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Verfahren zur Verzuckerung von Holz und anderen zellulosehaltigen Stoffen.
Zur Verzuckerung von Holz und anderen zellulosehaltigen Stoffen sind bisher Schwefelsäure, schweflige Säure und auch Salzsäure vorgeschlagen worden, Während mit Schwefelsäure eine ganze Reihe von Verfahren ausgearbeitet worden sind, von welchen ein Teil im Grossbetrieb Verwendung findet, ist die Salzsäure wegen verschiedener Schwierigkeiten nicht zur technischen Verwendung gelangt.
Das älteste derartige Verfahren stammt von E. S. Dangiville und ist in der deutschen Patentschrift Nr. 11836 beschrieben ; es leidet jedoch an Mängeln, welche eine technische Verwendung ausschliessen, Diese Mängel sind : Die Späne müssen mit Salzsäure ständig gerührt werden, aber es ist kein Material angegeben und auch keines bekannt, aus welchen Zylinder und Rührwerk, halbwegs haltbar, gebaut werden können. Zweitens verursacht das Einströmen von Chlorwasserstoff in den wässerigen Spänebrei eine bedeutende Wärmeentwicklung, die durch das vorbeschriebene Kühlen der Gefässwände mittels Wasser nicht genügend gemässigt werden kann und die Zuckerausbeute verringert. Drittens versagt die vorgeschlagene Trennung von Zucker und Salzsäure durch Eindampfen im Vakuum vollständig.
Die Gegenwart von Zucker erschwert das Entweichen des Chlorwasserstoffes und ehe dieser entwichen ist, findet eine Zersetzung des Zuckers statt.-
In dem österreichischen Patent Nr. 62959 von Kröpfl, das in erster Reihe mit Schwefelsäure arbeitet, ist Salzsäure nur nebenbei, wohl nur um sie in den Patentschutz aufzunehmen, erwähnt. Kröpfl arbeitet so, dass er die Späne mit verdünnter Säure durchfeuchtet und dann das überschüssige Wasser durch Verdunstung oder Verdampfung entfernt. Bei Verwendung von Salzsäure kann er auf diese Weise bekanntlich nicht über eine Konzentration von zo''/ kommen, was für die Hydrolyse, wie Willstätter und Zechmeister gezeigt haben, nicht genügt.
Andrerseits bietet die Salzsäure gegenüber der Schwefelsäure Vorteile, Bei der Verwendung von Schwefelsäure hat man zwei Möglichkeiten : entweder man braucht grössere Mengen von Schwefelsäure, dann geht das Verfahren glatt, aber die grosse Säuremenge macht das Verfahren unrentabel oder man verwendet geringe Mengen Schwefelsäure, was schwierige Apparatur, grossen Dampfverbrauch und geringere Ausbeute an Zucker im Gefolge hat. Bei Verwendung von Chlorwasserstoff ist es dagegen möglich mit grösseren Säuremengen zu arbeiten und den Chlorwasserstoff, dank seiner Flüchtigkeit, wieder zu gewinnen,
Im Folgenden ist ein Verfahren beschrieben, mit welchem es gelingt, allen oben angeführten Übelstände der genannten Verfahren zu vermeiden.
Vor allem wird die Wassermenge, mit welcher die Späne beleuchtet werden, auf das Mindestmass herabgedrückt ; man verwendet auf oo Teile trocken gedachter Späne etwa 75 Teile Wasser. Diese Wassermenge ist notwendig, um die beste Zuckerausbeute zu erzielen, es können aber auch noch geringere Mengen Verwendung finden, weil die weitere Verringerung des Wassers andere grosse Vorteile im Gefolge hat. Die Späne sind nicht im Wasser suspendiert oder in Breiform, sondern bloss feucht und weisen lose Beschaffenheit auf. Wenn sie erfindungsgemäss in Türme gefüllt werden und in diese Chlorwasserstoff eingeleitet wird, findet das Gas, ohne Rühren seinen Weg durch die ganze Masse.
Die Erwärmung ist, da sie aus der Vereinigung von Chlorwasserstoff und Wasser stammt, wegen der geringen Menge Wassers eine geringe, weshalb
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eine Kühlung der Reaktionsmasse unnötig ist. Die Wahl des Baustoffes für die Türme macht keine Schwierigheiten ; sie können aus Ton, Lava, Chamotte u. dgl. ausgeführt werden.
