專利名稱：一種用玉米芯生產(chǎn)木糖醇的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種木糖醇生產(chǎn)方法，尤其是使用玉米芯進行提煉的制備方法。
背景技術：
目前制取木糖醇的成熟工藝仍舊以玉米芯或者甘蔗渣為原料，國外常用樺木制取。也有國內著名的木糖醇專家尤新在著作《木糖與木糖醇的生產(chǎn)技術及其應用》(中國輕工業(yè)出版社2006年版)提到可以在毛竹中提取木糖醇，但是竹子原料南方較多，并且價格較高，本身含有的多縮戊糖含量沒有玉米芯高，所以生產(chǎn)不經(jīng)濟。甘蔗渣一般在造紙過程進行提取，一般要25噸甘蔗渣提取一噸木糖醇。玉米芯原料在華北平原、東北平原、貴州山地地區(qū)較多，是國內最主要的生產(chǎn)木糖醇的原料，主要原因在于內部含有的多縮戊糖較高，通?？梢赃_到30-40％。此外，收購價格相對便宜，原料來源廣泛易得。
尤新、李明杰等人在ZL88 1 07673.2《結晶木糖的制備方法》中提到的整個木糖制造過程涉及12道程序和步驟，其中包括水預處理、二次脫色、二次濃縮、糖漿過濾多層工序。本發(fā)明在生產(chǎn)木糖過程工序僅五道工序，整個木糖醇工序為七個步驟。其中起先的步驟粉碎玉米芯在技術升級后可以省略。對于前述提到的水預處理、二次脫色、二次濃縮、糖漿過濾多層工序進行簡化，并對已有的工序進行改進。
又如，鄭慶義ZL03110852.0《從農(nóng)作物秸桿中提取木糖及木糖醇的方法》中提到連續(xù)水解以及脫色樹脂進行脫色，但是氫化反應仍然采用連續(xù)加氫反應。
但是這些現(xiàn)有的木糖醇生產(chǎn)方法仍存在一些缺點，主要有以下五點一、工序復雜一般企業(yè)生產(chǎn)木糖醇至少在木糖生產(chǎn)工藝流程12步后在至少加上3道工序，層析分離、加氫反應、結晶；二、水解液或者說是木糖液脫色效果不佳，對環(huán)境污染嚴重通常采用活性炭進行脫色處理，并且活性炭價格較高，需要經(jīng)常更換，成本較高；三、連續(xù)加氫反應增加成本木糖在氫化過程中采取連續(xù)加氫工藝會導致木糖醇得率不能達到理想狀態(tài)，并使氫氣使用量增加。
四、一次固定水解導致生產(chǎn)效率較低。玉米芯在水解過程時間較長，在水解液達到一定糖濃時才能將水解液排出，不能連續(xù)不斷的循環(huán)水解。
五、缺少層析分離過程，木糖醇純度未能達到醫(yī)藥級水平，含有雜糖不能提取，不能應用在醫(yī)藥上。

發(fā)明內容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術中的工藝復雜、難以脫色、一次固定水解、連續(xù)加氫木糖醇得率較低、木糖醇純度不能達到醫(yī)藥級水平的五個難點，提供了一種使用玉米芯在常壓下連續(xù)水解采取脫色樹脂過濾和離子交換樹脂脫酸處理并進行木糖提純，通過層析分離設備間斷加氫反應得到高純度的木糖醇的制備方法。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明是通過以下工藝步驟實現(xiàn)的1、分裂工藝將玉米芯采用夾棍機進行分裂，玉米芯分裂度為50％。粉碎太細，在水解過程會流失大量糖份，所以分裂度不宜太細，50％為宜。目前玉米芯不粉碎，直接整個水解，木糖的得率不是很高，不容易得到較高濃度的水解液。未來技術提升后，直接水解是一個發(fā)展方向。
