本發(fā)明屬于木糖生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以固體酸為催化劑的木糖的生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：

木糖是一種天然存在的戊糖，多以縮聚狀態(tài)存在于植物中。在國內(nèi)，木糖生產(chǎn)以玉米芯為主要原料，但玉米芯在其他領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用，使得原料供不應(yīng)求，價(jià)格節(jié)節(jié)攀升，增加了木糖生產(chǎn)成本。在此背景下，迫切需要尋求其他玉米芯替代品。

目前，粘膠纖維的生產(chǎn)過程中對(duì)溶解漿通常用濃堿浸漬溶解其中的半纖維素，而后通過壓榨分離其中的短纖及半纖維素堿溶液，在半纖維素含量低時(shí)，該半纖維素堿溶液循環(huán)用于浸漬溶解，直到半纖維素含量較高，無法循環(huán)使用后直接排放。這部分廢水的直接排放，不僅造成了資源的浪費(fèi)，還會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此粘膠纖維廢水的合理利用是一個(gè)亟需解決的問題。

目前木糖的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝均以玉米芯、樺樹皮等天然植物為原料，硫酸為催化劑，在高溫下水解，經(jīng)過活性炭脫色，離子交換凈化出去大量的硫酸、有機(jī)酸及膠體。傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝原料成本占到木糖總成本的25%以上，消耗大量的硫酸，產(chǎn)生大量污水排放，不僅工藝復(fù)雜、周期長，還成本高、消耗大、質(zhì)量較為不穩(wěn)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)以硫酸為催化劑，消耗大量的硫酸，產(chǎn)生大量污水排放，不僅工藝復(fù)雜、周期長，還成本高、消耗大、質(zhì)量較為不穩(wěn)定，為解決上述問題，本發(fā)明提供一種以固體酸為催化劑的木糖的生產(chǎn)工藝。

本發(fā)明的目的是以下述方式實(shí)現(xiàn)的：

一種以固體酸為催化劑的木糖生產(chǎn)工藝，主要步驟如下：

（1）粘膠纖維廢水脫堿：將黏膠纖維廢水稱重后，置于電滲析脫堿設(shè)備中作為淡相，電導(dǎo)率為150ms/cm-300ms/cm，濃相為純化水，淡相與濃相的體積比為（1-3）:1，通電，在淡相電導(dǎo)率降至2000μs/cm時(shí)，停止脫堿，將脫堿液和回收堿水從電滲析設(shè)備移除；

（2）水解：把脫堿液置于水解鍋內(nèi)，加入固體酸，固體酸的體積為脫堿液體積的8%-12%，80℃-120℃的條件下保溫反應(yīng)2-4小時(shí)，過濾出固體酸，得到8%-16%濃度的水解液；

（3）第一次脫色：將水解液加熱至75℃-85℃，邊攪拌邊加入活性炭，活性炭加入量為水解液體積的0.2%-0.5%，繼續(xù)攪拌30-50分鐘，然后用200目的濾布將其過濾，得到8%-16%濃度的脫色液；或?qū)⑺庖豪鋮s至40℃以下，經(jīng)過脫色樹脂，脫色至透光為60%停止，得到7%-14%濃度的脫色液；脫色樹脂醇再生，回收醇，廢固燃燒或外賣作為粘合劑和色素；

（4）第一次樹脂離子交換凈化：將脫色液通過離子交換樹脂，得到5%-10%濃度的糖液；

（5）第二次脫色：將步驟（4）得到的糖液加熱至70℃-90℃，真空濃縮至25%-30%濃度，再加入濃縮液總體積0.2%-0.6%的活性炭進(jìn)行脫色，得到25%-30%濃度的糖液；

（6）第二次樹脂離子交換凈化：將步驟（5）得到的糖液通過離子交換樹脂，得到20%-25%濃度的糖液；

（7）濃縮結(jié)晶：將步驟（6）得到的糖液加熱至70℃-90℃，真空濃縮至84%-86%濃度，然后緩慢降溫并不斷攪拌，降溫速度控制為1℃/h -1.5℃/h，攪拌速度2r/min -3r/min，降溫至30℃-35℃時(shí)，將已結(jié)晶好的糖液置于離心機(jī)分離，經(jīng)干燥即得到合格的木糖。

