CN105017432A - 用于生产纤维素醚的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于生产纤维素醚的方法，其包含干燥步骤，该干燥步骤能够以高热效率来连续并稳定干燥高度粘合性湿纤维素醚而不导致在干燥器中湿纤维素醚的粘合性生长和固体化。更特定而言，该用于生产纤维素醚的方法包含以下步骤：在旋转型通流干燥器中干燥水含量大于按重量计50％的湿纤维素醚。

Description

用于生产纤维素醚的方法

技术领域

本发明涉及一种用于生产纤维素醚的方法，所述纤维素醚将用作(例如)药物或食物的粘合剂，崩解剂，用于各种溶剂的增稠剂，用于建筑材料的保水助剂，挤塑中的粘合剂，悬浮液稳定剂。该方法包含干燥步骤。

背景技术

作为最终产物的纤维素醚通常通过包含以下的步骤获得：将碱金属氢氧化物吸附到纤维素上以形成碱纤维素，使该碱纤维素与烷基化剂或羟基化剂反应，任选地通过添加酸来中和，以及随后洗涤、脱水、干燥和研磨。

取决于脱水步骤中的脱水程度，湿纤维素醚从柔软泥状变成坚硬饼状，并且有粘合性和内聚性。为了干燥这种泥状或饼状材料，通常采用如JP2010-132920A中所示的热效率优良的导热传递型槽式搅动干燥器或可有效干燥粘合性材料的对流热传递型气动式干燥器。

发明内容

在其水含量增加时，上述湿水溶性纤维素醚变得更具粘性。在槽式搅动干燥器中，水含量大于按重量计50％的纤维素醚附着至干燥器的内部的热传递部。热传递区域的减小降低干燥器的干燥能力，并且另外地，过度干燥的沉积物被不规则地分离并且作为污染物混合到产物中，从而劣化产物的品质。在气动干燥器中，所需的高功率使干燥成本高，并且水含量70至80％或更多的湿水溶性纤维素醚附着至干燥器或连接管的内部，从而使稳定连续操作困难。

鉴于上述，已进行本发明。本发明的目的为提供一种用于生产纤维素醚的方法，其包含干燥步骤，该干燥步骤不仅能够连续干燥湿水溶性纤维素醚而且能够连续干燥任何高粘性湿纤维素醚，并且干燥器的内部无粘合性生长和固体化并且具有高稳定性和良好热效率。

作为发明人对上述目的深入研究的结果，已意外地发现，旋转型通流干燥器可以高热效率连续并稳定干燥高粘性湿纤维素醚，并且干燥器的内部无高粘性湿纤维素的粘合性生长和固体化，从而完成本发明。

根据本发明，提供一种用于生产纤维素醚的方法，其包含在旋转型通流干燥器中干燥水含量大于按重量计50％的湿纤维素醚的步骤。

根据本发明，具有高水含量并因此具有高粘性的湿纤维素醚可经受稳定连续干燥处理而在干燥器的内部无湿纤维素醚的粘合性生长和固体化。这稳定了产物的品质，因为可阻止来源于过度干燥沉积物的污染物混合到产物中。另外，在停止操作包括干燥器的系统时频繁清洗干燥器的内部以从其中移除粘合性沉积物变得不必要。因此，操作速率可有改进并且可减小由于移除沉积物所致的产物的处置损耗。另外，可减少在非所需情况下在干燥器中的沉积物移除操作以及工作人员的负担。

附图说明

图1为根据本发明的用于干燥纤维素醚的旋转型通流干燥器的示意性侧视图；和

图2为沿图1的线条X-X截取的示意性剖视图。

具体实施方式

接下来将描述本发明的实施方案，但在不脱离本发明的技术概念的范围的情况下，可修改所述实施方案。下文将详细描述本发明。

待干燥的湿纤维素醚无具体限制，只要其为水含量大于按重量计50％、优选水含量大于按重量计50％但不大于按重量计90％或更低的纤维素醚。纤维素醚的实例包括水溶性纤维素醚，例如烷基纤维素、羟烷基纤维素和羟烷基烷基纤维素，并且还包括低取代羟基丙基纤维素，所述低取代羟基丙基纤维素不溶于水，由所吸收水溶胀，并且具有按重量计5至16％的羟基丙氧基取代度。

