185421. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés furfurol előállítására növényi anyagokból
1 185 421 2 elhagyó maradékok extrakciójával kapott, a 72 tárolótartályban összegyűjtött sósavoldat), és — 8,56 ton na/óra 17 %-os sósavoldat (a furfurolképzó' rekatorból elvezetett oldat), tehát, összesen 11,7 tonna/óra 15,8 súly%-os sósavoldat. A 14,8 súly%-os sósavoldatot 12 tonna/óra adagolási sebességgel vezetjük be. Az oszlop alján a regenerált, 20 súly%-os (azeotropos összetételű) sósavoldatot 9,3 tonna/óra sebességgel vezetjük el. Az oszlop tetején 2,42 tonna/óra vízfölösleget, az oszlop alján pedig 0,3 tonna/óra szennyezést vezetünk el. A sósav-veszteség a bevezetett sósav 1 %-ának felel meg, ami egy 5000 tonna furfurol/év kapacitású üzemben a következő veszteségi tényezőket jelenti: — a furfurol-képzési szakaszban: 1,4X0,01=0,014 tonna sósav/óra, — a szennyezések eltávolításakor: 0,3 tonna/óraX0,2 = = 0,06 tonna sósav/óra, összesen tehát 0,4 tonna sósay/1 tonna furfurol. A 65 dekantálóban elválasztott és a 67 reaktorban semlegesített, 95 súly% furfurolt tartalmazó elegyet 0,67 tonna/óra sebességgel vezetjük a 64 vízmentesítő oszlopba. A 64 vízmentesítő oszlop 100 Ilgmm nyomáson üzemel. A 64 oszlopban körülbelül 0,04 tonna/óra vizet vonunk el, és az oszlop kimeneténél 0,65 tonna/óra sebességei vezetjük el a 99 súly%-os furfurolt. A 99 %-os furfurolt 625 kg/óra sebességgel kapjuk. A berendezés tejes gőzfogyasztása 7 tonna/óra, teljes vízfogyasztása pedig 185 m3/óra. A 48 reaktorból elvezetett, száraz anyagra számítva 2,12 tonna/óra növényi maradék (fűtőérték: 3400 kcal/kg) elégetésével óránként 11 tonna gőzt fejleszthetünk. Figyelembe véve, hogy a berendezés teljes gőzigénye óránként körülbelül 7 tonna, ez az érték lényegesen meghaladja a berendezés gőzigényét. A pentozán pentóz hidrolízis-rekció sebességének hőmérsékletfüggését úgy vizsgáltuk, hogy zárt hidrolizáló reaktorban az idő függvényében különböző hőmérsékleteken meghatároztuk a képződő pentóz mennyiségét. A kísérletek körülményeit az 1. táblázatban közöljük. A kísérletekhez szárított kukoricacsutkát (nedvességtartalom: 11 súly%, pentozán-tartalom: 38 súly%, sűrűség: 160 kg/m3) használtunk fel. 1. táblázat ■ Kísérletek pentozánokban dús növényi anyag pentozán-tartalmának pentózzá történő hidrolizálására 1. 2. kísérlet 3. Hőmérséklet, °C 23 47 60 A hidrolizáló reaktorba bemért nyers csutka súlya, kg 45,6 40,4 40 A szárazanyag súlya, kg 40,5 36 35,6 A pentozánok súlya, kg 15,4 13,6 13,5 1. 2. kísérlet 3. A hidrolizáló reaktorba bemért 20 %-os sav térfogata, 1 173 150 175 Teljes folyadéktérfogat, 1 A hidrolizáló reaktorban 178 154,4 179,4 mért maximális pentózkoncentráció, g/1 99 100 85 Szárazanyag súlya:folyadék súlya 0,26 0,27 0,22 A hidrolizáló reaktorban mérhető pentóz-koncentráció változását a hőmérséklet függvényében a 4. ábrán feltüntetett görbékből olvashatjuk le. Az (1) görbe a 23 °C-on, a (2) görbe a 47 °C-on, a (3) görbe pedig a 60 °C-on végrehajtott kísérlet eredményeit szemlélteti. A kísérleti eredmények alapján a következőket álíapítjha'juk meg: — A pentozán ->■ pentóz reakció egyensúlyi folyamat. Az egyensúly megközelítésekor csökken a hidrolízis sebessége, és zárt reaktorban nem érhető el a maximális pentóz-koncentráció. — 60 °C-on bomlási reakció indul be, és a hidrolízis körülbelül 5 órát igényel. A mért értékek alapján a hidrolízis entalpiája AH = =15,5 kcai/mól. A következőkben megvizsgáltuk, hogyan befolyásolja a furfurol hozamát a hidrolizátum tartózkodási ideje a furfurol-képző oszlopban. Az észlelt eredmények alapján szerkesztett görbéket az 5. ábrán mutatjuk be. A görbékből a következő tények állapíthatók meg: — A furfurol hozama a a tartózkodási idő függvényében nő. Az optimumot akkor érjük el, ha a tartózkodási időt a furfuTol-képződési reakció sebességének megfelelően választjuk meg (lásd az 1. görbét, ahol dt = 2 óra). — Hosszabb tartózkodási idők esetén (dt > 2 óra) csökken a furfurol hozama, ami azzal magyarázható, hogy a mellékreakciók ekkor már nem elhanyagolhatóak. A 2. görbén a furfurol + kapott pentózok moláris hozamát mutatjuk be a beadagolt pentózok mólszámának függvényében, míg a 3. görbén a furfurollá nem alakult pentózok részarányát szemléltetjük. A 2. és 3. görbe egybevetéséből megállapíthatjuk, hogy a találmány szerinti eljárással a furfurolt kiváló hozammal állítjuk elő. Szabadalmi igénypontok 1. Eljárás furfurol előállítására pentozánokat tartalmazó növényi anyagokból, utóbbiak tömény erős sav jelenlétében végzett hidrolízise és ezt követő dehidratálása útján, azzal jellemezve, hogy az eljárást két lépésben valósítjuk meg, és a reakció első lépésében a növényi anyagokban levő pentozánok hidrolízisét 5—6 n vagy 30 s%-os azeotrop koncentrációjú sósav jelenlétében folytatjuk le 1—2 óra alatt olyan módon, hogy a szilárd fázist és a folyadékot atmoszferikus nyomáson és 20— 70 °C hőmérsékleten ellenáramban keringtetjük, és a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 8
