Способ получения древесной массы

Способ получения древесной массы

Реферат

Изобретение относится к области целлюлозно-бумажной промышленности и может найти применение в производстве беленой древесной массы из лиственной щепы для последующего использования ее в различных композициях для изготовления бумажной и картонной продукции.

При получении древесной массы из лиственных пород древесины важным технологическим приемом является процесс обработки щепы щелочным реагентом, в частности гидроксидом натрия, карбонатом натрия и т.д., поскольку по своему морфологическому строению древесина лиственных пород существенно отличается от древесины хвойных пород, для которой воздействие щелочных реагентов является не обязательным.

Известен способ получения древесной массы из лиственной древесины, когда в качестве щелочного реагента используют щелочной раствор пероксида водорода. Раствор для обработки древесного волокна в своем составе содержит гидроксид натрия, пероксид водорода, силикат натрия, щелочной раствор комплексообразователя и сульфат магния. Многовариантность использования данного щелочного раствора при воздействии на древесину лиственных пород отражена в известном способе [1].

Сущность способа состоит в том, что щелочной раствор пероксида водорода используется для обработки:

- щепы перед первой ступенью размола;

- щепы в зоне первой ступени размола;

- массы перед второй ступенью размола;

- массы в зоне второй ступени размола;

- массы после второй ступени размола;

- или сочетания обработок щепы перед первой ступенью размола и массы перед второй ступенью размола.

Стадии обработки щепы щелочным раствором пероксида водорода перед размолом или в процессе ее размола на первой ступени направлены по существу на пластификацию компонентов древесины с целью более легкого разделения щепы на отдельные волокна. Использование щелочного раствора пероксида водорода в качестве пластифицирующего реагента является эффективным, но в достаточной степени дорогим технологическим приемом, поскольку расход гидроксида натрия составляет от 32 до 91 кг/т, а расход перокисда водорода составляет от 41 до 58 кг/т.

Кроме того, при обработке щепы или волокнистой массы щелочным раствором пероксида водорода обязательным условием осуществления способа является выдержка древесного волокна в специальной емкости определенное время около 60 мин перед выполнением последующей операции.

Известен способ получения древесной массы, когда древесную щепу подвергают промывке, термообработке при 105-120°С, разволокнению на рафинере первой ступени размола с одновременной подачей в зону размола раствора, содержащего пероксид водорода, гидроксид натрия, силикат натрия и комплексообразователь [2]. Расход щелочных реагентов гидроксида натрия, силиката натрия и раствора комплексообразователя в зону размола первой ступени осуществляется в полном объеме, а расход пероксида водорода составляет 20-40% от общего его количества.

После чего от разволокненной массы отделяют пар и направляют в смеситель, где добавляют оставшуюся часть (60-80%) пероксида водорода, после чего волокнистую массу направляют в реактор, где выдерживают ее при 90°С в течение 40 минут. По истечении указанного времени массу разбавляют водой до концентрации 3% и передают суспензию на обезвоживающий пресс, где сгущают ее до концентрации 25% и размалывают на рафинере второй ступени, затем массу сортируют и очищают.

Использование технологического приема размола щепы в присутствии щелочного раствора пероксида водорода направлено на то, чтобы снизить степень кислого гидролиза и деструкцию волокон древесины на первой ступени размола и тем самым повысить механическую прочность целевого продукта.

Основным недостатком указанного способа является сложность и значительная продолжительность осуществления процесса при достижении заявленной цели.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения древесной массы, включающий пропитку древесной щепы щелочным раствором сульфита натрия, отделение отработанного пропиточного раствора, размол щепы в две ступени и химическую обработку массы между ступенями размола [3].

Сущность описанного способа состоит в том, что древесную щепу из осины стандартных размеров промывают водой с отделением от нее опилок и минеральных включений и подают в пропиточный котел, где при температуре не ниже 80°С в течение 20 мин щепу обрабатывают щелочным раствором сульфита натрия. Расход указанных реагентов на пластификацию и растворение компонентов древесины составляет около 20 кг/т каждого из них.

