專利名稱:用于生產(chǎn)糠醛的處理植物性物質(zhì)的方法和設(shè)備的制作方法
本發(fā)明主要是關(guān)于木質(zhì)纖維素類植物性物質(zhì)的處理方法，特別是用于生產(chǎn)糖醛。
本發(fā)明還涉及一種應(yīng)用這一方法的設(shè)備。
已知有各種如樹木、玉米莖、玉米蕊、蔗渣和其它植物性物質(zhì)的蒸汽裂化裝置，能夠在現(xiàn)場生產(chǎn)出糖醛。然而，這類裝置獲取的糖醛產(chǎn)率，相對較低。
另一方面，已知還有一些用于制造含有如纖維素或戊聚糖物質(zhì)的漿或糊的蒸汽裂化裝置，這種物質(zhì)可以制成例如紙張或家畜飼料。但是，這類裝置不能生產(chǎn)糖醛，或者只能生產(chǎn)出極少量的糖醛。
因此，主要是應(yīng)提出能夠有效地聯(lián)合生產(chǎn)糖醛和家畜的纖維素飼料的方法和設(shè)備，因為任何現(xiàn)今已知的設(shè)備都不能達(dá)到這一目的。
本發(fā)明的目的就是填補(bǔ)這一空白，提出了一種處理植物性物質(zhì)的方法和設(shè)備，能夠聯(lián)合生產(chǎn)家畜飼料和糠醛，并具有十分顯著的效果、產(chǎn)率和可靠性。
為此，本發(fā)明涉及一種木質(zhì)纖維素植物性物質(zhì)的處理方法，特別是用于生產(chǎn)糠醛，其方式是通過植物性物質(zhì)的蒸汽裂化步驟，對植物性物質(zhì)進(jìn)行煮解，以便能特別取得含有如纖維素和木素的不溶解物質(zhì)的糊狀物，并取得含有如戊聚糖和戊糖的可溶解物質(zhì)的糊狀物，其特征是，把從蒸汽裂化器中排出的物質(zhì)用水洗滌，以從中提取戊聚糖和戊糖，這種洗滌是在這些物質(zhì)加酸后進(jìn)行的，以提高戊聚糖和戊糖的可溶性，隨后經(jīng)過處理生產(chǎn)出糠醛，而經(jīng)過洗滌的不溶解的濾渣則被分離，以組成家畜的營養(yǎng)飼料。
根據(jù)這一方法的另一個特征，含有戊聚糖和戊糖提取物的液體被加熱，并在液體加熱前和/或加熱后，在液體中添加作為催化劑的補(bǔ)充酸，以便使戊聚糖轉(zhuǎn)化為戊糖，并使戊糖轉(zhuǎn)為糠醛，并將因此而取得的液體導(dǎo)入具有多個階段的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，其中至少有一個階段接收補(bǔ)充酸并且所有的階段都用蒸汽汽提，以便隨著戊糖轉(zhuǎn)化為糠醛，在反應(yīng)區(qū)中形成汽相糠醛，這種汽相糠醛隨后被冷凝。
在此還要確切說明的是，含有戊聚糖和戊糖提取物的液體的加熱，是通過與從上述反應(yīng)區(qū)排出的液體的熱交換實現(xiàn)的，熱交換的時間應(yīng)低于或等于10秒。
根據(jù)這一方法的另一特征，向蒸汽裂化器流出的物質(zhì)加入的酸是磷酸或乙酸，其加入量是從蒸汽裂化器排出物質(zhì)的干等同物的重量的0.5～5%。
在此還要確切說明的是，洗滌后的不溶解物質(zhì)的濾渣的分離是通過相當(dāng)于約30℃至80℃之間溫度的過濾或其它方法實現(xiàn)的。
上述補(bǔ)充酸是由硫酸、磷酸、硝酸或鹽酸組成的，酸濃度在約0.05和0.8N之間。
根據(jù)這一方法的另一特征，含有戊聚糖和戊糖提取物的液體，在經(jīng)過約10個至25個巴之間的絕對壓力壓縮后，被加熱到約150和210℃之間的溫度。
在此還應(yīng)確切說明的是，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)的液體應(yīng)停留1至10分鐘之間的時間，并通過加入蒸汽加熱到約170至230℃之間的溫度。
本發(fā)明還涉及一種應(yīng)用這一方法的設(shè)備，能滿足上述那些特征，這一設(shè)備包括一個用熱力學(xué)方法分離不溶解物質(zhì)(如木素和纖維素)和可溶解物質(zhì)(如戊聚糖和戊糖)的蒸汽裂化裝置，其特征是，在上述裝置的下游位置依次包括，一個向蒸汽裂化器排出的物質(zhì)里注入酸的裝置，一個能用水提取戊聚糖或戊糖并能使其分離出固態(tài)濾渣的裝置，這一提取裝置聯(lián)接著多級反應(yīng)裝置，其中至少有一個階段的反應(yīng)區(qū)，用以使戊聚糖轉(zhuǎn)為戊糖和戊糖轉(zhuǎn)為糠醛，這一裝置又與糖醛冷凝系統(tǒng)相連接。
