Способ получения фурфурола и уксусной кислоты Советский патент 1988 года по МПК C07D307/50 C07C53/08 

со

00 О5 05

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения фурфурола и уксусной кислоты из растительного сырья, которые являются важными продуктами в органическом синтезе и в химии полимеров.

Цель изобретения - увеличение выхода фурфурола и снижение удельного расхода пара.

Не чертеже приведен аппарат, реализующий предлагаемый способ.

Способ осуществляют в горизонтальном аппарате при непрерывном перемешивании и передвижении расти- тельного сырья вдоль секций аппарата при коэффициенте заполнения сырье секций аппарата, равном 0,3-0,7, с последовательным подсушиванием сырья теплоносителем и многократной обра- боткой пропитанного кислотным катализатором сырья перегретым водяным паром в перекрестном токе с последовательным проходом пара от нижней секции к верхней с модулем по аб- солютно сухому сырью (абс, с,с) 1,7-2,0

Технологическая схема процесса. Пентозансодержащее растительное сырь с исходной влажностью, превышающей 20%, поступает через патрубок 4 (фиг.1) в верхнюю секцию 1 аппарата и с помощью механического устройства 14, имеющегося во всех секциях, перемещается вдоль оси секций и одновременно перемешивается. В первой секции при атмосферном давлении осуществляется подсушивание сырья теплоносителем температзфой 280-310 С до остаточной влажности 15-20 отн.%- Теплоноситель поступает через патрубок 11 верхней секции, проходит через отверстия распределительной решетки 13, далее через слой сьфья в перекрестном токе и удаляется совместно с водяным паром, образовавшимся при испарении влаги сырья, через патрубок 12.

о

Подсушенное и прогретое до 100 С сырье питателем 2 с приводом 10, подается во вторую сверху секцию 1 аппарата по патрубку 7, В начале данной секции расположены патрубки 9 для ввода раствора катализатора - 8-10%-ного водного раствора серной кислоты. Он диспергируется в патрубках 9 и равномерно смачивает подсушенное сырье и впитьшается им. Расход раствора катализатора варьирует

ся в пределах 200-300 л на 1 т абс. с.с. (модуль 0,2-0,3),

Пропитанное раствором кислого катализатора за время прохода до конца секции сьфье поступает последовательно в последующие секции аппара- та, где также при перемешивании и перемещении вдоль секций подвергается гидролизу при 160-170 С(давление 0,64-0,82 МН/м). В этих секциях производится удаление образующихся фурфурола и уксусной кислоть путем подачи перегретого водяного пара давлением 0,7-0,8 МН/м и температурой 220- 240 С в патрубок 5 коллектора 8 самой нижней секции 1 аппарата.

Пар, содержащий фурфурол и уксусную кислоту, после последовательного прохода через все секции, предназначенные для стадии гидролиза и отгон- .ки образуюшихся целевых продуктов, удаляется из верхней секции через патрубок 6. Применение перегретого пара обусловлено необходимостью предотвращения накопления в аппарате свободной влаги. Расход пара составляет 1700-2000 кг на 1 т абс.с.с.

Остаток сьфья (целлолигнмн) в количестве 70% от массы абс. с.с. выводится из нижней секции выгружа- телем 3с Шсота слоя сьфья и целло- лигнина во всех секциях составляет 400-1000 мм. По мере отгонки ле.ту- чих продуктов слой уменьшается.

Влияние влажности сьфья на выход фурфурола и уксусной кислоты при среднем модуле смачивания сырья 0,25, средней концентрации серной кислоты 9 мас.%, породном составе бе- резоьая и осиновая древесина в соотношении 1:1 (теоретический выход фурфурола 15% от массы абс. с.с.) показано в .