湿纤维素醚的水含量可通过《日本药典的一般试验》(GeneralTests of The Japanese Pharmacopoeia)第十六版中的“干燥失重测试”测定。水含量并非水占纤维素醚的百分比，而是水占水和纤维素醚的总和的百分比。

湿纤维素醚优选通过一种用于生产纤维素醚的方法来获得，所述方法包含：使浆粕与碱金属氢氧化物反应以获得碱纤维素的步骤；使碱纤维素与醚化剂反应以获得粗制纤维素醚的步骤，添加酸来中和所述粗制纤维素醚的任选步骤；以及洗涤和脱水所述任选中和的粗制纤维素醚的一个或多个步骤。为了干燥如此获得的所述湿纤维素醚，可优选使用旋转型通流干燥器。因此，用于生产纤维素醚的方法可还包含干燥用旋转型通流干燥器如此获得的所述湿纤维素醚的后续步骤。

纤维素醚通常通过包含以下步骤的方法来生产：使原材料浆粕与碱金属氢氧化物反应以获得碱纤维素，使碱纤维素与醚化剂反应，后续洗涤和脱水(洗涤/脱水)，以及干燥。干燥的步骤之后可进行研磨的任选步骤。

作为浆粕，可使用那些通常可用作纤维素醚的原材料，例如木材浆粕和棉绒浆。该浆粕可能为浆粕片材、浆粕碎屑和浆粕粉末的任何形式。

用于生产碱纤维素的方法可包括一种包含在搅拌下向浆粕粉末逐滴添加或喷洒碱金属氢氧化物溶液的步骤的方法，和一种包含在碱金属氢氧化物溶液中浸没呈片材或碎屑形式的浆粕以及脱水所述浸没浆粕的步骤的方法。

碱金属氢氧化物溶液无具体限制，只要其可将浆粕转化成对应的碱纤维素。从经济的观点来看，氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液是优选的。

如此获得的碱纤维素与醚化剂反应以获得粗制纤维素醚。可用于生产纤维素醚的醚化剂是已知的并且无具体限制。醚化剂的实例包括烷基卤，例如甲基氯和乙基氯，和环氧烷，例如环氧乙烷和环氧丙烷。

因为作为碱纤维素与醚化剂之间反应产物的粗制纤维素醚含有副产物，例如盐、甲醇和丙二醇，其用水、优选70至100℃的热水和大气压或更高的蒸汽中的至少一种的来洗涤，并且脱水。通常通过使用连续旋转压力过滤器、连续水平真空式过滤器、水平台式过滤器和水平带式过滤器中的至少一种结合压力式脱水机、真空式脱水机、离心式脱水机和压缩式脱水机中的至少一种，连续进行洗涤和脱水。

从纤维素醚的性质、洗涤和脱水机器的处理容量等等的观点来看，在洗涤和脱水的一个或多个步骤之后的湿纤维素醚的水含量就水溶性纤维素醚而言通常大于按重量计50％但不大于按重量计90％，并且就低取代羟基丙基纤维素而言通常大于按重量计60％但不大于按重量计90％。

取决于脱水的程度，在洗涤和脱水的一个或多个步骤之后的含有纤维的湿纤维素醚从软泥形式改变为硬饼形式。在水含量增加时，湿纤维素醚变得更有粘性、更有纤维性和具有强烈内聚性。

当湿纤维素醚为低取代羟基丙基纤维素时，在使碱纤维素与醚化剂反应以获得粗制低取代羟基丙基纤维素的步骤之后和在洗涤和脱水粗制低取代羟基丙基纤维素的一个或多个步骤之前，优选包含通过添加酸如乙酸或盐酸来中和粗制低取代羟基丙基纤维素中剩余的碱的步骤。

接着，将解释旋转型通流干燥器。旋转型通流干燥器已知为能够均一地而不会不均匀地干燥粘合性材料的干燥器的实例。旋转型通流干燥器通常可用于干燥粒状、小团块状或薄片状材料。因此，由于在旋转型通流干燥器的转筒中滚动，预期泥状或饼状、纤维性和强粘合性材料如湿纤维素醚如雪球般变成大团块。因此，预期到不充分干燥或不均匀干燥。然而，本发明人已意外地发现，旋转型通流干燥器使得有可能稳定地以高热效率进行强粘性湿纤维素醚的连续干燥，并同时阻止纤维素醚在干燥器的内部的粘合性生长和固体化。

