專(zhuān)利名稱(chēng)：運(yùn)用膜技術(shù)和間接電還原生產(chǎn)結(jié)晶木糖醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)結(jié)晶木糖醇的能耗低、污染低、用水少、產(chǎn)率高、純度高的工藝方法，尤其全過(guò)程除了熱水預(yù)處理和半纖維素酸水解必須加熱外，其他過(guò)程無(wú)需加熱，所用的酸堿回收利用率高達(dá)95%以上，排出廢鹽非常少，幾乎為零，真正實(shí)現(xiàn)超低排放。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)較成熟的木糖醇生產(chǎn)工藝以酸直接水解原材料為主，水解液通過(guò)活性炭脫色，陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂脫酸(或用沉淀法脫酸)，通過(guò)多效蒸發(fā)濃縮水解液至一定濃度，然后進(jìn)行連續(xù)氫化加氫，最后再次多效蒸發(fā)，濃縮獲得結(jié)晶木糖醇；該工藝需要大量的水蒸氣加熱，能耗很大，水解及連續(xù)加氫都需要在高壓下進(jìn)行，連續(xù)加氫過(guò)程還需要另外制備催化劑，加氫轉(zhuǎn)化率受催化劑活性的影響很大，人工控制較困難；同時(shí)為了脫酸，需要加入很多的堿中和或者使用很多的堿來(lái)再生離子交換樹(shù)脂，產(chǎn)生大量的廢鹽廢酸堿，對(duì)環(huán)境造成很大的污染，整體產(chǎn)率低，產(chǎn)品純度也很難穩(wěn)定。近幾年新興的生物酶轉(zhuǎn)化法，半纖維素酶解生產(chǎn)結(jié)晶木糖醇，由于酶的高度選擇性，水解液雜質(zhì)少、結(jié)晶率高、能耗低而受到很多木糖醇企業(yè)的青睞，但由于酶的使用條件要求比較嚴(yán)格，生產(chǎn)控制過(guò)程對(duì)工人素質(zhì)的要求會(huì)相對(duì)提高，反應(yīng)過(guò)程緩慢也是酶水解法的一個(gè)很難克服的弊端，同時(shí)廢水廢渣中殘留的酶也會(huì)對(duì)環(huán)境造成酶污染，必須妥善處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種簡(jiǎn)單的容易操作的高度環(huán)保的工藝過(guò)程，制備成本更低、純度更高的結(jié)晶木糖醇。本發(fā)明涉及的原料主要有兩種，蔗渣和玉米芯，以下簡(jiǎn)稱(chēng)原料。本發(fā)明采用的工藝方案是將原料進(jìn)行水預(yù)處理，脫水后以氫氧化鈉溶液為溶劑將原料中的半纖維素溶出；堿溶液用500目以上的濾布過(guò)濾，除去絕大部分懸浮物和顆粒狀雜質(zhì)；堿性濾液通過(guò)膜處理(MF-UF)裝置脫堿，先微濾(MF)后超濾(UF)，微濾截留絕大部分的膠質(zhì)、蠟質(zhì)等水不溶物質(zhì)和小部分色素，排出的濾液通過(guò)超濾裝置截留堿性半纖維素溶液，大部分的堿和色素及小部分的木質(zhì)素還有小分子單糖、多糖隨濾液被分離；所得濾液通過(guò)電滲析(EDl)設(shè)備回收利用氫氧化鈉，剩余的色素等雜質(zhì)溶于水中，通過(guò)反滲透裝置回收水分，色素和其他的單糖、多糖等雜質(zhì)可干燥回收后作為動(dòng)物飼料或植物肥料；半纖維素堿性溶液通過(guò)電滲析(EDl)設(shè)備徹底脫堿，堿回收循環(huán)利用；脫堿后的半纖維素溶液呈懸濁液狀態(tài)，用鹽酸或硫酸作為催化劑水解；水解液過(guò)濾，獲得透明、黃棕色的木糖酸性溶液，回收不能水解的沉淀物木質(zhì)素；木糖酸性溶液通過(guò)納濾(NF)裝置，分離大分子有機(jī)物雜質(zhì)及絕大部分色素；獲得顏色很淺的木糖酸性溶液；再把木糖酸性溶液通過(guò)電滲析 (EDl)設(shè)備脫酸獲得木糖凈化液；木糖凈化液通過(guò)反滲透膜(RO)裝置預(yù)濃縮獲得木糖濃縮液；木糖濃縮液用堿調(diào)整PH值至弱堿性；木糖濃縮液通過(guò)電滲析設(shè)備的陰極池進(jìn)行間接電還原反應(yīng)獲得木糖醇溶液；木糖醇溶液再通過(guò)電滲析(EM)設(shè)備脫堿；木糖醇溶液通過(guò)活性炭脫色柱脫色；木糖醇溶液通過(guò)反滲透膜(RO)裝置濃縮至過(guò)飽和狀態(tài)，結(jié)晶機(jī)結(jié)晶，離心分離，即可得到高純度的木糖醇品體。本發(fā)明以蔗渣和玉米芯為原材料，這兩種原料都是一年生的農(nóng)業(yè)廢料，在產(chǎn)糖區(qū)和產(chǎn)糧區(qū)很容易獲得，雖然隨著木糖醇產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，這兩種原料的價(jià)格上漲很快，但經(jīng)過(guò)本發(fā)明工藝處理后的蔗渣和玉米芯纖維素，木質(zhì)素含量很低，可以被造紙企業(yè)、纖維板企業(yè)、玻璃紙企業(yè)等以纖維素為生產(chǎn)原料的企業(yè)利用，這樣可以很大程度上降低原材料成本。同時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程中可以收獲純度很高的木質(zhì)素做為副產(chǎn)品，通過(guò)副產(chǎn)品的銷(xiāo)售，也可以降低原料成本。本工藝采用反滲透膜裝置濃縮木糖溶液和木糖醇溶液，無(wú)加熱過(guò)程，無(wú)副反應(yīng)，不但節(jié)約了能源，而且產(chǎn)品雜質(zhì)少，結(jié)晶率高，同時(shí)也最大程度上回收了水，就算是在水資源貧乏的地區(qū)，也可以用海水或苦咸水作為生產(chǎn)木糖醇用水，解決了企業(yè)在未來(lái)可能出現(xiàn)的用水危機(jī)。同時(shí)，本發(fā)明也可以直接用于造紙企業(yè)黑液的堿回收和廢物利用，變污染為效益，改變?cè)旒埰髽I(yè)的環(huán)保狀況；只要把黑液作為本工藝所需要的原材料，直接過(guò)濾后進(jìn)入 MF-UF膜處理系統(tǒng)，其他的工藝流程完全一致，由于造紙企業(yè)對(duì)原料中半纖維素和木質(zhì)素的處理沒(méi)有本工藝處理得徹底，所以黑液中木糖醇的收率會(huì)比較低。本發(fā)明所使用的氫氧化鈉和鹽酸或硫酸都被高度循環(huán)利用，使酸堿的消耗成本占整個(gè)生產(chǎn)成本的比重低于5%，所以國(guó)內(nèi)國(guó)際化工原料的價(jià)格波動(dòng)基本不影響本發(fā)明所需要的生產(chǎn)成本，這就為將來(lái)木糖醇價(jià)格穩(wěn)定在合理的水平打下了基礎(chǔ)，極大的提高了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本發(fā)明在原料進(jìn)行堿溶解前，首先用冷水洗滌，以高速攪拌輔助，除去絕大部分的泥沙、灰分、單糖等水溶性雜質(zhì)，再以< 100°c熱水，在裝有超聲波裝置的容器中超聲萃取， 除去絕大部分的膠、色素、·殘留灰分、單糖和多糖，減輕了后續(xù)膜處理(MF-UF)過(guò)程的負(fù)擔(dān)，縮短了工藝所需的時(shí)間，提高了產(chǎn)品的純度。