所述步驟（4）中，按前陽樹脂→一陰樹脂→后陽樹脂的順序進(jìn)行離子交換，前陽樹脂交換總量控制為樹脂重量的20Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，一陰樹脂交換量為樹脂重量的20Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，后陽樹脂交換量控制為樹脂重量的40Bv，交換流速為樹脂重量的2Bv。

所述步驟（6）中，所述步驟（6）中，按二陰樹脂→二陽樹脂→三陰樹脂的順序進(jìn)行離子交換，二陰樹脂交換總量控制為樹脂重量的40Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，二陽樹脂交換量為樹脂重量的60Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，三陰樹脂交換量控制為樹脂重量的40Bv，交換流速為樹脂重量的2Bv。

所述陽樹脂為007×1凝膠型強(qiáng)酸陽離子交換樹脂，陰樹脂為D301大孔弱堿性陰離子交換樹脂。

所述步驟（2）中的固體酸為磺酸型陽離子交換樹脂。

所述磺酸型陽離子交換樹脂的型號(hào)為HND-2，HND- 6，HND-302或HND-350。

所述步驟（3）中活性炭加入量為水解液體積的0.3%。

所述步驟（5）中活性炭加入量為濃縮液總體積的0.4%。

所述步驟（3）中水解液以2Bv的流速經(jīng)過脫色樹脂，脫色樹脂交換量為30Bv。

所述步驟（1）中淡相與濃相的體積比為2:1。

本發(fā)明所述粘膠纖維廢水是指在粘膠纖維生產(chǎn)工藝中，原料溶解漿（漿粕）經(jīng)堿液浸漬，溶解其中的半纖維素，壓榨后將浸漬液經(jīng)過一次套用后，經(jīng)過納濾膜洗濾除去部分液堿，并將半纖維素濃縮至10%-20%，其半纖維素含量為10%-20%，堿含量為1.0%-2.0%，影響漿粕中的半纖維素溶出后，直接排放的廢水。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明工藝簡單，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)成本由原工藝的9000元/噸降低至5000元/噸以內(nèi)，且可實(shí)現(xiàn)連續(xù)水解，水解過程中使用的酸催化劑為固體酸，水解完后直接過濾除去固體酸即可，無硫酸的使用，大幅度的減少了污水的排放，且固體酸價(jià)格便宜，且可重復(fù)使用，安全無毒，同時(shí)也大幅度的提高了企業(yè)的木糖生產(chǎn)能力，其純度可穩(wěn)定達(dá)到98.5%以上。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明中所述水解液、脫色液或糖液的濃度為本行業(yè)內(nèi)的通用表達(dá)方式，溶質(zhì)為除溶劑外的所有物質(zhì)，該濃度可用糖度計(jì)來測(cè)定。

007×1陽樹脂為凝膠型強(qiáng)酸苯乙烯系陽離子交換樹脂，D301為大孔弱堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂。

實(shí)施例1：

一種以固體酸為催化劑的木糖生產(chǎn)工藝，主要步驟如下：

（1）粘膠纖維廢水脫堿：將黏膠纖維廢水稱重后，置于電滲析脫堿設(shè)備中作為淡相，電導(dǎo)率為150ms/cm-300ms/cm，濃相為純化水，淡相與濃相的體積比為（1-3）:1，通電，在淡相電導(dǎo)率降至2000μs/cm時(shí)，停止脫堿，將脫堿液和回收堿水從電滲析設(shè)備移除；

（2）水解：把脫堿液置于水解鍋內(nèi)，加入固體酸，固體酸的體積為脫堿液體積的8%-12%，80℃-120℃的條件下保溫反應(yīng)2-4小時(shí)，過濾出固體酸，得到8%-16%濃度的水解液；

（3）第一次脫色：將水解液加熱至75℃-85℃，邊攪拌邊加入活性炭，活性炭加入量為水解液體積的0.2%-0.5%，繼續(xù)攪拌30-50分鐘，然后用200目的濾布將其過濾，得到8%-16%濃度的脫色液；或?qū)⑺庖豪鋮s至40℃以下，經(jīng)過脫色樹脂，脫色至透光為60%停止，得到7%-14%濃度的脫色液；脫色樹脂醇再生，回收醇，廢固燃燒或外賣作為粘合劑和色素；

