Способ получения волокнистого полуфабриката

Способ получения волокнистого полуфабриката

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ . ВОЛОКНИСТОГО ПОЛУФАБРИКАТА путем варки целлюлоаосодержащего сырья в среде органического растворителя , воды и аммиака при повышенной температуре, отличают и йся тем, что, с целью повышения избира« тельноети целигнифккации и сокращения продолжительности процесса, варку осуществляют в присутствии цвуокиси серы при массовоцом соотношении двуокиси серы и аммиака от 0,2:1 ао 2,5;1. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, в качестве органического растворителя используют этиловый спирт, моноэтиловый эфир этиленгликоля, диэтиленгликоль. 3.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что варку осуществлвют при объемном соотношении воды и органического растворителя от 0,4:1 до 4:1. 4.Способ по п. 1, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что аммиак берут в (Л количестве 5-25% массы абсолютно сухого целлюлозосодержащего сырья, 5.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что варку осуществляют при температуре 150-185°С.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН эы ) 21 С 3/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3279704/29-12 (22) 21.04,81 (46) 15.04.84. Бюл. № 14: (72) В. С. Кротов и Т. Ф. Лавриненко (53) 676.1.022.1 (088,8) (56) 1, Патент США No 3585104, кл. 2 21 С 3/20, 1971.

2. Примаков С. Ф. Лелигнификация разных пороц древесины воцно-спиртовыми растворами 5О . Труды ВНИИБа.

Вып. 47, 1961, с. 69-75.

3. Патент США No. 3951734, кл, 3 21 С 3/02; D 21 С 3/20, 1 97 6 (про то тип ) . (54) (57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ

ВОЛОКНИСТОРЭ ПОЛУФАБРИКАТА путем варки целлюлозосоцержашего сыры в среде органического растворителя, воды и аммиака при повышенной температуре, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения избира тельности целигнификации и сокращения

„;SU„„1086045 A продолжительности процесса, варку осуществляют в присутствии цвуокиси серы при массовоцом соотношении цвуокиси серы и аммиака от 0,2: 1 цо

2,5: 1.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что, в качестве органического растворителя используют этиловый спирт, моноатиловый эфир этиленгликоля, циэтиленгликоль.

3. Способ по и. 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что варку осуществляют при объемном соотношении воды и органического растворителя от 0,4: 1 цо 4:1, 4. Способ по и. 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что аммиак берут в количестве 5-25% массы абсолютно сухого пеллюлозосодержашего сырья.

5. Способ по и. 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что варку осушествля ют при температуре 150-185 С.

1086045

1

Изобретение относится к способам получения волокнистых полуфабрикатов из лигноцеллюлозных материалов, преимушественно древесной шепы, и предназначено для использования в целлюлозно-бумажной и смежных с ней отраслях промышленности.

Известен способ получения волокнистого полуфабриката путем варки лигноцеллюлозного растительного сырья с варочной жидкостью, состояшей из смеси этанола и воды С13.

Однако такой способ требует длительного времени проведения, повышенных температур и не обеспечивает высокой избирательности процесса и степени делигнификации.

Известен также способ получения волокнистого почуфабриката путем кислой варки растительного сырья с водно- 20 этанольным раствором SO> i2).

Однако такой способ не позволяет получить высококачественный полуфабрикат (целлюлозу) с большим выходом.

Наиболее близким к предлагаемому 25 по технической сушности и достигаемому положительному эффекту является способ получения волокнистого полуфабриката путем варки целлюлозосодержашего сырья в среде органического раствори- 3g теля, воды и аммиака 133.

Согласно этому способу в качестве органического рас творителя используют кетоны - ацетон, метилэтилкетон, циклогексанон или их смесь, а варку ведут .при 170=220 С при соотношении абсоо лютно сухого целлюлозосодержашего сырья и массы варочной жидкости 1:21;20, концентрации аммиака и кетона в варочной жидкости 5-22 и 15-.

70 мас.% соответственно.

Однако известный способ аммиачнокетонной варки не позволяет получать волокнистые полуфабрикаты с низкой жидкостью, пригодные для отбелки, а выход получаемых полуфабрикатов еше . недостаточно высокий. При этом способ не обеспечивает высокой избирательности процесса.

Процесс аммиачно-кетонной варки отличается черезмерной длительностью ч требует высокой температуры, что влечет за собой большие теплоэнергетические затраты и необходимость применения металлоемкого оборудования, рассчитанного на работу под высоким давлением - более 60 кг/см .

Бель изобретения — повышение избирательности делигнификации и сокрашение продолжительности процесса.

