NO760485L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for fraksjonering av organiske bestanddeler i hydrolyseløsninger, særlig i sulfitavlut.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for separering

av organiske bestanddeler fra hydrolyseløsninger, særskilt fra sulfitavlut, for separat tilgodegjørelse og utnyttelse av disse.

Det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at

A) løsningen først behandles i ett eller flere prosesstrinn for fjernelse av de småmolekylære anioner, B) fra den således rensede løsning anrikes sukkerartene og aldehydene som bisulfitaddisjonsforbindelser i et sorpsjonsmaterial, C) sukkerartene elueres fra sorpsjonsmaterialet med vann ved hjelp av forhøyet temperatur, hvoretter den erholdte sukkerløsning føres enten direkte eller via mellomtrinn til inndamping og eventuell krystallisering D) de i sorpsjonsmaterialet anrikede aldehyder elueres ved regenerering med elektrolyttløsning, passende med en løsning som inneholder bisulfitioner.

Under den sure sulfitkoking hydrolyseres en betydelig del av de polysakarider som inngår i trevirket, og avluten inneholder derfor betydelige mengder sukkerarter, først og fremst monosakarider. Av de kullhydrater som inngår i avluten kan man fremstille alkohol og andre gjæringsprodukter, men derimot har man ikke klart å utvikle økonomisk lønnsomme prosesser for isolering av sukkerartene som sådanne fra denne avlut.

Den ved sulfitkoking av bartrevirke, vanlig gran, erholdte avlut

har en betydelig mer heterogen monosakaridsammensetning enn avlut

fra tilsvarende koking av løvved, idet den sistnevnte hovedsakelig inneholder D-xylose, som sukkerkomponent. Da den ved koking av løvvedmasse erholdte avlut ikke egner seg for fremstilling av alkohol, mens xylosen som sådan er en anvendbar sukkerart, er det for utnyttelse av denne foreslått flere fremgangsmåter, hvorav en baserer seg på ekstraksjon av den ved inndamping av sulfitavluten erholdte tørrs.ubstans med etylalkohol (Saarnio, J. og Kuusisto,

R., Paperi ja Puu 53 (1971) 1367). Ingen av de foreslåtte prosesser har dog vunnet frem til industriell tilpassing.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen egner seg særlig bra for behandling av avlut fra løvved, først og fremst på grunn av dennes store xyloseinnhold, men også derfor at de kan inneholde betydelige mengder furfural. Fremgangsmåten egner seg også for behandling av manoseholdig avlut erholdt fra barved.

Den sukkerandel som kan utnyttes er sterkt avhengig av separasjons-anordningens kapasitet, f.eks. mengden av anvendt ionevekslerharpiks. Økonomiske beregninger viser at når det som utgangsmaterial anvendes bjerkeavlut er prosessen lønnsom ved et xyloseutbytte på ca. 25%, dvs. når ca. 1/4 av den xylose som inngår i avluten utnyttes.

Den fra avlut fra løvved isolerte ikke-rensede sukkerløsning inneholder foruten xylose små mengder andre sukkerarter. Det er mulig å oppnå en viss separasjon av sukkerartene ved hjelp av det anvendte fraksjonsmaterial.

Barvedavlut inneholder hovedsakelig manose, men også betydelige mengder glukose. Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen egner seg spesielt godt for anrikning av manose, da denne bindes sterkere enn glukose til sorpsjonsmaterialet som inneholder bisulfitioner.

Det er kjent at man ved analyse av sukkerarter kan anvende anion-vekslerharpikser som er behandlet med bisulfitioner (Samuelson,

G. og Sjøstrøm, E., svensk kjemisk tidsskrift 64 (1952) 305).

For dette er det dog anvendt alkohol vannløsninger og således har separasjonen i virkeligheten basert seg på fordeling mellom væske-fasene, og det har også fremgått at nærvær av bisulfittioner ved dette er uvesentlig (Samuelson, G. Methods in Carbonhydrate Chemistry, bind VI, R.L. Whistler - J.N. BeMillér, Eds., Aead. Press. New York 1972, side 65). Det er således overraskende at man kan fraksjonere de organiske bestanddeler som inngår i sulfitavlut i vannløsning, idet sukkerartene bare bindes svakt til sorpsjonsmaterialet.