In der amerikanischen Patentschrift Nr. 032446 Tomlinson sind Türme beschrieben, in welchen Späne über Etagen herabfallen, Schwefelsäureanhydrid entgegengeführt werden um mit diesem innig gemischt zu werden. Es handelt sich um eine vorbereitende Handlung, während im vorliegender Falle die Hydrolyse der Zellulose des Holzes in den Türmen
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zugeführt wird.
Leitet man den Chlorwasserstoff am unteren Ende des Turmes ein, so färben sich dort die Späne erst grün, dann schwarz und es findet eine geringe Temperaturerhöhung statt.
Dann wirkt der Chlorwasserstoff auf die höher gelegenen Schichten der Späne und während dieser Zeit erkaltet schon die tiefer gelegene Schicht. Ist soviel Chlorwasserstoff eingeleitet, dass oo Teile des in den Spänen enthaltenen Wassers oo Teile Chlorwasserstoff aufgenommen haben, also eine 5obige Salzsäure entstanden ist, so lässt man den Turm einige Zeit verschlossen stehen. Dann wird kalte Luft eingeblasen, wodurch mindestens die Hälfte des Chlorwasserstoffes entweicht. Dieser kann auch durch Evakuieren des Turmes entfernt werden. Das Chlorwasserstoffgas kann direkt auf frische, mit Wasser oder Salzsäure befeuchtete Späne geführt, oder in Wasser absorbiert werden.
Die schwarzen, feuchten Späne, welche an der Luft nicht mehr rauchen, werden nun weiter einem Luftstrom ausgesetzt, diesmal aber bei einer Temperatur von 30 bis 500 C.
Die Salzsäure entweicht bis auf Spuren und kann wiedergewonnen werden. Die Späne werden dann mit Wasser ausgelaugt und die Lösung nach bekannten Verfahren aufgearbeitet.
Die Zuckerausbeute ist ungefähr 50% vom Trockengewicht der Späne, also die beste die bisher erreicht wurde.
Aus vorstehender Darlegung ist ersichtlich, dass das vorliegende Verfahren zur Trennung von Zucker und Salzsäure einen ganz anderen Weg als Dangivillé einschlägt. Dieser löst Zucker und Salzsäure durch Zuführung von viel Wasser aus der Reaktionsmasse heraus und will dann durch Einengen im Vakuum die Salzsäure abdestillieren, während der Zucker im Rückstand bleiben soll. Tatsächlich verhält sich aber eine Lösung, welche Zucker oder ähnliche Stoffe und Chlorwasserstoff enthält, nicht wie eine wässerige Salzsäure.
Während bekanntlich konzentrierte Salzsäure beim Kochen Chlorwasserstoff abgibt, bis eine 2obige Salzsäure zurückbleibt, welche bei lOQ-. g" C unzersetzt siedet und andrerseits verdünntere, beispielsweise io"/oige Salzsäure sich so lange konzentriert, bis ebenfalls eine 2o /, ige Salzsäure zurückbleibt, lässt eine mit Zucker versetzte Salzsäure eine konzentrierte Salzsäure etwa 30%igue, zurück. Diese zurückbleibende Salzsäure wirkt nun selbst beim höchsten Vakuum, also bei der niedrigsten Siedetemperatur, zersetzend auf die Zuckerlösung ein, welche sich unter Aufschäumen dunkel färbt und zersetzt.
Im Gegensatze zu Dangivillé wird die Reaktionsmasse gemäss vorliegender Erfindung nicht mit Wasser behandelt, sondern Salzsäure und Zucker durch Verdunstung der Salzsäure im Luftstrom (oder im Vakuum) getrennt.
Dass es gelingt, die Salzsäure bei mässiger Temperatur und rasch zum Verdunsten zu bringen, ist überraschand, weil der hohe Siedepunkt der 2obigen Salzsäure und der Widerstand, welchen der Zucker dem Entweichen der Salzsäure entgegensetzt, dies nicht erwarten liessen. Auch ist überraschend, dass der Zucker diese Behandlung verträg, während die verdünnte Lösung im höchsten Vakuum leicht zersetzlich ist. Eine Erklärung findet dieses Verhalten darin, dass erfindungsgemäss nicht wie bei Dangivil1é eine Zuckerlösung, sondern möglichst trockener Zucker von Salzsäure getrennt wird.