DE883730C - Verfahren zur Verzuckerung von cellulosehaltigen Stoffen mit Hilfe von verduennten Mineralsaeuren - Google Patents

Verfahren zur Verzuckerung von cellulosehaltigen Stoffen mit Hilfe von verduennten Mineralsaeuren

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DE883730C
DE883730C DEU309D DEU0000309D DE883730C DE 883730 C DE883730 C DE 883730C DE U309 D DEU309 D DE U309D DE U0000309 D DEU0000309 D DE U0000309D DE 883730 C DE883730 C DE 883730C
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diffusion
acid
cellulose
hydrolysis
saccharification
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Expired
Application number
DEU309D
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Inventor
Firmin Boinot
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Usines de Melle SA
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Usines de Melle SA
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C13SUGAR INDUSTRY
    • C13KSACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
    • C13K1/00Glucose; Glucose-containing syrups
    • C13K1/02Glucose; Glucose-containing syrups obtained by saccharification of cellulosic materials

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Furan Compounds (AREA)

Description

  • Verfahren zur Verzuckerung von cellulosehaltigen Stoffen mit Hilfe von verdünnten Mineralsäuren Es bestehen mehrere Verfahren zur Verzuckerung von Cellulose in der Hitze durch Einwirkung von verdünnten Mineralsäuren auf den passend zerteilten Ausgangsstoff.
  • Verschiedene Forscher haben die Notwendigkeit erkannt, möglichst rasch den gebildeten Zucker der schädlichen nachträglichen Einwirkung der Säuren und der Wärme zu entziehen.
  • Insbesondere ist ein Verfahren bekannt, das darin besteht, daß man intermittierend durch das in einer Batterie von Perkolatoren untergebrachte cellulosehaltige Material unter Druck und bei steigender Temperatur begrenzte Mengen verdünnter Säurelösungen (o,z bis o,4. °/o) hindurchfließen läßt, um in Zeitabständen aus der Reaktionskammer den gebildeten Zucker zu entfernen, wobei die Menge der Säurelösung 5 bis 1o Teile auf z Teil der behandeiten cellulosehaltigen Stoffe beträgt.
  • Wenn auch dieses Verfahren eine beachtliche Verbesserung gegenübenden früherenArbeitsweisen hinsichtlich einer Verhinderung der Zuckerzersetzung bringt, ist es doch weit davon entfernt, das Problem vollständig befriedigend zu lösen. Es ist bekannt, daß nur eine Waschung des Materials in einem einzigen Behälter nicht befähigt ist, die vollständige Entfernung des darin enthaltenen Zuckers zu gewährleisten. Die Entfernung des letzteren durch intermittierende Zugaben von verdünnter Säure, zwischen denen eine Neubildung von Zucker bewirkt wird, ist nur teilweise, und eine beträchtliche 1-lenge des gebildeten Zuckers verbleibt in der Reaktionskammer und erleidet zwangsläufig eine Zersetzung im Verlauf der nachfolgenden Erhitzung in Gegenwart von neuen Säuremengen.
  • Es ist bekannt, cellulosehaltige Stoffe zunächst unter Druck und bei höheren Temperaturen so lange mit Dampf zu behandeln, bis der größte Teil der hierbei entstehenden Essigsäure ausgetrieben ist. Nach dieser Vorbehandlung wird Salzsäure auf das Material zur Einwirkung gebracht, worauf der Kocher entleert und die Masse mit heißem Wasser extrahiert wird, um den gebildeten Zucker auszuziehen. Der so vom Zucker befreite Rückstand kann erneut mit Salzsäure behandelt und nachfolgend wiederum mit Wasser ausgewaschen werden.
  • Die Erfindung besteht demgegenüber darin., daß man die aufeinanderfolgenden Hydrolysevargänge in Richtung vom frischen zum erschöpften Material bei steigenden Temperaturen, aber bei fallenden Säuregraden ausführt und daß man zwischen je zwei Hydrolysevorgängen die Masse vollständig von dem gebildeten Zucker durch eine methodische, getrennt ausgeführte Diffusion, zweckmäßig mittels wäßriger Säurelösung, vorzugsweise unter Verwendung derjenigen wäßrigen Säurelösung befreit, die bei dem nachfolgenden Hydrolysevorgangverweniet werden soll.
  • Die Erfindung sieht weiter vor, daß das cellulosehaltige ,1VIateria1 nur mit derjenigen Menge an saurer Flüssigkeit, die es durch seine Poren absorbi-ert enthält, d. h. also ohne irgendeine Umhüllungsflüssigkeit, der Hydrolysierwirkung unterworfen wird. Diese Maßnahme ermöglicht es, weniger verdünnte Zuckerlösungen als bei anderen bekannten Verfahren zu erhalten.
