Способ получения термомеханической древесной массы

Способ получения термомеханической древесной массы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (<)) 3 ОО2435 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.12.81 (21) 3375323/29-12 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 070383. Бюллетень ¹ 9

Дата опубликования описания 070383 М К з

D 21 С 9/10

D 1/16

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 676 ° 1 ° .023.1(088.8) (72) Авторы изобретения

А.A.Çóéêoâ, E.Н.Осминин, В.В.Горошников и А

Центральный научно-исследовательский институт бумаги (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ

ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ

Изобретение относится к области целлюлоз но-бумажной промышленности, в частности к производству древесной массы из щепы, и может найти применение при изготовлении бумаги и картона с использованием древесной массы.

Известен способ получения древесной массы, согласно которому промытую древесную щепу подвергают предварительному нагреванию и через шнеиовый питатель и роторный клапан загружают в дисковый рафинер, работающий под давлением 1 ) .

Термомасса выдувается в циклон и может поступать во второй рафинер под давлением или рафинер, работающий при атмосферном давлении. Термомеханическую массу выдерживают в бассейне перед сортировками при концентрации 3,5Ъ в течение 1 ч и после сортирования направляют в систему центробежных очистителей.

Отбелку термомеханической массы осуществляют гидросульфитом натрия в башне или массном бассейне при концентрации 3-6Ъ, температуре 4070 С и рН 4,5-4,7.

Существенными недостатками отбелки древесной массы гидросульфи=ом натрия в башне или массном бассейне является то, что не представляется возможным проведение процесса отбел5 ки при высокой концентрации и температуре выше 100 С.

Ближайшим к предлагаемому способу является способ получения термомеханической древесной массы, включающий

10 пропарку лигноцеллюлозного материала при повышенной емпературе и давлении, размол его в две ступени и обработку восстановителем, которую осуществляют в процессе второй ступени размола 1"3.

Сущность данного способа состоит в том, что щепу подвергают промывке, после чего проводят ее пропарку в течение 2,5 мин под давлением в 1,7 ати.

Пропаренную щепу подают на рафинер первой ступени размола, работающий под давлением, а размол волокнистой массы на второй ступени осуществляют в присутствии раствора гидросульфита натрия. При этом белизна термомеханической массы составляет 65-66%.

Так как размол волокнистой массы при термомеханическом способе ее получения проводят при. высокой концентрации — на первой ступени 35-.40%, а на второй 25-30%, и высокой температу1002435 ре 125- 140 С, образующийся на рафинерах пар вытесняет воздух„ и отбелку восстановителем можно проводить при высокой концентрации и температуре.

Повышение температуры оказывает значительное влияние не только на эффективность отбелки, но и на скорость реакции гидросульфита с массой.

Повышение температуры существенно сокращает. время достиже .ия максимальной белизны. Кроме того, вследствие увеличения скорости реакции гидросульфита с древесной массой влияние кислорода воздуха на процесс уменьшается и эффективность отбелки повышается. 35

Характерной особенностью отбелки древесной массы, особенно восстановительной, является то, что она не связана с процессом делигнификации древесины, а значит, и с уменьше- 20 нием выхода целевого продукта, как, например, это наблюдается при отбел-. ке целлюлозы. Белизна древесной массы достигается за счет устранения окрашивающих хромоформных групп лиг- 25 нина и других не углеводных компонентов древесины, Обесцвечивание лигнина и других компонентов достигается модификацией хромоформных групп перегруппировкой атомов в тех частях молекул, которые более досту ны отбеливающему реагенту, т.е. процесс отбелки идет в основном на внешней поверхности волокон древесной массы. Этим явлением и обусловливается невысокий расход отбеливающего реагента и невысокая стабильно белизны древесной массы.

При размоле древесной массы в дисковой мельнице волокна подвержены 4О кратковременному, но интенсивному термохимикомеханическому воздействию. В этих условиях структура волокон раскрывается, обнаруживая большее количество активных ре.":кционных центров как с внешней стс,:;:ь, волокна, так и внутри него.

