Способ получения целлюлозы

Способ получения целлюлозы

Реферат

Изобретение относится к целлюлозной промышленности, а именно к производству целлюлозы из растительного целлюлозосодержащего материала, и может быть использовано для производства целлюлозы из льняного сырья, предназначенной для химпереработки, производства ваты, в бумажной промышленности, строительстве и т.д.

Известен способ получения целлюлозы из злаковых растений, заключающийся в том, что растительное целлюлозосодержащее сырье разрезают на кусочки длиной 3-4 см. Сечку равномерно обрызгивают 15-40%-ным раствором NaOH или КОН при гидромодуле 2:5 и тщательно перемешивают. Массу загружают в закрытую емкость и обрабатывают сжатым воздухом (PO₂≤1 атм). Промывают водой, сушат. Выход целлюлозы составляет 46,2% (JP №52-6362, кл. 39А4, 1977 г.).

Однако известным способом невозможно получить качественную целлюлозу из льняного растительного сырья с высоким выходом целевого продукта.

Известен способ получения целлюлозы путем рыхления сырья, щелочной варки с использованием NaOH, поверхностно-активного вещества (ПАВ), Т=120-130°С, в течение 1 часа, промывки 1-5 кратным количеством осветленной воды, гидроциклонной очистки осветленной воды, измельчения, тонкой гидроциклонной очистки осветленной водой, 2-х кратной отбелки NaOCl при pH 9-11,5, Т=90°С в течение 1 часа, промывки 2-х кратной умягченной водой, кисловки раствором Н₂SO₄ при 15-40°С в течение 1 часа, промывки умягченной водой, отжима, сушки воздухом (Постоянный технологический регламент №4-2 "Производство простых и сложных эфиров целлюлозы" утвержден 18 января 1995 г. ген. директором Энгельского АООТ "Химволокно").

Недостатками известного способа являются: проведение процесса щелочной варки в жестких условиях - при температуре Т=120-130°С, давлении Р=2-3,5 атм, использование для отбелки канцерогенного гипохлорита натрия, и дефицитность хлопкового сырья.

Наиболее близким аналогом является способ получения целлюлозы, включающий механическую обработку целлюлозосодержащего материала, замочку материала в кислом растворе при температуре 40-50°С в течение 1 часа, одновременную варку и отбеливание щелочным раствором в присутствии пероксида водорода при температуре 95-100°С в течение 90 минут, промывку горячей и холодной водой, кисловку раствором серной кислоты, отжим до влажности 80-85% остаточной влажности и сушку (RU 2157434, кл. D21F 11/14, оп. 2000).

В основу предлагаемого изобретения положена задача создания эффективного экономичного способа получения целлюлозы, пригодной для химпереработки, за счет сокращения времени процесса, использования более низких температур и снижение экологического ущерба в результате снижения расхода химических реагентов.

Техническим результатом является интенсификация процесса и повышение его экологической безопасности.

Данный технический результат достигается тем, что в способе получения целлюлозы путем последовательной замочки целлюлозосодержащего материала, одновременной варки и отбелки, промывки водой, отжима и сушки, согласно изобретению предварительно осуществляют рыхление и очистку целлюлозосодержащего материала, замочку ведут в водном растворе, содержащем щелочь, пероксид водорода (Н₂О₂) и поверхностно-активное вещество (ПАВ) при гидромодуле 1:10, промывку умягченной водой в две стадии при гидромодуле 1:(5-20), отжим до влажности 60-80%. Перед промывкой осуществляют кисловку раствором азотной кислоты (HNO₃), а перед сушкой материал измельчают.

В качестве целлюлозосодержащего материала используют льняное сырье: лен трепаный по ГОСТ 10330-76, или волокно льняное короткое по ГОСТ 9394-76.

В качестве кислоты используют серную или азотную кислоту.

Процесс ведут с использованием описанных ниже аппаратов и химреагентов.

