PL97700B1 - Sposob wytwarzania cukrow prostych przez rozklad surowcow zawierajacych polisacharydy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób rozkladania surowców zawierajacych polisacharydy, prowadzo¬ ny metoda ciagla, na drodze kwasnej hydrolizy pod zwiekszonym cisnieniem i w podwyzszonej temperaturze, z wytwarzaniem produktów wyjscio¬ wych dla przemyslu chemicznego i mikrobiologicz¬ nego.W ramach badan nad chemiczna przeróbka drewna opracowano sposoby rozkladania surowca zawierajacego polisacharydy na rózne zwiazki che¬ miczne, wykorzystywane jako produkty wyjsciowe w przemysle chemicznym i mikrobiologicznym.Rozklad ten moze byc prowadzony za pomoca kwasnej hydrolizy, przy czym polischarydy ulega¬ ja rozkladowi na rózne produkty, takie jak furfu¬ rol, aceton, metanol i kwas octowy, stosowane w przemysle chemicznym oraz kwasy tluszczowe i monosacharydy, bedace surowcami w przemysle mikrobiologicznym. Pozostalosc stanowi lignina nie zawierajaca siarki, bedaca równiez cennym pro¬ duktem. Lignine te mozna po wysuszeniu, bez dal¬ szej przeróbki, stosowac jako dodatek przy wyro¬ bie sklejki lub klejów stosowanych przy wytwa¬ rzaniu plyt.Znane sa liczne sposoby prowadzenia kwasnej hydrolizy surowców zawierajacych polisacharydy, a wspólna ich cecha jest stosowanie jako kataliza¬ tora stezonego lub rozcienczonego kwasu mineral¬ nego. Znane sa takze procesy hydrolizy prowa¬ dzone metoda periodyczna w 2 stadiach, przy czym w pierwszym stadium zachodzi tylko hydroliza za pomoca pary i z petozanów otrzymuje sie furfu¬ rol, kwas octowy, matanol i aceton, podczas gdy w drugim stadium hydrolizuje sie za pomoca roz¬ cienczonego kwasu, rozkladajac heksozany na mo¬ nosacharydy, kwasy cukrowe i kwasy tluszczowe.Do najczesciej stosowanych nalezy proces Rheinau, w którym stosuje sie stezony kwas solny i proces Schollera, prowadzony przy uzyciu rozcienczonego kwasu siarkowego. Oba te procesy sa procesami nieciaglymi i prowadzi sie je metoda perkolacji.Z opisu patentowego nr 50 960 znany jest sposób wytwarzania cukrów przez hydrolize ksylitów z wegla brunatnego. Proces ten prowadzi sie pod cisnieniem atmosferycznym, systemem nieciaglym, w 2 etapach, przy czym w pierwszym etapie na rozdrobniony ksylit dziala sie kwasem siarkowym o stezeniu 70—80% wagowych, w temperaturze 50—80°C, w ciagu 0,5—3 godzin, a w drugim eta¬ pie dziala sie kwasem siarkowym o stezeniu 5— —15% wagowych, w temperaturze okolo 100°C, w ciagu 1—3 godzin. Wydajnosc cukrów prostych w przeliczeniu na sucha celuloze dochodzi do 40%.Wynalazek umozliwia rozkladanie surowców za¬ wierajacych polisacharydy droga kwasnej hydro¬ lizy prowadzonej sposobem ciaglym pod zwiekszo¬ nym cisnieniem i w podwyzszonej temperaturze, z wydajnoscia cukrów prostych wyzsza niz uzyska-1 na w znanych sposobach oraz w czasie krótkim, co umozliwia racjonalne wykorzystanie urzadzenia. 97 700* 97700 4 Cecha sposobu wedlug wynalazku jest to. ze su¬ rowiec zawierajacy polisacharydy poddaje sie cia¬ glej hydrolizie dwustopniowej w zamknietym reak¬ torze w temperaturze 150—200°C, korzystnie 175— —180°C, pod cisnieniem pary wodnej odpowiada¬ jacym tej temperaturze. W pierwszym stadium prowadzi sie w górnej czesci reaktora hydrolize w fazie par, dzialajac stezonym, nielotnym kwa¬ sem nieorganicznym o stezeniu 10—20% wago¬ wych i para wodna, powodujac rozklad pentoza- nów glównie na furfurol, kwas octowy, metanol i a*ceton