Способ получения сульфатной целлюлозы

Способ получения сульфатной целлюлозы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ путем варки древесного сырья со щелоком и управления варкойг включающий отбор пробы щелока, определение концентрации щелочи в отобранной пробе по значению электропроводности , последующее регулирование рабочей концентрации щелочи времени и температуры варки в зависимости от установленного значения концентрации щелочи в отобранной пробе, отличающийся тем, что,, с целью стабилизации степени делигнификации целевого продукта, отбор пробы осуществляют по истечении времени от начала процесса варки, в течение которюго израсходовано 44,972 ,4% щелока от общего количества, введенного на варку, после чего отобранную пробу титруют кислотой до момента, при котором значение электропрюводности становится постоянным , измеряют колш ество кислоты , израсходованной на титрование, а значение концентрации щелочи в пробе корректируют по измеренному количеству кислоты.

1064873

Изобретение относится к способам получения сульфатной целлюлозы и может быть использовано для изготовления целлюлозы при условиях, необходимых для достижения требуемой степени делигнификации. 5

Известен способ получения суль фатной целлюлозы путем варки древесного сырья со щелоком и управления варкой, включающий отбор пробы щелока, определение концентрации ще- 10 лочи в отобранной пробе по значению электропроводности последующее регулирование рабочей концентрации щелочи, времени и температуры варки в зависимости от установленного 35 значения концентрации щелочи в отобранной пробе. Согласно этому способу регулируют концентрацию гидроксилов в варочной жидкости путем определения дифференциальной проводимос- ти жидкости на различных стадиях варочного процесса, следя при этом за концентрацией щелочи во время варки. Прбводимость измеряется до и после нейтрализации и поддерживается на нужном уровне во время варки путем добавления белого или черного щелока или регулированием температуры варки и/или времени варки (1) .

Однако согласно известному способу не получают результатов лучших, чем при прямом измерении проводимости варочной жидкостиJ кроме того, согласно этому способу невозможно обеспечить равномерную варку, способную дать целлюлозу с заранее выбранным числом Каппа.

Цель изобретения — стабилизация степени делигнификации целевого про- 40 дукта, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения сульфатной целлюлозы, путем варки древесного сырья со щелоком и управления варкой, включающему отбор пробы щелока, определение концентрации щелочи в отобранной пробе по значению электропроводности, последующее регулирование рабочей концентрации щелочи, времени и температуры варки в зависимости от установленного значения концентрации щелочи в отобранной пробе, отбор пробы осуществляют по истечении времени от начала процесса варки, в течение которого 55 израсходовано 44,9-72,4% щелока от общего количества, введенного на варку, после чего отобранную пробу титруют кислотой до момента, при котором значение электропроводности 60 становится постоянным, измеряют количество кислоты, израсходованной на титрование, а значение концентрации щелока в пробе корректируют по измеренному количеству кислоты. 65

Способ осуществляют следующим оьразом.

Сульфатную варку начинают обычным путем, загружая и перемешивая древесную щепу н сульфатную варочную жидкость в варочном котле. Варку продолжают в течение начального периода, во время которого расходу ется 44,9 — 72,4В щелочи, добавленной сразу после начала варки, После этого отбирают пробу варочной жидкости, которую титруют кислотой до точки, определяемой как граничная проводимость пробы.

Во время начальной варки, температуру повышают постепенно или быстро.

Для начальных скоростей нагрева и температур правильны определения приближающиеся к температурам при отборе пробы.

При приготовлении пробы для титрования скорость температурного подъема во время начальной варки находится в диапазоне 0,1 — 25 С/мин о (лучше О, 2 — 10 С/мин) .

Вначале по мере добавления кислоты .проводимость быстро падает, но после добавления определенного ее количества зависящего от щелочности пробы, изменение проводимости становнтся очень малым или совсем прекращается. очка заметного уменьшения изменения илн прекращения изменения проводимости представляет собой конечную точку, которая характеризуется изменением наклона кривой. Эту точку принимают за предельное значение проводимости, в ней проводимость становится сравнительио постоянной.

