專利名稱：濃酸處理部、濃酸處理方法、植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置和轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠從作為木質(zhì)纖維素系復合材料的植物資源分離且回收成糖質(zhì)和木質(zhì)素酚衍生物(lignophenol derivative)的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置和轉(zhuǎn)換方法、 該轉(zhuǎn)換裝置和轉(zhuǎn)換方法所用的濃酸處理部及濃酸處理方法。
背景技術(shù)：
為了將植物資源有效地利用為石油的替代工業(yè)原料，需要將植物資源充分地利用為分子原料，對于以分子等級被高度地復合化了的植物體的各構(gòu)成成份，在充分利用了分子功能的狀態(tài)下高效率地分離該構(gòu)成成份是重要的。
例如，木材是構(gòu)造和性質(zhì)完全不同的碳水化合物與木質(zhì)素(Iignin)的復合體。作為將木材分離成碳水化合物和木質(zhì)素這兩種成份的方法，有人提出了有機溶液 (organosol)法、溶劑分解(solvolysis)法等，作為預處理方法，有人提出了爆破法、自動水解(autohydrolysis)法等。但是，由這些方法進行的成份分離需要高能量，而且分離進行的不徹底。這是因為在細胞壁中碳水化合物和木質(zhì)素復雜地纏繞而導致的。此外，上述的分離方法在施加高能量時，木質(zhì)素較大程度地改質(zhì)，之后很難利用該木質(zhì)素。
因而，為了不破損木質(zhì)素本來的特性而實現(xiàn)徹底的成份分離，每個構(gòu)成原料都需要設(shè)定最佳環(huán)境，在低能量的條件下解開兩者的纏繞。
以分子等級破壞木材的組織構(gòu)造的一個方法是由硫酸進行的處理。例如，利用濃硫酸處理使纖維素溶脹而進一步發(fā)生局部的水解和溶解，結(jié)果細胞壁構(gòu)造被破壞。由濃硫酸進行的木材的水解方法在技術(shù)上已經(jīng)基本被確定，此外在成份分離這一層意義上是完美且便宜的方法。
但是，作為以木材的完全利用為目標的成份分離方法，由濃硫酸進行的木材的水解方法存在由縮合引發(fā)的木質(zhì)素的惰性化這一嚴重缺點。由于該種高縮合木質(zhì)素的分子是剛性的，因此通常很難通過結(jié)構(gòu)改進(structure modification)來使其活化或使其解聚， 這就是以酸解為核心的木材工業(yè)迄今為止還未成立的理由之一。濃酸處理過程中的木質(zhì)素的惰性化起因于在反應系統(tǒng)中沒有針對木質(zhì)素的介質(zhì)。
有如下這種技術(shù)，S卩，使用酚和濃酸將作為植物體的主要構(gòu)成成份的細胞壁構(gòu)成成份、即木質(zhì)素和纖維素、半纖維素等的木質(zhì)纖維素系復合材料分離、衍生物化(例如參照專利文獻1和專利文獻2) 酚衍生物、例如甲酚是木質(zhì)素的良好的溶劑，而且其反應性與木質(zhì)素芳香核的反應性相似。甲酚與木質(zhì)素的親和性較強，在反應系統(tǒng)中始終與木質(zhì)素共存。另一方面，甲酚與濃酸幾乎不混合。因此，首先用甲酚處理木粉，使甲酚充分浸透在木粉內(nèi)部。然后，當一邊在室溫下強烈地攪拌混合物一邊加入與碳水化合物的親和性較強的濃酸時，首先纖維素快速地溶脹，由此木粉的組織構(gòu)造被破壞，纖維素進一步被水解。由于木質(zhì)素被不與濃酸混合的甲酚環(huán)繞，因此在加入濃酸的時刻，能夠盡可能地抑制木質(zhì)素與酸接觸。通過攪拌而使酸混入到甲酚中，酚與木質(zhì)素的芐基位結(jié)合，生成木質(zhì)素酚衍生物。
木質(zhì)素酚衍生物被包含在甲酚溶液中，另外，纖維素的水解產(chǎn)物被包含在濃酸溶液中。通過蒸餾除去甲酚，能夠獲得顏色比MWL (Milled Wood Lignin，磨木木素)鮮明且活性的木質(zhì)素酚衍生物。另一方面，在酸溶液中，作為葡萄糖等的單糖、低聚糖、聚合物含有碳水化合物。
在處理過程中木質(zhì)素的局部發(fā)生解聚，但此時生成的碳正離子被甲酚快速地穩(wěn)定化，木質(zhì)素的自縮合受到壓制。在處理后，通過停止攪拌，反應混合物被快速地分離成甲酚溶液和濃酸溶液。
在該種技術(shù)中，為了將木質(zhì)素和纖維素徹底分離，采用相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換這一方法。 即，在預先用酚化合物使木質(zhì)纖維素系復合材料媒合了的基礎(chǔ)上，使木質(zhì)纖維素系材料與酸接觸，從而在使酚化合物選擇性地相對于酸與木質(zhì)素接枝的同時，利用酸使纖維素溶脹， 進一步水解而溶解，由此分離木質(zhì)素和纖維素。另外，在這些方法中，也有能夠改善分離效率的技術(shù)(專利文獻3)。
此外，在專利文獻2中公開了如下技術(shù)，S卩，采用木質(zhì)素酚(lignophenol)作為成形體的成份，而且在作為成形體使用完畢的情況下，木質(zhì)素酚也可溶在有機溶劑中，因此能夠再次利用有機溶劑回收木質(zhì)素酚而能再利用。
專利文獻1 日本特開平2-233701號公報 專利文獻2 日本特開平9-278904號公報 專利文獻3 日本特開2001-131201號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題 在想要利用帶有上述相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的構(gòu)造轉(zhuǎn)換從含有木質(zhì)素的材料獲得木質(zhì)素衍生物的情況下，期望能夠在一定程度上控制木質(zhì)素衍生物的生成率、分子量、酚化合物的導入率等。特別是，在想要在工業(yè)上獲得木質(zhì)素衍生物和糖質(zhì)的情況下，需要能夠進行用于使反應高效率進行的連續(xù)處理的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置。
本發(fā)明是鑒于上述課題而研究出的，目的在于提供一種在將木質(zhì)纖維素系材料轉(zhuǎn)換、分離成木質(zhì)素衍生物和糖質(zhì)時，能夠高效率地連續(xù)地將植物資源制造成木質(zhì)素衍生物和水解后的糖質(zhì)的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置及轉(zhuǎn)換方法、在該轉(zhuǎn)換裝置及轉(zhuǎn)換方法中優(yōu)選應用的濃酸處理部及濃酸處理方法。
用于解決問題的方案 本發(fā)明人經(jīng)過屢次的潛心鉆研，研究在將作為植物資源的木質(zhì)纖維素系材料分離成纖維素和木質(zhì)素衍生物時，分離轉(zhuǎn)換所需的因素，著眼于與作為與木質(zhì)素的親和性較佳的介質(zhì)的酚衍生物的親和工序和與來自木質(zhì)素-纖維素復合體的成份分離介質(zhì)且亦是反應介質(zhì)的某一酸性介質(zhì)的接觸工序，想到了在規(guī)定的溫度下連續(xù)地進行酚吸附原料和亦是反應介質(zhì)的某一酸性介質(zhì)的混合溶液中的反應的裝置結(jié)構(gòu)和將利用該反應獲得的衍生物高效率回收的方法，從而提出了本發(fā)明。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的濃酸處理部導入酚吸附原料，從酚吸附原料得到含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液，上述酚吸附原料是通過用溶劑將來自植物資源的原料脫脂再使該原料吸附吸附用酚類而形成的，其特征在于，該濃酸處理部包括反應部和攪拌提取部，在反應部中進行如下處理將酚吸附原料和濃酸攪拌混合，使酚吸附原料所含有的纖維素溶脹，進行酚吸附原料所含有的木質(zhì)素向木質(zhì)素酚的轉(zhuǎn)換，還進行使纖維素的一部分水解，在攪拌提取部中進行如下處理導入自反應部輸送來的被處理液，加入提取用酚類且進行攪拌，使分散在濃酸溶液中的木質(zhì)素酚溶解提取到提取用酚類中。
優(yōu)選上述濃酸處理部為如下結(jié)構(gòu)攪拌提取部從提取用圓筒狀容器的一端側(cè)導入自反應部輸送來的被處理液，且從多個注入口中選擇適當?shù)囊粋€注入提取用酚類，將容器內(nèi)的被處理液攔截成多段且在各攔截位置進行攪拌，從多個出液口中選擇的適當?shù)囊粋€， 將得到的含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液輸送出。
優(yōu)選本發(fā)明的濃酸處理部為如下結(jié)構(gòu)反應部利用攪拌葉片的葉片前端和反應器主體內(nèi)表面擠壓在攪拌初期形成為高粘性的塊狀的酚吸附原料，將該原料細分化。此外，優(yōu)選本發(fā)明的濃酸處理部的反應部包括反應器主體；旋轉(zhuǎn)軸，其設(shè)置為通過反應器主體的中心；電動機，其以高速驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；多個攪拌葉片，其沿放射方向設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸上， 且葉片前端呈梳齒狀地接近容器內(nèi)周面；酚吸附原料的導入口，其設(shè)置在反應器主體的一端側(cè)；被處理液的出液口，其設(shè)置在反應器主體的另一端側(cè)，該濃酸處理部是如下的攪拌機構(gòu)造從導入口將酚吸附原料導入到反應器主體內(nèi)，加入濃酸而進行攪拌混合。
優(yōu)選本發(fā)明的濃酸處理部的攪拌機包括提取用圓筒狀容器，其筒軸線方向為上下方向；旋轉(zhuǎn)軸，其設(shè)置為通過提取用圓筒狀容器的中心；電動機，其驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；多個攔截板，其設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸上，外徑接近筒狀容器的內(nèi)表面，且具有供被處理液流通的小孔；提取用攪拌葉片，其位于攔截板間地設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸上，攪拌攔截板間的被處理液；被處理液的導入口，其設(shè)置于上述提取用圓筒狀容器上；多個注入口，從該多個注入口中選擇適當?shù)囊粋€注入提取用酚類；多個出液口，從該多個出液口中選擇適當?shù)囊粋€輸送出混合溶液，設(shè)置多個攪拌機，以能進行一段或多段處理，一個攪拌機或多個攪拌機中的最下游側(cè)的攪拌機構(gòu)成為攪拌被處理液和提取用酚類的攪拌提取部。
