NO168056B - Fremgangsmaate for fremstilling av mikrokrystallinsk cellulose med ensartet polymerisasjonsgrad og glukose fra lignocelluloseholdig material. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av mikrokrystallinsk cellulose med ensartet polymerisasjonsgrad og glukose fra lignocelluloseholdig material.

Disse og ytterligere trekk ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av patentkravene.

Mikrokrystallinsk cellulose har en utstrakt anvendelse innen den farmasøytiske industri, næringsmiddelindustrien og innen industri vedrørende papir- og komposittmaterialer. Mikrokrystallinsk cellulose med ensartet polymerisasjonsgrad utgjøres av en kjede med omtrent 250 glukosemolekyler i form av en mikrokrystall. I naturen er flere mikrokrystaller festet til hverandre og omgitt av amorf cellulose, idet de danner en cellulose-mikrofibrill. Dersom den amorfe cellulose fjernes, betegnes det resulterende produkt som mikrokrystallinsk cellulose med ensartet polymerisasjonsgrad. Når lignocelluloseholdig material behandles som beskrevet i kanadiske patentskrifter nr. 1.096.374 og 1.141.376, oppdeles det dissosierte material ved at ligninet og xylanet fjernes, idet man oppnår en cellulosefraksjon med en lav polymerisasjonsgrad (320). Dette material kan omdannes til mikrokrystallinsk cellulose med ensartet polymerisasjonsgrad og glukose, ved at cellulosen bløtes i en syreløsning, vannet fjernes, og den syre-impregnerte cellulosen tilbakeføres til reaktoren idet man tilfører høytrykksdamp (21,1-49,2 kg/cm<a>). Når i alt vesentlig alt materialet har nådd en temperatur på 215°C, slippes straks materialet ut til atmosfæretrykk. Man vil derved få dannet en blanding av mikrokrystallinsk cellulose med ensartet polymerisasjonsgrad og glukose. Dersom den anvendte syreløsningen er svovelsyre og cellulose-temperaturen stiger til 234°C før den øyeblikkelige frigjø-ringen til atmosfæren, vil det i alt vesentlig dannes glukose.

I overensstemmelse med fremgangsmåten for den foreliggende oppfinnelse anvendes det en reaktor som gir en eksplosiv senking av trykket ved fremstilling av mikrokrystallinsk cellulose med ensartet polymerisasjonsgrad og glukose fra lignocelluloseholdig material. Inntil oppnåelse av de kanadiske patentskrifter nr. 1.096.374 og 1.141.376 som omfatter at lignin kan separeres fra cellulose og hemicellulose og det sådan fremstilte produkt, var det ingen kjent økonomisk gjennomførbar fremgangsmåte for helt å separere ikke nedbrutt og kjemisk reaktivt lignin og hemicellulose fra cellulose i lignocelluloseholdig material. Således har syrehydrolyse av lignocelluloseholdig biomasse inntil nå blitt utført ved at materialet behandles som et kompositt-material.

Ifølge fremgangsmåten for den foreliggende oppfinnelse omfatter "lignocelluloseholdig material" slike plantevekst-materialer som havrekli, maisstengler, bagasse,•hvetehalm, havrehalm, bygghalm og trevirke fra forskjellige tresorter, i alt vesentlig løvtrær. Lignocelluloseholdig material består av de tre kjemiske hovedkomponentene lignin, hemicellulose og cellulose i følgende omtrentlige forhold, pluss aske og sporelementer:

Løvtrær:

Ettårig plantematerial (halm, bagasse, osv.):

Cellulose og hemicellulose er begge karbohydrater. Cellulose er den kjemiske forbindelse som det finnes mest av i naturen, etterfulgt av hemicellulose og lignin på henholdsvis andre og tredje plass. Cellulose består av sukkermolekyler med seks

karbonatomer (glukose). Xylan-bestanddelen av hemicellulosen (omtrent 70 %) i ettårige planter og løvtrær består hoved-

sakelig av sukkermolekyler med fem karbonatomer (xylose). Ligninet er et komplekst, amorft molekyl som består av mange av de kjemiske forbindelsene som finnes i olje og gass som fenol, benzen, propan osv. Den funksjon som disse tre materialer har i det lignocelluloseholdige kompleks er som følger: Kjernen i den lignocelluloseholdige fiber består i alt vesentlig av cellulose. Cellulose er skjelettet i fiber-strukturen. Den opptrer i form av krystallinske fibre som holder oppe strukturen av treet eller planten.