旋转型通流干燥器为对流热传递型干燥器，并且通过使热空气流过材料使水或挥发性组分从其蒸发来干燥圆柱形转筒中放置的材料。可通过使用(例如)并流、逆流或错流，使热空气与待干燥材料接触。从阻止干燥器的内部的粘合性生长和固体化的观点来看，优选的是错流。旋转型通流干燥器的转筒优选配备有用于抬升待干燥的材料的升降机以增加干燥效率。由于由转筒的旋转所致的炉(kiln)活动效应，更具体来说，由于待干燥材料的垂直旋转和浮动运动，在混合和搅拌的同时干燥原材料。升降机的类型并无具体限制。升降机的实例包括三角型和百叶窗型。

下文中将参考附图更详细地描述本发明。

旋转型通流干燥器1主要包含：圆柱形转筒6，具有敞开的两端和形成在外周表面上的数个通气孔；和用于在其中容纳转筒6的棱柱形壳体8。转筒6在纵向上包含在一端部的材料进口2和在另一个端部的干燥产物出口3。转筒6包含三角型升降机7，所述三角型升降机在两端是敞开的，呈透气网状形式并且具有三角形形状，以便装配在转筒6的内周表面中。壳体8具有热空气进口4，所述热空气进口在侧表面的下部敞开。热空气经由通气孔向上以直径方向流动通过转筒6和三角型升降机7，并且从壳体8的上部的排气端口5排放。

使用旋转型通流干燥器1按以下方式干燥湿纤维素醚。首先，旋转型通流干燥器1开始旋转转筒6，热空气从热空气进口4吹入转筒6中，然后，将作为待干燥材料的湿纤维素醚从材料进口2引入转筒6。由转筒6和三角型升降机7的旋转所致的炉活动，在均匀混合和干燥的同时，允许如此引入转筒6中的材料9继续转移至出口侧，并随后从干燥产物出口3排出。热空气经由通气孔从转筒6的侧表面的下部通过待干燥材料9的层，向上以直径方向流动通过转筒6和三角型升降机7，并且从排气端口5排放。由于从转筒6的通气孔吹送的热空气与旋转所致的炉活动的协同增强效应，待干燥材料9被温和混合、干燥并排出，而在干燥器的内壁表面上无粘合性生长和固体化。

从例如干燥效率、干燥产物的回收速率和对混合和均匀干燥的炉活动效应的观点来看，转筒的周边速度优选但不具体限于0.01至1.00米/秒，更优选0.1至0.5米/秒。

从例如干燥能力和待干燥材料的变色(品质改变)的观点来看，热空气温度优选但不具体限于常温(20±15℃)至175℃，更优选80至160℃。

从例如干燥能力和干燥产物的回收速率观点来看，进入转筒的热空气吹送速率，更具体而言，吹送至转筒的侧表面的有效热传递表面的热空气的有效供应速率优选但不具体限于0.5至2.0米/秒，更具体而言0.8至1.5米/秒。

从例如优良耐蚀性、耐热性、可加工性、强度以及维护容易性观点来看，转筒和升降机的材料优选但不具体限于不锈钢。不锈钢表面可以经受例如抗附着涂层之类处理，但优选的是避免涂层等处理，因为从表面上释放的涂层材料可能作为污染物混合到干燥产物中，从而降低干燥产物的品质。

从例如干燥产物的回收速率、吹送热空气的压力损耗的观点来看，升降机的通气孔直径优选但不具体限于0.1至1.5毫米，更优选0.5至1.0毫米。

升降机的大小并无具体限制。该升降机优选提供在转筒的整个内表面上。

为了干燥湿纤维素醚以将其水含量降低至预期程度，在旋转型通流干燥器中的一级干燥和在热效率优于旋转型通流干燥器的二级干燥器中的二级干燥，导致热效率提高和干燥所必要的加热介质如蒸汽的量下降，所述下降优选为5％或更多，更优选10％或更多。