本發(fā)明的濃酸處理部的攪拌提取部優(yōu)選由攪拌機構(gòu)成，該攪拌機包括提取用圓筒狀容器，其筒軸線方向為水平方向；旋轉(zhuǎn)軸，其設(shè)置為通過提取用圓筒狀容器的中心；電動機，其驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；多個攔截板，其為沿筒軸線方向排列地設(shè)置在提取用圓筒狀容器內(nèi)壁上的圓環(huán)板；提取用攪拌葉片，其位于各攔截板間地設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸上，攪拌各攔截板間的被處理液；被處理液導入口，其設(shè)置在提取用圓筒狀容器的一端；提取用酚注入口，其設(shè)置在提取用圓筒狀容器的中途；多個出液口，其以不同高度設(shè)置在提取用圓筒狀容器的另一端，用于輸送出混合溶液。
本發(fā)明的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，包括原料預處理部，其通過用溶劑將來自植物資源的原料脫脂后再使該原料吸附吸附用酚類而將該原料形成為酚吸附原料；濃酸處理部，其為上述任意一種結(jié)構(gòu)的濃酸處理部；回收部，其利用酚溶液與濃酸溶液的比重差，將在濃酸處理工序中精制而成的含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液液液分離成含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液，并將這些溶液分別回收到各自的容器中。
本發(fā)明的濃酸處理方法是這樣的方法導入通過用溶劑將來自植物資源的原料脫脂后再使該原料吸附吸附用酚類而成的酚吸附原料，由酚吸附原料獲得含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液，并將該混合溶液輸送出，該濃酸處理方法的特征在于，具備反應部和攪拌提取部，反應部的反應器主體具有攪拌被旋轉(zhuǎn)的葉片，該攪拌葉片的葉片前端與反應器主體內(nèi)表面接近，將酚吸附原料導入到該反應器主體內(nèi)，加入濃酸，進行攪拌混合，利用攪拌葉片的葉片前端和反應器主體內(nèi)表面擠壓在攪拌初期形成為高粘性的塊狀的酚吸附原料，使其細分化，并且使酚吸附原料所含有的纖維素溶脹，進行酚吸附原料所含有的木質(zhì)素向木質(zhì)素酚的轉(zhuǎn)換，還進行使纖維素的一部分水解的處理，攪拌提取部進行如下處理導入自反應部輸送來的被處理液，加入提取用酚類后進行攪拌，將分散在濃酸溶液中的木質(zhì)素酚溶解提取到提取用酚類中。
本發(fā)明的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法的特征在于，包括原料預處理工序、濃酸處理工序和回收工序，原料預處理工序?qū)⒅参镔Y源收容到原料預處理部中，加入溶劑后進行攪拌，使植物資源脫脂而形成為脫脂原料，在脫脂原料中加入酚類而進行攪拌，形成酚吸附原料；濃酸處理工序包括反應部和攪拌提取部，反應部的反應器主體具有被旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片，該攪拌葉片的葉片前端接近反應器主體內(nèi)表面，將酚吸附原料導入到該反應器主體中，加入濃酸而進行攪拌混合，利用攪拌葉片的葉片前端壓碎在攪拌初期形成為高粘性的塊狀且附著在反應器主體內(nèi)表面上的酚吸附原料，從而使酚吸附原料所含有的纖維素溶脹，進行酚吸附原料所含有的木質(zhì)素向木質(zhì)素酚的轉(zhuǎn)換，此外還進行使纖維素的一部分水解的處理，攪拌提取部進行如下處理導入自反應部輸送來的被處理液，加入提取用酚類而進行攪拌，將分散在濃酸溶液中的木質(zhì)素酚溶解提取到提取用酚類中；在回收工序中，利用酚溶液與濃酸溶液的比重差，將在濃酸處理工序中精制而成的含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液液液分離成含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液，并將這些溶液分別回收到各自的容器中。
發(fā)明的效果 采用本發(fā)明的濃酸處理部和濃酸處理方法，包括反應部和攪拌提取部，在反應部中進行如下處理攪拌混合酚吸附原料和濃酸，使酚吸附原料所含有的纖維素溶脹，進行酚吸附原料所含有的木質(zhì)素向木質(zhì)素酚的轉(zhuǎn)換，還使纖維素的一部分水解，在攪拌提取部中進行如下處理導入自反應部輸送來的被處理液，加入提取用酚類而進行攪拌，將分散在濃酸溶液中的木質(zhì)素酚溶解提取到提取用酚類中，因此能夠?qū)⒎游皆享樌厣珊心举|(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液。
采用本發(fā)明的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置，由于采用上述濃酸處理部，因此能夠從作為植物資源的木質(zhì)纖維素系材料連續(xù)地提取有用的木質(zhì)素酚等木質(zhì)素衍生物，分離糖。
采用本發(fā)明的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法，由于采用上述濃酸處理部，因此，通過在恒定的溫度下連續(xù)進行利用濃酸水解作為植物資源的木質(zhì)纖維素系材料、再加入提取用酚類而進行連續(xù)地反應的工序，能夠在能量消耗較少的常溫條件下連續(xù)地高效率制造有用的木質(zhì)素酚等木質(zhì)素衍生物和糖。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2是示意性地表示圖1的轉(zhuǎn)換裝置的反應部的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖3是圖2和圖13中的III-III剖視圖。
圖4是示意性地表示圖1的轉(zhuǎn)換裝置的攪拌緩沖槽的結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是示意性地表示圖1的轉(zhuǎn)換裝置的攪拌提取部的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖6是表示圖1的轉(zhuǎn)換裝置的分離提取器的結(jié)構(gòu)的示意性的局部剖視圖。
圖7是表示圖1的轉(zhuǎn)換裝置的液液分離提取器的結(jié)構(gòu)的示意性的局部剖視圖。
圖8是表示本發(fā)明的第二實施方式的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖9是表示圖8的轉(zhuǎn)換裝置的振動反應器的示意性的局部剖視圖。
圖10是表示本發(fā)明的第三實施方式的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖11是表示本發(fā)明的第四實施方式的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖12是表示本發(fā)明的第五實施方式的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖13是表示圖12的轉(zhuǎn)換裝置的反應部的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖14是圖12的轉(zhuǎn)換裝置的攪拌提取部的剖視圖。
圖15是圖14中的XV-XV剖視圖。
圖16是表示圖12的轉(zhuǎn)換裝置的液液分離提取器的結(jié)構(gòu)的示意性的局部剖視圖。
圖17是表示本發(fā)明的第六實施方式的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置的回收部的結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實施例方式下面，根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。
第一實施方式 如圖1所示，植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置1包括原料預處理部2、濃酸處理部3 和回收部4。
原料預處理部2具有攪拌干燥釜10，例如將來自自然干燥后的作為木質(zhì)纖維素復合體的木粉、草本花、紙漿等植物資源的原料(以下簡稱為原料)15供給到該攪拌干燥釜10 中，并且將甲酚等吸附用酚類13、丙酮、乙醇等的溶劑14供給到該攪拌干燥釜10中，利用吸附用酚類13媒合原料15中的木質(zhì)素，生成酚吸附原料16。酚吸附原料定義為通過使酚類浸入在木質(zhì)纖維素復合體中而利用酚將木質(zhì)素媒合了的狀態(tài)的原料。在酚為甲酚的情況下，稱作甲酚吸附木粉。
濃酸處理部3具備水平形狀的反應部20和豎立形狀的攪拌提取部25，將在原料預處理部2中生成的酚吸附原料16供給到該反應部20中，并且從濃酸供給部21經(jīng)由送液泵30將濃酸21A供給到該反應部20中，攪拌而對酚吸附原料16進行濃酸處理，形成液體和固體物的混合溶液(以下特別將該階段的混合溶液稱作被處理液。)，然后再將被處理液導入到攪拌提取部25中，在此加入提取用酚類33而進行攪拌，將得到的含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液輸送出。
攪拌提取部25從提取用圓筒狀容器25A的一端側(cè)導入自反應部20輸送來的被處理液，且從多個注入口 25H中選擇適當?shù)囊粋€注入上述提取用酚類，將容器內(nèi)的被處理液攔截成多段且在各攔截位置進行攪拌，從多個出液口 251中選擇適當?shù)囊粋€，將得到的含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液輸送出。
回收部4具有液液分離提取器40，將經(jīng)由濃酸處理工序精制而成的含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液導入到該液液分離提取器40中，利用酚溶液與濃酸溶液的比重差，將該混合溶液液液分離成含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液而分別回收到各自的容器中。
下面，分別說明原料預處理部2、濃酸處理部3和回收部4的各部分結(jié)構(gòu)。
原料預處理部2的結(jié)構(gòu) 如圖1所示，原料預處理部2包括攪拌干燥釜10。攪拌干燥釜10包括釜主體 10A，其對原料進行攪拌干燥；存料部10C，其利用輸送管IOB與釜主體IOA的底部相連接； 攪拌葉片(未圖示)，其設(shè)置在釜主體IOA內(nèi)；驅(qū)動源(未圖示)，其用于驅(qū)動攪拌葉片。此外，攪拌干燥釜10的上部與原料供給送料器11和藥劑供給部12相連接，該原料供給送料器11用于供給原料(木粉)，該藥劑供給部12作為用于供給吸附用酚類13、溶劑14的導入口，攪拌干燥釜10在下部設(shè)置有藥劑回收部17。