根據(jù)這一設(shè)備的另一個特征，應(yīng)至少有一個加酸管向反應(yīng)區(qū)的至少一個階段加酸，并應(yīng)至少有一個加酸管向從上述提取一分離裝置排出流液的管加酸，后面的這個管在反應(yīng)區(qū)第一階段的水平上接口。
這一發(fā)明設(shè)備的另一特征是有一個熱交換器，從反應(yīng)區(qū)排出的液體和源于戊聚糖和戊糖提取一分離裝置的液體，從熱交換器中穿過。
本發(fā)明設(shè)備的另一特征是，還有一個被源于反應(yīng)區(qū)的氣相糠醛流穿過的冷凝器，至少還有一個糠醛低溫冷凝裝置，以及一個與上述冷凝器和低溫冷凝裝置相結(jié)合的熱回收系統(tǒng)。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在以下參照僅作為例子提供的附圖和發(fā)明的較佳實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1是示意流程圖，表示根據(jù)本發(fā)明原則的設(shè)備的各主要裝置。
圖2是一個流程圖，詳細(xì)表示了在圖1上可見到的其中一個裝置，這一裝置用于將戊聚糖轉(zhuǎn)為戊糖并將戊糖轉(zhuǎn)為糠醛。
參照圖1，可見一種符合本發(fā)明設(shè)備原則的設(shè)備，主要包括一個蒸汽裂化裝置A，一個用于分離構(gòu)成家畜的營養(yǎng)元素濾渣和水提戊聚糖與戊糖的裝置B，一個將戊聚糖轉(zhuǎn)為戊糖和將戊糖轉(zhuǎn)為糠醛的裝置C(詳見圖2)，以及一個蒸餾提純糖醛的裝置D。
蒸汽裂化裝置A的類型是已知的，可通過管(1)將源于農(nóng)業(yè)或林業(yè)的植物性物質(zhì)和木質(zhì)纖維素類的物質(zhì)，也就是說基本包括木素和纖維素的物質(zhì)輸進(jìn)裝置A。
這種物質(zhì)被約160℃至250℃之間的高溫和約5至40巴之間的相應(yīng)壓力的蒸汽加熱。圖示中的管(2)用于向裝置A中供入蒸汽，管(3)用于排出蒸汽。
通過管(4)從蒸汽裂化裝置中排出的煮解產(chǎn)品，基本上是纖維素、半纖維素的衍生物(戊聚糖和戊糖)，以及木素，其組成明顯取決于向裝置A中所提供的植物性物質(zhì)。
確切地說，通過管(4)排出的上述產(chǎn)品分為兩種類型的產(chǎn)品，一類是不可用水提取的固體產(chǎn)品(基本是纖維素和木素)，另一類是可溶于水的產(chǎn)品(基本是戊聚糖和戊糖)，組成了能制造糠醛的原料。這些形成漿和糊的產(chǎn)品，通過管(4)輸送到特別用于提取戊聚糖和戊糖的裝置B中。
在裝置B中，這種漿或糊用通過管(5)輸入的水洗滌，以提取成為可溶產(chǎn)品的戊聚糖和戊糖。這種提取最好是通過幾個逆流階段完成，以便提高提取率，減少水耗并在濾液中提高可提取的戊聚糖含量。
在裝置B中，通過過濾分離出戊聚糖和戊糖并通過管(6)輸向裝置C，而通過過濾分離出的用于組成家畜的營養(yǎng)飼料的濾渣或濾餅則用管(7)排出。
在裝置B中，根據(jù)需要處理的植物性物質(zhì)必須抽800～200mm汞柱的真空。過濾應(yīng)在30℃至80℃之間的溫度下進(jìn)行，最好是在50℃至60℃之間的溫度，以利于戊糖單體的提取和戊聚糖低聚體的提取。在此將要求裝置B能便于取得戊聚糖和戊糖濾液，為其后的糖醛生產(chǎn)做好準(zhǔn)備，并且應(yīng)便于同時也取得固體濾渣，以形成主要是具備卓越的可消化特性的木素和纖維素的家畜營養(yǎng)飼料。
應(yīng)補(bǔ)充的是，在裝置B的上游，應(yīng)通過管(8)在管路(4)中添加酸，管路(4)是用于輸運從蒸汽裂化裝置A中出來的漿或糊并將其輸向裝置B。