Hemicellulosen og ligninet er tverrbundne for å danne en matriks som omgir cellulose-skjelettet og holder strukturen sammen på samme måte som harpiks i et fiberglass-kompositt-material.

Det er denne lignin/hemicellulose-matriksen som beskytter naturen mot angrep fra mikroorganismer. Matriksen gjør også materialet motstandsdyktig overfor vann.

I og med de kanadiske patentskrifter nr. 1.096.374 og 1.141.376 er det problem løst, som har forvirret vitenskaps-menn og ingeniører i mer enn ett århundre, angående hvordan de intermolekylære tverrbindinger mellom ligninet og hemicellulosen brytes uten å gi vesentlig nedbrytning av begge disse kjemiske forbindelser. Når de intermolekylære tverrbindinger i det lignocelluloseholdige material er brutt, er det relativt enkelt å oppdele materialet i de tre kjemiske hovedbestanddelene (lignin, hemicellulose og cellulose), ved å anvende milde organiske løsningsmidler eller svakt NaOH.

Ved hjelp av de påfølgende trinn gjennomføres det en viderebehandling som omfatter at: (a) lignocelluloseholdig material i oppdelt, ubehandlet og fuktig tilstand fylles i en trykktank med et utløp med en ventil, (b) trykktanken fylles hurtig med damp med et trykk på 28,1-49,2 kg/cm<2> idet utløpet med ventil er lukket, for ved hjelp av høytrykksdampen å bringe i alt vesentlig alt det lignocelluloseholdige material opp til en temperatur i området fra 185 til 240°C i løpet av en tid under 60 sek., for å mykne de lignocelluloseholdige material termisk til en plastisk tilstand, og (c) utløpet med ventil åpnes så snart ovennevnte plastiske tilstand er oppnådd, og det lignocelluloseholdige material i ovennevnte plastiske tilstand drives ut fra trykktanken gjennom utløpet på en eksplosiv måte til atmosfæretrykk, slik at ovennevnte material strømmer ut fra utløpet i form av partikler med lignin deri omdannet til partikler som kan separeres fra cellulosen og hemicellulosen og som i alt vesentlig er i størrelsesorden fra 1-10 um, idet lignin, hemicellulose og cellulose i form av partikler foreligger sammen i adskilt form og med utseende som jord, idet hoveddelen av ligninet er termoplastisk og løselig i metanol eller etanol, og cellulosen er i form av krystallinske alfa-cellulosemikrofibriller som passende kan nedbrytes eller omdannes av mikroorganismer og enzymer, (d) ligninet ekstraheres fra blandingen ved anvendelse av et mildt organisk løsningsmiddel som etanol, metanol eller en svak NaOH-løsning ved romtemperatur og (e) det gjenblivende material i cellulose- og hemicellulose-fraksjoner separeres etter filtrering ved at hemicellulosen løses i en svak (1 vekt%) løsning av NaOH ved 50°-100°C, idet den valgte temperatur er avhengig av den ønskede ekstraksj onstid.

Alternativt kan trinnene (d) og (e) gjennomføres ved at:

(f) hemicellulosen ekstraheres fra hele det behandlede material med varmt (50°C) vann i to timer (g) ekstraheres ligninet ved anvendelse av et mildt, organisk løsningsmiddel som etanol, metanol eller en mild (0,1N) løsning av NaOH ved romtemperatur, som, etter filtrering, gir en fraksjon av meget ren cellulose.