一般来讲，干燥的步骤中所用的加热介质的量占用于生产纤维素醚的加热介质的总量的极大比例，从而干燥的步骤中所用的加热介质的量的下降有助于降低生产成本。

二级干燥器的实例包括槽式搅动干燥器、柱式搅动干燥器和蒸汽管转筒干燥器。从加热效率和干燥器的填充比率观点来看，优选的是槽式搅动干燥器。槽式搅动干燥器是通过在容器中加热和旋转转子叶片来进行搅动的干燥器，并且例如在JP 2010-132920A中有所描述。

二级干燥器中引入的湿纤维素醚的水含量在其为水溶性纤维素醚时，优选为按重量计35至50％，并且在其为低取代羟基丙基纤维素时，优选为按重量计40至60％。当水溶性纤维素醚的水含量小于按重量计35％，或低取代羟基丙基纤维素醚的水含量小于按重量计40％时，干燥器中易于发生过度干燥，这可能导致干燥产物燃烧。当水溶性纤维素醚的水含量大于按重量计50％，或低取代羟基丙基纤维素的水含量大于按重量计60％时，在干燥器的内部的热传递部分处可能发生待干燥材料的粘合性生长和固体化，并且热传递区域的这种减小可能降低干燥能力。另外，过度干燥的粘合性沉积物可能不规则释放并且作为污染物混合到产物中，这可能劣化产物的品质。

在旋转型通流干燥器中的一级干燥与在第二干燥器中的后续二级干燥的组合中，当在具有高热效率的二级干燥器中的干燥负载变得更高时，热效率变得更高。当进行旋转型通流干燥器中的一级干燥，直至水含量降低至附着极限，并随后在二级干燥器中进行二级干燥时，可实现具有最高热效率的干燥。术语“降低至附着极限的水含量”是指在二级干燥时在二级干燥器的内部既不引起粘合性生长也不引起固体化的湿纤维素醚的水含量的上限。换言之，对于水溶性纤维素醚，其为按重量计50％，并且对于低取代羟基丙基纤维素，为按重量计60％。

在干燥的步骤之后如此获得的纤维素醚的水含量优选为按重量计5％或更少，更优选为按重量计4％或更少。

本发明可在不脱离本发明的范围的情况下以各种方式修改，并且并不限于上述实施方案。

例如，图1示出实施方案，其中吹送到转筒6中的热空气，向上以直径方向流动通过转筒6，并且在壳体8的上部处提供与干燥产物出口3分开的热空气的排气端口5。或者，当在不存在独立排气端口5的情况下，干燥产物出口3也用作排气端口时，干燥产物可以气动方式与热空气一起运输，使得可简化该系统，可放松该位置约束，并且可实现进一步成本降低。

实施例

下文中将基于实施例和比较例描述本发明。其不应解释为本发明限于实施例。

<实施例1>

将浆粕片材浸入按重量计43％的氢氧化钠水溶液，并随后按压以移除过量氢氧化钠水溶液来获得碱纤维素。碱纤维素中的氢氧化钠组分与浆粕中的固体组分的重量比率为0.55。在100重量份(以纤维素含量计)的碱纤维素放入内部搅动高压釜中并且该高压釜用氮充分吹扫之后，向其中添加24重量份的环氧丙烷，以用于与碱纤维素的反应来获得羟基丙氧基取代度为按重量计10.7％的粗制低取代羟基丙基纤维素(每无水葡萄糖单元的取代基摩尔数：0.25)。粗制低取代羟基丙基纤维素通过按重量计20％的盐酸来中和，洗涤并且脱水以获得作为待干燥材料的水含量按重量计80％的湿低取代羟基丙基纤维素。

通过使用旋转型通流干燥器(由大川原制作所社(OKAWARAMFG)生产的旋转型通流干燥器“SRTA-2”)，干燥水含量按重量计80％的材料。在转筒以0.3米/秒的周边速度旋转并且以1.5米/秒的有效空气供应速率将150℃的热空气吹送到该转筒中的同时，以12千克/小时将该材料引入所述筒并且使干燥器操作两个小时。在操作期间，干燥器中既未观察到材料的粘合性生长也未观察到材料的固体化，并且该干燥产物具有按重量计5％或更少的水含量，表明是稳定连续干燥处理。实施例1中所用转筒和三角型升降机均由不锈钢制成并且该三角型升降机具有直径0.7毫米的通气孔。

