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Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von konzentrierten wäßrigen
Xyloselösungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung
von konzentrierten wäßrigen Xyloselösungen mit sehr hohem Reinheitsgrad aus Hemicellulose
enthaltenden pflanzlichen Rohstoffen bzw. Rückständen, wie z. B. Kastanienholz,
Fichtenholz, Buchenholz oder Zuckerrohrrückständen, durch Hydrolyse mit verdünnter
Salzsäure bei erhöhten Temperaturen und anschließende Abtrennung der Lösung. Die
Herstellung von Xylose durch Hydrolyse von Hemicellulosen enthaltenden pflanzlichen
Rohstoffen, wie Holz, Stroh oder Mais, mit sauren Lösungen, z. B. verdünnter oder
mäßig konzentrierter Salzsäure oder verdünnter Schwefelsäure, ist bekannt. Die bekannten
Verfahren, bei denen zur Hydrolyse der Hemicellulosen saure Lösungen wie Salzsäure
verwendet werden, finden in Anwesenheit einer flüssigen Phase statt und ergeben
unreine Xyloselösungen, aus denen die Xylose nicht ohne weiteres in kristalliner
Form gewonnen werden kann. Zu diesem Zweck müssen die erhaltenen Xyloselösungen
vielmehr noch mit Aktivkohle oder Schwefeldioxyd gereinigt werden. Bei den bekannten
Verfahren wird außerdem meistens die Herstellung von Xylose mit der Herstellung
von Dextrose kombiniert, wobei eine vollständigere Hydrolyse und wiederholte Kristallisations-
und Reinigungsstufen erforderlich sind. Auch wird nach keinem der bekannten Verfahren
die Xylose kontinuierlich hydrolysiert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man
den Ausgangsstoff, gegebenenfalls nach vorheriger Entfernung der Gerbstoffe, mit
einem Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 45 %, bezogen auf die Gesamtsubstanz, 2
bis 48 Stunden bei 40 bis 90' C in einem geschlossenen Gefäß mit Salzsäure
behandelt, wobei die Menge an 100%iger Salziäure 10 bis 40% der wasserfreien pflanzlichen
Substanz ausmacht und wobei man die Flüssigkeit vollständig vom Ausgangsstoff aufsaugen
läßt, und die Flüssigkeit im Anschluß an die Behandlung kontinuierlich abpreßt.
Man erhält dabei Xyloselösungen mit sehr hohem Reinheitsgrad, aus denen leicht kristalline
und sehr reine Xylose hergestellt werden kann.
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Zur Erzielung bester Ergebnisse verwendet man erfindungsgemäß als
Ausgangsstoffe stark wasserhaltige pflanzliche Substanzen, wie sie z. B. durch Extraktion
von Gerbsäure oder von Rohrzucker gewonnen werden, doch können mit Vorteil auch
Ausgangsstoffe mit verringertem Feuchtigkeitsgehalt eingesetzt werden. Der Feuchtigkeitsgehalt
der pflanzlichen Substanz muß etwa 45% oder weniger betragen. Enthält die betreffende
Substanz mehr als etwa 45% Feuchtigkeit, so preßt man sie aus oder trocknet sie
in einer üblichen Anlage oder nach üb-
lichen Verfahren, um den richtigen
Feuchtigkeitsgehalt zu erzielen.
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Nachdem gegebenenfalls die Gerbstoffe in bekannter Weise durch Extraktion
mit Wasser entfernt worden sind, bringt man die pflanzlichen Rohstoffe, die die
Hemicellulosen enthalten, mit wäßriger Salzsäure zusammen, wobei man die Salzsäure
in solcher Menge verwendet, daß sie vollständig von der pflanzlichen Substanz aufgesogen
wird. Die erhaltene Masse wird anschließend in einem für eine kontinuierliche Verfahrensweise
geeigneten Behälter 2 bis 48 Stunden lang einer Temperatur von 40 bis
90' C
ausgesetzt, dann herausgenommen und in einer üb-
lichen Anlage
mit Druck behandelt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verfährt man
wie folgt: 1. Der Feuchtigkeitsgehalt der als Ausgangsstoffe verwendeten
pflanzlichen Substanzen wird nötigenfalls auf 45 % oder weniger gebracht, indem
man diese Substanzen kontinuierlich durch eine Preßvorrichtung leitet oder sie trocknet.
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2. Weist die Substanz den vorherbestimmten Feuchtigkeitsgehalt auf,
dann wird sie mit einer
wäßrigen Salzsäurelösung unterschiedlicher
Konzentration zusammengebracht, wobei man die Salzsäurelösung in solcher Menge verwendet,
daß sie vollständig von der zu behandelnden Substanz aufgesogen wird,
d. h., man arbeitet unter Ausschluß einer flüssigen Phase.
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Die zu verwendende Menge an wäßriger Salzsäurelösung wird entsprechend
dem Feuchtigkeitsgehalt der zu behandelnden Substanz nach dem Abpressen oder Trocknen
derselben in einem Probeversuch bestimmt. Steht die Menge der zum Durchtränken erforderlichen
Lösung fest, so wird die Salzsäurekonzentration dieser Lösung so eingestellt, daß
die Menge an 100%iger Salzsäure 10 bis 40%, bezogen auf die wasserfreie pflanzliche
Substanz, beträgt.
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3. Das zu behandelnde Material wird kontinuierlich durch eine
geeignete Vorrichtung in einen gegen Salzsäure beständigen Behälter eingeführt,
aus dem das Material mittels einer entsprechenden Anlage kontinuierlich abgezogen
werden kann.
