-
Verfahren zur Herstellung von konzentrierten Kohlehydratlösungen durch
Aufschließen von zellulosehaltigem Material mit Salzsäure. Die durch Aufschließen
von zellulosehaltigen Materialien mit hochkonzentrierterSalzsäure gewonnenen Kohlehydratlösungen
sind in bezug auf die Kohlehydratkonzentration verhältnismäßig sehr schwach, da
zum völligen Aufschließen etwa die siebenfache Menge an Säure gegenüber dem Gewicht
des zellulosehaltigen Materials notwendig ist. Die ökonomische Verwertung einer
so dünnen Kohlehydratlösung ist so gut wie aussichtslos, da der Verbrauch an Säure
im Vergleich zu den gewonnenen Kohlehydratmengen zu groß ist. Diese Kohlehydratlösung
hat außerdem den :\ achteil, daß sie nicht haltbar ist, da die Kohlehydrate, in
solch starken Säuren aufgelöst, einer verhältnismäßig raschen: Zersetzung unterliegen.
-
Um zu einer technisch wertvollen Lösung des Problems zu gelangen,
muß sowohl der Verbrauch an für das Aufschließen erforderlicher Säure herabgesetzt
als auch die Säurekonzentration möglichst gering gehalten werden, damit die zerstörende
Wirkung der Säure herabgesetzt wird. Die Erfüllung der letzteren Bedingung erscheint
fürs erste unmöglich, da die aufschließende Kraft einer Säure, die einen geringeren
Chlorwasserstoffgehalt als 39 bis a.o Prozent besitzt, sehr gering ist. .
-
Gleichwohl läßt sich die Aufgabe lösen. Die Möglichkeit dazu beruht
auf der überraschenden Eigenschaft der salzsauren Kohlehydratlösungen, welche durch
das Aufschließen von zellulosehaltigen Materialien mit hochkonzentrierter Salzsäure
gewonnen werden, ihrerseits wieder eine erhebliche Auflösekraft für zellulosehaltiges
Material zu be-@ sitzen, obwohl sie keine so hohe Chlorwasserstoffkorizentration
mehr besitzen, wie reine Salzsäure besitzen muß, wenn sie eine kräftige auflösende
Wirkung auf Zellulose ausüben soll. .
-
Diese Eigenschaft der salzsauren Kohlehydratlösung, eine auflösende
Wirkung auf zellulosehaltiges Material auszuüben, wird gemäß der Erfindung in der
Weise nutzbar gemacht, daß man die durch Auflösen von Zellulose in hochkonzentrierter
Salzsäure erhaltene saure Kohlehydratlösung wiederholt mit frischem zellulosehaltigem
Material in Berührung bringt. Dadurch wird eine stetige Zunahme der Kohlehydratkonzentration
erreicht, während die Säurekonzentration dauernd zurückgeht.
-
Die Steigerung der Kohlehydr atkonzentration kann aber nicht unbegrenzt
fortgesetzt werden. Sobald eine gewisse Höhe derselben bei einem bestimmten Säuregrad
erreicht ist, kommt der Auflöseprozeß für Zellulose zum Stillstand.
-
Es ist aber weiter gefunden worden, daß. die Auflösung wieder fortschreitet,
wenn man der Lösung Mineralsäure, z. B. Chlorwasserstoff, zusetzt. Um also rasch
zu einer an
Kohlehydraten reichen Lösung zu kommen, inuß, wenn die
Reaktionsgeschwindigkeit zwischen der sauren Kohlehydratlösung und dein Zellulosematerial
wesentlich zurückgeht, die Säurekonzentration etwas erhöht werden. Bei der praktischen
Durchführung leitet man zweckmäßig nach drei- oder viermaliger Benutzung der salzsauren
Zuckerlösung vor dem Aufschließen von weiteren Zelluloseinengen etwas C'lilorwasserstoff
in die Lösung ein und steigert auf diese Weise ihr Auflösevermögen für neue mit
ihr in Berührung gebrachte Zellulose.
-
Uni der sauren Zuckerlösung, deren Lösevermögen für Zellulose erschöpft
ist, erneut die Fähigkeit zu geben, Zellulose zu lösen, bedarf es, wie gesagt, nur
der Zuführung von verhältnismäßig geringen Mengen von Chlorwasserstoff, so daß der
Säuregehalt der 1,iisung beträchtlich unter demjenigen bleibt, den reine Salzsäure
besitzen muß, wenn sie eine vollständige Verzuckerung der Zellulose bei gewöhnlichen
Temperatur- und Druckverhältnissen herbeiführen soll.
