TWI409273B - 濃酸處理部、濃酸處理方法、植物資源相分離系統變換裝置及變換方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關一種植物資源相分離系統變換裝置及變換方法、使用於該變換裝置及變換方法的濃酸處理部及濃酸處理方法,該植物資源相分離系統變換裝置及變換方法可從木質纖維素(lignocellulose)系複合材料之植物資源分離回收醣類與木質素酚(lignophenol)衍生物。
為了有效地將植物資源利用為石油的替代工業原料,必須要將植物資源作為分子素材予以活用,而重要的是要在能有效利用分子功能的狀態下有效率地分離在分子等級經高度複合化之植物體的各構成成分。
例如,木材為構造與性質完全不同之碳水化合物與木質素(lignin)的複合體。就將木材分離成碳水化合物與木質素之兩種成分的手法而言,提案有有機溶劑法與溶劑分解(solvolysis)法等,而就前處理法而言,提案有爆碎法、自動水解(autohydrolysis)法等。可是,藉由這些方法進行成分分離需要高能量,而且無法完全進行分離。這是因為在細胞壁中,碳水化合物與木質素複雜地交纏在一起的緣故。再者,在上述分離手法中,在附加高能量時木質素會大幅變質,使之後的利用變得困難。
因此,為了達成不破壞木質素原本的特性且能完全進行成分分離,必須要依照各個構成素材設定最適當的環境,並在低能量條件下解開兩者的纏繞。
在分子等級破壞木材組織構造的一個方法係為藉由硫酸進行的處理。例如藉由濃硫酸處理令纖維素膨潤並進一步產生部分的水解以及溶解,結果使細胞壁構造被破壞。藉由濃硫酸進行的木材水解手法,在技術層面上幾乎已經完全確定,而且在成分分離的意義上是完美而便宜的方法。
可是,作為以完全利用木材的成分分離手法而言,藉由濃硫酸進行的木材水解手法,有著因縮合導致木質素不活性化的重大缺點。這種高縮合木質素由於分子剛硬,一般而言,難以進行脫聚合或是藉由修飾構造進行活性化,這是目前為止以酸水解為主軸的木材工業無法成立的理由之一。在濃酸處理過程中之木質素的不活性化,係基於反應系統沒有對應木質素之媒質而致者。
有一種將屬於植物體主要構成成分之細胞壁構成成分,亦即,將木質素與纖維素或半纖維素(hemicellulose)等木質纖維素系複合材料以酚(phenol)與濃酸來分離‧衍生物化的方法(例如,參照專利文件1以及2)。
酚衍生物(例如甲酚(cresol))是木質素的良好溶劑,而且其反應性與木質素芳香核(aromatic nucleus)之反應性相似。甲酚與木質素的親和性高,在反應系統中經常與木質素共存。相反的,甲酚與濃酸幾乎不會混合在一起。於是,先以甲酚處理木粉,讓甲酚充分滲透進木粉內部。之後,一面在室溫下激烈攪拌混合物,一面添加與碳水化合物有高親合性的濃酸時,首先纖維素會迅速膨潤,木粉的組織構造會因此而被破壞,纖維素會進一步被水解。由於木質素被不會與濃酸混合的甲酚包圍,故在添加濃酸的時間點可以儘可能地抑制木質素與酸的接觸。透過攪拌使酸混入甲酚中,使酚與木質素的苯甲基位結合而產生木質素酚衍生物。
木質素酚衍生物係包含於甲酚溶液中,此外纖維素的水解物係包含於濃酸溶液中。藉由餾除甲酚的方式,可獲得色彩較MWL(Milled Wood Lignin;磨木木質素)鮮豔且活性更佳的木質素酚衍生物。另一方面,在酸溶液中含有葡萄糖等單醣、寡糖、聚合物等碳水化合物。
雖然在處理過程中木質素會有部分脫聚合,不過該時間點生成的碳離子會因為甲酚而迅速安定下來,使木質素的自聚合受到抑制。處理後,藉由停止攪拌,使反應混合物迅速地分離成甲酚溶液與濃酸溶液。
在像這樣的技術中,為了完全分離木質素與纖維素,使用被稱為相分離系統變換的手法。亦即,預先將木質纖維素系複合材料以酚化合物進行溶劑化(solvation),再讓木質纖維素系材料與酸接觸,藉此,選擇性地將酚化合物相對於酸嫁接到木質素上,並同時利用酸使纖維素膨潤再進行水解使其溶解,讓木質素與纖維素得以分離者。此外,在此等方法中,亦有改善分離效率的技術(專利文獻3)。
再者,於專利文獻2中係揭露,將木質酚使用為成形體的成分,而且即使是在作為成形體之使用結束後,由於木質素酚可溶於有機溶劑,故可再次以有機溶劑回收進行再利用。
專利文獻1:日本國特開平2-233701號公報
專利文獻2:日本國特開平9-278904號公報
專利文獻3:日本國特開2001-131201號公報
在想要藉由伴隨於上述相分離系統變換之構造變換從含木質素材料獲得木質素衍生物時,希望能以某種程度控制木質素衍生物的產率、分子量、酚化合物的導入率等。尤其是,在想要工業性地獲得木質素衍生物與醣類時,必須要有為了使其進行有效率之反應而能夠進行連續處理的植物資源相分離系統變換裝置。
本發明係有鑑於上述問題而研創者,目的在於提供一種植物資源相分離系統變換裝置及變換方法、及使用於該變換裝置與變換方法的濃酸處理部及濃酸處理方法,該變換裝置及變換方法可以在將木質纖維素系材料變換為木質素衍生物與醣類而進行分離時,有效率地從植物資源連續製造並獲得木質素衍生物與經水解之醣類。
經本發明者等不斷銳意研究之結果,在將作為植物資源的木質纖維素系材料分離為纖維素與木質素衍生物時,檢討分離變換所必須之因子,而將焦點放在與屬於與木質素有高親合性之媒質的酚衍生物間的親和步驟,以及與既是來自木質素─纖維素複合體的成分分離媒質同時也是反應媒質之酸性媒質間的接觸步驟,構想出令同時也是反應媒質之酸性媒質與酚吸附原料之混合溶液中的反應在預定溫度下連續進行的裝置構成,以及可以有效率回收藉由此反應所得之衍生物的方法,而完成本發明。
為了達成上述目的,本發明的濃酸處理部係導入以溶劑將來自植物資源之原料脫脂並進一步吸附吸附用酚類而成的酚吸附原料,從該酚吸附原料,送出含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液,該濃酸處理部係具有反應部及攪拌萃取部;反應部係進行下述處理:攪拌混合酚吸附原料與濃酸,令酚吸附原料中所含之纖維素膨潤,使酚吸附原料所含之木質素變換為木質素酚,並進一步使纖維素之一部分水解;攪拌萃取部係進行下述處理:導入從反應部送出之被處理液,並加入萃取用酚類進行攪拌,而將分散於濃酸溶液中的木質素酚溶解萃取至萃取用酚類中。
上述濃酸處理部較宜為以下構成,攪拌萃取部係從萃取用圓筒狀容器的一端側導入由反應部送出之被處理液,且自複數個注入口中選擇適當的一個注入萃取用酚類,以複數個階段擋住容器內之被處理液並於各擋住位置進行攪拌,自複數個液出口中選擇適當的一個送出含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液。
本發明之濃酸處理部較宜為以下構成,反應部係將攪拌初期為高黏性塊狀之酚吸附原料以攪拌葉片之葉片前端與反應器本體內面進行滾軋而予以細分化。再者,本發明之濃酸處理部較宜為以下構成,反應部係具有反應器本體、通過該反應器本體中心而設置的旋轉軸、以高速驅動旋轉該旋轉軸的馬達、以輻射方向設置於旋轉軸且葉片前端為梳齒狀地接近容器內周面的複數個攪拌葉片、設置於反應器本體一端側之酚吸附原料的導入口、以及設置於反應器本體他端側之被處理液的液出口;而為述導入口將上述酚吸附原料導入反應器本體內並加入濃酸進行攪拌混合的攪拌機構造。
本發明之濃酸處理部較宜為以下構成,攪拌機係具有筒軸方向為上下方向之萃取用圓筒狀容器、通過該萃取用圓筒狀容器之中心而設置的旋轉軸、驅動旋轉該旋轉軸的馬達、設置於旋轉軸且外徑接近圓筒狀容器之內面並具有用以流通被處理液之小孔的複數個堰板、位於堰板間且設置於旋轉軸而用以攪拌各堰板間之被處理液的萃取用攪拌葉片、設置於萃取用圓筒狀容器之被處理液的導入口、被選出用以注入萃取用酚類之適當一者的複數個注入口、以及被選出用以送出混合溶液之適當一者的複數個液出口;為了進行單數或複數段處理而具有複數個攪拌機,單數之攪拌機或複數個攪拌機中的最下游側之攪拌機係構成為用以攪拌被處理液與萃取用酚類的攪拌萃取部。
本發明之濃酸處理部較宜為以下構成,攪拌萃取部由攪拌機構成,該攪拌機係具有:筒軸方向為水平方向之萃取用圓筒狀容器、通過萃取用圓筒狀容器之中心而設置的旋轉軸、驅動旋轉該旋轉軸的馬達、為朝筒軸方向並列地設置於萃取用圓筒狀容器內壁之圓環板的複數個堰板、位於各堰板間且設置於旋轉軸而攪拌各堰板間之被處理液的萃取用攪拌葉片、設置於萃取用圓筒狀容器一端之被處理液導入口、設置於萃取用圓筒狀容器中途之萃取用酚溶液注入口、以及以不同高度設置於萃取用圓筒狀容器他端之用以送出混合溶液的複數個液出口。
