Способ получения фурфурола Советский патент 1991 года по МПК C07D307/50 

W

Ё

Изобретение касается производства фурфурола - полупродукта для синтеза полимеров. Цель - повышение выхода целевого продукта, упрощение и интенсификация процесса. Последний ведут гидролизом пентозансодержащего сырья, которое предварительно измельчают и отжимают до плотности 800-900 кг/м3 (до влажности 30%) с последующей пропиткой путем декомпрессии 3-5%-ным раствором серной кислоты в течение 3-% мин и дальнейшим компрессионным отжимом пропитанного сырья до плотности 550-950 кг/м3. После этого ведут отгонку фурфурола перегретым паром в течение 40-60 мин. Эти условия позволяют сократить время процесса в 2-3 раза, количество стадий - от 7 до 4, исключить нагрев сырья, повторной пропитки, и повысить выход фурфурола до 80% от потенциально содержащегося количества в сырье. 5 табл.

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения фурфурола гидролизом пентозансодержащего растительного сырья, который является промежуточным продуктом в органическом синтезе и в синтезе полимеров.

Цель изобретения - повышение выхода целевого продукта, упрощение и интенсификации процесса за счет того, что растительное сырье предварительно отжимают до плотности 800-900 кг/м3, а пропитку сырья осуществляют путем декомпрессии 3-5%-ным раствором серной кислоты в течение 3-5 мин с последующим компрессионным отжимом пропитанного сырья до плотности 550-950 кг/м3 и отгонки фурфу- ролэ в течение 40-60 мин.

Пример 1. В качестве растительного сырья используют измельченное древесное растительное сырье из смеси 1:1 осины и березы влажностью 50%.

Сырье поступает на компрессию с влажностью 50%, в результате компрессии при плотности сырья 800-900 кг/м отжимают воду до 30% влажности, время пропитки катализатором (серной кислотой) составляет 3 мин при концентрации 3 мас.%, вторичную компрессию для удаления излишка катализатора проводят при плотности сырья 850 кг/м3, что соответствует влажности 30 мас.%, время отгонки фурфурола перегретым паром 40 мин, модуль отгонки - 3. Расчет производится на 1000 кг а.с.с. На компрессию поступает 2000 кгсырья с влажностью 50%, после отжима воды и воздуха влажность составляет 30%, а вес 1430 кг, сырье подают на декомпрессией иую, пропитку катализатором, влажность сырья возра- . стает до 65%, а вес до 2857 кг. Содержание а.с.с. в 2857 кг-1000 кг, жидкости 1857 кг Модуль пропитки TQQQ 1,43. 430КГ-ВО

сх ел о

N О

да в сырье, поступающем на пропитку. При вторичной компрессии удаляют излишек катализатора и влажностью сырья изменяется от 65 до 30 мас.%. Вес сырья составляет 1430 кг. Из отжатого сырья производят отгонку фурфурола 3 модулями перегретого пара. Концентрация фурфурола в конденсате 3,73 мас.%. Выход фурфурола составит 3,73 х 3 11,2%, где 3 - модуль отгонки. С учетом 10% потерь фурфурола при ректификации выход составляет 10 или 66,7% от теоретически возможного.

Пример 2. Условия компрессионного отжима сырья аналогичны примеру 1, время пропитки катализатором 4 мин, концентрация 4 мас.%, компрессионный отжим излишка кислоты из сырья производят при плотности 900 кг/м3, что соответствует влажности 27,5%, время отгонки фурфурола перегретым паром 50 мин, модуль отгонки 3.

Расчет на 1000 кг а.с.с. Подают на компрессию 2000 кг сырья с влажностью 50%, в результате отжима влажность становится 30%, вес сырья 1430 кг. При декомпресси- онной пропитке влажность сырья возрастает до 65%, вес до 2857 кг. Модуль пропитки 1857 -430

составляет

1000

1,43.430 кг- вода

в сырье, поступающем на пропитку. При компрессионном отжиме излишка катализатора влажность в сырье падает с 65 до 27,5% и вес его становится 1379 кг. При отгонке фурфурола перегретым паром с модулем 3 концентрация фурфурола в конденсате 4,07 мас.%. Выход фурфурола составляет 4,07 х 3 12,2%, с учетом 10% потерь при ректификации выход фурфурола составляет 11 или 73,3% от теоретического.

Пример 3. Условия компрессионного отжима сырья аналогичны примеру 1, время пропитки 5 мин, концентрация катализатора, серной кислоты 5 мас.%, плотность сырья при компрессионном отжиме 950 кг/м , влажность 25%, отгонку фурфурола перегретым паром производят 3 модулями в течение 60 мин.

Расчет выполнен на 1000 кг а.с.с. На компрессионный отжим поступает 2000 кг сырья с влажностью 50%, отжимают до 30%, вес сырья 1430 кг. При декомпресси- онной пропитке влажность сырья увеличивается с 30 до 65%, вес до 2857 кг. Модуль

ПРОПИТКИ TQQQ 1,43. ПОСЛв КОМП

рессионного отжима катализатора влажность сырья е 65 стала 25%, вес 1333 кг. После отгонки фурфурола перегретым паром концентрация его в конденсате - 4,43%, Выход фурфурола 4,43 х 3 13,3%,,с

учетом 10% потерь при ректификации выход фурфурола составит 12 или 80% от теоретически возможного.

Способ осуществляют следующим образом.