這里供給酚類是為了酚的吸附。酚的吸附是為了 通過用酚媒合木質(zhì)素而抑制木質(zhì)素與酸的接觸頻率，以及在木質(zhì)素與酸接觸了的情況下，使酚與木質(zhì)素的反應活性最強的芐基位接枝而使該芐基位穩(wěn)定化，并且提高酚活性。
這里的酚類的供給量是將木材的粉狀體中所含有的木質(zhì)素合成為木質(zhì)素酚衍生物所需的量，這里的酚類與溶劑一并使用。
當使酚使用量盡量少地使酚直接浸滲在脫脂木粉中時，液體的量較少，因此會出現(xiàn)浸滲不均。為了解決該問題，在將酚溶解在供木粉充分浸漬的量的丙酮中后，加入脫脂木粉，在攪拌后蒸餾除去丙酮。這樣，能夠使酚使用量盡量少，且能夠均勻地浸滲酚。
木質(zhì)素酚衍生物是具有1，1_雙(芳基)丙烷-2-0-芳基醚型構(gòu)造的化合物，所述 1，1-雙(芳基)丙烷-2-0-芳基醚型構(gòu)造是酚衍生物結(jié)合到苯基丙烷骨架的Cl (芐基位) 而得到的。
作為酚類，可以采用1元、2元和3元中任意的酚。關(guān)于由酚衍生物和包含在木粉中的木質(zhì)素合成的木質(zhì)素酚衍生物的疏水性，木質(zhì)素一元酚衍生物(1元的酚)的疏水性最高。作為1元的酚，可以列舉酚、甲酚等烷基酚、甲氧基酚、萘酚等。因而，優(yōu)選在合成疏水性成形體時，采用甲酚作為1元的酚。
當在攪拌干燥釜10中投入原料(這里采用自然干燥后的木粉)15和溶劑(這里采用丙酮)14時，進行攪拌。由此，除掉原料15的油脂部分。然后，當在攪拌干燥釜10中投入由吸附用酚類(這里采用甲酚)13和溶劑14構(gòu)成的溶液時，進一步進行攪拌。由此， 原料15中的木質(zhì)素被吸附用酚類媒合。此時，為了充分地吸附甲酚，優(yōu)選原料15的大小為 20 80目(mesh)左右，進一步優(yōu)選為20 60目左右。
然后，能夠獲得通過蒸餾除去丙酮而吸附有酚類的木粉、即酚吸附原料16。
在攪拌干燥釜10中使用且被藥劑回收部17回收的回收藥劑(使用完的溶劑和吸附用酚類)18能夠通過分離精制而再利用。由此，能夠減少溶劑14的使用量。
濃酸處理部3的結(jié)構(gòu) 在濃酸處理部3中，供給在原料預處理部2中生成的酚吸附原料16，并且從濃酸供給部21經(jīng)由送液泵30供給濃酸21A，進行攪拌而對酚吸附原料16進行濃酸處理，從而形成液體和固體物的混合溶液(以下特別將該階段的混合溶液稱作被處理液。)。
該濃酸處理部3包括反應部20，在該反應部20中導入在攪拌干燥釜10中被處理且自輸送通路19輸送來的酚吸附原料16 ；濃酸供給部21，其用于貯存濃酸(例如濃硫酸) 且將一定量的濃酸供給到反應部20中；攪拌緩沖槽22，在該攪拌緩沖槽22中導入在反應部20中被處理后輸送來的液體和固體物的被處理液并進行所需時間的攪拌；攪拌提取部 25，在該攪拌提取部25中導入自攪拌緩沖槽22輸送來的被處理液且導入提取用酚類并進行攪拌，從而形成含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液。
如圖2所示，反應部20包括反應部主體20A、電動機20D、在電動機20D的作用下旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸20B、固定在旋轉(zhuǎn)軸20B上的加壓輸送用葉片20J和攪拌葉片20C、酚吸附原料的入口 20E和被處理液的出口 20G以及濃酸的注入口 20E。
自入口 20E將在攪拌干燥釜10中被處理且輸送來的酚吸附原料16供給到反應部 20中，并且利用送液泵30從注入口 20E供給被貯存在濃酸供給部21中的濃酸21A。作為濃酸，例如優(yōu)選采用65 72重量％的濃度的濃硫酸。另外，也可以將在多個攪拌干燥釜10 中分別處理了的酚吸附原料16貯存起來，回收酚吸附原料16而一并投入到料斗中，借助料斗將該酚吸附原料16供給到反應部20中。
在反應部20中，利用攪拌葉片20C的旋轉(zhuǎn)對從入口 20E流入到主體部20A內(nèi)的酚吸附原料16和從注入口 20E流入到主體部20A內(nèi)的濃酸21A進行攪拌，用濃酸21A水解酚吸附原料(酚吸附木粉)16，從而形成液體和固體物的混合狀態(tài)的被處理液。將攪拌葉片 20C的葉片前端20C’與反應器主體20A的內(nèi)周面的間隙q設(shè)定得較小，例如為1mm。這是為了 利用上述攪拌葉片的葉片前端和反應器主體20A的內(nèi)表面對在攪拌初期形成為高粘性的塊狀的上述酚吸附原料進行擠壓使其細化。
在反應部20的主體部20A的周圍具有冷卻機構(gòu)，該冷卻機構(gòu)具備冷卻水入口 20H 和冷卻水出口 201，冷卻機構(gòu)從冷卻水入口 20H導入自冷卻裝置36 (參照圖1)輸送來的冷卻水，使冷卻水在冷卻機構(gòu)的內(nèi)部流通，然后自冷卻水出口 201流出，從而將主體部20A冷卻到20°C以上且低于40°C的溫度。之所以將水解時的溫度設(shè)定為20°C以上且低于40°C的溫度是因為當溫度為40°C以上時，反應過度地進行，不理想，另外當溫度低于20°C時，作為酚吸附原料16與固體部分的混合溶液的被處理液的粘度增大或固化，因此不理想。
當反應部20攪拌酚吸附原料16和濃酸21A而使它們反應時，酚吸附原料16所含有的纖維素溶脹。由此，混合液的粘性在攪拌的初期增大。溶脹了的纖維素被濃酸21A水解，由此混合液的粘性降低。由于反應部20在主體部20A具有在電動機20D的作用下旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片20C，因此能夠促進酚吸附原料16與濃酸21A的反應，提高初期混勻效率。
由此，在反應部20中，攪拌后的酚吸附原料16被濃酸21A水解，另一方面，從酚吸附原料16中分離出來的木質(zhì)素在活性的側(cè)鏈芐基位被酚化而轉(zhuǎn)換成木質(zhì)素酚。
在被濃酸處理了的酚吸附原料16達到規(guī)定的處理量時，反應部20打開開閉閥20J 而向攪拌緩沖槽22輸送被濃酸處理了的酚吸附原料16。如圖4所示，攪拌緩沖槽22具有槽主體(容器未標注附圖標記)，該槽主體具有入口 22A、出口 22B、液面?zhèn)鞲衅?2C和溫度調(diào)節(jié)器22D。溫度調(diào)節(jié)器22D例如由加熱用加熱器構(gòu)成，將溫度從上述的20°C調(diào)節(jié)成40°C 左右的溫度。
攪拌緩沖槽22使自反應部20輸送來的被處理液通過入口 22A而貯存在槽主體內(nèi)，利用液面?zhèn)鞲衅?2C監(jiān)視該被處理液的液面，并且利用溫度調(diào)節(jié)器22D將被處理液保持為恒定的溫度。
圖1所示的送液泵31始終將由貯存在攪拌緩沖槽22的槽主體內(nèi)的酚吸附原料16 和濃酸21A等構(gòu)成的混勻物即固液混合溶液保持為恒定的液面，自出口 22B向攪拌提取部 25連續(xù)地輸送該固液混合溶液。
由此，攪拌緩沖槽22起到能夠有效地防止在低溫等情況下在配管內(nèi)部發(fā)生的固液混合溶液的固化等的作用。
如圖1所示，送液泵31向攪拌提取部25連續(xù)地輸送攪拌緩沖槽22內(nèi)的被處理液。 另外，送液泵32借助開閉閥33B向攪拌提取部25輸送被貯存在容器33A中的提取用酚類 (甲酚)33。提取用酚類33是用于提取從木質(zhì)素轉(zhuǎn)換而來且存在于濃酸處理液中的木質(zhì)素酚的溶劑。
如圖5所示，攪拌提取部25包括上下較長的作為筒狀容器的混合容器25A和用于攪拌容器內(nèi)的物質(zhì)的攪拌機構(gòu)25B。
混合容器25A由基座25C支承。攪拌機構(gòu)25B具有由設(shè)置在混合容器25A的外部的電動機25D驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸25E。在旋轉(zhuǎn)軸25E上，從上部側(cè)遍布到下部側(cè)交替地配置有多個旋轉(zhuǎn)葉片(提取用攪拌葉片)25F和多個分隔板(攔截板)25G。
如圖6所示，分隔板(攔截板)25G是具有多個孔25L的圓板形狀，具有以與圓筒軸線垂直的面大致堵塞混合容器25A的圓筒空間的構(gòu)造?？梢砸罁?jù)要進行硫酸處理的酚吸附原料16的種類來設(shè)定孔25L的大小、數(shù)量。旋轉(zhuǎn)葉片25F、分隔板25G使用不會溶解在濃酸、酚類中的材料?？梢圆捎梅鷺渲鳛樾D(zhuǎn)葉片25F的材料。
如圖5所示，攪拌提取部25包括多個注入口 25H和多個出口 251，與各出口 251相對應地設(shè)置有開閉閥25J (參照圖1)。
多個注入口 25H設(shè)于混合容器25A的從上部到下部的區(qū)域。多個注入口 25H例如如下地使用從最下部的注入口 25H導入自攪拌緩沖槽22輸送來的被處理液(酚吸附原料 16和濃酸21A的混合溶液)，從中段和上部側(cè)的注入口 25H中的任意一個注入口注入提取用酚類33。
攪拌提取部25通過利用電動機25D使旋轉(zhuǎn)葉片25F旋轉(zhuǎn)，如圖1所示地攪拌從混合容器25A的下部的注入口 25H導入的被濃酸處理了的酚吸附原料16和提取用酚類33，并且圖6所示地使酚吸附原料16和提取用酚類33通過分隔板25G的孔25L，依次在混合容器 25A的上部側(cè)的分隔板25G的孔25L中流通。
在攪拌提取部25選擇除最下部以外的注入口 25H來導入提取用酚類33的情況下，所選的注入口 25H的位置越靠上部，越需要留有從最下部導入的酚吸附原料16和濃酸21A上升而到達該注入口 25H的時間。在該到達時間期間，酚吸附原料16和濃酸21A的混合溶液的反應進行。因而，能夠控制由提取用酚類33產(chǎn)生的木質(zhì)素酚提取前的酸處理時間， 從而能夠提高分離效率。例如在原料為木材的情況下，為了延長酸處理時間而促進分解，可以從上部側(cè)注入口 25H導入提取用酚類33。另外，在原料為草木、紙漿且酸處理在反應部 20中充分地進行的情況下，可以從更接近下部側(cè)的注入口 25H導入提取用酚類33。
在攪拌提取部25中，從混合容器25A的上部到下部的區(qū)域設(shè)置有多個注入口 25H， 并且設(shè)置有多個出口 251。通過分別具有多個注入口 25H和出口 251，能夠根據(jù)要處理的生物量(biomass)的材料(原料15)，選擇注入口 25H和出口 251，從而能夠控制木質(zhì)素酚提取前的酸處理時間、木質(zhì)素酚提取時間。即，通過具有很多的注入口 25H和出口 251，能夠?qū)崿F(xiàn)很多的注入口 25H的選擇和出口 251的選擇的組合，從而能夠詳細劃分地控制總反應時間。例如，在原料為草本等的情況下，若從較低的注入口 25H注入提取用酚類33，然后從中段下方的出口 251輸出處理液，則能夠縮短總處理時間。
