Способ непрерывного гидролиза для получения микрокристаллической целлюлозы

Авторы патента:

C08B15/02 - оксицеллюлоза; гидроцеллюлоза; гидрат целлюлозы

Владельцы патента RU 2669845:

Общество с ограниченной ответственностью "Петровский фарватер" (RU)

Изобретение относится к фармацевтической, пищевой и другим отраслям промышленности и может быть использовано для получения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ). Способ непрерывного гидролиза для получения микрокристаллической целлюлозы включает обработку целлюлозосодержащего материала газовоздушной смесью хлористого водорода с воздухом, при этом для осуществления способа используют трубчатый реактор, в который непрерывно подают предварительно измельченную древесную целлюлозу, осуществляют перемещение целлюлозы по оси реактора, обеспечивающей время пребывания целлюлозы в реакторе 15-60 мин, осуществляют противоточную целлюлозе подачу хлористого водорода в количестве 3-7% от массы сухой целлюлозы и воздуха с температурой 20-50°С в количестве, обеспечивающем концентрацию хлористого водорода в газовоздушной смеси 10-50 об.%, проводят выгрузку гидролизованной целлюлозы и ее отбелку раствором гипохлорита натрия с расходом 2-6 г на 1 кг целлюлозы (по активному хлору). Для осуществления непрерывного гидролиза используют сульфитную или сульфатную беленую целлюлозу из хвойного или лиственного сырья, измельченную до размера частиц не более 50×50×6 мм, с влажностью 5-20%. Отбелку полученной микрокристаллической целлюлозы проводят при рН 2-4 в течение 1-3 часов при соотношении целлюлоза:раствор гипохлорита натрия 1:(8-12). Обеспечивается высокая производительность способа за счет осуществления непрерывного процесса. Получен продукт высокого качества с белизной более 85%. 2 з.п. ф-лы, 4 пр.

Изобретение относится к фармацевтической, пищевой и другим отраслям промышленности и может быть использовано для получения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ).

МКЦ, как правило, получают методом кислотного гидролиза хлопковой или древесной беленой целлюлозы. Гидролиз проводят растворами минеральных кислот (серной или соляной) с концентрацией 0,5-1,5% при температурах до 150°С и давлении до 5 атм. Гидролизованную целлюлозу нейтрализуют, размалывают, отбеливают, промывают и высушивают. Исходя из реологических характеристик целлюлозы, гидролиз проводится в сильно разбавленных суспензиях при гидромодулях более 15.

Известен способ получения микрокристаллической целлюлозы с помощью гидролиза естественной или гидратной целлюлозы 2,5 N соляной кислотой при 105°С до образования целлюлозы с предельной степенью полимеризации. Полученный продукт подвергается механическому размельчению и в виде тонкого белого порошка используется в качестве наполнителя в пищевой, химико-фармацевтической и других отраслях промышленности (US патент 2978446, кл. 260-212, оп. 1960).

Также известен способ получения микрокристаллической целлюлозы (Пат РФ №2298562), включающий гидролиз исходной целлюлозы в растворе минеральных кислот при атмосферном давлении и температуре 100-105°С в течение 0,5-3 ч, отличающийся тем, что в качестве исходной целлюлозы используют целлюлозу белизной до 65%, гидролиз ведут в растворе серной кислоты при концентрации 5-10% с последующим отбеливанием диоксидом хлора с расходом 0,5-3,0% от массы абсолютно сухого материала при температуре 70°С в течение 1-3 ч.

Такие способы гидролиза отличаются высоким расходом тепла и реагентов для осуществления гидролиза и требуют использования сложного оборудования в коррозионно-стойком исполнении.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения МКЦ, в котором целлюлозосодержащий материал определенной влажности обрабатывают газо-воздушной смесью хлористого водорода в соотношении 1: (2-10) и температурой 25-70С при этом газообразный хлористый водород охлаждают перед смешиванием с воздухом, а температуру газовоздушной смеси устанавливают путем подогрева воздуха перед смешиванием с хлористым водородом (Пат РФ №2281993).

Недостатками этого способа являются низкая производительность процесса, высокий расход и необходимость охлаждения хлористого водорода на осуществление процесса и получение МКЦ с низкой белизной.