Указанная обработка щепы направлена на частичное удаление из щепы легкогидролизуемых компонентов, таких как низкомолекулярный лигнин, водорастворимые вещества, смоляные вещества и углеводы.

Затем щепу с отработанным пропиточным раствором подают в шнековый пресс, где происходит отделение пропиточного раствора от щепы, которую направляют на рафинер первой ступени, размол, где она превращается в грубую волокнистую массу.

Отработанный пропиточный раствор в своем составе содержит непрореагировавшие химикаты - гидроксид натрия и сульфит натрия, а также часть растворенной органики. Раствор аккумулируют в отдельной емкости и снова смешивают с волокнистой массой перед второй ступенью размола. Дополнительное воздействие отработанного пропиточного раствора на волокна древесной массы обеспечивает более полное расходование химикатов и повышает бумагообразующие свойства целевого продукта.

При осуществлении известного способа обязательным условием является повышенный расход химикатов на пропитку щепы, поскольку при определенных температурно-временных параметрах условий пропитки (только заведомо завышенных) расход химикатов может обеспечить их наличие в достаточном количестве в отработанном пропиточном растворе.

Повышенный расход химикатов на пропитку обусловливает заметное растворение компонентов древесины, а значит повышенное их содержание в отработанном пропиточном растворе. При взаимодействии отработанного пропиточного раствора с волокном, полученным после первой ступени размола, происходит дальнейшее растворение древесины от воздействия остаточных количеств гидроксида натрия и сульфита натрия, что приводит в конечном итоге к снижению рН массы. Со снижением щелочности массы из отработанного пропиточного раствора растворенная часть органики адсорбируется на волокне, увеличивая тем самым количество веществ, экстрагируемых спиртобензолом. При переработке целевого продукта в бумагу или картон возникает технологическая необходимость повышения щелочности потока, а иначе органические вещества, освобождаясь от волокон, создают проблемы смоляных затруднений.

Новым техническим результатом предлагаемого технического решения является снижение расхода химикатов на пропитку и повышение механических и оптических свойств целевого продукта.

Достигается технический результат тем, что в способе получения древесной массы, включающем пропитку древесной щепы щелочным раствором сульфита натрия, отделение отработанного пропиточного раствора, размол щепы в две ступени и химическую обработку массы между ступенями размола, согласно изобретению химическую обработку массы между ступенями размола осуществляют щелочным раствором пероксида водорода при концентрации массы 14-18% и конечном рН 9,5-10,0, а после второй ступени размола массу разбавляют до концентрации 3,0-5,0% и выдерживают 30-60 мин до рН 7,5-8,0.

Химическую обработку массы щелочным раствором пероксида водорода между ступенями размола проводят при 75-85°С в течение 15-20 мин.

Обладая специфическим анатомическим строением, древесина лиственных пород недостаточно пригодна для получения древесной массы термомеханическим способом по сравнению с хвойными породами. Поэтому для получения древесной массы из щепы лиственных пород, в частности осины, предусматривается обработка ее щелочными химикатами - гидроксидом натрия, карбонатом натрия и т.д. Для стабилизации белизны готовой массы и для развития механических свойств ее используется сульфит натрия.

Сочетание гидроксида натрия и сульфита натрия является основной парой химикатов при получении древесной массы из лиственных пород. Механизм действия их на древесину следующий: гидроксид натрия вызывает набухание волокон древесины и частичный гидролиз ее компонентов, сульфит натрия, проникая в глубь набухшей щепы, блокирует хромофорные группы лигнина, предотвращая потерю белизны, и одновременно происходит сульфирование лигнина для повышения механических свойств древесной массы. При последующем прохождении щепы через импресспорайнер пластифицированная щепа легче деформируется, сжимается и частично разрушается, а отработанный пропиточный раствор, содержащий гидроксид натрия, сульфит натрия и растворенные органические вещества, отделяется и направляется на регенерацию.