本發明之植物資源相分離系統變換裝置,包括:原料前處理部,以溶劑將來自植物資源之原料脫脂並進一步作成吸附吸附用酚類而成的酚吸附原料;濃酸處理部,為上述任何一者之構成;回收部,針對在濃酸處理步驟被精製的含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液,利用酚溶液與濃酸溶液的比重差,液液分離成含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液並回收至個別的槽。
本發明之濃酸處理方法,係導入以溶劑將來自植物資源之原料脫脂並進一步吸附吸附用酚類而成的酚吸附原料,且從酚吸附原料,送出含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液,該濃酸處理方法係具有反應部及攪拌萃取部;反應部係進行下述處理:將酚吸附原料導入至具有其葉片前端靠近反應器本體內面而進行旋轉之攪拌葉片的反應器本體,並添加濃酸予以攪拌混合,以攪拌葉片之葉片前端與反應器本體內面將攪拌初期為高黏性塊狀的酚吸附原料予以滾軋並細分化,同時令酚吸附原料中所含之纖維素膨潤,使酚吸附原料中所含之木質素變換為木質素酚,並進一步使纖維素的一部分水解;攪拌萃取部係進行下述處理:導入從反應部送出之被處理液,並加入萃取用酚類進行攪拌,而將分散於濃酸溶液中的木質素酚溶解萃取至萃取用酚類中。
本發明之植物資源相分離系統變換方法,包括下列步驟:原料前處理步驟,係於原料前處理部收容植物資源並添加溶劑進行攪拌而進行脫脂成為脫脂原料,再於該脫脂原料中添加酚類進行攪拌以成為酚吸附原料;濃酸處理步驟,具有反應部與攪拌萃取部,反應部係進行下述處理:將酚吸附原料導入至具有其葉片前端靠近反應器本體內面而進行旋轉之攪拌葉片的反應器本體,並添加濃酸而攪拌混合且藉由攪拌葉片之葉片前端將攪拌初期為高黏性塊狀且附著於反應器本體內面的酚吸附原料予以壓潰,藉此令酚吸附原料中所含之纖維素膨潤,使酚吸附原料中所含之木質素變換為木質素酚,並進一步使纖維素的一部分水解;攪拌萃取部係進行下述處理:導入從反應部送出之被處理液,並加入萃取用酚類進行攪拌,而將分散於濃酸溶液中的木質素酚溶解萃取至萃取用酚類中;回收步驟,係針對在濃酸處理步驟被精製的含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液,為利用酚溶液與濃酸溶液的比重差,液液分離成含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液並回收至個別的槽。
根據本發明之濃酸處理部以及濃酸處理方法,具有反應部與攪拌萃取部,在反應部中係進行下述處理:攪拌混合酚吸附原料與濃酸,令酚吸附原料中所含之纖維素膨潤,使酚吸附原料中所含之木質素變換為木質素酚,並進一步使纖維素的一部分水解;在攪拌萃取部中係進行下述處理:導入從反應部送出之被處理液,並加入萃取用酚類進行攪拌,而將分散於濃酸溶液中的木質素酚溶解萃取至萃取用酚類中;因此,可圓滑地從酚吸附原料生成含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液。
根據本發明之植物資源相分離系統變換裝置,由於採用上述濃酸處理部,因此可從屬於植物資源之木質纖維素系材料,連續萃取有用之木質素酚等木質素衍生物並分離出糖。
根據本發明之植物資源相分離系統變換裝置,由於採用上述濃酸處理部,故能以預定溫度連續地處理下述步驟:以濃酸水解屬於植物資源之木質纖維素系材料,再添加萃取用酚類令其連續反應之步驟;可以在能量消耗較少的常溫下連續且有效率地製造有用的木質素酚等木質素衍生物以及糖。
以下,根據圖式詳細說明本發明之實施例。
如第1圖所示,植物資源相分離系統變換裝置1係由原料前處理部2、濃酸處理部3、回收部4所構成。
原料前處理部2係具有攪拌乾燥釜10,在此攪拌乾燥釜10中供給例如經過自然乾燥之屬於木質纖維素複合體的木粉或草花、紙漿等來自植物資源的原料(以下僅稱為原料)15,同時供給甲酚等吸附用酚類13與丙酮、乙醇等溶劑14而令原料15中的木質素藉由吸附用酚類13進行溶劑化,以生成酚吸附原料16。所謂酚吸附原料,係定義為令酚類浸透至木質纖維素藉此使木質素成為被酚溶劑化之狀態的原料。在酚為甲酚時,稱為甲酚吸附木粉。
濃酸處理部3係具有水平形之反應部20與豎形之攪拌萃取部25,在此反應部20供給於原料前處理部2生成之酚吸附原料16,同時,從濃酸供給部21經由送液幫浦30供給並攪拌濃酸21A而對酚吸附原料16進行濃酸處理而作成液體與固形物之混合溶液(以後,特別將此階段的混合溶液稱為被處理液),再將被處理液導入攪拌萃取部25,在此添加萃取用酚類33而進行攪拌,並送出含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液。
攪拌萃取部25係將由反應部20所送出的被處理液從萃取用圓筒狀容器25A的一端側予以導入,且選擇複數個注入口25H的適宜之一者而注入上述萃取用酚類,以複數階段擋住容器內之被處理液並在各擋住位置進行攪拌,選擇複數個液出口25I的適宜之一者而將含有木質素酚衍生物的酚溶液與含有纖維素水解物的濃酸溶液之混合溶液予以送出。
回收部4係具有液液分離萃取器40,於該液液分離萃取器40導入濃酸處理步驟所精製的含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液,利用酚溶液與濃酸溶液的比重差,將含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液進行液液分離並回收至個別的槽。
以下,依序說明原料前處理部2、濃酸處理部3、以及回收部4的各部構成。
如第1圖所示,原料前處理部2係以包含攪拌乾燥釜10之方式構成。攪拌乾燥釜10係具有對原料進行攪拌乾燥之釜本體10A、以送出管10B連接在釜本體10A底部的儲存部10C、釜本體10A內所具備的攪拌葉片(未圖示)、以及驅動攪拌葉片的驅動源(未圖示)。再者,攪拌乾燥釜10係於上部連接有供給原料(木粉)之原料供給進料器11、以及屬於用以供給吸附用酚類13與溶劑14之導入口的藥劑供給部12;於下部設置有藥劑回收部17。
在此的酚類之供給係為了進行酚吸附。酚吸附係為了藉由以酚將木質素進行溶劑化的方式來抑制木質素與酸的接觸頻率,以及在木質素與酸接觸時,令酚嫁接到木質素反應活性最高的苯甲基位,令其安定化並且提升酚活性。
在此的酚類供給量係為用以將木材粉體所含之木質素合成為木質素酚衍生物所必要的量,而與溶劑一起使用。
要是盡可能以最少之酚使用量直接含浸於脫脂木粉時,會因為液量少而出現不均勻的情形。在此,將酚溶於可充分浸泡木粉之量的丙酮後,添加脫脂木粉,攪拌後將丙酮餾除。藉由以這樣的方式進行,可盡可能減少酚的使用量且進行均勻的含浸。
木質素酚衍生物係為具有使酚衍生物結合在苯丙烷骨架之C1(苯甲基位)的1,1-雙(芳基)丙烷-2-氧-芳基乙醚(1,1-bis(aryl)propane-2-o-aryl ether)型構造的化合物。
作為酚類,亦可使用1價、2價、以及3價之任何一者的酚。由木粉所含之木質素與酚衍生物合成的木質素酚衍生物之疏水性,係以木質素單酚(ligno monophenol)衍生物(1價的酚)的疏水性為最高。作為1價的酚,可舉出酚、甲酚等之烷基酚、甲氧基酚、以及萘酚。因此,在疏水性成形體之合成使用的1價酚較宜使用甲酚。
在攪拌乾燥釜10投入原料(在此使用經自然乾燥的木粉。)15與溶劑(在此使用丙酮。)14後進行攪拌。藉此,原料15被去除油脂份。之後,於攪拌乾燥釜10投入由吸附用酚類(在此使用甲酚。)13與溶劑14構成的溶液後,再進行攪拌。藉此,原料15中的木質素係藉由吸附用酚類被溶劑化。此時,為了充分吸附甲酚,原料15的大小較宜為20至80網目(mesh)左右,更宜為20至60網目左右。
之後,藉由餾除丙酮的方式可獲得吸附有酚類的木粉,亦即酚吸附原料16。
藉由攪拌乾燥釜10中所使用之藥劑回收部17回收的回收藥劑(使用後的溶劑與吸附用酚類)18係可分離精製進行再利用。藉此,可削減溶劑14的使用量。
濃酸處理部3係在供給於原料前處理部2生成之酚吸附原料16的同時,從濃酸供給部21經由送液幫浦30供給並攪拌濃酸21A而將酚吸附原料16以濃酸處理而成為液體與固形物之混合溶液(以後,特別將此階段的混合溶液稱為被處理液)。
此濃酸處理部3係具有:反應部20,係導入在攪拌乾燥釜10處理後藉由送出通路19送出的酚吸附原料16;濃酸供給部21,係儲存濃酸(例如濃硫酸)並供給一定量濃酸至反應部20;攪拌緩衝槽22,係導入於反應部20所處理並送出之液體與固形物的被處理液且進行所需時間之攪拌;以及攪拌萃取部25,係將從攪拌緩衝槽22送出之被處理液予以導入且導入萃取用酚類而進行攪拌,成為含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液。