Таблица 1

Таким образом, выход фурфурола в пределах 8-10% и уксусной кислоты 4,2-4,7% (- 50% от выхода фурфурала обеспечивается при начальной влажности сырья 15-20%. Снижение влажности до 10% нецелесообразно, так как выходы продуктов возрастают незначительно, а достижение влажности 10% потребует повьшения затрат времени и энергозатрат на сушку. Повышение влажности до 25% приводит к . снижению выходов фурфурола и уксус

ной кислоты соответственно до 7,5 и 4,1%.

Влияние модуля отбора пара на

выходы фурфурола и уксусной КИСЛОТЫу

концентрацию целевых продуктов в паровой фазе и удельный расход пара при производительности аппарата 5 т абс, с.с,/ч, содержании потенциального фурфурола (теоретический илход) в сырье 15% и влажности 20%, показано в табл.2о

Изобретение относится к гетероциклическим соединениям, в частности к получению фурфурола и уксусной кислоты, которые применяются в органическом синтезе. Цель - увеличение выхода фурфурола и снижение удель ного расхода пара. Получение целевых соединений ведут гидролизом растительного сьфья. Процесс проводят в горизонтальном секционном аппарате при непрерывном перемешивании и передвижении сырья вдоль секций аппарата расположенных друг над другом, при последовательном подсушивании сьфья теплоносителем при 300-320 С до остаточной влажности 15-20%. Массу пропитывают раствором кислого катализатора и многократно обрабатывают перегретым водяным паром в перекрестном токе с последовательным проходом пара от нижней секции к верхней с модулем по абсолютно сухому сырью 1,7-2,0 при коэффициенте заполнения сьфьем секций аппарата, равном 0,3- 0,7. Выход фурфурола 8-10% против 5-8% по известному способу. 1 нп,, 5 табл. сл

Параметры способа

ЕЫход продуктов при НО ннналькон выходе фурфурола вХ, уксусной KHcnoTW 4,2Z, 7т фурфурол

уксусная кислота

Концентрация в паровой фазе, нас. фур(гурол

уксусная кислота

/

Удельный расход пара,т/ товарного фурфурола

Выход продуктов при но- кинальном выходе фурфурола 9Z, уксусной кислоты 4,5Z, %; фурфурол

уксусная кислота

Концентрация в паровой фазе, Mac.Z: фурфурол

уксусная кислота

Удельный расход пара, т товарного фурфурола

Выход продуктов при ио- м нальном выходе фурфурола 10Z, уксусной кислоты 4,7Z,Z: фурфурол

уксусная кигчота

Концентрация в паровой фазе, Hac.Z: фурфурол

уксусная кислота

Удельный расход пара, т/т товарного фурфурола

Т«блнц 2

1,5

Показатели при модуле отОора пара 1.7

I Т ii° Р

23,7

26,3

27,5

33,5

21,1

23,7

24,4

29,5

2М

22,0

26,

5

Из данных табл.2 следует, что оптимальным модулем отбора пара при отгонке фурфурола и уксусной кислоты является 1,7-2,0. Снижение модуля приводит к понижению выходов целевых продуктов из-за неполноты удаления образовавшихся продуктов из сферы реакции. Повьппение модуля отбора пара обусловливает заметное возрастание удельного расхода пара и снижение концентрации в паре фурфрола и уксусной кислоты при сравнител но небольшом возрастании их вьгходов.

Влияние высоты слоя сырья на потери фурфурола от разложения показано в табл.3.

При ме ч ани е. Время пребывания принято за прохождение половины

высоты слоя, поскольку фурфурол, образовавшийся на поверхности слоя, удаляется паром непосредственно в сепарационное пространство.

Способ осуществляют при производительности аппарата 5 т абс, СоС„

Во всех случаях варьируются два параметра - влажность древесины после подсушиван 1я и модуль отбора пара Третий параметр - коэффициент заполнения секций сырьем в выбранном диапазоне, а именно 0,3-0,7, согласно данным табл.З оказывает незначительное влияние на выход фурфурола, поскольку потери не превышают 1%, но оказывает решаюшёе влияние только на производительность аппарата. Уменьшение коэффшщента (менее 0,3) является нерентабельным.

