СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КАТИОННОГО КУКУРУЗНОГО КРАХМАЛА
METHOD OF PRODUCING CATIONIC CORN STARCH

Изобретение относится к способу производства катионного кукурузного крахмала и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности, в которой применяется катионный крахмал.
Известен способ производства катионного крахмала [US, 4464528, 07.08.1984], включающий смешивание растворов (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида и гидроксида натрия, выдерживание полученной смеси для образования (2,3-эпоксипропил)триметиламмония хлорида, с последующим внесением в нее кукурузного крахмала и сульфата натрия, термостатирование реакционной смеси при температуре 50°С в течение 10 минут, с последующим внесением в смесь оксида кальция в виде водной суспензии, и выдерживание полученной крахмальной суспензии в течение 8 часов при 50°С. После выдержки крахмальная суспензия нейтрализуется раствором соляной кислоты, фильтруется, промывается водой и сушится до готового продукта.
Недостатки данного способа:
1) высокий суммарный расход оснований: гидроксида натрия и гидроксида кальция, что вызывает повышенную клейстеризацию крахмала под воздействием щелочи и экономические потери, определяемые высоким расходом кислоты на последующую нейтрализацию;
2) избыточное присутствие гидроксида натрия при предварительном смешивании (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида с гидроксидом натрия (на 1 моль (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида приходится 1,3 моль гидроксида натрия) неизбежно повышает вероятность гидролиза (2,3-эпоксипропил)триметиламмония хлорида с образованием из него инертного по отношению к крахмалу в водной среде (2,3-дигидроксипропил)триметиламмония хлорида;
3) внесение в суспензию в качестве антиклейстеризатора сульфата натрия в присутствии гидроксида кальция приводит к образованию нерастворимого в воде сульфата кальция, который не отмывается водой и загрязняет готовый продукт.
Наиболее близким к заявляемому патенту, принятым за прототип, является способ получения катионного крахмала [EP, 0542236, 19.05.1993], включающий введение в нагретую до 44,6°С суспензию кукурузного крахмала предварительно приготовленной в процессе подачи смеси (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида и гидроксида натрия, выдерживание реакционной смеси в течение 20 часов при 43,5°С, нейтрализацию, фильтрование, промывку и сушку готового продукта.
Недостатки способа:
1) низкая степень использования (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида в реакции алкилирования крахмала - не более 70%;
2) повышенное содержание гидроксида натрия при предварительном смешивании (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида и гидроксида натрия (на 1 моль (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида приходится 1,7 моль гидроксида натрия) повышает вероятность гидролиза (2,3-эпоксипропил)триметиламмония хлорида с образованием из него инертного по отношению к крахмалу в водной среде (2,3-дигидроксипропил) триметиламмония хлорида;
3) длительный по времени процесс алкилирования крахмала (20 часов) увеличивает экономические расходы на производство катионного крахмала.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении расхода реагента и времени осуществления способа производства катионного кукурузного крахмала, в повышении технологичности при производстве катионного кукурузного крахмала.
Это достигается тем, что в способе производства катионного кукурузного крахмала, включающем приготовление суспензии кукурузного крахмала, приготовление смеси растворов (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида и гидроксида натрия, внесение ее в крахмальную суспензию, выдерживание реакционной смеси при перемешивании и нагревании, нейтрализацию, фильтрование, отмывку и сушку готового продукта, в отличие от прототипа растворы (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида и гидроксида натрия смешивают в мольном соотношении 1:1, потом выдерживают данную смесь в течение 5 минут при 20-25°С и вносят ее в крахмальную суспензию, далее в реакционную смесь добавляют дополнительно гидроксид натрия в количестве 70% от ранее внесенного, и водную реакционную смесь крахмала, (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида и гидроксида натрия перемешивают при температуре 50°С в течение 8 часов.