在攪拌提取部25中，在注入提取用酚類33之前，在攪拌干燥釜10中混合了的吸附用酚類已經(jīng)與被處理液中的木質(zhì)素結(jié)合而形成為木質(zhì)素酚，因此以吸附用酚類存在的形態(tài)極少，是幾乎沒有以溶劑存在的酚類的狀態(tài)，木質(zhì)素酚不溶解在濃酸中而被濃酸包圍。因此，在攪拌提取部25中，加入提取用酚類33而提取木質(zhì)素酚。當在攪拌提取部25內(nèi)注入提取用酚類33時，通過攪拌使提取用酚類33與被濃酸包圍的木質(zhì)素酚接觸而使木質(zhì)素酚溶解，從而能夠從濃酸中提取木質(zhì)素酚。
在攪拌提取部25中，當注入了提取用酚類33后，形成由木質(zhì)素酚和酚類構(gòu)成的液體與由濃酸和被濃酸分解了的纖維素等構(gòu)成的碳水化合物的液體的混合液。
因而，攪拌提取部25從提取用圓筒狀容器25A的一端側(cè)導入自反應部20輸送來的被處理液，且從多個注入口 25H中選擇適當?shù)囊粋€而注入上述提取用酚類，將容器內(nèi)的被處理液攔截成多段且在各攔截位置進行攪拌，從多個出液口 251中選擇適當?shù)囊粋€，將得到的含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液輸送出ο 如上所述，攪拌提取部25攪拌從攪拌緩沖槽22輸送來的被處理液和提取用酚類 (甲酚)33，而形成含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液。在攪拌提取部25對酚吸附原料16和提取用酚類33進行規(guī)定時間的攪拌后，如圖1所示，送液泵35將在攪拌提取部25中被處理了的混合溶液通過打開著的開閉閥25J 向后述的回收部4的液液分離提取器40輸送處。
回收部4的結(jié)構(gòu) 如圖1所示，回收部4包括液液分離提取器40、酚溶液回收容器44和濃酸溶液回收容器45。
如圖7所示，液液分離提取器40包括例如由玻璃、樹脂等構(gòu)成的密閉構(gòu)造的縱長的筒狀容器40a。在筒狀容器40a的最上部設(shè)置有木質(zhì)素層和濃酸層的原料供給口 40b，在上部設(shè)置有多個輕液排出口 40c，在下部設(shè)置有重液排出口 40d。
在液液分離提取器40中，作為輕液的木質(zhì)素層(由木質(zhì)素酚和提取用酚類33構(gòu)成的層)42向上方分離，作為重液的濃酸層(具有由被硫酸分解了的纖維素等構(gòu)成的碳水化合物的層)43向下方分離。從多個輕液排出口 40c快速地提取木質(zhì)素層42，將該木質(zhì)素
14層42收容到酚溶液回收容器44中。
另一方面，作為重液向下方沉淀的濃酸層43能夠從液液分離提取器40下部的重液排出口 40d(或下方的旋塞(cock))回收到濃酸溶液回收容器45中。通過繼續(xù)對該濃酸層43進一步進行稀釋液處理，能夠?qū)⒃摑馑釋?3所含有的碳水化合物轉(zhuǎn)換成作為工業(yè)原料有用的糖類。
采用本發(fā)明的實施方式的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置1，能夠以30°C左右的溫度在短時間內(nèi)進行連續(xù)反應，能夠用低能量在短時間內(nèi)將由木質(zhì)纖維素系復合體構(gòu)成的植物資源分離成木質(zhì)素酚和低分子量碳水化合物。
第二實施方式 -纏原·胃胃難前■対既白糊本_ 如圖8所示，植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置IA包括原料預處理部2;用于對自原料預處理部2供給來的預處理完畢的原料進行濃酸處理的濃酸處理部3A ；用于回收被該濃酸處理部3A分離了的木質(zhì)素酚的回收部4。在第二實施方式中，與圖1所示的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置1的不同點是濃酸處理部3A的結(jié)構(gòu)。
濃酸處理部3A的結(jié)構(gòu) 濃酸處理部3A包括反應部20、濃酸供給部21、第1攪拌緩沖槽22、第1攪拌提取部23、第2攪拌緩沖槽24、第2攪拌提取部25、振動反應器沈和第3攪拌緩沖槽27。
由于反應部20的結(jié)構(gòu)與圖1和圖2所示的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置1的反應部20的構(gòu)造、作用相同，因此該反應部20的結(jié)構(gòu)參照圖2，省略說明。第1攪拌緩沖槽22、 第2攪拌緩沖槽M和第3攪拌緩沖槽27具有與圖4的攪拌緩沖槽22相同的構(gòu)造、作用， 因此這些緩沖槽的結(jié)構(gòu)參照圖4，省略說明。第1攪拌提取部23具有與圖5所示的攪拌提取部25相同的構(gòu)造、作用，因此第1攪拌提取部23的結(jié)構(gòu)參照圖5，省略說明。
第1攪拌提取部23使被濃酸處理了的酚吸附原料16從混合容器的下部入口 23H 流入。在出口 231處設(shè)置有開閉閥23J。由此，被濃酸處理了的酚吸附原料16在被第1攪拌提取部23被攪拌了規(guī)定時間后，經(jīng)由開閉閥23J而導入到第2攪拌緩沖槽M中。例如， 在原料為較硬的木材的情況下，通過輔助性地設(shè)置第1攪拌提取部23，能夠延長酸處理時間而促進水解。
被濃酸處理了的酚吸附原料16被導入到第2攪拌緩沖槽M中，并且提取用酚類 33經(jīng)由開閉閥3 導入到第2攪拌緩沖槽M中。從容器33A供給提取用酚類33。提取用酚類33和被濃酸處理了的酚吸附原料16在第2攪拌緩沖槽M中被攪拌后，經(jīng)由送液泵34 被輸送到第2攪拌提取部25中。
提取用酚類33和被濃酸處理了的酚吸附原料16從筒狀容器的下部注入口 25H流入第2攪拌提取部25。
振動反應器沈具有使提取用酚類33和被濃酸處理了的酚吸附原料16進一步反應的功能。
如圖9所示，振動反應器沈在形成為流路的筒狀部26A中插入有超聲波振子^B， 在筒狀部2隊的外周部配置有冷卻用配管^C。利用該冷卻用配管26C將筒狀部2隊的內(nèi)部冷卻到規(guī)定溫度，抑制木質(zhì)素與濃酸21A的不必要的變性。在該情況下，冷卻溫度優(yōu)選為 30°C以下。筒狀部^A的內(nèi)部被從冷卻裝置36(參照圖1)輸送來的冷卻水冷卻。通過進行超聲波處理，進行后述的回收部4中的液液分離，因此能夠促進硫酸層中的向碳水化合物的可溶化和向由提取用酚類33構(gòu)成的溶劑中的木質(zhì)素酚的可溶化，提高碳水化合物與木質(zhì)素酚的分離。
被振動反應器沈處理過的酚吸附原料16在達到規(guī)定的處理量時，經(jīng)由開閉閥^D 和第3攪拌緩沖槽27被輸送到液液分離提取器40中。第3攪拌緩沖槽27與第1攪拌緩沖槽22的結(jié)構(gòu)相同，具有用于監(jiān)視液面的液面?zhèn)鞲衅骱蛯⒒旌先芤赫{(diào)節(jié)到恒定溫度的溫度調(diào)節(jié)器。由此，在振動反應器沈中進行了反應的木質(zhì)素層和濃酸層被調(diào)節(jié)成與第1攪拌緩沖槽22相同的規(guī)定溫度，第3攪拌緩沖槽27的液面始終保持恒定，木質(zhì)素層和濃酸層被連續(xù)地輸送到液液分離提取器40中。
采用本發(fā)明的第二實施方式的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置1A，能夠以30°C左右的溫度在短時間內(nèi)進行連續(xù)反應。由此，能夠用低能量在短時間內(nèi)將由木質(zhì)纖維素系復合體構(gòu)成的植物資源分離成木質(zhì)素酚和低分子量碳水化合物。圖8所示的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置IA相對于圖1所示的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置1，還加設(shè)了第1攪拌提取部23和振動反應器26，因此在利用植物等的生物量的情況下，例如針葉樹、寬葉樹等木粉的尺寸較大的情況下，能夠高效率地進行較硬的木粉的處理。
在濃酸處理部3中，在反應部20的出口側(cè)具有第1攪拌緩沖槽22，在第1攪拌提取部23的出口側(cè)具有第2攪拌緩沖槽M，在振動反應器沈的出口側(cè)具有第3攪拌緩沖槽 27，由此能夠?qū)⒂煞游皆?6和濃酸21A等構(gòu)成的作為混勻物的固液混合溶液始終保持為恒定的液面，且調(diào)節(jié)成規(guī)定的溫度而在裝置的配管內(nèi)輪送該固液混合溶液。因而，能夠有效地防止在低溫等情況下在配管內(nèi)部發(fā)生的固液混合溶液的固化等。
由于利用第1攪拌提取部23將酚吸附原料16與濃酸21A —起混合，因此能夠有效地促進碳水化合物的水解反應。
在第2攪拌提取部25中，能夠在酚吸附原料16和濃酸21A的混合溶液中加入提取用酚類33等酚衍生物而提取木質(zhì)素酚。在該情況下，通過在第2攪拌提取部25上設(shè)置多個注入口 25H和出口 251，能夠依據(jù)酚吸附原料16的原料、目標的木質(zhì)素酚的種類來控制木質(zhì)素酚的提取時間等，從而能夠提高木質(zhì)素層42與濃酸層43的分離效率。
此外，通過設(shè)置振動反應器沈，能夠進一步促進反應，從而能夠有效分離木質(zhì)素層和濃酸層。
第三實施方式 如圖10所示，第三實施方式的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置IB包括原料預處理部2 ；用于對自原料預處理部2供給來的預處理完畢的原料進行濃酸處理的濃酸處理部;3B ； 用于回收在該濃酸處理部3B中被分離了的木質(zhì)素酚的回收部4。
濃酸處理部3B的結(jié)構(gòu) 如圖10所示，濃酸處理部:3B在圖8所示的第二實施方式的濃酸處理部3A的結(jié)構(gòu)中加設(shè)了第1 第3旁通線路51、52、53。
S卩，濃酸處理部;3B包括反應部20、濃酸供給部21、第1攪拌緩沖槽22、第1攪拌提取部23、第2攪拌緩沖槽24、第2攪拌提取部25、振動反應器沈和第3攪拌緩沖槽27。 此外，濃酸處理部3B還包括第1旁通線路51，其具有開閉閥33C，該開閉閥33C用于將提取用酚類33不經(jīng)由第2攪拌緩沖槽M地導入到第2攪拌提取部25的注入口 25H中 ’第2 旁通線路52，其具有開閉閥M、55，該開閉閥M、55用于將從第1攪拌緩沖槽22輸送出的被處理液不經(jīng)由第1攪拌提取部23地導入到第2攪拌提取部25的注入口 25H中；第3旁通線路53，其具有開閉閥56、57，該開閉閥56、57用于將從第2攪拌提取部25輸送出的混合液不經(jīng)由振動反應器沈地導入到液液分離提取器40中。
在使用第1旁通線路50的情況下，關(guān)閉開閉閥33B，打開開閉閥33C，從而經(jīng)由開閉閥33C將提取用酚類33導入到第2攪拌提取部25的注入口 25H中。這里，在第2攪拌提取部25的注入口 25H為多個的情況下，也可以自從中部到上部的導入口注入提取用酚類 33。
在使用第2旁通線路52的情況下，關(guān)閉開閉閥54，打開開閉閥55，從而能夠?qū)⑻崛∮梅宇?3與來自反應部20的處理液一器注入到第2攪拌提取部25中，提取木質(zhì)素酚。 采用該種結(jié)構(gòu)，在植物資源為草本植物、紙漿等原料的情況下，能夠縮短處理時間。