De oppnådde fraksjoner (kjemiske forbindelser) er svært rene og hovedsakelig i en såkalt naturlig eller ikke-nedbrutt form. Ligninet er amorft og vil lett nedbrytes kjemisk når det isoleres fra hemicellulose-matriksen. Det vil lett hydrolysere i en svak syreløsning ved eller under sin glasstemperatur på omtrent 125°C, idet den påkrevde temperatur er avhengig av fuktighetsinnholdet. Likeledes er også xylan-bestanddelen i hemicellulosen amorf og noe mer kjemisk robust enn ligninet. Xylanet vil ganske lett hydrolysere i en svak syreløsning ved en glasstemperatur på omtrent 165°C som også er avhengig av fuktighetsinnholdet. Den krystallinske bestanddel i cellulosen er på den annen side mer kjemisk robust og betydelig vanskeligere å hydrolysere enn de andre to, men den vil hydrolysere ganske raskt i en svak syreløsning ved eller like over sin glasstemperatur på 234°C.

Når lignocelluloseholdig material som ikke er underkastet den eksplosive behandling hydrolyseres ved hjelp av syre som et kompositt-material, omsettes syren først med de mer følsomme amorfe (lignin og xylan) bestanddeler. Før den krystallinske cellulose hydrolyseres, nedbrytes bestanddelene som et kjemisk råstoff til noe som vanligvis kalles svartlut, og blandes inngående med glukosen og det oppstår toksisitet og et vanskelig separasjonsproblem. På grunn av at mikrostruk-turen av kompositt-materialet er resistent overfor vann og andre væsker, vil dessuten flis og annet ubehandlet råstoff motstå gjennomtrenging av syren og vil derfor være tilbøyelig til å hydrolysere fra utsiden av flisen mot sentrum. Derfor nedbrytes den glukose som først dannes fra utsiden av flisen før glukosen fra innsiden frigjøres. Dette er den egentlige årsak til at glukoseutbyttet ved syrehydrolyse av lignocelluloseholdige materialer inntil nå har vært begrenset til under 50 % av det teoretiske utbyttet.

En cellulose-mikrofibrill utgjøres av en cellulose-mikrokrystall som er omgitt av og festet til den neste mikrokrystall ved et amorft område i cellulosen. Man har nå funnet at denne amorfe cellulose vil hydrolysere til glukose under mindre strenge hydrolysebetingelser med hensyn til tid, temperatur og syrekonsentrasjon enn det som kreves for å hydrolysere mikrokrystallen til glukose. Ved passende hydrolyseforhold har man derfor nå funnet at det er mulig å fremstille mikrokrystallinsk cellulose i en glukoseløsning.

I overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en fremgangsmåte for fremstilling av mikrokrystallinsk cellulose med ensartet polymerisasjonsgrad og glukose fra lignocelluloseholdig material, ifølge hvilken: (i) lignocelluloseholdig material i oppdelt, ubehandlet og fuktig tilstand fylles i en trykktank med et utløp utstyrt med en ventil, (ii) trykktanken fylles raskt med damp med et trykk på 28,1-49,2 kg/cm<a>, for ved hjelp av høytrykksdampen å bringe i alt vesentlig alt det lignocelluloseholdige material opp til en temperatur i området fra 185°-240°C i løpet av en tid under 60 sek., for å mykne det lignocelluloseholdige material termisk til en plastisk tilstand, og (iii) så snart den ovennevnte plastiske tilstand er oppnådd, åpnes utløpet utstyrt med ventil og det lignocelluloseholdige material i ovennevnte plastiske tilstand drives ut fra trykktanken gjennom åpningen på en eksplosiv måte til atmosfæretrykk, slik at ovennevnte material strømmer ut av utløpet i form av partikler med lignin deri omdannet til partikler som kan separeres fra cellulosen og hemicellulosen og som i alt vesentlig i størrelsesorden fra 1-10 pi, idet lignin, hemicellulose og cellulose i form av partikler foreligger sammen i adskilt form og med utseende som jord, idet hoveddelen av ligninet er termoplastisk og løselig i metanol eller etanol, og cellulosen er i form av krystallinske alfa-cellulosemikrofibriller som passende kan nedbrytes eller omdannes av mikroorganismer og enzymer, idet fremgangsmåten er særegen ved at: (a) cellulosen i det partikkelformede material separeres fra ligninet og hemicellulosen, (b) den separate cellulose blotes i en syreløsning av minst en syre valgt fra gruppen bestående av svovelsyre, saltsyre og svovelsyrling inntil syreløsningen er helt fordelt i cellulosen, hvorpå fuktighetsinnholdet i cellulosen reduseres og det oppnås syreimpregnert cellulose med syrekonsentrasjon i området 0,05-2,0 vekt% med hensyn på cellulose, (c) den syreimpregnerte cellulose tilsettes til en trykktank med ventilåpning, (d) trykktanken fylles raskt med damp inntil det er oppnådd et trykk på 21,2-49,2 kg/cm<2> for ved hjelp av høytrykksdampen å bringe i alt vesentlig all den syreimpregnerte cellulose til en temperatur i området 185°-240°C i løpet av en tid under 60 sek., for derved å svekke de intramolekylære bindingene som binder glukoseenhetene sammen, for å danne cellulose, ved hydrolyse og termisk mykning, (e) utløpet utstyrt med ventil åpnes og den syreimpregnerte cellulose drives ut gjennom åpningen fra trykktanken til atmosfæretrykk, slik at de intramolekylære tverrbindinger i cellulosen brytes idet den hydrolyserte, syreimpregnerte cellulose depolymeriseres og det oppnås en blanding av cellulose og glukoseløsning derfra, hvorpå temperaturen i det ekstruderte material raskt reduseres til en temperaturunder 100°C for å forhindre videre depolymerisasjon av cellulosen og nedbrytning av glukosen og (f) den sure glukoseløsningen og celluloseresten nøytrali-seres.

