玉米稈製造人造纖維漿粕、木醣醇方法
2023-05-24 09:07:16
專利名稱：玉米稈製造人造纖維漿粕、木醣醇方法
技術領域：
本發明涉及一種提取甲種纖維素工藝，尤其為一種用玉米杆提取甲種纖維素-人造化學纖維漿泊的製造方法。
人造纖維漿粕(甲纖)的發展是與粘膠纖維的發展緊密相關的，本世紀六十年代末至七十年代初是粘膠纖維發展的鼎盛時期，以後由於合成纖維的高速度發展，粘膠纖維的發展受到了忽視，在國外一些過去生產粘膠纖維的公司轉產合成纖維，在這種形勢下，人造纖維漿粕的生產也相應受到了影響。在粘膠纖維發展不景氣的十多年中，人造纖維漿粕的研究也處於低潮之中，製造漿泊的材料來源、方法、工藝過程等方面幾乎都沒有多大的突破性發展，但是，自從石油危機以來，情況又有了新的變化，石油資源越來越少，以石油為主要原料的合成纖維工業開始受到衝擊，人們不得不對粘膠纖維的前途重新評價，因為粘膠纖維用的原料是可再生性質資源，是取之不盡、用之不竭的，因此粘膠纖維的研究、生產又重新抬頭。
人造纖維原料-漿粕的來源，以前多以針葉樹為主要原料，而針葉樹的原料來源越來越少，同時，利用棉短絨，而棉花產量不可能無限擴大，棉短絨只能解決部分化學纖維所用原料問題，所以就開始研製闊葉樹為主要原料來生產人造纖維漿粕，但我國木材不豐富，近幾年來，我國粘膠纖維行業的原料來源異常緊張，影響了化纖事業的發展，每年不得不用去大量外匯從國外進口6-7噸漿粕，補充國內原料的不足。化纖工作者們開始注意過去曾一度不受人注意的用非木材的一年生植物製取人造纖維漿粕的研究工作，比如甘蔗渣、蘆葦等人造纖維漿粕的應用。
對我國農業生產方面，大量作物秸杆的利用、除麥杆、稻杆被用作造紙原料以外，其餘含有大量纖維素的秸杆沒有被開發出來。從1988年以來，我對洋麻麻杆、棉花杆研製漿粕的結果來看，生產人造纖維漿粕是可行的，具有很高的價值。
我國是盛產玉米的國家，每年玉米杆的產量是很可觀的。經調查，一畝地種玉米5000-5500株，每株平均0.5kg，一畝地就有兩噸多玉米杆。北方各省如黑龍江、吉林、遼寧、河北、河南、山西、山東、陝西等均種植玉米，原料充足，可建一批相當規模的漿粕廠。在廣大農村，玉米收割以後，玉米杆無處存放，有部分農民直接在田裡放幹燒掉，亦有農民把玉米杆放在馬路上或道路兩旁，常年雨淋日曬，收集後當肥料。
傳統的製漿方法為亞硫酸鹽法和予水解硫酸鹽法，這兩種方法，在當前國內外都是主要的製漿方法，制出的漿粕，質量好，但存在問題主要是汙柒環境。在發展這兩種製漿方法的初期只是考慮把纖維素分離出來，而末考慮其它問題，因此，廢液、廢氣就地排放，造成環境汙柒。
本發明目的在於避免以上已有技術中的不足之處而提供一種用廉價充足的玉米杆作原料來製造人造漿粕以及從製造的廢液中提取木醣醇的方法，並且不汙染環境。
本發明的製造方法一種甲種纖維-人造纖維漿粕，目前是以木材、甘蔗渣或棉短絨為原料，本發明特徵在於a.用玉米杆作製造原料，b.從玉米杆製造人造纖維漿粕的酸予水解工序廢水中可提取製造出木醣醇。
用玉米杆製造人造纖維漿粕的工藝流程玉米杆切斷、破碎→旋風分離葉子部分→溼法除髓→酸予水解→水洗→蒸煮→水洗→疏解→篩漿→除砂→濃縮→管道氯化→水洗→鹼處理→水洗→一段漂白→水洗→二段漂白→水洗→酸處理→水洗→除砂→抄漿→包裝。
將玉米杆去根，切斷使玉米杆破碎，並用旋風分離器將葉子部分分離出去，再用溼法除髓機或水力碎漿機將玉米杆芯內的髓部除去。
