SU574164A3 - Способ получени целлюлозы - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Изобретение относитс  к: целлюлозно-бумажно промышленности, в частности к способу получени  целлюлозы.

Известно, rio к качеству целлюлозы предъ вл ютс  определенные требовани , в частности неболь«юе содержание лигнина, невысока  степень деструкции , высокий выход и хороша  белизна.

Известен р д способов, позвол ющих получать целлюлозу определенного качества. Так, известен натронный способ получени  целлюлозы, но из-за неудовлетворительного выхода и качества получаемой целлюлозной массы ои не находит широкого распространени  1.

Разновидностью щелочного метода варки  вл етс  сульфатный способ получени  целлюлозы (крафт-процесс). Этот способ основан на использовании щелочи и сульфида натри  с добавлением шелочи и сульфида натри  с добавлением сульфата натри  (дл  сокращени  потерь щелОчи) (2.

Однако дл  обеспечени  рентабельности производства и его удешевлени  в зтом процессе должна предусматриватьс  регенераци  черных щелоков и улавливание образующихс  газов сероводорода, двуокиси серы дл  предотвращени  загр знени  окружающей среды.

В этой вв зи разрешение этих проблем привело к созданию р да усовершенствованных способов сульфатной варки растительных материалов.

Так, в одном случае вместо сульфида натри  в сульфатном методе варки ;древесных материалов используют кислород под давлением (не менее 56 атм) {3, 410 усложн ет процесс.

Дальнейшее усовершенствование этого процесса заключаетс  в том, Ч1о загружают все необходимое количество щелочи и сначала ведут варку при рН 7-9 (период от 1 дО 10 час) и темпфатуре 130-150°С, а затем заканчивают при рН 9,4 при давлении кислорода 2,8-17,6 атм, причем величина рН поддерживаетс  в требуемых пределах путем добавлени  щелочи или карбоната натри .

В этом способе выход хорошего качества целлюлозы недостаточен (5,1-61,5%) 4.

В определенном варочном процессе имеет значение , в какой период варки древесины добавл ют щелочь ив каком количестве- 5.

Так, в сульфитном методе варки древесных материалов добавление щелочи в количестве меньше расчетного позвол ет предотвратить потемнени  целлюлозы (за счет исключени  конденсации лигнина ), а также снизить ее деструкцию, ибо за счет

невысокой концетрации щелочи тормозитс  окислительное действие кислорода, т.г. окислительна  цесгрукщш целлюлозы.

Однако снижение величины рН менее О в течение длительного периода варки уменьшает степень белизны целлюлозы и поэтому в начальном периоде рН среды (варочной жидкости) должно быть не ниже 8.

Общее количество щелочи определ етс  типом исходного сырь  и получаемой целлюлозы, а также методом варки, и , как правило, составл ет 1-10кг моль 1000кг сухой древесшш. Но необходимость проведени  разработок по уточнению условий варки в каждом конкретном методе варки не исключена.

С целью повышени  степени белизны целевой целлюлозы в предлагаемом способе процесс ведут при подаче щелочи в начале процесса в количестве 5-15% от общего количества, требуемого дл  вар ки, с последующим непрерьшным введением оставшегос  количества дл  поддержани  рН 9,5-13.

Кроме того, процесс целесообразно вести в присутствии соединений магни  (расчет ведут на процент МдО, исход  из веса сухой древесины) преимущественно в количестве 0,05-0,5%.

Различнью соединени  (комплексные соли различных кислот, гидроокись, окись или их смеси) обеспечивают как ускорение процесса варки , так и предотвращают деструкцию целлюлозы и тем самым повыщаюг качество целевого продукта. Далее дл  обеспечени  однородности целлюлозной пульпы исходную щелочь берут в количестве 1-5 кг на 1ШО кг сухой древесины, а дл  поддержани  определен юго рН раствора варочной жидкости используют карбонатный или бикарбонатный буферный раствор. В качестве последнего может быть использован отработанный щелок после кислородно-щелочной стадии отбеливани  небеленой целлюлозы.

Количество буферного вещества - бикарбоната щелочного металла, составл ет 1-5 кг моль на 100 кг сухой древесины, причем использование большого количества буферного вещества нежелательно вследствие возможного образовани  воврем  варки углекислого газа, который разбавл ет кислород и создает дополнительную нагрузку на систему регенерации, и избежани  осаждени  его внутри древесины.

Дл  осуществлени  процесса получени  целлюлозы хорошего качества следует в начале варки загружать щелочь не более 20% от расчетного количества .