Пример 1, В гидролизаппарат непрерывного действия с пятью гори

Выход уксусной кислоты от высоты слоя сьфья не зависит, так как уксусная кислота стабильна при условиях проведения процесса. Состав и характеристика сырья, а также условия проведения процесса аналог1;1чны описанным. Для расчета данных табл.3., дополнительно принято, что диаметр аппарата равен 1,4 м, потери фурфурола от разложения (транспортные потери) при высоте слоя 5 м согласно экспериментальным данньм за I с составляют 1,05% фурфурола, образовавшегося при гидроли- зе.

ТаблицаЗ

3октальными секциями диаметром 1400 мм и длиной рабочей части 8 м подают 9091,0 кг/ч товарной древесины (березагосина 1:l)влажностью 45%о На первой стадии сьфье теплоносителем (например, тoпoчны Iи газами с Т 310 С) подсушивается до влажности 20 отн,%. Подсушенное сырье в количестве 6250 кг/ч во второй секции пропитывается 9%-ным раствором серной кислоты в количестве 1250 кг/ч„

Пропитанное раствором катализатора сырье в количестве 7500 кг/ч в трех заключительных секциях подогревается до 165 С паром и при этой темпе

7

ратуре подвергается гидролизу с отгонкой целевых продуктов. Подача пара (,220°С, давлением 0,72 МН/м) составляет 10000 кг/ч, Пар, содержащий AGO кг/ч фурфурола и 201 кг/ч уксусной кислоты, в количестве 11718,0 кг/ч отбирается из третьей (снизу) секции и конденсируется. Остаток сырья - целлолигнин в количес ве 5780 кг/ч выгружается из пятой (нижней) секции и направляется на сжигание.

Пример 2, В гидролизаппарат непрерывного действия с пятью гори- зонтальными секциями диаметром 1400 мм и длиной рабочей части 8 м подают 9091,0 кг/ч товарной древесины (березагосина 1:1) влажностью 45 стн,%. На первой стадии сырье

теплоносителем (например, топочными газами с) подсушивается до влажности 20 отн,%. Подсушенное сьф в количестве 6250 кг/ч во второй сеции протштывается 9%-ным раствором серной кислоты в количестве 1250 кг/Пропитанное раствором катализатора сьфье в количестве -7500 кг/ч в трех заключительных секциях нагревается паром до 165 Си при этой температуре подвергается гидролизу с отгонкой целевых продуктов. Подача пара (220°С, давление 0,7 МН/м) составляет 8500 кг/ч. Пар, содержат щий 395 кг/ч фурфурола и 205,5 кг/ч уксусной кислоты, в количестве 10044 кг/ч отбирается из третьей (снизу) секции и конденсируется. Остток сьфья - целлолигнин в количестве 5956 кг/ч выгружается из пятой (нижней) секции и направляется на сжигание,

ПримерЗ, В гидролизаппарат непрерывного действия с пятью горизонтальными секциями диаметром 1400 мм и длиной рабочей части 8 м подают 9091 кг/ч товарной древесины (береза:осина 1:1) влажностью 45%, На первой стадии сырье теплоносителем (например, топочными газами Т 310 С)подсушивается до влажности 15 отн,%. Подсушенное сьфье в количестве 5882,5 кг/ч во второй секции пропитывается 9%-ным раствором серг- ной кислоты в количестве 1250 кг/ч.

Пропитанное раствором катализато- ра сьфье в количестве 7132,5 кг/ч в. трех закпючительных секциях нагревается паром, до 165°С и при этой тем

д

с 0

5

5 -,

0

5

0

19

пературе подвергается гидролизу с отгонкой-целевых продуктов. Подача пара (220°С, давление 0,72.МН/м ) составляет 10000 кг/ч. Пар, содержа- пщй 500 кг/ч фурфурола и 235 кг/ч уксусной кислоты, в количестве 11720,5 кг/ч отбирается из третьей (снизу) секции и конденсируется, 0с- .таток сырья - целлолигнин в количестве 5412 кг/ч выгружается из пятой (нижней) секции и -направляется на сжигание.

