Способ гидролиза древесины и других целлюлозосодержащих материалов

Способ гидролиза древесины и других целлюлозосодержащих материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

.V

Ф.Л ми. 3А й

Класа 891, 1щ, . At 47956 <,, ABT0PCNOE СВИДЕТЕЛЬСТВО НА ИЗ06РЕТЕНИЕ

ОПИСАНИЕ способа гидролиза древесины и других целлюлозосодержащих материалов.

К авторскому свидетельству Центрального иаучноисследовательного лесохимического института, "

Л. М. Демидчук и П. Н. Одийцова, заявленному 13 августа

1936 года (спр. о перв. ¹ 174713).

0 выдаче авторского. свидетельства опубликовано 31 июли 1936 года. (94}

Преимущества гидролиза древесины концентрированными, минеральными кис лотами в сравнении с гндролизом разбавленными кислотами состоят, главным образом, в том, что процесс ведется на холоду, в результате чего получается почти количественный выход сахаров, в то время как при применении разбавленных кислот гидролиз производят при высоких температурах и давлении, вследствие чего часть сахаров разлагается и выход получается много меньше теоретического. Кроме того, при этом способе требуется более сложная аппаратура.

Недостатком гидролиза целлюлозосодержащего материала является также необходимость:применения больших количеств кислоты, а отсюда и необходимость ее регенерации.

Дальнейшим затруднением при ис-. пользовании древесных гидролизатов, особенно для получения таких ценных продуктов, как глицерин, кормовой. сахар, глюкоза, является-то, что полученные гидролизаты загрязнены разными посторонними, веществами, перешедшими в раствор из древесины в процессе. гидролиза, как-то: смолами, дубильными веществами и пр. Кроме того, получен. ные в результате гидролиза сахара —,глю-. коза, манноза, ксилоза и т. и. неравноценны при их дальнейшей переработке.

В то время, как, например; глюкоза и манноза легко. сбраживаются дрожжами на спирт и глицерин, ксилоза и другие пентозы не подвергаются сбраживанию дрожжамй и являются в данном про-. цессе до некоторой степени ба-

-л астом.

При регенерации концентрированной кислоты, применяемой для гидролиза, ее необходимо регенерировать .не толь-; ко из полученного сахарного раствора, но и из лигнина, s котором она задерживается в значительном количестве, причем необходимо получить кислоту обратно не только при минимальной ee потере, но и максимальной концентрации.

Известно, что в то время, как целлю-. лоза требует для гидролиза относительно жестких условий, основная часть гемицеллюлоз (маннан, ксилан) гидролизуется легче, На основании этогсь имеется возможность подвергнуть древесину сначала предварительному гидролизу при более мягких условиях, с целью отделения в основном гемицеллюлоз, а вместе с ними и других ве-.: ществ, как-то: смолы, дубильных веществ, золы и пр., по.возможности не затрагивая целлюлозы. После предварительного гидролиза древесину подвергают окончательному гидролизу с целью превращения целлюлозьР в глюкозу. Таким образом, получается два раствора: гидролизат от предварительного гидро лиза, содержащий в Основном продукты осахаривания гемнцеллюлозы, и гйдролизат от конечного гидролиза, содержащий в основном в довольно чистом виде глюкозу. Первый гидролизат можно йспользовать для получения ксилозы и маннозы, из второго гилролизата можно выделить глюкозу в кристаллическом виде, оставшийся же маточный раствор подвергнуть брожению на спирт нли глицерин отдельно или вместе с гидролнзатом от предварительного гидролиза. Гидролизат от конечного гидролиза можно также переработать на глюкозную патоку или на глицерин, спирт и тому;подобные продукты.

Известно что целлюлоза подвергается гидролизу только под действием 41%-й соляной кислоты, но гемицеллюлозы древесины осахариваются на холоду и кислотой с меньшим содержанием хлороводорода, значит, можно подобрать соляную кислоту такой концентрации, которая не затрагивала бы целлюлозы илн затрагивала бы ее только в незначительной-.степени, зато гидролизовала бы полностью или почти полностью гемицеллюлозы, причем обе стадии гидролиза проходили бы на холоду и при нормальном давлении. При этом чем больше концентрация соляной кислоты для предварительного гидролиза приближается к концентрации кислоты, необходимой для окончательного гидролиза, тем лучше.

Процесс гидролиза проводят следующим образом. Древесину или другой целлюлозосодержащий материал дробят в опилки, толщиной не более 3 мм, длиной не более 12 мм, затем подсушивают до влажности 1 — 2%, что необходимо в целях избежания разбавления кислоты и разогревания массы so время процесса гидролиза..