如第2圖所示,反應部20係具有:反應部本體20A;馬達20D;旋轉軸20B,藉由馬達20D進行旋轉;壓送用葉片20J及攪拌葉片20C,係固定於旋轉軸20B;酚吸附原料的入口20E及被處理液的出口20G;以及濃酸的注入口20F。
在反應部20,藉由入口20E供給攪拌乾燥釜10所處理而送出之酚吸附原料16,並同時藉由注入口20F經由送液幫浦30供給儲存於濃酸供給部21之濃酸21A。作為濃酸者,例如,較宜使用65至72重量百分比濃度之濃硫酸。另外,亦可儲存以複數個攪拌乾燥釜10個別處理過的酚吸附原料16,並回收酚吸附原料16再一起投入給料斗(hopper)而經由給料斗供給至反應部20。
反應部20係藉由攪拌葉片20C的旋轉攪拌從入口20E流入本體部20A內的酚吸附原料16、以及從注入口20F流入本體部20A內的濃酸21A,使酚吸附原料(酚吸附木粉)16成為以濃酸21A水解之液體與固形物混合狀態的被處理液。將攪拌葉片20C之葉片前端20C’與反應器本體20A之內周面的間隙q設定為較小,例如為1mm。這是為了要以上述攪拌葉片之葉片前端與反應器本體20A將攪拌初期為高黏性塊狀之上述酚吸附原料進行滾軋而細分化之故。
在反應部20之本體部20A的周圍,係具備具有冷卻水入口20H以及冷卻水出口20I的冷卻機構,冷卻機構係將從冷卻單元(chiller unit)36(參照第1圖)送出之冷卻水由冷卻水入口20H導入並使其於冷卻機構內部流通後從冷卻水出口20I流出,藉由此方式使本體部20A冷卻至20℃以上未滿40℃的溫度。將水解時的溫度定於20℃以上未滿40℃,係由於反應在40℃以上會過快而不適宜,此外較20℃低時,由於屬於酚吸附原料16與固形份之混合溶液的
被處理液會出現黏度增加或固化的情形而不適宜。
反應部20係將酚吸附原料16與濃酸21A進行攪拌並令其反應後,使酚吸附原料16所含之纖維素膨潤。藉此,混合液在攪拌初期會增加黏性。膨潤的纖維素係藉由濃酸21A被水解,藉此,降低混合液的黏性。由於反應部20在本體部20A具有以馬達20D旋轉的攪拌葉片20C,因此促進酚吸附原料16與濃酸21A的反應,提升初期揉捏(kneading)效率。
藉此,在反應部20中,被攪拌的酚吸附原料16係藉由濃酸21A水解,另一方面,從酚吸附原料16分離出的木質素係於具活性之側鏈苯甲基位進行酚化而變換為木質素酚。
反應部20係在經濃酸處理之酚吸附原料達預定處理量時,打開開關閥20J而予以送出至攪拌緩衝槽22。如第4圖所示,攪拌緩衝槽22係包含槽本體(容器,無元件符號);以及於槽本體內之入口22A、出口22B、液面感應器22C、溫度調節器22D。溫度調節器22D係具備例如加熱用加熱器,並調節為上述20℃以上未滿40℃左右的溫度。
攪拌緩衝槽22係將從反應部20送出之被處理液通過入口22A儲存於槽本體內,並以液面感應器22C監視該被處理液之液面,同時,以溫度調節器22D將被處理液維持在一定的溫度。
如第1圖所示之送液幫浦31係將儲存於攪拌緩衝槽22之槽本體內的屬於由酚吸附原料26以及濃酸21A所構成之揉捏物的固液混合溶液以恆常地保持在一定液面的方式經由出口22B連續送出至攪拌萃取部25。
藉此,攪拌緩衝槽22係達到可有效防止在低溫的情形等於配管內部產生固液混合溶液的固化的目的。
如第1圖所示,送液幫浦31係將攪拌緩衝槽22內的被處理液連續送出至攪拌萃取部25。此外,送液幫浦32係經由開關閥33B將儲存於槽33A之萃取用酚類(甲酚)33送出至攪拌萃取部25。萃取用酚類33係為用以萃取變換自木質素而存在於濃酸處理液中之木質素酚的溶劑。
如第5圖所示,攪拌萃取部25係包含:屬於上下較長之筒狀容器的混合容器25A;及在容器內進行攪拌的攪拌機構25B。
混合容器25A係由支架25C所支撐。攪拌機構25B係具備藉由設置於混合容器25A外部之馬達25D所驅動之旋轉軸25E。在旋轉軸25E,係從其上部側至下部側交互配設有複數個旋轉葉片(萃取用攪拌葉片)25F以及複數個間隔板(堰板)25G。
如第6圖所示,間隔板(堰板)25G係為具有複數個孔25L的圓板形狀,且具有在與圓筒軸線垂直之面將混合容器25A之圓筒空間幾乎完全塞住構造。孔25L的大小與數量可因應進行硫酸處理之酚吸附原料16的種類進行設定。旋轉葉片25F與間隔板25G係使用不會溶解於濃酸或酚類的材料。旋轉葉片25F的材料可使用氟樹脂等。
如第5圖所示,攪拌萃取部25係具備複數個注入口25H與複數個出口25I,並對應於各出口25I具備開關閥25J(參照第1圖)。
複數個注入口25H係以遍佈從混合容器25A的上部至下部的區域之方式進行設置。關於複數個注入口25H,例如,用以將由攪拌緩衝槽22送出之被處理液(酚吸附原料16以及濃酸21A的混合溶液)從最下部注入口25導入,中段以及上部側之注入口25H的任一者係用以注入萃取用酚類33。
攪拌萃取部25係藉由以馬達25D旋轉旋轉葉片25F,如第1圖所示,對從混合容器25A之下部注入口25H所導入之經濃酸處理過的酚吸附原料16與萃取用酚類進行攪拌,同時,如第6圖所示,使其透過間隔板25G的孔25L依序流通過混合容器25A上部側之間隔板25G的孔25L。
攪拌萃取部25在選擇最下部以外之注入口25H導入萃取用酚類33時,所選擇之注入口25H的位置位於越上部則從最下部導入之酚吸附原料16以及濃酸21A上升到達為止的時間需要越多。在經過此到達時間的過程中,酚吸附原料16以及濃酸21A的反應會繼續進行。因此,可以控制藉由萃取用酚類33進行之木質素酚萃取前的酸處理時間,提高分解效率。例如在原料為木材的情形,為了加長酸處理時間以促進分解,只要從上部側注入口25H導入萃取用酚類33即可。此外,在原料為草木與紙漿,酸處理於反應部20充分進行的情形,只要從較靠近下部側的注入口25H導入萃取用酚類33即可。
在攪拌萃取部25,係以遍及從混合容器25A的上部至下部的區域之方式設置有複數個注入口25H,同時,設置有複數個出口25I。由於分別具有複數個注入口25H與出口25I,故可依據所處理之生質(biomass)材料(原料15),選擇注入口25H與出口25I,而可控制木質素酚萃取前之酸處理時間與木質素酚萃取時間。亦即,由於具有許多注入口25H與出口25I,注入口25H之選擇與出口25I之選擇的組合可以有很多種,而可以精細控制整體的反應時間。例如,在草本等情形,只要從低注入口25H注入萃取用酚類33,之後再從中段下方的出口25I排出處理液,就可以縮短整體的處理時間。
在攪拌萃取部25中,由於在注入萃取用酚類33前為止,於攪拌乾燥釜10混合之吸附用酚類已經與被處理液中的木質素結合成為木質素酚,因此以吸附用酚類形式存在的形態變得極少,處於酚類幾乎不以溶劑之形式存在的狀態,木質素酚係不溶於濃酸而被包圍。於是,在攪拌萃取部25,添加萃取用酚類33來萃取木質素酚。在攪拌萃取部25內注入萃取用酚類33時,萃取用酚類33係藉由攪拌得以接觸並溶解被濃酸包圍的木質素酚,而可從濃酸萃取出來。
在攪拌萃取部25中,在注入萃取用酚類33後,成為由木質素酚與酚類構成之液、以及由濃酸與被濃酸分解後的纖維素等構成之碳水化合物液的混合液。
藉此,攪拌萃取部25係從萃取用圓筒狀容器25A的一端導入由反應部20送出之被處理液,且自複數個注入口25H中選擇適當的一個注入上述萃取用酚類,以複數階段擋住容器內之被處理液並於各擋住位置進行攪拌,自複數個液出口25I中選擇適當的一個送出含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液。
如上述,攪拌萃取部25係將從攪拌緩衝槽22送出之被處理液與萃取用酚類(甲酚)33進行攪拌,成為含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液。攪拌萃取部25係以預定時間攪拌酚吸附原料16與萃取用酚類33後,通過打開的開關閥25J,如第1圖所示,以送液幫浦35將在攪拌萃取部25處理過的混合溶液送出至後述之回收部4的液液分離萃取器40。
如第1圖所示,回收部4係以包含液液分離萃取器40、酚溶液回收槽44、濃酸溶液回收槽45之方式構成。
如第7圖所示,液液分離萃取液40係例如包含由玻璃或樹脂等構成之密閉構造的縱長筒狀容器40a。在筒狀容器40a的最上部設置有木質素層以及濃酸層之原料供給口40b,在上部設置有複數個輕液排出口40c,在下部設置有重液排出口40d。