При применении смеси гидроокиси и карбоната щелочного металла в начальной стадии варки древесины загружают только карбонат натри , а остальное количество щелочи добавл ют в ходе процесса варки.

Исходный кислород должен быть хорошо дисперги15ован в варочной жидкости, причем в данном

процессе может быть нсгю; ьзован 1акже К11сло|юдoco icpжaщiш газ, например воздух.

Кроме того, следует отметить, irro дл  хороинго ко}ггакта кислорода с древесным материа;юм

последний нужно пропитать варочной /кидкостью, например, в вакууме или при атмосферном или пов ышенном давлении.

Исходную древесную щепу можно также перед варкой обработать вод ным паром.

Процесс пропитки ведут при 20-120° С, преиw:yi4 C;bc;-fflo 90-120 С, а сам процесс варки - при 60-175° С, npi-HCM в начальной стадии варки тек/шерагуру пс.цдерживают на уровне 60-90°С, а ее KCb. до ilO-140°C и;ш до 75°С.

Применение низких темпераг -р варки хоти и едет к заме-длению процесса (по.чучение  олудек юлозы), но в этом сл5/чае можно использов-.гс невысокое давление кислорода и прост ю аппарату у, и наоборот.

При осуществленш процесса варки прь 110-150° С парциальное давление кислорода д.о.1::..но быть 3-12 атм.

Нар ду с этим можно отметить, что добав :.;;.1.& варочную жидкость поверхностноаки-шьых веществ способствует уменьпюнию содержаща  а.ол И равномерной делигнификации.

В данном процессе Г)т быть использова};ы любые виды твердой древесины: буковаЯ; д бона ; березова , тополева , а также м гкие виды -

елова , соснова , кедрова  причем usrie-xiofeaiHC вести размол до щепь; размером 0,2-3 , хота может быть использована как древесна  ;-Г), так и сучки и гранулированна , ко1мкованна  древесина . По ркончашш процесса варки волоккис;ую

массу подвергагстг мехаж-;чеа;::й о6ра6ог-;.й :

ВетСТВИИ с ТребозаНИЯМЕ, С;го&Де1Г-г О;Х1Мл1 1 Ji:::вого целлюлозксго Ы1атерй-;„г а,

Получаема  волокниста  цел:пю озна  массй обладает такой степенью бе,шзкы, котора  предт  вл етс  к сортам тонкой бумаги, тонкого картона и печатной бумаги дл  журналов.

В случае, если требуетс  .туала  степень белизны , то волокниста  масса может бь1ть дополшпельно отбелена, например, двуокисью хлора. ПримерЬБ опыте использована березова 

щепа толщиной около 1 при содержании 21,1% лигнина.

Исходную щепу обрабатьшают водным раствором щелочи в следующих услови х: Парциальное давление

кислорода, атм8

Начальна  температура, ° С80

Первона1 альна  величина рН13,4

Врем  повышени  тe mepaтypы от 80 до 120° С, мин45

Модуль пропитки Отношение древесина/:жидкость, кг/лj :4

щелочи, кг- моль/1000 кг 5 рН через 45 мин11,5

Продолжительность Bai)KH

при 120°С после удалени 

жидкости, лшн360

Обща  продолжительность варки,

мин405

рН через 405 мин10,8

Варку производ т в автоклаве, вращающемс  в. нафетой гликолевой бане. По окончании варки сваренную щепу промьшают и получают выход целлюлозы 63,4%, причем остаток сваренной щепы имеет темно-коричневый цвет н содержание лигнина в нем после варки 20,1%.

В процессе варки щелочь можно добавд ть в четыре приеми, причем в первый прием вводить 1,25 кг. моль NaOH на 1000 кг сухой древесины, а на каждой из следующих трех стадий добавл ть Os75 кг- моль NaOH. В остальном услови  варки те ЖЕ. Продолжительность варки на каждой стадии 240 мин. Получеьшую волокнистую массу необходимо промьшать водой между каждой стадией. После пропитки древесины варочной жидкостью начальный рН 13 и в течение варки при 120°С снижаетс  до 10 в жидкости (первично удаленный щелок). Щелок, удаленный на последних стади х, имеет рН от 10 до 11. .

Содержание лигнина в целлюлозе после варки составл ет 1,5%; выход целлюлозы 51,5%; степень белизны 75% SCAN (канадский стандарт).

Древесину можно варить без добавлени  кисло рода. После варки остаток сваренной щепы содержзп- 22,1% лигнина, он имеет темно-коричневый цвет. Выход целлюлозы 71%.