I overensstemmelse med fremgangsmåten for den foreliggende oppfinnelse er det nå funnet at når metodene som er beskrevet i de kanadiske patentskrifter nr. 1.096.374 og 1.141.376 anvendes for lignocelluloseholdige materialer og cellulosen separeres fra sluttproduktet, er cellulosen i form av cellulose-fibriller med liten størrelse (20-50 um i diameter, og med en lengde på 1 eller 2 mm). Disse fibriller er ekspandert ved den eksplosive dekompresjon idet tomrom er tilbake der ligninet og hemicellulosen engang var og hvor syre valgt fra gruppen omfattende svovelsyre, saltsyre og svovelsyrling lett kan trenge inn. Det er videre funnet, at når cellulosen er fuktig vil en forbløting med syre trekke inn og dermed fordeles syren jevnt på hvert cellulosemolekyl i hele materialet. Problemet med cellulosens syretilgjen-gelighet og med oppnåelse av en jevn fordeling av syren gjennom hele cellulosen er derved løst.

I noen utførelsesformer av frengangsmåten for den foreliggende oppfinnelse kan fuktighetsinnholdet i den syre-impregnerte cellulose reduseres til et nivå i området fra 20 til 80 vekt% av cellulosen. Dette kan oppnås ved hjelp av mekanisk av-vanning. Awanning forenkler oppvarming av cellulosen ved hjelp av damp og forhindrer tilstedeværelse av overskuddsmengde av vann i trykktanken. Foretrukket reduseres fuktighetsinnholdet så mye som mulig. Den av-vannede, syre-impregnerte cellulosen kan deretter fylles i er trykktank som er fylt med høytrykksdamp med et trykk mellom 21,1-49,2 kg/cm<2>, avhengig av fuktighetsinnholdet, for å bringe materialet til en temperatur fra 185° til 240°C i løpet av en tid under 60 sek., foretrukket under 45 sek. avhengig av temperatur og syrekonsentrasjon. Når den ønskede temperaturen er oppnådd, drives den syreimpregnerte cellulose ut i atmosfæren på en eksplosiv måte. Foretrukket filtreres enhver celluloserest fra glukoseløsningen.

I noen utførelsesformer av fremgangsmåten for den foreliggende oppfinnelse der det nøytraliserte sluttprodukt er en blanding av glukose fra den amorfe bestanddel av cellulosen og mikrokrystallinsk cellulose med ensartet polymerisasjonsgrad fra den krystallinske alfa-cellulosedel av cellulosen, impregneres cellulosen med syre ved en konsentrasjon på 0,05 til 1,0 vekt% (med hensyn på cellulose) og trykktanken fylles raskt med damp til et trykk fra 24,6 til 38,2 kg/cm<3> for å bringe den syre-impregnerte cellulose til en temperatur i området fra 200°-225°C i løpet av en tid under 60 sek., for deretter å bli drevet ut i atmosfæren på en eksplosiv måte.

