СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФУРФУРОЛА В СПИРТОВО-ДРОЖЖЕВОМ ПРОИЗВОДСТВЕ Российский патент 1995 года по МПК C07D307/50 

Изобретение относится к гидролизной промышленности, а именно к разработке способов получения фурфурола, спирта и кормовых дрожжей с использованием различных видов растительного сырья.

Фурфурол получают из фурфуролсодержащих конденсатов либо в результате фурфурольных варок пентозансодержащего сырья на специализированных заводах фурфурольного профиля, либо в качестве побочных продуктов при производстве этилового спирта и кормовых дрожжей (Холькин).

В условиях термокаталитического гидролиза растительных материалов разбавленной серной кислотой часть моносахаридов распадается. Пентозы, образующиеся главным образом в период прогрева и обладающие наименьшей устойчивостью по сравнению с гексозами, до выведения из аппарата на 50-60% распадаются с образованием фурфурола и других продуктов. Примерно половина фуpфуpола, содержащегося в гидролизате, отделяется с парами самоиспарения на испарителях и около 35% оставшегося в нейтрализате фурфурола выводится с конденсатом после вакуум-охлаждения. Содержание фурфурола в конденсате паров самоиспарения гидролизата и нейтрализате не превышает 0,15-0,4% Выход фурфурола зависит от ряда факторов, включая качество и гранулометрический состав сырья, условие его подготовки, технологических режимов, направленных на конверсию пентозанов в фурфурол с учетом сохранения целлюлозы (Е.Ф. Морозов. Производство фурфурола. М. Лесная промышленность, с. 3, 1988).

Наиболее близким по технической сущности является известный способ получения фурфурола в спирто-дрожжевом производстве, применяемый, например, на Бобруйском гидролизном заводе (Морозов Е.Ф. Производство фурфурола. М. Лесная промышленность, 1988, с. 10). По указанной технологии осуществляют гидролиз лиственных пород деревьев при 170-195^оС, давление в гидролизаппарате 8-12 атм.

Содержание РВ в гидролизате составляло 2,36% кислотность 0,45/0,32. Содержание фурфурола в гидролизате 0,038% Выход фурфурола с варки 22,9 кг. Выход кормовых дрожжей от общих РВ-63,4% Задачей изобретения является разработка способа получения фурфурола в спиртово-дрожжевом производстве, позволяющего повысить выход фурфурола, не снижая РВ гидролизата и соответственно не снижая выход спирта и кормовых дрожжей.

Разработанная технология позволит расширить сырьевую базу, используя отходы переработки древесины, снизить объем и загрязненность сточных вод.

Поставленная задача решается следующим образом. В качестве гидролизуемого древесного сырья берут древесину хвойных пород деревьев, мас. Щепа крупная до 30 мм 1,9-11,7
Щепа кондиционная до 10 мм 16,2-20,2 Кора 9,0-12,9
Труха до 5 мм (мелкая фракция древесины) 62,2-65,0
Проводят гидролиз исходного древесного сырья при температуре 170-195^оС и давлении 8-12 атм, полученный гидролизат подают на испарение, конденсацию фурфуролсодержащих паров и последующий сбор конденсата. Далее гидролизат направляют на инверсию и отбор фурфуролсодержащего конденсата в процессе инверсии. Затем гидролизат подают на нейтрализацию, осветление, охлаждение и отбор фурфуролсодержащего конденсата.

Все указанные фурфуролсодержащие конденсаты собирают и направляют на ректификацию для получения целевого продукта фурфурола-сырца.

После осветления, подачи питательных солей подготовленное сусло направляют в бродильное отделение и далее бражку на ректификацию для получения этилового спирта.

Послеспиртовую барду в количестве 5-25% от общего потока направляют на смачивание исходного сырья в смеси с варочной кислотой из расчета получения 1% раствора Н₂SO₄ в количестве 2,5 ГМ. Остальную часть послеспиртовой барды используют для получения кормовых дрожжей.