Til tross for at det behøves en stor mengde sorpsjonsmaterial for binding av sukkerartene, oppnås ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen en god lønnsomhet. Dette beror delvis derpå at øvrige forbindelser som kan sorberes, så som eddiksyre og aldonsyre, separeres fra avluten før anrikingen av sukteoartene, hvorved hele kapasiteten av funksjonsmaterialet som er behandlet med bisulfitioner kan utnyttes for binding av de aldehyder og sukkerarter som inngår i løsningen, og på den annen side på at man samtidig kan utvinne også aldehydene, så som furfural, og at det ved regenereringen kan anvendes slik sur løsning som erholdes ved fremstilling av kokesyre, og som kan tilbakeføres til kokesyrefremstilling etter at sorpsjonsmaterialet er regenerert og furfuralet er utvunnet. Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen gjør det mulig f.eks. ved fremstilling av bjerkesulfitcellulose foruten cellulose å erholde også andre verdifulle.produkter, så som xylose og furfurat, på en økonomisk lønnsom måte, hvorved fabrikkanleggets totale økonomiske resultat forbedres i avgjørende grad. Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er en ny og fordelaktig løsning særlig når man søker å tilgodegjøre og foredlende dannede avfallsprodukter.

I det følgende beskrives noen fordelaktige utførelsesformer for fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen mer detaljert.

Fig. 1 viser et prosess-skjerna som belyser en fordelaktig utførelses-form ved behandling av sulfitavlut. Av skjemaet fremgår bare v hovedprinsippene, og i praksis anvendes et flertall kolonner, hvorav en del kolonner (altså i tur og orden) befinner seg i sorpsjons-fase, og en del (resten) regenereres i." Sulfitavluten 1 føres til forbehandlingen 2, hvor svoveldioksydrestene fjernes, og eventuelt om nødvendig løsningens innhold av eddiksyre og furfural nedsettes. For disse operasjoner kan det anvendes f.eks. utfelling med kalsiuitih<y>drqksyd eller inridamping. Den forbehandlede avlut 3 føres til den første kolonnegruppe 4 der de småmolekylære anioner fjernes.

Den første kolonnegruppes kapasitet bør være tilstrekkelig stor

slik at kapasiteten av den andre kolonnegruppen 8, 10 ikke belastes. Det er videre vesentlig at sorpsjonsmaterialene velges slik at en

så liten del av lignosulfonatene som mulig sorberes i dem, og at de småmolekylære forbindelser bindes i den første kolonnegruppe. Herved oppnås at i den andre kolonnegruppen sorberes bare aldehydene og sukkerartene, mens lignosulfonatene føres videre til strømmen 13,

som førestil inndamping eller forbrenning, eller mulig utvinning av lignosulfonatene.

Kolonnene i den første kolonnegruppe regenereres på vanlig måte, f.eks. ved å anvende natriumkarbonat-, natriumhydroksyd- eller ammoniumhydroksydløsninger 5. Anvendelsen av ammoniumhydroksyd kan i visse tilfeller være fordelaktig når man ønsker å eliminere løsningen 6 som inneholder eddiksyre og andre organiske syrer ved å føre den f.eks. til anleggets inndampingsenhet og forbrenning.

Sukkerartene elueres fra den andre kolonnegruppens kolonne 8, 10

med varmt vann 11 (70 .- 90°C), idet det er fordelaktig å anvende sirkulering i og for konsentrering av sukkerløsningen 12, som skal inndampes. De aldehyder som inngår i sulfitavluten, først og fremst furfural, anrikes i den andre kolonnegruppens første kolonne 8.

Denne kolonne regenereres med bisulfitløsningen 14, som fordelaktigst erholdes ved fremstilling av kokesyre 18. Regenereringsløsni.ngen 15 føres tilbake enten direkte eller etter at furfuralet er utvunnet (16, 17) til kokesyrefremstillingen. Hvis det ved kokingen er anvendt løselige baser (natrium-, magnesium- aller ammoniumforbindelsei er den nevnte regenerering enklest å utføre, da tilsvarende bisulfitsalter ikke er tungtløselige. Når det igjen er tale om en kalsiumsulfitlut, utføres regenereringen passende' med en kalsium-bisulfit-svoveldioksydløsning i et lukket system under trykk.