oraz rozklad heksozanów na dwusacha- rydy i trójsacharydy. W drugim stadium hydrolize prowadzi sie w dolnej czesci tego samego reaktora w fazie cieklej, dzialajac takim samym kwasem jak ^w pierwszym stadium, lecz o stezeniu 0,5—5%, korzystnie 0,5—1,5% wagowych, wraz z para wod¬ na, powodujac rozklad dwusacharydów i trójsa- charydów, otrzymanych w pierwszym stadium, na cukry proste, kwasy cukrowe i kwasy tluszczowe.W porównaniu ze znanymi sposobami, sposób wedlug wynalazku daje szereg korzysci. Mianowi¬ cie, znane metody periodyczne prowadzenia hydro¬ lizy sa dosc skomplikowane, proces przebiega "po¬ woli i nieekonomicznie, poniewaz w jednym za¬ biegu hydrolizy tylko czesc polisacharydów ulega rozkladowi na ostateczne produkty, totez w celu doprowadzenia hydrolizy do konca trzeba stosowac wieksza liczbe reaktorów, nawet do 20.Jezeli zas hydrolize prowadzi sie za pomoca sa¬ mego tylko stezonego kwasu, wówczas polisacha¬ rydy rozkladaja sie wylacznie na dwusacharydy i trójsacharydy, totez trzeba dodatkowo prowadzic nastepnie hydrolize za pomoca rozcienczonego kwa¬ su, aby otrzymac ostatecznie zadane produkty.Zgodnie z wynalazkiem osiaga sie to stosujac je¬ den tylko reaktor.Jezeli surowiec poddaje sie hydrolizie pentoza- nów za pomoca samej tylko pary wodnej, wów¬ czas wydajnosc furfuralu jest mniejsza niz przy hydrolizie w obecnosci kwasu, zgodnie z wynalaz¬ kiem, hydrolize w obecnosci pary wodnej i kwasu prowadzi sie w pierwszym stadium procesu.Gdy proces prowadzi sie dwustadiowo tak, ze w pierwszym stadium zachodzi tylko hydroliza pentozanów pod wplywem pary wodnej, a w dru¬ gim stadium hydroliza za pomoca rozcienczonego kwasu, wówczas oba te stadia trwaja znacznie dlu¬ zej niz proces prowadzony sposobem wedlug wy¬ nalazku. Przyczyna tego jest to, ze wytworzone produkty, które moga sie znajdowac w surowcu, w obecnosci furfurolu i pod wplywem pary wod¬ nej i zwiekszosego cisnienia ulegaja polimeryzacji i tworza na powierzchni surowca powloke, która opóznia hydrolize w obu stadiach. Jezeli zas pro¬ ces prowadzi sie sposobem wedlug wynalazku, wówczas unika sie tworzenia tej powloki i tym sa¬ mym hydroliza przebiega szybciej.W procesie prowadzonym sposobem wedlug wy¬ nalazku jako produkty wyjsciowe mozna stosowac dowolne, znane surowce zawierajace polisachary- .dy, takie jak zwykle wióry drewna drzew liscia¬ stych lub iglastych, male kawalki drewna drzew lisciastych lub iglastych albo ich mieszaniny, slo¬ me, torf, wyslodki, odpadki z przemyslu spozyw¬ czego zawierajace polisacharydy, takie jak brzecz¬ ka browarniana i obierzyny ziemniaczane. Szcze¬ gólnie korzystnie stosuje sie wióry drewna, z któ¬ rych substancje dajace sie ekstrahowac zostaly uprzednio usuniete za pomoca organicznego roz¬ puszczalnika. Stwierdzono, ze hydroliza takiego produktu wyjsciowego przebiega szybciej i wydaj¬ nosc cukrów prostych wzrasta, poniewaz dzieki' krótszemu trwaniu procesu cukry proste nie ule- gaja rozkladowi na produkty takie jak kwas lewu- linowy i kwas mrówkowy.Wynalazek opisano nizej w odniesieniu do ry¬ sunku, który przedstawia schematycznie przyklad urzadzenia do stosowania sposobu wedlug wyna- lazku.Z pojemnika 1 surowce wprowadza sie za po¬ moca przenosnika slimakowego lub tarczowego 2 dó zbiornika impregnacyjnego 3, w którym suro¬ wiec zwilza sie stezonym roztworem kwasu, do-. prowadzanego przewodem 14. Doswiadczenia wy¬ kazaly, ze kwas o stezeniu