這種酸可能是磷酸或乙酸，可非常輕度地酸化在管路(4)中通過的稀釋漿或糊。這種酸的加入量相當(dāng)于干物質(zhì)重量的0.5至5%之間，所謂干物質(zhì)也就是指出自于裝置A的物質(zhì)的干等同物。
在裝置B的上游注入酸，可驚人地提高戊聚糖的可溶性，隨后再將其處理制成糖醛。
在蒸汽裂化裝置A的下游和緊靠洗滌裝置B的上游注入的磷酸或乙酸，按以下公式起水解反應(yīng)催化劑作用
還可使用其它酸，如硫酸、鹽酸或硝酸，但磷酸或乙酸因濃度低具有可食用的優(yōu)點，因此優(yōu)先采用。
在裝置B中洗滌時，約為原加入量的75到90%的大部分酸進(jìn)入組成糠醛生產(chǎn)裝置C的原料的濾液(6)。這種加酸的洗滌程序能提取約85到95%的戊聚糖和戊糖，由于添加了酸，戊聚糖和戊糖的提取量增加了約3到5%，然而所添加的酸，如上所述，不應(yīng)對從裝置B的管(7)輸出的營養(yǎng)物質(zhì)的可消化性和器官感覺質(zhì)量產(chǎn)生任何影響。
在將要參照圖2描述的裝置C中，戊聚糖將轉(zhuǎn)變?yōu)槲焯?，而戊糖又轉(zhuǎn)變?yōu)榭啡?，糠醛從裝置C中排出并通過管(9)輸向蒸餾裝置D。
確切地說，濾液(6)通過泵(P)加壓至約10和25巴之間的壓力，并通過熱交換器(13)預(yù)熱至150-200℃，通過管(14)輸?shù)椒磻?yīng)區(qū)(15)的頂部，按照一種實施例，反應(yīng)區(qū)(15)是帶有塔板(16)的板式塔。
補(bǔ)充酸可是硫酸、磷酸、硝酸或鹽酸，酸濃度在約0.05和0.8N之間，并通過管(11)輸進(jìn)裝置C。確切地說，如圖2所示，補(bǔ)充酸是通過管(11)上的泵(17)，經(jīng)過管(18)被輸進(jìn)反應(yīng)區(qū)或板式塔(15)，管(18)最好被分成許多帶有閥門(19)的分管(18a)，每個分管(18a)在反應(yīng)區(qū)(15)的每一層塔板(16)的上方接口。
可以把部分補(bǔ)充酸輸進(jìn)管(6)、(14)中的濾液里，并送到反應(yīng)區(qū)(15)頂部。為此，可預(yù)備一個帶有閥門(20a)的管(20)，將輸送酸的管(18)與位于熱交換器(13)下游的、向板式塔(15)輸送濾液的管(14)連接在一起。還可預(yù)備一個管(21)，將管(18)與位于熱交換器(13)上游的、輸送濾液的管(6)連接在一起。任意一個管(20)、(21)都能在裝置C中使用。
在板式塔(15)的底部，水蒸汽通過管(12)輸入，并且如圖2所示，從板式塔(15)排出的液體通過管(22)離開板式塔，并在熱交換器(13)中與通向板式塔(15)的濾液(6)進(jìn)行熱交換，以便最后通過管(10)排出。
在板式塔或反應(yīng)區(qū)(15)的頂部，由于連續(xù)用蒸汽汽提，可逐漸通過從戊糖到糠醛的轉(zhuǎn)換生產(chǎn)出汽相糠醛，并通過管(23)排出。
在此應(yīng)指出，反應(yīng)區(qū)(15)中的液體應(yīng)停留1和10分鐘之間的時間，并通過加入蒸汽加熱到約170到230℃之間溫度。
應(yīng)特別指出的是，向板式塔(15)中添加酸、液體在板式塔中的停留時間和連續(xù)用蒸汽汽提，應(yīng)有利于完成從戊聚糖到戊糖的全部水解反應(yīng)，并應(yīng)有利于獲得卓越的糠醛產(chǎn)率，糠醛是通過管(23)從板式塔(15)的頂部排出的。
進(jìn)入管(23)的糠醛汽和水汽在一組熱交換器(24)、(25)、(26)中冷凝，以便制成最終的液體，并通過管(9)流向蒸餾裝置D，如圖1和圖2所示。
經(jīng)脫鹽和適當(dāng)處理后的水，通過管(27)被輸?shù)奖狙b置，這種水在流經(jīng)熱交換器(25)時被預(yù)熱，并在管(28)中與出自于鍋爐蓄水器(30)的，通過泵(29)再循環(huán)的冷凝液相混合，并在熱交換器(24)中被部分汽化。通過管(31)排出其壓力約為3至5絕對巴的汽和冷凝液的混合體，并在鍋爐蓄水器(30)中被分離，形成汽相和液相，汽相由管(32)排出，液相則被管(33)輸向泵(29)。