На фиг. 1-5 .даны кривые титрования кислотой варок A-E соответственно, на которых показана зависимость проводимости от количества добавленной кислоты (точка, где проводимость достигает или приближается к предельному значению, принимается за конечную точку (Р); на фиг. 6 график зависимости коэффициента М от процента щелочи (NaOH); на фиг. 7 — эталонный график кривых зависимости коэффициента Н от числа

Каппа для ряда концентраций щелочи в диапазоне 12,5 — 40 г/л на фиг.8 схема оборудования для осуществления способа. для определения проводимости применяют любой удобный для этой цели прибор, каким является четырехэлектродный прибор типа Кемотрон, позволяющий регистрировать проводимость при различных количествах кислсты. 1ля титрования применяют неорганическую или органическую кислоту

1064873

Применяют температуры варки в пределах 150-190 С, длительность варки — 1 мин — 10 ч (лучше 160

180 С, 15 мин — 3 ч).,оэффициент

Н определяет длительность варки при выбранной температуре и, наоборот, для данного числа Каппа при концентрации щело и, установленной титрованием.

60 (лучше неорганическую), которая не является окислителем в условиях титрования. Кислоту применяют в виде разбавленных 0,1-6,0 и. водных растворов. Лучшими кислотами для титрования являются серная и соляная (пре- 5 имущество серной кислоты — высокое содержание серы, соответствующее варочной жидкости); можно пр.менять и ортофосфорную, бромистоводородную, иодистоводородную, метафосфорную 10 или пирофосфорную, а также органические кислоты, например, уксусную, муравьиную, трихлоруксусную или пропионовую.

Количество кислоты, добавленное 15 во время титрования до конечной точки, соответствует количеству имеющейся щелочи, поэтому последнее может быть рассчитано по количеству израсходованной на титрование кисло- 20 ты. Содержание щелочи (NaOH) рассчитывают в г/л.

Концентрация щелочи дает возможность выбрать правильную кривую при

:определении коэффициента К для заданного числа Каппа на эталонном графике. Эталонный график составлен из кривых, каждая из которых предназначена для определенной концент- . рации щелочи (NaOH в г/л), при которой можно вести варку, Для каждого типа древесины имеется эталонный график, например, для ели, пихты, сосны, березы, эвкалипта, бука, дуба, клена, осины, кедра, тсуги, вишни, каштана, акации, 35 вяза, эти кривые составлены исходя из чисел Каппа, полученных для целлюлоз, обработанных при данных коэффициентах Н в применяеых варочных котлах. После того, как выбра- 40 на правильная кривая для определения концентрации щелочи, находят коэффициент Н для числа Каппа нужной целлюлозы и по нему устанавливают температуру и время варки. 45

Коэффициент Н соответствует единице варки и представляет собой количество часов варки при 100"С.

При более высокой температуре за данный отрезок времени можно закончить большее количество единичных варок, а при более низкой температуре — меньшее ° Таким образом, коэффициент Н является мерой длительварки при 100 С или выше и ни- 55 о же этой температуры.

Для расчета коэффициента Н и условий варки применяют компьютеры, которые устанавливают для регулирования автоматической варки, поCbUIBR прямой СИГНBJI HB Контрольный щит, устанавливающий условия варки. !

При периодическом илн непрерывном способе можно приспособить операцию отбора пробы к данному типу варочного котла, например к варочным котлам непрерывного действия с двумя варочными зонами н регулируеяой последовательностью варки в этих зонах. При периодической варке можно отбирать более одной пробы с целью лучшего контроля варки, однако режим варки можно установить по результатам и одной пробы.

При известной варке целлюлозы применяют одинаковый температурный и временной график при периодической или непрерывной работе, при предлагаемой — наоборот, условия для каждой варки или при непрерывном способе меняются в зависимости от коэффициента Н, определяемого для данной партии.

Температура варки кли время варки могут колебаться, это обычно и происходит на практике, но концентрацию щелочй можно регулировать добавлением либо воды, черного щелока или щелочи для смещения на другую кривую концентрации щелочи на эталонном графике, получая таким образом более благоприятный или удобный коэффициент Н. Может потребоваться отбор другой пробы, если добавлена еще щелочь, поскольку большая ее концентрация может повлиять на древесину. Если дополнительное количество щелочи добавляется на поздней стадии варки, то эффект минимальный и отбор второй пробы не является нес бходимым.