wynoszacym wiecej niz % wagowych mozna uwazac za stezony, a o ste¬ zeniu mniejszym — za rozcienczony. Jako kwas mozna stosowac dowolny kwas niineramy, ale oczy- wiscie ze wzgledów ekonomicznych, korzystniej jest stosowac kwas o wyzszej temperaturze wrze¬ nia. Mozna tez stosowac mieszanine róznych kwa¬ sów. .,"¦ ? Stwierdzono, ze szczególnie odpowiedni jest kwas siarkowy, gdyz ma on wysoka temperature wrze¬ nia i jest stosunkowo latwy do manipulowania nim na skale techniczna. Kwasy bardziej lotne przeplywaja do fazy gazowej i latwiej ulatuja z urzadzenia, np. ze skroplinami, co wplywa szko- dliwie na dalszy przebieg procesu. Ze zbiornika 3 surowiec przechodzi do reaktora 5 przez urzadze¬ nie zasilajace 4, dzialajac na zasadzie zaworu obro¬ towego lub klapowego. W górnej czesci reaktora surowiec jest poddawany dzialaniu podwyzszonej 40 temperatury i zwiekszonego cisnienia oraz pary wodnej, doprowadzanej do reaktora u dolu jego górnej czesci przewodem 15, przy czym pentozany ulegaja hydrolizie i wytwarza sie kondensat za¬ wierajacy furfurol, kwas octowy, metanol i ace - 45 ton. Kondensat ten odprowadza sie przewodem 16 u wierzcholka górnej czesci reaktora, w której pro¬ wadzi sie hydrolize w fazie par. Surowiec zawie¬ rajacy heksozany, które w czasie hydrolizy pen¬ tozanów ulegly hydrolizie na dwusacharydy i trój- 50 sacharydy, opada na dolnej czesci reaktora 5. w której zachodzi w fazie cieklej dalsza hydroliza i powstaja monosacharydy, kwasy cukrowe i kwa¬ sy tluszczowe. U wierzcholka dolnej czesci reakto¬ ra, przewodem 17, doprowadza sie rozcienczony 55 roztwór kwasu lub wode, a u dolu tej czesci, prze¬ wodem 18, wprowadza sie pare wodna. Zawiesine otrzymana w wyniku rozkladu przetlacza sie prze¬ wodem 19 do posredniego zbiornika 6, w którym oddziela sie skropliny zawierajace furfurol i ra- 60 zem ze skroplinami, odprowadzanymi przewodem 16 z wierzcholka górnej czesci reaktora, kieruje przewodem 20 do kolumny destylacyjnej 8. Pro¬ dukty chemiczne oddzielone w kolumnie 8 odpro¬ wadza sie przewodami 9 i 10, a pozostalosc po de- 69 stylacji, zawierajacej kwasy organiczne odprowa-5 97 700 6 dza sie przewodem 13. Zawiesine otrzymana w po¬ srednim zbiorniku 6 prowadzi sie przewodem 21. do rozdzielacza 7, z którego przewodem 11 odpro¬ wadza sie osad, a ciecz odplywa przewodem 1Z i ewentualnie po zmieszaniu z pozostaloscia po de¬ stylacji odprowadzana przewodem 13, kieruje do dalszego wykorzystania. Rozcienczony kwas lub wode mozna wprowadzac do dolnej czesci reakto¬ ra w róznych miejscach w strefie prowadzenia hy¬ drolizy w fazie cieklej. Ze strefy tej ciecz mozna równiez odprowadzac w róznych miejscach, zwiek¬ szajac w ten sposób wydajnosc hydrolizy.Przyklad I. Proces prowadzi sie w reakto¬ rze do pracy ciaglej, opisanym wyzej, majacym pojemnosc 300 litrów. Hydrolizie poddaje sie wió¬ ry drewna z mlodej brzozy, zawierajace 72°/o wa¬ gowych celulozy i 15% wagowych wilgoci. Wióry zwilza sie stezonym kwasem siarkowym uzytym w ilosci 5% wagowych w stosunku do suchej ma¬ sy wiórów i bezposrednio wprowadza do reakto¬ ra. W polowie wysokosci reaktora wprowadza sie pare wodna, utrzymujac w reaktorze temperature 185°C i cisnienie 11 kG/cm2. Opary odprowadza sie u wierzcholka reaktora, a w polowie wysokosci reaktora, ponizej doprowadzenia pary wodnej, do reaktora wprowadza sie wode w takiej ilosci, aby na 1000 kg suchej masy wiórów przypadalo 4 m3 wody razem z