Частично разрушенная щепа размалывается на рафинере первой ступени на отдельные волокна и пучки волокон. При последующей дополнительной обработке волокнистой массы щелочным раствором пероксида водорода происходит более углубленная реакция гидроксида натрия и пероксида водорода с компонентами древесного комплекса. Наличие в волокнистой массе следов сульфита натрия обеспечивает синергетический эффект взаимодействия пероксида водорода и сульфита натрия. Размолотая масса на второй ступени с остаточным пероксидом водорода поступает в бассейн, где разбавляется водой и при повышенной температуре выдерживается определенное время.

Предлагаемый способ получения древесной массы осуществляют следующим образом: щепу из осиновой древесины промывают водой для отделения от нее опилок и минеральных включений, обезвоживают и подают в аппарат непрерывного действия, где проводят обработку щепы щелочным раствором сульфита натрия. Обработку щепы химикатами проводят в течение 25-50 минут при 50-90°С. После проведенной обработки щепу направляют в импрессифайнер, где отделяется от щепы отработанный пропиточный раствор, и размалывают на рафинере первой ступени с получением волокнистой массы концентрацией 20-30%. Волокнистую массу смешивают с щелочным раствором пероксида водорода, в состав которого, кроме того, входит силикат натрия. Расход указанных реагентов следующий: гидроксид натрия 10-15 кг/т, пероксид водорода 15-25 кг/т и силикат натрия 15-20 кг/т. Обработанную при концентрации 14-18%, при температуре 75-85°С в течение 15-20 мин массу размалывают на второй ступени при рН 9,5-10,0. После размола волокнистую массу разбавляют водой до концентрации 3,0-5,0% и выдерживают 30-60 мин до окончательного рН 7,5-8,0. Затем массу кислуют, сортируют, сгущают и направляют на переработку в бумажное или картонное производство.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами его осуществления.

Пример 1. Способ получения древесной массы осуществляют следующим образом. Осиновую щепу стандартных размеров промывают водой, обезвоживают и направляют в аппарат непрерывного действия, где ее обрабатывают гидроксидом натрия при его расходе 15 кг/т и сульфитом натрия при его расходе 10 кг/т в течение 30 мин при температуре 80°С. Щепу после обработки в пропиточном аппарате направляют в импрессифайнер, в котором от щепы отделяют отработанный пропиточный раствор, и подают на первую ступень размола, размол ведут при концентрации массы 30% и температуре массы 95°С. В волокнистую массу вводят водный раствор, содержащий пероксид водорода в количестве 15 кг/т, гидроксид натрия - 10 кг/т и силикат натрия - 15 кг/т, что обеспечивает концентрацию массы 18% и температуру 85°С. После смешивания массы с щелочным раствором пероксида водорода ее выдерживают в течение 15 мин. По истечении указанного времени массу при рН 9,5 размалывают на второй ступени размола. Размолотую массу разбавляют водой до концентрации 3,0% и выдерживают 30 минут до рН 7,5, после чего ее кислуют, сортируют, сгущают и анализируют на степень помола, содержание грубого волокна, сорность. Из массы изготавливают отливки массой 75 г/м² и определяют физико-механические свойства. Результаты эксперимента приведены в таблице.

Пример 2. Способ получения древесной массы осуществляют аналогично примеру 1. Отличия состоят в том, что в волокнистую массу после первой ступени размола вводят водный раствор, содержащий пероксид водорода в количестве 20 кг/т, гидроксид натрия - 12 кг/т и силикат натрия - 17 кг/т, что обеспечивает концентрацию массы 16% и температуру 80°С, и выдерживают при этом 17 мин. По истечении указанного времени массу при рН 9,7 размалывают на второй ступени размола. После этого ее разбавляют до концентрации 4,0% и выдерживают 40 минут до рН 7,7, затем массу кислуют, сортируют, сгущают и анализируют. Результаты эксперимента приведены в таблице.

