SE466152B - Foerfarande foer tillvaratagande av loesliga kolhydrater i trae - Google Patents

Description

,46e 152 1 glukos, mangos, galaktos, xylos och arabinos. Om lövträd har använts som trämaterial, innehåller kolhydraterna i huvudsak xylos.

Dylika hydrolysater kan användas vid framställning av t.ex. sockeralkoholer, såsom xylitol eller sorbitol, som råämne vid biotekniska processer, som kreatursfoder osv.

Nackdelen med förhydrolysförfarandet är emellertid den, att avkastningsmängden och kvaliteten av cellulosamassan lider av hydrolysen och användningsområdet för sådana massor är in- skränkt, närmast begränsande sig till framställning av viskos.

Det är möjligt att isolera polysackarider i samband med en merceriseringsprocess som ingår i tilverkningen av viskosfib- rer. I merceriseringsprocessen behandlas upplöst cellulosa med en NaOH-lösning med avsikt att upplösa hemicellulosakomponen- terna från celulosan. Ur den så erhållna lösningen kan med hjälp av ultrafiltrering tas tillvara de upplösta polysackari- derna, som inte genomtränger ultrafiltreringsmembranen och så- lunda anrikas i ultrafiltreringsanrikningen. Vi hänvisar i iefitanssammænhanqw timmeuSPPQtenfl9nä%äkaü&oflem@4fi2&&¿%fi%ësamtr;9 till publikationen Hurlen, s.-olsen, A.: TAPPI/oEzEPA sth In- tern. Dissolving Pulps Conf. (Vienna) Papers: 54-58 (Oct. 8-10 1980). Större delen av de från trä härstammande polysackari- derna har emellertid upplösts i avfallsslamet redan i samband med cellulosans kokningsprocess, varför de i samband med mer- ceriseringsprocessen utvunna polysackaridmängderna är små. Vi- dare bör märkas, att efterfrågan på upplöst cellulosa är beg- ränsad.

Det är känt, att en del av polysackariderna (cellulosa och he- micellulosa) som finns i råämnet vid framställning av cellulo- samassa genom kokning av träflis eller annat lignocellulosa- haltigt råämne med alkaliska kokningsmetoder, såsom t.ex. med sulfatmetoden, sodakokning eller med den alkaliska sulfitmeto- den, löser sig i koklutet. Vid kokningens början löser sig speciellt hemicellulosa i stora mängder i sin ursprungliga po- 3 466 152 lymeriserade form. T.ex. i publikationen S. Axelsson, I.Croon och B.E. Engström, Dissolution of Hemicelluloses During Sul- phate Pulping, Svensk Papperstidning 65 (1962): 18, 693-697, har visats, att kokvätskan vid kokning av björkträ med sulfat- metoden innehöll vid kokningens början 11g/1 utfallande- poly- sackarider. Denna fraktion växer under kokningens framskridan- de och vid 150°C kunde c. 8% av träet avskiljas som polysacka- rider. Härvid var kokvätskans polysackaridhalt c. 20g/1. Under fortsatt kokning och stegrad temperatur minskade polysackarid- fraktionen och i det slutligen erhållna svartlutet fanns det endast c. 2g/l utfallande polysackarider. Vi har nu i våra eg- na undersökningar dessutom observerat, att mindre än hälften av träets lignin har vid begynnelseskedet upplösts i huvudsak som småmolekylära derivat, varför lösningen då koklösningens polysackaridhalt är som störst inte just alls innehåller andra polymera föreningar.

Den ovannämnda observationen ligger som grund för den förelig- gande uppfinningen, vilken kännetecknas av det, att tillvara- tagandet av de lösliga kolhydraterna som träet innehåller sker i*det«inledandenskedetiav.cellulosansakokprocess,ßdänfiwkoklösmrv ningen innehåller rikligt med upplösta polysackarider och hal- ten av polymert lignin låg, genom att leda koklösningen till x ett ultrafilter, som från den avskiljer kolhydraterna, och genom att returnera den filtrerade lösningen tillbaka till cellulosakoket.

Tillvaratagnadet av kolhydrater sker enligt uppfinningen fö- reträdesvis i det skedet, då koklösningen inte ännu har upp- nått den temperatur, i vilken kokprocessen i huvudsak sker.

Den ifrågavarande temperaturen ligger i allmänhet i området 170-180°C, och temperaturen, där kolhydraternas avskiljning sker kan härvid vara 100-170°C, företrädesvis 120-160°C, och allra helst 140-150°C. För att man vid tillvaratagandet av kolhydraterna skall uppnå en måttlig avkastning, bör i avskil- jningsskedet åtminstone 8% av träets ursprungliga torrämne fö- religga som kolhydrater upplösta i koklösningen. I praktiken f4e6 152 4 kan mängden av kolhydrater variera inom området 8-30%. På mot- svarande sätt bör mängden av lignin i koklösningen vara högst 15% räknat ur träets ursprungliga torrämnesmängd, varvid lig- ninet föreligger i lösningen i huvudsak som småmolekylära fö- reningar, vilka inte stör avskiljningen av polysackariderna.

Fördelen med den föreliggande uppfiningen är den, att lösliga polysackarider kan framställas utan en särskild förhydrolys- process i samband med framställningen av cellulosamassa. Ett förfarande enligt uppfinningen är både tekniskt och ekonomiskt sett förmånlig, eftersom tryckoch syrabeständiga hydrolysan- ordningar inte behövs, inte heller ytterligare kemikalier såsom mineralsyra. Från miljösynpunkt är det att märka, att i motsats vad som sker i hydrolysprocessen uppstår inget skad- ligt avfallsvatten eller annat avfall. Också ur cellulosafram- ställningens synvinkel är avskiljningen av polysackariderna vid cellulosakokets begynnelseskede förmånlig, eftersom deras sönderfall i samband med cellulosakoket till sockersyra inte sker utan förbrukning avaenergi;ocfiškdkkémïkáfiianäa Avlägsnandet av kolhydrater från koklösningen är också förmån- ligt från kemikaliernas regenereringssynpunkt, då det frigörs kapacitet i sodapannan, mao. cellulosatillverkningskapaciteten kan höjas.