（4）第一次樹脂離子交換凈化：將脫色液通過離子交換樹脂，得到5%-10%濃度的糖液；

（5）第二次脫色：將步驟（4）得到的糖液加熱至70℃-90℃，真空濃縮至25%-30%濃度，再加入濃縮液總體積0.2%-0.6%的活性炭進(jìn)行脫色，得到25%-30%濃度的糖液；

（6）第二次樹脂離子交換凈化：將步驟（5）得到的糖液通過離子交換樹脂，得到20%-25%濃度的糖液；

（7）濃縮結(jié)晶：將步驟（6）得到的糖液加熱至70℃-90℃，真空濃縮至84%-86%濃度，然后緩慢降溫并不斷攪拌，降溫速度控制為1℃/h -1.5℃/h，攪拌速度2r/min -3r/min，降溫至30℃-35℃時(shí)，將已結(jié)晶好的糖液置于離心機(jī)分離，經(jīng)干燥即得到合格的木糖。

步驟（4）中，按前陽樹脂→一陰樹脂→后陽樹脂的順序進(jìn)行離子交換，前陽樹脂交換總量控制為樹脂重量的20Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，一陰樹脂交換量為樹脂重量的20Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，后陽樹脂交換量控制為樹脂重量的40Bv，交換流速為樹脂重量的2Bv。

步驟（6）中，所述步驟（6）中，按二陰樹脂→二陽樹脂→三陰樹脂的順序進(jìn)行離子交換，二陰樹脂交換總量控制為樹脂重量的40Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，二陽樹脂交換量為樹脂重量的60Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，三陰樹脂交換量控制為樹脂重量的40Bv，交換流速為樹脂重量的2Bv。

陽樹脂為007×1凝膠型強(qiáng)酸陽離子交換樹脂，陰樹脂為D301大孔弱堿性陰離子交換樹脂。

步驟（2）中的固體酸為磺酸型陽離子交換樹脂。

磺酸型陽離子交換樹脂的型號(hào)為HND-2，HND- 6，HND-302或HND-350。

步驟（3）中活性炭加入量為水解液體積的0.3%。

步驟（5）中活性炭加入量為濃縮液總體積的0.4%。

步驟（3）中水解液以2Bv的流速經(jīng)過脫色樹脂，脫色樹脂交換量為30Bv。

步驟（1）中淡相與濃相的體積比為2:1。

實(shí)施例2：

一種以固體酸為催化劑的木糖生產(chǎn)工藝，主要步驟如下：

（1）粘膠纖維廢水脫堿：稱取黏膠纖維廢水12.34kg，半纖維素含量110.1g/L，堿含量為1.31%，置于電滲析脫堿設(shè)備中作為淡相，電導(dǎo)率為150ms/cm，濃相為純化水，淡相與濃相的體積比為2:1，通電，在淡相電導(dǎo)率降至2000μs/cm時(shí)，停止脫堿，將脫堿液和回收堿水從電滲析設(shè)備移除；

（2）水解：把脫堿液置于水解鍋內(nèi)，加入HND-2磺酸型陽離子交換樹脂，樹脂的體積為脫堿液體積的8%，80℃的條件下保溫反應(yīng)2小時(shí)，過濾出樹脂，得到8%濃度的水解液；

（3）第一次脫色：將水解液加熱至75℃，邊攪拌邊加入活性炭，活性炭加入量為水解液體積的0.2%，脫色液透光控制在60%以上，繼續(xù)攪拌30分鐘，然后用200目的濾布將其過濾，得到8%濃度的脫色液；

（4）第一次樹脂離子交換凈化：將脫色液通過離子交換樹脂，按前陽樹脂007×1→一陰樹脂D301→后陽樹脂007×1的順序，得到5%濃度的糖液；

（5）第二次脫色：將步驟（4）得到的糖液加熱至70℃，真空濃縮至25%濃度，再加入濃縮液總體積量0.2%的活性炭進(jìn)行脫色，得到25%濃度的糖液；

（6）第二次樹脂離子交換凈化：將步驟（5）得到的糖液通過離子交換樹脂，按二陰樹脂D301→二陽樹脂007×1→三陰樹脂D301的順序，得到20%濃度的糖液；

（7）濃縮結(jié)晶：將步驟（6）得到的糖液加熱至70℃，真空濃縮至84%濃度，然后緩慢降溫并不斷攪拌，降溫速度控制為1℃/h，攪拌速度2r/min，降溫至30℃時(shí)，將已結(jié)晶好的糖液置于離心機(jī)分離，經(jīng)干燥即得到合格的木糖。

