способ получения микрокристаллической целлюлозы

Формула изобретения

1. Способ получения микрокристаллической целлюлозы, включающий гидролиз целлюлозы 5%-ным раствором минеральной кислоты в течение 85 мин, отжим с отбором отработанного деструктирующего раствора, промывку, сушку, диспергирование и сортирование, использование отработанного деструктирующего раствора при повторном гидролизе, отличающийся тем, что гидролиз ведут при гидромодуле 1:10-1:15 при температуре 85^oС, а к отработанному деструктирующему раствору добавляют кислые стоки после промывки целлюлозы и свежий раствор кислоты до концентрации исходного деструктирующего раствора для использования его при гидролизе следующей партии волокнистой целлюлозы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что промывку порошковой целлюлозы проводят по методу отжим - разбавление - отжим в две ступени с противоточным использованием кислых стоков: на первой ступени промывку осуществляют кислыми стоками, образующимися после второй ступени промывки, на второй ступени промывку осуществляют свежей водой, а к отработанному деструктирующему раствору добавляют кислые стоки после первой ступени промывки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отработанный деструктирующий раствор и кислые стоки используют десятикратно в процессе гидролиза и промывки без ухудшения качественных показателей целлюлозы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения порошковой микрокристаллической целлюлозы, которая может быть использована в медицинской, фармацевтической, пищевой промышленности, для производства парфюмерных товаров, при изготовлении электросварочных электродов, а также в качестве исходного сырья для получения производных целлюлозы.

Известен способ получения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) путем гидролиза целлюлозосодержащего сырья 5%-ным раствором азотной кислоты при непрерывном перемешивании при температуре 90-98^oС в течение 1,0-1,5 ч с последующей промывкой гидролизной массы до нейтральной реакции, отжимом, протиркой для получения крошки, сушкой в вакуумной сушилке (RU, патент 2141484, кл. С 08 В 15/02, опубл. 20.11.99).

Недостатком данного способа является значительный расход свежей (концентрированной) кислоты, используемой для приготовления деструктирующего раствора, т.к. отработанный раствор после гидролиза сбрасывается в канализацию без повторного его использования. Поскольку порошковая целлюлоза после гидролиза имеет низкое значение рН, необходима многократная промывка порошковой целлюлозы (для достижения нейтральной реакции). Это приводит к значительному расходу свежей воды, используемой при промывке порошковой целлюлозы, и образованию большого количества кислых стоков, загрязняющих водоемы.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения МКЦ, при котором исходную целлюлозу подвергают одновременно гидролизу и отбелке в растворе минеральных кислот - серной и пероксимоносерной - при концентрации кислот 2,5-10% и 0,48-3% соответственно при атмосферном давлении и температуре 100-105^oС в течение 0,5-3 ч. Отработанный деструктирующий раствор используют повторно при добавлении его к свежему раствору в количестве 1/3 части от концентрации серной кислоты и пероксимоносерной (RU, 2119986, кл. D 21 С 1/04; С 08 В 15/02, опубл. 10.10.98).

Недостатки способа заключаются в том, что отработанный деструктирующий раствор используют повторно лишь 4-5 раз, при этом для получения деструктирующего раствора расходуется значительное количество свежей кислоты и для промывки целлюлозы не используются кислые стоки, содержащие значительное количество исходных химикатов, которые загрязняют водоемы.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого решения, - гидролиз целлюлозы в растворе минеральной кислоты при концентрации 5% в течение 85 мин, использование отработанного деструктирующего раствора повторно при добавлении его к свежему раствору.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение экономичности и экологической безопасности способа получения микрокристаллической целлюлозы гидролизом хлопковой целлюлозы.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в снижении расхода концентрированной кислоты, свежей воды и количества кислых стоков, направляемых на биологическую или другую очистку.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе получения микрокристаллической целлюлозы, включающем гидролиз целлюлозы 5%-ным раствором минеральной кислоты в течение 85 мин, отжим с отбором отработанного деструктирующего раствора, промывку, сушку, диспергирование и сортирование, использование отработанного деструктирующего раствора при повторном гидролизе, гидролиз ведут при гидромодуле 1:10 - 1:15 при температуре 85^oС, а к отработанному деструктирующему раствору добавляют кислые стоки после промывки целлюлозы и свежий раствор кислоты до концентрации исходного деструктирующего раствора для использования его при гидролизе следующей партии волокнистой целлюлозы. Промывку порошковой целлюлозы проводят по методу отжим - разбавление - отжим в две ступени с противоточным использованием кислых стоков: на первой ступени промывку осуществляют кислыми стоками, образующимися после второй ступени промывки; на второй ступени промывку осуществляют свежей водой, а к отработанному деструктирующему раствору добавляют кислые стоки после первой ступени промывки. Отработанный деструктирующий раствор и кислые стоки используют десятикратно в процессе гидролиза и промывки без ухудшения качественных показателей целлюлозы.