在液液分離萃取器40中,屬於輕液之木質素層(由木質素酚與萃取用酚類33構成的層)42被分離至上方,屬於重液之濃酸層(含有由藉由濃硫酸分解後之纖維素等構成之碳水化合物的層)43被分離至下方。木質素層42從複數個輕液排出口40c被迅速萃取出來,收容至酚溶液回收槽44。
另一方面,沉澱至下方而屬於重液之濃酸層43可從液液分離萃取器40下部的重液排出口40d(或下方旋塞(cock))回收至濃酸溶液回收槽45。藉由將此濃酸層43進一步繼續進行稀釋液處理,可將該濃酸層43所含之碳水化合物變換成作為工業原料有用的醣類。
根據與本發明之實施例有關的植物資源相分離系統變換裝置1,能夠以30℃前後的溫度,在短時間進行連續反應,可以將由木質纖維素系複合體構成的植物資源,以低能量在短時間分離為木質素酚與低分子量碳水化合物。
如第8圖所示,植物資源相分離系統變換裝置1A係由原料前處理部2、將從原料前處理部2供給之前處理完畢之原料進行濃酸處理的濃酸處理部3A、以及回收經此濃酸處理部3A分離後之木質素酚的回收部4所構成。在第2實施例中,與第1圖所示之植物資源相分離系統變換裝置1的不同點係為濃酸處理部3A的構成。
濃酸處理部3A係構成為包含反應部20、濃酸供給部21、第1攪拌緩衝槽22、第1攪拌萃取部23、第2攪拌緩衝槽24、第2攪拌萃取部25、振動反應器26及第3攪拌緩衝槽27。
反應部20的構成由於與第1圖以及第2圖所示之植物資源相分離系統變換裝置1的反應部20具有相同的構造、作用,因此沿用第2圖而省略說明。第1攪拌緩衝槽22、第2攪拌緩衝槽24、第3攪拌緩衝槽27由於與第4圖所示之攪拌緩衝槽22有相同構造、作用,因此沿用第4圖而省略說明。第1攪拌萃取部23由於與第5圖所示之攪拌萃取部25具有相同的構造、作用,因此沿用第5圖而省略說明。
第1攪拌萃取部23係從混合容器的下部入口23H流入經濃酸處理過的酚吸附原料16。在出口23I係設置有開關閥23J。藉此,經濃酸處理過的酚吸附原料16係在第1攪拌萃取部23經預定時間攪拌後,經由開關閥23J導入第2攪拌緩衝槽24。例如,在原料為堅硬木材的情形,可藉由輔助設置第1攪拌萃取部23,增長酸處理時間以促進水解。
在第2攪拌緩衝槽24,於導入經濃酸處理過之酚吸附原料16的同時,經由開關閥33B導入萃取用酚類33。萃取用酚類33係從槽33A供給。經濃酸處理過之酚吸附原料16與萃取用酚類33在第2攪拌緩衝槽攪拌後,經由送液幫浦34送出至第2攪拌萃取部25。
經濃酸處理過的酚吸附原料16與萃取用酚類33係從筒狀容器之下部注入口25H流入第2攪拌萃取部25。
振動反應器26係具有令經濃酸處理過的酚吸附原料16與萃取用酚類33進一步進行反應的功能。
如第9圖所示,振動反應器26係於成為流路之筒狀部26A中插入有超音波振盪器26B,並於筒狀部26A之外周部配置有冷卻用配管26C。藉由此冷卻用配管26C,筒狀部26A內部係冷卻至預定溫度,以抑制木質素與濃酸21A之不必要的變性。此時,冷卻溫度較宜為30℃以下。筒狀部26A內部係藉由從冷卻單元36(參照第1圖)送出之冷卻水進行冷卻。藉由進行超音波處理,可促進為了在後述之回收部4進行液液分離之硫酸層中之碳水化合物的可溶化與木質素酚對由萃取用酚類33構成之溶劑中的可溶化,提升碳水化合物與木質素酚的分離。
以振動反應器26處理過的酚吸附原料16,係在達到預定處理量時經由開關閥26D與第3攪拌緩衝槽27送出至液液分離萃取器40。第3攪拌緩衝槽27係為與第1攪拌槽22相同的構成,具備監視液面的液面感應器與使混合溶液成為一定溫度的溫度調節器。藉此,藉由振動反應器26促進反應的木質素層與濃酸層,係被設成與第1攪拌緩衝槽為相同的預定溫度,並將第3攪拌緩衝槽27的液面恆常地維持為一定,連續送出至液液分離萃取器40。
根據與本發明第2實施例相關之植物資源相分離系統變換裝置1A,能夠以30℃前後的溫度,在短時間進行連續反應。藉此,可以將木質纖維素系複合體所構成的植物資源,以低能量在短時間分離為木質素酚與低分子量碳水化合物。由於如第8圖所示之植物資源相分離系統變換裝置1A相對於如第1圖所示之植物資源相分離系統變換裝置1係追加第1攪拌萃取部23與振動反應器26,因此在使用植物等生質的情形,可有效率地進行例如在針葉樹、闊葉樹等木粉尺寸較大的情形與堅硬木粉的處理。
由於在濃酸處理部3之反應部20、第1攪拌萃取部23、振動反應器26的出口側分別具備第1至3攪拌緩衝槽22、24、27,因此可將屬於由酚吸附原料16以及濃酸21A等所構成的揉捏物之固液混合溶液恆常地維持為一定液面,並且設成預定溫度而在裝置的配管內進行輸送。藉此,可有效防止在低溫時等於配管內部產生之固液混合溶液的固化等狀況。
由於在第1攪拌萃取部23將酚吸附原料16與濃酸21A一起混合,因此可有效促進碳水化合物的水解反應。
在第2攪拌萃取部25可於酚吸附原料16以及濃酸21A的混合溶液添加萃取用酚類33等酚衍生物以萃取木質素酚。此時,藉由在第2攪拌萃取部25設置複數個注入口25H與出口25I,可因應酚吸附原料16的原料或作為目的之木質素酚的種類來控制木質素酚萃取時間等,能夠提升木質素層42與濃酸層43的分離效率。
再者,藉由設置振動反應器26來進一步促進反應,藉此可有效分離木質素層與濃酸層。
如第10圖所示,關於第3實施例之植物資源相分離系統變換裝置1B係由原料前處理部2、將從原料前處理部2供給之經過前處理原料進行濃酸處理過的濃酸處理部3B、以及回收藉由此濃酸處理部3B所分離之木質素酚的回收部4所構成。
如第10圖所示,濃酸處理部3B係構成為於如第8圖所示之第2實施例之濃酸處理部3A的構成附加第1至第3旁路51、52、53。
亦即,濃酸處理部3B係構成為包含反應部20、濃酸供給部21、第1攪拌緩衝槽22、第1攪拌萃取部23、第2攪拌緩衝槽24、第2攪拌萃取部25、振動反應器26、第3攪拌緩衝槽27。濃酸處理部3B復包含:第1旁路51,具有用以將萃取用酚類33不經由第2攪拌緩衝槽24導入第2攪拌萃取部25之注入口25H的開關閥33C;第2旁路52,具有用以將從第1攪拌緩衝槽22送出之被處理液不經由第1攪拌萃取部23導入第2攪拌萃取部25之注入口25H的開關閥54、55;以及第3旁路53,具有用以將從第2攪拌萃取部25送出之混合液不經由振動反應器26導入液液分離萃取器40的開關閥56、57。
在使用第1旁路51時,係藉由關閉開關閥33B並打開開關閥33C,使萃取用酚類33經由開關閥33C導入至第2攪拌萃取部25之注入口25H。在此,在第2攪拌萃取部25之注入口25H為複數個時,萃取用酚類33可從中部至上部的導入口注入。
在使用第2旁路52時,係藉由關閉開關閥54並打開
開關閥55,可與來自反應部20的被處理液一起注入萃取用酚類33至第2攪拌萃取部,進行木質素酚的萃取。根據像這樣的構成,在植物資源為草本或紙漿等原料的情形,可以進一步縮短處理時間。
在使用第3旁路53時,係藉由關閉開關閥57並打開開關閥56,可將第2攪拌萃取部25中的處理液送出至液液分離萃取器40。根據像這樣的構成,在植物資源為草本或紙漿等原料的情形,可以進一步縮短處理時間。
在植物資源相分離系統變換裝置1B中,在使用第2旁路52與第3旁路53兩者時,濃酸處理部3B係由反應部20、第1攪拌緩衝槽22、第2攪拌萃取部25所構成;植物資源相分離系統變換裝置1B係與第1圖之植物資源相分離系統變換裝置1為相同的構成。
根據植物資源相分離系統變換裝置1B,藉由因應植物資源使用第2旁路52與第3旁路53,則不論植物資源是木材、草木或紙漿,皆能以單獨裝置進行處理。此外,藉由酸處理或萃取用酚類33所進行木質素酚之萃取的處理時間,可因應植物資源改變。
如第11圖所示,與第4實施例相關之植物資源相分離系統變換裝置1C與第1圖所示之植物資源相分離系統變換裝置1相比,其不同點僅在於附加有振動反應器26。附加振動反應器26係為了提升分離效率;振動反應器26係與第2實施例相關之植物資源相分離系統變換裝置1A所示之振動反應器26相同。
如第12圖所示,關於第5實施例之植物資源相分離系統變換裝置1D係具有原料前處理部2A、濃酸處理部3C、以及回收部4。原料前處理部2A係具備攪拌乾燥釜10、以及原料供給進料器11。濃酸處理部3C係具備反應部20、以及攪拌萃取部28。回收部4係具有液液分離萃取器41、酚溶液回收槽44、以及濃酸溶液回收槽45。
植物資源相分離系統變換裝置1D係依照以下第1步驟至第5步驟進行植物資源之相分離系統變換處理。
第1步驟(原料前處理步驟):在攪拌乾燥釜10,於來自植物資源的原料(粉體)添加溶劑(例如丙酮)並進行攪拌後脫脂成為脫脂原料,再於該脫脂原料添加酚類(例如甲酚)13並進行攪拌成為酚吸附原料16。
