Способ получения целлюлозы

 

Сущность изобретения: измельченные стержни початков кукурузы обрабатывают 1%-ным раствором серной кислоты при 100-140°С в течение 30-180 мин. Затем промывают водой и варят в 25%-ном водном растворе метиламина при 20-95°С и гидромодуле 3-5 в течение 5-120 мин. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (я)э О 21 С 1/04 3/20

ГОСУДАРСТВЕН.ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4878116/12 (22) 30.10.90 (46) 07.09.92. Бюл. М 33 (71) Днепропетровский химико-технологический институт им. Ф.Э.Дзержинского (72) В.Т.Ровенский, Е.И.Сокол. А.Е.Зимогляд, Т.Г.Луц, О.И.Школа и А.П.Анисимов. (56) Патент США

hL 4597830, кл. D 21 С 3/20, 1986.

Патент США

hb 44774422881144, кл. 0 21 С 3/20, 1988.

Заявка ФРГ

М 3506108, кл. О 21 С 3/20, 1986.

Изобретение относится к технологии производства целлюлозы и может быть использовано как в гидролизной, так и в целлюлозно-бумажной промышленности.

Известен способ получения целлюлозы из многолетнего растительного сырья в аппарате под давлением с использованием в качестве варочного раствора смеси алифатических низкомолекулярных спиртов (С1Са) и алифатических аминов, а также катализаторов хинонового ряда.

Недостатком этого способа является необходимость проведения процесса под давлением, сложность регенерации растворителей и применение дорогостоящих катализаторов.

Известен также способ получения целлюлозы, заключающийся в том, что растительное сырье предварительно обрабатывают смесью воды и низкомолекулярного спирта или кетона при высокой температуре 100-190 С в течение от 2 мин до 4 ч для выделения гемицеллюлоз, а затем вторично обрабатывают подобной смесью для (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ (57) Сущность изобретения: измельченные стержни початков кукурузы обрабатывают

1 -ным раствором серной кислоты при

100-140 С в течение 30-180 мин. Затем промывают водой и варят в 25 -ном водном растворе метиламина при 20 — 95 С и гидромодуле 3-5 в течение 5-120 мин. 1 табл. окончательного выделения гемицеллюлоз и лигнина, в остатке остается целлюлоза.

Недостатком способа является сложность регенерации растворителей и сложность разделения полученной смеси лигнина и гемицелл юлоз.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения целлюлозы путем варки сырья под давлением, в котором в качестве варочного и экстрагирующего средства применяют газообразную смесь воды и не менее 25 легколетучего органического аминосоединения. Экстракцию ведут в автоклаве при 120 — 250 С и давлении 12 — 70 бар (a течение 195 — 270 мин).

Недостатком этого способа является проведение процесса при высоком давлении и температуре, продолжительность варки и сложность разделения смеси лигнина и гемицеллюлоз.

Целью изобретения является улучшение качества целлюлозы за счет снижения в ней остаточного лигнина и упрощение процесса.

Для этого в известном способе, включающем варку однолетнего растительного сырья при нагревании с использованием метиламина перед варкой растительное сырье дополнительно обрабатывают 1 ным раствором Н2$0 при 100-140 С в течение 30-180 мин, а варки проводят в

25%-ном водном растворе метиламина при

20-95 С и гидромодуле 3 — 5 в течение 5 — 120 мин, Проведение предварительной обработки однолетнего растительного сырья обусловлено необходимостью ослабить и частично расщепить лигноуглеводные связи с тем, чтобы облегчить последующий процесс делигнификации (варки), При этом в раствор переходят гемицеллюлозы, которые могут быть использованы для получения фурфурола, например, методом высокотемпературной дегидратации или для производства ксииита, Таким образом, проведение предварительной обработки позволяет решить две задачи: упростить процесс делигнификации путем перевода его из газофазного в жидкофазный и исключить тем самым использование аппаратов под давлением, а также выделить и использовать пентозную составляющую растительного сырья.

Режимы осуществления предлагаемого способа обусловлены следующим, Так, верхний температурный предел 140 С обусловлен тем, что при этом разрушаются лигноуглеводные связи и не ухудшается последующий процесс делигнификации. При более высокой температуре наряду с этим процессом начинаются процессы конденсации лигнина, усложняющие его последующую зкстракцию и ухудшаюшие качество получаемой целлюлозы, Проведение процесса при температуре ниже 100 Ñ потребует значительно удлинить время из-за низких скоростей расщепления лигноуглеводных связей. Выбор временного интервала также связан с необходимостью Обеспечить облегчение делигнификации растительного сырья, а также выделить гемицеллюлозы.

Выбор концентрации серной кислоты определялся необходимостью обеспечить воэможность расщепления лигноуглевадных связей минеральной кислотой с учетом ее нейтрализации зольными элементами сырья.