Оборудование (фиг. 8), предназначенное для непрерывного варочного процесса, содержит подогреватель 1, через который по линиям 2 и 3 подается щепа. В подогревателе 1 щепа нагревается паром и горячими газами и затем непрерывно подается через питатель 4 высокого давления и линию 5 в варочный котел 6 с помощью варочной жидкости, циркулирующей по линии 7. Реактор представляет собой удлиненный котел, через который щепа и жидкость продвигаются с небольшой скоростью, температура циркулирующей массы повышается в паровом подогревателе 8, через который

1064873

Варка

Коэффициент Н

Время, мин

A .

С D Е

2150 2300 2650

117 126 172

1870

1740

98 масса проходит по линиям 9 — 12; при этом осуществляют нужную скорость подъема температуры и температуру варки. Линии отбора проб идут от линий 11 и 12 к анализатору (не показан), от анализатора сигналы поступают на компьютер (не показан), за программированный на регулирова8 ние температуры подогревателей

Регулирование щелочности осуществляют добавлением белого и черного щ е- 10 локон по линиям 13 и 14.

Целлюлоза отводится из .донной части нарочного котла и подается и 15. в ныдувной резервуар по линии

Отобранный черный щелок поступает в регенерационную установку по линиям 16 и 17 и испарителям 18 и 19, 18 и а горячие газы из испарителей

19 направляются по линиям 3, 20 и 21 в холодильники и подогреватели .

П Р и м е р 1. Пять разных партий (A-E) сосновой цепы загружают

Варка A В

NaOH, г/л 21, О 19, 7

В указаниях опытах израсходовано 30

6l,3 (A) — 72,4 (Е) Ъ NaOH. Для получения эталонных графиков, показанных на фиг. 6 и 7 проводят варки с применением сосновой щепы при одинаковых условиях ваРки, т.е. при от- 35 ношении жидкости к древесине 3:5, скорости подъема температуры с 80 С о до нарочной температуры 0,5 С/мин а и конечной температуре варки 170 С, затем регистрируют числа Каппа полу- 40 ченных целлюлоз. Числа Каппа откладывают на графике в зависимости от коэффициента Н для каждой концентрации щелочи от 12,5 до 40 г/л, и получают эталонный график (фиг.7). . Строят также график зависимости коэффициента Н от концентрации щелочи (фиг. 6). Условия для каждой варки (от А до Е) легко определяются для получения целлюлозы с нужным числом

Каппа путем выбора кривой на фиг.7, соответствующей концентрации щелочи н данной нарке, выбора числа Каппа и нахождения коэффициента H на криI

Затем проводят варку при Указанных условиях Массу нагревают до

170 С и эту температуру подцерживао ют для пяти варок н течение 90, 98, 117, 126 и 172 мин соответственно. в нарочный котел периодическбго действия вместе с сульфатной нарочной жидкостью NaOH — Иа 8. Точно определяют количество древесины и химикатов, загруженных н нарочный котел для каждой варки. Колебания качества древесины не учитывают. Расход щелочи 20% от активной (ед. NaOH) сернистость 30%; отношение древесины к жидкости 1:3,5 кг/л; скорость подъема температуры от 80 до 170 С

0,5 С/мин.

Когда температура нарочного котла достигает 140 С, отбирают пробу

100 мл нарочной жидкости, титрование ведут 2,5Ъ-ной водной серной кислотой, измерение проводимости ведут на счетчике проводимости. Добавление кислоты ведут до достижения постоянного значения проводимости, которое откладывают на графике.

Предельное значение характеризует изменение состояния при достижении конечной точки P.

Получают следующие значения щелочности (в виде NaOH, г/л) нарочных жидкостях:

С D Е

17, 5 16,6 15,0

1 вой. Соотношение кривых из фиг. 7 соответствует эмпирической формуле

Число Каппа = а „ S (()(+ И

Л Нs "(Оу где к„=О, 1806; к =80,7; к =0,9388;

А — концентрация щелочи, 3

NaOH, г/л;

Н вЂ” коэффициент Н., Величины к, к2 и к3 зависят от скорости подъема температурЫ до отбора пробы и от времени варки и температуры варки, при которых произ водят отбор пробы; они определяются ,эмпирически для каждого профиля ус ловий варки. Однако эта формула применима для всех возможных условий варки.