Пентозансодержащее измельченное древесное растительное сырье поступает в шнековое устройство с влажностью 50%, где в результате компрессии при плотности

0 сырья 800-900 кг/м3 (см. табл. 1) удаляется вода и воздух до влажности 30%. Из шнеко- вого устройства отжатое сырье поступает в емкость, заполненную 3 5%-ным раствором серной кислоты - катализатора для де5 компрессионной пропитки в течение 3-5 мин до влажности 65%. Пропитанное сырье из емкости подается на вторичную компрессию в шнековое устройство, где при плотности 550-950 кг/м подвергается отжиму до

0 25-30%, от излишка катализатора, Далее отжатое и равномерно пропитанное катализатором сырье прогревается перегретым паром в реакторе произвольной конструкции до температуры реакции 160-170°С, по5 еле чего производится отгонка целевого продукта - фурфурола за 40-60 мин. Модуль отгонки паром 3, Влияние параметров процесса на выход фурфурола.

0 а). Влияние отжима воды из сырья на выход фурфурола.

Потенциальное содержание фурфурола в сырье 15% от а.с.с., температура 160- 170°С, средняя концентрация кислоты 4

5 мас.%, среднее время отгонки 50 мин, модуль отгонки 3, средняя влажность пропитанного сырья 27,5%.

Из табл. 1 видно, что диапазон плотности 800-900 кг/м наиболее предпочтите0 лен, уменьшение плотности ведет к снижению выхода фурфурола, увеличение плотности дает возможность увеличить выход, но такие плотности не оправдываются возрастающими энергозатратами. Границы

5 влажности отжатого сырья, дающие высокий выход фурфурола, лежат в пределе 33,5- 29,7%.

б). Декомпрессионная пропитка сырья катализатором - серной кислотой.

0 Влияние концентрации серной кислоты, используемой для пропитки сырья при отгонке фурфурола, представлено в табл. 2. Потенциальное содержание фурфурола в сырье 15%, температура процесса 1605 170°С, средняя влажность 27,5%, среднее время пропитки 4 мин , среднее время отгонки 50 мин, модуль отгонки 3,

Из табл. 2 следует, что выход фурфурола 10-12% от а.с.с. достигается при прочих равных условиях в пределах концентраций

раствора кислоты 3-5 мас.%. Снижение концентрации до 2,5 мас.% приводит к снижению выхода фурфурола, а повышение концентрации до 5,5% дает незначительное увеличение выхода.

в). Влияние времени пропитки сырья на выход фурфурола (см. табл. 3).

Потенциальное содержание фурфурола в сырье 15%, температура реакции 160- 170°С, средняя влажность 27,5%, средняя концентрация кислоты 4%, средняя время отгонки фурфурола 50 мин. Модуль отгонки 3.

Из табл. 3 видна правомерность выбранного диапазона времени пропитки 3-5 мин. Увеличение времени до 6 мин не дает значительного увеличения выхода фурфурола, а уменьшение до 2 мин заметно снижает выход до 8,7%.

г). Влияние влажности отжатого пропи- тайного катализатором сырья на выход фурфурола.

Потенциальное содержание фурфурола в сырье 15%, температура реакции 160- 170°С, средняя концентрация кислоты 4 мас.%, среднее время отгонки 50 мин, модуль отгонки 3.

Данные опытов приведены в табл. 4.

По данным табл. 4 видно, что диапазон плотности 550-950 кг/м3 соответствует влажности 36,4-25,3%. Значение влажности сырья выше 36,4% не дает увеличение выхода фурфурола, уменьшение влажности ниже 25,3% также не приводит к заметному увеличению выхода.

д). Влияние времени отгонки на выход фурфурола.

Потенциальное содержание фурфурола в сырье 15% от а.с.с., температура 160

лотность сырья при компре- ссии кгУм

500

600

700

800

900

1000

Влажность сырья после ком- прессии при отжиме влаги. %

39,6 37,1 35,4 33,5 29,7 25.4

0

5

0

5

0

5

170°С, средня влажность 27,5%, средняя концентрация кислоты 4%, среднее время пропитки 4 мин, модуль отгонки 3.

Данные опытов приведены в табл. 5.

Из табл. 5 видно, что выход фурфурола в 10-12% от а.с.с. достигается при времени отгонки в пределах 40-60 мин. Время менее 40 мин недостаточно для вывода фурфурола из реакционной среды. Увеличение времени до 70 мин дает небольшое увеличение выхода ценой разбавления конденсата и увеличения затрат на ректификацию.

Данный способ получения фурфурола по сравнению с прототипом является более эффективным и позволяет сократить время процесса в 2-3 раза, уменьшить число операций с 7 до 4, избежать нагрева сырья, повторной стадии пропитки и увеличить выход фурфурола до 80% от потенциального содержания фурфурола в сырье.

Формула -изобретения

Способ получения фурфурола гидролизом пентозансодержащего растительного сырья, включающий пропитку сырья разбавленной серной кислотой, удаление избытка кислоты, прогрев сырья перегретым водяным паром при повышенной температуре в замкнутой системе, и отгонку фурфурола, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода целевого продукта, упрощения и интенсификации процесса, растительное сырье предварительно отжимают до плотности 800-900 кгУм3, а пропитку сырья осуществляют путем декомпрессии 3-5%-ным раствором серной кислоты в течение 3-5 мин, с последующим компрессионным отжимом пропитанного сырья до плотности 550-950 кг/мЗ и отгонки фурфурола в течение 40-60 мин.

Таблица 1

Выход фурфурола, %

9.0

9,2

9,3

9,8

11,3

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5