Дш достижени  желаемой степени-делигнификации гфи рН 9-13 необходимо варку проводить при давлении кислорода количество щелочи добавл ть не все сразз, а в несколько приемов.

П р и м е р 2. Буковую щепу обрабатьшают по примеру 1, но с добавлением комплексного соединени  магни , приготовленного из сульфата магни  и этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТУК). Комплекс магни  добавл ют перед нагреванием. Количество магни  (в лфесчете на МдО) соответствует 0,1% от веса сухой древесины, а количество ЭДТУК 0,5% от веса сухой древесины. В этом рН во врем  кислородной варки на 0,5 выще, чем в примере 1. Содержание лигнина в целлюлозной массе 2%, выход целлюлозы составл ет 57,5%.

Полученные результаты показывают, что при добавлении комплексного соединени  магни  выход значительно повышаетс .

Примерз. Варку провод т с применением карбоната натри  вместо щелочи, используют березовую щепу, содержащую 20,9% лигнина.

При пpeдвdpитeльнoй обработке используют отработанный щелок.

Температура пропитки8CfC

Варка:

Парциальное давление кислорода8 атм

Первоначальна  температ ра80° С

Первоначальный рН11

Врел1Я иовышелл  veNcrepai pw or 80 до 20° С

J 5 мим

Модуль нронитки-отношение древесина/жидкость, кг/л

1:4 5рН через 45 мин 9,9

Вначале добав;шк  Naj СОз в количестве 2,5 кг/моль на 1000 кг сухой древесины

При 120°С обработанный щелок удал ют до достижени  отношени  древесина/жидкость1:2

Врем  при 120° С после удалени  жидкости90 мнн

рН через 135 мин9,5

6 Затем добавл ют раствор Naj СОз

до увеличени  отнощени  древесина/жидкость, 1:4

Вторично загружают Naj СОз в количестве 1,25 кг моль на 01000 кг сухой древесины

Через 45 мин жидкость удал ют при 120° С до достижени  отношени  древесина/жидкость1:2

Врем  при 120°С nocjK удалени 

5жидкости180 мин

рН через 360 мин9,7

Добавление раствора Naj СОз производ т аце два раза, примен   0,75 кг моль на 1000 кг древесины, каждый раз с последующим нагреванием в течение 45 мин120 С

рН через 540 мин9,9

Древесину пропшгьшают перед варкой варочной жидкостью. Варку производ т во вращающемс  5 автоклаве. После каждой стадии варки волокнис , тую массу пpo ьшaют водой.

После пропитки древесины варочной жидкостью при достигнута величина рН 11,0. В течение больщей части периода кислороднем варки рН составл ет 9,5-10.

Содержание лигнина в целлюлозе 3%, а выход целлюлозы 56,4%, степень белизны ее 64SCAN.

Эти результаты показьшают, что при применении карбоната натри  достигаетс  больща  степень делигнификации.

Проведение процесса варки, но без промывани  древесины между отдельными стади ми, обеспечивает получение аналогичных результатов.

Claims (5)

1. Формула изобретени 

   Способ получени  целлюлозы делигнификацией исходного целлюлозосодержащего сырь  путем его

   обработки кислородом в щелочной среде при повышенной температуре и давлении в присутствии соединений магни , отличающийс  тем, что, с целью увеличени  белизны це тевого продукта, процесс ведут при подаче щелочи в начале процесса в

   количестве 5-75% от общего количества, требуемо tffr:- .;. 7Avf j -.-. ..-f --.f. .- f-//Ж /A , . ff /- / / // rd дда варкиу4 |10слеДу1 1Шм е1{рерьшньзм введе tf Ьс1авд1ег9с  количе Гвадл  поддержани  рН 9,5-13. . /, , ИЬточники информации, прин тые во внимание при экспертизе: 1. Непенин Ю. Н. Технологи  целлюлозы, Т. 2, 1963 г, стр. 47-60.
2. 2. Непенин Ю.Н. Технологи  целлюлозьх. Т. 2, 1963 г., стр. 60-68.
3. 3.Штент США № 2673148, кл 162-16, 1954ч
4. 4.Патент США №2926114, кл. 162-16, 1960.
5. 5.Ingruber О. V. AllardG.A. Hot рН control in sulfite pulping of spryce., Pulp and Paper.. 1967 r.,41,№ 10, стр. 41-51 (РЖХ, 1967 r, 16 С 295).