При мер 4.В гидролизаппарат непрерывного действия с пятью горизонтальными секциями диаметром 1400 мм и длиной рабочей части 8 м подают 9091,0 кг/ч товарной древесины (береза:осина 1:1) влажностью 45 отн,%. На первой стадии сьфье теплоносителем (например, топочными газами Т 31 ) подсушивается до влажности 15 отн.%. Подсушенное сьфье в количестве 5882,5 кг/ч.пропитывается во второй секции 9%-ным раствором серной кислоты в количестве 1250 кг/ч.

Пропитанное раствором катализатора сьфье в количестве 7132,5 кг/ч в трех заключительных секциях нагревается паром до 165°С и при этой температуре подвергается гидролизу с отгонкой целевых продуктов. Подача пара (220 с, давление 0,72 МН/м) составляет 8500 кг/ч. Пар, содержащий 490 кг/ч фурфурола и 230,5 кг/ч уксусной кислоты, в количестве 10044 кг/ч отбирается из третьей (снизу) секции и конденсируется. Остаток сьфья - целлолигнин в количестве 5588,5 кг/ч направляется на сжигание.

Пример 5, В гидролизаппарат непрерывного действия с пятью горизонтальными секциями диаметром 1400 мм и длиной рабочей части 8 м подают 9091 кг/ч товарной древесины (береза:осина 1:1) влажностью 45отн,% На первой стадии сьфье теплоносителем (например, топочными газами Т .Ч10°С) подсушивается до влажности 17,5%, Подсушенное сырье в количестве 6020 кг/ч во второй секции пропитывается 9%-ным раствором серной кислоты в количестве 1250 кг/ч,

Г ропитанное раствором катализатора сьфье в количестве 7310 кг/ч в трех заключительнь1Х секциях нагрева91386619

ется паром до 165 С и при этой температуре подвергается гидролизу с отгонкой целевых продуктов. Подача пара (220°С, давление 0,72 МН/м) составляет 9500 кг/ч. Пар, содержащий 470 кг/ч фурфурола и 232,5 кг/ч

уксусной кислоты в количестве

г в

Примерб. В гидролизаппарат непрерывного действия с пятью горизонтальными секциями диаметром 1АОО мм и длиной рабочей части 8 м, работающий при средних технологических параметрах процесса, согласно примеру 5 при коэффициенте заполнения сьфья 0,3 загружают (производительность аппарата I при плотности загрузки 160 кг/м 1,77 т абс. с.с./ч. Получают фурфурола 166,4 кг/ч, уксусной кислоты 82,3 кг/ч.

Пример 7. В гидролизаппарат по примеру 6 при коэффициенте заполО

10212,5 кг/ч отбирается из третьей (снизу) секции и конденсируется. Остаток сырья - целлолигнин в количест- ве 5537,5 кг/ч направляется на сжигание ,

Результаты материальных балансов по примерам 1-5 сведены в табл,4.

ТаблицаА

нения сырья 0,7 загружают (производительность аппарата) 4,13 т абс. с.с. З/ч и получают 388,2 кг/ч фурфурола и 192 кг/ч уксусной кислоты.

Пример 8, В гидролизаппарат по примеру 6 при коэффициенте заполнения сырьем секций аппарата 0,5 загружают 2,95 т абс. с.с/ч и получают 277,3 кг/ч фурфурола и 137,2 кг/ч уксусной кислоты.

Результаты материальных балансов по примерам 6-8 приведены в табл.5,

Таблица5

166,4 82,3

-етонм

«-JMCJ/ tf V у у V V у V V