Технической проблемой является создание высокопроизводительного способа за счет организации непрерывного гидролиза целлюлозы, получением МКЦ высокой степени белизны.

Технический результат заключается в увеличении производительности и упрощении технологического процесса, а также улучшении качества полученной микрокристаллической целлюлозы (Повышение белизны).

Техническая проблема решается, а технический результат достигается тем, что для получения микрокристаллической целлюлозы способом непрерывного гидролиза используют трубчатый реактор, в который непрерывно подают предварительно измельченную древесную целлюлозу, осуществляют перемещение целлюлозы по оси реактора, обеспечивающей время пребывания целлюлозы в реакторе 15-60 мин, осуществляют противоточную целлюлозе подачу хлористого водорода в количестве 3-7% от массы сухой целлюлозы и воздуха при температуре 20°С - 50°С, с расходом, обеспечивающим концентрацию хлористого водорода в газо-воздушной смеси 10-50 об %, проводят непрерывный отбор отработанной газо-воздушной смеси, выгрузку гидролизованной целлюлозы и ее отбелку раствором гипохлорита натрия с расходом 2-6 г на 1 кг целлюлозы (по активному хлору) При осуществлении непрерывного гидролиза используют сульфитную или сульфатную беленую целлюлозу из хвойного или лиственного сырья измельченную до размера частиц не более 50×50×6 мм с влажностью 5-20%. Перемещение целлюлозы по оси реактора осуществляют со скоростью 1,0-10,0 см/мин

Непрерывную отбелку полученной микрокристаллической целлюлозы проводят при рН 2-4 в течение 1-3 часов при соотношении целлюлоза: раствор гипохлорита натрия 1: (8-12) Гидролиз целлюлозы происходит за счет того, что хлористый водород сорбируется влагой сырья и образует концентрированную соляную кислоту, которая осуществляет гидролиз аморфной части целлюлозы. Гидролиз аморфной части приводит к снижению степени полимеризации целлюлозы и образованию микрокристаллической целлюлозы.

Реакция абсорбции хлористого водорода сопровождается разогревом гидролизатмассы и значительным снижением белизны МКЦ. Для снижения температуры сорбции вместе с хлористым водородом противоточно целлюлозе подают воздух, с определенным расходом при температуре 20 С - 50°С, при этом воздух осуществляет отвод тепла сорбции.

Кислая гидролизатмасса с сорбированным хлористым водородом непрерывно выводится из трубчатого реактора, смешивается с раствором гипохлорита натрия, в результате чего происходит отбелка МКЦ до белизны более 85% в кислой среде. Отработанная газо-воздушная смесь отбирается с противоположного конца трубчатого реактора и подается на обезвреживание.

Неизвестны непрерывные процессы получения МКЦ с использованием раздельной подачи воздуха и хлористого водорода при определенной концентрации и температурных параметрах

Неизвестны способы отбелки МКЦ с получением продукта высокой степени белизны. Таким образом, изобретение отвечает условию охраноспособности «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется примерами.

ПРИМЕР 1.

В трубчатый реактор с рабочим объемом 38 дм 3 (диаметр 200 мм и длина 1200 мм) шнеком непрерывно подавалась сульфатная беленая лиственная целлюлоза, измельченная до размера частиц 20×20×3 мм и влажностью 15%. Скорость подачи целлюлозы 15-16 кг/час (150дм³/час, скорость перемещения 7 см/мин), что обеспечивает время пребывания целлюлозы в реакторе 15 минут. Навстречу потоку целлюлозы подавался воздух с температурой 30°С и расходом 2,5 м3/час и хлористый водород с расходом 0,4 м³/час (0,65 кг/час, 5% от массы сухой целлюлозы). Получали газовоздушная смесь с концентрацией хлористого водорода 14% об. В процессе абсорбции хлористого водорода целлюлозой масса разогревалась до температуры 40-45°С и происходил гидролиз аморфной части целлюлозы с образованием МКЦ. Белизна целлюлозы при гидролизе снижалась от 80% (исходная беленая лиственная целлюлоза) до белизны 68% (гидролизатмасса).