本發(fā)明使用氫氧化鈉為萃取劑，使高度環(huán)保的膜處理技術(shù)的運(yùn)用成為了可能，同時(shí)萃取過(guò)程常溫常壓，操作簡(jiǎn)單，能耗降到最低，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益發(fā)揮到最大。本發(fā)明選擇了陰極間接電還原法把木糖轉(zhuǎn)化為木糖醇，是通過(guò)H+在陰極放電，形成原子氫，原子氫是活性最強(qiáng)的加氫原料，可以直接和木糖反應(yīng)，生成木糖醇，所以無(wú)需外添加還原劑或催化劑，這樣既減少了藥品的消耗，又減少了環(huán)境污染；因此，就其實(shí)質(zhì)來(lái)說(shuō)， 這是一種無(wú)廢棄物產(chǎn)生的過(guò)程，被國(guó)際化工界譽(yù)為“綠色化工”工程；同時(shí)，電還原過(guò)程反應(yīng)選擇性高，副反應(yīng)少，所以產(chǎn)品的純度和收率都很高，純度能達(dá)到99. 999%,電還原收率也不低于95% ；而且，電還原過(guò)程反應(yīng)為一步反應(yīng)，工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)容易控制，如果還原反應(yīng)沒(méi)有完全，可以直接把未反應(yīng)完全的木糖木糖醇溶液回流入陰極反應(yīng)區(qū)，直到反應(yīng)基本完全為止，操作上非常容易控制；反應(yīng)在常溫常壓下進(jìn)行，反應(yīng)條件溫和，因此既減少能耗，又能節(jié)省對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的投資；通過(guò)對(duì)電解條件(如電流、電壓和電解液的組成等)的調(diào)節(jié)，可以較容易、較準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的控制。本發(fā)明選擇電滲析(ED)技術(shù)，回收堿和酸，既去除了反應(yīng)過(guò)程的雜質(zhì)離子，又最大程度的回收酸和堿，進(jìn)入循環(huán)利用，把經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益發(fā)揮到極致；在電滲析池各室安裝超聲波震子，有效解決了離子膜在電滲析過(guò)程中的堵孔問(wèn)題和電極污染現(xiàn)象，提高了極限電流，降低了能耗。
本發(fā)明選擇電滲析的同時(shí)進(jìn)行木糖的間接電還原，利用電滲析池的陰極區(qū)進(jìn)行電還原反應(yīng)，既節(jié)約了設(shè)備的資金投入，更提高了電滲析過(guò)程的電流使用效率，大幅度節(jié)約電能，降低了總體能耗。