所說酸予水解的酸予水解劑為鹽酸，酸予水解 液比 1∶4-6水解酸濃度 0.18-0.27%升溫時間 60-68分鐘保溫時間 100-110分鐘保溫溫度 120-140℃升溫時間內小放氣三次，每次10±2分鐘，其廢水可重複使用。
所說蒸煮工序分別有下述方法A、酸予水解硫酸鹽法的蒸煮用鹼量 16-20%(以NaOH計)硫化度 10-18%液比 1∶4-6升溫時間 90-110分鐘保溫時間 140-180分鐘保溫溫度 145-165℃助劑 三聚磷酸鈉，1-2%升溫過程小放氣兩次，每次10±2分鐘。
B、亦可採用有機溶劑法的蒸煮液比 1∶4-6
NaOH用量 14-20%乙醇用量 10-18%升溫時間 90-110分鐘保溫時間 120-160分鐘保溫溫度 145-165℃助劑 三聚磷酸鈉，1-2%升溫過程小放氣兩次，每次10±2分鐘。
C、亦可採用鹼法的蒸煮液比 1∶4-6NaOH用量 16-26%升溫時間 90-110分鐘保溫時間 140-180分鐘保溫溫度 145-165℃助劑 三聚磷酸鈉，1-2%升溫過程小放氣兩次，每次10±2分鐘。
D、還可採用亞銨法的蒸煮液比 1∶4-6(NH4)2SO3濃度 5-10%(對蒸煮液)(NH4)HCO3濃度 2-4%(對絕乾料)升溫時間 90-110分鐘保溫時間 120-160分鐘保溫溫度 160-180℃助劑 三聚磷酸鈉，1-2%升溫過程小放氣兩次，每次10±2分鐘。
所說工藝流程中的諸工序氯化
漿濃 2-3%用氯量 1.5-2.5%PH值 2-2.2氯化溫度 室溫氯化時間 40-50分鐘氯化前加氯化銨 0.3%鹼處理用鹼量(NaOH) 3-4%溫度 50-60℃時間 120-150分鐘PH值 12-12.5助劑 磷酸三鈉0.5-1%一段漂白用氯量 1.4-2.5%溫度 40-45%時間 120分鐘PH值 9.5-10二段漂白用氯量 0.7-1.25%溫度 40-45℃時間 60-120分鐘(視Dp定)PH值 9-10酸處理酸用量(鹽酸) 1.0-1.5%六偏磷酸鈉 0.5%
助劑 亞硫酸鈉0.5-1.0%溫度 室溫時間 40-50分鐘PH值 2-2.5在沒有鹼回收設施情況下，可採用鹼法的蒸煮;
有機溶劑法的蒸煮，是在蒸煮時加入NaOH和乙醇的混合溶液。該法可有效地解決環境汙染問題，而成本低，質量好，乙醇是通過蒸發、收集、冷凝來回收的;
亞銨法的蒸煮，可解決傳統的鹼煮「黑液難以處理」造成環境汙染的難題，並對緩解當前鹼液供應緊張的局面有一定意義。亞銨來源廣泛，價格只有燒鹼的四分之一，漿的回收率高，成本較鹼法低，其蒸煮黑液可以部分循環使用，並且其蒸煮黑液不需任何處理可直接用作農業複合肥料，化害為利，減少汙染。
用以上方法蒸煮都可以把「以玉米杆為原料製造人造纖維漿粕，其漿粕的主要成份為α-纖維素，」所以漿粕除了作化學纖維原料外，還可以作為醋酸纖維、玻璃紙(無毒)、無毒塑料，絕緣清噴漆、火藥、膠片、整理劑等。
用玉米杆製造人造纖維漿粕的研究，是按部頒粘膠纖維木漿(FJ518-82)標準研製的。根據多次小試的結果，其漿粕質量如下聚合度580，甲種纖維素92.3%，鐵含量45P、P、M，戊醣3.85%，白度85%，灰粉0.15%。