Пример 3. Способ получения древесной массы осуществляют аналогично примеру 1. Отличия состоят в том, что в волокнистую массу после первой ступени размола вводят водный раствор, содержащий пероксид водорода в количестве 25 кг/т, гидроксид натрия - 15 кг/т и силикат натрия - 20 кг/т, что обеспечивает концентрацию массы 14%, температуру 75°С, и выдерживают при этом 20 минут. По истечении указанного времени массу при рН 10,0 размалывают на второй ступени размола. После чего ее разбавляют до концентрации 5,0% и выдерживают 60 минут до рН 8,0. Затем массу кислуют, сортируют, сгущают и анализируют. Результаты эксперимента приведены в таблице.

Пример 4 (прототип). Способ получения древесной массы осуществляют аналогично примеру 1. Отличия состоят в том, что в волокнистую массу после первой ступени размола вводят отработанный пропиточный раствор в количестве, обеспечивающем концентрацию 18% и температуру 90°С. При этой температуре выдерживают 10 минут, в начальный момент обработки рН массы 10,4, а заканчивают при рН 7,4. Массу, прошедшую обработку, размалывают на второй ступени, разбавляют водой, сортируют, сгущают и анализируют. Результаты эксперимента приведены в таблице.

Анализ проведенных в таблице данных свидетельствуют о том, что предлагаемый способ получения древесной массы позволяет существенно повысить физико-механические свойства целевого продукта.

Так разрывная длина увеличивается на 20-22%, а содержание костры при одинаковой степени помола исследуемых масс сокращается на 40-50%. Существенно снижается сорность в 2,5-2,7 раза готового полуфабриката и повышается его белизна. Из данных таблицы видно, что снижение содержания в целевом продукте веществ экстрагируемых спиртобензольной смесью направлено на сокращение смоляных затруднений на бумажной машине при переработке массы в бумагу.

Литература

1. Опубликованная заявка №2004/0069427, А1 D21С 3/10, 162/78, опубл. 17.06.2004.

2. Патент RU №2106447, С1 D21В 1/16, D21С 9/16, опубл. 10.03.1998.

3. А.С. №979554, D21В 1/16, опубл. 07.12.1982.

Условия получения и показатели качества древесной массы из осины
№№ п/п	Условия обработки массы между ступенями размола	Обработка массы в бассейне	Степень помола, °ШР	Содержание	Разрывная длина, м	Белизна, %	Смола, %
Расход химикатов, кг/т	Температура, °С	Время, мин	Концентрация, %	рН	Концентрация, %	Время, мин	РН	костры, %	сора, соринок на 1 м2
Н2O2	NaOH	Na2SiO3
1	15	10	15	85	15	18	9,5	3,0	30	7,5	48	1,3	930	3450	76	1,45
2	20	12	17	80	17	16	9,7	4,0	40	7,7	50	1,2	1050	3400	76	1,50
3	25	15	20	75	20	14	10,0	5,0	60	8,0	49	1,2	970	3500	77	1,38
4 прототип	Пропиточный раствор	90	10	18	*10,4/7,4	-	-	-	48	1,8	2700	2900	57	4,32
* рН = начало и конец обработки массы отработанным пропиточным раствором.

1. Способ получения древесной массы, включающий пропитку древесной щепы щелочным раствором сульфита натрия, отделение отработанного пропиточного раствора, размол щепы в две ступени и химическую обработку массы между ступенями размола, отличающийся тем, что химическую обработку массы между ступенями размола осуществляют щелочным раствором пероксида водорода при концентрации массы 14-18% и конечном рН 9,5-10,0, а после второй ступени размола массу разбавляют до концентрации 3,0-5,0% и выдерживают в течение 30-60 мин до рН 7,5-8,0.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что между ступенями размола химическую обработку массы щелочным раствором пероксида водорода проводят при 75-85°С в течение 15-20 мин.