2、水解工藝將分裂的玉米芯進行水解制取木糖過程，所用的催化劑是鹽酸或者硫酸，也可以是草酸。在水解過程常用固定一次水解法，整個水解過程在一個水解罐中完成。采取連續(xù)水解工藝，需要增加一套玉米芯水洗、酸洗裝置，并在多臺水解罐中采用蒸汽間接加熱，在水解罐外設置溫度控制器和計量器，控制水解液中溫度在70-140攝氏度，至少3個以上串聯(lián)的水解罐中進行連續(xù)水解處理，經(jīng)洗滌后的原料先加入到初級水解罐在一次轉運到下一級水解罐，水解液從末級水解罐依次向上一次水解罐回轉，從初級水解罐引出的水解罐進入到過濾工序。其水解液達到60％以上糖濃將其排出進入到下一工序。鹽酸濃度為2％。水解用量為0.2-0.3％，其使用量為硫酸的一半。草酸用量需要1.14-1.71％。水解溫度在125攝氏度左右把存在于玉米芯半纖維素中的多縮戊糖水解成單糖，木糖得率最佳。其中85-90％是木糖。稀酸法水解溫度70攝氏度以下，木糖得率較低，高于140攝氏度以上，木糖會轉化為糠醛。水解過程化學反應式為
3、重金屬脫離和除酸工藝采用離子交換樹脂除去水解液中的酸。水解液自上而下相繼通過2個串聯(lián)裝有不同型號的離子樹脂的過濾塔進行重金屬脫離和除酸。第一個過濾塔水解液速度為1∶1.5-1∶0.5(樹脂體積流量/小時)，可以除去水解中的鐵、鈣等金屬離子，可以降低結晶木糖中的灰分，離子交換在交換柱中進行，樹脂常用732#離子交換樹脂，目前質量較好的常選用日本進口樹脂。過濾后進入第二個過濾塔進行除酸，離子交換樹脂是三聚氰氨——胍——甲醛樹脂，再生時采用氨水。
4、脫色工藝本制備方法減少了一個中和工藝步驟，常用中和劑采用碳酸鈣。在工業(yè)化生產(chǎn)中需要除去水解液中色素、膠體等，以保證結晶木糖的色值標準。脫色常在顆粒狀活性炭脫色柱中進行，但是活性炭脫色在木糖醇制備中污染問題不能完美解決。采用水解液中脫色過程是水解液過濾后在20-80攝氏度和流量3-7Bv/h的條件時通過裝有大孔吸附樹脂的吸附塔。水解液中的脫色劑采用大孔吸附樹脂，可采用以下樹脂一種NDA-99樹脂、NDA-88樹脂、XDA-7樹脂或者Diaion HP樹脂。采用乙醇、氫氧化鈉水溶液和水作為脫附劑，將大孔吸附樹脂脫附再生，脫附溫度為25-75攝氏度，脫附劑流量為0.3-3.5Bv/h。水解脫色過程可以采用多塔串聯(lián)或并聯(lián)或串聯(lián)—并聯(lián)—串聯(lián)吸附、雙塔串聯(lián)或并聯(lián)吸附、單塔吸附任一運行方式。采用此工藝可以使水解液中色素提純，幾乎完美解決了水解液中廢液排放的污染問題5、木糖濃縮提純工藝采用離子樹脂對木糖液進行濃縮提純。離子樹脂為三聚氰氨或732#磺酸型樹脂?？梢詫δ咎且哼M行提純到95％以上。交換液還原糖手率＞＝95％。
6、層析分離工藝通過層析分離技術可以將其中雜糖，如阿拉伯糖分離。其設備可以是醫(yī)學用分離分析設備，也可以是高速離心分析分離設備，通過加壓和高速離心分離提煉出阿拉伯糖等雜糖。
7、氫化和結晶工藝將已經(jīng)提純的木糖進行加氫反應，使木糖轉化為木糖醇。加氫日常工業(yè)上常采用連續(xù)加氫，采用逐次分段、間斷加氫可以使木糖醇轉化率達到90％以上。一噸木糖可以提煉出0.9噸木糖醇，并大大降低了生產(chǎn)成本，分段逐次加氫量為連續(xù)加氫量的1/2-2/3。木糖氫化后經(jīng)過結晶就得到木糖醇。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是1.溫度、壓力的影響本發(fā)明是在常壓、溫度在70-140攝氏度的條件下進行水解，傳統(tǒng)的生產(chǎn)是在加壓下進行，水解液會隨著溫度增加色澤增加，顏色會加深成醬油色；常壓下水解能大量減少脫色劑使用。加壓設備投資高于常壓狀態(tài)設備。
2.酸的使用本發(fā)明大大擴展了使用酸的種類，鹽酸使用比硫酸經(jīng)濟，草酸使用是未來發(fā)展發(fā)向。