Признаки, отличительные от прототипа, - гидролиз ведут при гидромодуле 1: 10 - 1:15 при температуре 85^oС, а к отработанному деструктирующему раствору добавляют кислые стоки после промывки целлюлозы и свежий раствор кислоты до концентрации исходного деструктирующего раствора для использования его при гидролизе следующей партии волокнистой целлюлозы; промывку порошковой целлюлозы проводят по методу отжим - разбавление - отжим в две ступени с противоточным использованием кислых стоков: на первой ступени промывку осуществляют кислыми стоками, образующимися после второй ступени промывки; на второй ступени промывку осуществляют свежей водой, а к отработанному деструктирующему раствору добавляют кислые стоки после первой ступени промывки; отработанный деструктирующий раствор и кислые стоки используют десятикратно.

Способ получения МКЦ состоит в следующем.

Волокнистую целлюлозу подвергают кислотному гидролизу 5%-ным раствором минеральной кислоты при 85^oС в течение 85 мин. Полученный в процессе гидролиза порошкообразный продукт в виде суспензии поступает на отжим (для отделения отработанного деструктирующего раствора) и далее на промывку. Процесс промывки проводится в две ступени по методу отжим - разбавление - отжим с противоточным использованием кислых стоков (схема). После промывки порошковую целлюлозу сушат, диспергируют, сортируют. Возможно десятикратное использование отработанного деструктирующего раствора и кислых стоков.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. 60 г волокнистой целлюлозы гидролизовали при гидромодуле 1:15 5%-ным раствором азотной кислоты (в 900 мл кислоты, для приготовления которой использовали 33 мл концентрированной азотной кислоты) при температуре 85^oС в течение 85 мин. Полученную в процессе гидролиза суспензию целлюлозного порошка сгущали (отжимали) до концентрации 40% на воронке Бюхнера. Отработанный деструктирующий раствор (ОДР) использовали для приготовления деструктирующего раствора для последующего цикла гидролиза. Далее порошковую целлюлозу промывали по приведенной схеме. В данном примере для разбавления порошковой целлюлозы на первой ступени промывки использовали свежую воду (концентрация полученной суспензии 4%). Далее суспензию порошковой целлюлозы сгущали (отжимали) на воронке Бюхнера до концентрации 40%. Полученный фильтрат - кислые стоки (КС-1) - частично использовали для приготовления деструктирующего раствора, а другая часть направлялась в сток. Разбавление порошковой целлюлозы на второй ступени промывки осуществлялось свежей водой до концентрации суспензии 4%. Далее суспензию порошковой целлюлозы сгущали (отжимали) до концентрации 40%. Полученный фильтрат - кислые стоки (КС-2) - использовали для разбавления порошковой целлюлозы на первой ступени промывки в последующем цикле гидролиза. Далее промытую порошковую целлюлозу сушили, диспергирговали и сортировали.

Примеры 2-10. Условия гидролиза хлопковой целлюлозы, как в примере 1.

Для приготовления деструктирующего раствора использовали отработанный деструктирующий раствор предыдущего цикла гидролиза (ОДР) (90% от общего объема деструктирующего раствора), фильтрат после первой ступени промывки (КС-1) предыдущего цикла гидролиза (6% от общего объема образующегося КС-1) и незначительное количество концентрированной азотной кислоты для достижения исходной концентрации деструктирующего раствора (12% от количества концентрированной кислоты, необходимой для приготовления 5%-ного раствора).

Пример 11. 60 г волокнистой целюлозы гидролизовали при гидромодуле 1:10 5%-ным раствором азотной кислоты (в 600 мл кислоты, для приготовления которой использовали 22 мл концентрированной азотной кислоты) при температуре 85^oС в течение 85 мин. Далее проводили операции, аналогичные примеру 1.

Пример 12-20. Условия гидролиза целлюлозы, как в примере 12.

Для приготовления деструктирующего раствора использовали отработанный деструктирующий раствор предыдущего цикла гидролиза (ОДР) (85% от общего объема деструктирующего раствора, фильтрат после первой ступени промывки (КС-1) предыдущего цикла гидролиза (6% от общего объема образующегося КС-1) и незначительное количество концентрированной азотной кислоты для достижения исходной концентрации деструктирующего раствора (12% от количества концентрированной кислоты, необходимой для приготовления 5%-ного раствора).

