovery of the acids.
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Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Gewinnung von Monosacchariden, mit dem die Nachteile und Schwierigkeiten der bekannten Verfahren vermieden werden, das mit billigen Ausgangs- bzw. Abfallstoffen arbeitet und die Umwelt nicht belastet.The object of the invention is to provide an improved process for obtaining monosaccharides, which avoids the disadvantages and difficulties of the known processes, which works with cheap starting or waste materials and does not pollute the environment.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kontinuierliches technisches Verfahren der eingangs definierten Art mit besserer Verwertung des cellulosischen Rohmaterials zu schaffen, welches bei Raumtemperatur oder schwach erhöhter Temperatur vor sich geht, einen verhältnismäßig geringen Energieaufwand erfordert und den Einsatz von Hochdruckapparaten vermeidet*The invention has for its object to provide a continuous technical process of the type defined above with better utilization of cellulosic raw material, which at room temperature or slightly elevated temperature is going on, requires a relatively small amount of energy and avoids the use of high pressure equipment *
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Reaktion in einer Mehrzahl von Reaktionsstufen durchgeführt wird und nach jeder Reaktionsstufe die enzym- und zuckerhaltige Lösung von den Feststoffen abgetrennt wird, die Feststoffe nach Auswaschen der gebildeten Kohlenhydrate jeweils der nächsten Reaktionsstufe zugeführt werden, die aus den Reaktionsstufen erhaltenen enzym- und zuckerhaltigen Lösungen gesammelt und gegebenenfalls durch Zusatz von zuckerverwertendenThe above object is achieved in that the reaction is carried out in a plurality of reaction stages and after each reaction stage, the enzyme and sugar-containing solution is separated from the solids, the solids are fed after washing the carbohydrates formed in each case the next reaction stage, which from the Reaction stages obtained enzyme- and sugar-containing solutions collected and optionally by addition of zuckerverwertenden
- 3 Mikroorganismen vergoren werden.- 3 microorganisms are fermented.
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Die enzymatische Hydrolyse wird somit mehrstufig durchgeführt, u.zw. mindestens zwei-, vorzugsweise jedoch bis sechsstufig. Das zu hydrolysierende Material wird durch sämtliche hintereinander geschaltete Reaktionsstufen geführt, wobei zwischen den einzelnen Stufen jeweils eine Auswaschung der gebildeten Kohlenhydrate stattfindet. Dadurch wird eine Hemmung der Hydrolyse, die durch eine zu hohe Zuckerkonzentration bewirkt wird, vermieden und es werden somit erfindungsgemäß eine Beschleunigung sowie ein besserer Ausnutzungsgrad gegenüber einstufigen Verfahren erzielt. Nach der letzten Reaktionsstufe wird der nicht hydrolysierte Anteil der Feststoffe von der Lösung abgetrennt, ausgewaschen, einer Verbrennungsanlage zugeführt oder anderweitig verwendet.The enzymatic hydrolysis is thus carried out in several stages, u.zw. at least two, but preferably up to six stages. The material to be hydrolyzed is passed through all reaction stages connected in series, with leaching of the carbohydrates formed taking place between the individual stages. As a result, an inhibition of the hydrolysis, which is caused by an excessively high sugar concentration, is avoided, and thus, according to the invention, an acceleration and a better degree of utilization compared to single-stage processes are achieved. After the last reaction step, the unhydrolyzed portion of the solids is separated from the solution, washed, fed to a combustor, or otherwise used.
Das cellulosehältige Ausgangsmaterial wird zweckmäßig sterilisiert, bevor es mit der cellulasehältigen, wässerigen Lösung umgesetzt wird. Die Sterilisation kann durch Ozonisieren, Zugabe eines Bioeids, wie Pentachlorphenol-Natrium oder Einleiten von Dampf erfolgen.The cellulose-containing starting material is suitably sterilized before it is reacted with the cellulase-containing, aqueous solution. The sterilization can be carried out by ozonization, addition of a bio-acid such as sodium pentachlorophenol or introduction of steam.