<比较例1>

通过使用槽式搅动干燥器(奈良机械制作所社(NARAMACHINERY)生产的“叶片干燥器(Paddle Dryer)NPD-1.6W”)，干燥按与实施例1中相同方式获得的水含量按重量计80％的材料。在该干燥器在0.4MPaG的蒸汽压力下加热的同时，以12千克/小时将该材料引入该干燥器中并且使该干燥器操作2小时。操作期间的干燥产物具有按重量计5％或更少的水含量，但在干燥器的内部在引入材料的位置附近的热传递部分处，更具体而言在整个搅拌叶片上，观察到材料的严重粘合性生长和固体化。

<比较例2>

通过使用空气湍流干燥器(德国Altenburger MaschinenJaeckering有限公司生产的“Ultrarotor UR-II”)，干燥按与实施例1相同方式获得的水含量按重量计80％的材料。在以15立方米/分钟吹送150℃的热空气的同时，以24千克/小时将材料引入干燥器，并且使干燥器操作一个小时。如此获得的干燥产物具有按重量计5％或更少的水含量，但干燥器中的操作后检测表明在干燥器的内壁和转子部分存在附着。

<实施例2>

通过使用旋转型通流干燥器(大川原制作所社生产的“旋转型通流干燥器“SRTA-2”)，使按与实施例1中相同方式获得的水含量按重量计80％的材料经受一级干燥。在转筒以0.3米/秒的周边速度旋转并且以1.5米/秒的有效空气供应速率将150℃的热空气吹送到该转筒中的同时，以24千克/小时将该材料吹送到所述筒中以用于一级干燥。然后，通过使用槽式搅动干燥器(奈良机械制作所社生产的“Paddle Dryer NPD-1.6W”)进行二级干燥。在二级干燥器在0.4MPaG的蒸汽压力下加热时，以24千克/小时将一级干燥材料引入二级干燥器。在操作期间，在一级和二级干燥器中观察到材料既无粘合性生长也无固体化。一级干燥产物具有按重量计57％的水含量并且二级干燥产物具有按重量计5％或更少的水含量，表明是稳定连续干燥处理。

关于在稳定操作条件下每单位重量干燥产物所用的蒸汽量，将用于仅使用实施例1中的旋转型通流干燥器的干燥处理的蒸汽量作为1.00，实施例2中所用蒸汽量为0.83。旋转型通流干燥器与具有高热效率的导热传递型槽式搅动干燥器的组合导致所用蒸汽量下降。

<实施例3>

将浆粕片材浸入按重量计49％的氢氧化钠水溶液，并随后按压以移除过量氢氧化钠水溶液来获得碱纤维素。碱纤维素中的氢氧化钠组分与浆粕中的固体组分的重量比率为0.70。在100重量份(以纤维素含量计)的碱纤维素引入内部搅拌高压釜并随后抽真空之后，向其中添加115重量份的甲基氯和24重量份的环氧丙烷，以用于与碱纤维素的反应以获得羟基丙氧基取代度为按重量计7.7％且甲氧基取代度为按重量计23.9％的粗制羟基丙基甲基纤维素。将粗制羟基丙基甲基纤维素洗涤并脱水，以获得作为待干燥材料的水含量为按重量计65％的湿水溶性羟基丙基甲基纤维素。

通过使用旋转型通流干燥器(由大川原制作所社生产的旋转型通流干燥器“SRTA-2”)，干燥水含量按重量计65％的材料。在转筒以0.3米/秒的周边速度旋转并且以1.5米/秒的有效空气供应速率将150℃的热空气吹送到该转筒中的同时，以24千克/小时将该材料引入所述筒并且使干燥器操作一个小时。在操作期间，干燥器中未观察到材料的粘合性生长或固体化，并且该干燥产物具有按重量计5％或更少的水含量，表明是稳定连续干燥处理。实施例3中所用转筒和三角型升降机均由不锈钢制成并且该三角型升降机具有0.7毫米的通气孔直径。

<比较例3>

通过使用槽式搅动干燥器(奈良机械制作所社生产的“PaddleDryer NPD-1.6W”)，干燥按与实施例3中相同方式获得的水含量按重量计65％的材料。在该干燥器在0.4MPaG的蒸汽压力下加热的同时，以24千克/小时将该材料引入该干燥器中并且使该干燥器操作1小时。操作期间的干燥产物具有按重量计5％或更少的水含量，但在干燥器的内部在引入材料的位置附近的热传递部分处，更具体而言在整个搅拌叶片上，观察到材料的粘合性生长和固体化。

<实施例4>

通过使用旋转型通流干燥器(大川原制作所社生产的“旋转型通流干燥器“SRTA-2”)，使按与实施例3中相同方式获得的水含量按重量计65％的湿水溶性羟基丙基甲基纤维素作为材料经受一级干燥。在转筒以0.3米/秒的周边速度旋转并且以1.5米/秒的有效空气供应速率将150℃的热空气吹送到该转筒中的同时，以48千克/小时将该材料引入所述筒以用于一级干燥。然后，通过使用槽式搅动干燥器(奈良机械制作所社生产的“Paddle Dryer NPD-1.6W”)，进行二级干燥。在二级干燥器在0.4MPaG的蒸汽压力下加热时，以48千克/小时将一级干燥材料引入二级干燥器。在操作期间，在一级和二级干燥器中未观察到材料的粘合性生长或固体化。一级干燥产物具有按重量计44％的水含量并且二级干燥产物具有按重量计5％或更少的水含量，表明是稳定连续干燥处理。

关于在稳定操作条件下每单位重量干燥产物所用的蒸汽量，将用于仅使用实施例3中的旋转型通流干燥器的干燥处理的蒸汽量作为1.00，实施例4中所用蒸汽量为0.79。

Claims (10)

1.一种用于生产纤维素醚的方法，所述方法包含在旋转型通流干燥器中干燥水含量大于按重量计50％的湿纤维素醚的干燥步骤。

2.根据权利要求1所述的用于生产纤维素醚的方法，其中所述干燥步骤包含在所述旋转型通流干燥器中初级干燥，以及在不同于所述旋转型通流干燥器的二级干燥器中的后续二级干燥。

3.根据权利要求2所述的用于生产纤维素醚的方法，其中所述二级干燥器为槽式搅动干燥器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于生产纤维素醚的方法，其中将要在所述旋转型通流干燥器中干燥的所述湿纤维素醚是水含量大于按重量计60％但不大于按重量计90％的低取代羟基丙基纤维素，并且具有按重量计5至16％的羟基丙氧基取代度。

5.根据权利要求4所述的用于生产纤维素醚的方法，其中将要在所述二级干燥器中干燥的低取代羟基丙基纤维素具有按重量计40至60％的水含量。

6.根据权利要求4所述的用于生产纤维素醚的方法，其还包含在所述干燥步骤之前：

使浆粕与碱金属氢氧化物反应以获得碱纤维素的步骤；

使所述碱纤维素与羟丙基化剂反应以获得粗制低取代羟基丙基纤维素的步骤；

通过酸来中和所述粗制低取代的羟基丙基纤维素的步骤；以及

洗涤和脱水所述中和的粗制低取代纤维素醚以获得所述湿纤维素醚的一个或多个步骤。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的用于生产纤维素醚的方法，其中将要在所述旋转型通流干燥器中干燥的所述湿纤维素醚为水含量大于按重量计50％但不大于按重量计90％的水溶性纤维素醚。

8.根据权利要求7所述的用于生产纤维素醚的方法，其中将要在所述二级干燥器中干燥的水溶性纤维素醚具有按重量计35至50％的水含量。

9.根据权利要求7所述的用于生产纤维素醚的方法，其中所述水溶性纤维素醚为选自烷基纤维素、羟烷基纤维素和羟烷基烷基纤维素中的至少一种。

10.根据权利要求7所述的用于生产纤维素醚的方法，其还包含在所述干燥步骤之前：

使浆粕与碱金属氢氧化物反应以获得碱纤维素的步骤；

使所述碱纤维素与醚化剂反应以获得粗制纤维素醚的步骤；以及

洗涤和脱水所述粗制纤维素醚以获得所述湿纤维素醚的一个或多个步骤。