Uppfinningen beskrivs i det följande med utföringsexempel ge- nom att hänvisa till den bifogade ritningen, som visar en anordning som används vid tillämpandet av uppfinningen.

Exempel Målsättningen med det utförda försöket var att avskilja xylan från björkkokets cirkulationslut genom ultrafiltrering i fab- riksförhållanden. I detta skede av kokningen var kolhydrathal- ten hög, 13,1 g/l, och ligninhalten på basen av en absorbans- mätning låg, A230nm=410. Det motsvarande absorbansvärdet för koklutet vid kokets slutskede skulle vara c. 1800, dvs. endast c. 23% av ligninet har upplösts i detta skede. g 466 152 Ultrafiltreringsanordningen var av typ DDS-25-2, vars membran- yta är 2,25m2 och de använda membranen av typ GR8P och om- kring villken andra anordningar och behållare hade kopplats på det sätt som visas i ritningen.

Cirkulationslutet togs under ett björkkok från förbindelsen mellan nedre ändan av uppsugningstornet och Kamyr-kokarens öv- re ända till behållaren S1.

Behållaren S1 var försedd med en blandare och fungerade som tillsatsbehållare för kemikalier. Från behållaren S1 pumpades lutet med en pump P1 genom tryckfiltret R1 till behållaren S2.

Tryckfiltret var av typ Seitz-Zenith och filtreringsskivor K 150 användes. Också behållaren S2 var försedd med blandare och fr 1n denna behållare togs lut via ytregleringen till UF-modu- lens matarbehållare S3.

Den egentliga UF-modulen omfattade utöver behållaren S3 dessu- tomn enwcirkulationspump,R2,,enwvärmeväxlarewochmen memhanenå* het R2, från vilken anrikningen läts cirkulera tillbaka till behållaren S3. Filtratet avlägsnades ur systemet via en rota- meter F1-7. Modulens matningstryck var under försöken 0,8-0,9 MPa och temperaturen vid cirkuleringen 80-86°C. Cirkulationen genom modulen var 5-8 m3/h.

Tabell 1. Avskiljande av kolhydrater ur björksulfatkoklösning Volym tå-halt torrämne kolhydrater 1) l 9/l kg 9/l kg % av tä Koklösning 190 168 31,9 13,1 2,5 7,8 Ultrafiltrerings- anrikning 37 224 8,3 65,9 2,4 28,9 Ultrafiltrerings- filtrat 150 140 21,4 1,1 0,2 0,9 1) kolhydrathalten bestämdes vätskekromatografiskt efter total hydrolys (med svavelsyra). j46e 152 _” ¿ Ur tabellen framgår; att volymen av ultrafiltreringsanriknin- gen som innehåller 96% av kolhydraterna år 19% av den ur- sprungliga och man kan se, att 76% av torrämnet har övergått till ultrafiltreringsfiltratet innehållande i huvudsak sådana cellulosaprocessens kokkemikalier som kan regenereras.

Kolhydraternas sammansättning i ultrafiltreringsfiltratet ges i tabell 2. ' Tabell 2. Ultrafiltreringsanrikningens kolhydratsammansätt- ning Mannos 0,2% Glukos 0,3% Ramnos 0,8% Arabinos 2,4% Galaktos 3,0% Xylos 93,3% Eftersom ultrafiltrering inte i väsentlig grad förändrar kol- hydratsammansättningen (kontrollerat genom mätningar), kan man genom att jämföra med uppgifterna i tabell 1 konstatera, att genom ultrafiltrering av cirkulationslösflingen vid ett björk- kok, fick man lösningens torrämnes xyloshalt att stiga från 7% till 27%, medan den hanterade lösningsmängdens volym samtidigt minskade från 190 liter till 37 liter.

Claims (5)

466 152 PATENTKRAV
1. l. Förfarande för tillvaratagande av i trä ingående lösliga kolhydrater, i vilket förfarande de tillvaratagna kolhydraterna som ingår i träet som skall kokas till cellulosa bringas till en lösning, från vilken de avskil- jes, och i vilket förfarande träets behandling därefter fortgår som en alkalisk kokprocess av cellulosa, k ä n n e t e c k n a t därav, att tillvaratagandet av kolhydraterna utförs i begynnelseskedet av cellulosans kokprocess medan koklösningens temperatur är 100-l70°C genom att leda koklösningen, där polysackaridhalten är hög och halten av polymert lignin låg, till ett ultra- filter, som från den avskiljer kolhydraterna, och genom att returnera den filtrerade lösningen tillbaka till cellulosakoket.
2. 2. f Förfarande enligt patentkravet,I;, k äfn:nfie;t@egc-k,-«- n a t därav, att avskiljningen av kolhydraterna sker i ett skedezdå koklösningens temperatur äri_området 120-l60°C.
3. 3. Förfarande enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k - n a t därav, att avskiljningen av kolhydraterna sker i ett skede då koklösningens temperatur är i området 140-l50°C.
4. 4. Förfarande enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att avskiljningen av kolhydraterna sker i ett sådant skede, då åtminstone 8 % av träets ursprungliga torrämne föreligger i lösningen som lösta kolhydrater.
5. 5. Förfarande enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att avskiljningen av kolhydraterna sker i ett sådant skede, då det i lösningen finns lignin högst 15 % räknat ur träets ursprungliga torrämnesmängd.