Способ выделения сахаров и лигносульфонатов из отработанного сульфитного щелока Советский патент 1989 года по МПК C07G1/00 

Изобретение относится к усовершенствованному хроматографическому

способу выделения сахароз и лигносульфонатов из отработанного сульфит

3150

ного щелока, образующегося в качестве отхода при получении древесной пульпы сульфитным процессом.

Цель изобретения - увеличение выхода и повыщение чистоты целевых продуктов, которая достигается тем, что отработанный сульфитный щелок с рН 2,5-3,5 вводят в хроматографичес- кую колонну, содержащую сильнокислотную полистирольную смолу, поперечно опитую дивинилбензолом в форме соли кальция или натрия, с последующим элюированием из колонны практически свободной от сахара фракции, обогащенной лигносульфона том, и фракции, обогащенной сахаром, отбирают фракцию, обогащенную сахаром,для дальней- щей очистки, доводят ее рН до 5,5-6,5 и вводят во вторую хроматографическую колонну, содержащую .катионообмен- ную смолу в форме соли щелочного металла, с последующим элюированием

Смола : сульфированный полистирол

водой из второй колонны фракции, обо- 25 поперечно сщитый с дивинилбензолом

гащенной сахаром, и фракции, обогащенной лигносульфонатом, при повы- щенной температуре. Оптимальные результаты получают при проведении хроматографического разделения исходного сульфитного щелока на кати- онообменной смоле в форме соли кальция, а хроматографического разделения фракции, обогащенной сахаром на катионообменной смоле в форме соли натрия, или при умягчении фракции, обогащенной сахаром, катионообменной смолой - сульфированным полистиролом, поперечно сшитым дивинилбензолом, в форме соли натрия, и рировании перед установлением рН или при использовании в качестве отработанного сульфитного щелока отработанного сульфитного щелока твердой древесины с выделением в виде основного извлекаемого сахара ксилозы, или при использовании в качестве отработанного сульфитного щелока отработанного сульфитного щелока хвойной древесины с выделением в виде основного извлекаемого сахара маннозы.

35

40

(6,5%), в кальциевой форме; средний размер частиц 0,41 мм (измеренно дл натриевой формы),

. Колонна: диаметр 0,6 м; высота 30 Утоя 6,0 м; температура ско- ость потока 200 л/ч; объем подачи 200 и 240 л (два-опыта); рН 3,0; элюент - вода.

Сухое вещество: 38 вес,% сырьево го раствора (состав сырьевого раств ра приведен в табл, 2),

Извлекают три фракции: 1 - фракция, обогащенная сахаром, содержащая 50% моносахаридов по весу сухих твердых .веществ; 2 - фракция, обога щенная лигносульфонатом, содержащая менее.2% моносахаридов по весу твер дых веществ, и 3 - солевая фракция, содержащая менее 5% моносахаридов,

В табл, 3 tIpeдставлены результат анализа фракции,, обогащенной сахаром, после первого хроматографического разделения по примеру 1, Разде ление, включая примерное- время удер жания для каждой фракции, схематически представлено на фиг, 2,

45

50

На фиг. 1 приведена принципиальная технологическая схема фракционирования отработанного кальциевого сульфитного щелока для получения ксилозы и лигносульфонатов; на фиг.2- 4 - результаты хроматографического разделения фракций.

Материальный баланс, вычисленный на 100 кг твердых веществ, приведен в табл. 1.

Пример 1. Исходным материалом является отработанный кальциевый сульфитный щелок от древесины березы. Кристаллическую ксилозу получают из отработанного сульфитного щелока предлагаемым способом. Два раствора отработанных сульфитных щелоков раз-: личного происхождения, обозначенных соответственно F и R, хроматографи- руют. Анализ этих двух растворов приведен в табл. 2.

Отработанный сульфитнь1й щелок разбавляют водой и фильтруют на фипьтр-прессе, используя ди4томовую земпю в качестве вспомогательного фильтрующего материала. Разбавленный и отфильтрованный раствор затем подвергают хроматографическому разделению по общепринятой методике.

Смола : сульфированный полистирол.