1、本發(fā)明所涉及的工藝流程如圖1所示，選擇的原料為蔗渣和玉米芯，當(dāng)用于造紙企業(yè)黑液堿回收時(shí)，可以省去前面的原料水預(yù)處理和堿萃取過(guò)程，直接進(jìn)入過(guò)濾過(guò)程就可以了；本發(fā)明所涉及的電滲析ED設(shè)備有兩種類(lèi)型ED1 \ED2，不可通用。2、水預(yù)處理本發(fā)明所選擇的原料中，除了我們需要的半纖維素以外，還含有纖維素、木質(zhì)素、 水分，以及六碳糖、色素、膠質(zhì)、含氮物和灰分等雜質(zhì)；尤其是經(jīng)過(guò)堆場(chǎng)發(fā)酵后，產(chǎn)生大量的有機(jī)酸和腐雜質(zhì)等水溶性物質(zhì)；水預(yù)處理將半纖維素、纖維素和木質(zhì)素以外的雜質(zhì)盡量除去，以減輕后面MF過(guò)程的壓力，提高膜的通水量；水預(yù)處理包括機(jī)械清洗和熱水超聲波輔助清洗；機(jī)械清洗是在一個(gè)有一定容量的容器內(nèi)安裝攪拌裝置，原料被大液比Ol 10) 冷淡水強(qiáng)烈打洗，洗去原料所含的部分水溶性雜質(zhì)和泥沙；熱水超聲波輔助清洗是指在一個(gè)安裝有超聲波發(fā)生裝置的大容器內(nèi)，液比 5，溫度<100°C的熱水，使用超聲波輔助清洗法，去除原料中含有的其他比較難以被冷水溶解的水溶性雜質(zhì)。3、堿(超聲波輔助)萃取經(jīng)過(guò)水預(yù)處理的原料脫水后，在一個(gè)安裝有超聲波發(fā)生裝置的大容器中，用堿萃??；固液比為1 5 1 15堿濃度為5% 20%萃取時(shí)間以原料內(nèi)半纖維素被基本溶出為準(zhǔn)；4、過(guò)濾經(jīng)過(guò)堿超聲萃取的原料，通過(guò)壓濾機(jī)壓濾(濾布選擇額定孔徑為200 300目)， 所得的堿性半纖維素溶液里，還會(huì)殘留很多細(xì)糠，還有一些高分子物質(zhì)絮狀沉淀物影響萃取液的透明度和粘度，必須進(jìn)行再次過(guò)濾，選擇額定孔徑800 1200目的濾網(wǎng)過(guò)濾，獲得透明較深色的濾液。5、MF-UF原料通過(guò)堿超聲萃取，半纖維素被堿溶液溶解出來(lái)，同時(shí)木質(zhì)素也伴隨著半纖維素一起被溶解出來(lái)了，通過(guò)MF膜處理過(guò)程，大分子物質(zhì)如萜類(lèi)化合物、脂肪、臘、鞣質(zhì)和果膠質(zhì)等，被濾膜截留，絕大部分的堿、色素、小分子單糖和多糖、木質(zhì)素和半纖維素通過(guò)濾膜被分離；MF的濾液通過(guò)UF裝置，半纖維素和少量的堿、木質(zhì)素被截留，絕大部分的色素、堿和小部分的木質(zhì)素以及幾乎全部的小分子單糖和多糖通過(guò)濾膜被分離。6、電滲析 EDlUF過(guò)程被截留的半纖維素將因?yàn)閴A溶液的減少?gòu)娜芤籂顟B(tài)變成了懸濁液狀態(tài)，在半纖維素懸濁液中還含有約占總量10%左右的堿需要回收，才能確保酸水解過(guò)程中酸的有效利用。半纖維素懸濁液通過(guò)EDl設(shè)備，可以基本脫堿完全，更多的半纖維素呈絮狀物狀態(tài)，使懸濁液更加渾濁。本過(guò)程所使用的電滲析EDl設(shè)備，其結(jié)構(gòu)及離子膜排列順序如圖2所示，中間的膜對(duì)可以增加和減少，主要根據(jù)生產(chǎn)量的需要來(lái)決定，增加或減少離子膜時(shí)必須是增加或減少膜對(duì)的倍數(shù)，一個(gè)相鄰的陰膜及隔板和陽(yáng)膜及隔板構(gòu)成一個(gè)膜對(duì)。