На подсушенные опилки или щепу действуют вначале соляной кислотой, содержащей 35 — 38% хлороаодорода, в течение определенного времени, причем гидролизуются почти полностью гемицеллюлозы.

Полученным гидролизатом, содержащим главным образом ксилозу и маннозу, действуют несколько раз на свежие опилки для увеличения концентрации сахаров в растворе и для использования гидролизующей способности кислоты для разложения гемилцеллюлоз в свежих опилках, пока концентрация сахаров в гидролизате не повысится на 25% или больше, после чего гидролизат подвергают дальнейшей обработке.

Древесину после предварительного гидролиза подвергают окончательному гидролизу с помощью концентрированной соляной кислоты, для чего после выпуска гидролизата предварительного гидролиза на те же опилки действуют соляной кислотой такой концентрации, чтобы получилась концентрация хлороводорода в 40 — 41%. Продолжительность действия кислоты на опилки.

4-6 часов. При этом гидролизуется, главным образом, целлюлоза, переходя в глюкозу.

Вместо соляной кислоты с содержанием 41О О хлороводорода, для окончательного гидролиза применяют соляную кислоту с меньшей концентрацией хлороводорода, ио с прибавлением в качестве катализатора незначительного количества хлористого кальция или смеси хлористого кальция с хлористым цинком.

Полученным гидролизатом, содержащим, главным образом, глюкозу, действуют поворотно на опилки, прошедшие уже предварительную стадию гид ролиза, с целью увеличения концентра- ции сахаров в растворе, а также для использования гндролизующей способности кислоты, пока концентрация сахара в гидролизате не повысится до

30 /о или больше.

Процесс гидролиза (предварительного и конечного) можно проводить в батарее гидролизеров, смонтированной и работающей по способу батареи сахарных заводОв с применением принципа ,противотока или же в одном гидролизере непрерывного действия .

Для регенерации соляной кислоты из лигнина поступают следующим образом. После спуска гидролизата в гидролизер, в котором закончился процесс конечного осахаривания, сверху вдувают в лигнин воздух в определенном — 3 количестве, в зависимости от размеров гидролизера и количества -лигнина в нем.

Поступающий в гидролизер воздух увлекает значительную часть кислоты, количество кот@рой зависит от количе.ства воздуха и его температуры. Увлекаемая кислота и пары хлороводорода поступают вместе с воздухом в серию закрытых сборников, соединенных между собой соответствующей коммуникацией таким образом, чтобы воздух мог проходить из одного сборника в другой. Первый из сборников, пустой, два следующие содержат . кислоту разных концентраций (например, концентрация кислоты в первом сборнике около23%, во втором — около 10о%), в последнем сборнике находится подкисленная вода.

Прн прохождении через батарею сбор1ников из воздуха выделяется в первом сборнике (пустом) кислота с содержанием хлороводорода до 38%, в.. дальнейших же: сборниках задерживается уносимый воздухом хлороводород, увеличивая концентрацию кислот в находящихся в них кислых растворах.

После продувки воздухом для окончательного устранения кислоты нз лигнииа производят . фракционироваиное выщелачивание лигнина" растворами соляной кислоты разных концентраций, например, в начале раствором, содержащим 23% хлороводорода, потом раствором, содержащим 10% хлороводорода. Количество отдельных растворов и скорость их пропускания при вымываниии регулируют таким образом, чтобы после прохождения через лигнин получить растворы с максимальной кон-, центрацией хлороводорода при миниi мальном применении воды для промывания.

После кислотной промывки лигнин выгружается из гидролизера и поступает иа центрофугу, где добавочно отделяется кислота и происходит окончательное промывание лигнина сначала кислотной, потом чистой водой.

Окончательная потеря хлороводорода в лигнине составляет 5 — 7% в пересчете на сухое вещество.

Предмет изобретен as

1. Способ гидролиза древесины и других целлюлозосодержащих материалов действием концентрированной соляной кислоты, проводимого в две стадии, отличающийся тем, что во второй стадии гидролиз производят в присут- ствии катализаторов, а именно: хлористого кальция, смеси хлористого кальция и хлористого цинка или тому подобных солей с применением кислоты более низкой концентрации.

2. Прием выполнения способа по п. 1, отличающийся тем, что регенерацию соляной кислоты из лигнина производят

Методом фракционированного выделения вымыванием кислотами с различным содержанием хлороводорода и воды с предварительным продуванием воздуха или без него

Тма..йуэмиоааграф». Тшбовская, 12. Зак. 3583