Предварительное выдерживание смеси (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида и гидроксида натрия в соотношении 1:1 в течение 5 минут обеспечивает полный гидролиз (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида с образованием (2,3-эпоксипропил)триметиламмония хлорида, но в отличие от прототипа минимизирует его разрушение с образованием инертного по отношению к крахмалу в водной среде (2,3-дигидроксипропил)триметиламмония хлорида, что наблюдается при избыточном содержании щелочи. Образующийся при этой операции хлорид натрия играет роль антиклейстеризатора, устраняющего возможность клейстеризации крахмала при последующем внесении избытка гидроксида натрия в суспензию крахмала. Более высокая температура выдерживания в данном случае допускается по той причине, что кукурузный крахмал имеет более высокую температуру клейстеризации по сравнению с другими крахмалами, что в свою очередь позволяет сократить длительность процесса.
Способ осуществляется следующим образом.
В реакторе готовят 40%-ную суспензию кукурузного крахмала. В отдельной емкости смешивают растворы (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида и гидроксида натрия в мольном соотношении 1:1 (на 1 кг сухого (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида приходится не более 0,22 кг гидроксида натрия). Смесь растворов (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида и гидроксида натрия выдерживают при перемешивании в течение 5 минут при 20-25°С и затем переносят в реактор с суспензией кукурузного крахмала. После тщательного перемешивания в реактор подают избыток гидроксида натрия в количестве 70% от ранее внесенного (не более 0,16 кг на 1 кг сухого (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида). Реакционную смесь выдерживают при постоянном перемешивании при температуре 50°С, нейтрализуют раствором соляной кислоты, готовый продукт отмывают и сушат.
Пример осуществления известного способа производства катионного крахмала
В лабораторном реакторе готовили 40%-ную суспензию кукурузного крахмала, содержавшую 1000 г сухого кукурузного крахмала. Суспензию нагревали при перемешивании до температуры 44,6°С. Затем в смеситель одновременно подавали 92 мл 65%-ного раствора (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида и 94 мл 20%-ного раствора гидроксида натрия с таким расчетом, чтобы последующее введение в суспензию образующегося на этом этапе (2,3-эпоксипропил)триметиламмония хлорида происходило спустя 4-7 секунд после образования. Смесь выдерживали при перемешивании в течение 20 часов при температуре 43,5°С в термостате, после чего в суспензию подавали 10%-ный раствор соляной кислоты до pH 8. Затем крахмал подавали на фильтрацию, промывку и сушку до заданного содержания влаги. Содержание связанного азота - 0,33%. Значение степени использования (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида в реакции алкилирования крахмала - 64%.
Пример осуществления заявляемого способа производства катионного кукурузного крахмала
В лабораторном реакторе готовили 40%-ную суспензию кукурузного крахмала, содержавшую 1000 г сухого кукурузного крахмала. Отдельно смешивали 92 мл 65%-ного раствора (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида и 61 мл 20%-ного раствора гидроксида натрия и выдерживали данную смеси в течение 5 минут при постоянном перемешивании при 20°С. Затем полученный раствор переносили в лабораторный реактор с суспензией крахмала, куда затем вносили 5%-ный раствор гидроксида натрия, содержавший 10,4 г гидроксида натрия. Смесь выдерживали при перемешивании в течение 8 часов при температуре 50°С в термостате, после чего в суспензию подавали 10%-ный раствор соляной кислоты до pH 8. Затем крахмал подавали на фильтрацию, промывку и сушку до заданного содержания влаги. Содержание связанного азота - 0,45%. Значение степени использования (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида в реакции алкилирования крахмала - 85%.
Технический результат изобретения заключается в снижении на 25% расхода (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмония хлорида при производстве катионного кукурузного крахмала за счет повышения степени его использования в результате минимизации гидролиза (2,3-эпоксипропил)триметиламмония хлорида с образованием инертного в водной фазе (2,3-дигидроксипропил)триметиламмония, в повышении технологичности производства катионного кукурузного крахмала за счет устранения возможности клейстеризации крахмала при внесении избытка щелочи, в сокращении с 20 до 8 часов продолжительности процесса получения катионного крахмала за счет использования кукурузного крахмала, обладающего наибольшей температурой клейстеризации.