Способ получения ксиланов и волокнистых материалов

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КСИЛАНОВ И ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ путем обработки ксилансодержащего исходного сырья насыщенным водяным паром при температуре 160-210°-С и давлении, последующей обработки .частично прогидролизованного сырья водой и/или разбавленным водным раствором щелочи с получением водного раствора ксиланов и продуктов расщепления ксиланов и нерастворимого в воде остатка - волокнистого материала, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода целевых продуктов , обработку исходного сырья водяным паром ведут в течение 5 240 мин при давлении 6,3-19,5 ати. СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1% (И) (51) С 13 К 1/02.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ фФ. f » у : уу g

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТУ f Я ;. ™ЦОТРЦА

3 1 (21) 2507802/23-04 (22) 20.07.77 (31) А 5646 (32) 20. 07. 76 (33) Австрия (46) 23.10.84. Бюл. В 39 (72) Ханс Херманн Дитрихс, Михаель

Зиннер, Фритц Опдербек и Карл-Хайнц

Брахтхойзер (ФРГ) (71) Фритц Вернер Индустри Аусрюстунген ГмбХ (ФРГ) (53) 547.458.81.07(088.8) (56) 1. Никитин Н.И. Химия древесины и целлюлозы, изд. АН СССР, М.-Л., 1962, с. 376, 619.

2. Патент СНА !t 3780017, кл. 260-209, опублик. 18.12.73 (прототип) . (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КСИЛАНОВ

И ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ путем обработки ксилансодержащего исходного сырья насыщенным водяным паром при температуре 160-210 -С и давлении, о последующей обработки .частично прогидролизованного сырья водой и/нли разбавленным водным раствором щелочи с получением водного раствора ксиланов и продуктов расщепления ксиланов и нерастворимого в воде остатка — волокнистого материала, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения выхода целевых продуктов, обработку исходного сырья водяным паром ведут в течение 5—

240 мин при давлении 6,3-19,5 ати.

1120924 2

Пример 1. 400 r березовой древесины в виде щепы, что соответствует ?77 г абсолютно сухой древесины, обрабатывают в лабораторном

Изобретение относится к усовершен ствованному способу получения ксиланов, волокнистых материалов и продуктов их расщепления, которые могут быть использованы в качестве кормовых добавок и строительного материала.

Известен способ получения ксиланов, волокнистых материалов и продуктов их расщепления путем обработ- 10 ки ксилансодержащего исходного сырья

4-6Х-ным водным раствором щелочи при

170-175 С. Степень выделения ксилао нов 25-30 (1) .

Данный способ характеризуется недостаточно высокой степейью выделения ксиланов .

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ получения ксиланов, волокнис- 20 тых материалов и продуктов их расщеп. ления путем обработки ксилансодержащего исходного сырья насыщенным водя) nO ным паром при температуре 160-23о С и давлении 24,6-46 ати в течение

1-2 мин, обработки частично прогид- . ролизованного сырья водой и/или разбавленным водным раствором щелочи с получением водного раствора ксиланов и продуктов расщепления ксиланов 30 и нерастворймого в воде остатка— волокнистого материала. Выход целевых продуктов 3-4% (2) .

Известный способ характеризуется недостаточно высоким выходом целе35 вых продуктов.

Цель изобретения — повышение выхода целевых продуктов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения ксиланов и волокнистых материалов путем обработки ксилансодержащего исходного сырья насыщенным водяным ,о паром при температуре 160 — 210 С и давлении, последующей обработки час45 тично прогидролизованного сырья водой и/или разбавленным водным раствором щелочи с получением водного растнора ксиланов и продуктов расщепления ксиланов и нерастворимого в воде

50 остатка — волокнистого материала, обработку исходного сырья водяным паром ведут в течение 5-240 мин при давлении 6.3-19,5 ати. рафинере (фирма "Дефибратор А.В.") о в течение 7 мин паром при 188 С, что соответствует давлению примерно

12 ати, и дефибрируют в течение 2 мин.