第2步驟(濃酸處理步驟):在反應部20,於酚吸附原料16添加從濃酸供給部21所供給之濃酸(例如濃硫酸)21A並進行攪拌混合而令酚吸附原料16中所含的纖維素膨潤,而進行使酚吸附原料16所含的木質素轉變成為木質素酚的變換,再者,進行水解一部分纖維素的處理,並將此作為被處理液送出。在此步驟中,為了避免纖維素伴隨膨潤呈現高黏性而附著至揉捏機本體之內周面成為妨礙旋轉葉片旋轉的狀態,而以使葉片前端接近揉捏機本體之內周面而將附著於揉捏機本體之內周面的纖維素削落的方式,令旋轉葉片以高速旋轉而在短時間使纖維素膨潤。
第3步驟(酚處理步驟):在攪拌萃取部28,導入從反應部20送出的被處理液並予以攪拌,令其進行纖維素的水解與木質素變換至木質素酚的變換,之後添加萃取用酚類(例如甲酚)33繼續攪拌以進行將木質素酚萃取至上述萃取用酚類中的處理,藉此,送出含有纖維素水解物之濃酸溶液與含有木質素酚衍生物之酚溶液的混合溶液。在此步驟中,由於在攪拌萃取部28內具備由堰板所構成的壩(dam),故可確保於攪拌萃取部內注入萃取用酚類33前之滯留時間(用以分解纖維素的攪拌時間),同時,也可確保注入後之滯留時間(萃取木質素酚衍生物的攪拌時間),藉此,即使植物資源有所不同亦可確保與其對應之適當的處理時間,能夠活用關於木質素酚衍生物之分子功能使其維持在可進行工業利用之形態進行回收。
第4步驟(液液分離步驟):在液液分離萃取器40A,將從攪拌萃取部28送出的混合溶液,進行液液分離為含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液。
第5步驟(溶液回收步驟):從液液分離萃取器40A將含有木質素酚衍生物之酚溶液回收至酚溶液回收槽44,同時,將含有纖維素水解物之濃酸溶液回收至濃酸溶液回收槽45。
以下,進行詳細說明。
如第1圖所示,攪拌乾燥釜10係具備對原料進行攪拌乾燥之釜本體10A、以送出管10B連接在釜本體10A底部的儲存部10C、釜本體10A內所具備的攪拌葉片(未圖示)、以及驅動攪拌葉片的驅動源(未圖示)。
攪拌乾燥釜10係於釜本體10A之上部具有原料供給口10D、溶劑供給口12A、以及酚類供給口12B;於釜本體10A之下部具有藥液回收口17;再者,於儲存部10C具有送出通路19。
在原料供給口10D連接有原料供給進料器11。原料供給進料器11係儲存有將屬於木質纖維素系複合材料之木、草花、稻草、竹、或是此等之紙漿預先乾燥進行細粉處理而成之來自植物資源的粉體A作為原料,並使用螺桿旋轉方式的粉體供給進料器,以供給量為一定的方式供給來自植物資源的粉體A。關於木粉的大小,為了提高反應速率,較宜為20至60網目以下。
在溶劑供給口12A,連接有未圖示之溶劑供給裝置。溶劑供給裝置儲存有丙酮或是乙醇等溶劑,相對於來自原料供給進料器11之原料供給量供給一定比例之供給量的溶劑。
在酚類供給口12B,連接有儲存例如間甲酚(m-cresol)或是對甲酚(p-cresol)等酚類的酚類供給裝置6。酚類供給裝置6係儲存有酚類,在結束脫脂處理後,相對於來自原料供給進料器11之原料供給量供給一定比例之供給量的酚類。
另外,於吸附所使用的酚類與於萃取所使用的酚類可使用不同者。
在此之酚類的供給係為了吸附酚者。酚吸附係為了藉由以酚將木質素進行溶劑化來抑制木質素與酸的接觸頻率,以及在木質素與酸接觸的情形,令酚嫁接到木質素反應活性最高的苯甲基位,在令其安定化的同時提升酚活性。
在此的酚類供給量係為用以將木材粉體所含之木質素合成為木質素酚衍生物所必要的量,而與溶劑一起使用。
要是盡可能以最少之酚使用量直接含浸脫脂木粉,則會因為液量少而出現不均勻的情形。在此,將酚溶於可充分浸泡木粉之量的丙酮後,添加脫脂木粉,攪拌後將丙酮餾除。以這樣的方式進行,可盡可能減少酚的使用量且進行均一之含浸。
木質素酚衍生物係為具有使酚衍生物結合在苯丙烷骨架之C1(苯甲基位)的1,1-雙(芳基)丙烷-2-氧-芳基乙醚型構造的化合物。
作為酚類,亦可使用1價、2價、以及3價之任何一者的酚。由木粉所含之木質素與酚衍生物合成的木質素酚衍生物之疏水性,係以木質素單酚衍生物(1價的酚)的疏水性為最高。1價的酚可舉出酚、甲酚等之烷基酚、甲氧基酚、以及萘酚。因此,在疏水性成形體之合成使用的1價酚較宜使用甲酚。
另外,亦可為設置有溶劑供給口12A與酚類供給口12B之任一者,並連接未圖示之溶劑供給裝置以及未圖示之酚類供給裝置,形成共通使用的構成。
在藥液回收口17,連接有未圖示之溶劑回收槽。此溶劑回收槽係通過藥液回收口17回收取得脂質份後的溶劑;其中,該取得脂質份之溶劑為:用以進行原料脫脂處理而供給至釜本體10A之溶劑藉由與原料進行攪拌而成為取得原料中所含之脂質份的狀態。所回收的溶劑,係將脂質份分離後進行精製而再利用。藉此,可削減溶劑的使用量。
藉由以上的構成,關於攪拌乾燥釜10,作為原料前處理步驟者,係於釜本體10A中,攪拌以一定比例連續供給之經乾燥之來自植物資源的粉體原料與溶劑,而對粉體原料進行脫脂處理生成脫脂原料,接著,以包含以一定比例供給至脫脂原料的酚類之方式進行攪拌,進行前處理為酚吸附原料,並將酚吸附原料儲存於儲存部10C。
在此,酚吸附原料係指藉由將酚類浸透至木質纖維素複合體而使木質素成為被酚溶劑化之狀態的原料,在酚為甲酚的情形,稱為甲酚吸附木粉。
如第13圖所示,反應部20係具有反應器本體20A、馬達20D、旋轉軸20B、壓送用葉片20J、酚吸附原料的入口20E及被處理液的出口20G、以及濃酸的注入口20F。
反應器本體20A係形成圓筒狀,筒心為水平並於筒心方向之一端具有酚吸附原料的入口20E且於筒心方向之他端具有被處理液的出口20G。旋轉軸20B係通過反應器本體20A的中心並藉由馬達20D進行旋轉。
壓送用葉片20J係位於較攪拌用葉片20C更上游側,藉由被固定於該旋轉軸20B對應於入口20E之部分並以馬達20D進行旋轉,達到將酚吸附原料16與濃酸21A壓送往軸方向的功用。相對於此,設置於較攪拌葉片20C更下游側之金屬製圓環狀的堰板20K,係縮小作為被處理液通路之攪拌葉片20C的旋回空間,對被處理液賦予流通抵抗,使被處理液停留在攪拌葉片20C的旋回空間,達到稍微抑制短時間流通(short pass,意指立刻通過)的功用。
如第3圖所示,攪拌葉片20C係以例如在該旋轉軸20B的周圍成為4等分配置(每隔90度配置)的方式具有4個並銲接於通過反應器本體20A中心的旋轉軸20B。攪拌葉片20C係從旋轉軸20B朝放射方向延伸,葉片前端20C’為疏齒形狀,且葉片前端20C’與反應器本體20A內周面為接近狀態,同時,一個攪拌葉片的葉片前端20C’與其他攪拌葉片的葉片前端20C’呈鋸齒型排列而互相偏離,而以高速旋轉達成攪拌酚吸附原料與濃酸的功用。濃酸21A的注入口20F係相鄰於壓送葉片20J而設置於反應器本體20A。
將攪拌葉片20C之葉片前端20C’與反應器本體20A之內周面的間隙q設定為較小,例如為1mm,係為了要以上述攪拌葉片之葉片前端與反應器本體20A將攪拌初期成為高黏性塊狀之上述酚吸附原料予以滾軋而細分化。詳細敘述的話,於酚吸附原料添加濃酸(具體而言較宜使用濃硫酸。)進行攪拌混合時,纖維素會膨潤而提高黏性。由於高黏性之纖維素附著在反應器本體20A的內周面而使膜厚大幅增加後,會對攪拌葉片20C旋轉造成很大的影響,因此藉由縮小間隙q,阻止纖維素在反應器本體20A之內周面的膜變厚,確保攪拌葉片20C的高速旋轉,而能夠具有高攪拌力與揉捏力而以短時間之攪拌有效地令纖維素膨潤。
反應部20係導入酚吸附原料16,將該酚吸附原料16與濃酸21A攪拌混合令酚吸附原料16中所含的纖維素膨潤,並令酚吸附原料16中所含的木質素進行成為木質素酚的變換,再者,進行令一部分纖維素水解的處理,作為被處理液予以送出。木質素成為木質素酚的變換係為藉由酚類使酚吸附原料中所含之木質素的側鏈苯甲基位進行酚化而形成木質素酚衍生物的反應。
在反應部20,壓送用葉片20J係負責令酚吸附原料16送往軸方向,攪拌葉片20C係負責酚吸附原料16與濃酸21A的攪拌混合。此攪拌混合必須將反應溫度維持在20℃至40℃的範圍內,而附設有溫度調節手段。溫度調節手段係由以包住反應器本體20A之方式所設置的水套(water jacket)20L、設置於水套20L的冷卻水入口20H與冷卻水出口20I、以及第1圖所示之冷卻單元36所構成,冷卻單元36供給的冷卻水係進行通過冷卻水入口20H,在水套20L循環並通過冷卻水出口20I,而回到冷卻單元36的循環(參照第12圖)。關於溫度調節手段,由於在夏天會因反應熱高於20℃至40℃因此要進行冷卻,不過由於寒冷期會變得比20℃至40℃低因此要流通溫水以代替冷卻水,以加溫到反應溫度為20℃至40℃的範圍內。