在使用第3旁通線路53的情況下，關(guān)閉開閉閥57，打開開閉閥56，從而能夠?qū)⒌? 攪拌提取部25中的處理液輸送到液液分離提取器40中。采用該種結(jié)構(gòu)，在植物資源為草本植物、紙漿等原料的情況下，能夠進一步縮短處理時間。
在植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置IB中，在采用了第2旁通線路52和第3旁通線路53這兩條線路的情況下，濃酸處理部:3B由反應部20、第1攪拌緩沖槽22和第2攪拌提取部25構(gòu)成，植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置IB的結(jié)構(gòu)與圖1的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置1相同。
采用植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置1B，通過依據(jù)植物資源使用第2旁通線路52 和第3旁通線路53，無論植物資源是木材、草木或者紙漿，都能用單獨的裝置進行處理。另外，也能夠依據(jù)植物資源來改變酸處理的處理時間、由提取用酚類33進行的木質(zhì)素酚的提取的處理時間。
第四實施方式 如圖11所示，第四實施方式的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置IC與圖1所示的第一實施方式的轉(zhuǎn)換裝置1相比，不同點僅在于加設(shè)了振動反應器26。之所以加設(shè)振動反應器26，是為了提高分離效率，振動反應器沈與第二實施方式的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置IA所示的振動反應器沈相同。
第五實施方式 如圖12所示，第五實施方式的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置ID包括原料預處理部2A、濃酸處理部3C和回收部4。原料預處理部2A包括攪拌干燥釜10和原料供給送料器 11。濃酸處理部3C包括反應部20和攪拌提取部觀?；厥詹?包括液液分離提取器41、酚溶液回收容器44和濃酸溶液回收容器45。
處理原理 植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置ID利用下述第1工序 第5工序進行植物資源的相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換處理。
第1工序(原料預處理工序)在攪拌干燥釜10中，在來自植物資源的原料(粉狀體)中加入溶劑(例如丙酮)，進行攪拌而使原料脫脂，形成為脫脂原料，在該脫脂原料中加入酚類(例如甲酚)13，進行攪拌而形成為酚吸附原料16。
第2工序(濃酸處理工序)在反應部20中，在酚吸附原料16中加入自濃酸供給部21供給來的濃酸(例如濃硫酸)21A，進行攪拌混合，使酚吸附原料16所含有的纖維素溶脹而進行酚吸附原料16所含有的木質(zhì)素向木質(zhì)素酚的轉(zhuǎn)換，此外進行使纖維素的一部分水解的處理，將得到的溶液作為被處理液輸送出。在該工序中，隨著溶脹的進行，纖維素體現(xiàn)出高粘性，為了避免纖維素向混勻機主體的內(nèi)周面附著而形成為妨礙旋轉(zhuǎn)葉片的旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，使葉片前端接近混勻機主體的內(nèi)周面，使旋轉(zhuǎn)葉片高速旋轉(zhuǎn)而使纖維素在短時間內(nèi)溶脹，以將纖維素向混勻機主體的內(nèi)周面的付著削落。
第3工序(酚處理工序)在攪拌提取部觀中，導入、攪拌從反應部20輸送來的被處理液，進行纖維素的水解和木質(zhì)素向木質(zhì)素酚的轉(zhuǎn)換，然后加入提取用酚類(例如甲酚)33，繼續(xù)攪拌而進行使木質(zhì)素酚提取到上述提取用酚類中的處理，由此將得到的含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液和含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液的混合溶液輸送出。在該工序中，通過在攪拌提取部觀內(nèi)設(shè)置由攔截板構(gòu)成的阻擋部，能夠確保將提取用酚類33注入到攪拌提取部內(nèi)之前的停留時間(用于分解纖維素的攪拌時間)，并且能夠確保注入后的停留時間(提取木質(zhì)素酚衍生物的攪拌時間)，由此，即使植物資源各不相同，也能確保與該資源相對應的適當?shù)奶幚頃r間，能夠充分地利用木質(zhì)素酚衍生物的分子功能，維持可在工業(yè)上利用的形態(tài)地回收木質(zhì)素酚衍生物。
第4工序(液液分離工序)在液液分離提取器40A中，將自攪拌提取部觀輸送出的混合溶液液液分離成含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液。
第5工序(溶液回收工序)從液液分離提取器40A取出含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液，將其回收到酚溶液回收容器44中，并且取出含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液， 將其回收到濃酸溶液回收容器45中。
下面，詳細說明。
攪拌干燥釜10的結(jié)構(gòu) 如圖1所示，攪拌干燥釜10包括釜主體10a，其對原料進行攪拌干燥；存料部 10C，其利用輸送管IOB與該釜主體IOa的底部相連接；攪拌葉片(未圖示)，其設(shè)置在釜主體IOa內(nèi)；驅(qū)動源(未圖示)，其用于驅(qū)動攪拌葉片。
攪拌干燥釜10在釜主體IOa的上部具有原料供給口 10D、溶劑供給口 12A和酚類供給口 12B，在釜主體IOa的下部具有藥液回收口 17，此外存料部IOC具有輸送通路19。
原料供給送料器11與原料供給口 IOD相連接。原料供給送料器11貯存來自植物資源的粉狀體A，該植物資源是通過預先將作為原料的木質(zhì)纖維素系復合材料即樹木、草本花、稻草、竹子或這些物質(zhì)的紙漿等干燥后進行細粉處理而成的，使用螺旋旋轉(zhuǎn)方式的粉狀體供給送料器，以恒定的供給量供給來自植物資源的粉狀體A。為了提高反應效率，優(yōu)選木粉的大小為20 60目以下。
在溶劑供給口 12A連接有未圖示的溶劑供給裝置。溶劑供給裝置貯存丙酮或乙醇等溶劑，以相對于來自原料供給送料器11的原料的供給量達到一定比例的供給量的方式供給溶劑。
在酚類供給口 12B連接有例如貯存m-甲酚或ρ-甲酚等酚類的酚類供給裝置6。
18酚類供給裝置6貯存酚類，在脫脂處理結(jié)束后，以相對于來自原料供給送料器11的原料的供給量達到一定比例的供給量的方式供給酚類。
另外，吸附所用的酚類和提取所用的酚類也可以使用其他材料。
這里供給酚類是為了酚的吸附。酚的吸附是為了 通過用酚媒合木質(zhì)素而抑制木質(zhì)素與酸的接觸頻率，以及在木質(zhì)素與酸接觸了的情況下，使酚與木質(zhì)素的反應活性最強的芐基位接枝，使該芐基位穩(wěn)定化，并且提高酚活性。
這里的酚類的供給量是將木材的粉狀體中所含有的木質(zhì)素合成在木質(zhì)素酚衍生物中所需的量，與溶劑一起使用。
當使酚使用量盡量少地使酚直接浸滲在脫脂木粉中時，由于液體的量較少，因此會出現(xiàn)浸滲不均。為了解決該問題，在將酚溶解在供木粉充分浸漬的量的丙酮中后，加入脫脂木粉，在攪拌后蒸餾除去丙酮。這樣，能夠使酚使用量盡量少且能夠均勻地浸滲酚。
木質(zhì)素酚衍生物是具有1，1_雙(芳基)丙烷-2-0-芳基醚型構(gòu)造的化合物，所述 1，1-雙(芳基)丙烷-2-0-芳基醚型構(gòu)造是酚衍生物結(jié)合到苯基丙烷骨架的Cl (芐基位) 而得到的。
作為酚類，可以采用1元、2元和3元中任意的酚。關(guān)于由酚衍生物和包含在木粉中的木質(zhì)素合成的木質(zhì)素酚衍生物的疏水性，木質(zhì)素一元酚衍生物(1元的酚)的疏水性最高。作為1元的酚，可以列舉酚、甲酚等烷基酚、甲氧基酚、萘酚等。因而，優(yōu)選在合成疏水性成形體時，采用甲酚作為1元的酚。
另外，也可以設(shè)置溶劑供給口 12A和酚類供給口 12B中的任意一個，與未圖示的溶劑供給裝置和未圖示的酚類供給裝置相連接，形成能夠共同使用的結(jié)構(gòu)。
在藥液回收口 17連接有未圖示的溶劑回收容器。在該溶劑回收容器中，通過將為了進行原料的脫脂處理而供給到釜主體IOa中的溶劑與原料攪拌，達到混入了原料所含有的類脂物部分的狀態(tài)，使混入了類脂物部分的溶劑通過藥液回收口 17后回收。所回收的溶劑通過分離類脂物部分等，經(jīng)過精制而能夠再利用。由此，能夠減少溶劑的使用量。
采用上述結(jié)構(gòu)，作為原料預處理工序，攪拌干燥釜10在釜主體IOa中，對以一定比例連續(xù)供給來的干燥后的來自植物資源的粉狀體原料和溶劑進行攪拌，對粉狀體原料進行脫脂處理，生成脫脂原料，然后，使脫脂原料中含有以一定比例供給來的酚類地進行攪拌， 將脫脂原料預處理為酚吸附原料，將酚吸附原料貯存在存料部IOC中。
這里，酚吸附原料是指通過使酚類進入在木質(zhì)纖維素復合體中而利用酚將木質(zhì)素媒合了的狀態(tài)的原料，在酚為甲酚的情況下，稱作甲酚吸附木粉。
反應部20的結(jié)構(gòu) 如圖13所示，反應部20包括反應器主體20A、電動機20D、旋轉(zhuǎn)軸20B、加壓輸送用葉片20J、攪拌葉片20C、酚吸附原料的入口 20E、被處理液的出口 20G和濃酸的注入口 20F。
反應器主體20A形成為圓筒狀，筒心水平地設(shè)置，且在筒心方向的一端具有酚吸附原料的入口 20E，且在筒心方向的另一端具有被處理液的出口 20G。旋轉(zhuǎn)軸20B通過反應器主體20A的中心而在電動機20D的作用下旋轉(zhuǎn)。
加壓輸送用葉片20J位于攪拌葉片20C的上游側(cè)，固定在該旋轉(zhuǎn)軸20B的與入口 20E相對應的部分上，通過用電動機20D使加壓輸送用葉片20J旋轉(zhuǎn)，起到沿軸向加壓輸送酚吸附原料16和濃酸21A的作用。相對于此，位于攪拌葉片20C的下游側(cè)的金屬制且圓環(huán)狀的攔截板20K縮小作為被處理液的通路的攪拌葉片20C的旋轉(zhuǎn)空間，對被處理液施加流通阻力，使被處理液停在攪拌葉片20C的旋轉(zhuǎn)空間中，起到稍微抑制短路(馬上通過)的作用。
如圖3所示，在通過反應器主體20A的中心的旋轉(zhuǎn)軸20B上焊接固定有4個攪拌葉片20C，該4個攪拌葉片20C以繞該旋轉(zhuǎn)軸20B例如四等分的方式配置(每隔90度不同的配置)。攪拌葉片20C自旋轉(zhuǎn)軸20B沿放射方向延伸，葉片前端20C’為梳齒形狀，且葉片前端20C’接近反應器主體20A的內(nèi)周面，并且一個攪拌葉片的葉片前端20C’與另一個攪拌葉片的葉片前端20C’交叉排列地錯開，通過攪拌葉片20C的高速旋轉(zhuǎn)而起到攪拌酚吸附原料和濃酸的作用。濃酸21A的注入口 20F與加壓輸送用葉片20J相鄰地設(shè)置在反應器主體20A上。