用玉米杆製造人造纖維漿粕，其除髓工序除出的玉米杆芯中的髓可以作為飼料，其它葉片、根部等可以作為肥料，其酸予水解工序的廢水中，含有大量的多縮戊糖，可用特殊的工藝條件將其提取製成木醣醇，以此淨化水份。這樣，既消除汙染，同時物盡其用，真乃是「棄之為客，用之為利」，玉米杆一身都是寶。
從酸予水解工序廢水中提取，製造木醣醇的工藝流程為中和→蒸發→脫色→離子交換→加氫→結晶。
1、中和每鍋投料7-8噸，用40公斤的碳酸鈣調成15波美度的乳液進行中和，中和周期4-5小時，其中上料40分鐘，升溫30-40分鐘(視水解液溫度而定)，加碳酸鈣乳1.5小時到2小時，保溫攪拌30分鐘，過濾1小時20分鐘。中和溫度控制在75±5℃範圍，中和終點控制在PH＝3.5左右，中和液的質量較為穩定。
2、蒸發(1)、總情況酸予水解液經中和後，採用兩套雙效蒸發，(加熱面積60m2)與一套單效蒸發罐(加熱面積30m2)進行蒸發，蒸發時間為259小時。
蒸發工段的產糖量比中和液含糖高。
(2)、蒸發工藝條件與蒸發效率一效真空200， 溫度82-84℃二效真空650-670， 溫度42-45℃如果進料時糖濃以3.4%計，出料糖濃度以34%計。
由於進料溫度與真空度(溫度)不同，雙效蒸發器的蒸發效率粗略估算為每小時蒸出水960升。
3、脫色脫色過程，採用溫度70-75℃，加入對糖15%活性碳脫色的。工藝條件每罐投入糖漿3噸左右，含糖32-35%，每次操作周期為3小時左右，其中升溫40分鐘，加活性碳15分鐘，保溫攪拌1小時，過濾1小時。全部脫色收率約90%。
脫色之後，糖漿的無機酸平均為0.12%，總酸平均為1.11%，有機酸平均為0.9%，透光度在10以上，達到離子交換的要求。
在脫色過程中加入一定量的黃血鹽。若水解時，能提高予處理效果，可以不加黃血鹽。在蒸發過程中，加入一定量的晶體硫酸鈣，能提高糖漿的脫色效果。
4、離子交換脫色糖漿淨化工藝是採用一套PH (陽)/ 陰流程進行的。陽樹脂是732型，陰樹脂是717型多孔陰樹脂，陽樹脂和陰樹脂的力量比是1∶1.3，交換速比是1∶0.25，負荷比1∶0.5。
達到的技術、經濟指標如下糖收率 85%以上酸耗 0.22kg/kg糖鹼耗 0.32kg/kg糖交換總周期 35小時淨化液質量透光 90%以上含糖 10-12.8%灰分 0.01%總酸 0.006%無機酸 0.1%鈣鎂離子 23P、P、MPH值 6-75、加氫(1).工藝條件反應塔氫鐵70-80kg/cm2，(用含鎳催化劑)物料反應溫度 115-125℃
12%溶液進料量 720-860升/小時進料平均糖濃 12.05%淨化液調到PH值 7.5-8(2).加氫情況加氫反應塔共5柱，裝催化劑約900升，第一柱催化劑為舊催化劑。
加氫開車總時間44小時，共得氫化液30.98噸，含醇量平均12%，共得醇3.72噸，氫化過程轉化率為99-100%。
6、結晶工藝條件加氫液分別泵入一個裝有活性炭的壓濾機中，過濾去催化劑粉末後得到澄清的溶液，分析指標折光10-12%，含醇11-13%，殘糖0-0.09%，透光97.5-99%，此溶液先經過兩段蒸發第一段真空 600-640溫度 47-50℃蒸至BYX 45-50℃第二段真空 620-640溫度 75-80℃蒸至BYX 85℃蒸完後壓入結晶槽，結晶槽有效面積3m2，帶有熱水夾套與螺旋攪拌(4轉/分鐘)的臥式不鏽鋼罐，在64℃加入少量晶種刺激，採取緩慢降溫助晶，結晶完畢，用離心機甩幹半小時，分出母液。