所述步驟（4）中，前陽樹脂交換總量控制為樹脂重量的20Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，一陰樹脂交換量為樹脂重量的20Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，后陽樹脂交換量控制為樹脂重量的40Bv，交換流速為樹脂重量的2Bv。

所述步驟（6）中，二陰樹脂交換總量控制為樹脂重量的40Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，二陽樹脂交換量為樹脂重量的60Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，三陰樹脂交換量控制為樹脂重量的40Bv，交換流速為樹脂重量的2Bv。

得到的結(jié)晶木糖為白色粉末，易溶于水，難溶于乙醇，純度為98.26%。

實(shí)施例3-12中木糖生產(chǎn)工藝各步驟的參數(shù)見表1-2，其他同實(shí)施例2。

實(shí)施例13：

一種以固體酸為催化劑的木糖生產(chǎn)工藝，主要步驟如下：

（1）粘膠纖維廢水脫堿：稱取黏膠纖維廢水15.68kg，半纖維素含量116.5g/L，堿含量為2%，置于電滲析脫堿設(shè)備中作為淡相，電導(dǎo)率為300ms/cm，濃相為純化水，淡相與濃相的體積比為2:1，通電，在淡相電導(dǎo)率降至2000μs/cm時(shí)，停止脫堿，將脫堿液和回收堿水從電滲析設(shè)備移除；

（2）水解：把脫堿液置于水解鍋內(nèi)，加入HND-6磺酸型陽離子交換樹脂，樹脂的體積為脫堿液體積的12%，120℃的條件下保溫反應(yīng)4小時(shí)，過濾出固體酸，得到16%濃度的水解液；

（3）第一次脫色：將水解液加熱至85℃，邊攪拌邊加入活性炭，活性炭加入量為水解液體積的0.5%，脫色液透光控制在60%以上，繼續(xù)攪拌50分鐘，然后用200目的濾布將其過濾，得到16%濃度的脫色液；或?qū)⑺庖豪鋮s至40℃以下，以2Bv的流速經(jīng)過脫色樹脂，脫色至透光為60%停止，脫色樹脂交換量為30Bv，得到14%濃度的脫色液；脫色樹脂醇再生，回收醇，廢固燃燒或外賣作為粘合劑和色素；

（4）第一次樹脂離子交換凈化：將脫色液通過離子交換樹脂，按前陽樹脂007×1→一陰樹脂D301→后陽樹脂007×1的順序，得到10%濃度的糖液；

（5）第二次脫色：將步驟（4）得到的糖液加熱至90℃，真空濃縮至30%濃度，再加入濃縮液總體積量0.6%的活性炭進(jìn)行脫色，得到30%濃度的糖液；

（6）第二次樹脂離子交換凈化：將步驟（5）得到的糖液通過離子交換樹脂，按二陰樹脂D301→二陽樹脂007×1→三陰樹脂D301的順序，得到25%濃度的糖液；

（7）濃縮結(jié)晶：將步驟（6）得到的糖液加熱至90℃，真空濃縮至86%濃度，然后緩慢降溫并不斷攪拌，降溫速度控制為1.5℃/h，攪拌速度3r/min，降溫至35℃時(shí)，將已結(jié)晶好的糖液置于離心機(jī)分離，經(jīng)干燥即得到合格的木糖。

所述步驟（4）中，前陽樹脂交換總量控制為樹脂重量的20Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，一陰樹脂交換量為樹脂重量的20Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，后陽樹脂交換量控制為樹脂重量的40Bv，交換流速為樹脂重量的2Bv。

所述步驟（6）中，二陰樹脂交換總量控制為樹脂重量的40Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，二陽樹脂交換量為樹脂重量的60Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，三陰樹脂交換量控制為樹脂重量的40Bv，交換流速為樹脂重量的2Bv。

