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Verfahren zur Verzuckerung von Holz Es ist bekannt, Holz bei gewöhnlicher
Temperatur mit Salzsäure von höherer Konzentration als 39"/, aufzuschließen und
zu verzuckern. Nach dem ursprünglichen Verfahren wurde Holzmehl mit einem Überschuß
von z.B. 4o'/"iger Salzsäure behandelt ., und zwar etwa ioo Teile Holz mit
7oo bis iooo Teilen Salzsäure. Die Behandlung geschah in einer Batterie von Diffuseuren,
in welchen das Holzmehl in Berührung mit der Salzsäure liegenblieb, bis die Verzuckerung
beendet war. Darauf trennte man die Ilolzzuckerlösung vom unlösbaren Rückstand durch
Verdrängen mit 400#"iger Salzsäure.
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Bei einem anderen bekannten Verfahren hat man neben der höchstkonzentrierten
Salzsäure noch Chlorwasserstoffgas mitverwendet und dadurch die Menge flüssiger
Salzsäure wesentlich verringert. Man befeuchtete ioo Teile Holz mit 7o bis ioo Teilen
40'i,iger Salzsäure und reicherte die Masse dann mit etwa 2o Teilen Chlorwasserstoffgas
an. Bei dieser Arbeitsweise -wurde das Holz zunächst mit der Salzsäure und etwas
Chlorwasserstoffgas innig vermengt (erste Stufe des Verfahrens). Die Verzuckerung
des feuchten Geinisches erfolgte in einer zweiten Stufe des Verfahrens" zweckmäßig
in dünnen Schichten, während des Zusatzes der Hauptmenge von Chlorwasserstoffgas.
Nach Beendigung der #`erzuckerung wurde die Hauptmenge des Chlorwasserstoffes in
einer dritten Stufe ausgetrieben und der entstandenel.-lolzzucker ausgelöst.
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Ferner hat man bereits cellulosehaltiges Material zuerst bei gewöhnlicher
Temperatur mit einer hochkonzentrierten Mineralsäure aufgeschlossen, d. h.
in lösliche Verbindungen umgewandelt, und diese Stoffe dann durch Erhitzen mit sehr
verdünnter Säure -unter Druck in Zucker übergeführt.
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Andererseits wurde auch schon versucht, angefeuchtetes Holz mit gasförmiger
Salzsäure zu behandeln. Aus dein dabei gequollenen Cellulosematerial wurde die Säure
als Gas entfernt und die Cellulose durch Kochen mit verdünnter Säure verzuckert.
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Nach einem weiteren bekannten Verfahren wurde folgendermaßen gearbeitet-.
Man beschickte einen mit Sägespänen gefüllten Diffuseur mit 40'/',iger Salzsäure
und ließ die Lösung über eine Anzahl weiterer Diffuseure laufen, bis beispielsweise
eine Zusammensetzung von 28 Teilen Zucker und 34 Teilen Säure in ioo Teilen
der Lösung erreicht wurde. Diese Lösung wurde mit 6 Teilen Salzsäuregas angereichert
und auf weitere frische Holzspäne zur Einwirkung gebracht. Man erzielte mit
diesem Verfahren sehr konzentrierte Zuckerlösungen.
Diesen bekannten
Verfahren haften Mängel an, deren Verrneidung die Erfindung bezweckt. Das neue Verzuckerungsverfahren
besteht aus zwei Stufen. in der ersten Stufe wird die Verzuckerung in an sich bekannter
Weise mit hierzu nicht ausreichenden Mengen höchstkonzentrierter, z. B. 4o01",iger
Salzsäure und Chlorwasserstoffgas begonnen; wesentlich ist, daß in der zweiten Stufe
die Verzuckerung mit einer mäßig konzentrierten, d. h. 36- bis 38'/"igen
Salzsäure beendet wird. Besonders vorteilhaft gestaltete sich dieses Verfahren,
wenn die zur Beendigung der Verzuckerung notwendige, mäßig konzentrierte Salzsäure
in an sich bekannter Weise gleichzeitig zum Abtrennen des gelösten Zuckers vom festen
Rückstand dient.
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Durch die Erfindung ist es möglich, im Gegensatz zu dem zuerst genannten
Verfahren mit wenig Säure von hoher Konzentration auszukommen. Gegenüber dem zweiten
Verfahren wird weniger Chlorwasserstoffgas und eine kleinere Apparatur benötigt,
und man kommt erfindungsgemäß mit zwei Arbeitsstufen aus. Dies wird dadurch ermöglicht,
daß'der letzte Teil der Verzuckerung mit der Trennung der Lösung vom festen Rückstand
in einen Arbeitsgang vereinigt wird.
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Von dem dritten Verfahren unterscheidet sich das neue Verfahren im
wesentlichen dadurch, daß auch in der ersten Stufe schon eine teilweise Verzuckerung
der Cellulose erfolgt. Bei diesem bekannten Verfahren ergibt sich Zudem ein viel
zu großer Salzsäureverbrauch.