結晶木醣醇質量含醇 含水 灰份 殘糖玉米杆制木醣醇分析結果 96.7% 1.9% 0.2% 0.2%
玉米芯制結晶木醣醇產品標準 96% 2.0% 1.0% 1%達到的技術、經濟數據水解產糖率 15-17%水解液糖濃 3.5%左右半料漿糖餘戊醣 6-8%水解總周期 14小時水解耗酸 0.2Kg/Kg糖所製得的木醣醇的用途(1)作制牙膏的原料(2)作生產聚氯乙烯增塑劑原料(3)醫用可作為糖尿病、肝炎病人的治療劑和營養劑(4)是油漆、油劑的原料;在甘油不足時，也可代用甘油應用於生產捲菸、玻璃紙中。
若建一個日產15噸的玉米杆漿粕廠，每日生產15噸的漿粕的酸予水解廢水中可以提取木醣醇結晶5噸，母液5噸。目前，我國生產一噸增塑劑，需要5噸糧食作原料，而用木醣醇母液制木醣醇，配合成脂肪酸的付產產品G5-9酸制增塑劑，每噸木糖醇母液可以製成2噸增塑劑，這就是說一噸木糖醇母液可以代替10噸糧食。一日提取5噸木醣醇母液就相當於可以節約50噸糧食。
出口一噸結晶木醣醇，相當於出口10噸罐頭的價值。
權利要求
1.一種甲種纖維-人造纖維漿粕，目前是以木材、甘蔗渣或棉短絨為原料，本發明特徵在於a.用玉米杆作製造原料，b.從玉米杆製造人造纖維漿粕的酸予水解工序廢水中可提取製造出木醣醇。
2.據權利要求1所述的人造纖維漿粕，其特徵在於在製造中的工藝流程為玉米杆切斷、破碎→旋風分離葉子部分→溼法除髓→酸予水解→水洗→蒸煮→水洗→疏解→篩漿→除砂→濃縮→管道氯化→水洗→鹼處理→水洗→一段漂白→水洗→二段漂白→水洗→酸處理→水洗→除砂→抄漿→包裝。
3.據權利要求1、2所述的人造纖維漿粕，其特徵在於將玉米杆去根，切斷使玉米杆破碎，並用旋風分離器將葉子部分分離出去，再用溼法除髓機或水力碎漿機將玉米杆芯內的髓部除去。
4.據權利要求1所述的人造纖維漿粕，其特徵在於所說酸予水解的酸予水解劑為鹽酸，酸予水解 液比 1∶4-6水解酸濃度 0.18-0.27%升溫時間 60-68分鐘保溫時間 100-110分鐘保溫溫度 120-140℃升溫時間內小放氣三次，每次10±2分鐘，其廢水可重複使用。
5.據權利要求1所述的人造纖維漿粕，其特徵在於所說蒸煮工序分別有下述方法A、酸予水解硫酸鹽法的蒸煮用鹼量 16-20%(以NaOH計)硫化度 10-18%液比 1∶4-6升溫時間 90-110分鐘保溫時間 140-180分鐘保溫溫度 145-165℃助劑 三聚磷酸鈉，1-2%升溫過程小放氣兩次，每次10±2分鐘。B、亦可採用鹼法的蒸煮液比 1∶4-6NaOH用量 16-26%升溫時間 90-110分鐘保溫時間 140-180分鐘保溫溫度 145-165℃助劑 三聚磷酸鈉，1-2%升溫過程小放氣兩次，每次10±2分鐘。C、亦可採用有機溶劑法的蒸煮液比 1∶4-6NaOH用量 14-20%乙醇用量 10-18%升溫時間 90-110分鐘保溫時間 120-160分鐘保溫溫度 145-165℃助劑 三聚磷酸鈉，1-2%升溫過程小放氣兩次，每次10±2分鐘。D、還可採用亞銨法的蒸煮液比 1∶4-6(NH4)2SO3濃度 5-10%(對蒸煮液)(NH4)HCO3濃度 2-4%(對絕乾料)升溫時間 90-110分鐘保溫時間 120-160分鐘保溫溫度 160-180℃助劑 三聚磷酸鈉，1-2%升溫過程小放氣兩次，每次10±2分鐘。