В связи с этим при введении отбеливающего реагента в зону размола он взаимодействует не только с хромоформными группами с внешней стороны волокна, но и с теми, которые имеются внутри него. Это явление и обуславливает повЫшенный расход отбеливающего реагента при отбелке древесной массы в процессе ее размола по сравнению с отбелкой в башне или массном бассейне. Поэтому основным недостатком. известного способа является повышенный расход отбеливающега 60 химиката. Однако введение отбеливающега реагента в зону размола имеет и существенное преимущество - достигается более высокая стабильность белизны древесной массы. 65 другим недостатком известного способа является то, что при введении большого количества раствора отбеливающего реагента в зону размола концентрация массы уменьшается", что приводит к снижению механических свойств целевого продукта.

Целью изобретения является повышение физикомеханических свойств целевого продукта и сокращение,расхода химикатов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения термомеханической древесной массы, включающем пропарку лигноцеплюлозного материала при повышенной температуре и давлении,размол его в две ступени и обработку восстановйтелем, которую осуществляют в процессе второй ступени размола, обработку восстановителем ведут при расходе его 10-50% от общего расхода восстановнтеля, а после размола осуществляют дополнительную отбелку оставшимся количеством восстановителя.

В качестве восстановителя используют гидросульфит натрия или ронгалит.

Дополнительную обработку проводят при температуре 70-95ОС и рН массы 4,0-6, О, В качестве лигноцеллюлозного материала используют еловую или осиновую древесину. Основную древесину перед пропаркой обрабатывают щелочным химическим реагентом, поскольку имеется большая разница в морфологическом строении хвойной и лиственной древесины. В термомеханической массе из хвойной древесины мелкая фракция содержит много фибриллированных фрагмен-.îâ, которые придают бумаге прочность. Иелкая фракция термомеханической массы из лиственной древесины состоит из коротких волокон либриформа, измельченных сосудов, кусков срединной пластины и лучевых клеток. Эти фрагменты не способны фибриллироваться в условиях термомеханического способа, поэтому их наличие не способствует повышению прочности листа бумаги. Следовательно, термомеханический способ не позволяет перерабатывать на древесную массу лиственные породы. Однако обработка лиственной древесины щелочным растворам, содержащим, например, едкий натр, способствует набуханию древесины и ее пластификации, что обеспечивает разделение древесины на отдельные волокна, способные фибриллироваться в условиях термомеханического способа.

Предложенный способ получения термомеханической древесной массы осуществляют следующим образом.

Промытую щепу подают в пропарочную камеру непрерывного действия, в

1002435 которой производят обработку ее насыщенным паром при температуре 110135 С в течение 1-4 мин. В процессе пропарки в камеру подают раствор сульфита натрия в количестве, обеспечивающем нейтрализацию образующихся при пропарке древесины кислых продуктов. После пропарки щепа поступает на первую ступень размола. Размол осуществляют при концентрации массы 35-45%. После этого волокнистую10 массу подают в циклон для отделения от нее пара и затем она поступает на вторую ступень размола. Размол проводят при концентрации 25-35%.

Одновременно в зону размола мельни- 15 цы второй ступени подают раствор гидросульфита натрия или ронгалита в количестве от 10 до 50% от общего его расхода.

Общий расход восстановителя сос- g0 тавляет 0,8-1,1% от веса абсолютно сухой щепы. Масса после второй ступени размола попадает в смеситель, где происходит смещение ее с остальной частью (50-90%) раствора гидро- 25 сульфита или ронгалита. После этого массу подают в башню или массный бассейн, где осуществляют ее дополнительную отбелку при температуре

70-95О С и рН 4,0-б,0.

В случае использования в качестве лигноцеллюлозного материала осиновой древесины ее после промывки

Ьбрабатывают щелочным химическим реагентом при повышенной температуре с последующим отделением отработанноного химиката.

Термомеханическую массу характеризуют по степени помола. Из массы изготовляют стандартные отливки 40 и определяют физико-механические показатели.

Пример 1. Щепу из еловой древесины подают в пропарочную камеру полунепрерывного действия, где ее обрабатывают насыщенным паром при температуре 125О С в течение 3 мин.

Для нейтрализации кислых продуктов гидролиэа древесины в камеру вводят суль ит натрия в количестве 5 кг на 50 тонну абсолютно сухой щепы. Пропаренную щепу размалывают на дисковом рафинере первой ступени при концентрации 40%. Затем волокнистую массу подают,на вторую ступень размола с одновременной подачей раствора гидросульфита натрия в зону размола.