令反應溫度在20℃至40℃之範圍內的意義,係由於水解時的溫度在40℃以上時會使酚與濃酸的親和性變高,使反應之進行過快而不適宜;以及水解時的溫度較20℃低時,由於反應效率降低,同時,酚吸附原料與濃硫酸之被處理液的黏度會增加,或者是會固化而使送液管堵住而不適宜。
如第14圖所示,攪拌萃取部28係具備萃取用圓筒狀容器28a、馬達28c、旋轉軸28b、壓送用葉片28d、複數個攪拌葉片28e1
至28e5
、被處理液的液入口28f與複數個液出口28g1
至28g4
、複數個液回收口28k1
至28k6
、藥液注入口28h、以及構成壩之複數個堰板28j1
至28j4
。
萃取用圓筒狀容器28a係為圓筒狀而筒心為略水平。旋轉軸28b係通過萃取用圓筒狀容器28a的中心並藉由馬達28c旋轉。壓送用葉片28d係藉由固定於旋轉軸28b之液入口側端部並進行旋轉,而達成將在反應部20處理過之被處理液壓送往軸方向的功用。複數個攪拌葉片28e1
至28e5
係設置於旋轉軸28b且位於將萃取用圓筒狀容器28a的空間切割成複數個圓環的各圓環空間中,朝放射方向延伸的葉片面為與軸線平行的面並達成將被處理液朝萃取用圓筒狀容器28a的周方向壓送並進行攪拌的功用。纖維素雖然會在膨潤時增加黏性,不過黏性會在水解成碳水化合物時降低。因此,攪拌葉片28e沒有必要將葉片前端與圓筒部內周面的間隙設為較小。
液入口28f係為將在反應部處理過之被處理液予以導入的通路。液出口28g1
至28g4
係於不同的高度設置有複數個。在液出口28g1
至28g4
,設置有分隔閥28s1
至28s4
,藉由選擇任一個液出口並打開對應之分隔閥,可設定令被處理液滯留的液面高度,並可調整被處理液的通過時間。
攪拌萃取部28係以小流量的導入量將於反應部20處理過之被處理液藉由液入口28f連續導入至萃取用圓筒狀容器28a內,以壓送用葉片28d使該被處理液流動,以攪拌葉片28e1
至28e5
進行攪拌,再注入萃取用酚類進行攪拌成為混合溶液然後從液出口28g1
至28g4
的任一者送出。
在液回收口28k1
至28k6
,係設置有分隔閥28m1
至28m6
且藉由在全部處理完後將分隔閥打開,可以令在攪拌萃取部28處理結束時殘留於萃取用圓筒狀容器28a內之堰板28j1
至28j4
間的混合溶液流下並予以回收。液回收口28k1
至28k6
在處理草本等可用短時間處理進行變換的原料時,可藉由打開分隔閥28m2
至28m6
的方式成為混合溶液的出口。
藥液注入口28h係設置在從液入口28f離開預定距離的位置,注入來自酚類供給裝置6所供給的萃取用酚類。注入萃取用酚類的目的係為了:在藉由於攪拌萃取部28內之上游側進行滯流攪拌而進行纖維素的水解,且伴隨於此,令木質素進行酚化反應變化為木質素酚衍生物,並在該木質素酚衍生物分散在濃酸溶液中的狀態下,藉由注入萃取用酚類而將木質素酚衍生物從濃酸溶液中移行至萃取用酚類。
另外,為了延遲萃取用酚類的注入時期,亦可於液回收口28k2
至28k5
,經由分隔閥並列連接用以注入來自酚類供給裝置6所供給的萃取用酚類的注入管,而從液回收口28k3
至28k5
的任一者注入萃取用酚類(未圖示)。
攪拌萃取部28係與反應部20的情形相同,附設有由包住萃取用圓筒狀容器28a的水套28p、設置於水套28p的溫度調節水入口28q與溫度調節水入口28r、以及第1圖所示之冷卻單元36(共用)所構成的溫度調節手段,以將萃取用圓筒狀容器28a內的反應溫度調節為20℃至40℃的範圍內。
如第15圖所示,堰板28j1
至28j4
係由鐵氟龍(teflon,註冊商標)板構成,形成甜甜圈形狀,並以連結具(螺栓、螺帽)固定在設置於萃取用圓筒狀容器28a內周的凸緣28i1
至28i4
。堰板28j1
至28j4
係以圓筒方向之配列在上述揉捏機本體內將貯留被處理液之壩劃分為複數個。堰板28j1
至28j4
由於為甜甜圈形狀,將中心孔縮小的話可以增加壩間儲存的液量,將中心孔擴大的話可以減少壩間儲存的液量,因此可以調節滯留時間。亦即,堰板28j1
至28j4
係在萃取用圓筒狀容器28a內達成滯留被處理液之複數個壩的功用。由於壓送用葉片28d的推送,被處理液不會充滿於萃取用圓筒狀容器28a內,而會依序溢流出堰板28j1
至28j4
而移動到下游的壩。
攪拌葉片28e1
至28e6
係攪拌被甜甜圈形狀之各堰板28j1
至28j4
所擋住的被處理液。攪拌葉片28e1
至28e6
係具有攪拌功能,但不具有往下游之壩推送的功能。儲留於各壩的被處理液係以各自所對應的攪拌葉片進行攪拌,同時通過上游堰板的中心孔流入下游的壩。要加長在各壩的滯留時間時係將堰板28j1
至28j4
的中心孔徑設為較小,而要縮短滯留時間則要將孔設大,藉此可以調整滯留時間。
萃取用酚類的注入位置為在第14圖中之上側的藥液注入口28h,但亦可使用萃取用圓筒狀容器28a下側的液回收口28k1
至28k4
。藉此,由於藉由堰板28j1
至28j4
的存在,被處理液與被注入之藥液揉捏前的攪拌時間,以及被處理液與被注入之藥液揉捏成為混合溶液為止的攪拌時間兩者皆可被控制,因此可在不添加萃取用酚類之狀態下花費適當的時間進行纖維素的水解與木質素成為木質素酚的變換,然後,可以花費適當的時間進行添加萃取用酚類以將木質素酚萃取至萃取用酚類中的處理。
藉此,攪拌萃取部28係從萃取用圓筒狀容器28a的一端導入由反應部20送出之被處理液,且自複數個注入口(28h、28k1
至28k4
)中選擇適當的一個注入萃取用酚類,以複數個階段擋住在容器內之被處理液並於各擋住位置進行攪拌,且自複數個液出口(28g1
至28g4
)中選擇適當的一個送出含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液。
如第12圖所示,回收部4A係包含液液分離萃取器41、濃酸溶液回收槽45、酚溶液回收槽44。
如第16圖所示,液液分離萃取液41係具有:例如由玻璃或樹脂等構成之筒心方向幾乎為垂直且形成為密閉圓筒狀之密閉構造的筒狀容器41a;設置於筒狀容器41a最上部及中間部之從攪拌萃取部28送出之含有木質素酚衍生物、酚、纖維素水解物及濃酸之混合溶液的供給口41b1
、41b2
;設置於供給管的供給側切換閥41c1
、41c2
;設置於筒狀容器41a中間部之複數個輕液取出口41d1
至41d4
;設置於筒狀容器41a下部之複數個重液取出口41d5
;以及設置於輕液取出口41d1
至41d4
與重液取出口41d5
之取出管的取出側切換閥41f1
至41f5
。另外,混合溶液對於筒狀容器41a的供給,並非限定為從橫向進行的供給口41b1
、41b2
者,從筒狀容器41a的正上方直接供給至液面也不會有問題。此時,較宜為將混合溶液沿著筒狀容器41a的內面倒入。
在液液分離萃取器41中,從攪拌萃取部28送出之含有木質素酚衍生物、酚、纖維素水解物、濃酸的混合溶液係從供給口41b1
、41b2
流入、儲留。於是,進行液液分離成:由於含有屬於纖維素水解物之葡萄糖等單醣、寡糖、聚合物等之濃酸溶液為重液而沉澱至下方,在上側成為殘留含有木質素酚衍生物之輕液的酚溶液之狀態。
關於液液分離萃取器41內的酚溶液42,係將取出側切換閥41f1
至41f4
的任一者打開並迅速從輕液取出口41d1
至41d4
的任一者予以萃取出來,且予以收容至酚溶液回收槽44。關於被分離在液液分離萃取器40A內下層的濃酸溶液43,係打開取出側切換閥41f5
並從重液取出口41d5
回收至濃酸溶液回收槽45。雖未圖示,回收至濃酸溶液回收槽的濃酸溶液可藉由繼續進行稀釋液處理,而變換成作為工業原料有用的醣類。從供給口41b1
供給混合溶液時,液液分離萃取器41的液液分離係成為批次處理,可概略區分分子量而從輕液取出口41d1
至41d4
萃取出酚溶液;從供給口41b2
供給混合溶液時,可從輕液取出口41d1
連續萃取出酚溶液。
根據此實施例,在反應部20中,藉由沿著反應器本體20A內周面於環狀空間內高速旋轉的攪拌葉片20C攪拌混合酚吸附原料16與濃酸21A。攪拌葉片20C,係藉由攪拌讓酚吸附原料中所含的纖維素與濃酸接觸。纖維素的膨潤係因與濃酸接觸而產生。由於攪拌葉片20C與反應器本體20A內周面的間隙q較小,因此可以阻止膨潤而增加黏性的纖維素附著在揉捏機本體之內周面而成長為厚膜,能夠維持高速旋轉。因此可以在短時間讓纖維素膨潤。攪拌葉片20C係以強力的攪拌、揉捏力來搓揉膨潤後的纖維素,令一部分膨潤的纖維素進行水解而降低黏性。此時,同時迅速令木質素變換為木質素酚。