通過(guò)MF-UF膜處理過(guò)程處理，被分離出來(lái)的堿溶液，含有大部分色素、小分子單糖和多糖、小部分木質(zhì)素，堿含量是總用量的90%左右，由于堿溶液屬于水溶液體系，除了堿是離子狀態(tài)存在，其他成分均為分子狀態(tài)，所以如圖2所示，通過(guò)使用電滲析設(shè)備EDl可以獲得高純度、高濃度的堿溶液，回用于堿萃取過(guò)程，回收率接近100% ；同時(shí)，大部分色素、小分子單糖和多糖、小部分木質(zhì)素仍然留在水溶液中，把水溶液加鹽酸處理，可以把木質(zhì)素沉淀，過(guò)濾并用水洗滌可以脫除色素、小分子單糖、多糖和酸，獲得較純凈的堿木素副產(chǎn)物； 濾液通過(guò)電滲析EDl裝置如圖3所示回收酸，獲得脫酸廢液；再把脫酸廢液通過(guò)反滲透RO 裝置來(lái)脫水，實(shí)現(xiàn)節(jié)水和減排，被濃縮到干態(tài)的雜質(zhì)富含單糖和多糖，很容易被生物降解。7、酸水解經(jīng)過(guò)EDl脫堿后的半纖維素凈化液可以在直接加酸后，加熱水解。半纖維素酸水解是本發(fā)明的主要化學(xué)反應(yīng)之一，存在于半纖維素中的聚木糖，在加熱條件下比較容易被無(wú)機(jī)酸所水解，水解產(chǎn)物為木糖。水解反應(yīng)式為
(C5HsO4) n + nHaO H\ nCsHioOs出于脫酸成本和反應(yīng)速率考慮，本發(fā)明選擇鹽酸或硫酸作為水解反應(yīng)的催化劑， 在半纖維素懸濁液中攪拌加入濃酸，調(diào)整酸濃度至0.5% 2%，加熱至10(TC 130°C水解；水解液含木糖6. 4% 8. 3% (蔗渣原料)，9. 3% 12% (玉米芯原料)8、過(guò)濾由于半纖維素懸濁液中除了半纖維素以外，還含有相當(dāng)比例的木質(zhì)素，木質(zhì)素不和鹽酸發(fā)生反應(yīng)，而且在酸性狀態(tài)下，木質(zhì)素是以團(tuán)狀物沉淀形態(tài)存在，因此，當(dāng)酸水解完成后，必須通過(guò)過(guò)濾分離木質(zhì)素和木糖水解液，從過(guò)濾的速度和濾餅的粘度可以判斷水解反應(yīng)完成的狀況，水解越徹底，過(guò)濾越快，濾餅越?jīng)]有粘性。9、NF經(jīng)過(guò)過(guò)濾后的木糖水解液中還含有作為水解催化劑的酸和UF未能完全分離的色素等大分子有機(jī)物，通過(guò)NF裝置后，色素等大分子物質(zhì)基本被截留，酸和木糖可以通過(guò)濾膜，此時(shí)獲得的木糖溶液顏色很淺。10、水解液電滲析脫酸(EDl)經(jīng)過(guò)NF裝置后的木糖溶液色素基本被分離，但還含有很多用作催化劑的鹽酸(或硫酸)，木糖溶液脫酸是本發(fā)明的一個(gè)重要過(guò)程，其原理如圖3所示，通過(guò)EDl裝置后，我們可以獲得木糖凈化液和濃鹽酸(或硫酸)，和目前國(guó)內(nèi)木糖醇企業(yè)普遍采用的中和沉淀法脫酸，及離子交換法脫酸比較，本發(fā)明的脫酸方法操作簡(jiǎn)單，脫酸徹底，無(wú)需再添加堿，所得的木糖凈化液凈化度非常高，回收的酸非常的潔凈，可以直接循環(huán)使用。11、RO 預(yù)濃縮經(jīng)過(guò)前面工藝可以獲得的木糖溶液，含木糖的濃度已經(jīng)比傳統(tǒng)工藝的濃度高了 3 到4倍，但為了提高間接電還原時(shí)的電流效率，還需要對(duì)木糖凈化液進(jìn)行預(yù)濃縮，使其達(dá)到15% 35% ；通過(guò)RO反滲透裝置濃縮木糖凈化液，因?yàn)闆](méi)有溫度的變化，所以不會(huì)引起任何副反應(yīng)。12、堿性活化由于自然界的單糖都是以六元或五元氧環(huán)存在，木糖是五元單糖，因此在中性和酸性條件下基本以五元氧環(huán)形式存在，這對(duì)于間接電還原反應(yīng)極為不利，因此，在間接電還原之前，需要對(duì)經(jīng)過(guò)RO預(yù)濃縮的木糖溶液進(jìn)行堿性活化，方法就是用氫氧化鈉調(diào)節(jié)木糖溶液的PH值至7 10之間，然后再進(jìn)行間接電還原反應(yīng)。