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Verfahren zur Umwandlung von Cellulose oder celluloseähnlichen Stoffen
sowie Stärke und stärkehaltigen Stoffen in niedriger molekulare Produkte, insbesondere
Zucker Das vorliegende Verfahren :bezweckt einen schonenden und regelbaren Abbau
von oellulosehaltigemMaterial oder stärkehaltigen oder stärkeähnlichen Stoffen,
um aus ihnen verwertbare chemische Produkte zu. erhalten. Als Ausgangsstoffe können
nach dem Verfahren der Erfindung irgendwelche Stoffe der obengenannten Art verwendet
werden, wie Cellulose selbst, Pflanzen, Pflanzenteile, Samen, stärkehaltige Früchte
oder Knollen usw.; insbesondere aber bezieht sich die Erfindung auf die Verarbeitung
von Holz zur Gewinnung von Zucker oder zuckerhaltigen Stoffen.
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Das Verfahren beruht auf hydrolytischem Abbau der höheren Kohlehydrate
und unterscheidet sich von den bekannten hydrolytischen Spaltungsmethoden dadurch,
daß es infolge schwacher und regelbarer Einwirkung durch die angewendeten Mittel
auf diese Rohstoffe die Gewinnung fallweise verschiedener Endprodukte in einfacher
Weise gestattet. Das Verfahren ist durch geeignete Wahl von Konzentration, Behandlungsdauer
und Temperatur steuerbar und besteht gemäß der Erfindung darin, daß das mit höchstens
5 %iger Salzsäure oder 8 %iger Schwefelsäure befeuchtete Material in einem Arbeitsgang
in offenen Gefäßen ganz oder nahezu ganz bei Temperaturen untex 95° C getrocknet
wird.
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Die Trocknung muß auf alle Fälle so weit getrieben werden, bis die
beabsichtigte Umwandlung, z. B. Verzuckerung der Cellulose oder des oelluloseähnlichen
Materials oder der Stärke, im gewünschten Maß eingetreten ist. Dies kann bei verhältnismäßig
niedriger Temperatur der Fall sein, z. B. bei 6o° C oder auch .erst bei höherer
Temperatur, etwa bis höchstens 95° C. Das ,getrocknete Material ist in diesem Zustand
bereits ,größtenteils aufgeschlossen und kann zu verschiedenen Zwekken verwendet
werden. Nach Neutralisation ist es für Zwecke der Verfütterung an Vieh unmittelbar
geeignet.
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Gegenüber bekannten Verfahren, bei, welchen mit konzentrierter und
gasförmiger Salzsäure gearbeitet wird, besteht der Fortschritt des erfindungsgemäßen
Verfahrens in weitgehender Verringerung des Säureverbrauches und damit der Kosten,
in einer weitgehenden Schonung der Apparatur und in einem regelbaren Abbau des Ausgangsmaterials.
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Gegenüber einem bekannten kombinierten Verfahren, das mit Schwefelsäure
und Fluoriden arbeitet,. bei einem Feuchtigkeksgehalt
von 5o bis
6oo/o stehenbleibt und Temperaturen von i oo bis i 2o' C anwendet," wird gemäß der
Erfindung mit Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure oder deren Mischungg@. gleich
bei der Ausgangsarbeit und mit wesentlich niedrigeren Konzentrationen gearbeit#-'
#nung.sgang Ferner wird bis der zu Prozeß einer völligen in einem oder Trock fast
völligen Trocknung durchgeführt, bei Temperaturen, die unter 95° C, also wesentlich
unter den bekannten Temperaturen liegen.
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Soll das Trocknungsprodukt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren weiterverarbeitet
werden, so wird es mittels Wasser, verdünnter Säuren oder Alkalien kalt oder heiß
extrahert;,evtl. kann hierbei Druck angewendet werden. Durch die Extraktion unter
Anwendung von Hitze und Druck läßt sich in der Regel eine Erhöhung der Ausbeute
an Zukker erreichen; sie empfiehlt sich besonders bei Verarbeitung von Stückholz
gemäß der vorliegenden Erfindung. Es wird eine- zuckerhaltige Lösung gewonnen, die
z. B. der Vergärung zwecks Alkoholgewinnung zugeführt werden kann, und ein Rückstand,
der im wesentlichen aus Ligninsubstanzen besteht. Statt verdünnter Säuren kann beim
vorliegenden Verfahren eine Lösung saurer Salze verwendet werden.
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Das Ausgangsmaterial kann in, fein. zerkleinertem Zustand angewendet
werden, also Holz z. B. als Sägespäne. Die Tränkung kann auf beliebige Art erfolgen,
wie z. B. durch Aufbringen der Flüssigkeit auf - das Material oder umgekehrt durch
Eintauchen desselben in die Flüssigkeit. Ist das Ausgangsprodukt sehr hart, wie
es. z. B. die. Schalen mancher Samen sind, dann :empfiehlt es sich, das Rohmaterial
erst mit de ;r Tränkungsflüssigkeit aufzukochen, nach dem Erkalten die Flüssigkeit
abzupressen und das Material zu trocknen. Es können auch Ausgangsstoffe, .die, wie
z. B. manche Hölzer, zu irgendeinem anderen Zwecke bereits ausgelaugt wurden, als
Rohstoff für das vorliegende Verfahren dienen. Pflanzenteile mit besonders hohem
Wassergehalt werden zweckmäßig durch Abpressen oder Trocknen entwässert, bevor sie
dem Verfahren unterworfen werden.