然後,在攪拌萃取部28,將在反應部20處理後之被處理液導入至萃取用筒狀容器28a,並在裝置輕便的情形下可充分確保注入萃取用酚類為止前的攪拌時間、以及注入後的攪拌時間。在攪拌萃取部28,係於上游側進行反應部20之處理延長的攪拌,可花費必要的反應時間進行纖維素的水解與木質素成為木質素酚的變換,並可於下游側進行添加萃取用酚類33並繼續攪拌使木質素酚被萃取至萃取用酚類中的處理,而可送出含有木質素酚衍生物、纖維素水解物、濃酸、以及酚類的混合溶液。
根據與上述實施例相關之植物資源相分離系統變換裝置1、1A至1D,可以從屬於木質纖維素系複合材料之植物資源,有效率地以各構成成分之分子功能被活化的狀態分離回收:含有木質素酚衍生物的酚溶液;以及含有屬於纖維素水解物之葡萄糖等單醣、寡糖、聚合物等的濃酸溶液。尤其是,就算是植物資源不同,也能以活化木質素酚衍生物之分子功能並維持在可工業利用之形態進行回收。
此外根據與上述實施例相關之植物資源相分離系統變換裝置,可以將可從屬於植物資源之木材、尤其是針葉樹等、草花、稻草等原料再使用之木質素酚等木質素衍生物,在消耗能量較少的常溫下有效率地連續進行萃取,並可分離出糖類等,還可進一步回收碳水化合物。
此外根據與上述實施例相關之植物資源相分離系統變換裝置,可以提供一種植物資源相分離系統變換裝置以及方法,可進行為了有效率進行反應的連續處理,並可獲得工業可利用之木質素衍生物與醣類。
接著,說明與第6實施例相關之植物資源相分離系統變換裝置的回收部。
如第17圖所示之回收部4B,係於第1圖所示之回收部4復設置:將木質素層42進行鹼處理的鹼處理部60;以及從經鹼處理部60所回收之親和層將木質素酚萃取出來的貧溶劑(poor solvent)槽61。
在鹼處理部60,係令從液液分離萃取器40萃取的木質素層42與鹼金屬化合物接觸,劃分為不溶區塊60A與親和層60B。不溶區塊60A係藉由木質素層中所包含之硫酸等濃酸21A與鹼金屬化合物之反應而產生者。在不溶區塊60A的一部分,係包含木質素層42與鹼金屬化合物反應所生成之甲酚的鹼金屬鹽。親和層60B係為木質素層。鹼金屬化合物較宜為弱鹼性,例如可使用鈉的碳酸鹽。
於貧溶劑槽61係收容有木質素酚的貧溶劑。在鹼處理部60劃分出來之親和層60B的木質素酚,係作為沉澱物61A藉由貧溶劑進行回收。沉澱物61A係為木質素酚。貧溶劑可使用二異丙醚(diisopropyl ether)、二乙醚(diethyl ether)、正己烷(n-hexane)等。
根據上述回收部4B,藉由在鹼處理部60對木質素層中所含有之濃酸層進行鹼處理,可以有效地從木質素層42削除濃酸層43,可以明顯提高木質素酚的回收效率。藉此,可減少二異丙醚等貧溶劑的使用量。
以下針對使用植物資源相分離系統變換裝置1A從檜木粉萃取木質素酚的具體例進行說明。
將5kg檜木粉放入攪拌乾燥釜10,注入丙酮50公升作為溶劑14,在加溫下攪拌1小時。除去丙酮,再加入丙酮進行攪拌。重複此步驟3次獲得脫脂木粉。於脫脂木粉加入溶有對甲酚2.5kg的丙酮作為吸附用酚類13而攪拌1小時。藉由加溫、減壓餾除丙酮,獲得酚吸附原料16。
接著,於反應部20以40cm3
/分的流量供給72%濃酸21A,以12g/分供給酚吸附原料16。
將藉由反應部20溶出之處理液導入第1攪拌緩衝槽22,一邊攪拌一邊送出至第1攪拌萃取部23的下段。以第1攪拌萃取部23的最上部回收處理液,並送出至第2攪拌緩衝槽24。此時,以20cm3
/分供給木質素酚萃取用之m,p-萃取用酚類33。
接著,在第2攪拌槽24攪拌處理液後,將處理液注入至第2攪拌萃取部25的下段,並由最上段進行回收而送出至振動反應器26。以振動反應器26進行過超音波處理的處理液,係經由第3攪拌緩衝槽27送出至液液分離萃取器40。
最後,在液液分離萃取器40內,分離成含有木質素酚的木質素層42以及含有碳水化合物的濃酸層43。
藉由以上的步驟,使用植物資源相分離系統變換裝置1A,可從檜木粉16連續萃取木質素酚。
本發明係非限定於上述實施例,可為申請專利範圍所記載之發明範圍的各種變形,該變形亦包含在本發明的範圍內。例如,如第10圖所示之裝置構成中,將第1攪拌萃取部23、第2攪拌萃取部25、以及液液分離萃取器40分別設置複數段等情形亦包含在本發明範圍內。
1、1A、1B、1C、1D...植物資源相分離系統變換裝置
2...原料前處理部
3、3A、3B、3C...濃酸處理部
4、4A、4B...回收部
6...酚類供給裝置
10...攪拌乾燥釜
10A...釜本體
10B...送出管
10C...儲存部
10D...原料供給口
11...原料供給進料器
12...藥劑供給部
12A...溶劑供給口
12B...酚類供給口
13...吸附用酚類
14...溶劑
15...原料
16...酚吸附原料
17...藥劑回收部
18...回收藥劑
19...送出通路
20...反應部
20A...反應部本體
20B、25E、28b...旋轉軸
20C、28e...攪拌葉片
20C’...葉片先端
20D、25D、28c...馬達
20E、22A、23H...入口
20F、25H...注入口
20G、22B、23I、25I...出口
20H...冷卻水入口
20I...冷卻水出口
20J、28d...壓送用葉片
20K、28j...堰板
20L、28p...水套
21...濃酸供給部
21A...濃酸
22...第1攪拌緩衝槽
22C...液面感應器
22D...溫度調節器
23...第1攪拌萃取部
23J、25J...開關閥
24...第2攪拌緩衝槽
25...第2攪拌萃取部
25A...混合容器
25B...攪拌機構
25C...支架
25F...旋轉葉片
25G...間隔板
25L...孔
26...振動反應器
26A...筒狀部
26B...超音波振盪器
26C...冷卻用配管
26D、33B、33C、54、55、56、57...開關閥
27...第3攪拌緩衝槽
28...攪拌萃取部
28a...萃取用圓筒狀容器
28f...被處理液的液入口
28g...被處理液的液出口
28h...藥液注入口
28i...凸緣
28k...液回收口
28m、28s...分隔閥
28q...溫度調節水入口
28r...溫度調節水入口
30、31、32、34、35...送液幫浦
33...萃取用酚類
33A...槽
36...冷卻單元
40、40A、41...液液分離萃取器
40a、41a...筒狀容器
40b...原料供給口
40c...輕液排出口
40d...重液排出口
41b...供給口
41c...供給側切換閥
41d...輕液取出口
41e...重液取出口
41f...取出側切換閥
42...木質素層
43...濃酸層
44...酚溶液回收槽
45...濃酸溶液回收槽
51...第1旁路
52...第2旁路
53...第3旁路
60...鹼處理部
60A...不溶區塊
60B...親和層
61...貧溶劑槽
61A...沉澱物
第1圖係為顯示與本發明第1實施例相關之植物資源相分離系統變換裝置的構成之方塊圖。
第2圖係為顯示第1圖變換裝置的反應部構成之示意性剖面圖。
第3圖係為第2圖以及第13圖的Ⅲ─Ⅲ之剖面圖。
第4圖係為顯示第1圖變換裝置之攪拌緩衝槽的構成之示意性圖。
第5圖係為顯示第1圖變換裝置之攪拌萃取部的構成之示意性剖面圖。
第6圖係為顯示第1圖變換裝置之分離萃取器的構成之示意性部分剖面圖。
第7圖係為顯示第1圖變換裝置之液液分離萃取器的構成之示意性部分剖面圖。
第8圖係為顯示與本發明第2實施例相關之植物資源相分離系統變換裝置的構成之方塊圖。
第9圖係為顯示第8圖變換裝置之振動反應器的構成之示意性部分剖面圖。
第10圖係為顯示與本發明第3實施例相關之植物資源相分離系統變換裝置的構成之方塊圖。
第11圖係為顯示與本發明第4實施例相關之植物資源相分離系統變換裝置的構成之方塊圖。
第12圖係為顯示與本發明第5實施例相關之植物資源相分離系統變換裝置的構成之方塊圖。
第13圖係為顯示第12圖變換裝置的反應部構成之剖面圖。
第14圖係為顯示第12圖變換裝置的攪拌萃取部構成之剖面圖。
第15圖係為第14圖的XV─XV之剖面圖。
第16圖係為顯示第12圖變換裝置之液液分離萃取器的構成之示意性部分剖面圖。
第17圖係為顯示與本發明第6實施例相關之植物資源相分離系統變換裝置的回收部構成之方塊圖。
1...植物資源相分離系統變換裝置
2...原料前處理部
3...濃酸處理部
4...回收部
10...攪拌乾燥釜
10A...釜本體
10B...送出管
10C...儲存部
10D...原料供給口
11...原料供給進料器
12...藥劑供給部
13...吸附用酚類
14...溶劑
15...原料
16...酚吸附原料
17...藥劑回收部