Пос тавленная цель дос тига ется тем, что согласно способу- получения волокнистого полуфабриката путем варки целлюлозосодержашего сырья ь среде органического растворителя, водь: и аммиака при повышенной температуре, варку осушествляют в присутствии двуокиси серы при массовом ".t>o÷Iîøåнии двуокиси серы и аммиака oò 0,2: 1 до 2,5: l.

Б качестве органического рстварителя используют этиловый спирт, моноэтиловый эфир этиленгликоля, дизтиленгликоль, Барку осушествляют при объемном соотношении BogbI и органического растворителя от 0,4:1 до 4: 1 при температуре 150-185 С.

AMMHBIc берут в количестве 5-25% массы абсолютно сухого целлюлозосодержашего сырья.

При приготовлении варочного раствора двуокись серы взаимодействует с аммиаком с образованием сульфит-бисульфитньг: солей аммония. Однако эти соли нестойкие и способны диссоциировать до HcxoIIHbIx вешеств, особенно при нагревании, Термодинамические свойс тва сульфит-бисульфитных солей аммония в водно-органических растворах в литературе не описаны, поэтому невозмо>кно оценить, сколько бу дет находиться в варочном растворе при варке двуокиси серы в свободном виде (в виде молекулярной 5(Q), а сколько в связачном вице (в виде аммонийных солей), МОжнО предполО>кить, что по крайней . мере часть БО будет свя» зана с аммиаком в виде сульфит-бисульфитных солей аммония.

В качестве органического растворителя при варках по предлагаемому способу можно использовать любые органические растворители (отдельно или в, смеси друг с другом), которые смешиваются с водой при температуре варки и образуют однородные растворы. Такие органические растворители, хек правило являются полярными. В промышленности, где органический растворитель будут постоянно регенерировать из отработанных растворов, состав этого растворитмл будет определя ться соединениями, образуюшимися при варке растительного сырья. Лишь при первоначальном запус1086045

4 ке производства потребуется применение свежего органического растворителя, например этилового или метилового спирта. Затем . состав растворителя изменится, так как его потери, по крайней мере частично буцут компенсироват ся органическими продуктами разлэжения компонентов древесины, например метанолом и ацетоном, образующимися за счет отщепления метоксильных групп древесины, скипидаром, фурфуролом и другими соепинениями.

Нижняя граница температуры варки зависит от вица растительного сырья, поступающего на переработку и от времени варки. Древесину можно пелигнифицировать за практически приемлемое а время при 150 С. Однако недревесные вицы сырья, например солому хлебных злаков; уцается быстро пелигнифициро»вать при более низкой температуре130 С и ниже. Верхняя граница температуры варки обусловлена тем, что при более высокой температуре (190200 С) варку провоцить можно, но давление в котле черезмерно возрастает, что практически осложняет аппаратурное оформление процесса и работу обслуживающего персонала.

Пример 1. Навеску 283,2 г щепы березы влажностью 43,5 (160 r абсолютно сухой цревесины) заливают варочной жидкостью, при отовленной смешиванием 144 мл циэтиленгликоля, 453 мл soma, 40 г аммиака, 8 r asyокиси серы и варят при 185 С в течение 20 мин.

Объемное соотношение пиэтиленгликоль: вода, включая влагу щепы, 1: 4; массовое соотношение Н . О> в варочной жидкости 1:0,2; количество аммиака на варку 25 мас.% абсолютно сухой массы превесины.

5 ь» 0

2О

35

5 о

Древесный остаток после варки распускают на волокна, промывают горячей 4 о вопой с температурой около 60 С на . сите Мо40, определяют выхоц абсолютно сухой массы волокнистого полуфабриката весовым метопом и жесткость по

ГОСТ 10070-74. Получают 115,8 r ° абсолютно сухой массы готового волокнистого полуфабриката (выход 72,4%) с жесткостью 69,5 ециниц Каппа.

Пример 2. Навеску 173,3 г возпушно-сухой щепы березы с влажнос» тью 7,7 (60 r абсолютно сухой древесины) заливают варочной жидкостью, приготовленной смешиванием 514 мл этанола, 193 мл soma, 8 r аммиака, 20 r двуокиси серы и варят при 150 С о в течение 240 мин. (Объемное соотношение этанол: воца, включая влагу щепы, 1:0,4; массовое соотношение NH3 . 502 в варочной жицкости 1: 2,5; количество аммиака на варку 5 мас. % абсолютно сухой древесины).