3.色素污染問題解決水解液中提取木糖后廢液一般經(jīng)過酸堿中和后排放，但是色素很濃，污染環(huán)境。采用樹脂脫色工藝，幾乎完美解決了環(huán)境污染問題，并且可以將色素提取，提高了價值，保護了環(huán)境。
4.成本低由于采取了連續(xù)水解和分段逐次加氫，提高了生產(chǎn)效率，大大降低了成本。
5、采用離子交換法替代了碳酸鈣中和法。減少了工藝步驟，節(jié)省大量成本和設備投資。
本發(fā)明的木糖醇制備方法提供的工藝大大減少了工藝流程，流程進行了優(yōu)化，設備利用律大大提高，增加了產(chǎn)出，減少了成本，提高了效率。
具體實施例方式
實施例工業(yè)化玉米芯生產(chǎn)木糖醇，投入含水10％，含多縮戊糖40％的分裂度50％的玉米芯10噸，以固液比1∶10，送入水解罐中水解，加入濃度為2％的鹽酸，反應溫度為125攝氏度，時間3小時，壓力為常壓。反應分解成木糖液。連續(xù)水解投入含多縮戊糖40％的分裂度50％的玉米芯各10噸在另外2個水解罐中進行水解，固液比一樣。在木糖液糖濃達到60％以上時將液體排出。后面的玉米渣倒出加入新的玉米芯進行水解，保持不間斷水解。然后過濾，水解液自上而下相繼通過2個串聯(lián)裝有732#離子交換樹脂和三聚氰氨——胍——甲醛樹脂的離子樹脂的過濾塔進行重金屬脫離和除酸。第一個過濾塔水解液速度為1∶1.5-1∶0.5，過濾后進入第二個過濾塔進行除酸。然后水解液在20-80攝氏度和流量3-7Bv/h的條件時通過串聯(lián)的裝有NDA-99樹脂的大孔吸附樹脂的吸附塔，采用乙醇、氫氧化鈉水溶液和水作為脫附劑，將大孔吸附樹脂脫附再生，脫附溫度為25-75攝氏度，脫附劑流量為0.3-3.5Bv/h。交換液還原糖回收率97％，純度90％。交換液經(jīng)過732#磺酸型樹脂濃縮提純得到濃度86％的糖膏3.2噸，純度92％，分段逐次加氫，壓力6.9Mpa，反應溫度為120攝氏度，催化劑為骨架鎳，加入量為5％，溶液PH值為8。其木糖的轉化率為99.53％，平均收率90.8％。經(jīng)過層析分離設備進行雜糖提純，將糖膏投入結晶機降溫至55攝氏度，投入0.1％的晶種，降溫至40攝氏度，分離、干燥，得到0.9噸結晶木糖醇。其理化指標為

權利要求
1.一種用玉米芯制備木糖醇的方法，該方法依序包括如下步驟(1)將玉米芯采用夾棍機進行分裂，玉米芯粉碎程度為略微開裂至一半。技術升級后，此步驟可以省略；(2)將分裂的玉米芯進行水解制取木糖，所用的催化劑為鹽酸或者硫酸、或者草酸；(3)采用離子交換樹脂除去水解液中的重金屬和酸；(4)水解液過濾后，通過裝有大孔吸附樹脂的吸附塔去除水解液中的色素以及其他雜質，并可將其中的色素進行提取回收；(5)采用離子樹脂對木糖液(水解液)進行濃縮提純；(6)木糖液濃縮經(jīng)過層析分離設備將其中雜糖，比如阿拉伯糖分離，得到高純度的木糖；(7)已提純的木糖氫化和結晶制取木糖醇。
2.根據(jù)權利要求1所述的木糖醇制備方法，其特征在于，可以采用固定的一次水解法，也可以采取連續(xù)分段逐次水解。
3.根據(jù)權利要求2所述的木糖醇制備方法，其特征在于，在采取連續(xù)分段逐次水解方法中比固定一次水解法增加一套玉米芯水洗、酸洗裝置。
4.根據(jù)權利要求2所述的木糖醇制備方法，其特征在于，連續(xù)分段逐次水解法所增加的水洗、酸洗裝置是普通的壓力容器，可以在常壓下反應。
5.根據(jù)權利要求2所述的木糖醇制備方法，其特征在于，在多臺水解罐中采用蒸汽間接加熱，并在其外部設置計量器和溫度控制器，控制水解液溫度在70-130攝氏度。