Vorteilhaft wird voi: dem Abtrennen der Feststoffe aus der enzym- und zuckerhaltigen Lösung die aus den Reaktionsstufen erhaltene Suspension breifein gemahlen. Durch diese Mahlung zwischen den Reaktionsstufen werden neue Oberflächen des cellulosehaltigen Materials für den Angriff des Enzyms geschaffen, außerdem können entstandene, noch oligomere Zucker besser ausgewaschen werden.Advantageously voi: the separation of the solids from the enzyme and sugar-containing solution, the suspension obtained from the reaction stages ground breifein. By this refining between the reaction stages, new surfaces of the cellulose-containing material for the attack of the enzyme are created, in addition, resulting, even oligomeric sugars can be better washed out.
Den anschließend abgetrennten Feststoffen wird vorzugsweise vor Zuführung in die nächste Reaktionsstufe frische Cellülaselösung zugemischt, sofern sie nichtThe subsequently separated solids are preferably added to fresh cellulase solution before being fed to the next reaction stage, if they are not
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aus der letzten Reaktionsstufe stammen. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Hydrolyse beschleunigt wird.come from the last reaction stage. The advantage of this embodiment is that the hydrolysis is accelerated.
Zweckmäßig wird die aus den Reaktionsstufen erhaltene und von den Feststoffen abgetrennte enzym- und zuckerhaltige Lösung mit immobilisiertem Enzym vollständig zu Monosacchariden abgebaut, wobei als immobilisiertes Enzym insbesondere immobilisierte ß-Glucosidase eingesetzt wird. Bei immobilisierten Enzymen liegen die Enzyme, an einen Träger, beispielsweise an Polyacrylamidgel, gebunden vor, so daß sie bei voller Aktivität nicht von einer mit ihnen in Kontakt kommenden Lösung ausgewaschen werden können.Suitably, the enzyme- and sugar-containing solution obtained from the reaction stages and separated from the solids is completely degraded with immobilized enzyme to give monosaccharides, the immobilized enzyme used being in particular immobilized β-glucosidase. In immobilized enzymes, the enzymes are bound to a support, such as polyacrylamide gel, so that they can not be washed out of a solution in contact with them at full activity.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Gewinnung von Monosacchariden die enzym- und zuckerhaltigen Lösungen teilweise als Verdünnung in die einzelnen Reaktionsstufen rückgeführt, mit den Umsetzungsprodukten aus denselben wieder abgezogen und teilweise mit frischem cellulosehaltigen! Material vermischt, wobei das Enzym an dem cellulosehaltigen Material adsorbiert und auf diese Weise abgetrennt bzw. rückgewonnen wird. Einer der Hauptbestandteile der erhaltenen zuckerhaltigen Lösung ist Glucose, deren Konzentration auf diese Weise erhöht werden kann. Die enzym- und zuckerhaltigen Lösungen sind darüber hinaus cellobiosefrei und der rückgeführte Teil hemmt daher nicht die Hydrolyse. Die von Enzym befreite Zuckerlösung kann einer weiteren Verwertung zugeführt" werden. Das cellulosehältige Material mit daran adsorbiertem Enzym wird als Ausgangsstoff wieder in das Verfahren rückgeführt.According to a preferred embodiment of the process according to the invention, the enzyme- and sugar-containing solutions are partly recycled as a dilution into the individual reaction stages for the recovery of monosaccharides, withdrawn with the reaction products of the same again and partially with fresh cellulose-containing! Material mixed, wherein the enzyme is adsorbed on the cellulose-containing material and thus separated or recovered. One of the main components of the resulting sugar-containing solution is glucose, the concentration of which can be increased in this way. The enzyme- and sugar-containing solutions are furthermore cellobiose-free and the recycled part therefore does not inhibit the hydrolysis. The enzyme-liberated sugar solution can be recycled. "The cellulose-containing material with enzyme adsorbed thereon is recycled as a starting material into the process.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung von Gärprodukten, wieIn an advantageous embodiment of the method according to the invention for the production of fermentation products, such as
