專利名稱：一種木糖醇的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)化合物的制備方法，更具體地說是一種從木糖醇母液 中提取木糖醇的制備方法。
背景技術(shù)：
木糖醇(Xylitol也叫戊五醇)是一種五碳糖醇，它的分子式為 C5H1205，是木糖代謝的正常中間產(chǎn)物，外形為結(jié)晶性白色粉末，廣泛存 在于果品、蔬菜、谷類、蘑菇之類食物和木材、稻草、玉米芯等植物中。 它可用作甜味劑、營養(yǎng)劑和藥劑在化工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)中廣泛應(yīng)用。
就目前來說，我國木糖醇生產(chǎn)的工藝大部分采用的是中和脫酸工藝。 就是在凈化水解液時采用中和法。此法的工藝路線就是原料經(jīng)水解、中 和、濃#、脫色、離子交換、濃縮處理等步驟最后到相對出度比較髙的液 體木糖醇。這是典型的木糖醇生產(chǎn)工藝，在水解液凈化過程中，采取了一 次中和一次離子交換工藝，在這個工藝的基礎(chǔ)上，又加了一次氫化液離子 交換，就變成了一次中和脫酸二次交換工藝，都屬于中和脫酸工藝。此工 藝的優(yōu)點(diǎn)是比較簡單，酸堿消耗低，可降低成本，設(shè)備也比較簡單，易操 作，投資少。它的缺點(diǎn)主要來至工藝本身，眾所周知，石膏雖然在水中的 溶解度小，也不是絕對不溶解，在進(jìn)入下個濃縮工序時，隨著水解液變濃, 石膏在本解液中濃度也變大，呈過飽和狀態(tài)，此時就有一部分石膏又沉淀 出來，沉積在蒸發(fā)器的管壁上，形成隔熱層，降低蒸發(fā)效力，浪費(fèi)蒸汽， 降低設(shè)備利用率。由于，這層結(jié)垢很難除去，特別是很難用化學(xué)方法除 去，不得不用機(jī)械法清除結(jié)垢，不但麻煩，而且勞動強(qiáng)度很大，對設(shè)備也有不同程度的損傷，降低設(shè)備的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的缺點(diǎn)與不足提供一種新的制 備方法，以進(jìn)一步提髙液體木糖醇的濃度。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 一種木糖醇的制備方法其特征在于，
(1) 水解工序?qū)⒂衩仔驹霞尤?0-30繊酸在70-90TC，水解4-5 小時，保持PH在l-2.5;
(2) 中和工序加入10-15K的氫氧化鈉中和至PH6-7.5:濃縮掉溶 液體積的1/5;
(3) 脫色工序加入0. 1-1. 5%的活性炭脫色；
(4) 離子交換工序所得液體濃縮，采用弱堿性陰離子交換樹脂吸 附，所得濃縮加氫濃縮，得到含量達(dá)45%的液體木糖醇。
本發(fā)明采用離子交換脫酸工藝還有它不可替代的優(yōu)點(diǎn)，它解決了中和 脫酸工藝品中設(shè)備結(jié)垢的缺點(diǎn)，提高了設(shè)備的利用率和使用壽命，減少了 水解液中的灰份和酸的含量，提髙了水解液的質(zhì)量，相應(yīng)的提髙了產(chǎn)品質(zhì) 量。由于離子交換脫酸工藝有眾多的優(yōu)越性，新建廠都采用了此工藝。 每次交換的意義不同，所以采用的離子交換樹脂也不同，第一次交換主要 是為了除去水解液中的硫酸根，所以采用陰離子交換，第二次交換采用陽 離子交換樹脂，第三次交換用陽、陰兩種樹脂，也有單用陽樹脂的。離子 交換脫酸工藝，工藝比較復(fù)雜，樹脂用量較多，設(shè)備較多，投資大。增加 了酸堿消耗，加大了成本。但離子交換脫酸工藝還有它不可替代的優(yōu)點(diǎn)， 它解決了中和脫酸工藝品中設(shè)備結(jié)垢的缺點(diǎn)，提高了設(shè)備的利用率和使用 壽命，減少了水解液中的灰份和酸的含量，提髙了水解液的質(zhì)量，相應(yīng)的 提髙了產(chǎn)品質(zhì)量。由于離子交換脫酸工藝有眾多的優(yōu)越性，新建廠都采用了此工藝。
