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 PL PL PL PL PL PL

Claims (1)

1.