способ получения энтеросорбента

Формула изобретения

1. Способ получения энтеросорбента, включающий щелочную обработку гидролизного лигнина, последующую отмывку от щелочи и растворившихся соединений не менее трех раз путем экстракции с применением разбавления суспензии питьевой водой, нейтрализацию остаточной щелочи кислотой и отмывку лигнина от кислоты и солей не менее двух раз путем экстракции с применением разбавления суспензии питьевой водой, измельчение и обезвоживание лигнина, отличающийся тем, что отмывку лигнина осуществляют путем экстракции с применением разбавления суспензии питьевой водой до содержания сухих веществ 40 - 100 г/л с последующим интенсивным перемешиванием суспензии в течение не менее 15 мин и последующим отделением осветленной жидкости в количестве 1/3 - 1/2 полученного объема декантацией после ее отстаивания в течение не менее 30 мин, причем щелочную обработку и отмывку лигнина проводят в сборнике-мешалке, имеющем соотношение размеров высоты к диаметру не менее 3 : 1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кислоту для нейтрализации щелочи выбирают из следующего ряда: уксусная, соляная или серная кислота.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что при отмывке от кислоты разбавление суспензии ведут до содержания сухих веществ 60 - 100 г/л.

4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что для разбавления суспензии применяют питьевую воду при температуре 40 - 60^oC.

5. Способ по пп.1 - 4, отличающийся тем, что перемешивание суспензии при экстракции выполняют в течение 20 - 30 мин.

6. Способ по пп.1 - 5, отличающийся тем, что отстаивание суспензии перед декантацией проводят в течение 30 - 60 мин.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что отмывку лигнина от щелочи производят четырехкратно.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что щелочную обработку и отмывку лигнина ведут в сборнике-мешалке, имеющем соотношение высоты к диаметру 4 : 1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской промышленности и может быть использовано при переработке лигнинсодержащего сырья для получения энтеросорбента, используемого для лечения при заболеваниях, сопровождающихся нарушениями основных видов обмена веществ и функций жизненно важных органов, интоксикациями организма.

Известен способ получения энтеросорбента путем обработки гидролизного лигнина щелочью с концентрацией 0,5 - 1,5%, гидромодуле 4-7 в течение 30-60 мин при температуре 20-100^oC с последующей промывкой, нейтрализацией остаточной щелочи уксусной кислотой, измельчением суспензии и обезвоживанием продукта до необходимого содержания влаги (см. патент России N 919186, A 61 K 35/78,1981).

К недостаткам известного способа можно отнести отсутствие рекомендаций по способам отмывки лигнина после его щелочной обработки, что затрудняет использование известного способа.

Известен также способ получения энтеросорбента, включающий щелочную обработку лигнина, отмывку щелочерастворимых соединений путем экстракции в восходящем потоке воды со скоростью 0,3-0,6 мм/с при 60-70^oC, нейтрализацию углекислым газом при 40-60^oC, отмывку водорастворимых компонентов аналогично щелочерастворимым с последующей донейтрализацией остаточной щелочи уксусной кислотой и выделением конечного продукта (см. патент России N 2061488, A 61 K 35/78, 1992).

Неравномерный градиент концентрации диффундирующих веществ по высоте слоя лигнина, обусловленный неравномерностью распределения твердой фазы лигнина по высоте колонного аппарата при указанной скорости восходящего потока, обуславливает повышенный расход питьевой воды для отмывания лигнина. Нерациональность нейтрализации остаточной щелочи в суспензии углекислым газом (при T= 40-60^oC улетучивается до 80%), а также необходимость использования нестандартного оборудования - экстракционной колонны, также увеличивают себестоимость получаемого продукта.

Наиболее близким предлагаемому способу является способ получения энтеросорбента на основе гидролизного лигнина, включающий щелочную обработку лигнина с последующей его отмывкой по трехступенчатой схеме, по которой вначале суспензию фильтруют для отделения свободного щелока на фильтр-прессе ФПАКМ, а затем осадок разбавляют в сборнике питьевой водой до содержания сухих веществ 100-140 г/л, перемешивают и вновь фильтруют. После трехкратного повторения операций суспензию разбавляют питьевой водой и нейтрализуют уксусной кислотой с двукратной отмывкой осадка от кислоты по той же схеме (см. Применение фильтр-прессов ФПАКМ в производстве медицинского лигнина. - М.: Гидролизная и лесохимическая промышленность, 1984, N 3, с.27-29).

К недостаткам известного способа можно отнести необходимость использования импортируемых дорогостоящих фильтров ФПАКМ, не имеющих аналогов, выпускаемых отечественной промышленностью, и большие затраты энергии. Кроме того, необходимость многократной перекачки суспензии лигнина в процессе отмывки от щелочи и кислоты значительно увеличивает длительность технологического цикла и его трудоемкость.