之所以將攪拌葉片20C的葉片前端20C’與反應器主體20A的內(nèi)周面的間隙q設(shè)定得較小，例如1mm，是為了利用攪拌葉片20C的葉片前端和反應器主體20A的內(nèi)表面擠壓在攪拌初期形成為高粘性的塊狀的酚吸附原料，將其細分化。詳細而言，當在酚吸附原料中加入濃酸(詳細而言優(yōu)選采用硫酸。)而進行攪拌混合時，纖維素溶脹而增加粘性。當粘性高的纖維素附著在反應器主體20A的內(nèi)周面上使膜厚大幅增加時，較大地妨礙攪拌葉片20C的旋轉(zhuǎn)，因此通過縮小間隙q，能夠防止反應器主體20A的內(nèi)周面上的纖維素的膜變厚，確保攪拌葉片20C的高速旋轉(zhuǎn)，具有較強的攪拌力和混勻力，能夠以短時間的攪拌使纖維素有效溶脹。
在反應部20中導入酚吸附原料16，將該酚吸附原料16和濃酸2IA攪拌混合而使酚吸附原料16所含有的纖維素溶脹，進行酚吸附原料16所含有的木質(zhì)素向木質(zhì)素酚的轉(zhuǎn)換，此外進行使纖維素的一部分水解的處理，將得到的被處理液輸送出。木質(zhì)素向木質(zhì)素酚的轉(zhuǎn)換是指利用酚類使酚吸附原料16所含有的木質(zhì)素的側(cè)鏈芐基位酚化而形成為木質(zhì)素酚衍生物的反應。
反應部20的加壓輸送用葉片20J承擔酚吸附原料16的沿軸向的輸送，攪拌葉片 20C承擔酚吸附原料16和濃酸21A的攪拌混合。該攪拌混合需要將反應溫度維持在20°C 40°C的范圍內(nèi)，因此附加設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)部件。溫度調(diào)節(jié)部件由圍繞反應器主體20A地設(shè)置的水冷套20L、設(shè)置于水冷套20L的冷卻水入口 20H及冷卻水出口 201、圖1所示的冷卻裝置36構(gòu)成，從冷卻裝置36供給來的冷卻水進行如下循環(huán)，即，通過冷卻水入口 20H，在水冷套20L中循環(huán)后通過冷卻水出口 201，返回到冷卻裝置36中(參照1 。在夏季，在反應熱的作用下溫度升高到比20°C 40°C高的溫度，因此溫度調(diào)節(jié)部件進行冷卻，在寒冷期， 溫度降低到比20°C 40°C低的溫度，因此溫度調(diào)節(jié)部件使熱水代替冷卻水來流動，使反應溫度升溫到20°C 40°C的范圍內(nèi)。
將反應溫度設(shè)定在20°C 40°C的范圍內(nèi)的意義是基于當水解時的溫度為40°C 以上時，酚與濃酸的親和性增加，反應過度地進行，因此不理想；當水解時的溫度低于20°C 時，反應效率下降，并且酚吸附原料與濃硫酸的被處理液的粘度增大、或固化，從而堵塞送液管，因此不理想。
攪拌提取部28的結(jié)構(gòu) 如圖14所示，攪拌提取部28包括提取用圓筒狀容器^a、電動機^c、旋轉(zhuǎn)軸 ^b、加壓輸送用葉片^cU多個攪拌葉片^e1 、被處理液的入液口 28f及多個出液口 、多個液體回收口 ^k1 ^k6、藥液注入口 2 和構(gòu)成阻擋部的多個攔截板
28J1 28J4 。
提取用圓筒狀容器28a是圓筒狀且筒心大致水平。旋轉(zhuǎn)軸28b通過提取用圓筒狀容器^a的中心而在電動機^c的作用下旋轉(zhuǎn)。加壓輸送用葉片^d固定在旋轉(zhuǎn)軸^b的入液口側(cè)的端部，通過旋轉(zhuǎn)而起到沿軸向加壓輸送在反應部20中被處理了的被處理液的作用。多個攪拌葉片^e1 28e5自旋轉(zhuǎn)軸28b設(shè)置，位于將提取用圓筒狀容器^a的空間切成多個圓筒空間而成的各圓筒空間內(nèi)，沿放射方向延伸，葉片表面是與軸線平行的面，多個攪拌葉片^e1 28e5起到沿提取用圓筒狀容器^a的周向加壓輸送被處理液并進行攪拌的作用。纖維素在溶脹時，粘性增加，但當被水解而形成為碳水化合物時，粘性下降。因此，攪拌葉片28e不用將葉片前端與圓筒部內(nèi)周面的間隙設(shè)定得較小。
入液口 28f是用于導入在反應部20中被處理了的被處理液的通路。以不同高度設(shè)置有多個出液口 觀&。在出液口 處設(shè)置有隔離閥^s1 ^s4，通過選擇任意的出液口而打開所對應的隔離閥，能夠設(shè)定能使被處理液停留的液面等級，調(diào)整被處理液的通過時間。
攪拌提取部28從入液口 ^f以小流量的導入量向提取用圓筒狀容器內(nèi)連續(xù)地導入在反應部20中被處理了的被處理液，利用加壓輸送用葉片28d輸送該被處理液，利用攪拌葉片^e1 28e5攪拌該被處理液，注入提取用酚類而進行攪拌，形成混合溶液，從出液口 中的任意一個出液口輸送該混合溶液。
在液體回收口 ^k1 ^k6處設(shè)置有隔離閥^m1 ^m6，通過在處理結(jié)束時打開所有隔離閥，能夠使在攪拌提取部觀中的處理結(jié)束時殘留在提取用圓筒狀容器28a內(nèi)的攔截板^j1 ^j4間的混合用液體流下，將該液體回收。當原料為草本等能通過短時間處理來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的原料時，通過打開隔離閥^m2 ^m6，可以將液體回收口 ^1 ^k6視作混合用液體的出口。
藥液注入口 2 設(shè)置在與入液口 28f分開所需尺寸的位置上，用于注入自酚類供給裝置6供給來的提取用酚類。注入提取用酚類的目的是為了 利用在攪拌提取部觀內(nèi)的上游側(cè)的停留攪拌，進行纖維素的水解，相應地進行木質(zhì)素的酚化反應而變成木質(zhì)素酚衍生物，在該木質(zhì)素酚衍生物分散到濃酸溶液中的狀態(tài)下，通過注入提取用酚類，將木質(zhì)素酚衍生物從濃酸溶液中轉(zhuǎn)移到提取用酚類中。
另外，為了延遲提取用酚類的注入時期，也可以在液體回收口 ^lc2 ^k5處夾著隔離閥地并列連接注入管，從液體回收口 ^k3 ^k5的任意一個注入自酚類供給裝置6供給的提取用酚類(未圖示)。
攪拌提取部觀與反應部20的情況相同，也附加設(shè)置有下述的溫度調(diào)節(jié)部件，該溫度調(diào)節(jié)部件由圍繞提取用圓筒狀容器28a的水冷套觀？、設(shè)置于水冷套28p的溫度調(diào)節(jié)水入口 28q及溫度調(diào)節(jié)水出口 、圖1所示的冷卻裝置36 (共用)構(gòu)成，將提取用圓筒狀容器 28a內(nèi)的反應溫度調(diào)節(jié)為20°C 40°C的范圍內(nèi)。
如圖15所示，攔截板^j1 ^j4由特氟隆(注冊商標)板構(gòu)成，形成為環(huán)狀，利用連結(jié)器具(螺栓、螺母)固定在凸緣^i1 ^i4上，該凸緣^i1 ^i4設(shè)置在提取用圓筒狀容器^a的內(nèi)周。攔截板^j1 ^j4在上述混勻機主體內(nèi)以沿圓筒方向的排列方式劃分有多個貯存被處理液的阻擋部。由于攔截板^j1 28j4是環(huán)狀的，因此在較小地形成中心孔時，能夠增加在阻擋部間停留的液量，在較大地形成中心孔時，能夠減少在阻擋部間停留的液量，從而能夠調(diào)整停留時間。即，攔截板^j1 ^j4起到使被處理液停留在提取用圓筒狀容器內(nèi)的多個阻擋部的作用。被處理液在由加壓輸送用葉片28d進行的進給的作用下，不會在提取用圓筒狀容器^a內(nèi)充滿地依次溢出到攔截板^j1 ^j4上，轉(zhuǎn)移到下游的阻擋部。
攪拌葉片^e1 觀％攪拌被環(huán)狀的各攔截板^j1 ^j4攔截的被處理液。攪拌葉片^e1 具有攪拌功能，不具有向下游的阻擋部輸送的功能。貯存在各阻擋部的被處理液分別被對應的攪拌葉片攪拌，并且通過上游的攔截板的中心孔而流入到下游的阻擋部。為了增加在各阻擋部的停留時間，較小地設(shè)置環(huán)狀的攔截板^j1 ^j4的中心孔的直徑，另外為了縮短停留時間而較大地設(shè)置孔，從而能夠調(diào)整停留時間。
提取用酚類的注入位置為圖14中的上側(cè)的藥液注入口 ^h，但可以使用提取用圓筒狀容器28a下側(cè)的液體回收口 ^k1 ^k4。因而，利用攔截板^j1 28j4的存在，能夠控制與注入了被處理液的藥液混勻前的攪拌時間和與注入了被處理液的藥液混勻且變成混合溶液前的攪拌時間，因此能夠不加入提取用酚類地以適當?shù)臅r間進行纖維素的水解和木質(zhì)素向木質(zhì)素酚的轉(zhuǎn)換，并且，能夠在加入提取用酚類后以適當?shù)臅r間進行將木質(zhì)素酚提取到提取用酚類中的處理。
因而，攪拌提取部觀從提取用圓筒狀容器25A的一端側(cè)導入自反應部20輸送出的被處理液，且選擇多個注入口 OShJSk1 ^k4)中的適當?shù)囊粋€而注入提取用酚類，將容器內(nèi)的被處理液攔截成多段且在各攔截位置進行攪拌，選擇多個出液口( ^g4)中的適當?shù)囊粋€，將得到含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液輸送出。
回收部的結(jié)構(gòu) 如圖12所示，回收部4A包括液液分離提取器41、濃酸溶液回收容器45和酚溶液回收容器44。
如圖16所示，液液分離提取器41包括密閉構(gòu)造的筒狀容器41a，其由例如玻璃、 樹脂等構(gòu)成，筒心方向大致鉛垂且形成為密閉圓筒狀；供給口 41bi、41b2，其設(shè)置在筒狀容器41a的最上部和中段，是從攪拌提取部觀輸送出的包括木質(zhì)素酚衍生物、酚、纖維素的水解產(chǎn)物和濃酸的混合溶液的供給口 ；供給側(cè)切換閥41cl、41c2，其設(shè)置在供給管上；多個輕液取出口 41屯 41d4，其設(shè)置在筒狀容器41a的中間部；重液取出口 41e，其設(shè)置在筒狀容器41a的下部；取出側(cè)切換閥41f\ 41f5，其設(shè)置在輕液取出口 41屯 41d4和重液取出口 41d5的取出管上。另外，并不限定于從相對于筒狀容器41a橫向延伸的供給口 41bl、41l32 向筒狀容器41a供給混合溶液，也可以從筒狀容器41a的正上方直接向液面供給混合溶液。 在該情況下，可以沿筒狀容器41a的內(nèi)表面供給混合溶液。
在液液分離提取器41中，從攪拌提取部觀輸送來的包括木質(zhì)素酚衍生物、酚、纖維素的水解產(chǎn)物和濃酸的混合溶液自供給口虹！^或虹！^流入，被貯存起來。于是，包括作為纖維素的水解產(chǎn)物的葡萄糖等單糖、低聚糖、聚合物等的濃酸溶液由于是重液，因此向下方沉淀，液液分離為在上側(cè)殘留有含有木質(zhì)素酚衍生物的輕液的酚溶液的狀態(tài)。
打開取出側(cè)切換閥41f\ 41f4中的任意一個取出側(cè)切換閥，從輕液取出口 41屯 41d4中的任意一個輕液取出口快速地提取液液分離提取器41內(nèi)的酚溶液42，收容到酚溶液回收容器44中。打開取出側(cè)切換閥41f5，從重液取出口 41d5將被分離到液液分離提取器40A內(nèi)的下層的濃酸溶液43回收到濃酸溶液回收容器45中。通過對回收到濃酸溶液回收容器45中的濃酸溶液繼續(xù)進一步進行稀釋液處理，能夠?qū)⒃摑馑崛芤恨D(zhuǎn)換成作為工業(yè)原料有用的糖類，該操作未圖示。在自供給口 41bi供給混合溶液時，液液分離提取器41的液液分離變成分批處理，從輕液取出口 41屯 41d4大概按照分子量地提取酚溶液，在自供給口 41 供給混合溶液時，能夠從輕液取出口 41屯連續(xù)提取酚溶液。