Гидролизатмасса (15-16 кг/час) с абсорбированным хлористым водородом из трубчатого реактора непрерывно поступала в каскад емкостей с мешалками где смешивалась с раствором гипохлорита натрия, подаваемого с расходом 120 дм3/час и концентрацией активного хлора 500 мг/дм3 (расход активного хлора 4 г/ кг МКЦ). После смешения кислой гидролизатмассы с раствором гипохлорита, рН суспензии доводилось до рН 2,0 подачей раствора едкого натра или соляной кислоты. Время отбелки МКЦ составляло 2 часа. Отбеленная суспензия МКЦ с белизной более 82% размалывалась, промывалась водой для удаления водорастворимых компонентов, обезвоживалась и сушилась. В результате получали товарную МКЦ в виде порошка или мелких гранул.

ПРИМЕР 2.

Процесс гидролиза производился аналогично примеру 1, но для получения МКЦ использовалась сульфатная беленая хвойная целлюлоза, измельченная до размера частиц 50×50×3 мм и влажностью 5%. Скорость подачи целлюлозы составляла 3,5-4,0 кг/час (40 дм³/час, скорость перемещения 2 см/мин), что обеспечивало время пребывания целлюлозы в реакторе 60 минут. Навстречу потоку целлюлозы подавался воздух с температурой 50°С, расходом 0,14 м3/час и хлористый водород с расходом 0,07 м3/час (0,12 кг/час, 3% от массы сухой целлюлозы). Получали газовоздушную смесь с концентрацией хлористого водорода 30% об. Белизна целлюлозы снижалась от 82% (исходная беленая хвойная целлюлоза) до белизны 75% (гидролизатмасса).

Отбелка гидролизатмассы (4 кг/час) проводилась аналогично примеру 1, но гипохлорит натрия подавался с расходом 40 дм3/час и концентрацией активного хлора 300 мг/дм3 (расход активного хлора 3 г/ кг МКЦ, соотношение целлюлоза: раствор гипохлорита 1: 10). Время отбелки МКЦ составляло 3 часа, рН 3,0

ПРИМЕР 3.

Процесс гидролиза производился аналогично примеру 1, но для получения МКЦ использовалась сульфитная беленая хвойная целлюлоза, измельченная до размера частиц 10×10×3 мм и влажностью 20%. Скорость подачи целлюлозы составляла 15-16 кг/час (120 дм³/час, скорость перемещения 7 см/мин), что обеспечивало время пребывания целлюлозы в реакторе 20 минут. Навстречу потоку целлюлозы подавался воздух с температурой 20°С, расходом 5,8 м3/час и хлористый водород с расходом 0,65 м3/час (1,0 кг/час, 7% от массы сухой целлюлозы). Получали газовоздушную смесь с концентрацией хлористого водорода 10% об. Белизна целлюлозы снижалась от 82% (исходная беленая хвойная целлюлоза) до белизны 65% (гидролизатмасса).

Отбелка гидролизатмассы (15 кг/час) проводилась аналогично примеру 1, но гипохлорит натрия подавали с расходом 180 дм3/час и концентрацией активного хлора 500 мг/дм3 (расход активного хлора 6 г/ кг МКЦ, соотношение целлюлоза: раствор гипохлорита 1:12). Время отбелки МКЦ составляло 2 часа, рН 2,0.

ПРИМЕР 4.

Процесс гидролиза производился аналогично примеру 1, но для получения МКЦ использовалась сульфатная беленая лиственная целлюлоза, измельченная до размера частиц 20×20×3 мм и влажностью 10%. Скорость подачи целлюлозы составляла 15-16 кг/час (150 дм³/час, скорость перемещения 7 см/мин), что обеспечивало время пребывания целлюлозы в реакторе 15 минут. Навстречу потоку целлюлозы подавался воздух с температурой 40°С, расходом 1,2 м3/час и хлористый водород с расходом 0,4 м3/час (0,6 кг/час, 4% от массы сухой целлюлозы). Получали газовоздушную смесь с концентрацией хлористого водорода 25% об. Белизна целлюлозы снижалась от 80% (исходная беленая лиственная целлюлоза) до белизны 75% (гидролизатмасса).

