FI65276C - Foerfarande foer framstaellning av xylosloesning av xylanhaltiga raovaror - Google Patents

Description

rm kuulutusjulkaisu ® ^ utlAggningsskrift 65276

igj® C (45) i - A

Patent raodiolat ' y (51) K».ik.3/inta.3 C 13 K 13/00 SUOMI—FINLAND pi) 772002 (22) HakwnbplM—AmBfcnlmriag 28.06.77 (23) AlfcupUvl—GlMgMtadig 28.06.77 (41) TuHut {ulkMcsl — BIMt offentllj 02.01.78

Pttcnttl· ja rekisteri hallitus ... ________ ._,. ,, „ , ^«tant- och registerstyrelMn ^ AmMon κ!*Γxh utiJxtfun pubitond 30.12.83 (32)(33)(31) Pyrlsttr scuoHteus—β·0π1 priorttat 01.07.76

SveitBi-Schweiz(CH) 008U28/76 (71) Gebruder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur, Sveitai-Schweiz(CH) (72) Hansjörg Pfeiffer, Winterthur, Sveitsi-Schveiz(CH) (71*) 0y Kolster Ah (51*) Menetelmä ksyloosiliuoksen valmistamiseksi ksylaanipitoisista raaka-aineista - Förfarande för framstalining av xyloslösning av xylanhal-tiga rävaror

Keksinnön kohteena on menetelmä ksyloosiliuoksen valmistamiseksi ksylaanipitoisista raaka-aineista, jotka kuivassa tilassa ovat hyvin imukykyisiä, erityisesti yksivuotisista kasveista, jolloin ksylaani hydrolysoidaan käsittelemällä sitä hapolla reaktio-lämpötilassa, ja suoritetaan pesu uuttamalla vastavirtaan.

On tunnettua, että yksivuotiset kasvit ja puu sekä näiden kiinteät jäännökset sisältävät ksylaania. Varsinkin jäännökset, kuten murskattu sokeriruoko, murskatun sokeriruo’on sisus, oljet, viljankuoret ja sahajauho esiintyvät usein hyvin pieniä osasina ja/ tai ovat suuren huokoisuutensa ja ominaispintansa ansiosta kuivassa tilassa hyvin imukykyisiä. Ne imisivät itseensä paljon kyllästys-nestettä, jos niitä kyllästettäisiin happoliuokseen kastamalla; tämä johtaisi kyllästetyn materiaalin suureen vesipitoisuuteen. Tällöin saataisiin hydrolysaatti, jolla on hyvin pieni ksyloosi-pitoisuus. Jos esimerkiksi sokeriruokojätteestä erotettavan ksy-laanin määrä on 15% sokeriruokojätteen kuiva-ainemäärästä laskettuna, on kyllästysliuoksen ksyloosipitoisuus vain noin 3% silloin kun veden absorptio on noin 500-600 % kuiva-aineesta. Hyrolysaattia 65276 uutettaessa tapahtuu vielä lisälaimentuminen. Tämä johtaa ksy-loosiliuoksen väkevöinnin suuriin kustannuksiin, mikä tekee menetelmän epätaloudellisesti.

Keksinnön tehtävänä on tarjota edellä määriteltyyn tarkoitukseen menetelmä, jossa tarvittavan happoliuoksen määrä on pieni ja siten kustannukset ksyloosiliuoksen väkevöintiä varten ovat myös pienet.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista että happo-lisäys suoritetaan happoliuosta ruiskuttamalla tai happohöyryllä, siinä määrin, että happolisäyksen jälkeen raaka-aine sisältää hydro-lyysiä varten riittävän määrän happoliuosta, mutta ei ole täyteen imeytynyt, ja hydrolyysi suoritetaan höyryfaasissa. Hydrolyysin jälkeen hapolla käsitelty, reaktiolämpötilaan kuumennettu aines saatetaan vastavirtauutospesuun.

Jos raaka-ainetta käsitellään happoliuoksella ruiskuttamalla, voi kuumentaninen raaka-aineen hydrolyysilämpötilaan tapahtua vesihöyryllä.