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Äthanol, werden nach Vergären der enzym- und zuckerhaltigen Lösungen die Mikroorganismen von der garprodukthältigen Flüssigkeit abgetrennt, die gärprodukthältige Flüssigkeit wird teilweise als Verdünnung in die einzelnen Reaktionsstufen rückgeführt, mit den Umsetzungsprodukten aus denselben wieder abgezogen und teilweise mit frischem cellulosehaltigen! Material vermischt, wobei das Enzym an dem cellulosehaltigen Material adsorbiert und auf diese Weise abgetrennt bzw. rückgewonnen wird, und die Gärprodukte werden aus der garprodukthältigen Flüssigkeit durch Destillation bzw. Rektifikation in reiner Form gewonnen.Ethanol, the fermentation product containing liquid is partially recycled as a dilution in the individual reaction steps, with the reaction products withdrawn from the same again and partially with fresh cellulose-containing! Material mixed, wherein the enzyme is adsorbed on the cellulose-containing material and thus separated or recovered, and the fermentation products are recovered from the gar product-containing liquid by distillation or rectification in pure form.
Bei dieser Ausgestaltung braucht die Cellulase vor der Vergärung nicht von der Zuckerlösung abgetrennt zu werden. Das Verfahren kann zur Gewinnung von Proteinen auch so geführt werden, daß hauptsächlich- Biomasse, d.h. beispielsweise Hefezellen, Pilzmycel und sonstige Mikroorganismen, gebildet wird und die Entstehung anderer Gärprodukte mehr oder weniger in den Hintergrund tritt.In this embodiment, the cellulase does not need to be separated from the sugar solution before fermentation. The process may also be conducted to recover proteins, such that mainly biomass, i. For example, yeast cells, mushroom mycelium and other microorganisms, is formed and the emergence of other fermentation products more or less in the background occurs.
Die zur Vergärung eingesetzten Mikroorganismen werden beispielsweise durch Zentrifugieren abgetrennt und rückgeführt bzw. aus dem System ausgeschleust. Die so erhaltene Biomasse kann als Viehfutterzusatz dienen.The microorganisms used for fermentation are separated off, for example, by centrifuging and recycled or discharged from the system. The biomass thus obtained can serve as cattle feed additive.
Der Feststoffanteil kann in den einzelnen Reaktionsstufen in bekannter Weise zweckmäßig auf etwa 10 % Masse gehalten werden. Durch die teilweise Rückführung der enzym- und zuckerhaltigen Lösungen bzw. der garprodukthältigen Flüssigkeit in die hintereinander angeordneten Reaktionsstufen nimmt in diesen die Konzentration an Zuckern bzw. Gärprodukten jeweils zu.The solids content can be suitably maintained in the individual reaction stages in a known manner to about 10% mass. As a result of the partial recycling of the enzyme- and sugar-containing solutions or of the product containing liquid into the reaction stages arranged one behind the other, the concentration of sugars or fermentation products increases in each case.
Vorteilhaft werden die enzym- und zuckerhaltigen Lö-Advantageously, the enzyme- and sugar-containing solvents
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eungen bzw· die gärprodukthältige Flüssigkeit durch einen Bodeneinlaß in die Behälter der einzelnen Reaktionsstufen rückgeführt, da eine Suspension von cellulosehaltigen! Ausgangsmaterial, wie Holz, Stroh und Altpapier, mit einem Peststoffanteil von etwa 10 % schwer pumpbar ist und die Austragung des Peststoffes aus den einzelnen Reaktionsstufen auf diese Art erheblich erleichtert wird.or the product containing the fermentative product is recycled through a bottom inlet into the containers of the individual reaction stages, since a suspension of cellulose-containing! Starting material, such as wood, straw and waste paper, with a pesticide content of about 10 % is difficult to pump and the discharge of the pesticide from the individual reaction stages is greatly facilitated in this way.