Задачей, на решение которой направлено создание предлагаемого изобретения, является снижение себестоимости получения энтеросорбента и упрощение технологии его изготовления.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в возможности проведения основных стадий технологического процесса, включающего щелочную варку, отмывку лигнина от щелочи, нейтрализацию кислотой и последующую отмывку, без использования фильтр-пресса и других типов фильтров, в одном аппарате-сборнике мешалке стандартного типа.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения энтеросорбента, включающем щелочную обработку гидролизного лигнина, последующую отмывку от щелочи и растворившихся соединений не менее трех раз путем экстракции с применением разбавления суспензии питьевой водой, нейтрализацию остаточной щелочи кислотой и отмывку лигнина от кислоты и солей не менее двух раз путем экстракции с применением разбавления суспензии питьевой водой, измельчение и обезвоживание лигнина, согласно изобретению, указанную отмывку лигнина осуществляют при разбавлении питьевой водой до содержания сухих веществ 40-100 г/л, интенсивного ее перемешивания в течение не менее 15 мин, и отделением осветленной жидкости в количестве 1/3 - 1/2 полученного объема декантацией после ее отстаивания в течение не менее 30 мин, при этом щелочную обработку и отмывку лигнина проводят в сборнике-мешалке, имеющем соотношение высоты к диаметру не менее 3:1.

Кислоту для нейтрализации щелочи выбирают из ряда: уксусная, серная, соляная; при отмывке от кислоты разбавление ведут до содержания сухих веществ 60-100 г/л, для разбавления суспензии используют питьевую воду при температуре 40-60^oC, а интенсивное перемешивание при экстракции ведут в течение 20-30 мин. При этом оптимальное время отстаивания суспензии перед декантацией составляет 30-60 мин, а четырехкратная отмывка лигнина от щелочи и проведение указанных операций в сборнике-мешалке, имеющем соотношение высоты к диаметру 4:1, также обеспечивают оптимальные условия осуществления способа.

Предлагаемая последовательность выполнения операций способа обеспечивает создание повышенного одинакового градиента концентрации вымываемых веществ путем многократного и достаточного разбавления щелочной суспензии питьевой водой, что необходимо для интенсивной отмывки лигнина после его щелочной варки.

При этом указанные пределы разбавления до содержания сухих веществ 40-100 г/л, время перемешивания и время отстоя суспензии, обеспечивающее незначительный унос частиц лигнина при декантации (2- 3%), величина отбора декантата в указанных пределах и размеры сборника-мешалки, в котором выполняют способ, находятся в соответствии с показателями физико-химических свойств данной сложной системы и скоростью осаждения частиц твердой фазы.

Предлагаемые режимы отмывки лигнина от щелочи и кислоты обеспечивают создание скорости оседания частиц лигнина 0,25-0,5 мм/с, что приводит к образованию в течение 30-60 мин объема надосадочной жидкости, позволяющего декантировать ее в количестве 1/3 - 1/2 полученного объема при допустимой величине уноса частиц. При этом указанные факторы позволяют использовать для щелочной обработки, нейтрализации и отмывки лигнина сборник-мешалку стандартного типа без многократных перекачек суспензии.

Кроме того, предлагаемый способ обеспечивает достижение более высокой степени отмывки лигнина от щелочи по сравнению с известными.

В табл. 1 приведены показатели расхода воды на промывку щелочного лигнина при разбавлении щелочной суспензии до различного содержания сухих веществ и отборе 1/3 объема разбавленной суспензии после отстаивания, при щелочной обработке 100 кг гидролизного лигнина 1% раствором NaOH при гидромодуле (ГМ), равном 7.

В табл. 2 приведены показатели расхода воды на промывку щелочного лигнина при разбавлении щелочной суспензии до различного содержания сухих веществ и отборе 1/2 объема разбавленной суспензии. Количество обрабатываемого гидролизного лигнина - 100 кг, концентрация NaOH - 1%, ГМ = 7.

Из данных таблиц следует, что в соответствии с величинами расхода питьевой воды на промывку от щелочерастворимых веществ, допустимыми концентрациями сухих веществ следует считать 40-100 г/л при проведении 3- или 4-кратных циклов отмывки. К оптимальным концентрациям сухих веществ следует отнести величины 45-70 г/л.

При разбавлении суспензии до 100 г/л наблюдалась недостаточная степень отмывки лигнина от щелочи, составившая 35-37%, а также низкая скорость оседания частиц, что не позволило провести декантацию без их уноса.

В табл. 3 приведены данные опытов по отмывке щелочного лигнина с различными параметрами технологического процесса. В табл. 4 приведены данные о влиянии продолжительности перемешивания щелочной суспензии лигнина после ее разбавления на изменение концентрации NaoH в растворе. При этом видно, что при высокой степени разбавления суспензии концентрация NaOH не изменяется уже через 15 мин перемешивания, а при низкой - через 30 мин. Количество обрабатываемого гидролизного лигнина, концентрация NaOH и ГМ аналогичны предыдущим опытам.