不論是中和脫酸工藝還是離子交換脫酸工藝，他們的最后一次交換， 都是將氫化液再進(jìn)行一次交換，來提高凈化液的質(zhì)量，繼而提高產(chǎn)品質(zhì)量。 中和脫酸工藝和離子交換工藝，都有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足，采取那種工藝都 必須揚(yáng)長避短，最大限度發(fā)展優(yōu)勢，提高經(jīng)濟(jì)效益。 木糖醇生產(chǎn)工藝的要點(diǎn)和進(jìn)步
木糖醇的生產(chǎn)工藝是比較長的，但必須把住幾個關(guān)鍵工序才能保證木糖 醇產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)的順利進(jìn)行，這就是協(xié)綱提領(lǐng)，幾個關(guān)鍵工序做好了就 把住了木糖醇的生產(chǎn)要點(diǎn)。木糖醇有以下幾道值得注意的工序，分述如下。 水解工序
水解工序是木糖醇生產(chǎn)的第一道工序，是關(guān)系到木糖醇的質(zhì)量和后序 工序加工的難易的關(guān)鍵。如果把握不住水解液的質(zhì)量，就會給后序工序帶 來很多麻煩，最終會影響產(chǎn)品的質(zhì)量。水解工序首要注意的問題是原料凈 化問題，原料玉米芯要經(jīng)篩選，洗滌，清除雜質(zhì)，不要人為的把雜質(zhì)引入 水解液中，造成水解液質(zhì)量的先天不足。水解工序參數(shù)三要素就是催化劑、 水解溫度和時間。其中，催化劑只是一個量的問題，卡住催化劑的用量就 行了；水解溫度是值得關(guān)注的問題，溫度低只能是水解不完全，而要是高 了就會造成嚴(yán)重后果，溫度過高會使水解液中的木糖繼續(xù)脫水生成糠醛或 深度水解生成低級的碳水化合物，如醋酸，丙爾等，也會使大量蛋白質(zhì)水 解，生成有機(jī)色素和膠體，這會對后續(xù)的凈化工序帶來很大困難。為了確 保水解溫度適當(dāng)可引進(jìn)溫度自動控制系統(tǒng)，已經(jīng)是很容易解決的問題了。 同樣水解時間也不能不足或過長，會造成同水爭溫度一樣的后果，多長時 間好呢，雖然有一個基本時間，但要恰如其分，這就要操作者根據(jù)不同原 料，不同氣候，根據(jù)長期積累的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來掌握。中和工序
中和工序是中和脫酸工藝的關(guān)鍵工序，在這個工序?qū)⒊ソ^大部份無 機(jī)酸-硫酸。中和效果的優(yōu)劣要用pH值控制,水解液的pH值一般在1 1. 5, 當(dāng)中和到pH4時，無機(jī)酸絕大部份中和掉，且有機(jī)酸也開始中和，當(dāng)pH 值5時，約有70%的醋酸、甲酸、乙酰丙酸等有機(jī)酸被中和掉，要想使全 部有機(jī)酸被中和掉到pH10。但是當(dāng)pH值4 5時就會破壞糖，生成色素， 中和時局部過堿也會造成還原糖分解，中和pH值通常為3. 5，溫度70 801C。中和時是把硫酸中和成石裔沉淀，生成兩種石膏， 一種是二水石膏 (CaS04* 2H20),另一種是半水石膏(2CaS04* H20),這兩種石膏在不同溫 度下溶解度不一樣,在801C以下時二水石膏生成量大而溶解度比半水石膏 小，但溫度過髙生成的二水石裔量小，且溶解度增大，在中和時希望生成 二水石膏越多越好。但沉淀和溶解是可逆的，為了使石膏生成的多，且結(jié) 晶顆粒大，往往要沉降養(yǎng)晶，但時間不能過長，以免沉淀再次溶解。 脫色工序