EKSEMPEL 1

Som utgangsmaterial anvendes en bjerkesulfitavlut erholdt ved koking av viskosemasse og inneholdende sukker i en mengde på 35 g/l (2.0% ramnose, 2.6% arabinose, 86.7% xylose, 4.3% manose, 2.9% gåiaktose og 1.5% glukose). Som kolonner anvendes ca. 20 ml glassrør (diameter 10 mm) som er koblet to i serie. Den første kolonne inneholdt en svakt basisk anionveksierharpiks fremstilt av styren og divinylbenzen og inneholdende hovedsakelig tertiært aminogrupper (50 - 100 mesh, 15 ml) og den andre kolonnen inneholdt en sterkt basisk anionveksierharpiks ("Dowex 1", 50 - 100 mesh, 10 ml). Sulfitavluten (50 ml) ble ført gjennom kolonnene ved en temperatur på 2 5°C, hvoretter den lignosulfonsyreholdige løsning som befant seg i kolonnene ble fortrengt med vann (ea. 40 ml). Sukkerartene ble eluert fra den andre kolonnen med varmt vann

(80°C) (3 x 25 ml). Den største delen av sukkerartene befant seg i den første fraksjon og løsningens sammensetning var omtrent den samme som i den opprinnelige avlut. Sukkerutbyttet var ca. 25%.

EKSEMPEL 2

Fraksjoneringen ble utført som i eksempel 1, med den forskjell at restsvoveldioksydet ble fjernet ved utfelling med kalsiumhydroksyd. Harpiksmengden i den første kolonnen ble øket til 2 0 ml og i den andre kolonnen til 15 ml. Sukkerutbyttet var ca. 37%.

EKSEMPEL 3

Fraksjoneringen ble utført som i eksemplene 1 og 2, men som utgangsmaterial ble det anvendt sulfitavlut fra gran. Denne avlut inneholdt 6.6 g sukker. 81.6% ramnose, 4.9% arabinose,

23.5% xylose, 49.0% mannose, 6i7% gaLaktose og 14.3% glukose).

Det totale sukkerutbytte etter separering var ca. 4 2%.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for separering av organiske bestanddeler fra hydrolyseløsninger, særlig fra sulfitavlut, og spesielt for utvinning av sukker og furfural, karakterisert ved at

A) løsningen først behandles i ett eller flere prosesstrinn for fjernelse av de småmolekylære anioner B) fra den således rensede løsning anrikes sukkerarter og aldehyder som bisulfitaddisjonsforbindelser i et sorpsjonsmaterial CT Sukkerartene elueres fra sorpsjonsmaterialet med vann ved forhøyet temperatur, hvoretter den erholdte sukkerløsning føres enten direkte eller via mellomtrinn til inndamping og eventuell krystallisering, og D) De i sorpsjonsmaterialet anrikede aldehyder elueres ved regenerering med elektrolyttløsning.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det i trinn A) anvendes en svakt basisk anionveksierharpiks for fjernelse av de småmolekylære anioner.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 - 2, karakterisert ved at det i trinn B) som sorpsjonsmaterial anvendes en sterkt basisk anionveksierharpiks, som er regenerert med en svoveldioksyd- og bisulfit- eller bisulfit-og sulfitholdig natrium-, kalsium-, magnesium- eller ammoniumsalt-løsning, og når det er tale om en sulfittavlut, fortrinnsvis med en vad fremstilling av kokesyre erholdt løsning.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at tverrbindingsgraden i anionvekslerharpiksen velges slik at lignosulfonatene går så fullstendig som mulig gjennom den. i krav 1, trinn B) nevnte sterkt basiske anionveksler.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-4, karakterisert ved -:' at det i trinn B) opprett-holdes en så lav temperatur som mulig (+5 til +35°C) mens temperaturen i trinn D) er minst 50 til 95°C.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at den i krav 1, trinn A) anvendte anionveksierharpiks regenereres med passende alkaliløsning, f.eks. med natriumkarbonat eller ammoniumhydroksyd, og at den erholdte løsning behandles separat for gjenvinning eller fjernelse av de syrer som inngår i lø sningen.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-6, karakterisert ved at sorpsjonsmaterialet regenereres med den under fremstilling av kokesyre erholdte kokesyre eller med en av denne passende fremstilt bisulfitløsning, som deretter enten direkte eller etter utvinning av furfuralet tilbakeføres til fremstillingen av kokesyre.