Dersom oppnåelse av en blanding av glukose og mikrokrystallinsk cellulose med ensartet polymerisasjonsgrad er ønskelig anvendes foretrukket saltsyre for å impregnere cellulosen og cellulosen behandles med damp ved et trykk i området fra 21,1 til 31,6 kg/cm<2>. Dersom det på den annen side ønskes oppnåelse av i alt vesentlig ren glukose, anvendes foretrukket svovelsyre for å impregnere cellulosen og cellulosen behandles med damp ved et trykk fra 28,1 til 49,2 kg/cm<2>.

I noen utførelsesformer av fremgangsmåten for den foreliggende oppfinnelse der det nøytraliserte sluttprodukt er en blanding av glukose fra den amorfe cellulosebestanddel og mikrokrystallinsk alfa-cellulose med ensartet polymerisasjonsgrad fra den krystallinske alfa-cellulosedel av cellulosen, impregneres cellulosen med saltsyre til en syrekonsentrasjon på omkring 0,2 vekt% med hensyn på cellulose og trykktanken fylles hurtig med damp til et trykk på omkring 31,6 kg/cm<2> for å bringe den syreimpregnerte cellulose til en temperatur på omkring 215°C i løpet av en tid under 45 sek., for deretter å drive den ut i atmosfæren på en eksplosiv måte.

I enda en utførelsesform av fremgangsmåten for den foreliggende oppfinnelse der det i alt vesentlig oppnås glukose, fylles trykktanken hurtig med damp til et trykk på 28,2-49,2 kg/cm<2>, for å bringe cellulosen, som er blitt impregnert med svovelsyre til en syrekonsentrasjon fra 0,5 til 1,5 vekt% med hensyn på cellulose til en temperatur i området fra 215° til 240°C i løpet av en tid under 60 sek., og deretter drive den ut i atmosfæren på en eksplosiv måte.

I andre utførelsesformer av fremgangsmåten for den foreliggende oppfinnelse der det i alt vesentlig oppnås glukose, fylles trykktanken hurtig med damp til et trykk på omkring 45,7 kg/cm<2> for å bringe cellulosen, som er impregnert med svovelsyre til en syrekonsentrasjon på omkring 1,0 vekt% med hensyn på cellulose til en temperatur på omkring 234°C i løpet av en tid under 45 sek. Innholdet i trykktanken drives deretter ut i atmosfæren på en eksplosiv måte.

Kondensatet som er dannet når høytrykksdampen kommer i kontakt med relativt avkjølt celluloseholdig material fjernes foretrukket fra bunnen av trykktanken etter hvert som det dannes.

Enhver celluloserest kan behandles med enzymer for å omdanne den til glukose eller behandle den på nytt i trykktanken.

Den vedlagte tegning illustrerer en utførelsesform av fremgangsmåten for den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 1 er et side-snitt av en trykktank med et utløp utstyrt med en ventil.

I fig. 1 er det vist en trykktank 2 med et utløp utstyrt med en ventil som i den viste utførelsesform, er i form av en ekstruderingsdyse 6, et lukkeelement for dysen 30, en lukkeklaff for innløpsenden 8 og dampinnløpsåpninger 10-12. Trykktanken 2 har et innsnevringsparti 14 som står i forbindelse med en dyse 4 og innføringsåpninger 16 og 18 som anvendes for temperaturmålinger (ikke vist).

Den fremre del av trykktanken 2 som inneholder utløpsdysen

4, er utstyrt med en flens 20 som er festet til et bøyd samlerør 22 som gradvis avtar i tverrsnitt i strømningsret-ningen. Det bøyde samlerør 22 har en hylse 24 for innføring

av en spindel utstyrt med en flens 26. En pneumatisk drivsylinder 28 er festet til flensen 26 og har et lukkeelement 30 for dysen som er montert på en spindel 32 av en sylinder 28. En dreneringstank 31 for kondensatet har en ventilåpning 33 som tillater at kondensatet fjernes etter hvert som det dannes.