Eine Anlage der eingangs beschriebenen Art umfaßt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weiterhin wenigstens zwei Hydrolysierbehälter, eine mit diesen - gegebenenfalls über einen Rührwerksbehälter und eine Mühle - in Verbindung stehende Trennvorrichtung zur Abtrennung der Peststoffe sowie gegebenenfalls einen Gärbehälter und eine Destillations- bzw. Rektifikationsvorrichtung.A plant of the type described above, for carrying out the method according to the invention further comprises at least two Hydrolyzers, one with these - optionally via a Rührwerksbehälter and a mill - in connection standing separation device for separating the pesticides and optionally a fermentation tank and a distillation or rectification device.
Die Erfindung wird nachstehend an einigen Beispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to some examples.
Die beiliegende Zeichnung zeigt ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens.The accompanying drawing shows a flow chart of the method according to the invention.
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Cellulosehältiges Ausgangsmaterial wird zunächst einer Zerkleinerungsvorrichtung 1 und anschließend einer Zwei-Walzen-Mühle 2 zugeführt. Aus der Mühle 2 tritt das Material in einem Mischer 3 ein, welcher mit einer Zuführung für Sterilisationsmittel ausgestattet ist· Das mit dem Sterilisationsmittel versetzte Material gelangt in einen Sterilisationsbehälter 5, in welchem es eine vorgegebene Zeitspanne verweilt. Aus diesem Behälter 5 wird das sterilisierte Material über eine Förderleitung 6 einem weiteren Mischer 7 zugeführt, in welchem es mit cellulasehältiger, wäßriger Lösung aus der Leitung 8 versetzt wird. Von dem Mischer 7 aus werden die einzelnen Heaktionsstufen bzw· Hydrolysierbehälter 9 über die Leitung 10 beschickt. Eine Sammelleitung 11 dient zum Abführen der Suspension aus denCellulose-containing starting material is first fed to a comminution device 1 and then to a two-roller mill 2. From the mill 2, the material enters a mixer 3, which is equipped with a supply of sterilizing agent. The material added with the sterilizing agent passes into a sterilizing container 5, in which it lingers for a predetermined period of time. From this container 5, the sterilized material is fed via a feed line 6 to a further mixer 7, in which it is mixed with cellulase-containing, aqueous solution from the line 8. From the mixer 7, the individual stages of the reaction or hydrolyzation vessel 9 are fed via the line 10. A manifold 11 serves to discharge the suspension from the
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einzelnen Hydrolysierbehälter 9 in einen Rührwerksbehälter 12, welcher weiterhin Zuführungen für ozonisiertes Frischwasser (13), für Abwasser (14) sowie für rückgeführte enzym- und zuckerhaltige Lösungen bzw, gärprodukthaitige Flüssigkeiten (15) aufweist· Aus dem Behälter 12 gelangt die Suspension in eine Mühle 16, in welcher sie breifein gemahlen wird. Im Anschluß daran wird die Lösung von den Feststoffen mittels einer Trennvorrichtung 17, vorzugsweise einer Zentrifuge, abgetrennt· Die Feststoffe werden nach Vorwärmung in einem Wärmeaustauscher 18 über die Leitung 10 jeweils dem nächsten Hydrolysierbehälter 9 der Reihe zugeführt, nachdem sie einen weiteren Mischer 19 durchlaufen haben, in welchem sie über die Leitung 8 gegebenenfalls mit frischer Cellulaselösung vermengt werden· Die im letzten Hydrolysierbehälter 9 der Reihe noch verbliebenen Feststoffe werden durch die Abführung 20 entfernt und beispielsweise verbrannt, ün die Kohlenhydrat- bzw* Alkoholverluste zu verringern, kann das Material aus dem letzten Hydrolysierbehälter 9 durch die Leitung 20· nochmals dem Rührwerksbehälter 12 zugeführt und dort mit Frischwasser gewaschen