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Die Tränkungsflüssigkeit besteht aus einer verdünnten Säurelösung
oder einer Lösung saurer Salze. Vorwiegend werden verdünnte anorganische Säuren,
wie etwa 5 %ige Salzsäure oder etwa 8 %ige Schwefelsäure, angewendet. Als saure
Salze kommen insbesondere in Betracht saure Sulfate, Phosphate oder Borate.
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In manchen Fällen erweist es sich als vorteilhaft, der sauren Lösung
überdies Salze anorganischer oder organischer -Säuren zuzusetzen, wie Phosphate
oder ein Alkalisulfat oder -chlorid. Es können in diesem Falle z. B. auf i oo Teile
Tränkungsflüssigkeit i Teil 2,rimäres Magnesiumphosphat oder i Teil Ka-'huürnsulfat
oder NatrlumSÜlfat zugesetzt werde"ir.: Im Falle des Zusatzes von Phosphat Vd-beimvollständigen
oder teilweisenTrock-'@en Phosphorsäure frei, die auch auf das Material aufschließend
bzw. verzuckernd wirkt, aber :eine zu energische Einwirkung der Schwefelsäure verhindert.
Das gleiche gilt für die Anwendung eines Alkalisulfatzusatzes, wobei das primäre
Sulfat entstaht, das ähnlich wie Phosphorsäure die Aufschiußwirkung der Schwefelsäure
mildert. Beim Zusatz .eines Chlorids, wie z. B. von Alkalichlorid,wird in der Hitze
Salzsäure frei, die energisch abbauend wirkt, wobei gleichzeitig die Schwefelsäurewirkung
gemildert wird.
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Beim Arbeiten mit verdünnten Säuren oder sauren Salzen gemäß den obigen
Angaben werden die Cellulose oder die cellw1as@eähnlichen Stoffe bzw. die Stärke
und stärkeähnlichen und stärkehaltigen Stoffe in an sich bekannter Weise abgebaut.
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Bei der Behandlung von Holz nach denn vorliegenden Verfahren, z. B.
mit Salzsäure, verbleibt nach dem Trocknen unter 95° C ein Produkt, das in schwach
saurem Zustand oder nach Neutralisierung etwa mit Soda oder nach schwach alkalischer
Einstellung auf Grund seines Zuckergehaltes ohne weiteres Tals Futtermittel verwendet
werden kann.
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Der Zuckergehalt des Produktes kann auch dadurch nutzbar gemacht werden,
daß das Produkt nach dem Trocknen kalt oder heiß und ;evtl. unter Druck extrahiert
und der Extrakt z. B. mit Hefe vergoren oder zu Sirup eingedickt wird, der als solcher
etwa verfüttert werden kann.
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Beispiel I ioo Teile zerkleinertes Holz (Sägespäne) werden mit ioo
Teilen 8%iger S,chwefelsäurelös.ung durchfeuchtet und bei etwa 65° C etwa 35 Stunden
hindurch runter Rühren. getro.eknet. Während des Trocknu@ngsvorganges konzentriert
sich die Schwefelsäure und die Cellulase des Holzes wird in Zucker Übergeführt.
Nach vollendeter Trocknugg wird das Reaktionsprodukt mit Wasser extrahiert, es geht
der Zucker in Lösung, und es bleibt Kohle zurück, die als Aktivkohle oder als Brennstoff
verwendet werden. kann. Die auf diese Art gewonnene Zuckerlösung ist von lichter
Farbe und kann z. B. zu Sirup Qingedampft oder vergoren werden.
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Beispiel II i oo Teile i o % ige Salzsäure werden mit 1/2 Teil Salpetersäure
versetzt, und es w erden i oo Teile von Spänen eines gerbstoffhaltigen
Holzes
mit dieser Säuremischung befeuchtet; hierauf wird bei etwa 95° C durch etwa 11/2
Stunde getrocknet, die getrocknete Masse wird mit Wasser extrahiert, der Extrakt
wird vergoren, der Alkohol abgetrieben ugd hierauf die Flüssigkeit eingedampft.
Das so- ,gewonnene Produkt ist gerbstoffhaltig undkann zum Gerben Verwendung finden.
Der Extrakt kann aber auch im unvergozenen Zustand zum Gerben dienen.
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Hier sei bemerkt, daß man im Rahmen der Erfindung, insbesondere bei
Anwesenheit von größeren Gerbstoffmengen im Ausgangsmaterial, den verwendeten Säuren
vorteilhaft eine geringe Menge Salpetersäure zusetzt. Beispiel III ioog geschroteter
Mais werden mit ioog 2%iger Schwefelsäure getränkt, bei 8o° C 35 Stunden unter Rühren
getrocknet. Hierauf wird mit 8oo g Wasser bei z12 atü die Masse ausgekocht und liefert
53 g vergärbaren Zukker, bestimmt durch Reinigung und Versetzen mit einer Lösung
und Vergären.