поперечно сщитый с дивинилбензолом

5

0

(6,5%), в кальциевой форме; средний размер частиц 0,41 мм (измеренно для натриевой формы),

. Колонна: диаметр 0,6 м; высота 0 Утоя 6,0 м; температура ско- ость потока 200 л/ч; объем подачи 200 и 240 л (два-опыта); рН 3,0; элюент - вода.

Сухое вещество: 38 вес,% сырьевого раствора (состав сырьевого раствора приведен в табл, 2),

Извлекают три фракции: 1 - фракция, обогащенная сахаром, содержащая 50% моносахаридов по весу сухих твердых .веществ; 2 - фракция, обогащенная лигносульфонатом, содержащая менее.2% моносахаридов по весу твердых веществ, и 3 - солевая фракция, содержащая менее 5% моносахаридов,

В табл, 3 tIpeдставлены результаты анализа фракции,, обогащенной сахаром, после первого хроматографического разделения по примеру 1, Разделение, включая примерное- время удержания для каждой фракции, схематически представлено на фиг, 2,

1. Фракция, обогащенная сахаром, из первой ступени разделения, умягчалась ионнообменной обработкой.

Ионнообменная смола: сульфированный полистирол, поперечно сшитый с дивинилбензолом, в форме натриевой соли (регенерированная 10%-ным раствором NaCl), Количество смолы л;

5

0

скорость потока 80 л/ч; температура 35-45 °С.

Ионообменная обработка понижает содержание кальция соответственно с 1,8 и 0,8% до менее 200 мг/кг сухого твердого вещества. Смягчение является общепринятой операцией, известной из технологии обработки вода. Умягченный раствор выпаривают и нейтрализуют до рН 5,5. Раствор затем подвергают второму хроматогра- фическому разделению.

Смола: сульфированный полистирол, поперечно сшитый с дивинилбензолом (5,5%), в форме натриевой соли; средний размер частиц 0,41 мм.

Колонна: диаметр 0,6 м; высота слоя 4,5 м; температура 65°С; ског рость потока 175 л/ч; рН 5,5; элю- ент - вода.

Сухое вещество: 34 вес.% от сырьевого раствора.

Извлекают фракцию, обогащенную

Из моносахаридов 18% (са 20 приходится на ксилозу и 57% нозу. Фракцию, обогащенную которая также содержит окси подвергают второму хроматог кону разделению для извлече

.ксилозой, содержащую более 93% моно- 25 JJQзы аналогично примеру 1.

0

Колонна: высота слоя 4,5 мм; диаметр 0,6 м;- температура 75 С; скорость потока 0,25 м /ч; рН 3.0.

Подают 225 л отфильтрованного отработанного натриевого сульфитного щелока, разбавленного водой до 40 вес.% сухого вещества.

Состав сырья, % от сухого вещества: лигносульфонаты 55,4; олиго- сахариды 0,3; ксилоза 3,9; манноза 12,5; глюкоза 3,9; галактоза 1,7; арабиноза 0,3; рамноза 0,2; другие 21,8. Элюент - вода.

Извлекают фракцию, обогащенную сахаром, следующего состава, %: лигносульфонаты 7,8; олигосахариды 0,3; моносахариды 66,8; другие 25 , 1.

Из моносахаридов 18% (сахароз) 0 приходится на ксилозу и 57% на ман- нозу. Фракцию, обогащенную сахаром, которая также содержит оксикислоты, подвергают второму хроматографйчес- кону разделению для извлечения ман5

5 JJQзы аналогично примеру 1.

Изобретение касается производных лигнина ,в частности, способа выделения сахаров и лигносульфатов из отработанного сульфитного щелока, образующегося в качестве отхода при получении древесной пульпы сульфитным процессом. Цель - увеличение выхода и повышение чистоты целевых продуктов. Процесс ведут хроматографическим разделением на колонне, содержащей сильнокислотную полистирольную смолу, поперечно сшитую дивинилбензолом, в форме соли кальция или натрия (лучше кальция), сульфитного щелока с PH 2,5-3,5 при повышенной температуре. Затем элюируют из колонны водой практически свободную от сахара фракцию, обогащенную лигносульфонатом, и фракцию, обогащенную сахаром, которую отбирают для дальнейшей очистки. Последнюю желательно умягчить катионообменной смолой - сульфированным полистиролом, поперечно сшитым дивинилбензолом, в форме соли натрия и сконцентрировать. Затем доводят PH фракции, обогащенной сахаром, до 5,5-6,5 и вводят во вторую хроматографическую колонну, содержащую катионообменную смолу в форме соли щелочного металла (лучше натрия), с последующим элюированием водой фракции, обогащенной сахаром, и фракции, обогащенной лигносульфонатом. При этом при использовании отработанного сульфитного щелока твердой древесины основной извлекаемый сахар- ксилоза, а при использовании отработанного сульфитного щелока хвойной древесины-манноза. Способ позволяет разделить отработанный сульфитный щелок на практически чистые фракции сахаров и лигносульфонатов, а также достичь выхода разделения на уровне, пригодном для промышленного применения. 4 з.п.ф-лы, 4 ил., 4 табл.