  • Praktisch genügen vier aufeinanderfolgende Hydrolysen, die, wie vorstehend angegeben, durch eine methodische Diffusion getrennt sind, um die Erschöpfung des Ausgangsmaterials an Zucker zu erreichen. Man bleibt aber durchaus im Rahmen der Erfindung, wenn man das cellulosehaItige Ausgangsmaterial einer größeren Anzahl von Hydrolysevorgängeu unterwirft.
  • Die Konzentration der sauren Flüssigkeit und die Temperatur der Kochung in jedem der aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgänge können in verhältnismäßig weiten Grenzen je nach Art des behandelten Holzes schwanken. Lediglich beispielsweise wird bemerkt, daß man Aciditäten von 6 bis 2 g oder von io bis 3 g im Liter, je nachdem; ob es sich um Salzsäure oder Schwefelsäure handelt, verwenden kann; die Temperatur kann zwischen 150 und 2oo° schwanken.
  • Es ist gefunden worden, daß es vorteilhaft ist, durch methodische Waschung mit kaltem oder warmem Wasser den Rückstand der letzten Hydrolyse, der aus dem vollständig erschöpften Lignin besteht, zu entsäuern. Diese Entsäuerung bildet eine vorteilhafte Bedingung für die Verw=endung des Lignins zu bestimmten Zwecken, insbesondere für die Herstellung von Holzkohle von guter Eigenschaft, die zur Speisung von Vergasern für Kraftfahrzeuge bestimmt ist.
  • Die Ausbeute an Alkohol schwankt je nach der Beschaffenheit des Holzes zwischen 22o und 28o 1 je Tonne trockenes Holz. Der Verbrauch an Säure liegt in der Größenordnung von 8,5 kg bis 16,5 kg je Hektoliter Alkohol, je nach dem vorliegenden Fall.
  • Trotz der Ver-,vendung von Diffusionsbatterien zwischen je zwei Hydrolysevorgängen ist die Apparatur verhältnismäßig einfach undwenigkostspielig, da eine große Anzahl von Einzelvorrichtungen, aus denen sie zusammengesetzt ist, und insbesondere die Diffusionsanlagen selbst aus Holz hergestellt werden können.
  • Im nachstehendenBeispiel ist ohnejedeBeschränkung eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung im Hinblick auf die Zeichnung erläutert.
  • Die dargestellte Anlage setzt sich zusammen aus vier Einzelelementen 1, 2, 3, q., von denen jedes im wesentlichen aus einem Bottich A für angesäuertes Wasser, einem Kocher C und einer Diffusionsbatterie D besteht. Die erste Anlage enthält außerdem einen Einweichbehälter B, der zur Imprägnierung des Ausgangsmaterials mit der sauren Flüssigkeit dient.
  • Das zuvor in Form von Schnitzeln zerstückelte Holz gelangt durch die Leitung i in den Behälter B, wo es bei 9o° der Einwirkung der aus dem Bottich Al stammenden Säurelösung, die aus einem mit 5 g H Cl je Liter angesäuerten Wasser besteht, unterworfen wird. Nach 3o-Minuten Berührungsdauer hat die Masse das -,.5fache ihres Gewichtes der Säurelösung absorbiert. Nach Abtropfenlassen wird sie in den' Kocher Cl von ioo hl Inhalt abgeleitet und dort 4.5 Minuten einer Kochung unter einem Dampfdruck von 5 kg unterworfen, was einer Temperatur von etwa i65° entspricht.
  • Die Masse wird sodann in die Diffusionsbatterie Dl abgeleitet, die sechs Diffuseure von ioo hl Inhalt umfaßt; in diesen wird sie im Gegenstrom in üblicher Weise mit einer aus dem Bottich A, stammenden und durch Leitung 2 bei einer Temperatur von cgo° eintretenden Säurelösung von 4. g je Liter behandelt.
  • Man erhält so eine Lösung, die reich an Pentosen ist und die außerdem.etwas Hexosen enthält; diese Lösung fließt durch die Leitung 3 ab und wird in der Sammelleitung S aufgefangen. Diefberschüssige Waschflüssigkeit, die aus jedem Einzelteil der Diffusionsbatterie abfließt, wird durch eine Leitung besammelt und in den Bottich A2 zurückgeführt.
  • Der vollständig vom Zucker befreite und mit der sauren Flüssigkeit von q. g Säure je Liter imprägnierte Ausgangsstoff wird nach Abtropfenlassen durch ein beliebiges Fördersystem in den Kocher C, des zweiten Einzelelementes gebracht, wo er i 5 klinuten einer Kochung unter einem Dampfdruck von 8 kg, entsprechend einer Temperatur von etwa 175o. unterworfen wird. .
  • Von hier wird er in eine Diffusionsbatterie D. abgeleitet, wo er mit Hilfe von Wasser, das mit 3 g Säure imLiter angesäuert istund aus dem BottichA; stammt, gewaschen wird. Man zieht vom oberen Teil der Batterie eine zuckerreiche Lösung in derartiger Menge ab, daß die Erschöpfung der Masse an Zucker vollständig ist. Der gleiche Vorgang wiederholt sich in dem Kocher C3 und in der Batterie D3. Die in dem letzteren verwandte saure Lösung enthält 2,5g Säure im Liter, und der Kochdruck in C3 beträgt 121:g, was einer Temperatur von r85° entspricht. Die Kochdauer beträgt 15 'Minuten. Auch hier regelt man den Abzug der zuckerhaltigen Flüssigkeit in D3 derart, daß eine vollständige Auslaugung der Masse gesichert ist.