得到的結(jié)晶木糖為白色粉末，易溶于水，難溶于乙醇，純度為99.45%。

實(shí)施例14：

一種以固體酸為催化劑的木糖生產(chǎn)工藝，主要步驟如下：

（1）粘膠纖維廢水脫堿：稱取黏膠纖維廢水12.34kg，半纖維素含量110.1g/L，堿含量為1.31%，置于電滲析脫堿設(shè)備中作為淡相，電導(dǎo)率為300ms/cm，濃相為純化水，淡相與濃相的體積比為2:1，通電，在淡相電導(dǎo)率降至2000μs/cm時(shí)，停止脫堿，將脫堿液（堿殘量為0.02%）和回收堿水（堿含量為2.56%）從電滲析設(shè)備移除；

（2）水解：把脫堿液置于水解鍋內(nèi)，加入HND-6磺酸型陽離子交換樹脂，樹脂的體積為脫堿液體積的8%，120℃的條件下保溫反應(yīng)4小時(shí)，過濾出固體酸，得到8%濃度的水解液，無機(jī)酸為0.05%，總酸0.46%（酸是以硫酸計(jì)），電導(dǎo)率為3.25ms/cm，純度為72.34%；

（3）第一次脫色：將水解液加熱至80℃，邊攪拌邊加入活性炭，活性炭加入量為水解液體積的0.3%，脫色液透光控制在60%以上，繼續(xù)攪拌40分鐘，然后用200目的濾布將其過濾，得到16%濃度的脫色液；或?qū)⑺庖豪鋮s至40℃以下，以2Bv的流速經(jīng)過脫色樹脂，脫色至透光為60%停止，脫色樹脂交換量為30Bv，得到10.84%濃度的脫色液；脫色樹脂醇再生，回收醇，廢固燃燒或外賣作為粘合劑和色素；

（4）第一次樹脂離子交換凈化：將脫色液通過離子交換樹脂，按前陽樹脂007×1→一陰樹脂D301→后陽樹脂007×1的順序，得到5%濃度的糖液；

（5）第二次脫色：將步驟（4）得到的糖液加熱至90℃，真空濃縮至30%濃度，再加入濃縮液總體積量0.6%的活性炭進(jìn)行脫色，得到28%濃度的糖液；

（6）第二次樹脂離子交換凈化：將步驟（5）得到的糖液通過離子交換樹脂，按二陰樹脂D301→二陽樹脂007×1→三陰樹脂D301的順序，得到23%濃度的糖液；

（7）濃縮結(jié)晶：將步驟（6）得到的糖液加熱至85℃，真空濃縮至86%濃度，然后緩慢降溫并不斷攪拌，降溫速度控制為1℃/h，攪拌速度2.5r/min，降溫至35℃時(shí)，將已結(jié)晶好的糖液置于離心機(jī)分離，經(jīng)干燥即得到合格的木糖。

所述步驟（4）中，前陽樹脂交換總量控制為樹脂重量的20Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，一陰樹脂交換量為樹脂重量的20Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，后陽樹脂交換量控制為樹脂重量的40Bv，交換流速為樹脂重量的2Bv。

所述步驟（6）中，二陰樹脂交換總量控制為樹脂重量的40Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，二陽樹脂交換量為樹脂重量的60Bv，交換流速為樹脂重量的1Bv，三陰樹脂交換量控制為樹脂重量的40Bv，交換流速為樹脂重量的2Bv。

得到的結(jié)晶木糖為白色粉末，易溶于水，難溶于乙醇，純度為98.96%。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明工藝簡單，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)成本由原工藝的9000元/噸降低至5000元/噸以內(nèi)，且可實(shí)現(xiàn)連續(xù)水解，水解過程中使用的酸催化劑為固體酸，水解完后直接過濾除去固體酸即可，無硫酸的使用，大幅度的減少了污水的排放，且固體酸價(jià)格便宜，安全無毒，同時(shí)也大幅度的提高了企業(yè)的木糖生產(chǎn)能力，其純度可穩(wěn)定達(dá)到98.5%以上。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明整體構(gòu)思前提下，還可以作出若干改變和改進(jìn)，這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。