Варку проводят водным раствором метиламина при 20 — 95 С в течение 5-120 мин.

Подобное смягчение условий удаления лигнина по сравнению с прототипом становится возможным после предварительной обработки, в результате которой происходит разрушение лигноуглеводных связей.

Поэтому в качестве экстрагирующего агента используют водный раствор метиламина и делигнификацию согласно изобретению проводят в жидкой фазе в отличие от прототипа по которому процесс газофазный. Это позволит технологически упростить процесс за счет отказа от использования аппаратов под давлением, а также получить энергетический выигрыш за счет снижения температуры. Выбор верхнего температурного интервала делигнификации определялся необходимостью проведения процесса при атмосферном давлении в жидкой фазе.

Проведение делигнификации при температуре ниже 20 С нецелесообразно, так как длительность процесса резко возрастает.

Длительность 5 — 120 мин обусловлена необходимостью достижения наиболее полной делигнификации исходного сырья. Проведение процесса при длительности, меньшей 5 мин, ие позволяет полностью удалить лигнин, а процесс, длящийся, например, 140 мин при 200С, существенно не сказывается на качестве получаемой целлюлозы. При проведении делигнификации водным раствором метиламина большое значение име. ет испол ьзуемый гидромодуль (т.е. отношение объема жидкости к навеске сырья). По предлагаемому способу необходимый нижний уровень по гидромодулю 3, а верхний Б„так как именно в этом пределе находится необходимое и достаточное количество жидкости, которым полностью можно смочить однолетнее растительное сырье и эффективно провести экстракцию лигнина, Применение меньшего количества экстрагирующей жидкости не позволяет получить целлюлозу с низким содержанием лигнина, а использование большего модуля экономически нецелесообразно.

Получаемый после делигнификации раствор метиламина содержит лигнин, близкий по свойствам к природному, так как условия выделения обеспечивают сохранение его свойств и поэтому он может быть испол ьзова н после отгон ки растворителя.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В качестве однолетнего растительного сырья используют стержни початков кукурузы (СПК), имеющие следующий состав: ЛГП вЂ” 42,5%; ТГП вЂ” 36,2; лигнин — 16,03%.

Навеску 200 r измельченных стержней початков кукурузы (фракция 3 — 5 мм) помещают в автоклав, заливают 600 мл 1 -ной

H2S04 и выдерживают при 140 30 мин. 3а em промывают водой до нейтральной реакции, Заливают 750 мл водного раствора метиламина, содержащего 25% основного

1759970

Характеристика целлюлозы

Условия варки

Условия предварительной об аботки

Пример

Темп., С Время, мин

Темп., С

Остаточный лигнин, Степень делигнификации, Время, мин

Гидромо* дуль

94,92

97,18

99,05

83,23

1,50

0,91

0,31

5,27

140

6,33

79,47

1,38

140

95,7

0,60

0,52

5,81

98,14

98,42

81,52

150

4,4

82,46

195

180

Составитель В. Ровенский

Редактор М. Стрельникова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л. Лукач

Заказ 3160 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 вещества (ТУ 6-09-2088-84), и выдерживают в термостатируемых условиях при 20 в течение 120 мин.

Примеры 2-9 осуществляют аналогично примеру 1.

Пример 10 (по прототипу). Навеску

200 г измельченных СПК (фракция 3-5 мм) помещают в автоклав и подают парообразную смесь, содержащую 25 (> метиламина, и ведут варку при 180 в течение 15 мин. Избыток газообразной смеси перекачивают насосом и конденсируют, а сырье выдерживают при атой температуре еще 180 мин.

Затем получеиный целлюлозный остаток промывают водой и определяют в нем содержание остаточного лигнина.

Режимы осуществления предложенного способа по примерам и качественные характеристики полученной целлюлозы приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить целлюлозу из од1

4 (контрол ьн.) 5 (контрольн.) 6 (контрольн.) 7

9 (контрол ьн.) 10 по и ототип нолетнего растительного сырья, содержащую 0,3-1,5 остаточного лигнина и степень делигнификации 95 — 99 (, упростить процесс технологически, а также дает воз5 можность разделить и испольэовать 3 основные компонента: гемицеллюлозу, целлюлозу и лигнин.

Формула изобретения

10 Способ получения целлюлозы путем варки однолетнего растительного сырья при нагревании с использованием метиламина, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества целлюлозы эа счет сни15 жения в ней остаточного лигнина и упрощения процесса, перед варкой сырье дополнительно обрабатывают 1 -ным раствором серной кислоты при 100 — 140 С в течение 30 — 180 мин, а варку проводят в

20 25 -ном водном растворе метиламина при

20-95ОС и гидромодуле 3-5 в течение 5-120 мин.