Расход гидросульфита натрия составляет 0,3% от веса абсолютно сухой щепы или же 30% от общего количества гидросульфита, задаваемого на отбелку60

Концентрация массы на второй ступени размола 30%. Частично отбеленную волокнистую массу смешивают с раствором гидросульфита натрия, устанавливая концентрацию массы 3,0%. Расход гид- 65 росульфита О, 7% от веса абсолютно сухой щепы или же 70% от общего его расхода. Дополнительную отбелку проD водят при температуре 70- С и рН 6,0 в течение 30 мин. . Массу анализируют по степени помола. Изготовляют отливки массой

75 г/м и определяют физико-механические свойства. Данные опыта привейены в таблице.

Пример 2. Условия обработки исходной щепы и последовательность операций те же, что и в примере 1.

Отличия состоят в следующем. Еловую щепу пропаривают при температуре

135 С в течение 1 мин. Размол на второй ступени ведут при концентрации 25% и при расходе гидросульфита

50% от общего количества, составляющего 1,0% от веса абсолютно сухой щепы. Дополнительную отбелку проводят при температуре 75 С и рН 5, 5 в течение 15 мин.

Данные опыта приведены в таблице.

Пример 3. Условия обработки исходной щепы и последовательность операций те же, что и в примере.1.

Отличия состоят в следующем. Еловую щепу пропаривают при температуре

110 С в течение 4 мин. Размол на второй ступени ведут при концентрации

35% с подачей 10% гидросульфита от общего количества, составляюМЬго 1,1% от веса абсолютно сухой щепы, Дополнительную отбелку проводят при температуре 70 С и рН 5,3 в течение

30 мин. Данные опыта приведены в таблице.

Пример 4. Условия обработки исходной щепы и последовательность операций те же, что и в примере 1.

Отличия состоят в следующем. В качестве отбеливателя используют роно галит в количестве 0,8% от веса абсолютно сухой щепы. Размол на второй ступени ведут при концентрации

25% с подачей раствора ронгалита в количестве 30% от общего количества.

Дополнительную отбелку проводят при температуре 95ОС в течение

15 мин при рН массы 4,0.

Данные опыта приведены в таблице.

Пример 5. Условия обработки исходной щепы и последовательность операций те же, что и в примере 1.

Отличия состоят в следующем. Еловую щепу пропаривают при температуре

125 С в течение 2 мин. Размол на второй ступени ведут при концентрации 25% с подачей 10% ронгалита от общего количества, составляющего

1,1% от веса абсолютно сухой щепы.

Дополнительную отбелку проводят при температуре 90 С в течение 20 мин при рН массы 4,2.

Данные опыта приведены в таблице.

1002435

Условия получения и показатели качества термомеханической древесной массы

Расход восстановителя, В к абсолютно сухой щепе

Расход восстановителя, %

Разрыв- Белизная на, Ъ

Степень

Вид сырья

Опыт, 9 помола, о Р длина, м на вторую на доступень полниразмола тельную от белку

Гидросульфит Ронгалит натрия

1 0

70

69 3720 65,0

70 3800 65,6

69 3790 66,1

71 3780 65 3

70 3820 67,2

69 3590 65,4

69 3600 66,8

68 3570 66,9

1 Ель

1,0

50

Ель

3 Ель

90

0,8

Ель

90

Ель

Осина

0,8

70

0,9

60

Осина

Осина

1,0

Пример б. Промытую щепу из осиновой древесины загружают в автоклав, в котором производят пропитку ее в те ение 30.мин при температуре

80 С щелочным раствором, содержащим, например, гидроокись натрия и сульфит натрия. После пропитки щепы ее подают в импрессифайнер, где происходит отделение отработанного пропиточного раствора от щепы. Затем щепа поступает в пропарочную камеру, где ее обрабатывают при температуре 120 С в течение 2 мин насыщенным паром.

Пропаренную щепу размалывают на дисконом рафинере первой ступени при концентрации 40%. Размолотую волокнистую15 массу направляют на вторую ступень размола с одновременной подачей отбеливающего раствора гидросульфита натрия. На вторую ступень размола подается отбеливающий раствор в количестве 30% от общего расхода его.