Den bakre ende 34 av trykktanken 2 er festet tettende til den sistnevnte ved hjelp av flenser 36 og 38 og har en lukkeklaff 8 for innløpsenden hengslet dertil ved hjelp av en hengsel 40, og tetning oppnås ved hjelp av en klemforbin-delse 42. Den bakre ende 34 har en sikkerhetsventil 44.

Trykktanken som er vist i fig. 1 kan anvendes i forbindelse med fremgangsmåten for den foreliggende oppfinnelse både i det innledende trinn hvor det oppdelte lignocelluloseholdige material behandles under trykk og drives ut fra trykktanken på en eksplosiv måte, og i det påfølgende trinn hvor de syreimpregnerte cellulosefibriller behandles under trykk og drives ut fra trykktanken på en eksplosiv måte.

Ved bruk er lukkeklaffen 8 for innløpsenden åpen og trykktanken 2 fylles med lignocelluloseholdig material i oppdelt tilstand, idet lukkeelementet 30 stenger utløpsdysen 4. En stang (ikke vist) anvendes for å fylle det lignocelluloseholdige material i trykktanken 2.

Når trykktanken 2 er fullstendig fylt med lignocelluloseholdig material stenges lukkeelementet 30 ved hjelp av den pneumatiske drivsylinder 28, og lukkeklaffen 8 festes til den bakre enden 34 ved hjelp av klemforbindelsen 42, og deretter fylles trykktanken med damp med et trykk i området fra 28,1 til 49,2 kg/cm<2> og ved en temperatur som er tilstrekkelig til å øke temperaturen i det lignocelluloseholdige material til en temperatur i området fra 185° til 240°C, i løpet av en tid under 60 sek., for å mykne det lignocelluloseholdige material termisk til en plastisk tilstand ved tilførsel.av damp gjennom dampinnløpsåpningene 10-12 fra en dampkilde (ikke vist).. I innføringsåpningene 16 og 18 gjennomføres temperaturmålinger (ikke vist) som anvendes for å måle temperaturen av det lignocelluloseholdige material i trykktanken 2 for å bestemme når det lignocelluloseholdige material har oppnådd den valgte temperatur.

Så snart det lignocelluloseholdige material i trykktanken 2 har oppnådd den ønskede temperatur, settes den pneumatiske drivsylinder 28 i gang for å trekke tilbake lukkeelementet 30 og mere eller mindre øyeblikkelig åpne utløpsdysen 4 til atmosfæren slik at det lignocelluloseholdige material drives ut gjennom utløpsdysen 4 i plastisk tilstand og ved utdriv-ningstrykket. Det føres raskt ut i atmosfæren i løpet av millisekunder langs det bøyde samlerør 22. Denne plutselige frigivelse til atmosfæretrykk fører til at det lignocelluloseholdige material i plastisk tilstand drives ut på en eksplosiv måte idet det dannes et partikkelformet material med utseende som jord som farger fingrene brune og har en tilstrekkelig høy spesifikk vekt slik at det synker som sten i vann.

Mens det bøyde samlerøret 22 ikke er absolutt nødvendig, har det den fordel at det utnytter noe av utdrivningskraften for å finfordele det lignocelluloseholdige material i tillegg til den finfordelingen som oppnås ved utdrivning.

Cellulosen separeres deretter fra det partikkelformede produkt ved hjelp av de metoder som er beskrevet over. Den bløtes deretter i en løsning av svovelsyre, saltsyre eller svovelsyrling og fuktighetsinnholdet reduseres.

Lukkeklaffen 8 for innløpsenden i trykktanken 2 åpnes deretter og trykktanken fylles med syreimpregnert cellulose idet lukkeelementet 30 og ventilen 33 er lukket.