Ksyloosin uuttamista varten hydrolysoitu aines voi virrata uuttokolonnin läpi, jolloin muodostunut ksyloosi uuttuu raaka-ainetta vastaan virtaavaan pesuveteen raaka-aineesta.

Jos hydrolysoidun aineksen rakenne ei salli uuttamista kolonnissa, voi uuttaminen tapahtua sekoittamalla hydrolysoitu aines monivaiheisesti pesuveden kanssa ja sen jälkeen erottamalla nämä, jolloin pesuvesi johdetaan vastavirtaan ainekseen nähden. Tämä voi tapahtuva niin, että hydrolysoitu aines syötetään juoksevalle nauha-sihdille, joka kulkee useamman peräkkäin asennetun pesuveden ruisku-tusvyöhykkeen läpi, jolloin yhden ruiskutusvyöhykkeen pesuvesi vir-rattuaan aineksen läpi muodostaa pesuveden edellistä ruiskutusvyö-hykettä varten.

Jos hydrolysoitu aines ei ohuinakaan kerroksina läpäise riittävästi pesuvettä, voi uuttaminen tapahtua siten, että ainakin yksi pesuveden lisäysvyöhyke asennetaan hydrolysoidun aineksen puserrusvyöhykkeen perään, ja että pesuveden lisäysvyöhyke edeltää puserrusvyöhykettä.

Menetelmän erään edullisen suoritusmuodon mukaan suoritetaan uutto siten, että ennen uuttolaitteeseen syöttämistä hydrolysoitu aines suspendoidaan hydrolysaattiin, joka otetaan jostakin I: 65276 3 puserrus- tai pesuvaiheesta.

Tällöin otetaan edullisesti suspension muodostamiseen käytettävä hydrolysaatti puserrus- tai pesuvyöhykkeestä, jossa hydroly-saatilla on suurin saavutettavissa oleva ksyloosipitoisuus.

Keksintöä valaistaan seuraavasti.

Raaka-aine saatetaan kulloistenkin vaatimusten mukaan mekaanisesti puhdistamalla ja senjälkeen murskaamalla jalostusta varten edulliseen tilaan. Erittäin vesipitoisista raaka-aineista, kuten esim. märkämenetelmällä saadusta murskattujen sokeriruokojen yti-mistä, poistetaan vesi n. 50 %:n vesipitoisuuteen.

Raaka-aineen tämänjälkeinen käsittely hapolla voi tapahtua kahdella tavalla, nimittäin ruiskuttamalla tai höyryttämällä. Ensin-mainitulla käsittelytavalla raaka-aine, esim. sekoitinkuljetuskieru-kassa, joka saa aikaan raaka-aineen hyvän sekoittumisen ja kierrätyksen, ruiskutetaan mineraalihappojen ja/tai orgaanisten happojen vesipitoisella liuoksella. Tällöin valitaan nestemäärät ja niiden happopitoisuudet niin, että raaka-aine ruiskuttamisen jälkeen sisältää hydrolyysiä varten riittävän happomäärän, mutta ei ole imeytetty täyteen nestettä, kuten asia olisi uppokyllästykses-sä. Senjälkeen raaka-aine kuumennetaan vesihöyryä johtamalla reak-tiolämpötilaan. Tällöin raaka-aineesta samanaikaisesti poistuu ilma. Raaka-ainetta pidetään tarvittava aika tässä lämpötilassa ja hydrolysoidaan tällöin niin, että ksyloosi muodostuu. Reaktion päätyttyä muodostunut ksyloosi on liuenneena raaka-aineen sisältävään nesteeseen, hydrolysaattiin.