13、間接電還原木糖還原生成木糖醇的反應(yīng)式為C5H1005+2H — C5H12O5電解池陰極反應(yīng)H20+e- — H+0F ；由反應(yīng)式可以看出，電極的陰極反應(yīng)提供了 H氫原子，氫原子的反應(yīng)活潑性非常強(qiáng)，它可以把木糖還原生成木糖醇；由于木糖不是在電極表面直接還原，而是通過(guò)電極反應(yīng)提供原子氫來(lái)實(shí)現(xiàn)木糖的還原，所以稱(chēng)本反應(yīng)為間接電還原反應(yīng)。本發(fā)明所涉及的間接電還原反應(yīng)是使用的電解池陰極，由于本發(fā)明一直使用電滲析作為去離子的方法，所以，可以利用電滲析EDl裝置中的陰極區(qū)進(jìn)行間接電還原反應(yīng)，這樣可以更大的提高電滲析的電流效率，提高極限電流，降低能耗。14、木糖醇電解液的電滲析(ED2)由于木糖醇具有-0H，可以被陽(yáng)極上的原子氧氧化成為五元羧酸，所以，木糖醇溶液在電滲析的過(guò)程中不可以使用陽(yáng)極池，本發(fā)明根據(jù)此特性，特別在EDl的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了 ED2裝置來(lái)滿(mǎn)足木糖醇電解液凈化的需要，其電極和離子膜排列順序如圖4所示，從圖示可以看出，木糖醇電解液在去離子的過(guò)程中，陰極池一直在電解水，所以，也可以把木糖間接電還原放在ED2裝置陰極區(qū)完成，同時(shí)進(jìn)行木糖醇溶液的脫堿，這樣可以使ED2裝置的電流效率達(dá)到最大化，極限電流也得以提高，從而降低能耗。
具體實(shí)施方式
(以甘蔗渣為原料、鹽酸為催化劑舉例)工業(yè)化蔗渣生產(chǎn)木糖醇，投入絕干蔗渣10噸，(理論含半纖維素觀.7%，纖維素 39.2%，木質(zhì)素19.4%，水溶性物質(zhì)4.0%，蠟質(zhì)1.6%，灰分5. )以固液比為1 10 在有攪拌裝置的容器中連續(xù)攪拌，離心脫水；然后投入安裝有超聲波發(fā)生裝置的容器中，以 60°C的熱水，超聲波輔助，固液比為1 6，連續(xù)處理；排水后，在容器中注入堿溶液，超聲輔助萃取，固液比為1 10，堿濃度為6%，常溫萃取，由于超聲波本身有一定的能量輻射，所以水溫會(huì)有所上升，可以加快萃取速度；蔗渣完成堿性萃取后，壓濾，用適量的水洗渣，濾液合并后再次過(guò)濾，得到半透明的半纖維素溶液，顏色呈紅黑色；半纖維素溶液通過(guò)MF裝置， 其中的大分子物質(zhì)如萜類(lèi)化合物、脂肪、臘、鞣質(zhì)和果膠質(zhì)等，被濾膜截留，絕大部分的堿、 色素、小分子單糖和多糖、木質(zhì)素和半纖維素通過(guò)濾膜被分離；MF的濾液通過(guò)UF裝置，半纖維素和少量的堿、木質(zhì)素被截留，絕大部分的色素、堿和小部分的木質(zhì)素以及幾乎全部的小分子單糖和多糖通過(guò)濾膜被分離；半纖維素溶液由于堿性溶劑的大量減少，變成了半纖維素懸濁液，把半纖維素懸濁液通過(guò)EDl裝置去離子，堿回收；得到的半纖維素懸濁液為30 噸，半纖維素含量為7. 2 %，用鹽酸酸化，調(diào)整酸濃度為1.0%，加熱使半纖維素水解，水溫CN 102452898 A說(shuō)明書(shū)6/6 頁(yè) 保持在120°C左右，過(guò)濾后得到含木糖7. 