Спиртовая барда характеризуется следующими показателями: общее РВ 0,70-0,90% содержание спирта 0,005% Уменьшение количества подаваемой на гидролиз барды приведет в снижению выхода фурфурола с варки, увеличение количества барды ухудшит качественные показатели гидролизата, что потребует его дополнительного облагораживания. На выход РВ оказывает влияние гранулометрический состав сырья, поэтому качественный и количественный состав гидролизуемого сырья выбран таким образом, чтобы обеспечить максимальный выход РВ 3,2-3,4% Снижение гидромодуля приведет к образованию в аппарате остатка в виде "карамели". Таким образом, новизна изобретения заключается в использовании определенного качественного и количественного состава сырья, применении послеспиртовой барды для осуществления гидролиза, введении дополнительного приема-отбора фурфуролсодержащего конденсата в процессе инверсии гидролизата. Основной задачей при получении фурфурола в спирто-дрожжевом производстве является создание условий, при которых увеличение выхода фурфурола с варки не приводит к снижению выхода РВ. Настоящим изобретением реализуется способ переработки древесины хвойных пород деревьев с использованием послеспиртовой барды в процессе гидролиза. Достигается содержание фурфурола в гидролизате 0,06% при этом РВ гидролизата составляет 3,2-3,4%
В присутствии послеспиртовой барды можно полностью гидролизовать полисахариды древесины хвойных пород. Таким образом, изобретение отвечает критерию "изобретательский уровень".

Схема переработки растительного сырья в соответствии с изобретением приведена на чертеже.

Гидролизат из гидролизаппарата 1 подают на испаритель 2, пары самоиспарения направляют на решофер 3, где образуется фурфуролсодержащий конденсат (ФСК), направляемый в сборник 4.

Гидролизат направляют в инвертор 5, далее на газоохладительную установку 6, и получаемый ФСК в сборник 4.

Гидролизат после инвертора 5 насосами 9, на которые подаются нейтрализующие агенты, подается в отстойник 10 на осветление, вакуум-охладительную установку 11, откуда ФСК поступает в сборник 4, после чего далее после ректификационного узла 7 получают товарный продукт фурфурол-сырец.

После отстойника 10, подачи питательных солей, подготовленное сусло направляют на сбраживание в бродильное отделение 12 и на узел ректификации 13 для получения этилового спирта, а послеспиртовую барду делят на 2 потока, один из которых направляют в гидролизаппарат, а другой в дрожжевое отделение для получения кормовых дрожжей.

П р и м е р 1. В реактор объемом 64 м³ загружалось 9,3 т.абс. сухого сырья следующего состава, Щепа крупная до 30 мм 1,9
Щепа кондиционная до 10 мм 20,2 Кора 12.9 Труха 65,0
(мелкая фракция древе- сины до 5 мм)
В гидролизаппарат 1 на смачивание подают 3,5 м³ послеспиртовой барды, 180 л Н₂SO₄, 18,5 м³ воды для получения 1% раствора. Гидромодуль смачивания составляет 2,5 ГМ. Прогрев осуществляют острым паром в течение 50 мин до давления 8 атм. Затем ведут перколяционный гидролиз при температуре 175-190^оС и подъеме давления до 13 атм путем подачи варочной кислоты 0,5% H₂SO₄ в гидролизаппарат. Процесс перколяции ведут в течение 90 мин. Полученный гидролизат направляют в испарители, где происходит процесс испарения, а следовательно, охлаждение гидролизата до +110^оС. В процессе испарения выделяющиеся фурфуролсодержащие пары (ФСП) направляют для конденсации на решоферы 3, и полученный ФСК конденсат поступает в сборник 4. Из испарителей 2 гидролизат поступает в инвертор 5, где за 6-8 ч происходит процесс разложения олигосахаридов до моносахаров, утилизируемый в дальнейшем дрожжами. Образующиеся при инверсии пары фурфурола направляют на газоохладительную установку 6 и полученный ФСК поступает в сборник 4.

Охлажденный и инвертируемый гидролизат с помощью насосов 9 поступает на нейтрализацию известковым молоком до рН 2,4-2,6 и аммиачной водой до рН 3,8-4,0. Далее нейтрализат осветляют, в отстойнике 10, добавляют питательные соли и подготовленное сусло подают на сбраживание.

Полученная бражка характеризуется следующими показателями: концентрация, содержание общих РВ в бражке 1,03% концентрация спирта 1,40.