wilgocia zawarta w wiórach. W dol¬ nej czesci do reaktora wprowadza sie pare wodna, \ aby pomimo dodania wody utrzymac podana wy¬ zej temperature i cisnienie. Otrzymana mieszanine wytlacza sie z dolnej czesci reaktora do zbicrnika posredniego, wykorzystujac róznice cisnien. Suro¬ wiec jest poddawany hydrolizie w fazie pary w ciagu 30 minut, przy czym 91,1% celulozy zawar¬ tej w surowcu ulega rozkladowi i otrzymuje sie 16,9% wagowych furfurolu, 12,2% wagowych kwa¬ sów organicznych i 20,5% wagowych cukrów pro¬ stych w przeliczeniu na celuloze zawarta w su¬ rowcu. .Przyklad II. Proces prowadzi sie w sposób analogiczny do opisanego w przykladzie I, lecz jako surowiec stosuje sie wióry drewna mlodej brzo¬ zy uprzednio wyekstrahowane organicznym rozpu¬ szczalnikiem. Rozkladowi ulega 81,4% wagowych celulozy zawartej w surowcu, przy czym otrzymu¬ je sie 21,2% wagowych furfurolu, 12,1% wagowych kwasów organicznych i 26,5% wagowych cukrów prostych, w przeliczeniu na celuloze zawarta w su¬ rowcu.Przyklad III. Hydrolize prowadzi sie w spo¬ sób analogiczny do opisanego w przykladzie 1, lecz jako surowiec stosuje sie wyslodki z trzciny cukrowej, zawierajace 60,4% wagowych celulozy.Rozkladowi ulega 82,7% wagowych celulozy za¬ wartej w surowcu i otrzymuje sie 25,4% furfurolu, 22,3% kwasów organicznych oraz 25,0% cukrów prostych w przeliczeniu na mase celulozy zawar¬ tej w surowcu. PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania cukrów prostych przez 15 rozklad surowców zawierajacych polisacharydy, prowadzony droga kwasnej hydrolizy pod zwiek¬ szonym cisnieniem, w podwyzszonej temperaturze i odzyskiwania produktów tego rozkladu, znamien¬ ny tym, ze surowiec zawierajacy polisacharydy 20 poddaje sie ciaglej hydrolizie dwustopniowej w zamknietym reaktorze w temperaturze 150—200°C, korzystnie 175—180°C, pod cisnieniem pary wodnej odpowiadajacym tej temperaturze, przy czym w pierwszym stadium prowadzi sie w górnej czesci 25 reaktora hydrolize w fazie par, dzialajac stezonym, nielotnym kwasem nieorganicznym o stezeniu wy¬ noszacym 10—20% wagowych i para wodna, po¬ wodujac rozklad pentozanów glównie na furfurol, kwas octowy, metanol i aceton oraz rozklad hekso- 30 zanów na dwusacharydy i trójsacharydy, zas w drugim stadium hydrolize prowadzi sie w dolnej czesci raaktóra w fazie cieklej, dzialajac takim samym kwasem jak w pierwszym stadium, lecz o stezeniu 0,5—5%, korzystnie 0,5—1% wagowych, 3g wraz z para wodna, powodujac rozklad dwusacha- rydów i trójsacharydów, otrzymanych w pierw¬ szym stadium, na cukry proste, kwasy cukrowe i kwasy tluszczowe.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze 40 surowiec zawierajacy polisacharydy traktuje sie stezonym, nielotnym kwasem nieorganicznym bez¬ posrednio po wprowadzeniu surowca do reaktora.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stezony, nielotny kwas nieorganiczny wprowadza 45 sie do górnej czesci reaktora.
4. 4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze z fazy parowej w górnej czesci reaktora odpro¬ wadza sie skropliny zawierajace produkty rozkla¬ du pentozanów, a z cieklej fazy w dolnej czesci 50 reaktora odprowadza sie ciecz zawierajaca produk¬ ty rozkladu dwusacharydów i trójsacharydów.97 700 1-+- 9 15 r17 JLL ^ T7T* 3 l« Wi -V- ^r; J~8 \y 13 _z_ •20 r 12 ERRATA Lam 6, wiersz 34 Jest: 0,5—1% Powinno byc: 0,5—1,5% W.Z.Graf. Z-d L-ca zam. 1311/Da-78. A4. 100+15, Cena 45 zl PL