Пример 21. 60 г волокнистой целлюлозы гидролизовали при гидромодуле 1:10 5%-ным раствором серной кислоты (в 900 мл кислоты, для приготовления которой использовали 26 мл концентрированной серной кислоты) при температуре 85^oС в течение 85 мин. Полученную в процессе гидролиза суспензию целлюлозного порошка сгущали (отжимали) до концентрации 40% на воронке Бюхнера. Отработанный деструктирующий раствор (ОДР) использовали для приготовления деструктирующего раствора для последующего цикла гидролиза. Далее порошковую целлюлозу промывали по приведенной схеме. В данном примере для разбавления порошковой целлюлозы на первой ступени промывки использовали свежую воду (концентрация полученной суспензии 4%). Далее суспензию порошковой целлюлозы сгущали (отжимали) на воронке Бюхнера до концентрации 40%. Полученный фильтрат - кислые стоки (КС-1) - частично использовали для приготовления деструктирующего раствора, а другая часть направлялась в сток. Разбавление порошковой целлюлозы на второй ступени промывки осуществлялось свежей водой до концентрации суспензии 4%. Далее суспензию порошковой целлюлозы сгущали (отжимали) до концентрации 40%. Полученный фильтрат - кислые стоки (КС-2) - использовали для разбавления порошковой целлюлозы на первой ступени промывки в последующем цикле гидролиза. Далее промытую порошковую целлюлозу сушили, диспергирговали и сортировали.

Примеры 22-30. Условия гидролиза целлюлозы, как в примере 21.

Для приготовления деструктирующего раствора использовали отработанный деструктирующий раствор предыдущего цикла гидролиза (ОДР) (90% от общего объема деструктирующего раствора, фильтрат после первой ступени промывки (КС-1) предыдущего цикла гидролиза (6% от общего объема образующегося КС-1) и незначительное количество концентрированной серной кислоты для достижения исходной концентрации деструктирующего раствора (12% от количества концентрированной кислоты, необходимой для приготовления 5%-ного раствора).

Пример 31. 60 г волокнистой целлюлозы гидролизовали при гидромодуле 1:10 5%-ным раствором серной кислоты (в 900 мл кислоты, для приготовления которой использовали 17 мл концентрированной серной кислоты) при температуре 85^oС в течение 85 мин. Далее проводили операции, аналогичные примеру 21.

Примеры 32-40. Условия гидролиза целлюлозы, как в примере 31.

Для приготовления деструктирующего раствора использовали отработанный деструктирующий раствор предыдущего цикла гидролиза (ОДР) (85% от общего объема деструктирующего раствора, фильтрат после первой ступени промывки (КС-1) предыдущего цикла гидролиза (6% от общего объема образующегося КС-1) и незначительное количество концентрированной серной кислоты для достижения исходной концентрации деструктирующего раствора (12% от количества концентрированной кислоты, необходимой для приготовления 5%-ного раствора).

Во всех примерах после проведения гидролиза проводили отделение отработанного деструктирующего раствора (отжим) и промывку по приведенной схеме. Для разбавления целлюлозы на первой ступени промывки использовали фильтрат - кислые стоки после второй ступени отжима (КС-2) предыдущего цикла гидролиза. Для разбавления целлюлозы на второй ступени промывки использовали свежую воду. Промытую целлюлозу подвергали сушке, диспергированию, сортированию.

Отработанный деструктирующий раствор и кислые стоки использовали в процессе гидролиза и промывки десять раз. Значения параметров и характеристики полученных продуктов представлены в табл.1-4.

Аналогичные результаты были получены при использовании в качестве деструктирующего раствора соляной кислоты.

Использование предлагаемого способа получения порошковой целлюлозы по сравнению с прототипом обеспечивает:

- снижение расхода концентрированной кислоты, поскольку на приготовление деструктирующего раствора для последующего гидролиза полностью используется отработанный деструктирующий раствор, частично кислые стоки после первой ступени промывки (КС-1) и незначительное количество концентрированной кислоты (12% от объема, идущего на приготовление 5%-ного раствора кислоты);

- снижение расхода свежей воды и количества кислых стоков, направляемых на биологическую или другую очистку, за счет того, что кислые стоки после второй ступени промывки (КС-2), содержащие незначительное количество кислоты, не сбрасываются в сток, а используются для разбавления на первой ступени промывки. Таким образом, при двухступенчатой промывке порошковой целлюлозы свежая вода используется для разбавления только на второй ступени промывки, а кислые стоки сбрасываются только с первой ступени промывки. Снижение количества кислых стоков, направляемых на биологическую очистку, снижает затраты на нейтрализацию и очистку сточных вод и уменьшает загрязненность водоемов.

Кроме того, использование отработанного деструктирующего раствора в процессе получения порошковой целлюлозы не приводит к ухудшению качества продукта.