脫色工序是木糖醇生產(chǎn)的主要工序，水解液中的色素有原料中的天然 色素和在生產(chǎn)中生成的色素，天然色素如花色素是以配糖體存在的，在 酸性介質(zhì)中可以水解成一個糖和一個非糖體，在堿性中呈綠色，蛋白質(zhì)和 氨基酸水解時也產(chǎn)生含氮的有色物質(zhì)，糖類在堿性中也分解生成色素，糖 加熱時也可產(chǎn)生焦糖色。這些因素都會使水解液的色澤加深，影響木糖醇 產(chǎn)品的質(zhì)量，必須進(jìn)行脫色處理。
脫色的原理很復(fù)雜，由于產(chǎn)品不同，脫色的原理也各不相同。木糖醇 水解液的脫色基本屬于吸附脫色。吸附劑是多孔，比表面積很大的物質(zhì)， 吸附劑的種類較多。如白土、磺化煤、焦木素和活性炭，其中活性炭的比 較廣泛。木糖醇水解液也曾試用過上述脫色劑，但相比之下還是活性炭比較理想。在活性炭的選用上和其它溶液大不相同，按常規(guī)活性炭的脫色能 力通常是單位體積的活性碳能脫多少體積的甲基蘭溶液，而用于木糖醇 水解液脫色的活性炭不能用這個傳統(tǒng)方法測試，必需在生產(chǎn)中用活性炭直 接脫水解液的能力來比較，來測定活性碳質(zhì)量的優(yōu)劣。脫色的原理既然是 吸附，那就有吸附和解吸同時存在，為了讓脫色向正方向進(jìn)行，脫色速度 要快，溫度不要過髙。 離子交換工序
水解液(也可稱為木糖漿)純度比較低，含有各式各樣的色素，灰份 (石膏等)，各種酸(硫酸、醋酸等)，含氮物(蛋白質(zhì)、氨基酸等)， 膠體等。這樣雜質(zhì)復(fù)雜的木糖漿不經(jīng)凈化是很難進(jìn)行氫化生產(chǎn)出合格的木 糖醇產(chǎn)品的。所以必須將木糖漿進(jìn)行凈化，不然會使加氫催化劑中毒、失 效。要使其純度達(dá)到95%以上，通過兩次交換以后，木糖漿的色澤接進(jìn)無 色，不帶酸性，以保證氫化反應(yīng)的順利進(jìn)行，提髙產(chǎn)品的質(zhì)量和收率。離 子交換工序在木糖醇生產(chǎn)中是相當(dāng)重要的工序，是影響木糖醇質(zhì)量關(guān)鍵工 序。在離子交換樹脂的選用上和交換工藝的改進(jìn)上都有新的突破。同時每 次交換的目的也不一樣，現(xiàn)以三次交換為例，看看交換工序的作用和發(fā)展。
第一次交換主要是為了除去水解液中的無機(jī)酸和有機(jī)酸，硫酸根是陰 離子，所以，第一次是采用陰離子交換樹脂，陰離子交換樹脂的種類很多， 不是每種樹脂都適合木糖醇生產(chǎn)的要求。本發(fā)明人篩選出大孔D型陰離子 樹脂適合于木糖醇生產(chǎn)的要求，如大孔陰樹脂D296、 D290等型號，為木 糖醇工業(yè)的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。第一次交換采用大孔陰樹脂不但可以除 去陰離子，而且可吸附除掉很多膠體雜質(zhì)和色素
第二次交換的目的是為了除去灰份和陽離子，所以采用陽離子交換樹 脂，陽離子交換樹脂的種類也很多，但常用的還是強(qiáng)酸型732用的比較普遍，732強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂是苯乙烯磺酸型樹脂，其功能團(tuán)為磺酸基, 這種樹脂強(qiáng)度高，交換容量大，使用壽命長。陽離子交換樹脂在交換中除 去陽離子雜質(zhì)外，還能以吸附的形式除去膠體和非糖體，如糖醛酸、聚糖 醛酸，還有含氮化合物等。
第三次交換是為了氫化液的凈化，凈化后的木糖漿經(jīng)過加氫會增加酸 度和金屬離子，要進(jìn)一步凈化，以除去這些雜質(zhì)，就采用第三次離子交換, 一般第三次交換采用陽樹脂。這就是陰-陽-陽離子交換工藝。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l