6.根據(jù)權利要求1所述的木糖醇制備方法，其特征在于，水解過程催化劑可以是鹽酸，也可以是硫酸，或者是草酸。鹽酸使用量是硫酸的一半。
7.根據(jù)權利要求1所述的木糖醇制備方法，其特征在于，水解液中的脫色劑采用大孔吸附樹脂，可采用以下樹脂一種NDA-99樹脂、NDA-88樹脂、XDA-7樹脂或者Diaion HP樹脂。
8.根據(jù)權利要求1或7所述的木糖醇制備方法，其特征在于，采用乙醇、氫氧化鈉水溶液和水作為脫附劑，將大孔吸附樹脂脫附再生，脫附溫度為25-75攝氏度，脫附劑流量為0.3-3.5Bv/h。
9.根據(jù)權利要求1、7、8中的任何一項所述的木糖醇制備方法，其特征在于，水解液中脫色過程是水解液過濾后在20-80攝氏度和流量3-7Bv/h的條件時通過裝有大孔吸附樹脂的吸附塔。
10.根據(jù)權利要求1所述的木糖醇制備方法，其特征在于，水解脫色過程可以采用多塔串聯(lián)或并聯(lián)或串聯(lián)—并聯(lián)—串聯(lián)吸附、雙塔串聯(lián)或并聯(lián)吸附、單塔吸附任—運行方式。
11.根據(jù)權利要求1所述的木糖醇制備方法，其特征在于，所述的步驟(3)中除去重金屬的離子交換樹脂是732#離子交換樹脂。
12.根據(jù)權利要求1所述的木糖醇制備方法，其特征在于，所述的步驟(3)中除酸工藝的離子交換樹脂是三聚氰氨——胍——甲醛樹脂，再生時采用氨水。
13.根據(jù)權利要求1所述的木糖醇制備方法，其特征在于，所述的步驟(3)中過濾塔是串聯(lián)的可以是除酸工藝先進行，除重金屬工藝后進行。也可以除酸工藝后進行，除重金屬工藝先進行。
14.根據(jù)權利要求1所述的木糖醇制備方法，其特征在于，所述的步驟(5)中離子樹脂是三聚氰氨或732#磺酸型樹脂。
15.根據(jù)權利要求1所述的木糖醇制備方法，其特征在于，所述的步驟(6)中層析分離設備可以是醫(yī)學用分離分析設備，也可以是高速離心分析分離設備。
16.根據(jù)權利要求1或13所述的木糖醇制備方法，其特征在于，所述的步驟(6)中層析分離設備可以加壓和高速離心分離提煉出阿拉伯糖等雜糖。
17.根據(jù)權利要求1所述的木糖醇制備方法，其特征在于，所述的步驟(7)中加氫過程可以連續(xù)加氫，也可以采取分段逐次加氫。
18.根據(jù)權利要求1或15所述的木糖醇制備方法，其特征在于，所述的步驟(7)中分段逐次加氫量為連續(xù)加氫量的1/2-2/3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用玉米芯生產(chǎn)木糖醇的制備方法，該方法主要是利用玉米芯進行水解制取木糖，木糖經(jīng)過氫化反應得到木糖醇。該方法特點是，水解所用的催化劑為鹽酸、硫酸或者草酸，鹽酸作為催化劑具體使用時，用量為硫酸的一半。水解過程采用常壓，可以采用固定一次性水解，也可以采用連續(xù)分段逐次水解。水解液中采用離子交換樹脂進行去除重金屬和除酸處理。水解液通過過濾，再采用大孔徑吸附樹脂作為脫色劑，使得水解液中的色素提取脫色達到幾乎完美狀態(tài)，其中色素可以回收。在氫化反應時，可以將連續(xù)加氫過程轉化為逐次間斷加氫，由此可以減少氫氣使用量，節(jié)約大量投資。本發(fā)明極大降低了木糖醇生產(chǎn)成本，真正處于無污染狀態(tài)制備木糖醇，并提高其質量和產(chǎn)量，縮短生產(chǎn)時間。
文檔編號C07H3/02GK1850833SQ20061004038
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月22日 優(yōu)先權日2006年5月22日
發(fā)明者夏云麗 申請人:夏云麗