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Bei der Behandlung von Holz ausschließlich mit Chlorwasserstoffgas
entsteht eine gequollene, zähflüssige Masse, aus der die Säure als Gas bei großen
Mengen fast nicht auszutreiben ist. Außerdem ist bei diesem Verfahren die Apparatur
umständlic#Ii, und es entsteht nur verdünntes Sälzsäuregas. Zur Beendigung der Reaktion
ist langes Kochen erforderlich, und man erhält nur eine verdünnte Zuckerlösung,
die erst wieder eingedampft werden muß.
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Dem zuletzt erwähnten der bekannten Ver-fahren ist der Erfindungsgegenstand
vor allem durch die wesentliche Beschleunigung der Diffuseurarbeit überlegen. Es
gelingt mit ihm, die Geschwindigkeit auf das Doppelte züi erhöhen.
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Es genügt für das neue Verfahren, beispielsweise für ioo, Teile Holz,
mit 4o bis 6o Teilen hochkonzentrierter, d. i. 400,f.iger Salzsäure und 15
Teilen Chlorwasserstoffgas zu beginnen. In diesem Ausmaße nimmt die mit Säure befeuchtete
Holzmasse Chlorwasserstoffgas auch aus einem mit Luft verdünnten Gasstrom auf, so
daß der technisch wesentliche Vorteil entsteht, verdünnten Chlorwasserstoff anwenden
zu können. Nachdem die Holzsäuremischung di6 angegebene Menge Chlorwasserstoffgas
absorbiert hat, wird sie direkt in eine Diffusionsbatterie geführt, wo sie, ohne
bewegt zu werden, einige Zeit sich selbst überlassen bleibt. Auf Grund der verwendeten
verhältnismäßig geringen Menge von Salzsäure kann die Verzuckerung dabei freilich
nicht ganz zu Ende gehen. Wenn jetzt aber noch mäßig konzentrierte, flüssige Salzsäure
darauf einwirkt, so wird die Aufschließung vollständig. Die Ausführung dieses Teiles
der Verzuckerung geschieht, wie erwähnt, gleichzeitig mit derVerdrängung der Zuckerlösung
in der Difftisionsbatterie.
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je mehr Chlorwasserstoff in der ersten Stufe angewendet wird, um so
weniger konzentriert können naturgemäß die in der Diffusionsbatterie zum Schluß
verwendeten Sguren sein.
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Bei dieser Art der Diffusionsarbeit findet in der Batterie selbst
eine Erhöhung der Konzentration der zuletzt zugeführten Säure aus dem in die Diffuseure
gebrachten chlorwasserstoffreichen Material statt, wodurch die Verzuckerung zu Ende
gehen kann.
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Gegenüber allen bekannten Verfahren besteht der Fortschritt darin,
daß man bei gleicher Leistung mit einer kleineren Diffusionsbatterie auskommt oder
mit einer gleich großen Batterie eine höhere Leistung erzielt, Ein weiterer Vorteil
ergibt sich bezüglich der Salzsäurewirtschaft daraus, daß man außer der 40111"igen,
auch niedriger konzentrierte Salzsäure und verdünntes Salzsäuregas be-
nutzen
kann, die beide bei der Herstellung von 4oll/jger Salzsäure anfallen.
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Man hat bereits cellulosehaltiges Material zwecks Gewinnung von Zucker
zuerst bei 'gewöhnlicher Temperatur mit einer hochkonzentrierten Mineralsäure chemisch
aufgeschlossen, d. h. in lösliche Verbindungen umgewandelt, und diese Stoffe
dann durch Erhitzen mit sehr verdünnter Säure unter Druck in Zucker übergeführt.
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Von diesem bekannten Vorgehen ist das oben beschriebene neue Verfahren
grundsätzlich verschieden. Hier wird durch die zuerst angewandte hochkonzentrierte
Salzsäure nebst Chlorwasserstoffgas nur ein Teil der vorhandenen Celltilose chemisch
verändert. Die danach zurEinwirkung kommende schwächere Salzsäure löst und hydrolysiert
dann erst den Rest der unverändert gebliebenen Cellulose. Die zweite Stufe der Säureeinwirkung
hat also hier einen ganz anderen Zweck als bei den bekannten Verfahren, und dementsprechend
sind auch die Arbeitsbedingungen ganz andere. Auch die in der zweiten Stufe an-ewandte
schwächere Salzsäure muß noch immer eine konzentrierteSalzsäure (über 350,',ig)
sein. Ihre Einwirkung geschieht
ebenfalls ohne Zuführung von Wärme
und ohne Erhöhung des Druckes.
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kn Aus f ührungsheis p iel Auf ioo Teile Sägespäne läßt
man 5o Teile hochkonzentrierte, das ist 4o'/,ige Salzsäure und 15 Teile Chlorwasserstoffgas
bei einer Temperatur von 18' C einwirken. Nach 6 Stunden ist ein Drittel
der Cellulose des Holzes in Lösung gegangen und zu Zucker aufgespalten. Der noch
im Holz zurückgebliebene Teil der Cellulose wird nun durch Zugabe von 4oo Teilen
38"/,iger Salzsäure vollständig verzuckert. Auch hierbei hält man die Temperatur
auf ungefähr 18' C, Erhöhter Druck braucht nicht angewandt zu werden. So
erzielt man eine Ausbeute von 68 g Glukose aus ioo g trockenen Sägespänen.