從熱交換(25)出來后，可在熱交換器(26)中通過從中穿過的冷卻水管(34)取得糠醛過冷水溶液。
在此應(yīng)指出，進(jìn)入管(32)的低壓蒸汽量可以達(dá)到在反應(yīng)區(qū)或板式塔(15)中使用的高壓蒸汽量的60到90%。這組成了本方法的一個巨大優(yōu)點，在于這種低壓汽可在例如糠醛提純裝置D中使用。
再參照圖1，從剛剛描述的裝置C中排出的糠醛溶液(9)，與含有豐富糠醛的，通過管線(35)導(dǎo)流的水蒸汽冷凝液相混合，管線(35)通過點(36)將裝置A與管(9)連接在一起。然后，將該糠醛溶液通過管(37)進(jìn)入裝置D進(jìn)行提純。這種糠醛提純裝置本身是已知的，并采用例如共沸蒸餾、
析、真空脫水，然后通過糠醛蒸餾進(jìn)行最后提純。
在圖1上示出了從裝置D中排出的各種流液，有經(jīng)過提純的糠醛流液(38)，重濾渣和酸溶液的流液(39)，以及如甲醇和丙酮等輕溶劑流液(40)。
因此，根據(jù)本發(fā)明能實現(xiàn)一種方法和一種設(shè)備，根據(jù)這種方法和設(shè)備，源于蒸汽裂化裝置的戊聚糖，首先經(jīng)過加酸處理，然后進(jìn)行水洗和過濾，以便取得家畜的營養(yǎng)飼料和戊糖濾液，戊糖液體隨后被連續(xù)用蒸汽汽提，以便高產(chǎn)率生產(chǎn)糠醛。
因此可知，這種方法和這種設(shè)備表現(xiàn)出的全部利益，是能聯(lián)合生產(chǎn)糠醛和家畜的纖維飼料。
當(dāng)然，本發(fā)明絕不僅僅限于所描述只作為例子給出的實施方案和圖示。
為此，可以在不超出本發(fā)明范圍的情況下，完全使用一組系列式攪拌反應(yīng)器代替反應(yīng)區(qū)或板式塔(15)。
自此，本發(fā)明包括所有描述的方法與設(shè)備的技術(shù)等同物，以及根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思和權(quán)利要求
所完成的組合形式。
權(quán)利要求
1.一種木質(zhì)纖維素植物性物質(zhì)的處理方法，特別是用于生產(chǎn)糠醛，其類型是以能夠特別保證植物性物質(zhì)煮解的蒸汽裂化方式對植物性物質(zhì)進(jìn)行加工，以便能特別取得含有如纖維素和木素的不溶解物質(zhì)的漿或糊，并取得含有如戊聚糖和戊糖的可溶解物質(zhì)的漿或糊，其特征是，從蒸汽裂化器中排出的物質(zhì)被水洗，以從中提取戊聚糖和戊糖，這種洗滌是在這些物質(zhì)加酸后完成的，以提高戊聚糖和戊糖的可溶性，隨后經(jīng)過進(jìn)一步處理生產(chǎn)出糠醛，而經(jīng)過洗滌的不溶解的濾渣則被分離，以組成家畜的營養(yǎng)飼料。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法其特征是，含有戊聚糖和戊糖提取物的液體被加熱，并在液體加熱前和/或加熱后，在這一液體中添加作為催化劑的補(bǔ)充酸，以便使戊聚糖轉(zhuǎn)化為戊糖，并使戊糖轉(zhuǎn)化為糠醛，并將因此而取得的液體導(dǎo)入具有多個階段的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，其中至少有一個階段接收補(bǔ)充酸并且所有的階段都被蒸汽汽提，以便隨著戊糖轉(zhuǎn)化為糠醛，在反應(yīng)區(qū)中形成汽相的糠醛，這種汽相糠醛隨后被冷凝。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的方法其特征是，含有戊聚糖和戊糖提取物的液體的加熱，是通過與從上述反應(yīng)區(qū)排出的液體的熱交換實現(xiàn)的，熱交換的時間應(yīng)低于或等于10秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法其特征是，向從蒸汽裂化器流出的物質(zhì)里加入的酸是磷酸或乙酸，上述酸的添加量是蒸汽裂化后物質(zhì)的干燥等同物重量的約0.5-5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法其特征是，上述濾渣的分離是通過相當(dāng)于約30和80℃之間溫度的過濾或其他方法完成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2的方法其特征是，上述補(bǔ)充酸是由硫酸、磷酸、硝酸或鹽酸組成的，酸濃度約在0.05和0.8N之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求