Отбелка гидролизатмассы проводилась аналогично примеру 1, но гипохлорит натрия подавался с расходом 150 дм3/час и концентрацией активного хлора 300 мг/дм3 (расход активного хлора 3 г/ кг МКЦ, соотношение целлюлоза: раствор гипохлорита 1: 10). Время отбелки МКЦ составляло 2 часа, рН 4,0.

Увеличение производительности способа происходит за счет осуществления непрерывного процесса гидролиза (Исключение использования вспомогательных стадий загрузки и выгрузки целлюлозы).

Получен продукт высокого качества с белизной более 85%,

1. Способ непрерывного гидролиза для получения микрокристаллической целлюлозы, включающий обработку целлюлозосодержащего материала газовоздушной смесью хлористого водорода с воздухом, отличающийся тем, что для осуществления способа используют трубчатый реактор, в который непрерывно подают предварительно измельченную древесную целлюлозу, осуществляют перемещение целлюлозы по оси реактора, обеспечивающей время пребывания целлюлозы в реакторе 15-60 мин, осуществляют противоточную целлюлозе подачу хлористого водорода в количестве 3-7% от массы сухой целлюлозы и воздуха с температурой 20-50°С в количестве, обеспечивающем концентрацию хлористого водорода в газовоздушной смеси 10-50 об.%, проводят выгрузку гидролизованной целлюлозы и ее отбелку раствором гипохлорита натрия с расходом 2-6 г на 1 кг целлюлозы (по активному хлору).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют сульфитную или сульфатную беленую целлюлозу из хвойного или лиственного сырья, измельченную до размера частиц не более 50×50×6 мм, с влажностью 5-20%.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отбелку проводят при рН 2-4 в течение 1-3 часов при соотношении целлюлоза:раствор гипохлорита натрия 1:(8-12).

Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов и касается способа получения нановолоконной нити с высокой прочностью на растяжение. Способ включает выравнивание отдельных наноцеллюлозных волокон друг с другом и образование нановолоконной сетки сначала путем выравнивания в фильере, при котором наноцеллюлозный гидрогель готовят из природной и немодифицированной нанофибриллированной целлюлозы и экструдируют через фильеру с высокой скоростью струи, после чего нановолоконную сетку вытягивают путем выравнивания на поверхности, при этом струю гидрогеля из фильеры наносят на движущуюся скользкую поверхность.

Способ получения обезвоженной микрофибриллированной целлюлозы // 2660009

Изобретение относится к способу получения обезвоженной микрофибриллированной целлюлозы (МФЦ), в котором i) получают водную суспензию МФЦ, ii) при необходимости, обезвоживают указанную суспензию МФЦ с помощью механических средств с получением частично обезвоженной суспензии МФЦ, и iii) подвергают суспензию МФЦ или частично обезвоженную суспензию МФЦ одной или более операций сушки путем приведения суспензии МФЦ или частично обезвоженной суспензии МФЦ в контакт с одним или более абсорбирующих материалов, содержащих сверхабсорбирующий полимер, с получением обезвоженной МФЦ.

Способ получения фибриллированного целлюлозного материала // 2644478

Изобретение относится к способу получения фибриллированного целлюлозного материала и к фибриллированной целлюлозе. Способ получения фибриллированного целлюлозного материала включает фибриллирование исходного материала на основе целлюлозы с помощью фермента(ов) и усиление фибриллирования путем механического перемешивания, перед фибриллированием исходный материал на основе целлюлозы добавляют в суспензию, содержащую, таким образом, после добавления исходный материал на основе целлюлозы с консистенцией от 10% до 60%, после чего фибриллирование выполняют с применением ферментативной смеси, проявляющей главным образом целлобиогидролазную активность и низкую эндоглюканазную активность, при этом эндоглюканазная активность является достаточной для создания новых концевых групп цепи, в сочетании с механическим перемешиванием без измельчающего действия, и при этом фибриллирование осуществляют в две стадии путем селективного регулирования температуры реакции, при этом на первой стадии выбирают такую температуру реакции, которая позволяет быть активной как целлобиогидролазе, так и эндоглюканазе, и на второй стадии инактивируют эндоглюканазную активность путем повышения температуры реакции.