Höyrykäsittelyssä raaka-ainetta käsitellään yhdessä työvaiheessa happoliuoksella, siitä poistetaan ilma ja se kuumennetaan, siten, että sisäänvirtaava happohöyry tunkeutuu raaka-aineen huokosiin, tunkee huokosissa olevan ilman pois, tiivistyy tasaisesti kylmemmän raaka-aineen huokosissa ja kuumentaa tämän kondensoitumis-lämmöllään. Tarvittava happoliuosmäärä on ainoastaan yhtä suuri kuin raaka-aineessa muodostuneen kondensaatin määrä ja on puolestaan paljon alle määrän, joka uppokyllästyksessä imeytyisi. Raaka-aineen kuumentumisen jälkeen kondensaatiolämmön vaikutuksesta säilyy happohöyryn lämpötila huokosissa reaktion kestoajan, jossa hydro-lyysi tapahtuu. Erona kuvatusta ruiskutuskäsittelystä tapahtuu reaktio huppohöyryatmos fääx'issä. Myös tässä on muodostunut ksyloosi 4 65276 liuenneena raaka-aineen sisältävään nesteeseen, hydrolysaattiin.

Ksyloosi uutetaan nyt hydrolysoidusta aineksesta vastavirta-pesulla, mikäli hydrolysoitu aines laskee pesuveden virtaamaan lävitseen. Tämä voi tapahtua kolonnissa, jonka läpi hydrolysoitu aines virtaa ja johon pesuvesi johdetaan vastavirtaan ko. ainekseen nähden.

Jos hydrolysoitu aines ei rakenteensa takia salli uuttamista kolonnissa, voi ksyloosin uuttaminen tapahtua sekoittamalla monivaiheisesta hydrolysoitua ainesta pesuveden kanssa ja sen jälkeen erottamalla nämä toisistaan, jolloin pesuvesi johdetaan vastavirtaan ko. ainekseen nähden. Erään suoritusesimerkin mukaan hydrolysoitu aines voidaan syöttää juoksevalle nauhasihdille, joka kulkee useamman peräkkäin kytketyn pesuveden ruiskutusvyöhykkeen läpi. Pesuvesi, joka yhden ruiskutusvyöhykkeen alueella on virrannut aineksen läpi, kootaan sihtinauhan alapuolella ja se muodostaa pesuveden edellistä ruiskutusvyöhykettä varten.

Riippuen hydrolysoidun aineksen läpivirtaavuudesta voidaan sen pesuveden läpivirtausta parantaa sihtinauhan alapuolelle järjestetyillä imukennoilla. Yhteen imukennoon koottu pesuvesi muodostaa sitten pesuveden edellistä ruiskutusvyöhykettä varten.

Jos hydrolysoitu aines ei ohuenakaan kerroksena riittävästi läpäise pesuvettä, tapahtuu ksyloosin uuttaminen hydrolysoidusta aineksesta pääasiassa pusertamalla. Pusertaminen täytyy toistaa useaan kertaan, esim. sarjalla pusertimia, koska yksinkertaisen pusertamisen jälkeen jää vielä huomattava osa hydrolysaatista hydrolysoituun ainekseen. Ennen sarjan viimeistä puserrinta hydrolysoituun ainekseen lisätään tuoretta pesuvettä. Sarjan ensimmäisestä pusertimesta puserrettu hydrolysaatti, jossa ksyloosipitoi-suus on suurin, ja toisesta pusertimesta puserrettu hydrolysaatti, jolla on hiukan pienempi ksyloosipitoisuus, johdetaan jatkokäsittelyyn ksyloosin talteenottamiseksi niistä. Kuvatun menetelmän erään suoritusmuodon mukaan hydrolysoitu aines syötetään nauhasihti-puristimelle, jossa pesuveden lisäysvyöhykkeiden ohella aina kahden lisäysvyöhykkeen välissä on puserrusvyöhykkeitä. Puserrusvyöhyk-keestä puserrettu pesuvesi lisätään pusertimeen tätä puserrus-vyöhykettä edeltävässä puserrusvyöhykkeessä.

i, 65276

Puserrusvyöhykkeiden välissä voidaan uuttoliuoksia myös siinä määrin palauttaa, että hydrolysoidun aineksen syöttö puserti-meen voi tapahtua suspendoidussa, pumpattavassa muodossa. Tämä edullinen vastavirtauuton suoritustapa pusertamalla toteutetaan seuraavasti:

Hydrolysaatin poistamiseksi jonkun kuvatun työtavan mukaisesti hydrolysoidusta aineksesta se suspendoidaan ensin hydro-lysaattiin, jolla on sama ksyloosipitoisuus kuin hydrolysaatilla, joka saadaan menetelmän lopussa (ks. seuraavaa). Tällöin jo raaka-aineessa muodostunut hydrolysaatti ei laimene tai laimenee vain vähän.