Når trykktanken 2 er fullstendig fylt med syreimpregnert cellulose, lukkes lukkeelementet 30 ved hjelp av den pneumatiske drivsylinder 28 og lukkeklaffen 8 festes til den bakre ende 34 ved hjelp av klemforbindelsen 42. Deretter fylles trykktanken med damp med et trykk fra 21,2 til 49,2 kg/cm<2 >for å bringe cellulosen til en temperatur mellom 185° og 240°C i løpet av en tid under 60 sek., foretrukket under 45 sek., avhengig av fuktighetsinnholdet av materialet og pH i den syreløsning som er impregnert inn i cellulosen. Temperaturmålingene (ikke vist) i innføringsåpningene 16 og 18 anvendes for å måle temperaturen av den syreimpregnerte cellulose for å bestemme når cellulosen har nådd den valgte temperatur.

Så snart cellulosen i trykktanken har nådd den ønskede temperatur åpnes utløpet som er utstyrt med en ventil og materialet drives ut fra trykktanken gjennom utløpet på en eksplosiv måte til atmosfæretrykk.

Den prosentandel syre som anvendes for impregnering vil avhenge av den anvendte temperatur, den tid som er nødvendig for å oppnå den valgte temperatur og fuktighetsinnholdet i den impregnerte cellulose. Uansett vil syrekonsentrasjonen ikke være større enn 2 % av den tørre vekt av materialet, og vanligvis mye mindre. Formålet er, ved hjelp av syrehydrolyse og varme å svekke de intramolekylære bindinger som binder glukoseenhetene sammen og gir cellulose. Kombina-sjonen av syrehydrolys_e og det mekaniske sjokk som oppstår ved den plutselige dekompresjon og utdrivning gjennom utløpet vil bryte disse bindinger, og det dannes en høy konsentrasjon av glukose samtidig som trykket reduseres til atmosfæretrykk, idet temperaturen i det ekstruderte material reduseres til under 100°C for å forhindre videre kjemisk hydrolyse.

Det oppnådde produkt nøytraliseres deretter ved hjelp av en passende base og filtreres for å fjerne celluloseresten som kan anvendes som beskrevet over, eller føres tilbake til trykktanken for ytterligere behandling, eller behandles ved enzymatisk hydrolyse for å fullføre omdannelsen til. glukose.

I løpet av de første sek. etter at dampen er innført i reak-

toren, vil kontakten med det relativt kjølige cellulosemate-

rial gi et flytende kondensat. Dette kondensat dekker mellom 10 og 30 % av det celluloseholdige material, avhengig av fuktighetsinnholdet og utgangstemperaturen for cellulose-

råstoffet, idet det på denne måte hindrer ordentlig behand-

ling av det nedsenkede cellulosematerial. Tanken 31 for fjerning av kondensatet, etter hvert som det dannes,

forbedrer utførelsen av fremgangsmåten for den foreliggende oppfinnelse.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av mikrokrystallinsk cellulose med ensartet polymerisasjonsgrad og glukose fra lignocelluloseholdig material ifølge hvilken: (i) lignocelluloseholdig material i oppdelt, ubehandlet og fuktig tilstand fylles i en trykktank med et utløp utstyrt med en ventil, (ii) trykktanken fylles hurtig med damp med et trykk på

