способ переработки коры ели

Формула изобретения

Способ переработки коры ели, включающий экстракцию коры неполярным растворителем с извлечением хвойного воска, последующее выделение из коры антоцианидинового красителя и переработку остатка коры в активный уголь, отличающийся тем, что после получения антоцианидинового красителя остаток коры подвергают экстракции 0,5%-ным водным раствором щавелево-кислого аммония при температуре 95-100°С с выделением пектина.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической переработке древесины и может быть использовано на деревообрабатывающих предприятиях и в целлюлозно-бумажной промышленности для переработки коры ели с получением хвойного воска, антоцианидинового красителя, пектина и активного угля.

Из литературных источников известно использование коры ели для получения дубильного экстракта (RU 2220206, опубл. 27.12.2003), а также эфирного масла (RU 2223776, опубл. 02.20.2004).

Недостатком известных способов является низкий ассортимент получаемых из коры ели продуктов.

Известен способ переработки коры лиственницы, в котором неполярным растворителем (гексаном) экстрагируют хвойный воск, а также выделяют пектины. В качестве экстрагента используют эквимолярную смесь щавелевой кислоты и оксалата аммония, а в качестве осадителя ацетон или этиловый спирт. В результате из коры лиственницы получают пектин в количестве 2-6% от веса сухой коры (В.А.Бабкин, Н.В.Иванова, Л.А.Остроухова и др. Экстракционная переработка коры лиственницы в практическа полезные продукты // Хвойные бореальные зоны. 2003. Вып.1, С.113-116).

Недостатком данного способа является низкий выход пектиновых веществ.

Известен способ получения пектина из коры хвойных деревьев с использованием экстрагирования 1%-ным раствором щавелевокислого аммония (SU 563154, 30.06.1977).

Недостатком известного способа является низкое качество выделенного пектина. В данном способе для удаления сопутствующих примесей кора предварительно трижды промывается водой. Однако значительная часть фенольных веществ не извлекается из коры водой и при последующем кислотном гидролизе попадает в целевой продукт (пектин). Выделенные из коры водой продукты не являются товарными и судя по описанию являются отходом. Следовательно, к недостаткам также следует отнести низкий ассортимент получаемых из коры хвойных деревьев продуктов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки коры лиственницы в хвойный воск, антоцианидиновый краситель и активный уголь. Способ заключается в экстракции коры неполярным растворителем (например, гексаном) с извлечением хвойного воска, последующем выделении из коры антоцианидинового красителя при помощи обработки этиловым спиртом, содержащим 2-5% соляной кислоты. Твердый остаток коры в условиях окислительной карбонизации переводят в активные угли (RU 2175668, опубл. 10.11.2001).

Недостатком данного способа является то, что остаток коры лиственницы после получения антоцианидинового красителя перерабатывается в активные угли, то есть не извлекается такой ценный класс экстрактивных веществ, как пектины.

Задачей изобретения является расширение ассортимента получаемых из коры ели продуктов и достижение практически полной ее утилизации с получением хвойного воска, антоцианидинового красителя, пектина и активного угля,

Поставленная задача достигается тем, что в способе переработки коры ели, включающем экстракцию коры неполярным растворителем с извлечением хвойного воска, последующее выделение из коры антоцианидинового красителя и переработку остатка коры в активный уголь, согласно изобретению после получения антоцианидинового красителя остаток коры подвергают экстракции 0,5%-ным водным раствором щавелевокислого аммония при температуре 95-100°С с выделением пектина.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа и прототипа показывает, что общими признаками являются:

- экстракция коры хвойных пород неполярным растворителем;

- выделение из обессмоленной коры антоцианидинового красителя;

- переработка коры в активный уголь.

Отличительными признаками предлагаемого способа от прототипа является:

- выделение пектина из остатка коры ели после получения антоцианидинового красителя экстракцией 0,5%-ным водным раствором щавелевокислого аммония.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена схема процесса безотходной переработки коры ели.

Способ осуществляют следующим образом.

Кору ели измельчают до частиц размером 1-3 мм и подвергают экстракции при температуре кипения неполярным растворителем (пентаном, гексаном, петролейным эфиром или бензином БР-1) в аппарате Сокслета для отделения хвойного воска. Выход и степень извлечения хвойного воска при экстракции коры ели различными неполярными растворителями приведены в таблице 1.

Таблица 1 Выход и степень извлечения хвойного воска при экстракции коры ели неполярными растворителями
№ п/п	Растворители	Продолжительность экстракции, ч	Выход воска % от а.с. коры*	Коэффициент извлечения воска
1.	Пентан	6	6,91	94,7
2.	Гексан	6	7,00	95,9
3.	Петролейный эфир (40-70°С)	6	6,95	95,3
4.	Бензин БР-1	6	7,10	97,3
* - выход хвойного воска приведен в % от веса абсолютно сухой коры ели

Как видно из таблицы 1, максимальные выход (7,1%) и степень извлечения (97,3%) хвойного воска достигаются при экстракции коры ели гексаном и бензином БР-1.