Способ получения микроцеллюлозы // 2580746

Изобретение относится к способу получения микроцеллюлозы, включающему кислотный гидролиз волокнистого целлюлозного материала при температуре в диапазоне от 140 до 185°C и консистенции в диапазоне от 8 до 50% в пересчете на сухую массу целлюлозы, при котором количество добавляемой минеральной кислоты составляет от 0,2 до 2%, предпочтительно от 0,5 до 1,5% от сухой массы целлюлозы, а гидролиз проводят в отбельной башне непрерывного действия.

Способ получения микроцеллюлозы // 2579395

Изобретение относится к способу получения микроцеллюлозы, включающему: 1) гидролиз волокнистого целлюлозного материала минеральной кислотой при температуре в диапазоне от 100 до 185°C, при котором количество кислоты составляет от 0,2 до 10% от сухой массы целлюлозы или 2) подкисление волокнистого целлюлозного материала с последующим промыванием водой и гидролизом промытого целлюлозного материала при температуре в диапазоне от 100 до 185°C, с получением смеси микроцеллюлозы и гидролизата и последующим отделением микроцеллюлозы от гидролизата, причем смесь, или отделенный гидролизат, или отделенную микроцеллюлозу, при необходимости, нейтрализуют; где получение микроцеллюлозы интегрировано в производственный процесс целлюлозного завода так, что по меньшей мере часть серной кислоты, и/или бисульфата натрия, и/или бисульфита натрия, используемых для подкисления и/или кислотного гидролиза, и/или гидроксида натрия, карбоната натрия или бикарбоната натрия, используемых для нейтрализации, получают в интегрированном процессе регенерации химических веществ целлюлозного завода.

Способ получения микроцеллюлозы // 2571735

Изобретение относится к способу получения микроцеллюлозы, включающему подвергание волокнистого целлюлозного материала кислотному гидролизу при температуре от 110°C до менее 140°C и при консистенции, составляющей от 20 до 50% от сухой массы целлюлозы, при котором количество добавленной минеральной кислоты составляет от 0,2 до 2%, предпочтительно от 0,3 до 1,9%, более предпочтительно от 0,5 до 1,5% от сухой массы целлюлозы, и где гидролиз проводят в реакторе со степенью сжатия менее 1,5:1.

Способ получения микроцеллюлозы // 2570675

Изобретение относится к способу получения микроцеллюлозы, включающему a) подкисление волокнистого целлюлозного материала минеральной кислотой, b) промывку подкисленного целлюлозного материала водой, c) необязательно обезвоживание промытого целлюлозного материала и d) гидролиз промытого или промытого и обезвоженного целлюлозного материала в кислых условиях при температуре от 120°C до 185°C и консистенции, составляющей от 8 до 60 мас.% сухого вещества целлюлозы.

Способ получения гемостатического средства на основе окисленной целлюлозы с использованием микроволнового воздействия (варианты) // 2563279

Изобретение относится к производству монокарбоксицеллюлозы для получения гемостатических материалов. Согласно изобретению предложены два варианта получения гемостатического средства на основе окисленной целлюлозы под воздействием микроволнового излучения.

Способ получения целлюлозы из бурых морских водорослей // 2556115

Изобретение относится к способам переработки водорослей, в частности штормовых выбросов бурых морских водорослей, и может найти применение для получения наполнителей в синтетические полимеры, а также для получения целлюлозных полуфабрикатов, используемых в качестве сырья для химической промышленности, при изготовлении бумаги, картона.

Каталитическое карбоксилирование волокон целлюлозы в непрерывном процессе с многократными добавлениями катализатора, вторичного окислителя и основания в движущуюся жидкую массу волокон целлюлозы // 2531280

Изобретение относится к производству карбоксилированного волокна. Способ включает каталитическое карбоксилирование волокон целлюлозы по меньшей мере на двух ступенях каталитического карбоксилирования, расположенных последовательно, в которые первичный катализатор, вторичный окисляющий агент и, при необходимости, агент для регулировки pH добавляют в начале каждой ступени.