Сырой волокнистый материал вымывают из дефибратора горячей водой и на гидравлическом прессе отделяют жидкость от волокнистого материала. К водному экстракту (3250 мл) добавляют

27 мл серной кислоты и. в течение

60 мин раствор нагревают в автоклаве до 120 С. Затем кислый фильтрат нейтрализуют расчетным количеством гидроокиси кальция и осадок сульфата кальция удаляют посредством центрифугирования. После обесцвечивания с помощью активированного угля и фильтрации раствор путем дистилляции под вакуумом сгущают до сиропа, который экстрагируют 4 раза — каждый раз по

250 мл — горячим этанолом. Смешанные с этанолом экстракты фильтруют и раствор снова путем дистилляции под вакуумом концентрируют до сиропообразного состояния. После затравливания небольшим количеством кристаллической ксилозы и выдерживания при температуре примерно 0 С получено о

7,2 г кристаллической ксилозы с т.пл, 144 С. Вторая кристаллизация о маточного раствора дает 6,6 r кристаллической ксилозы с т.пл. 141 С.

Выход ксилозы по отношению к сухой древесине (абсолютно сухой) 5 вес. .

Пример 2. Аналогичным образом по примеру 1 обрабатывают 498 г овсяной лузги (абсолютно сухой) .

Первая фракция кристаллической кси0 лозы составляет 22,5 г с т.пл. 141 С, в результате второй и третьей кристаллизации получено соответственно

2,7 и 2,2 г ксилозы. Выход ксилозы по отношению к сухому веществу (абсолютно сухому) 5,5 вес.X.

Пример 3. Аналогичным образом по примеру 1 обрабатывают 306 r пшеничной соломы (абсолютно сухой).

Для удаления загрязнений солому в течение 2 мин обрабатывают паром при давлении 12 ати и дефибрируют

1,5 мин. После промывки водой и удаления воды с помощью гидравлического пресса волокна обрабатывают в течение 16 мин паром при давлении»

12 ати и дефибрируют 15 с. В первой фракции получено 20,2 r кристаллической ксилозы с т.пл. 146 С. Это о

1120924 соответствует выходу 6,6% -по отношению к абсолютно сухой соломе.

Пример 4. 400 r березовой древесины в виде щепы с содержанием влаги 21%, т.е. 316 г абсолютно сухой древесины, обрабатывают в лабо— раторном рафинере фирмы "Дефибратор

A.Â." в течение 80 мин паром при о

185-190 С, что соответствует давлению примерно 12 ати, и дефибрируют 10 примерно 2 мин. Полученный таким обю разом влажный волокнистьп материал вымывают из дефибратора водой общим объемом 4 л и промывают на сите. Выход волокнистого материала 193 r 15 (6 1X) по отношению к использованной древесине (абсолютно сухой)..Волок— нистый материал состоит примерно на

37% из лигнина (гидролизный остаток) и примерно на 58Х из углеводов. Пос- 20 ле гидролиза волокнистого материала доля глюкозы в общем количестве углеводов составляет 91%. Анализы проводят так же, как описано в предыдущих примерах. Усваиваемость материала у 25 жвачных живо тных 79Х.

Смешанную промывочную воду сгущают под вакуумом и концентрат высушивают вымораживанием. При этом получено 63,4 r материала, что соответствует выходу 20, 1% по отношению к абсолютно сухой древесине. Это общее . количество сухого вещества водного экстракта содержит после гидролиза

3 1 г ксилозы (9,8%) по отношению к

35 абсолютно сухой древесине) и 23 r других сахаров.

Пример 5. В другом эксперименте проводившемся при прочих одиУ

40 иаковых условиях, что и в примере 1, время обработки продлено до 120 мин.

Выход волокнистого материала 190 г (60% по отношению к использованной древесине, абсолютно сухой) . Волокнистый материал состоит примерно

45 на 35Х из лигнина (гидролизный остаток) и примерно на 58Х из углеводов с содержанием в них глюкозы 93%. ,Усваиваемость материала у жвачных животных 80Х.

Высушенная вымораживанием промывочная вода содержит 51,5 г сухого вещества, что соответствует выходу

16,3Х -по отношению к древесине (аб- 55 солютно сухой). Это сухое вещество после гидролиза содержит 16 r ксилозы (5,1Х по отношению к древесине, абсолютно сухой) и 12 г других сахаров.