Рыхление и очистку льняного сырья проводят одновременно с помощью кипорыхлителей типов СРЦК, ВРП для удаления механических примесей и аэроциклона для удаления пыли.

Замочку разрыхленного, очищенного от пыли, механических и минеральных примесей льняного сырья проводят в водном растворе, содержащем 10-80 г/л NaOH, 0,5-2,0 г/л ПАВ, 5-6 г/л перекиси водорода при температуре 20-60°С в течение 0,5-2,0 часов,

В качестве ПАВ используют моноалкиловый эфир полиэтиленгликоля на основе высших синтетических жирных спиртов - синтанол-АЛМ-10 по ТУ 6-14-864-88.

Одновременную щелочную варку и отбеливание перекисью водорода осуществляют путем механо-химической переработки пульпы (суспензии) с концентрацией 2-8% льняного сырья и 10-80 г/л NaOH, 0,5-2,0 г/л ПАВ и 5-6 г/л Н₂О₂ в шнековом аппарате АШ-200 в течение 0,1-0,5 часа при температуре не выше 100°С.

Целлюлозную массу подвергают промывке в умягченной воде с целью удаления остатков щелочи и перекиси водорода из целлюлозы. Операцию проводят в 2 ступени путем выдерживания в емкостях с водой при температуре 80-90°С в течение 0,3-0,5 часов на первой ступени и 40-50°С в течение 0,3-0,5 часов на второй ступени. Гидравлический модуль при промывке составляет 1:(5-20) на каждой ступени.

Операцию отжима осуществляют на центрифугах типа АГ или АОГ.

Сушку целлюлозы проводят путем подачи льняной целлюлозы с влажностью 60-80% вместе с сушильным агентом в двух- или трехрюмочную аэрофонтанную сушилку.

Подсохшую целлюлозу подают в циклон для отделения ее от воздуха и затем на упаковку.

После операции одновременной варки и отбелки целлюлозы при необходимости уменьшения массовой доли золы проводят операцию кисловки в растворе кислоты с концентрацией 1-7 г/л при температуре 75-95°С в течение 1-2 часов и подают на промывку умягченной водой в 2 ступени, как описано выше.

Промытую влажную целлюлозу при необходимости дополнительно измельчают в многодисковой мельнице до требуемого размера волокна и подают на аэрофонтанную сушилку.

Пример 1

500 кг распакованного льняного сырья со степенью закостренности до 30% пластами подают в рыхлительную машину барабанного типа мощностью 22 кВт и производительностью 800 кг/ч, где подвергают растрепыванию и удалению случайных механических включений, сора, семян, земли, удаление пыли осуществляют с помощью аэроциклона.

Затем очищенное льняное сырье замачивают в вертикальной цилиндрической емкости объемом 10 м³ в растворе оборотной воды с содержанием 50 г/л NaOH, 5 г/л H₂O₂, 1 г/л синтанола АЛМ-10 при температуре 20-30°С в течение 1 часа. Гидравлический модуль 1:10.

Далее массу массонасосом (производительность - 470 м³/ч) подают в смесительную емкость объемом 10 м³ для создания водной суспензии с концентрацией пульпы 2 г/л, содержащей 60 г/л NaOH, 7 г/л Н₂O₂, 1 г/л синтанола АЛМ-10. Готовую суспензию массонасосом переносят в шнековый аппарат АШ-200 (производительность - 700 кг/ч), время обработки составляет 20 мин при температуре 95°С.

Суспензию льняной целлюлозы массонасосом подают на тонкую гидроциклонную очистку, осуществляемую по трехступенчатой схеме. На первой ступени очистку проводят в гидроциклоне ГЦ-70 (производительность - 140 л/мин). Давление суспензии на входе в гидроциклон составляет 4±0,2 кгс/см².