(1) 將1000公斤的玉米芯原料加入10%硫酸在7010,水解4小時，
保持ra在i;
(2) 加入i(^的氫氧化鈉中和至rae;濃縮掉溶液體積的l/5;
(3) 加入0.1%的活性炭脫色；
(4) 所得液體濃縮，采用弱堿性陰離子交換樹脂吸附，所得濃縮加 氫濃縮，得到含量達(dá)45%的液體木糖醇。其中第一次交換主要是除去水解 液中的無機(jī)酸和有機(jī)酸，硫酸根是陰離子第二次交換的目的是除去灰份 和陽離子；第三次交換是采用陽樹脂。凈化氫化液。第一次交換采用弱堿 性陰離子交換樹脂吸附；第二次交換采用陽離子交換樹脂；第三次交換是 采用陽樹脂凈化氫化液。
實(shí)施例2
(1) 將1000公斤的玉米芯原料加入3096硫酸在901C，水解5小時，
保持ra在2.5;
(2) 加入15%的氫氧化鈉中和至冊7.5;濃縮掉溶液體積的l/5;
(3) 加入1. 5%的活性炭脫色；(4)所得液體濃縮，采用弱堿性陰離子交換樹脂吸附，所得濃縮加 氫濃縮，得到含量達(dá)45%的液體木糖醇。所得液體濃縮，采用弱堿性陰離 子交換樹脂吸附，所得濃縮加氫濃縮，得到含量達(dá)45%的液體木糖醇。其 中第一次交換主要是除去水解液中的無機(jī)酸和有機(jī)酸，琉酸根是陰離子； 第二次交換的目的是除去灰份和陽離子；第三次交換是采用陽樹脂。凈化 氫化液。第一次交換采用弱堿性陰離子交換樹脂吸附；第二次交換采用陽 離子交換樹脂；第三次交換是采用陽樹脂凈化氫化液。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式 上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修 改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種木糖醇的制備方法，其特征在于，它是按如下步驟進(jìn)行(1)將玉米芯原料加入10-30％硫酸在70-90℃，水解4-5小時，保持PH在1-2.5；(2)加入10-15％的氫氧化鈉中和至PH6-7.5；濃縮掉溶液體積的1/5；(3)加入0. 1-1.5％的活性炭脫色；(4)所得液體濃縮，采用離子交換樹脂經(jīng)過三次交換，所得濃縮加氫濃縮，得到含量達(dá)45％的液體木糖醇。
2、 如權(quán)利要求1所述的木糖醇制備方法，其特征在于所述的第一次交 換主要是除去水解液中的無機(jī)酸和有機(jī)酸，硫酸根是陰離子；第二次交換 的目的是除去灰份和陽離子；第三次交換是采用陽樹脂。凈化氫化液。
3、 如權(quán)利要求1所述的木糖醇制備方法，其特征在于所述的第一次交 換采用弱堿性陰離子交換樹脂吸附；第二次交換采用陽離子交換樹脂；第 三次交換是采用陽樹脂凈化氫化液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種木糖醇的制備方法。它是按如下步驟進(jìn)行(1)將玉米芯原料加入10-30％硫酸在70-90℃，水解4-5小時，保持pH在1-2.5；(2)加入10-15％的氫氧化鈉中和至pH6-7.5；濃縮掉溶液體積的1/5；(3)加入0.1-1.5％的活性炭脫色；(4)所得液體濃縮，采用弱堿性陰離子交換樹脂經(jīng)過三次吸附，所得濃縮加氫濃縮，得到含量達(dá)45％以上的液體木糖醇。
文檔編號C07H3/02GK101445523SQ20071015040
公開日2009年6月3日 申請日期2007年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月26日
發(fā)明者邱洪江, 馬永華 申請人:天津市金圭谷木糖醇有限公司