Ksyloosi uutetaan nyt hydrolysaatilla kyllästetystä raaka-aineesta. Tämä tapahtuu edellä kuvatulla tavalla sarjassa puserrus-ja pesuvaiheita. Ensimmäisessä puserrusvyöhykkeessä puserretaan suspension hydrolysaattiseoksen pääosa eroon. Osa tästä hydrolysaa-tista, jossa on suurin saavutettavissa oleva ksyloosipitoisuus, joutuu puhdistukseen ksyloosin talteenottamiseksi siitä ja toinen osa haaroitetaan suspension kuvattuun muodostukseen hydrolysoidun aineksen kanssa. On myös mahdollista käyttää suspensiota varten hydrolysaattia, jolla on pienempi ksyloosipitoisuus kuin ensimmäisen puserrusvyöhykkeen hydrolysaatilla, ottamalla se jostakin sarjan seuraavista puserrusvyöhykkeistä. Seuraavissa puserrus-vaiheissa, jotka vuorottelevat pesuvaiheiden kanssa, puserretaan loput hydrolysaatista. Myös tässä pesuvesi johdetaan edullisesti vastavirtaan pesuvaiheisiin ko. ainekseen nähden, niin että jää-mähydrolysaatti kulloinkin laimenee mahdollisimman vähän.

Seuraavassa taulukossa esitetään hydrolyysikokeet murskatulla sokeriruo'on sisuksella, murskatulla sokeriruo'olla, oljilla ja viljankuorilla.

Taulukossa esitetyt vertailuarvot on saatu FI-patentin 58 655 mukaisella laitteistolla, jossa raaka-aineen kyllästyminen tapahtuu upottamalla kastamalla samalla kun raaka-aine kulkee kyllästämisastian kierukkakuljettimen läpi, mihin kuluu noin 10 minuuttia.

6 6 5 2 7 6

TAULUKKO

Suhde neste/kuiva raaka-aine , Murskatun . Murskattu Olki , Viljan- sokeriruo' sokeri- kuori on sisus ruoko

Keksinnön mukainen menetelmä:

Ehnen käsittelyä 1 0,17 0,13 0,136

Kyllästämisen ja kuumennuksen jälkeen 1,87 1,07 1,06 0,72

Happo rikki- rikki- rikki- rikkihappo happo happo happo

Happoa kuivalle raakaaineelle % 5,5 4 1,94 2

Aika, min. 180 240 60 60 Lämpötila, °C 100 97 135 130

Hydrolysoituja pentosaaneja, % 71 68 82 79 • I · · _

Vertailu; FI-patentin 58 655 5,25 5,66 3,54 1,77 mukaisen kyllästämisen jälkeen

Taulukosta nähdään, että murskatun sokeriruo’on sisusta hydrolysoitaessa nesteen suhde täysin kuivaan aineeseen kyllästämisen ja kuumennuksen jälkeen on 1,87· Neste sisältää raaka-aineessa alunperin olleen veden, lisätyn happoliuoksen sekä kondensoituneen höyryn. Todettiin, että 71% pentosaaneista oli hydrolysoitunut.

Verrattaessa keksinnön mukaisella menetelmällä murskatun soke-riruo'on sisukselle kyllästämisen jälkeen saatua (neste/kuiva raaka-aine) -suhteen arvoa 1,87 siihen arvoon (5,25), joka on saatu, kun kyllästäminen on suoritettu PI-patentin 58 655 mukaisella laitteistolla, todetaan, että keksinnön mukaisessa menetelmässä tarvitaan vain 35,6% siitä nestemäärästä, joka tarvitaan tunnetulla tavalla suoritetussa kyllästämisessä.