2或3的方法其特征是，含有戊聚糖和戊糖提取物的液體，在經(jīng)過約10個至25個之間絕對巴的壓力壓縮后，被加熱到約150和210℃之間的溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求
2的方法其特征是，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)的液體應(yīng)停留1和10分鐘之間的時間，并通過加入蒸汽加熱到約170和230℃之間的溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1-8中的任一個權(quán)利要求
的方法所使用的設(shè)備，其類型包括一個用熱力學(xué)方法分離如木素和纖維素的不溶解物質(zhì)和如戊聚糖和戊糖的可溶解物質(zhì)的蒸汽裂化裝置A，其特征是，在上述裝置的下游依次包括，一個向蒸汽裂化器排出的物質(zhì)里注入酸的裝置(8)，一個能用水法提取戊聚糖或戊糖并能使其分離出固態(tài)濾渣的裝置B，這一提取裝置連接著反應(yīng)區(qū)(15)，該區(qū)中至少有一個階段是用以保證使戊聚糖轉(zhuǎn)為戊糖，并使戊糖轉(zhuǎn)為糖醛，這一裝置與糖醛冷凝系統(tǒng)(24)、(25)、(26)相連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的設(shè)備其特征是，至少有一個加酸管(11)向反應(yīng)區(qū)(15)的至少一個階段(16)加酸，并至少有一個加酸管(20)、(21)向從上述提取一分離裝置B排出流液的管(6)(14)加酸，上述管(14)在反應(yīng)區(qū)(15)的第一階段的水平高度上接口。
11.根據(jù)權(quán)利要求
9或10的設(shè)備其特征是，有一個熱交換器(13)，從反應(yīng)區(qū)(15)排出的液體(22)和源于提取-分離裝置B的液體(6)，分別在熱交換器(13)中穿過。
12.根據(jù)權(quán)利要求
9-11中的任一個權(quán)利要求
的設(shè)備，其特征是，有一個被源于反應(yīng)區(qū)(15)的汽相糠醛流液(23)穿過的冷凝器(24)、(25)，至少有一個糖醛低溫冷凝裝置，以及一個連接冷凝器和上述低溫冷凝裝置的熱回收系統(tǒng)(27-33)。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種植物性物質(zhì)的處理方法和設(shè)備，特別是用于生產(chǎn)糠醛。本發(fā)明設(shè)備基本包括一個用熱力學(xué)方法分離如木素和纖維素的不溶解物質(zhì)和戊聚糖和戊糖的可溶解物質(zhì)的蒸汽裂化裝置A，一個向蒸汽裂化裝置排出的液體里注入酸的裝置(8)，一個能用水法提取戊聚糖或戊糖并能使其分離出固態(tài)濾渣的裝置B，這一提取裝置B連接著能將戊糖轉(zhuǎn)為糠醛的裝置C，裝置C連接著能將從裝置C出來的糠醛提純的裝置D。
文檔編號C07D307/50GK87104684SQ87104684
公開日1988年1月27日 申請日期1987年6月11日
發(fā)明者喬治·伊西多爾·格利克芒, 塞爾日·雅克·拉豐, 讓-伊夫·保羅·弗朗索瓦·弗拉耶 申請人:法國技術(shù)研究與制造公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan