Способ получения целлюлозы
Способ касается получения целлюлозы из льняного сырья и может быть использован в целлюлозно-бумажной промышленности для получения целлюлозы для химпереработки, а также, например, ваты, бумаги и картона. Способ осуществляют путем последовательного одновременного рыхления и очистки льна-зеленца или льняной соломы, промывки и резки материала. Затем его замачивают, термомеханохимически обрабатывают, промывают и отбеливают. Снова промывают, отжимают и сушат. После термомеханохимической обработки целлюлозосодержащего материала можно проводить дозревание в щелочном растворе. Техническим результатом является повышение экономичности способа получения целлюлозы из льняного сырья с высокой степенью закостренности. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
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 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% (Акцептованная заявка Японии №52-6362, кл. 39 А4, 1977).
Однако известным способом невозможно получить качественную целлюлозу из льняного сырья с высоким выходом целевого продукта.
Известен способ получения целлюлозы путем рыхления растительного 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 водой, измельчения, тонкой гидроциклонной очистки осветленной водой, 2-кратной отбелки NaOCl при рН=9-11,5, Т=90°С в течение 1 часа, промывки 2-кратной умягченной водой, кисловки раствором H2SO4 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»).
Известен способ получения целлюлозы, включающий механическую обработку целлюлозосодержащего материала путем одновременного его рыхления и очистки, варку в щелочном растворе при температуре 130-140°С под давлением 3-4 атм в течение 180-210 мин, промывку, отбелку в кислом растворе гипохлоритом натрия, отжим, рыхление и сушку (RU 2078163, кл. D04H 1/02, опубл.1997).
Недостатками вышеперечисленных способов являются: проведение процесса щелочной варки в жестких условиях - при температуре Т=120-140°С, давлении Р=2-4 атм, использование для отбелки канцерогенного гипохлорита натрия.
Наиболее близким аналогом является способ получения целлюлозы путем одновременного рыхления и очистки целлюлозосодержащего материала, измельчения, замочки в растворе NaOH и очистки, щелочной варки в течение 1,5-3 часов при гидромодуле 1:(5-20), содержащем дополнительно ПАВ, промывки, отбелки в растворе Н2О2, промывки, отжима и сушки (Патент РФ по Заявке №2005127650 с решением о выдаче патента от 27.02.07).
Недостатком известного способа является невозможность получения целлюлозы из льняного сырья с высокой степенью закостренности, в частности из льняной соломы и льна-зеленца.
В основу предлагаемого изобретения положена задача создания эффективного экономичного способа получения целлюлозы из льняного сырья с высокой степенью закостренности и льна-зеленца, пригодной для химпереработки, производства ваты, в бумажной промышленности и т.д.
Поставленная задача решается так, что в способе получения целлюлозы путем последовательного одновременного рыхления и очистки целлюлозосодержащего материала, замочки, термохимической обработки, промывки, отбелки, промывки, отжима и сушки, перед замочкой дополнительно осуществляют промывку и резку материала, обработку проводят термомеханохимическую, причем в качестве целлюлозосодержащего материала берут лен-зеленец или льняную солому.
В варианте осуществления способа по п.1 дополнительно после термомеханохимической обработки материала его оставляют на дозревание в щелочном растворе.
В качестве целлюлозосодержащего материала используют льняное сырье: лен-зеленец - стебли, отобранные в период между цветением и ранней желтой спелостью растения льна (на 40-50 сутки) до начала интенсивного накопления лигнина (Живетин В.В., Гинзбург Л., Ольшанская О.М. Лен и его комплексное использование. - М.: Информ-Знание, 2002, - 400 с.) и/или солому масличных культур (лен-кудряш, лен-межеумок) после отделения семян.
Процесс по формуле изобретения осуществляют с использованием описанных ниже аппаратов и химреагентов следующим образом.
Рыхление и очистку льняного сырья проводят одновременно с помощью кипорыхлителей типов СРЦК, ВРП для удаления механических примесей, сорняков, цветков, семян.
Разрыхленное сырье по пневмотранспорту поступает в промывной аппарат, где технической водой с содержанием 0,5% поверхностно-активного вещества (ПАВ) удаляют пыль и грязь.
В качестве ПАВ используют синтанол-АЛМ-10 - моноалкиловый эфир полиэтиленгликоля на основе высших синтетических жирных спиртов по ТУ 6-14-864-88 или Неонол АФ9-12- моноалкилфенол на основе тримеров пропилена по ТУ 2483-077-05766801-98.
Затем льняное сырье нарезают с помощью многодисковой мельницы типа ММДР-379 до длины сечки 10-15 мм.
Замочку проводят в шнековом аппарате с обратными зонами типа АШ-200 в щелочном растворе, приготовленном на оборотной воде с содержанием NaOH - 10-60 г/л и ПАВ - 0,5 г/л, в течение 15-60 минут при температуре 95-100°С. Гидравлический модуль равен 1:(10-20).
Приготовленную пульпу с концентрацией льняного сырья 5-10% подвергают термомеханохимической обработке в шнековом аппарате с кулачковыми зонами типа АШ-200 при температуре 95-100°С в течение 15-30 минут.
Отработанный щелочной раствор вместе с растворенными в нем нецеллюлозными компонентами льняного сырья отделяют от льняной целлюлозы сцеживанием для возможного повторного использования.
Полуцеллюлозную массу подвергают промывке в умягченной воде с целью удаления остатков щелочи из полуцеллюлозы. Операцию проводят в 2 ступени путем выдерживания в емкостях с водой при температуре 80-90°С в течение 20-30 минут на первой ступени и 40-50°С в течение 20-30 минут на второй ступени. Гидравлический модуль при промывке составляет 1:(10÷20) на каждой ступени.
Отбелку льняной целлюлозы проводят в растворе перекиси водорода с концентрацией 5-10 г/л при температуре 85-95°С в течение 90 минут. Гидравлический модуль - 1:(10÷20).
Промывку от отбельного раствора проводят умягченной водой также, как и при промывке после операции щелочной варки.
Операцию отжима осуществляют на центрифугах типа АГ или АОГ до влажности 40-50%.
Сушку целлюлозы проводят топочными газами при температуре 140-160°С на вибросушилке.
Подсохшую целлюлозу подают в циклон для отделения ее от воздуха и затем на упаковку.
По п.1 ф.из. после термомеханохимической обработки при необходимости улучшения физико-химических показателей целлюлозы проводят дозревание в том же щелочном растворе доукрепленным до концентрации NaOH 10-60 г/л при температуре 95-100°С в течение 30-60 минут и подают на промывку умягченной водой в 2 ступени, как описано выше.
Для доказательства соответствия заявленного способа критерию «промышленная применимость» приводим конкретные примеры осуществления способа.
Пример 1.
100 кг распакованного льна-зеленца подают в кипоразрыхлитель мощностью 22 кВт и производительностью 800 кг/ч, где подвергают растрепыванию и удалению случайных механических включений, сорняков, корешков и т.п. Разрыхленное сырье промывают в цилиндрической емкости 3 м3 технической воды, содержащей 5 г/л синтанола АЛМ-10.
Очищенное льняное сырье разрезают на многодисковой мельнице ММДР-379 (мощность 10 кВт, производительность 25 т/сут) до длины волокна 10-15 мм.
Затем нарезанный лен-зеленец и 2 м3 щелочного раствора с концентрацией NaOH 10 г/л в оборотной воде и 0,5 г/л синтанола АЛМ-10 подают в шнековый аппарат АШ-200 с обратными зонами (производительность 1000 кг/ч), разогретого до температуры 100°С, и проводят замочку в течение 60 минут. После чего приготовленную пульпу массонасосом (производительность - 470 м3/ч) транспортируют в шнековый аппарат АШ-200, содержащий кулачки, и проводят термомеханохимическую обработку в течение 30 минут при температуре 100°С.
По окончании термомеханохимической обработки и отделения отработанного раствора льняную целлюлозу двукратно промывают в емкости объемом 10 м3 умягченной водой в течение 30 минут при температуре 85±5°С и в течение 30 минут при температуре 35±5°С.Гидравлический модуль составляет 1:20.
Далее промытую льняную целлюлозу помещают в емкость объемом 10 м3 с раствором перекиси водорода концентрации 10 г/л для проведения отбелки при температуре 90°С в течение 1,5 часов. Гидравлический модуль при отбелке составляет 1:20.
Отбеленную 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 1:20.
Суспензию льняной целлюлозы массонасосом подают на горизонтальную центрифугу (производительность 900 кг/ч). Целлюлозу отжимают до влажности 40%.
Сушку целлюлозы проводят путем подачи льняной целлюлозы в вибросушилку. Температура топочного газа составляет 140-160°С.Получают целлюлозу с выходом 60%, с массовой долей α-целлюлозы - 94%, динамической вязкостью 16 мПа·с.
Пример 2-3 ведут аналогично примеру 1, изменяя условия процесса. Данные по примерам представлены в таблице 1.
Пример 4.
Условия те же, что и в примере 1, но для повышения массовой доли α-целлюлозы вводят операцию дозревания после термомеханохимической обработки. Пульпа поступает в шнековый аппарат АШ-200 с обратными зонами (производительность 1000 кг/ч), где рабочий щелочной раствор доукрепляется до концентрации щелочи 10 г/л. Дозревание проводят в течение 60 минут при температуре 100°С.После промывки умягченной водой в две ступени и отбелки (концентрация Н2О2 - 5 г/л, температура - 95°С) остальное проводят по условиям примера 1. Получают целлюлозу с выходом 57% и содержанием золы 0,2%.
Пример 5-6. Целлюлозу получают аналогично примеру 4, изменяя условия процесса (см. таблицу 1).
Пример 7-12. Способ осуществляют аналогично примерам 1-6, только в качестве исходного сырья используют солому льна-кудряша (Таблица 1).
Физико-химические показатели целевого продукта определяют согласно ГОСТ 595-79 «Целлюлоза хлопковая» (см. таблицу 2).
Анализ данных таблиц 1 и 2 показывает, что предложенный способ является эффективным, так как позволяет получать целлюлозу, используемую для химпереработки, ваты, бумаги, картона и т.д. А использование в качестве исходного сырья соломы масличных культур (отходы производства льняного масла) или льна-зеленца (стебли, отобранные в период между цветением и ранней желтой спелостью растения льна (на 40-50 сутки), значительно снижает себестоимость целлюлозы.
Таблица 1 | |||||||||||||
Технологические параметры способа | Единицы измерения | Примеры и значение параметров | |||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | ||
Сырье | Лен-зеленец | Солома льна-кудряша | |||||||||||
1.Замочка с использованием- едкого натра | г/л | 1 | 4 | 6 | 1 | 4 | 6 | 2 | 3 | 5 | 2 | 3 | 5 |
- синтанола АЛМ-10 | г/л | 0,5 | 0,5 | - | 0,5 | 0,5 | - | 0,5 | 0,5 | - | 0,5 | - | 0,5 |
- неонола АФ9-12 | г/л | - | - | 0,5 | - | - | 0,5 | - | - | 0,5 | - | 0,5 | - |
Температура | °С | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Длительность | мин | 60 | 60 | 30 | 60 | 30 | 15 | 60 | 60 | 60 | 30 | 30 | 15 |
Гидравлический модуль | 1:20 | 1:20 | 1:20 | 1:20 | 1:20 | 1:10 | 1:20 | 1:20 | 1:20 | 1:20 | 1:20 | 1:10 | |
2. Термомеханохимическая обработка | |||||||||||||
Температура | °С | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Длительность | мин | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
3. ДозреваниеТемпература | °С | - | - | - | 100 | 100 | 100 | - | - | - | 100 | 100 | 100 |
Длительность | мин | - | - | - | 60 | 30 | 30 | - | - | - | 45 | 15 | 15 |
Продолжение таблицы 1 | |||||||||||||
4. Отбелка в растворе перекиси водорода | г/л | 10 | 10 | 10 | 5 | 5 | 5 | 10 | 10 | 10 | 5 | 5 | 5 |
Температура | °С | 90 | 90 | 90 | 95 | 95 | 95 | 90 | 90 | 90 | 95 | 95 | 95 |
Длительность | мин | 90 | 90 | 90 | 90 | 90 | 90 | 90 | 90 | 90 | 90 | 90 | 90 |
Гидравлический модуль | 1:20 | 1:20 | 1:20 | 1:20 | 1:20 | 1:10 | 1:20 | 1:20 | 1:20 | 1:20 | 1:20 | 1:10 |
Таблица 2 | |||||||||||||
Наименование показателя качества льняной целлюлозы | Единицы измерения | Примеры и значения параметров | |||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | ||
1. Массовая доля α-целлюлозы | % | 94,0 | 94,7 | 95 | 95,8 | 96 | 95,6 | 91 | 90 | 91,3 | 92,8 | 93 | 92,5 |
2. Динамическая вязкость | мПа·с | 26 | 43 | 75 | 60 | 101 | 86 | 18 | 34 | 57 | 21 | 43 | 26 |
3. Массовая доля золы | % | 0,3 | 0,28 | 1,17 | 0,2 | 0,21 | 0,20 | 0,41 | 0,39 | 0,33 | 0,21 | 0,3 | 0,26 |
4. Белизна | % | 70 | 75 | 80 | 73 | 75 | 72 | 60 | 70 | 63 | 65 | 61 | 60 |
1. Способ получения целлюлозы путем последовательного одновременного рыхления и очистки целлюлозосодержащего материала, замочки, термохимической обработки, промывки, отбелки, промывки, отжима и сушки, отличающийся тем, что перед замочкой осуществляют дополнительно промывку и резку материала, обработку проводят термомеханохимическую, причем в качестве целлюлозосодержащего материала берут лен-зеленец или льняную солому.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно после термомеханохимической обработки материала его оставляют на дозревание в щелочном растворе.