  • In dem letzten Kocher C4 beträgt der Dampfdruck etwa 2o Atm., was einer Temperatur von 195° entspricht, und die Kochdauer kann auf 7 Minuten verringert werden.
  • Die inderDiftusionsbatterieD4verwandteWaschflüssigkeit ist Wasser, das zweckmäßigerweise auf 9o' erwärmt ist. Am Ausgang dieser Diffusionsbatterie fängt man einerseits eine zuckerhaltige Lösung auf, die wie in den vorangehenden Fällen z. 13. durch die Sammelleitung S entfernt wird, und andererseits reines Wasser, das durch die Rohrleitung 6 entfernt wird, und schließlich das erschöpfte und entsäuerte Lignin, das zu einer beliebigen Verwendung, zweckmäßigerweise zur Herstellung von Holzkohle für Vergaser, benutzt werden kann (Rinne 7).
  • Man bleibt durchaus im Rahmen der Erfindung, wenn man an der beschriebenen Apparatur Änderungen einiger Einzelteile vornimmt.
  • Insbesondere kann es vorteilhaft sein, Kocher zu verwenden, deren Ausmaße vom ersten Element bis zum letzten kleiner werden, um der Volumenverringerung, welche das Ausgangsmaterial im Laufe der Behandlung erleidet, Rechnung zu tragen.
  • Man kann 7.B. folgende Ausmaße verwenden: r. Element: Cl roo hl Dl 6 Diffuseure von roo lil 2. Element: C., 8o hl D., 6 Diffuseure von 8o lil 3. Element: C3 62 hl D.3 6 Diffuseure von 62 hl Element: C4 5o hl D4 6 Diffuseure von 5o hl. Ebenfalls können die extraliierten zuckerhaltigen Flüssigkeiten in jederDiffusionsstufe geinischtoder, im Gegenteil, auch getrennt aufgefangen werden.
  • Man kann gleichfalls von der Gesamtheit der Zuckersäfte nur die an Pentosen reiche Flüssigkeit der ersten Diffusion abtrennen, um diese Pentosen in wertvolle Produkte, wie z. B. Furfurol, umzuwandeln.
  • Man bleibt außerdem im Rahmen der Erfindung, wenn man die Diffusion mittels reinem Wasser vornimmt, wol;ci die so erhaltene feuchte Masse in diesem Falle für den nachfolgenden Hv droly sevorgang mit einer solchen Säuremenge vermischt wird, daß eine geeignete Acidität erreicht wird, ohne daß das Volumen der durch die Masse zurückgehaltenen Flüssigkeit vermehrt wird.
  • Das Verfahren ist nicht nur auf die Behandlung von Holzschnitzeln oder Sägespänen anwendbar, sondern es kann auch auf alle cellulosehaltigen Stoffe, gleichgültig von welcher Natur diese sind, angewendet werden.
  • Die erhaltenen Zuckerlösungen können zur Gewinnung des darin enthaltenen Zuckers weiterbehandelt oder einer beliebigen Vergärung zur Umwandlung desselben in hochwertige Produkte, z. B. in. Alkohol, unterworfen werden. Im letztgenannten Falle verwendet man v orteilhafterweise das Verfahren durch Wiederaufnahme der Hefe, dessen Prinzip in der Patentschrift 63o 193 beschrieben ist.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Verzuckerung von cellulosehaltigen Stoffen durch aufeinanderfolgende Hydrolysen mittels verdünnter Lösungen von Mineralsäuren, dadurch gekennzeichnet, daß man die aufeinanderfolgenden Hydrolysevorgänge in Richtung vom frischen zum erschöpften Material bei steigenden Temperaturen, zweckmäßig von 15o bis 2oo°, aber bei fallenden Säuregraden, z. B. von 6 bis 2 g im Liter Salzsäure bzw. von 1o bis 39 imLiter Schwefelsäure, ausführt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen je zwei Hydrolysevorgänge die Masse vollständig von dem gebildeten Zucker durch eine methodische, getrennt ausgeführte Diffusion, zweckmäßig mittels verdünnter Säure, vorzugsweise mittels derjenigen wäßrigen Säure befreit, die bei dem nachfolgenden Hydroly sev organg verwendet werden soll.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß zur Imprägnierung der cellulosehaltigen Masse gerade ausreichende Mengen der sauren Lösung verwendet werden, so daß jeder Hydrolysevorgang in Abwesenheit von jeder Umhüllungsflüssigkeit ausgeführt wird. d..
  4. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die von der ersten Diffusion stammende Lösung, die reich an Pentosen ist, zur Weiterverarbeitung auf Furfurol getrennt aufgefangen wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausmaße der Kocher und der Diffusionselemente vom einen Ende der Vorrichtung zum anderen geringer werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente der Diffusionsbatterien aus Holz gebildet sind.
DEU309D 1942-03-27 Verfahren zur Verzuckerung von cellulosehaltigen Stoffen mit Hilfe von verduennten Mineralsaeuren Expired DE883730C (de)

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