Muiden taulukossa esiintyvien raaka-aineiden kohdalla todettiin, että tarvittava nestemäärä nousi kulloinkin l8,9%:iin, 29,9%; iin tai 40,7%:iin siitä määrästä, joka vastaavasti imeytyi murskatuun sokeriruokoon, olkiin tai viljankuoriin tunnetussa laitteistossa.

7 65276

Taulukosta käy myös ilmi, että keksinnön mukaisesti raaka-ainetta ruiskutetaan hapolla siinä määrin, että raaka-aineen (neste/kuiva-aine)-suhde on ruiskutuksen ja kuumennuksen jälkeen 70# siitä suhteesta, johon päästäisi, jos raaka-ainetta kyllästettäisiin 10 minuuttia happoliuoksessa. Tämän jälkeen raaka-aine kuumennetaan reaktiolämpötilaan 100-l40°C:isen höyryn avulla. Kuumennettua ainesta pidetään reaktiolämpötilassa riittävän kauan (30-2*10) minuuttia), jotta happoliuoksen ja lämpötilan vaikutuksesta vähintään 60% raaka-aineessa olevasta ksylaanista saadaan ksyloosiliuokseen. Lopuksi hydrolysoitu aines pestään vedellä ksyloosiliuoksen uuttamiseksi.

Hapon hydrolysoiva vaikutus on suoraan riippuvainen vety-ionikonsentraatiosta, joten hydrolyysissä happokonsentraatiolla on ratkaiseva merkitys, ei hapon määrällä. Tarvittavan nestemäärän pieneneminen merkitsee samalla käytettävän happomäärän pienenemistä.

Claims (7)

1. 8 65276
2. 1. Menetelmä ksyloosiliuoksen valmistamiseksi ksylaanipi-toisista raaka-aineista, jotka kuivassa tilassa ovat hyvin imu-kykyisiä, erityisesti yksivuotisista kasveista, jolloin ksylaani hydrolysoidaan käsittelemällä sitä hapolla reaktiolämpötilassa, ja suoritetaan pesu uuttamalla vastavirtaan, tunnettu siitä, että happolisäys suoritetaan happoliuosta ruiskuttamalla tai happo-höyryllä, siinä määrin, että happolisäyksen jälkeen raaka-aine sisältää hydrolyysiä varten riittävän määrän happoliuosta, mutta ei ole täyteen imeytynyt, ja hydrolyysi suoritetaan höyryfaasissa.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happoliuoksella ruiskutettu raaka-aine kuumennetaan hydrolyysilämpötilaan vesihöyryllä.
4. 3· Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että uuttaminen suoritetaan sekoittamalla hydrolysoitu aines monivaiheisesti pesuveteen ja sen jälkeen erottamalla nämä, jolloin pesuvesi johdetaan vastavirtaan ainekseen nähden. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hydrolysoitu aines syötetään juoksevalle nauhasihdille, joka kulkee useamman peräkkäin asennetun pesuveden ruiskutusvyöhyk-keen läpi, jolloin yhden ruiskutusvyöhykkeen pesuvesi virrattuaan aineksen läpi muodostaa pesuveden edellistä ruiskutusvyöhykettä varten.
5. 5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin yksi pesuveden lisäysvyöhyke on kytketty hydrolysoidun aineksen puserrusvyöhykkeen perään, ja että pesuveden lisäysvyöhyke edeltää puserrusvyöhykettä.
6. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen uuttolaitteistoon syöttämistä hydrolysoitu aines suspendoidaan hydrolysaattiin, joka otetaan jostakin puserrus- tai pesuvaiheesta.
7. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suspension muodostamiseen käytettävä hydrolysaatti otetaan pesu- tai puserrusvaiheesta, jossa hydrolysaati11a on korkein saavuttavissa oleva ksyloosipitoisuus.