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4. Die Einführ- und Abzugsgeschwindigkeit des Materials wird so eingestellt,
daß das durchgetränkte Material 2 bis 48Stunden bei einer Temperatur von 40 bis
901 C in dem Behälter verweilt.
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5. Das den Behälter verlassende Material läuft kontinuierlich
durch eine Preßvorrichtung, aus der man eine konzentrierte Xyloselösung abzieht,
die noch beträchtliche Mengen an Salzsäure enthält. Anschließend kann die Xyloselösung
auf bekannte Weise konzentriert und gereinigt und die Salzsäure zurückgewonnen werden.
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6. Das feste, gepreßte Material, das noch erhebliche Mengen
an Xylose und Salzsäure enthält, wird in einer geeigneten Vorrichtung mit Wasser
oder mit verdünnten Zuckerlösungen, die aus einem Kessel zum Auffangen der beim
zweiten, unter 7. noch zu beschreibenden Waschen anfallenden Flüssigkeiten
zugeführt werden, gewaschen. Die Waschflüssigkeit kann dann konzentriert und gereinigt
und die Salzsäure daraus zurückgewonnen werden.
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7. Das Material wird dann ein zweites Mal kontinuierlich in
einer geeigneten Anlage gewaschen, und die angefallenen Flüssigkeiten können für
das vorstehend unter 6. beschriebene erste Waschen verwendet werden.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel
1
425 kg Kastanienholz, aus dem die Gerbsäure entfernt worden ist und
das nach dem Abpressen einen Feuchtigkeitsgehalt von 421/o - was also
250 kg
wasserfreiem Holze entspricht - aufweist und das, bezogen auf
den wasserfreien Zustand, 18,64%, also 46,6 kg Xylose enthält, werden mit
325 kg wäßriger 151/oiger Salzsäurelösung getränkt. Die auf diese Weise behandelte,
feste, feuchte Masse wird kontinuierlich durch einen Behälter geführt, in dein sie
6 Stunden bei 80' C verweilt. Dann durchläuft die Masse eine konische
Presse, aus der 350 kg Lösung mit einem Xylosegehalt von 24 kg gewonnen
werden. Der feste Rücksiand wird mit Wasser alis dem zweiten, zuvor beschriebenen
Waschvorgang gewaschen und wieder gepreßt, wobei man eine Waschflüssigkeit mit einem
Xylosegehalt von 10 kg erhält. Somit erhält man 34 kg Xylose, das
entspricht 73 % der im Ausgangsmaterial enthaltenen Menge. Die vorhandene
Gesamtzuckerinenge beträgt 38,1 kg, so daß ein Reinheitsverhältnis von Xylose
zu dem Gesamtzucker von 89,3 % vorliegt.
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Beispiel 2 300 kg Kastanienholz, aus dem die Gerbsäure entfernt
worden war und das nach dem Trocknen einen Feuchtigkeitsgehalt von 15% aufwies
- was 250 kg wasserfreiem Holz entsprach - und das, bezogen auf den
wasserfreien Zustand, 18,5 O/o, d. h. 46,5 kg
Xylose enthielt,
werden mit 325 kg einer wäßrigen, 18,5%igen Salzsäurelösung getränkt. Die
so behandelte feste, feuchte Masse wird kontinuierlich durch einen Behälter geleitet,
in dem sie 12 Stunden bei 60' C verweilt. Dann gelangt diese Masse in eine
konische Presse, aus der 250 kg Lösung mit einem Xylosegehalt von
19 kg gewonnen werden. Der feste Rückstand wird mit Wasser aus dem zweiten
Waschvorgang gewaschen und wieder gepreßt, wobei man eine Waschflüssigkeit mit einem
Xylosegehalt von 14 kg erhält. Somit gewinnt man insgesamt 33 kg
Xylose,
das entspricht 70,8% des Gehaltes des Aus-Gangsmaterials. Die vorhandene Gesamtzuckerinenge
beträgt 37,5 kg, so daß ein Reinheitsverhältnis von Xylose zu dem Gesamtzucker
von 88,20,to vorliegt. Beispiel 3
416 kg Tannenholzspäne mit einem
Feuchtigkeitsgehalt von 40 % und einem Xylosegehalt von 5,52 % werden mit
334 kg einer Lösung getränkt, die 100 kg
Salzsäure enthält. Die durchgetränkten
Späne werden 24 Stunden lang durch einen kontinuierlich arbeitenden, vertikalen
Zellstoffkocher bei einer Temperatur von 601 C geleitet. Nach dem Abpressen
und Waschen erhält man 15,3 kg Xylose, was, berechnet auf der Basis der vor
der Behandlung in dem Holz enthaltenen Xylose, einer Ausbeute von 7211/o entspricht.
Man gewinnt 16,8 kg Zucker, was ein Verhältnis von Xylose zu Gesamtzucker
von 91 O/o ergibt. Beispiel 4 275 kg Buchenholzspäne mit einem Feuchtigkeitsgehalt
von 9,1% und einem Xylosegehalt von 20% werden mit 435 kg einer Lösung, die
100 kg Salzsäure enthält, getränkt. Die durchtränkten Späne werden 2Stunden
lang durch einen kontinuierlich arbeitenden, vertikalen Zellstoffkocher bei einer
Temperatur von 850 C geleitet. Nach dem Abpressen und Waschen erhält man
37,5 kg Xylose, was berechnet auf der Basis der in dem Holz enth2enen Xylose,
einer Ausbeute von 68 % entspricht. Man gewinnt 45 kg Zucker, was
ein Reinheitsverhältnis von Xylose zu Gesamtzucker von 83,4% ergibt.