Компоненты хвойного воска обладают широким спектром биологической активности, на их основе запатентовано много лекарственных и косметических средств. Хвойный воск также обладает биоцидными и гидрофобными свойствами и применяется для создания защитных покрытий, устойчивых к воздействию влаги, бактерий и грибков.

Остаток коры обрабатывают 3-7% соляной кислотой при температуре 70-82°С в течение 3-4 часов в этиловом спирте и получают антоцианидиновый краситель. При концентрации соляной кислоты менее 3% резко возрастает продолжительность процесса получения антоцианидинового красителя, а увеличение концентрации соляной кислоты более 7% нецелесообразно, так как усиливаются побочные процессы, например гидролиз клетчатки и разрушение красителя. При температуре ниже 70°С получение красителя вести нецелесообразно, т.к. возрастает продолжительность процесса (78°С - температура кипения этилового спирта, 82°С - температура кипения изопропилового спирта). Использование спиртов с температурой кипения выше 82°С нецелесообразно, т.к. идет разрушение получаемого красителя и его выход падает.

Уникальность антоцианидиновых красителей заключается в том, что они в зависимости от количества заместителей (ОН-групп) в фенольном кольце и рН среды придают растениям, цветам, плодам и т.д. различную яркую окраску от желтого до фиолетового и синего цвета. Антоцианидиновые соединения обладают широким спектром биологической активности, а также являются пищевыми красителями и широко применяются в пищевой промышленности. В настоящее время их получают из плодов, ягод и овощей (С.С.Танчев Антоцианы в плодах и овощах. М.: Пищевая промышленность. 1980. 297 с.).

После получения антоцианидинового красителя остаток коры ели подвергают экстракции 0,5%-ным водным раствором щавелевокислого аммония с выделением пектина.

Пектины обладают противовоспалительными, обволакивающими свойствами, проявляют детоксицирующее действие, адсорбируя токсины микроорганизмов, ионы тяжелых металлов, в том числе радионуклиды, гликозиды, алкалоиды, фенол и другие вредные вещества. Пектины могут применяться в ветеринарии для профилактики и терапии желудочно-кишечных болезней сельскохозяйственных животных.

Остаток коры, остающийся после выделения пектина, подвергают окислительной карбонизации в реакторе с неподвижным или кипящим слоем при температуре 600-800°С. Выход активного угля составляет 12-14%.

Характеристики активного угля, получаемого окислительной карбонизацией из коры ели после получения хвойного воска, антоцианидинового красителя и пектина, представлены в таблице 2.

Таблица 2 Характеристики активного угля, получаемого окислительным пиролизом из коры ели после получения пектина
Характеристики АУ
Зольность, %	12-3
Насыпная плотность	0,11-0,12
Активность по иоду, %	79-83
Объем пор по воде, см3/г	2,15-2,27
Активность по МГ, мг/л	139,8-144,6

Способ переработки коры ели подтверждается конкретным примером.

Пример. В аппарат Сокслета загружают 100 г измельченной до фракции 1-3 мм коры ели, влажностью до 5%, которая содержит 7,1% смолистых веществ (хвойного воска), и экстрагируют гексаном при температуре кипения (68,7°С) в течение 6 часов. После отгонки гексана получают 6,4 г хвойного воска, коэффициент извлечения составил 95,9%.

Для получения антоцианидинового красителя в круглодонную колбу объемом 0,5 л загружают 25 г твердого остатка коры ели, после экстракции гексаном, заливают кору 250 мл этилового спирта, содержащего 4% соляной кислоты, закрывают обратным холодильником и кипятят при температуре 78°С в течение 3,5 часов. Раствор в колбе приобретает темно-вишневый цвет. Реакционную массу, не охлаждая, отфильтровывают от коры, которую на фильтре дважды промывают 50-60 мл горячего этилового спирта. Затем полученный раствор красителя концентрируют под вакуумом, отгоняя весь этиловый спирт, разбавляют 80-100 мл воды. Полученный антоцианидиновый краситель отделяют фильтрованием и высушивают при комнатной температуре. Выход 14%.

Пектиновые вещества извлекают экстракцией 0,5%-ным водным раствором щавелевокислого аммония из твердого остатка коры ели, оставшейся после извлечения антоцианидинового красителя. Экстракцию проводят при температуре 100°С и гидромодуле 1:30. Раствор отделяют от остатка коры методом фильтрования на нутч-фильтре. Затем проводят осветление экстракта активным углем, концентрированно осветленного раствора под вакуумом при температуре 55-60°С, осаждение пектинов этиловым спиртом. Выпавшие в осадок пектины отделяют на нутч-фильтре, промывают спиртом и сушат готовый продукт. Выход пектина 12%.

Остаток коры после выделения пектина, окислительной карбонизацией переводят в активный уголь в реакторе с неподвижным или кипящим слоем при температуре 600-800°С. Выход активного угля составляет 11-13%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет расширить ассортимент получаемых из коры ели продуктов, а также достичь практически полной утилизации коры ели. При переработке 1 тонны коры ели по предлагаемому способу получают:

1. Хвойный воск до 60-70 кг;

2. Антоцианидиновый краситель 130-140 кг;

3. Пектин 100-120 кг;

3. Активный уголь 110-130 кг.