2%的水解液約30噸；木糖溶液通過(guò)NF裝置，色素等大分子物質(zhì)基本被截留，酸和木糖通過(guò)濾膜，獲得顏色很淺的木糖水解液約30噸；木糖溶液再通過(guò)EDl裝置脫酸，獲得顏色很淺，木糖含量約7. 2%的水解凈化液30噸；將水解凈化液通過(guò)RO裝置預(yù)濃縮至10噸，此時(shí)木糖含量約為21. 6% ；用20%氫氧化鈉溶液調(diào)整水解液PH值至7 9之間，把活化后的水解液通過(guò)ED2裝置的陰極區(qū)進(jìn)行間接電還原，獲得木糖醇含量為21. 6%的木糖醇溶液10噸；木糖醇溶液直接回到ED2裝置的脫堿室中，脫堿后排出；獲得去離子的木糖醇溶液約10噸，木糖醇含量約21. 9% ；由于木糖醇溶液顏色很淺，接近無(wú)色，所以無(wú)需脫色，直接通過(guò)RO裝置濃縮至2. 5噸，木糖醇含量為87. 6% ；將木糖醇濃縮液引入結(jié)晶機(jī)結(jié)晶，離心分離，獲得木糖醇晶體1694公斤，總收率為16. 94%，結(jié)晶物狀態(tài)結(jié)晶性粉末，純度99. 99%，木糖醇對(duì)理論產(chǎn)量收率為59. 02%。
和目前使用連續(xù)加氫工藝的木糖醇企業(yè)生產(chǎn)1噸木糖醇大約需要12. 5噸絕干蔗渣的收率，也即對(duì)干原料的木糖醇收率約為8%左右，本工藝的收率是傳統(tǒng)工藝收率的 211. 75%。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)晶木糖醇的制備方法將原料(蔗渣或玉米芯)進(jìn)行水預(yù)處理；將原料中的半纖維素用堿溶出；堿溶液過(guò)濾；堿溶液通過(guò)膜處理(MF-UF)裝置脫堿分離出半纖維素懸濁液，排出的堿液通過(guò)電滲析(EDl)設(shè)備回收利用；半纖維素懸濁液通過(guò)電滲析(EDl)設(shè)備徹底脫堿，堿回收循環(huán)利用；脫堿后的半纖維素懸濁液用酸水解；水解液過(guò)濾獲得透明的木糖溶液，回收不能水解的沉淀物木質(zhì)素；木糖溶液通過(guò)納濾(NF)裝置，分離大分子有機(jī)物雜質(zhì)及大部分色素；木糖溶液通過(guò)電滲析(EDl)設(shè)備脫酸；木糖溶液通過(guò)反滲透膜(RO) 裝置預(yù)濃縮；木糖溶液用堿調(diào)整PH值至弱堿性活化；木糖活化液通過(guò)電滲析池陰極池進(jìn)行間接電還原反應(yīng)獲得木糖醇溶液；木糖醇溶液通過(guò)電滲析(EM)設(shè)備脫堿；脫堿木糖醇溶液通過(guò)活性炭脫色柱脫色獲得顏色很淺接近無(wú)色的木糖醇凈化液；木糖醇凈化液通過(guò)反滲透(RO)裝置濃縮至過(guò)飽和狀態(tài)；將木糖醇糖膏引入結(jié)晶機(jī)，離心分離獲得木糖醇晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所說(shuō)的水預(yù)處理包括在一個(gè)有高速攪拌裝置的容器中，原料(蔗渣或玉米芯)被大液比(彡1 10)淡水強(qiáng)烈打洗和用彡100°C的熱淡水在裝有超聲波裝置的容器中超聲萃取。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所說(shuō)的將原料中的半纖維素用堿溶出，是在原料用水預(yù)處理之后，在裝有超聲波裝置的容器中用堿溶液作為萃取劑，超聲萃取半纖會(huì)佳·ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所說(shuō)的堿溶液通過(guò)膜處理(MF-UF)裝置所使用的是微濾(MF)、超濾(UF) 二級(jí)處理裝置，微濾作為超濾的前處理；微濾膜額定孔徑選擇0. 