Способ гидролиза древесины и других целлюлозосодержащих материалов Советский патент 1936 года по МПК C13K1/02 

Преимущества гидролиза древесины концентрированными.минеральными кислотами в сравнении с гидролизом разбавленными кислотами состоят, главным образом, в том, что процесс ведется на холоду, в результате чего получается, почти количественный выход Сахаров,: в то вре.мя 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 тр ебуётся более сложная аппаратура. .

Недостатком гидролиза целлюлрзосодержащего материала является также необходимость /применения больших количеств кислоты, а отсюда и димость ее регенерации.

Дальнейшим затруднением при ис-г пользовании древесньгх гидролизатов, особенно для получення laKok ценных продуктов, как гли церин, кормовой сахар, глюкоза, является то что полученн ые гидролизаты загрязнены разными посторонними , веществами, перешедшимн в раствор из древесины в процессе гидролиза, как-то: смолами, дубильными веществами и пр. Кроме-того, полученные в результате гидролиза сахара глю494) : :

коза, манноза, ксилоза ит. п. 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 дрожжами и ЯВ.1ЯЮТСЯ в данном про- цессе до некоторой степени ба ластом.

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

Известно, что в то время, как целлюлоза требует для гидролиза относительно жестких условий, основная часть гемицеллюлоз (маннан, ,ксилан) гидро лизуется легче. На основании этого, имеется возможность нодвергнзпгь древесину сначала предварительному гид ролизу при более мягких условиях, с целью отделения в основном гемицеллюлоз, а вместе с ними и других ве-: ществ, как-то: смоль, дубильных вехцеств, золы и нр., но возможности не затрагивая целлюлозы. После нредварительногр гидролиза древесину подвергают О1 ончательному гидролизу с целью превращения целлюлозь в глюкозу. Таким образом, получается два раствора: гидрояизат от (предварительного гидролиза, содержащий в основном продукты бЬахйривания гемицеллюлозы, и гйдролизат от конечного гидролиза, содержащий в основном в довольно чистом виде глюкозу. Первый гидролизат можно использовать для получения ксилозы и маннозы, из второго гидролизата можно выделить глюкозу в кристаллическом виде, оставщийся же маточный раствор подвергнуть брожению на спирт или глицерин отдельно или вместе с гидролизатом от предварительного гидролиза. Гидролизат от конечного гидролиза можно также переработать на глюкозную патоку или на глицерин, спирт и тому (Подобные продукты.

Извес;|гно что целлюлоза подвергается гидролизу только под действием соляной кислоты, но гемицеллюлозы древесины осахаряваютСя на холоду и кислотой с меньшим содержанием хлороводо}Уода, зИачит, можно подобрать соляную кислоту такой концентрации, которая не затрагивала бы целлюлозы или затрагивала бы ее только в незначительнойяСтепени, зато гидролизовала бы полностью или почти полиостью гемицеллюлозы, при)ем обе стадии гидролиза проходили бы на холоду и при нормальном давлении. При дтом чем больше концентрация соляной кислоты Для предварительного гидролиза приближается к концентрации кислоты, необходимой для окончательного гидролиза, тем лучще.

Процесс гидролиза проводят следующим образом. Древесину или другой цеялюлозосодержащий материал дробят в опилки, толщиной не более 3 мм, длиной не более 12 мм, затем подсушивают до влажности , что необходимо в целях избежания разбавлеиия кислоты и разо1ревания массы во время процесса гидролиза..

На подсушенные опилки или щепу действуют вначале соляной кислотой, содержащей хлороводорода, 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/о 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 - 410/0. Продолжительность действия кислоты на опилки. 4-6 часов. При этом гидролизуется, главным образом, целлюлоза, переходя в глюкозу. ,

Вместо соляной кислоты с содержанием 41% хлороводорода, для окончательного гидролиза применяют соляную кислоту с меньшей концентрацией хлороводорода, но 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, прощедшие уже предварительную стадию гйд ролиза, с целью увеличения концентрации Сахаров в растворе, а также для использования гидролизующей 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 я работающей по способу батареи сахарных заводов с применением лринципа противотока или же в одном гидролизере «епрерывного 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

количестве, в зависимости от размеров гйдррл изера и количества лигнина в нем. Поступающий в гидролизер воздух увлекает значительную часть кислоты, количество котйрои зависит от количества воздуха 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 около 23/о, во втором-около КУ/о), в последнем сборнике находится подкисленная вода. При прохождении через батарею сборУников 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 из лигнина производят . фракционированное выщелачивание лцгнинарастворами соляной кислоты разных концентраций, например, в начале рдствором, содержащим 23% хлороводорода, потом раствором, содержащим хлорово дорода. Количество отдельных растворов и скорость их пропускания при вымывании регулируют таким образом.

чтобы после прохождения через лигнин получить растворы с максимальной концентрацией хлороводорода при минимальном применении воды для промывания.

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

Окончательная потеря хлороводорода в лигнине составляет в пересчете на сухое вещество.

Предмет изобретения.

1.Способ гидролиза древесины и других целлюлозосодёржащих материалов действием концентрированной соляной кислоты, проводимого в две стадии, отличающийся тем, что во второй стадии гидролиз производят в присутствии (Катализаторов, а именно: хлористого кальция, смеси хлористого кальция и хлористого цинка илЪ 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.