Древесный остаток после варки распускают на волокна, промывают и анали зируют, как описано выше. Получают

121,6 r абсолютно сухой массы готового волокнистого полуфабриката (выход

76,0%) с жесткостью 95,5 ециниц Каппа, Пример 3, Навеску 172,4 r возцушно-сухой сосны с влажностью

7,2% (160 r абсолютно сухой древесины) заливают варочной жидкостью, приготовленной смешиванием 360 мл моноэ типового эфира этиленгликоля (название-синоним - целлозольв) 348 мл воны, 24 г аммиака, 40 г двуокиси серы и варят при 160 С в течение 240 мин. (Объемное соотношение моноэ тиловый эфир этиленгликоля: воцы, включая влагу щепы, 1: l; массовое соотношение NH> . SO> в варочной жидкости

1; 1,67; количество аммиака на варку

15 мас. % абсолютно сухой массы древесины).

Древесный остаток после варки распускают на волокна, промывают и анализируют, как описано выше. Получают 117,6 г абсолютно сухой массы готового волокнистого полуфабриката (выхоц 73,5%) с жесткостью 110 единиц Каппа.

Пример 4. Навеску 244,7 r щепы осины с влажностью 34,6 (160 r абсолютно сухой цревесины) заливают варочной жидкостью, приготовленной смешиванием 255 мл этанола, 300 мл soma, 24 г аммиака, о двуокиси серы 30 r и варят при 165 С в течение 210 мин. (Объемное соотношение этанол:sona, включая влагу ше»пы, 1: 1,5; массовое соотношение

НН3 . 902 в варочной жидкости

1: 1,25; количество аммиака на варку

15 мас.% абсолютно сухой массы превесины).

Древесный остаток после варки распускают на волокна, промывают и анализируют, как описано выше. Получают

115,3 г абсолютно сухой массы гото вого волокнистого полуфабриката (выхоц 72,0%) с жесткостью 13,2 единицы Каппа, что характеризует полуфабBGpKG по извес тном у способу арка по прецагаемому спообу с еммиаом, двуокисью еры, этенолом водой

Показатели а аммиаков ац ! тоном и водой аммиаом, эта иолом, воцой, 240 240

240

33,З

3 З,З ЗЗ,Ç

ЗЗь

225

Воде, MA

Аммиак, r

335

Нет

Нет

Нет

200

190

600

120

120 рикат, как очень мягкую, легко белимую целлюлозу.

Пример 5. Навеску 240,0 г шепы берези с влажностью 33,3% (160 г абсолютно сухой древесины) заливают варочной жицкос тью, приготов«ленной смешиванием 225 мл этанола, 335 мл воны, 24 r аммиака, 30 г двуокиси серы и варят при 165 С в течение 210 мин. (Объемное соотношение этанол: aoga, включая влагу шепы, 1: 1,84; массовое соотношение ИН

БО в варочной жидкости 1: 1,25; количество аммиака на варку 15 мес«% абсолютно сухой цревес жы).

Древесный остаток после варки распускают на волокна, промывают и анализируют, как описано выше. Получают

106,3 r абсолктно сухой массы готового волокнистого полуфабриката (выхоц 66,4%) с жесткостью 26,3 ециницы Каппа, что характеризует полуфабрикат как мягкую, белимую целлюлозу. для сопоставления предлагаемого способа и известного способа аммиачнокетонной варки шепу березы варят со гласно цвум способам цо одинаковой жесткости. волокнис тых полуфабрикатов, примерно 80 ециниц Каппа и сравнивают показатели обоих процессов. Жест кость 80 ециниц Каппа характеризует волокнистый полуфабрикат из лиственной древесины, как полуцеллюлозу. Зтот

\ «Я «« » 6 ° » Ф

Навеска шепы, г

М

Влажность шепы, %

Виц органического растворителя

Количество заданных не варку

Органический растворитель, мл

Двуокись серы, г

Температура, С

Процолжительность, мин

Выход волокнистого полуфабриката

Абсолютно сухая масса, г уровень жесткости выбран в качестве наиболее типичного для лиственных полуфабрикатов, полученных в условиях аммиачнс кетонной варки. Известным спосо5 бом аммиа шо-кетонной варки н» удается получать волокнистые полуфабрикаты, которые по жесткости можно было бы классифицировать как целлюлозу.