28,1-49,2 kg/cm<2>, idet utløpet med ventil er lukket, for ved hjelp av høytrykksdampen å bringe i alt vesentlig alt det lignocelluloseholdige material opp til en temperatur i området fra 185° til 240°C i løpet av en tid under 60 sekunder, for termisk å mykne det lignocelluloseholdige material til en plastisk tilstand, og (iii) utløpet utstyrt med ventil åpnes så snart ovennevnte plastiske tilstand er oppnådd, og det lignocelluloseholdige material i ovennevnte plastiske tilstand drives ut fra trykktanken gjennom utløpet på en eksplosiv måte til atmosfæretrykk, slik at ovennevnte material strømmer ut fra utløpet i form av partikler med lignin deri omdannet til partikler som kan separeres fra cellulosen og hemicellulosen og som i alt vesentlig er i størrelsesorden fra 1-10 um, idet lignin, hemicellulose og cellulose i form av partikler foreligger sammen i adskilt form og med utseende som jord, idet hoveddelen av ligninet er termoplastisk og løselig i metanol eller etanol, og cellulosen er i form av krystallinske alfa-cellulosemikrofibriller som passende kan nedbrytes eller omdannes av mikroorganismer og enzymer, karakterisert ved at (a) cellulosen i det partikkelformede material separeres fra ligninet og hemicellulosen, (b) den separerte cellulose bløtes i en syreløsning av minst en syre valgt fra gruppen bestående av svovelsyre, saltsyre og svovelsyrling inntil syreløsningen er helt fordelt i cellulosen, hvorpå fuktighetsinnholdet i cellulosen reduseres og det oppnås syreimpregnert cellulose med en syrekonsentrasjon i området 0,05-2,0 vekt% med hensyn på cellulose, (c) den syreimpregnerte cellulose tilsettes til en trykktank med utløp utstyrt med en ventil, (d) trykktanken fylles raskt med damp inntil det er oppnådd et trykk på 21,1-49,2 kg/cm<2> for ved hjelp av høytrykks-dampen å bringe i alt vesentlig all den syreimpregnerte cellulose til en temperatur i området 185°-240°C i løpet av en tid under 60 sek., for derved å svekke de intramolekylære bindinger som binder glukoseenhetene sammen for å danne cellulose ved hydrolyse og termisk mykning, (e) utløpet utstyrt med ventil åpnes og den syreimpregnerte cellulose drives ut gjennom utløpet fra trykktanken til atmosfæretrykk, slik at de intramolekylære tverrbindinger i cellulosen brytes idet den hydrolyserte, syreimpregnerte cellulose depolymeriseres og det oppnås en blanding av cellulose og glukoseløsning derfra, hvorpå temperaturen i det ekstruderte material raskt reduseres til en temperatur under 100°C for å forhindre videre depolymerisasjon av cellulosen og nedbrytning av glukosen og (f) den sure glukoseløsning og celluloseresten nøytraliser-es . 2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at all den resterende cellulose filteres fra glukoséløsningen.

3..Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at fuktighetsinnholdet i den syreimpregnerte cellulose reduseres til 20-80 vekt% med hensyn på cellulose før den fylles i trykktanken.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor sluttproduktet er en blanding av glukose fra den amorfe bestanddel i cellulosen og mikrokrystallinsk cellulose med ensartet polymerisasjonsgrad fra den krystallinske alfa-cellulosedelen i cellulose, karakterisert ved at cellulosen impregneres med syre med en konsentrasjon på 0,05-1,0 vekt% med hensyn på cellulose, og trykktanken fylles raskt med damp inntil det oppnås et trykk fra 24,6-38,1 kg/cm<2> for å bringe den syreimpregnerte cellulose til en temperatur i området 200-225°C i løpet av en tid under 60 sek.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor sluttproduktet er en blanding av glukose fra den amorfe bestanddel i cellulosen og mikrokrystallinsk alfa-cellulose med ensartet polymerisasjonsgrad fra den krystallinske alfa-cellulosedelen i cellulose, karakterisert ved at cellulosen impregneres med saltsyre i en konsentrasjon på omkring 0,2 vekt% med hensyn på cellulose, og trykktanken fylles raskt med damp inntil det er oppnådd et trykk på omkring 31,6 kg/cm<2> for å bringe den syreimpregnerte cellulose til en temperatur på omkring 215°C i løpet av en tid under 45 sek.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor sluttproduktet i alt vesentlig er glukose, karakterisert ved at trykktanken raskt fylles med damp inntil et trykk i området 28,1-49,2 kg/cm<2>, for å bringe cellulosen, som er impregnert med svovelsyre til en konsentrasjon på 0,5-1,5 vekt% med hensyn på cellulose, til en temperatur i området 215°-240°C i løpet av en tid under 60 sek.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor sluttproduktet i alt vesentlig er glukose, karakterisert ved at trykktanken raskt fylles med damp inntil et trykk på omkring 45,7 kg/cm<2> for å bringe cellulosen, som er impregnert med svovelsyre til en konsentrasjon på omtrent 1 vekt% med hensyn på cellulose, til en temperatur på omtrent 234°C i løpet av en tid under 45 sek.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at væskekondensat fjernes fra bunnen av trykktanken etter hvert som det dannes.