-
Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Erhöhung der Kohlehydratkonzentration
durch wiederholtes Inberührtingbringen der salzsauren Kohlehydratlösung mit neuem
Zellulosematerial ist wesentlich verschieden von jenem bekannten Verfahren, bei
dem der Säuregrad einer Zelluloselösung vor jeder Wiederbenutzung auf die Höhe der
ursprünglich benutzten reinen Säure gebracht wird.
-
Um die Lösung nicht nur mit gelösten Kohlehydraten anzureichern, sondern
si° schließlich auch salzsäurearm zu machen, empfiehlt es sich, die Lösung, sobald
der gewünschte Gehalt an Kohlehydraten erreicht ist, über ligninhaltiges, pflanzliches
Material, wie z. B. über Holzspäne zu leiten, wodurch große Mengen Chlorwasserstoff
gebunden werden. Man kann auf diese Weise den Chlorwasserstoffgehalt der Zuckerlösung
wesentlich herabsetzen, derart, daß beispielsweise das Verhältnis zwischen Zucker
und Chlorwasserstoff von i : 4 auf 4 : 1 herabgemindert wird.
-
Durch Verbindung des Verfahrens der wiederholten Benutzung der salzsauren
Kohlehydratlösung mit dem der Überleitung der mit Kohlehydraten angereicherten Lösung
über ligninhaltiges Material ist es gelungen, Lösungen zu erhalten, welche in bezug
auf Kohlehydratkonzentration annähernd 5oprozentig waren, während ihre Chlorwasserstoff
-konzentration nur noch 2o Prozent betrug. Auf diese Weise wurde zugleich das Ziel
erreicht, eine jahrelang beständige Kohlehydratlösung zu erhalten, da eine etwa
2oprozentige Salzsäure keine merklich abbauende Wirkung auf die Kohlehvdrate ausübt.
; Ausfülirtingst)eispiel. Auf i oo kg getrocknete Sägespäne, die sich z. B. in Steinzeugbehältern
befinden, werden 5oo kg hochkonzentrierte Salzsäure von 4o bis 41 Prozent gegeben.
Nach einer Einwirkungszeit von 6 bis 12 Stunden bei einer Temperatur von etwa io'
C läßt man die überschüssige Flüssigkeit ablaufen oder verdrängt sie durch frische
Säure. So kann man Lösungen herstellen, die beispielsweise in i oo Volumeneinheiten
i o Gewichtseinheiten "Zucker und 43 Gewichtseinheiten Chlorwasserstoff aufweisen.
Eine solche Lösung wird nun, in gleicher Weise wie vorher die Salzsäure, zur Verzuckerung
benutzt. Bei geeigneter Ausführung entstehen dann nacheinander Lösungen, die in
i oo Volumeneinheiten folgende Gehalte in Gewichtseinheiten an Zucker und Chlorwasserstoff
aufweisen.
| 15 Zucker 42 Chlorwasserstoff, |
| 18 - 40 - |
| 23 - 36,5 - |
| 28 - 34 - |
Einer Lösung von der zuletzt angegebenen Zusammensetzung führt man nun durch Einleiten
des Gases etwa 6 Prozent Chlorwasserstoff zu und läßt dieses Gemisch auf weiteres
zu verzuckerndes Material einwirken. Es reichert sich erneut mit Zucker an und verarmt
an Salzsäure in beispielsweise folgenden Stufen und Gewichtsverhältnissen, bezogen
auf ioo Volumeneinheiten:
| 35 Zucker zu 3o H Cl, |
| 40 - - 27 H Cl, |
| 45 - - 23,5 H Cl, |
| 50 - - 21 H Cl. |
In allen so erhaltenen Lösungen befinden sich nur vorübergehend Reaktionsprodukte,
die in Wasser unlöslich sind; sie wandeln sich ziemlich rasch in Zucker um.
-
Wenn man nach den angegebenen Zusammensetzungen der erhaltenen Zuckerlösung
die Verringerung des Chlorwasserstoffgehaltes durch die adsorptive Wirkung des ligninhaltigen
Materials berechnet, so kommt man auf nicht konstant bleibende Zahlen.
-
Auf ioo g Holz findet man danach 43 bis 44 H C1 adsorbiert. Ähnliche
Werte für die Adsorption von ligninhaltigem Material ergeben sich auch, wie hinzugefügt
werden kann, bei andern Untersuchungsmethoden.