Пример ы 6-12. В каждом случае 395 г воздушно-сухой березовой цепы, что соответствует 300 r абсолютно сухой древесины, подвергают обработке — в соответствии с условиями, указанными в примере 1 насыщенным паром при давлении 12 ати и температуре 187 С в течение времео ни, приведенного в таблице, и полученные волокнистые материалы извлекают водой согласно примеру 1. Содержащуюся в волокнистом материале целлюлозу прогидролизовывают в глюкозу, причем получают исключительно чистую глюкозу. В таблице указаны полученные в каждом случае количества вещества, причем цифры, приведенные в скобках, означают количество по отношению к исходному материалу (абсолютно сухому).

В водных экстрактах. содержатся полимерные и олигомерные продукты расщепления ксиланов, количество которых также указано в таблице. Эти продукты имеют молекулярный вес в пределах 300-6000. 0 высокой степени чистоты полимерных и олигомерных продуктов расщепления ксиланов можно судить по тому, что при переводе их в ксилозу выход последней по отношению к ним составляет 87 вес.%.

Пример 13. 100 г мелко сеченной соломы, что соответствует 90 r абсолютно сухой соломы, обрабатывают в лабораторном рафинере (фирма

"Дефибратор Л.В.") паром в течение о

60 мин при температуре 170 С, давлении 8, 1 ати и дефибрируют 1 мин. Полученный влажный волокнистый материал вымывают из дефибратора водой (4 л) и промывают на сите. Выход волокнистого материала 54 г (60X) по

;отношению к использованной соломе (абсолютно сухой). Волокнистый материал состоит примерно на 24% из лигнина (гидролизный остаток) и в результате гидролиза получают 76Х углеводов с содержанием в них глюкозы

85% (35 r). Анализы проводят так, как описано в предшествующих примерах. Усваиваемость волокнистого материала жвачными животными 68Х.

Собранную вместе промывочную воду сгущают и подвергают высушиванию вымораживанием. Выход сухого вещества 30 г (33%) по отношению к взято ".

1120924 соломе (абсолютно сухой), После гидролиза сухого вещества получено

18,3 r (6 1 ) углеводов с содержанием в них ксилозы 14,3 r (78 . по отношению к полученным углеводам и 15,9Х по отношению к соломе, абсолютно сухой).

П р и и е р 14. 200 г свежерасколотой березовой древесины, что сос тавляет 139 r абсолютно сухой древесины в виде щепы, подвергают в течение 5 мин обработке паром при температуре 210 С и давлении 19,5 ати и о в соответствии с примером 1 расщепляют на волокна и экстрагнруют водой. Выход волокнистого материала

96 r (69 ) по отношению к взятой древесине (абсолютно сухой). Общее количество содержащихся в волокнистом материале .углеводов после гидролиэа

64Х, из них 85 . (52 r) глюкозы.

Усваиваемость волокнистого материала у жвачных животных, проверенная со5 ответственно примеру 4, составляет 61Х.

Пример 15. При обработке по примеру 1 березовой древесины при температуре 160 С и давлении 6,3 ати в течение 4 ч получают 97 r (70 ) волокнистого материала. Общее содержание углеводов после гидролиза

65, из них 87Х (55 г) глюкозы. Усваиваемость волокнистого материала

15 63Х

Использование изобретения позво-. ляет повысить выход целевых продуктов до 81,4 .

Выход продуктов расщепления ксиланов, г (Х) Пример

Потери продуктов расщепления и побочных продуктов, r (Х) Выход волокнистого материала, г (Х) Выход глюкозы, г () Время обработки, мин

101 (33,4)

109 (36, 2) 108 (35,9) 108 (35,9)

110 (36,7)

105 (34,9)

108 (36,0) Ф

Выполняется при оптимальных режимных параметрах.

Составитель А.Евстигнеев

Редактор А.Козориз Техред T.Ìàòî÷êà Корректор р Вилак

Заказ 7771/46 Тираж 374 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР, по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 б 10

7 20

8 30

9 40

10 50

11 60

12 80

196 (65,3)

195 (64,8)

186 (61, 9)

188 (61, 5)

188 (61,8)

187 (62, 3)

190 (63,5) 46 (15,3)

50 (16;6)

42 (14,0)

30 (10,0)

26 (8, 7)

21 (7, 1)

18 (6,1) 58 (19,4)

55 (18,6)

72 (24,1)

82 (27,5)

86 (28,5)

92 (30,6) .

92 (30,4)