Сравнительные варки провецеиы в инцентичных условиях со шепой березы, влажностью 33,3%. Объемное соотношение органический растворитель; .включая влагу шепы, задавали м.-дым

1: 1,84. Также задавали одинаковое ко-: личество аммиака на варку 15 мас.% абсолютно сухой древесины, Древесные остатки после варки распускают на волокна, промывают и анализируют, как описано выше, Опрецеляют также соцержание пентозанов по

ГОСТ 10820-75 и физико-механические характеристики волокнистых полуфабри-. катов после размола на БРА до 60оШР, в отливках массой 75 гlм2.

Параллельно с варками по предлагаемому способу с аммиаком, двуокисью серы, этанолом и воцой и по известному способу с аммиаком, ацетоном и водой проводят варку с аммиаком, эта30 иолом и воцой без добавки двуокиси серы.

Показатели сравнительных варок приведены в таблице.

Ацетон А це тон З танол

Болокиис- 3 06," 107,1

108 6045

Продолжение таблицы

Варка до пред-, лагаемому способу с аммиас аммиаком, ад ком, двуокисью

>ОНОМ и BO!1ой серы, этанолом и водой

Варка по известному спос о6у

Г1окаж тел и с аммиаком,этанолом, водой

76,0

79,5

25,8

8100

5920 6610

Разрывная длина, м

880

340 660

3,0

5,1

2,7

68 76

Как видно из таблицы, предлагаемый способ обладает существенными техни« ко-экономическими преимушес твами по сравнению с известным. Процесс варки настолько ускоряется, что становится . возможным не только сократить продолжительность, но и значительно снизить температуру. При 165 С известным способом аммиачно-кетонной варки получить .волокнистый полуфабрикат не удалось, так как шепа практически не размягчается и даже после 10-часовой варки сохраняет исходную структуру и не распускается на волокна в гидрораз бивателе. Только при повышении температуры до 200 С и варке аммиачно кетонным способом в течение двух часов удалось получить волокнистый полу фабрикат с такой же жесткостью, как после варки предлагаемым способом

I при 165оС в течение 25 мин. Варка с. аммиаком и этанолом позволяет достиг нуть равной жесткости волокнистого о полуфабриката при температуре на 10 С ниже, чем в случае аммиачно-ацетонной варки, что, согласно кинетическим ха рактеристикам, означает ускорение процесса в 2-4 раза. Однако по выходу, содержанию пентозанов и физико-механическим свойствам волокнистые полуфабрикаты, полученные аммиачно-эта» нольным способом варки, хотя и могут превосходить аналогичные полуфабрика ты аммиачно-кетонной варки. все же

Исходная древесина, %

Жесткость, единицы Каппа

Содержание лен тозанов, % исходной древесины

Сопротивление излому, число двойных перегибов

Сопротивление нродавливанию, кгс/см 2

Сопротивление раэдиранию, rc тый полу- 66,8 66,9 фабрика т 79,8 80,0 получить

20,1 21,4 не удалось

25 значительно уступают полуфабрикатам, полученным по предлагаемому способу . варки.

Предлагаемый способ варки поэволя30 ет получать полностью проваренную цел люлозу с минимальной жесткостью (примеры 4 и 5) при одновременном сохра» ненни высокого выхода волокнистого продукта на уровне, приближаюшемуся к. теоретически возможному пределу, что свидетельствует об исключительно высокой избирательности процесса невозмож но достигнуть в условиях известных промышленных способов варки. Так, например, при сульфатной варке выход белимой целлюлозы из лиственных пород древесины в 1,4-1,5 раза меньше, чем при варке предлагаемым способом.

Полуфабрикаты, полученные предлагаемым способом варки, характеризуются высокой белизной, хорошей способностью к размолу и при отбелке сохраняют вы» . сокий выход волокнистого полуфабриката.

Отработанные варочные реагенты легко регенерировать отгонкой летучих компонентов и последуюшим выпариванием и сжиганием беззольного сухого остатка, который можно также испольэовать для получения органо-минеральных удобрений

Ы .и друГих ценных продуктов.

Процесс варки по предлагаемому спо собу не требует применения оборудования,. работаюшего при черезмерно высоком

1086045

9 давлении, которое при 165 С и ниже не

0 выхоаит за прецелы обычного цавления в промышленных варочнык котлах. Уме ренное цавление является слеаствием как относительно низкой температуры варки, так и связывания в варочной жицкости аммиака с цвуокисьг серы с образованием менее летучих соецинений — сульфита и бисульфита аммония.

Составитель А. Моиосов

Рецактор С. Лисина Техреа Л.Конюбняк Корректор A. Тяско

Заказ 2198/27 Тираж 372 Поцписное

ВНИИПИ Госуаарственного комитета СССР по цепам изобретений и открытий

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

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