werden·individual Hydrolyzierbehälter 9 in a stirrer container 12, which further supplies for ozonated fresh water (13), for wastewater (14) and for recirculated enzyme and sugar-containing solutions or, geärprodukthaitige liquids (15) · From the container 12, the suspension passes into a mill 16, in which it is beaten in the ground. Thereafter, the solution of the solids by means of a separator 17, preferably a centrifuge separated · The solids are fed after preheating in a heat exchanger 18 via the line 10 respectively to the next hydrolyzing 9 of the series after they have passed through another mixer 19 in which they are possibly mixed via the line 8 with fresh cellulase solution · The remaining in the last hydrolyzation 9 series still solids are removed through the discharge 20 and burned, for example, the carbohydrate or * alcohol losses can reduce the material from the last Hydrolyzierbehälter 9 through the line 20 · again supplied to the agitator tank 12 and washed there with fresh water ·
Die flüssigen Anteile aus der Zentrifuge 17 werden durch einen mit immobilisiertem Enzym gefüllten Reaktor 21 geleitet und dann über die Leitungen 22 und 15 teilweise als Verdünnung in die einzelnen Hydrolysierbehälter 9 oder in den Rührwerksbehälter 12 rückgeführt bzw, über die Leitung 15 in einen Rührwerksbehälter 23 gebracht, welcher über eine Zuführung 24 mit zerkleinertem cellulosehaltigen! Material aus dem Sterilisationsbehälter 5 beaufschlagt werden kann0 Zur Trennung des Feststoffanteiles von der Flüssigkeit ist eine Zentrifuge 25 vorgesehen, aus der das mit Cellulase beladene feste Material dem Mischer 7 zugesetzt wird und die erhaltene enzymfreie Zuckerlösung über die Leitung 26 aus der Anlage abgeführt wird·The liquid components from the centrifuge 17 are passed through a reactor 21 filled with immobilized enzyme and then partially recycled via the lines 22 and 15 as a dilution into the individual hydrolyzing vessels 9 or into the agitator vessel 12 or via the line 15 into an agitator vessel 23 , which via a feeder 24 with crushed cellulose-containing! Material from the sterilization container 5 can be acted upon 0 To separate the solids content of the liquid, a centrifuge 25 is provided, from which the cellulase-laden solid material is added to the mixer 7 and the resulting enzyme-free sugar solution is discharged via line 26 from the plant ·
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Alternativ können die flüssigen Anteile aus der Zentrifuge 17 nach ihren Austreten aus dem Reaktor 21 in einen mit einer Zuführung 27 für Mikroorganismen ausgestatteten Gärbehälter 28 gebracht werden. Nach einer bestimmten Verweilzeit wird das Gärprodukt in eine Trennvorrichtung, in der dargestellten Anlage beispielsweise eine Zentrifuge 29, geleitet, wo eine Trennung in Biomasse und gärprodukthältige Flüssigkeit stattfindet. Die Biomasse kann durch die Zuführung 2 7 wieder in den Gärbehälter 2 8 rückgeführt werden oder über die Leitung 30 aus der Anlage ausgeschleust werden. Die gärprodukthältige Flüssigkeit gelangt zunächst in einen Zwischenbehälter 31, aus dem sie mittels einer Pumpe 32 teilweise über die Leitung 15 als Verdünnung in die einzelnen Hydrolysierbehälter 9 oder in den Rührwerksbehälter 12 rückgeführt bzw. zur Rückgewinnung des Enzyms in den Rührwerksbehälter 2 3 eingebracht wird, Die enzymfreie gärprodukthältige Flüssigkeit aus der Zentrifuge 25 wird einer Destillations- bzw. Rektifikationseinheit 33 zugeführt, mittels welcher die Auftrennung dieser Flüssigkeit in Gärprodukte, wie z.B. Äthanol, Fuselöle, Glycerin vorgenommen wird. Die Gärprodukte werden über Leitungen 34, 35 abgezogen, das resultierende Abwasser wird entweder in den Mischer 5 oder über die Zuführung 14 in den Rührwerksbehälter als Verdünnung