采用本實施方式，在反應部20中，利用在沿反應器主體20A的內(nèi)周面的環(huán)狀空間內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片20C，對酚吸附原料16和濃酸21A進行攪拌混合。攪拌葉片20C通過攪拌而使酚吸附原料所含有的纖維素與濃酸接觸。纖維素通過與濃酸接觸而發(fā)生溶脹。 攪拌葉片20C與反應器主體20A的內(nèi)周面的間隙q較小，因此能夠防止溶脹后粘性增加了的纖維素附著在混勻機主體的內(nèi)周面上而使厚膜增加，能夠維持高速旋轉(zhuǎn)。因此，能夠在短時間內(nèi)使纖維素溶脹。攪拌葉片20C利用強有力的攪拌力和混勻力對溶脹了的纖維素進行混捏，對溶脹了的纖維素進行局部水解，使其粘性下降。此時，同時快速地進行木質(zhì)素向木質(zhì)素酚的轉(zhuǎn)換。
并且，在攪拌提取部觀中，能夠以小型的裝置充分地確保所需的將在反應部20中被處理了的被處理液導入到提取用圓筒狀容器內(nèi)到注入提取用酚類為止的期間內(nèi)的攪拌時間和注入后的攪拌時間。在攪拌提取部觀中，在上游側(cè)進行反應部20的處理的延長的攪拌，能夠以所需的反應時間進行纖維素的水解和木質(zhì)素向木質(zhì)素酚的轉(zhuǎn)換，在下游側(cè)能夠進行加入提取用酚類33后繼續(xù)攪拌而將木質(zhì)素酚提取到提取用酚類中的處理，能夠?qū)⒌玫降陌举|(zhì)素酚衍生物、纖維素的水解產(chǎn)物、濃酸和酚類的混合溶液輸送出。
采用上述實施方式的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置1、1A 1D，能夠以充分利用了各構(gòu)成成份的分子功能的狀態(tài)高效率地將作為木質(zhì)纖維素系復合材料的植物資源分離成含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有作為纖維素的水解產(chǎn)物的葡萄糖等單糖、低聚糖、 聚合物等的濃酸溶液，并將這些溶液回收，特別是，即使植物資源各不相同，也能夠充分地利用木質(zhì)素酚衍生物的分子功能，維持能在工業(yè)用途中使用的形態(tài)地進行回收。
另外，采用上述實施方式的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置，能夠在能量消耗較少的常溫下連續(xù)且高效地從作為植物資源的木材、特別是針葉樹等、草本花、稻草等原料中提取出能夠再使用的木質(zhì)素酚等木質(zhì)素衍生物，能夠分離糖類等，此外還能回收碳水化合物。
另外，采用上述實施方式的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置，能夠提供可以進行使反應高效率進行的連續(xù)處理、在工業(yè)上能夠獲得木質(zhì)素衍生物和糖質(zhì)的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置及方法。
第六實施方式 回收部的結(jié)構(gòu) 接下來，說明第六實施方式的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置的回收部。
圖17所示的回收部4B具有如下結(jié)構(gòu)，S卩，除了具有圖1所示的回收部4以外，還設(shè)置有對木質(zhì)素層42進行加堿處理的加堿處理部60和從被加減處理部60回收了的親和層提取木質(zhì)素酚的不良溶劑(poor solvent)容器61。
在加堿處理部60中，使從液液分離提取器40提取出的木質(zhì)素層42與堿性金屬化合物接觸，分級成不溶區(qū)60A和親和層60B。不溶區(qū)60A由木質(zhì)素層所含有的硫酸等濃酸21A與堿性金屬化合物的反應而生成。在不溶區(qū)60A的一部分中也含有由木質(zhì)素層42與堿性金屬化合物的反應而產(chǎn)生的甲酚的堿金屬鹽。親和層60B是木質(zhì)素層。作為堿性金屬化合物，優(yōu)選弱堿性，例如可以采用鈉的碳酸鹽。
在不良溶劑容器61中收容有木質(zhì)素酚的不良溶劑。在加堿處理部60中分級的親和層60B的木質(zhì)素酚在不良溶劑的作用下作為沉淀物61A被回收。沉淀物61A成為木質(zhì)素酚。作為不良溶劑，可以采用二異丙醚、乙醚、正己烷等。
采用上述回收部4B，通過利用加堿處理部60對木質(zhì)素層所含有的濃酸層進行加堿處理，能夠有效地從木質(zhì)素層42中除掉濃酸層43，從而顯著提高木質(zhì)素酚的回收效率。 由此，能夠減少二異丙醚等不良溶劑的使用量。
實施例1 使用植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置IA說明從柏木粉提取木質(zhì)素酚的具體例。
在攪拌干燥釜10中放入^g的柏木粉，注入50公升的丙酮50作為溶劑14，在加熱條件下攪拌了 1個小時。除去丙酮，再次加入丙酮而進行了攪拌。進行3次該操作，獲得了脫脂木粉。在脫脂木粉中作為吸附用酚類13加入溶解有2. 5kg的ρ-甲酚的丙酮，攪拌了 1個小時。通過加熱、減壓而將丙酮蒸餾除去，獲得了酚吸附原料16。
然后，在反應部20中，以40cm3/分鐘的流量供給72%的濃酸21A，以12g/分鐘的流量供給酚吸附原料16。
將自反應部20溶出的處理液導入到第1攪拌緩沖槽22中，一邊攪拌一邊向第1攪拌提取部23的下段輸送該處理液。從第1攪拌提取部23的最上段回收處理液，向第2攪拌緩沖槽M輸送該處理液。此時，以20cm3/分鐘的流量供給木質(zhì)素酚提取用的m，p-提取用酚類33。
然后，當在第2攪拌緩沖槽M中攪拌了處理液之后，向第2攪拌提取部25的下段注入處理液，從最上段回收處理液而向振動反應器沈輸送。被振動反應器沈進行了超聲波處理的處理液經(jīng)由第3攪拌緩沖槽27輸送到液液分離提取器40中。
最后，在液液分離提取器40內(nèi)，分離出含有木質(zhì)素酚的木質(zhì)素層42和含有碳水化合物的硫酸層43。
利用上述工序，采用植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置1A，能夠從柏木粉16中連續(xù)地提取木質(zhì)素酚。
本發(fā)明并不限定于上述實施例，在不脫離權(quán)利要求所述的發(fā)明的范圍內(nèi)，能夠進行各種變形，這些變形也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，在本發(fā)明的范圍內(nèi)也包含下述事項等等，即，將圖10所示的裝置結(jié)構(gòu)中的第1攪拌提取部23、第2攪拌提取部25和液液分離提取器40分別設(shè)置為多段。
附圖標記說明 1、1A、1B、1C、1D、植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置；2、原料預處理部；3、3A、!3B、3C、 濃酸處理部；4、4A、4B、回收部；10、攪拌干燥釜；10A、釜主體；10B、輸送管；10C、存料部； 11、原料供給送料器；12、藥劑供給部；13、吸附用酚類；14、溶劑；15、原料；16、酚吸附原料； 17、藥劑回收部；18、回收藥劑(使用完的溶劑和吸附用酚類)；20、反應部；20A、反應部主體；20B、旋轉(zhuǎn)軸；20C、攪拌葉片；20D、電動機；20E、入口 ；20F、注入口 ；20G、出口 ；20H、冷卻水入口 ；201、冷卻水出口 ；20J、加壓輸送用葉片；21、濃酸供給部；21A、濃酸；22、攪拌緩沖槽；22A、入口 ；22B、出口 ；22C、液面?zhèn)鞲衅鳎?2D、溫度調(diào)節(jié)器；23、第1攪拌提取部；24、 第2攪拌緩沖槽；25、第2攪拌提取部；25A、混合容器；25B、攪拌機構(gòu)；25C、基座；25D、電動機；25E、旋轉(zhuǎn)軸；25F、旋轉(zhuǎn)葉片；25G、分隔板；25H、導入口 ；251、出口 ；25J、開閉閥；26、振動反應器J6A、筒狀部J6B、超聲波振子J6C、冷卻用配管；27、第3攪拌緩沖槽；28、攪拌提取部J8a、提取用圓筒狀容器J8b、旋轉(zhuǎn)軸J8c、電動機J8d、加壓輸送用葉片JSel ^e5、攪拌葉片J8f、被處理液的入液口 ^g4、被處理液的出液口 J8h、藥液注入口 ；28jl 沘]_4、攔截板 ^k6、液體回收口 ；30、送液泵；31、送液泵；32、送液泵； 33、提取用酚類；33A、容器；33B、開閉閥；33C、開閉閥；34、送液泵；35、送液泵；36、冷卻裝置；40、液液分離提取器；42、木質(zhì)素層；43、硫酸層；50、第1旁通線路；51、第2旁通線路； 52、第3旁通線路；53、開閉閥；54、開閉閥；55、開閉閥；56、開閉閥；57、開閉閥；60、加堿處理部；60A、不溶區(qū)；60B、親和層；61、不良溶劑容器；61A、沉淀物。
權(quán)利要求
1.一種濃酸處理部，其導入酚吸附原料，從該酚吸附原料獲得含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液，將該混合溶液輸送出，上述酚吸附原料是通過用溶劑將來自植物資源的原料脫脂后再使該原料吸附吸附用酚類而形成的， 其特征在于，該濃酸處理部包括反應部和攪拌提取部；在上述反應部中進行如下處理將上述酚吸附原料和濃酸攪拌混合，使上述酚吸附原料所含有的纖維素溶脹，使上述酚吸附原料所含有的木質(zhì)素向木質(zhì)素酚轉(zhuǎn)換，還使上述纖維素的一部分水解；上述攪拌提取部進行如下處理導入自上述反應部輸送來的被處理液，加入提取用酚類而進行攪拌，將分散在濃酸溶液中的木質(zhì)素酚溶解提取到上述提取用酚類中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濃酸處理部，其特征在于，上述攪拌提取部從提取用圓筒狀容器的一端側(cè)導入自上述反應部輸送來的被處理液， 且從多個注入口中選擇適當?shù)囊粋€注入口注入上述提取用酚類，將容器內(nèi)的被處理液攔截成多段且在各攔截位置進行攪拌，從多個出液口中選擇適當?shù)囊粋€出液口將得到的含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液輸送出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的濃酸處理部，其特征在于，上述反應部利用上述攪拌葉片的葉片前端和反應器主體的內(nèi)表面擠壓在攪拌初期形成為高粘性的塊狀的上述酚吸附原料，使該酚吸附原料細分化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濃酸處理部，其特征在于， 