В процессе ректификации (узел 13) получают далее этиловый спирт. Выход спирта со 100 кг сбраживаемых РВ составляет 56,1 л, выход спирта со 100 кг общих РВ 34,3 л. Фурфуролсодержащий конденсат после решоферов 3, из вакуум-охладительной установки 11 и из газоохладительной установки 6 через сборник 4 поступает в ректификационное отделение (основная 7 и очистная 8 колонки) для получения целевого продукта фурфурола сырца. Выход фурфурола с варки составляет 52,9 кг. Содержание фурфурола в гидролизате 0,0495.

В процессе ректификации спирта полученную послеспиртовую барду с содержанием спирта 0,005 и РВ 0,79% делят на 2 потока, 5% подают на смачивание сырья, а остальной поток направляют на получение кормовых дрожжей.

Выход дрожжей от общих РВ составляет 63,4% выход РВ с 1 час 34,5% РВ гидролизата 3,20%
П р и м е р 2. Аналогично примеру 1 осуществляют гидролиз хвойных пород древесины следующего состава, Щепа крупная до 30 мм 11,7
Щепа кондиционная до 10 мм 16,2 Кора 9,9 Труха до 5 мм 62,2
На гидролиз подают 25% от стока послеспиртовой барды, содержащей 0,005% спирта и 0,90% РВ, т.е. 17,5 м³ кислоты, 190 л Н₂SO₄, 4,5 м³ воды. Гидромодуль смачивания 2,5 ГМ. Получают следующие показатели: Содержание общих РВ в бражке 1,03% Выход фурфурола с варки 60 кг Содержание фурфурола в гидролизате 0,0607 Выход спирта со 100 кг сбраживаемых РВ 55,8 л Выход спирта со 100 кг общих РВ 35,9 л Выход дрожжей от общих РВ 61,9% Выход РВ с 1 ч 31,3% РВ гидроли- зата 3,42
Таким образом, в результате разработанной технологии повышается содержание фурфурола в гидролизате в 1,5-2 раза. Концентрация РВ в гидролизате повышается до 3,2-3,4%

Использование: в гидролизном производстве при переработке растительного сырья, в частности в производстве фурфурола. Сущность: способ предусматривает сернокислый гидролиз древесины хвойных пород при 170-195°С и давлении 8-12 ати. В состав сырья входит, мас. щепа крупная (до 30 мм) 1,9-11,7, щепа кондиционная (до 10 мм) 16-20,2 кора 9,9-12,9, труха 62,2-65. Затем ведут испарение полученного гидролизата, конденсацию фурфуролсодержащих паров, подачу гидролизата на инверсию с отбором фурфуролсодержащего конденсата, нейтрализацию и охлаждение с получением фурфуролсодержащего конденсата, который направляют в процесс получения фурфурола. Полученное сусло сбраживают и направляют на ректификацию спирта. Далее спиртовую барду в количестве 5-25 от полученного потока с концентрацией РВ 0,78-0,9 спирта 0,05 направляют на смачивание исходного сырья совместно с серной кислотой и водой. Это позволяет повысить содержание фурфурола в гидролизате до 0,04595-0,0607% (в 1,5-2 раза) и концентрацию РВ до 3,2-3,4 при снижении количества стоков и лучшей утилизации отходов древесины коры и трухи. 1 ил.

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФУРФУРОЛА В СПИРТОВО-ДРОЖЖЕВОМ ПРОИЗВОДСТВЕ, включающий сернокислотный гидролиз древесного сырья при температуре 170 195^oС и давлении 8 12 ати, испарение полученного гидролизата, конденсацию фурфуролсодержащих паров, направление гидролизата на инверсию, нейтрализацию, осветление и охлаждение с получением фурфуролсодержащего конденсата, направление фурфуролсодержащих конденсатов для получения фурфурола, получение сусла с последующим его сбраживанием, ректификацию спирта, направление послеспиртовой барды на получение кормовых дрожжей, отличающийся тем, что в качестве древесного сырья используют древесину хвойных пород, мас.

Щепа крупная до 30 мм 1,9 11,7
Щепа кондиционная до 10 мм 16,2 20,2
Кора 9,9 12,9
Труха 62,2 65,0
и дополнительно осуществляют отбор фурфуролсодержащего конденсата в процессе инверсии, при этом 5 25% после спиртовой барды от полученного потока с концентрацией РВ 0,79 0,90% спирта 0,005 направляют на смачивание исходного сырья совместно с серной кислотой и водой при гидромодуле смачивания 2,5 ГМ.