geleitet oder aber es verläßt die Anlage über die Leitung 36.Alternatively, the liquid fractions from the centrifuge 17, after exiting the reactor 21, may be placed in a fermentation vessel 28 equipped with a microorganism feed 27. After a certain residence time, the fermentation product in a separator, in the illustrated system, for example, a centrifuge 29, passed, where a separation into biomass and gärprodukthältige liquid takes place. The biomass can be recycled by the supply 2 7 back into the fermentation tank 2 8 or be discharged via the line 30 from the plant. The gärprodukthältige liquid first passes into an intermediate container 31, from which it is partially recycled by means of a pump 32 via the line 15 as a dilution in the individual Hydrolysierbehälter 9 or in the agitator tank 12 or for the recovery of the enzyme in the agitator tank 2 3 is introduced enzyme-free gärprodukthältige liquid from the centrifuge 25 is fed to a distillation or rectification unit 33, by means of which the separation of this liquid into fermentation products, such as Ethanol, fusel oils, glycerol is made. The fermentation products are withdrawn via lines 34, 35, the resulting wastewater is passed either in the mixer 5 or via the feed 14 in the agitator tank as a dilution or it leaves the plant via the line 36th
Altpapier, welches 1000 kg Trockensubstanz enthielt,Waste paper containing 1000 kg of dry matter,
wurde zerkleinert, 20 min lang bei 1200C sterilisiert, mit 8950 1 Wasser versetzt, auf einen pH-Wert von 4,8 eingestellt und mit 50 1 Enzymsuspension, welche 10 FPU an Cellulase enthielt, vermischt (FPU: Filterpapiereinheiten, früher FPD-activity-units; nach N.was crushed, sterilized at 120 ° C. for 20 minutes, admixed with 8950 l of water, adjusted to a pH of 4.8 and mixed with 50 l of enzyme suspension containing 10 FPU of cellulase (FPU: filter paper units, formerly FPD). activity-units;
Toyama, Advances in Enzyme Hydrolysis of Cellulose andToyama, Advances in Enzymes Hydrolysis of Cellulose and
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Related Materials, E.T. Reese, Ed. Pergamon Press, London 1963, Seite 235). Der Feststoffanteil der Suspension betrug somit etwa 10 % Masse. Die gesamte Suspension wurde durch 6 Reaktionsstufen bzw. Hydrolysierbehalter geführt, wobei die Verweilzeit jeweils 8 Stunden betrug.Related Materials, E.T. Reese, Ed. Pergamon Press, London 1963, page 235). The solids content of the suspension was thus about 10% by mass. The entire suspension was passed through 6 reaction stages or hydrolyzing, wherein the residence time was 8 hours.
Zwischen den einzelnen Hydrolysierstufen wurden entstandene Kohlenhydrate ausgewaschen und die Lösungen gesammelt. Zum Auswaschen wurden die Lösungen jeweils rückgeführt, abschließend wurde mit Frischwasser gewaschen. In den gesammelten Lösungen mit einem Volumen von 15.000 1 befanden sich 323 kg reduzierende Zucker, davon 221 kg Glucose. Weiters war noch Mannose und Xylose vorhanden.Between the individual hydrolysis stages, carbohydrates were washed out and the solutions were collected. For washing, the solutions were each recycled, finally was washed with fresh water. In the collected solutions with a volume of 15,000 1 were 323 kg of reducing sugars, of which 221 kg of glucose. There was also Mannose and Xylose.
Bei der Vergärung der Zucker mittels Hefe entstanden daraus 109 kg Äthanol. In der Lösung waren weiters noch 7-10 FPU Enzym vorhanden. Der nichthydrolysierte Anteil an Altpapier betrug 677 kg.During the fermentation of the sugar by means of yeast, this resulted in 109 kg of ethanol. In the solution were still 7-10 FPU enzyme present. The unhydrolysed fraction of waste paper was 677 kg.
Claims (10)
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