上述反應部包括反應器主體；旋轉(zhuǎn)軸，其設(shè)置為通過該反應器主體的中心； 電動機，其以高速驅(qū)動該旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；多個攪拌葉片，其沿放射方向設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)軸上，葉片前端呈梳齒狀且接近容器內(nèi)周面；上述酚吸附原料的導入口，其設(shè)置在上述反應器主體的一端側(cè)； 上述被處理液的出液口，其設(shè)置在上述反應器主體的另一端側(cè)， 該濃酸處理部為如下的攪拌機構(gòu)造從上述導入口將上述酚吸附原料導入到上述反應器主體內(nèi)，加入上述濃酸而進行攪拌混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濃酸處理部，其特征在于， 上述攪拌機包括上述提取用圓筒狀容器，其筒軸線方向為上下方向； 旋轉(zhuǎn)軸，其設(shè)置為通過該提取用圓筒狀容器的中心； 電動機，其驅(qū)動該旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；多個攔截板，其設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)軸上，外徑接近上述筒狀容器的內(nèi)表面，且具有供上述被處理液流通的小孔；提取用攪拌葉片，其位于該攔截板間地設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)軸上，攪拌該攔截板間的被處理液；上述被處理液的導入口，其設(shè)置于上述提取用圓筒狀容器上；多個注入口，從該多個注入口中選擇適當?shù)囊粋€注入上述提取用酚類； 多個出液口，從該多個出液口中選擇適當?shù)囊粋€輸送出上述混合溶液， 設(shè)置多個該攪拌機，以能進行一段處理或多段處理，該一個攪拌機或該多個攪拌機中的最下游側(cè)的攪拌機構(gòu)成為攪拌上述被處理液和上述提取用酚類的上述攪拌提取部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濃酸處理部，其特征在于，上述攪拌提取部還具有與上述被處理液的導入口相對應地設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)軸上的加壓輸送用葉片，驅(qū)動該加壓輸送用葉片旋轉(zhuǎn)來攪拌從上述被處理液的導入口導入的被處理液，并且向上述出液口的方向加壓輸送該被處理液。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的濃酸處理部，其特征在于，該濃酸處理部具有緩沖部，該緩沖部連接權(quán)利要求5所述的一個攪拌機或多個攪拌機中的最上游側(cè)的攪拌機和上述反應部，該緩沖部攪拌在上述反應部中被處理了的被處理液，進行上述纖維素的水解和木質(zhì)素向木質(zhì)素酚的轉(zhuǎn)換。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濃酸處理部，其特征在于，該濃酸處理部包括振動反應器，該振動反應器將從權(quán)利要求5所述的一個攪拌機或多個攪拌機中的最下游側(cè)的攪拌機輸送來的處理液貯存起來，使該處理液振動而促進反應。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的濃酸處理部，其特征在于，該濃酸處理部具有緩沖部，該緩沖部將從上述振動反應器輸送來的含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液保持為規(guī)定溫度而貯存、攪拌該溶液，進行提取反應。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濃酸處理部，其特征在于， 上述攪拌提取部利用攪拌機構(gòu)成，該攪拌機包括上述提取用圓筒狀容器，其筒軸線方向為水平方向； 旋轉(zhuǎn)軸，其設(shè)置為通過該提取用圓筒狀容器的中心； 電動機，其驅(qū)動該旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；多個攔截板，其是沿筒軸線方向排列地設(shè)置在上述提取用圓筒狀容器內(nèi)壁上的圓環(huán)板；提取用攪拌葉片，其位于各攔截板間地設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)軸上，攪拌各攔截板間的被處理液；上述被處理液導入口，其設(shè)置在上述提取用圓筒狀容器的一端； 上述提取用酚注入口，其設(shè)置在上述提取用圓筒狀容器的中途； 多個出液口，其以不同的高度設(shè)置在上述提取用圓筒狀容器的另一端，用于輸送上述混合溶液。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的濃酸處理部，其特征在于，在上述提取用圓筒狀容器的下表面部的各攔截板間的位置具有為了回收殘液或注入酚而適當使用的液體出入口。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的濃酸處理部，其特征在于，上述攪拌提取部還具有與上述被處理液的導入口相對應地設(shè)置在上述旋轉(zhuǎn)軸上的加壓輸送用葉片，驅(qū)動該加壓輸送用葉片旋轉(zhuǎn)來攪拌從上述被處理液的導入口導入的被處理液，并且向上述出液口的方向加壓輸送該被處理液。
13.一種植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置，其包括原料預處理部，其通過用溶劑將來自植物資源的原料脫脂再使該原料吸附吸附用酚類而將該原料形成為酚吸附原料；濃酸處理部，其為權(quán)利要求1 12中任意一項所述的濃酸處理部。
14.一種植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置，其包括原料預處理部，其通過用溶劑將來自植物資源的原料脫脂再使該原料吸附吸附用酚類而將該原料形成為酚吸附原料；濃酸處理部，其為權(quán)利要求1 12中任意一項所述的濃酸處理部；回收部，其利用酚溶液與濃酸溶液的比重差，將在濃酸處理工序中精制而成的含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液液液分離成含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液，并將這些溶液分別回收到各自的容器中。
15.一種濃酸處理方法，其導入酚吸附原料，從該酚吸附原料獲得含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液，并將該混合溶液輸送出，上述酚吸附原料是通過用溶劑將來自植物資源的原料脫脂再使該原料吸附吸附用酚類而形成的，該濃酸處理方法的特征在于，包括反應部和攪拌提取部；上述反應部的反應器主體具有被旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片，該攪拌葉片的葉片前端接近上述反應器主體的內(nèi)表面，將上述酚吸附原料導入到該反應器主體中，加入濃酸而進行攪拌混合，利用上述攪拌葉片的葉片前端和反應器主體的內(nèi)表面擠壓在攪拌初期形成為高粘性的塊狀的上述酚吸附原料，使其細分化，并且使上述酚吸附原料所含有的纖維素溶脹，進行上述酚吸附原料所含有的木質(zhì)素向木質(zhì)素酚的轉(zhuǎn)換，還進行使上述纖維素的一部分水解的處理；上述攪拌提取部進行如下處理導入從上述反應部輸送來的被處理液，加入提取用酚類而進行攪拌，將分散在濃酸溶液中的木質(zhì)素酚溶解提取到上述提取用酚類中。
16.一種植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，該方法包括原料預處理工序、濃酸處理工序和回收工序；在原料預處理工序中，將植物資源收容到原料預處理部中，加入溶劑而進行攪拌，使植物資源脫脂而形成為脫脂原料，在該脫脂原料中加入酚類而進行攪拌，形成為酚吸附原料；在濃酸處理工序中，包括反應部和攪拌提取部，上述反應部的反應器主體具有被旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片，該攪拌葉片的葉片前端接近上述反應器主體的內(nèi)表面，將上述酚吸附原料導入到該反應器主體中，加入濃酸而進行攪拌混合，利用上述攪拌葉片的葉片前端壓碎在攪拌初期形成為高粘性的塊狀且附著在上述反應器主體的內(nèi)表面上的上述酚吸附原料，從而使上述酚吸附原料所含有的纖維素溶脹，進行上述酚吸附原料所含有的木質(zhì)素向木質(zhì)素酚的轉(zhuǎn)換，還進行使上述纖維素的一部分水解的處理，上述攪拌提取部進行如下處理導入從上述反應部輸送來的被處理液，加入提取用酚類而進行攪拌，將分散在濃酸溶液中的木質(zhì)素酚溶解提取到上述提取用酚類中；在回收工序中，利用酚溶液與濃酸溶液的比重差將在濃酸處理工序中精制而成的含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液液液分離成含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液，并將這些溶液分別回收到各自的容器中。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠利用植物資源高效率地連續(xù)制造木質(zhì)素衍生物和水解了的糖質(zhì)的植物資源相分離系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置、轉(zhuǎn)換方法、濃酸處理部和濃酸處理方法。濃酸處理部(3)具備反應部(20)和攪拌提取部(25)，導入通過利用溶劑(14)將來自植物資源的原料(15)脫脂并吸附吸附用酚類(13)而形成的酚吸附原料(16)，將得到的含有木質(zhì)素酚衍生物的酚溶液和含有纖維素的水解產(chǎn)物的濃酸溶液的混合溶液輸送出。反應部(20)將酚吸附原料(16)和濃酸(21A)攪拌混合，使纖維素溶脹，進行木質(zhì)素向木質(zhì)素酚的轉(zhuǎn)換，使纖維素的一部分水解。攪拌提取部(25)導入自反應部(20)輸送來的被處理液，加入提取用酚類(33)而進行攪拌，將分散在濃酸溶液中的木質(zhì)素酚提取到提取用酚類中。
文檔編號C13K1/02GK102186871SQ200980141569
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者舩岡正光, 三龜啟吾, 野田秀夫 申請人:獨立行政法人科學技術(shù)振興機構(gòu), 關(guān)西化學機械制作株式會社