По вышеуказанной формуле для каждой нарки A — Е определяют коэффициент Н, необходимый для получения числа Каппа 33 при этой щелочности.

Из полученных таким образом коэффициентов Н рассчитынают время варки при 170 С.

Затем варку прерывают и полученные целлюлозы сортируют и промывают, после чего определяют число Каппа.

Получают следующие результаты:

1064873

Варка

Число

Каппа с D E

32 32,8 33,5

32 1 33,3

Из этих данных видно, что полученные числа Каппа близки к рассчетным числам Каппа, равным 33.

Для сравнения проводят вторую серию из пяти варок с такой же щепой и при таких же условиях варки, щ

Варка

Число

Каппа

I J

26 1 28,5

$5 для сравнения сосновую щепу из этой же партии варят 2 ч при максимальной температуре 170 С. Прочие условия как указано выае. Число Каппа для полученной целлюлозы 19,9;

;р что отличается от расчетного. Все это показывает, что предлагаемый способ дает возможность регулировать колебания содержания щелочи, вызываемые неравномерностью количе 5 ства древесины и щелочи. При стандартных условиях варки число Каппа составляет 19,9, что свидетельству ет об ухудшении жесткости целлюлозЫ при одновременном снижении ее выхозо

Пример 3. Повторяют пример

2, используя сосновую щепу по примеру 2. Пробу варочной жидкости отбирают при 140 С, по выаеуказанной формуле для получения числа

Каппа 33 требуется коэффициент Н, равный 1300, соответствующий

120 мин варки и максимальной температуре 164 С, которую на этом урово не поддерживают 120 мин, после че40 го варку прекращают. Полученная при этом целлюлоза имеет число Каппа

32, что весьма близко к расчетному значению.

Таким образом, предлагаемый спо45 соб позволяет получить целлюлозу с практически заданным числом Каппа, т.е. значительно стабилизировать степень делигнификации целевого продукта.

01д, -т а1 -1

ИУ

Ю

110

-1am -r

1ЙУ

1М

1М

120

Из этих данных видно, что целлюлоза имеет разные числа Каппа, т.е. стандартные условия не дают равно» мерных чисел Каппа. Предлагаемый споооб дает воэможность избежать такого разброса данных и получать в каждом случае целлюлозу с равномерными свойствами с заранее известной степенью делигнификации.

Пример 2. Сосновую щепу такой же партии и варочную жидкость загружают s варочный котел периодического действия по примеру 1, варку ведут при следующих условиях: загрузка щелочи (NaOH) 24%1 сернистость ЗОВ; отношение древесины к жидкости 1:3,5 кг/л; скорость подьема температуры от 80 до 170 С

0,5 С/мин;.максимальная,температура 170 С.

После того, как температура варки достигает 140 С, собирают пробу варочной жидкости, содержание щелочи (29;9 г/л ИаОН)определяют кондуктометрическим титрованием. При этом расходуют 44,9% NaOH. По выаеуказанной формуле коэффициент Н для числа

Каппа около 33 составляет 1200, что соответствует 61 мин варки при

170 С. IIo окончании варки при укао ванных условиях целлюлозу промывают и сортируют. Число Каппа полученной целлюлозы 31, 5, что близко к расчетной величине.

2 г 0 У 10 ft 10 1В 1020И

111 1/12 аф (Риг, 2 (1Хн) но в каждом случае температура варки является максимальной в течение

120 мин. По окончании варки полученные целлюлозы сортируют, промывают и определяют число Каппа для них.

Получают следующие значения:

32,0 34,5 39,2

Ф Г 0 10 12 1Ф Ю 10 20 тйНрБО г ...) .1064873

Ю

140

tf0

Е К Ю 10 12 М ж О г0 22 1 1, 0ф

Шик Ф t zan) Е mgЯО

mC И2Х0, 0 Е 1012 ЕЫ1В 20 (г,fN)

4йис. 5.

И

«О

Фиг. ф

М00

Ю0

NN

0 15

so ж риаз!1 (4) 1$00 000 8100 ЛЮ0

Фиг. 7, 1064873, Составитель A.Ìîíîñîâ

Редактор И.Ковальчук Техред Ж. Кастелевич .. Корректор М.Шароши

Заказ 10371/61 Тираж 384 Подписное

ВНИИПИ ГосударствЕнного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4