Концентрация суспензии сырья на выходе из гидроциклона ГЦ-70 4-6 г/л, концентрация суспензии отходов 15-20 г/л. Суспензию очищенного сырья после первой ступени очистки подают в смесительную емкость, а затем при концентрации 4-6 г/л - массонасосом в гидроциклон второй ступени очистки ГЦ-100 (производительность - 100 л/мин). Давление составляет 1,2-1,8 кгс/см². Концентрация суспензии на выходе из гидроциклона второй ступени очистки - 4-6 г/л, концентрация суспензии отходов - 20±5 г/л.

Очищенную суспензию сырья со второй ступени очистки возвращают в смесительную емкость и затем при концентрации 4-6 г/л подают массонасосом в гидроциклон третьей ступени ГЦ-100. Давление суспензии на входе в гидроциклон третьей ступени очистки - 1,7±0,2 кгс/см².

Концентрация суспензии на выходе 3-й ступени очистки - 2,5-3,5 г/л.

Полученную целлюлозу промывают умягченной водой в емкости объемом 10 м³ сначала в течение 30 минут при температуре 85±5°С, затем в течение 30 минут при температуре 35±5°С. Гидравлический модуль на обеих стадиях этой операции промывки составляет 1:10.

Суспензию льняной целлюлозы массонасосом подают на горизонтальную центрифугу (производительность 900 кг/ч). Целлюлозу отжимают до влажности не более 80%.

Сушку целлюлозы проводят путем подачи льняной целлюлозы вместе с сушильным агентом в двухрюмочную аэрофонтанную сушилку. Температура сушильного агента, подаваемого в сушилку, составляет 250-400°С. Аэрофонтанная сушилка двухрюмочная работает под вакуумом 300-400 мм вод.ст. Диаметр каждой рюмки 3000 мм, высота - 4700 мм, температура в первой рюмке не выше 160°С, во второй - не выше 140°С. Подсохшую целлюлозу подают в циклон для отделения ее от воздуха и затем на упаковку.

В результате получают целлюлозу с выходом 72% и следующими физико-химическими показателями: массовая доля α-целлюлозы - 96%, динамическая вязкость - 300 мПа·с, массовая доля золы - 0,3%.

Пример 2.

Условия те же, что и в примере 1. Отличие состоит в том, что для снижения содержания массовой доли золы в льняной целлюлозе вводят после гидроциклонной очистки кисловку. Операцию кисловки осуществляют в емкости объемом 10 м³ в растворе азотной кислоты с концентрацией 5 г/л при температуре 90°С в течение 1,5 часов. Гидравлический модуль составляет 1:10. После промывки умягченной водой в две ступени по условиям примера 1 получают целлюлозу с выходом 70% и содержанием золы 0,1%.

Пример 3.

Условия те же, что и в примерах 1, 2. Отличие состоит в том, что перед сушкой полученную целлюлозу дополнительно измельчают на многодисковой мельнице ММДР-379 (мощность 10 кВт, производительность 25 т/сут). В результате получают льняную целлюлозу с выходом 70% и длиной волокна до 5 мм.

Предложенный способ является эффективным, более простым и экономичным за счет применения безавтоклавной низкотемпературной щелочной варки и снижения экологического ущерба в результате отказа от хлорсодержащих отбеливающих реагентов и позволяет получить целлюлозу с достаточно высоким выходом целевого продукта, пригодного для химпереработки с целью дальнейшего получения эфиров целлюлозы, ваты, бумаги, картона и основан на использовании доступного льняного сырья.

1. Способ получения целлюлозы путем последовательной замочки целлюлозосодержащего материала, одновременной варки и отбелки, промывки водой, отжима, сушки, отличающийся тем, что предварительно осуществляют рыхление и очистку целлюлозосодержащего материала, замочку ведут в водном растворе, содержащем щелочь, Н₂О₂ и ПАВ при гидромодуле 1:10, промывку умягченной водой в две стадии при гидромодуле 1:(5÷20), отжим до влажности 60-80%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед промывкой осуществляют кисловку раствором HNO₃.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что перед сушкой материал измельчают.