Расход отбеливателя 0,8% от веса абсолютно сухой щепы. Дополнительную отбелку проводят при температуре

70 С в течение 30 мин при рН массы

5,5. Массу анализируют по тем же показателям, что и в примере 1„

Данные опыта приведены в таблице.

Пример 7. Условия обработки исходной щепы те же, что и в примере 6. Отличия состоят в следующем.

Осиновую щепу пропитывают щелочным раствором в течение 10 мин при 125 С.

На вторую ступень размола подается отбеливающий раствор в количестве

40Ъ от общего расхода. Расход отбеливателя 0,99. от веса абсолютно сукой щепы. Дополнительную отбелку проводят при температуре 90 С в течение

20 мин при рН массы 4,2.

Данные опыта приведены в таблице.

Пример 8. Условия обработки исходной щепы и последовательность операций те же,что и в примере 6.Отличия состоят в следующем. Осиновую щепу пропитывают щелочным раствором в течение 20 мин при 95 С. На вторую сту- пень размола подается отбеливающий раствор ронгалита в количестве 20% от общего расхода. Расход отбеливателя 1,0% от веса абсолютно сухой щепы. Дополнительную отбелку проводят при температуре 95 С в течение

ВО мин при рН массы 4,0.

Данные опыта приведены в таблице.

Пример 9 (прототип). Условия обработки исходной щепы и последовательность операций те же, что и в примере 1. Отличия состоят в следующем. Раствор гидросульфита натрия подают только на вторую ступень размола. Концентрация массы 20%.

Расход отбеливателя 1,3% от массы абсолютно сухой щепы.

Данные опыта приведены в таблице.

Пример 10 (прототип). Условия обработки исходной щепы и последовательность операцР те же, что и в примере 1. Отличия состоят в следующем. Раствор ронгалита подают на вторую ступень размола, которую осуществляют при концентрации 20%. Расход отбеливателя 1,2% от веса абсолютно сухой щепы.

Данные опыта приведены в таблице, 10

1002435

Продолжение таблицы Вид сырья

Велнз на,Ъ

, Опыт, 9

Степень Разрывпомола, ная

ШР длина, м

Расход восстановителя, %

Расход восстановителя, к абсолютно сухой щепе

Гидросульфит Ронгалит натрия на вторую на доступень полниразмола тельную отбелку

9 (прототип) Ель

69 3450 64,9

100

1,3

10 (прото- / тип) Ель

69 3500 64 1

100

1,2

Исходная белизна ели 57,9, осины — 57,2

Формула изобретения

Составитель Л. Лукашевич

Техред Т. Фанта Корректор И. Шулла

Редактор Н; Коляда

Заказ 1741/12 Тираж 382 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Из анализа полученных данных вид= но, что благодаря обработкам древесной массы в зоне размола второй сту- 25 пени н дополнительной после размола степень белизны целевого продукта достигается меньшим количеством восстановителя. Происходит сокращение расхода восстановителя на 0,2-0,4% Зр что позволяет сэкономить 2-4 кг на тонну видросульфита натрия или ронгалита. Кроме того, увеличение концентрации массы на второй ступени размола аа счет уменьшения подачи раствора восстановителя приводит к улучшению условий размола и повышению физико-механических свойств целевого продукта.,. 1. Способ получения термомеханической древесной массы, включающий пропарку лигноцеллюлозного мате- 45 риала при повышенной температуре и: давлении, размол его в две ступени и обработку восстановителем, которую осуществляют в процессе второй ступени размола, отличающийся тем, что, с целью повышения физикомеханических свойств целевого продукта и сокращения расхода химикатов, обработку восстановителем ведут при расходе его 10-50% от общего расхода восстановителя а после„размола осуществляют дополнительную отбелку оставшимся количеством восстановителя.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что s качестве восстановителя используют гидросульфит натрия или ронгалит.

3. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что дополнительную отбелку проводят при температуре 7095оС и рН массы 4-6.

Источники информации., принятые во внимание при экспертизе

1.. "Pulp and Paper International", 1976, 18, 9 13, р. 55-57.

2. "Paper Trade Journal", 1978, 162, 9 18, р. 54-55 (прототип);