18...回收藥劑
19...送出通路
20...反應部
20A...反應部本體
20J...壓送用葉片
21...濃酸供給部
21A...濃酸
22...第1攪拌緩衝槽
25J...開關閥
25...第2攪拌萃取部
25I...出口
25H...注入口
30、31、32、35...送液幫浦
33...萃取用酚類
33A...槽
33B...開關閥
36...冷卻單元
40...液液分離萃取器
42...木質素層
43...濃酸層
44...酚溶液回收槽
45...濃酸溶液回收槽
Claims (15)
- 一種濃酸處理部,導入以溶劑將來自植物資源之原料進行脫脂並進一步吸附吸附用酚類而成的酚吸附原料,並從該酚吸附原料,送出含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液,該濃酸處理部係具有反應部及攪拌萃取部;上述反應部係進行下述處理:攪拌混合上述酚吸附原料與濃酸,令上述酚吸附原料中所含之纖維素膨潤,並使上述酚吸附原料中所含之木質素變換為木質素酚,並進一步使上述纖維素之一部分水解;以及上述攪拌萃取部係從萃取用圓筒狀容器的一端側導入由上述反應部送出之被處理液,且自複數個注入口中選擇適當的一個注入萃取用酚類,以複數個階段擋住容器內之被處理液並於各擋住位置進行攪拌,自複數個液出口中選擇適當的一個送出含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液。
- 一種濃酸處理部,導入以溶劑將來自植物資源之原料進行脫脂並進一步吸附吸附用酚類而成的酚吸附原料,並從該酚吸附原料,送出含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液,該濃酸處理部係具有反應部及攪拌萃取部;上述反應部係將攪拌初期為高黏性塊狀之上述酚吸附原料以上述攪拌葉片之葉片前端與反應器本體內面進行滾軋而予以細分化; 上述攪拌萃取部係進行下述處理:導入從上述反應部送出之被處理液,且加入萃取用酚類並進行攪拌,而將分散於濃酸溶液中的木質素酚溶解萃取至上述萃取用酚類中。
- 如申請專利範圍第2項之濃酸處理部,其中,上述反應部係具有反應器本體、通過該反應器本體中心而設置的旋轉軸、以高速驅動旋轉該旋轉軸的馬達、以輻射方向設置於上述旋轉軸且葉片前端為梳齒狀地接近容器內周面的複數個攪拌葉片、設置於上述反應器本體一端側之上述酚吸附原料的導入口、以及設置於上述反應器本體他端側之上述被處理液的液出口;而為從上述導入口將上述酚吸附原料導入上述反應器本體內並加入上述濃酸進行攪拌混合的攪拌機構造。
- 如申請專利範圍第2項之濃酸處理部,其中,上述攪拌機係具有筒軸方向為上下方向之上述萃取用圓筒狀容器、通過該萃取用圓筒狀容器之中心而設置的旋轉軸、驅動旋轉該旋轉軸的馬達、設置於上述旋轉軸且外徑接近上述圓筒狀容器之內面並具有用以流通上述被處理液之小孔的複數個堰板、位於該堰板間且設置於上述旋轉軸而用以攪拌各堰板間之被處理液的萃取用攪拌葉片、設置於上述萃取用圓筒狀容器之上述被處理液的導入口、被選出用以注入上述萃取用酚類之適當一者的複數個注入口、以及被選出用以送出上述混合溶液之適當的一者的複數個液出口; 為了進行單數或複數段處理而具有複數個該攪拌機,該單數之攪拌機或該複數個攪拌機中的最下游側之攪拌機係構成為用以攪拌上述被處理液與上述萃取用酚類的上述攪拌萃取部。
- 如申請專利範圍第4項之濃酸處理部,其中,上述攪拌萃取部復具有以對應於上述被處理液之導入口之方式設置於上述旋轉軸的壓送用葉片;該壓送用葉片係經驅動旋轉而攪拌從上述被處理液導入口導入之被處理液並朝上述液出口的方向予以壓送。
- 如申請專利範圍第4項或第5項之濃酸處理部,係具有:於申請專利範圍第4項中所記載之單數之攪拌機或複數個攪拌機中的最上游側之攪拌機與上述反應部之間進行中繼的緩衝部;該緩衝部係攪拌在上述反應部處理過之被處理液並進行上述纖維素之水解與木質素變換為木質素酚之程序。
- 如申請專利範圍第6項之濃酸處理部,係包含振動反應器,其係儲留並振動從申請專利範圍第4項之單數之攪拌機或複數個攪拌機中的最下游側攪拌機所送出的處理液以促進反應。
- 如申請專利範圍第7項之濃酸處理部,係具有緩衝部,其係將從上述振動反應器所送出之含有木質素酚衍生物的酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液保持在預定溫度並進行儲留、攪拌,而令其進行萃取反應。
- 如申請專利範圍第1項之濃酸處理部,其中,上述攪拌萃取部由攪拌機構成,該攪拌機係具有:筒軸方向為水平方向之上述萃取用圓筒狀容器、通過該萃取用圓筒狀容器之中心而設置的旋轉軸、驅動旋轉該旋轉軸的馬達、為朝筒軸方向並列地設置於上述萃取用圓筒狀容器內壁之圓環板的複數個堰板、位於各堰板間且設置於上述旋轉軸而攪拌各堰板間之被處理液的萃取用攪拌葉片、設置於上述萃取用圓筒狀容器一端之上述被處理液導入口、設置於上述萃取用圓筒狀容器中途之上述萃取用酚注入口、以及以不同高度設置於上述萃取用圓筒狀容器他端之用以送出上述混合溶液的複數個液出口。
- 如申請專利範圍第9項之濃酸處理部,係於上述萃取用圓筒狀容器下表面部之各堰板間的位置,具有適當使用為用以回收殘液或是注入酚的液出入口。
- 如申請專利範圍第10項之濃酸處理部,其中,上述攪拌萃取部復具有以對應於上述被處理液之導入口之方式設置於上述旋轉軸的壓送用葉片;該壓送用葉片係經驅動旋轉而攪拌從上述被處理液之導入口導入之被處理液並朝上述液出口的方向予以壓送。
- 一種植物資源相分離系統變換裝置,包括:原料前處理部,以溶劑將來自植物資源之原料脫脂並進一步作成吸附吸附用酚類而成的酚吸附原料;以及如申請專利範圍第1至11項中任一項所記載的濃酸處理部。
- 一種植物資源相分離系統變換裝置,包括:原料前處理部,以溶劑將來自植物資源之原料脫脂並進一步作成吸附吸附用酚類而成的酚吸附原料;如申請專利範圍第1至11項中任一項所記載的濃酸處理部;以及回收部,針對在濃酸處理步驟被精製的含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液,利用酚溶液與濃酸溶液的比重差,液液分離成含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液並回收至個別的槽。
- 一種濃酸處理方法,係導入以溶劑將來自植物資源之原料脫脂並進一步吸附吸附用酚類而成的酚吸附原料,並從該酚吸附原料,送出含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液,該濃酸處理方法係具有反應部及攪拌萃取部;上述反應部係進行下述處理:將上述酚吸附原料導入至具有其葉片前端靠近反應器本體內面而進行旋轉之攪拌葉片的反應器本體,並添加濃酸而予以攪拌混合,以上述攪拌葉片之葉片前端與反應器本體內面將攪拌初期為高黏性塊狀的上述酚吸附原料予以滾軋並細分化,同時令上述酚吸附原料中所含之纖維素膨潤,使上述酚吸附原料中所含之木質素變換為木質素酚,並進一步使上述纖維素的一部分水解;以及上述攪拌萃取部係進行下述處理:導入從上述反應 部送出之被處理液,並加入萃取用酚類而進行攪拌,而將分散於濃酸溶液中的木質素酚溶解萃取至上述萃取用酚類中。
- 一種植物資源相分離系統變換方法,具有原料前處理步驟、濃酸處理步驟及回收步驟;原料前處理步驟係於原料前處理部收容植物資源並添加溶劑進行攪拌而進行脫脂成為脫脂原料,再於該脫脂原料中添加酚類進行攪拌以成為酚吸附原料;濃酸處理步驟係具有反應部與攪拌萃取部,上述反應部係進行下述處理:將上述酚吸附原料導入至具有其葉片前端靠近上述反應器本體內面而進行旋轉之攪拌葉片的反應器本體,並添加濃酸而攪拌混合且藉由上述攪拌葉片之葉片前端將攪拌初期為高黏性塊狀且附著於上述反應器本體內面的上述酚吸附原料予以壓潰,藉此令上述酚吸附原料中所含之纖維素膨潤,使上述酚吸附原料中所含之木質素變換為木質素酚,並進一步使上述纖維素的一部分水解;上述攪拌萃取部係進行下述處理:導入從上述反應部送出之被處理液,並加入萃取用酚類進行攪拌,而將分散於濃酸溶液中的木質素酚溶解萃取至上述萃取用酚類中;以及回收步驟係針對在濃酸處理步驟被精製的含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液的混合溶液,利用酚溶液與濃酸溶液的比重差,液液 分離成含有木質素酚衍生物之酚溶液與含有纖維素水解物之濃酸溶液並回收至個別的槽。
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