6.據權利要求1所述的人造纖維漿粕，其特徵在於所說工藝流程中的諸工序氯化漿濃 2-3%用氯量 1.5-2.5%PH值 2-2.2氯化溫度 室溫氯化時間 40-50分鐘氯化前加氯化銨 0.3%鹼處理用鹼量(NaOH) 3-4%溫度 50-60℃時間 120-150分鐘PH值 12-12.5助劑 磷酸三鈉0.5-1%一段漂白用氯量 1.4-2.5%溫度 40-45℃時間 120分鐘PH值 9.5-10二段漂白用氯量 0.7-1.25%溫度 40-45℃時間 60-120分鐘(視Dp定)PH值 9-10酸處理酸用量(鹽酸) 1.0-1.5%六偏磷酸鈉 0.5%助劑 亞硫酸鈉0.5-1.0%溫度 室溫時間 40-50分鐘PH值 2-2.5
7.據權利要求1、4所述的人造纖維漿粕，其特徵在於所說從酸予水解工序廢水中提取，製造木醣醇的工藝流程為中和→蒸發→脫色→離子交換→加氫→結晶。
8.據權利要求1、7所述的人造纖維漿粕，其特徵在於所說從酸予水解工序廢水中提取製造木醣醇工藝流程的工序1、中和每鍋投料7-8噸，用40公斤的碳酸鈣調成15波美度的乳液進行中和，中和周期4-5小時。2、蒸發用兩套雙效蒸發(加熱面積60m2)與一套單效蒸發罐(加熱面積30m2)進行蒸發，蒸發時間為259小時。蒸發工藝條件一效真空200， 溫度82-84℃二效真空650-670， 溫度42-45℃3、脫色溫度70-75℃時，加入對糖15%活性碳脫色的，工藝條件每罐投入糖漿3噸，含糖32-35%，每次操作周期為3小時，其中升溫40分鐘，加活性碳20分鐘，保溫攪拌1小時，過濾1小時;在脫色過程中可加入一定量的黃血鹽;在蒸發過程中，可加入一定量的晶體硫酸鈣。4、離子交換脫色糖漿淨化工藝是採用一套PH (陽)/ 陰流程進行的，陽樹脂是732型，陰樹脂是717型多孔陰樹脂，陽樹脂和陰樹脂的力量比是1∶1.3，交換速比是1∶0.25，負荷比1∶0.5，交換總周期35小時。5、加氫反應塔氫鐵，70-80kg/cm2，(用含鎳催化劑)物料反應溫度 115-125℃12%溶液進料量 720-860升/小時進料平均糖濃 12.05%淨化液調到PH值 7.5-8加氫反應塔共5柱，裝催化劑約900升，第一柱催化劑為舊催化劑，加氫開車總時間44小時。6、結晶加氫液分別泵入一個裝有活性炭的壓濾機中，過濾去催化劑粉末後得到澄清的溶液，此溶液經過兩段蒸發第一段真空 600-640溫度 47-50℃蒸至BYX 45-50℃第二段真空 620-640溫度 75-80℃蒸至BYX 85℃
全文摘要
本發明涉及一種用玉米稈作原料來製造人造纖維漿粕、木醣醇的方法。製取其漿粕的主要工藝流程玉米稈切斷、破碎、旋風分離葉子部分、溼法除髓、酸預水解、蒸煮(可為酸預水解硫酸鹽法蒸煮，也可為鹼法蒸煮，也可為有機溶劑法蒸煮，還可為亞銨法蒸煮)，篩選、氯化、鹼處理，一、二股漂白、酸處理，水洗、除沙、排漿等工序；從酸預水解玉米稈廢液中提取，製造木醣醇工序有中和、蒸發、脫色、離子交換、加氫、結晶。所製得的木醣醇比用玉米芯制結晶木糖醇指標還要先進。
文檔編號D21C9/00GK1062939SQ9111126
公開日1992年7月22日 申請日期1991年11月28日 優先權日1991年11月28日
發明者魏志毅, 褚全慧, 魏志宏, 褚曉素 申請人:魏志毅