сахаридов от сухого твердого вещества. В табл. 4 приведены результаты анализа фракции, обогащенной сахаром, после второго хроматографичес- кого разделения по примеру 1.

Пример 2. Извлечение манно- зы и лигносульфонатов из отработанного натриевого,-сульфитного щелока от древесины ели. Отработанный натриевый сульфитный щелок подвергают хроматографическому разделению. Получают две фракции: фракцию, обогащенную лигносульфонатом, и фракцию, обогащенную сахаром, которая также содержит оксикислоты. Между двумя фракциями продуктов элюируют фракцию отходов, обогащенную солью. Разделение проводят аналогично примеру 1 .

Смола: сульфированный полистирол, поперечно сшитый с дивинилбензолом (6,5%), в форме натриевой соли; средний размер частиц 0,40 мм.

Фракцию, обогащенную лигносульфо- натами, элюируют перед фракцией сахара. Наибольшую часть неорганических .солей элюируют между лигносуль- фонатами и сахарами в качестве фракции отходов.

Пример 3. Выделение ксилозы на колонне в форме аммониевой соли. Раствор отработанного кальциево- сульфитного щелока от древесины березы фильтруют и подвергают хромато- графическому разделению на колонне в форме кальциевой соли аналогично примеру 1. Извлеченною фракцию, обо

гащенную сахаром, умягчают путем

осаждения кальция в виде сульфата кальция, который удаляют фильтрованием. После доведения рН до 5,5 с помощью аммиака фракцию, обогащенную

сахаром, под вергают второму хроматографическому разделению на колонне со смолой в форме аммониевой соли.

Смола: сульфированный полистирол, поперечно сшитый с 4% дивинилбензола, в форме аммониевой соли; средний диаметр частиц 150 меш.

Колонна: высота слоя 70 см; диаметр 4,5 см; температура ско- рость потока 3 мл/мин; рН 5,5.

Объем сырья: 100 мл раствора, соержащего 25 Бес.% сухого вещества.

Состав сырья, % от сухого твердого вещества: лигносульфонаты 24,0;

олигосахариды 1,6; ксилоза 42,3; другие 32,1. Элюент - вода.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет разделить отработанный сульфитный щелок на практически чистые фракции Сахаров и лигносульфона- тов, а также достичь высокий выход разделения на уровне, пригодном для промышленного применения.

Формула изобретения

лигносульфо27.5 -90,9 фракция 126,53,871,2 Сахаров 221,593,01,9 фракция 224,54,1.43,3

0

5

35

0

25

30

тографическую колонну, содержащую катионообменную смолу в форме соли щелочного металла, с последующим элюированием из второй колонны фракции, обогащенной сахаром, и фракции, обогащенной лигносульфонатом.

5.Способ по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что в качестве отработанного сульфитного щелока используют отработанный сульфитньй щелок хвойной древесины и основной извлекаемый сахар является маннозой.

Таблица 1 ,

9,1 25,0

5,1 52,6

пя

кя

т

та

т.а

ям

вне ее 1вм юо ITJW cenp iM гчво

MaepHta ei OiitMfMiaПвГтврнш

tfuuцик

«W2

мое

ддау

.та

лсяш 2

« fwuСмм, мм

Ы9

«М

Редактор А.Мотыль

Составитель Н.Нарьшкова Техред М.Ходанич

Заказ 4715/59

Тираж 338

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Корректор М.Самборская

Подписное