01 μ m 10 μ m，超濾膜額定孔徑選擇0. 001 μ m 0. 01 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其涉及的電滲析(EDl)設(shè)備，特征在于包括一個(gè)由陰陽(yáng)離子交換膜、隔板、陰陽(yáng)電極、超聲波震子和外殼組成，陰離了交換膜及隔板、陽(yáng)離子交換膜及隔板交替平行地排列在陰陽(yáng)電極之間，陽(yáng)電極和陰電極分別和外部整流器的正負(fù)極相連，在每個(gè)室的底部都安裝有超聲波震子和外部的超聲波發(fā)生器連接的設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，木糖溶液通過(guò)納濾(NF)裝置，所使用的納濾膜額定孔徑選擇 0. 0001 μ m 0. 001 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，木糖溶液通過(guò)納濾(NF)裝置、電滲析(EDl)設(shè)備的順序可以是先納濾(NF)裝置，后電滲析(EDl)設(shè)備；也可以是先通過(guò)電滲析(EDl)設(shè)備，后通過(guò)納濾(NF)裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其涉及的反滲透膜(RO)裝置，特征在于所選擇的反滲透膜額定孔徑小于0. 0001 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，木糖活化液通過(guò)電滲析EDl或ED2設(shè)備的陰極池進(jìn)行間接電還原反應(yīng)；與電滲析過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，起到提高電流效率、提高極限電流，降低能耗的作用。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，脫堿木糖醇溶液通過(guò)活性炭脫色柱脫色，其特征在于當(dāng)木糖醇溶液通過(guò)電滲析(EM)設(shè)備脫堿后顏色仍然較深的情況下，需要把木糖醇溶液通過(guò)活性炭脫色柱脫色；如果木糖醇溶液脫堿后顏色很淺接近無(wú)色，可以不必再通過(guò)活性炭脫色柱。
全文摘要
運(yùn)用膜技術(shù)和間接電還原生產(chǎn)結(jié)晶木糖醇的方法，把用水預(yù)處理后的原材料(蔗渣或玉米芯)，采用堿性溶液(超聲波輔助)萃取的方法獲取原料中的半纖維素；采用二級(jí)膜處理(MF-UF)裝置脫堿，作為電滲析(ED1)(超聲波輔助)的前處理；采用電滲析(ED1)設(shè)備回收99％以上的堿和酸，采用納濾(NF)裝置脫色，除去水解液中的有機(jī)大分子雜質(zhì)；采用反滲透膜(RO)裝置預(yù)濃縮水解液；水解濃縮液通過(guò)陰極間接電解還原(超聲波輔助)，獲得高純度高轉(zhuǎn)化率的木糖醇水溶液，濃縮電解液至過(guò)飽和濃度，引入結(jié)晶機(jī)結(jié)晶，離心分離，獲得高純度的結(jié)晶木糖醇。
文檔編號(hào)C07C29/141GK102452898SQ201010518750
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者施冬梅 申請(qǐng)人:施冬梅