Важным показателем процесса отмывки с применением отстаивания и декантации является величина уноса частиц лигнина с декантируемой жидкостью, зависящая от вязкости раствора, скорости оседания частиц и времени отстаивания. Исследования показали, что скорость оседания частиц лигнина составляет 0,25-0,5 мм/с. При низкой степени разбавления скорость оседания частиц самая низкая и требуется увеличение времени отстаивания до 50-60 мин. При высокой степени разбавления наблюдалась повышенная скорость оседания, что позволяло сократить время отстаивания до 20-30 мин. Во всех случаях величина уноса частиц лигнина составляла 2-3% за все стадии отмывки.

В табл. 5 приведены сравнительные показатели процесса получения энтеросорбента согласно предлагаемому и известному способам.

Пример 1. В сборнике-мешалке емкостью 2,3 м³ с соотношением размеров высоты и диаметра 3:1, снабженном глухим обогревом, предварительно готовят разбавленный раствор NaOH путем подачи 100 л 10%-ного раствора NaOH и 620 л питьевой воды из расчета обработки лигнина 0,7-0,8% раствором щелочи при гидромодуле, равном 7. После перемешивания раствора в него подают 400 кг гидролизного лигнина влажностью 65% (или 140 кг в пересчете на сухое вещество). Смесь нагревают при перемешивании до 60^oC и выдерживают при этой температуре в течение часа. Затем суспензию, содержащую 143 г/л сухих веществ разбавляют в 2 раза путем подачи в сборник-мешалку 980 л нагретой до 60^oC питьевой воды и перемешивают в течение 30 мин для диффузии вымываемых веществ из частиц лигнина. После отключения мешалки суспензии дают отстояться в течение 60 мин, затем отстоявшийся слой жидкости в количестве 1/3 от объема суспензии декантируют. Оставшуюся суспензию снова разбавляют горячей водой до прежнего объема и перемешивают в течение 30 мин, отстаивают 60 мин и вновь декантируют отстоявшийся слой жидкости в количестве 1/3 объема. Операции разбавления, перемешивания, отстаивания и декантации проводят еще 2 раза аналогично описанным, то есть всего 4 раза. Затем в суспензию подают при перемешивании 80 л 10%-ного раствора уксусной кислоты для нейтрализации неотмытой щелочи - свободной и связанной в аддитивные соединения с компонентами лигнина. Избыток кислоты и растворимые в воде вещества отмывают двукратно, аналогично способу отмывки лигнина от щелочи. В табл. 6 приведены показатели процесса отмывки лигнина после его щелочной обработки при получении энтеросорбента.

Пример 2. Щелочную обработку гидролизного лигнина проводят в сборнике-мешалке емкостью 3,2-3,5 м³ (соотношение размеров высоты и диаметра 4:1) при тех же режимных параметрах, что и в примере 1. Отмывку лигнина от щелочи осуществляют по схеме примера 1, но с другими показателями и трехкратно: разбавление суспензии выполняют до содержания сухих веществ 55-60 г/л, то есть в 2,5 раза, время перемешивания 20 мин, время отстаивания 30 мин; с отбором декантата в количестве 1/3 от объема суспензии. При отмывке от кислоты после нейтрализации разбавляют суспензию несколько меньше, чем при щелочной отмывке, а именно до содержания сухих веществ в пределах 65-70 г/л с отбором 1/3 объема суспензии на декантацию. Результаты также приведены в табл. 6.

Пример 3. Щелочную обработку гидролизного лигнина осуществляют в сборнике-мешалке емкостью 3,2 - 3,5 м³ при тех же параметрах, что и в примере 1. Отмывку лигнина от щелочи также проводят по схеме примера 1, но трехкратно со следующими показателями: разбавление суспензии - до содержания сухих веществ 45-50 г/л, время перемешивания 15 мин, отстаивания - 60 мин с отбором декантата 1/2 от объема суспензии. Отмывку от кислоты осуществляют при сокращенном гидромодуле, а именно после декантации добавляют 3 гидромодуля воды, что соответствует содержанию сухих веществ 70-75 г/л и после перемешивания и отстаивания отбирают декантат в количестве 1/3 объема суспензии. Результаты примера также приведены в табл. 6.

Полученный по заявляемой технологии препарат по своему качеству, определяемому физико-химическими и лечебными свойствами, отвечает показателям и требованиям ФС 42-2793-96 на энтеросорбент ПОЛИФЕПАН и показаниям к его применению в лечебной практике, изложенным в Инструкции. В табл. 7 приведены данные по характеристике свойств энтеросорбентов, полученных по заявляемому способу, способу-прототипу и в сравнении с требованиями ФС 42-2793-96.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод об эффективности использования предлагаемого способа получения энтеросорбента на основе гидролизного лигнина за счет организации более экономичного процесса с сокращением расхода питьевой воды и реагентов, возможности совмещения операций щелочной обработки, отмывки от щелочи, нейтрализации и отмывки от кислоты в одном стандартном аппарате и без применения фильтров.