185421. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés furfurol előállítására növényi anyagokból
1 185 421 2 A találmány értelmében a vízelvonást ellenáramú reaktorban végezzük, azaz a kezelendő pentóz-oldatot és a vízelvonó gőzt ellenáramban vezetjük a reaktorba. Egy igen előnyös eljárásmód szerint a kezelendő pentóz-oldatot és a vízelvonó gőzt folyamatosan tápláljuk be a vízelvonó reaktorba. Előnyösen járunk el akkor is, ha a kezelendő pentózoldatot a reaktor tetején tápláljuk be és gravitációs úton áramoltatjuk át a reaktoron, míg a gőzt a pentózoldattal ellenáramban a reaktor aljáról vezetjük be. Ezzel az intézkedéssel biztosíthatjuk a képződő furfurol gyors és folyamatos extrakcióját, és megakadályozhatjuk a képződő furfurol gyantásodásához vezető mellékrekciókat. A kezelendő pentóz-oldathoz előnyösen habzásgátló anyagot — célszerűen szilikon-alapú habzásgátlót — adunk. Egy további előnyös eljárásmód szerint a vizelvonási lépés után a tömény savat dekantálással elkülönítjük, majd ismét visszavezetjük a hidrolízisbe. Előnyösen járunk el akkor, ha az elkülönített savat a visszavezetés előtt desztilláljuk, és így a savoldat koncentrációját ismét az azeotropos értékre (kb. 20 súlyára) állítjuk be. Egy további előnyös eljárásváltozat szerint a növényi anyag hidrolízise során kapott maradékból egyszerű hevítéssel különítjük el a jelenlevő illékony savat, amit újból felhasználhatunk az eljárásban. A találmány továbbá a fenti eljárás megvalósítására alkalmas furfurol-gyártó berendezésre vonatkozik. A találmány szerinti berendezésnek a növényi anyagot betápláló adagoló szerkezettel ellátott és adagoló csövön kerszíül egy tömény erős savat tároló tartályhoz csatlakozó legalább egy első reaktora, továbbá a legalább egy első reaktorból távozó, tömény erős savat tartalmazó pentóz-oldatot szállító belépő csővel, 100-110 °C körüli hőmérsékletű gőzt bevezető eszközzel, a tömény savat elvezető, az első reaktor savbevezető csövébe torkolló alsó nyílással, valamint a furfurol-tartaímú gőzt hűtőbe és dekantálóba vezető felső nyílással ellátott legalább egy második reaktora, és a folyékony furfuroit a dekantálóból tárolótartályba vezető szállítóeszköze van. A találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakjánál az első reaktor(ok) a lényegében növényi anyagból és tömény erős savból álló reakcióelegy keverésére alkalmas keveró'berendezéssel van(nak) ellátva. Ebben az esetben a keverőberendezést előnyösen a savas pentóz-oldatot visszavezető berendezéselemek alkotják, amelyek a savas pentóz-oldatot legalább egy első reaktorba visszavezetik. Az első reaktorokba folyamatosan vagy félig folyamatosan vezethetjük be a növényi anyagot, és ugyanígy távolíthatjuk el a növényi anyag maradékát ismert szerkezetű zsilipnyílásokon keresztül. A találmány szerinti berendezés egy további előnyös kiviteli alakjánál a második reaktor(ok) töltetet tartalmazlak); a töltet a reagensek eloszlatásának és érintkezésének javítására szolgál. Egy előnyös kiviteli alak esetén a második reaktor(ok) fütőeszközzel, például gőzfűtésű csőkígyókkal van(nak) körülvéve a vízelvonó gőz kondenzáíódásának minimumra szorítása céljából. A találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakjánál a hűtő és a dekantáló kivezetésénél összegyűlt kondenzvizet forralóba vagy hasonló berendezéselembe vezetjük, ahol a vizet elpárologtatjuk, majd a fejlődött gőzt legalább egy második reaktor gőzbevezető csövébe vezetjük. A találmány értelmemben forralóként vagy hasonló berendezéseimként előnyösen termoszífonként működő forraló; alkalmazunk. A találmány szerinti berendezéshez adott esetben a tárolótartályból érkező furfurol tisztítására alkalmas tisztítóberendezés csatlakozhat. A tisztítóberendezésben eltávolítjuk a furfurol víztartalmát, majd a vízmentesített furfurol! csövön keresztül tárolótartályba vezetjük. A berendezés egy előnyös kiviteli alakjánál az egy vagy több második reaktorból elvezetett savoldatot az első reaktor(ok)ba visszavezetés előtt desztilláló oszlopba vezetjük, ahol eltávolítjuk a sav fölösleges víztartalmát (pontosabban a reakcióban képződött vizet), és a s ív koncentrációját a kezdeti értékre állítjuk vissza. A találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakjánál az első reaktor(ok) bemeneti nyílásához hűtőbepároló csatlakozik, ahol a növényi anyag cellulóztartalmából a sav hatására képződő cukrokat — elsősorban glükózt — elválasztjuk a második reaktor(ok)ból elvezetett savtól. A cukrokat a hűtő-bepároló kimeneti nyílásánál vezetjük el, a savat pedig visszavezetjük az első ieaktor(ok)ba. A találmány értelmében a furfuroit előnyösen a következő műveleti körülmények között állítjuk elő: Pentozán-tartalmú kiindulási anyagokként különféle növényi hulladékanyagokat, így kukoricacsutkát, rizs-, zab- vagy gyapotpelyvát, egyéb mezőgazdasági hulladékanyagokat, merev szerkezetű növényi anyagokat (például farönköket), továbbá fűrésztelepi hulladékanyagokat (így faköszörületet, forgácsot, fűrészport és falisztet) alkalmazhatunk. Az eljárásban tömény erős savként előnyösen illékony savat, így 5—6 n sósavoldatot használunk fel. Az eljárás második lépésében (azaz az első lépésben kapott pentózok dehidratálásához ) gőzként 100- llC°C-os, 1-2 bár nyomású vízgőzt használunk fel. Miként a későbbiekben részletesebben ismertetjük, ez az i ítézkedés számos előnnyel jár. A találmány szerinti eljárás folyamatábráját az 1. ábrán szemléltetjük. Az első reaktorba előnyösen 20—70 °C-on, célszerűen 30- 60 °C-on vezetjük be a feldolgozandó növényi anyagot és a tömény, erős - célszerűen illékony - savat. A növényi anyagban levő pentozánokat 1-2 órán át hidrolizáljuk. Ha a sav és a növényi anyag érintkezési idejét ennél hosszabbra választjuk, a sav a növényi anyagban levő cellulózt is megtámadja, és a cellulózt cukrokká — elsősorban glükózzá - bontja le. Az első reaktorba történő visszavezetés előtt a cukrokat megfelelő berendezésben elkülönítjük a savtól. Azt tapasztaltuk, hogy a glükózt jó hozammal kapjuk, ha a növényi anyagot átlagosan kb. 8 ótán át tartjuk érintkezésben a savval. A pentozánok hidrolízise révén képződő pentózoldatot szükség esetén hőcserélőn vezetjük át, majd a második reaktorba tápláljuk be, míg a hidrob'ziskor kapott maradékokat az első reaktor kimeneténél távolijuk el. A maradékokból hevítéssel távolíthatjuk el az illékony savat; egyidejűleg a növényi anyagok esetleges víztartalmát is eltávolítjuk. Az így kapott maradékot tüzelőanyagként használhatjuk fel például az eljárás 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
