DE2630349A1

DE2630349A1 - Verfahren zum herstellen von xyloseloesung aus xylanhaltigen rohstoffen

Info

Publication number: DE2630349A1
Application number: DE19762630349
Authority: DE
Inventors: Hansjoerg Dipl Ing Dr Pfeiffer
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1976-07-01
Filing date: 1976-07-06
Publication date: 1978-01-12
Also published as: FI65276C; US4226638A; ZA773984B; SE7707621L; CA1082178A; FR2356728A1; NO772314L; CH622029A5; NO145248C; FI65276B; FI772002A; IT1081506B; DE2630349B2; NO145248B; SE439324B

Description

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P. 5064 Bk

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Verfahren zum Herstellen von Xylose lösung; aus xylanhalti^en Rohstoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Xyloselösung aus xylanhaltigen Rohstoffen, die im Trockenzustand sehr saugfähig sind, insbesondere aus EinJahrespflanzen, wobei das Xylan durch Behandlung mit Säure hydrolysiert und die gebildete Xylose extrahiert wird.

Bekanntlich enthalten EinJahrespflanzen und Holz und die bei der Verwendung dieser Pflanzen anfallenden festen Rückstände Xylan. Insbesondere die Rückstände, z. B. Zuckerrohrbagasse, Bagassemark, Stroh, Getreideschalen und Sägemehl liegen oft in sehr kleinen Partikelgrö'ssen vor und/oder sind infolge ihrer grossen Porosität und spezifischen Oberfläche im Trockenzustand sehr saugfähig. Sie würden sehr viel Insprägnierflüssigkeit aufnehmen, wenn sie, wie für Holz als Rohstoff bekannt, durch Eintauchen in Säurelösung imprägniert würden; dies würde zu einem

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grossen Wassergehalt der Partikel führen. Dadurch würde ein Hydrolysat mit sehr geringem Xylosegehalt erhalten. Werden z. B. aus Bagasse 15 % Xylan bezogen auf Trockensubstanz abgebaut, so beträgt der Xylosegehalt in der Imprägnierlösung nur ca. 3 % bei einer Wasseraufnahme von ca. 500 - 600 % auf Trockensubstanz. Bei der Extraktion des Hydrolysats tritt eine weitere Verdünnung auf. Dadurch entstehen hohe Kosten für die Konzentrierung der Xyloselösung, die das Verfahren unwirtschaftlich machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs definierten Art zu schaffen, wobei die Menge der erforderlichen Säurelösung gering ist, und folglich die Kosten für die Konzentrierung der Xyloselösung niedrig sind. Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Rohstoff durch Besprühen mit einer Säurelösung oder mittels eines Säuredampfes behandelt wird, in dem Masse, dass der Rohstoff nach der Säurebehandlung eine für die Hydrolyse ausreichende Säurelösungsmenge enthält, aber nicht vollgesogen ist, und der säurebehandelte, auf Reaktionstemperatur aufgeheizte Rohstoff nach der Hydrolyse einer Extraktionswäsche im Gegenstrom unterworfen wird.

Im Falle der Rohstoff durch Besprühen mit einer Säurelösung behandelt wurde, kann das Aufheizen auf Hydrolysetemperatur des Rohstoffes mit Hilfe von Wasserdampf geschehen.

Zur Extraktion der Xylose kann der hydrolysierte Rohstoff eine Extraktionskolonne durchströmen, wobei die gebildete Xylose von

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im Gegenstroin zum Rohstoff fliessendem Waschwasser aus dem Rohstoff extrahiert wird.

Lässt die Struktur des hydrolysierten Rohstoffes eine Extraktion in einer Kolonne nicht zu, so kann die Extraktion stattfinden durch mehrstufiges Vermischen des hydrolysierten Rohstoffes mit Waschwasser und anschliessendes Trennen beider, wobei das Waschwasser im Gegenstrom zum Rohstoff geführt wird. Dies kann so geschehen, dass der hydrolysierte Rohstoff einem laufenden Bandsieb aufgegeben wird, das mehrere hintereinander geschaltete Waschwasser-Sprühzonen durchläuft, wobei das Waschwasser einer Sprühzone nach Durchströmen des Rohstoffes das Waschwasser für die vorangehende Sprühzone bildet.

Ist der hydrolysierte Rohstoff auch in dünnen Schichten nicht ausreichend durchströmbar für Waschwasser so kann die Extraktion in der Weise stattfinden, dass mindestens einer Waschwasser-Beimischzone eine Auspresszone für den hydrolysierten Rohstoff nachgeschaltet ist, und dass der vorderen Waschwasser-Beimischzone eine Auspresszone vorangeht.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsweise des Verfahrens wird die Extraktion so durchgeführt, dass der hydrolysierte Rohstoff vor der Aufgabe auf die Extraktionsvorrichtung in einem Hydrolysat suspendiert wird, das einer der Auspress- oder Auswaschstufen entnommen wird.

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Dabei wird vorzugsweise das für die Bildung der Suspension verwendete Hydrolysat der Auswasch- oder Auspresszone entnommen in der das Hydrolysat den höchsterreichbaren Gehalt an Xylose aufweist .

Das Verfahren wird nachfolgend erläutert.

Der Rohstoff wird je nach Erfordernis durch mechanische Reinigung und anschliessende Zerkleinerung in einen für die Verarbeitung günstigen. Zustand gebracht. Sehr wasserhaltige Rohstoffe, wie s. B. durch. Kassverfahren gewonnenes Bagassemark wird auf ca. 50 % Wassergehalt entwässert.

Die nachfolgende Behandlung des Rohstoffes mit Säure kann auf zwei Weisen stattfinden, nämlich durch Besprühen oder durch Dampfeinwirkung. Bei der erstgenannten Behandlungsweise wird der Rohstoff, z. B. in einer .-Paddelförderschnecke, die eine gute Durchmischung und umwälzung des Rohstoffes herbeiführt, mit einer wässerigen Lösung von Mineralsäuren und/oder organischen Säuren besprüht. Hierbei werden die Mengen der Flüssigkeit und deren Säurekonzentration so gewählt, dass der Rohstoff nach der Besprühung eine für die nachfolgende Hydrolyse ausreichende Säuremenge enthält, aber nicht mit Flüssigkeit vollgesogen ist, wie dies bei Tauchimprägnierung der Fall sein würde. Anschliessend wird der Rohstoff durch Zufuhr von Wasserdampf auf Reaktionstemperatur aufgeheizt. Dabei wird der Rohstoff gleichzeitig entlüftet. Der Rohstoff wird während einer erforderlichen Zeit auf

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dieser Reaktionstemperatur gehalten und dabei hydrolysiert, so dass sich Xylose bildet. Nach beendigter Reaktion ist die gebildete Xylose in der am Rohstoff haftenden Flüssigkeit, dem Hydrolysat, gelöst.

Bei der Dampfbehandlung wird der Rohstoff in einem Arbeitsgang mit Säurelösung behandelt, entlüftet, und aufgeheizt, indem der einströmende Säuredampf in die Poren des Rohstoffes eindringt, die in den Poren vorhandene Luft daraus verdrängt, in den Poren des kälteren Rohstoffes gleichmässig kondensiert, und mit seiner Kondensationswärme diesen aufheizt. Die benötigte Menge der Säurelösung ist nur gleich der Menge des im Rohstoff gebildeten Kondensats und liegt damit wiederum weit unterhalb der Menge, die bei Tauchimprägnierung aufgenommen würde. Nach erfolgter Aufheizung des Rohstoffes durch die Kondensationswärme bleibt die Temperatur des Säuredampfes in den Poren für die Dauer der Reaktionszeit, in der die Hydrolyse stattfindet, aufrechterhalten. Im Unterschied zur beschriebenen Sprühbehandlung, verläuft die Reaktion in einer Säuredampfatmosphäre. Auch hier ist die gebildete Xylose in der am Rohstoff haftenden Flüssigkeit, dem Hydrolysat, gelöst.

Die Xylose wird nun aus dem Rohstoff durch eine Gegenstromwäsche extrahiert, sofern der hydrolysierte Rohstoff eine Durchströmung mit Waschwasser zulässt. Dies kann in einer Kolonne geschehen, die der hydrolysierte Rohstoff durchströmt und in welcher das Waschwasser im Gegenstrom zu dem Rohstoff geführt wird-.

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Lässt der hydrolysierte Rohstoff eine Extraktion in einer Kolonne wegen seiner Struktur nicht zu, so kann die Extraktion der Xylose stattfinden durch mehrstufiges Vermischen des hydrolysieren Rohstoffes mit Waschwasser und anschliessendes Trennen beider, wobei das Waschwasser im Gegenstrom zum Rohstoff geführt wird. Gemäss einem Ausführungsbeispiel kann der hydrolysierte Rohstoff einem laufenden Bandsieb aufgegeben werden, das mehrere hintereinander geschaltete Waschwasser-Sprühzonen durchläuft. Das Waschwasser, das den Rohstoff im Bereich einer Sprühzone durchströmt hat wird an der Unterseite des Siebbandes aufgefangen und bildet daraufhin das Waschwasser für die vorangehende Sprühzone.

Abhängig von der Durchströmbarkeit des hydrolysierten Rohstoffes kann dessen Durchströmung mit Waschwasser durch unter dem Siebband angeordnete Saugzellen unterstützt werden. Das in einer Saugzelle gesammelte Waschwasser bildet dann das Waschwasser für die vorangehende Sprühzone.

Ist der hydrolysierte Rohstoff auch in dünnen Schichten nicht ausreichend durchströmbar für Waschwasser, so findet die Extraktion der Xylose aus dem hydrolysierten Rohstoff in der Hauptsache durch Auspressen statt. Das Auspressen muss mehrfach wiederholt werden, z. B. durch eine Folge von Pressen, da nach einmaligem Auspressen noch ein beträchtlicher Teil des Hydrolysats im hydrolysierten Rohstoff verbleibt. Vor der letzten Presse

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der Folge wird dem hydrolysieren Rohstoff frisches Waschwasser zugegeben. Das von der ersten Presse der Folge abgepresste Hydrolysat, das den höchsten Xylosegehalt aufweist, und das von der zweiten Presse abgepresste Hydrolysat von etwas geringerer Xylosekonzentration, gelangen als Produkt zur weiteren Verarbeitung zwecks Gewinnung der Xylose daraus. Gemäss einem Ausführungsbeispiel des beschriebenen Verfahrens wird der hydrolysierte Rohstoff einer"Bandsieb-Presse aufgegeben, die nebst Waschwasser-Beimischzonen Auspresszonen zwischen je zwei Beimischzonen aufweist. Das ausgepresste Waschwasser einer Auspresszone wird der Presse jeweils vor der, dieser Auspresszone vorangehenden, Auspresszone zugesetzt.

Zwischen den Presszonen können die Extraktlösungen auch in dem Masse rezirkuliert werden, dass die Aufgabe des hydrolysierten Rohstoffes auf die Presse in suspendierter, pumpfähiger Form erfolgen kann. Diese bevorzugte Ausführungsweise der Gegenstrom-Extraktion durch Auspressung verläuft wie folgt:

Zur Entfernung des Hydrolysats aus dem nach einer der beschriebenen Arbeitsweisen hydrolysierten Rohstoff wird dieser zunächst in einem Hydrolysat, das den gleichen Xylosegehalt aufweist wie das Hydrolysat, das am Ende des Verfahrens vorliegt (siehe weiter unten), suspendiert. Dabei wird das bereits im Rohstoff gebildete Hydrolysat nicht oder nur geringfügig verdünnt.

Die Xylose wird nun aus dem mit Hydrolysat gesättigten Rohstoff extrahiert. Dies geschieht in der bereits beschriebenen Weise in einer Folge von Auspress- und Auswaschstufen. In der ersten

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Auspresszone wird die Hauptmenge des Hydrolysatgemisches der Suspension ausgepresst. Ein Teil dieses Hydrolysats, das den höchsterreichbaren Xylosegehalt aufweist, gelangt zur Reinigung zwecks Gewinnung der Xylose daraus und ein anderer Teil wird abgezweigt zur beschriebenen Bildung einer Suspension mit dem hydrolysieren Rohstoff. Es ist auch möglich, für die Suspension ein Hydrolysat zu verwenden, das einen geringeren Xylosegehalt aufweist, als daa Hydrolysat der ersten Auspresszone, in dem es einer weiteren Auspresszone der Folge entnommen wird. In den folgenden Auspressstufen, die von Auswaschstufen abgewechselt werden, wird der Rest des Hydrolysats ausgepresst. Auch hier wird das Auswaschwasser in den Auswaschstufen vorteilhaft im Gegenstrom zum Rohstoff geführt, damit das jeweilige Resthydrolysat möglichst wenig verdünnt wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Xyloselösung aus xylanhaltigen Rohstoffen, die im Trockenzustand sehr saugfähig sind, insbesondere aus Einjahrespflanzen, wobei das Xylan durch Behandlung mit Säure hydrolysiert und die gebildete Xylose extrahiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohstoff durch Besprühen mit einer Säurelösung oder mittels eines Säuredampfes behandelt wird, in dem Masse, dass der Rohstoff nach der Säurebehandlung eine für die Hydrolyse ausreichende Säurelösungsmenge enthält, aber nicht vollgesogen ist, und der säurebehandelte, auf Reaktionstemperatur aufgeheizte Rohstoff nach der Hydrolyse einer Extraktionswäsche im Gegenstrom unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizen· auf Hydrolysetemperatur des durch Besprühen mit Säurelösung behandelten Rohstoffes mit Hilfe von Wasserdampf geschieht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrolysierte Rohstoff eine Extraktionskolonne durchströmt und dass die gebildete Xylose von im Gegenstrom zu dem Rohstoff fliessenden Waschwasser aus dem Rohstoff extrahiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion stattfindet durch mehrstufiges Vermischen des hydrolysieren Rohstoffes mit Waschwasser und anschliessendes Trennen beider, wobei das Waschwasser im Gegenstrom zum Rohstoff geführt.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrolysierte Rohstoff einem laufenden Bandsieb aufgegeben wird, das mehrere hintereinander geschaltete Wasehwasser-Sprühzonen durchläuft, wobei das Waschwasser einer Sprühzone nach. Durchströmen des Rohstoffes das Waschwasser für die vorangehende Sprühzone bildet¹.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer Waschwasser-Beimischzone eine Auspresszone für den hydrolysierten Rohstoff nachgeschaltet ist, und dass der vorderen Waschwasser-Beimischzone eine Auspresszone vorangeht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrolysierte Rohstoff vor der Aufgabe auf die Extraktionsvorrichtung in einem Hydrolysat suspendiert wird, das einer der Auspress- oder Auswaschstufen entnommen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Bildung der Suspension verwendete Hydrolysat der Auswaschoder Auspressstufe entnommen wird, in der das Hydrolysat den höchsterreichbaren Gehalt an Xylose aufweist.

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