Способ получения сульфатной целлюлозы для химической переработки

Способ получения сульфатной целлюлозы для химической переработки

Реферат

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и может быть использовано в производстве целлюлозы для химической переработки и санитарно-гигиенических видов бумаги.

Известен способ получения целлюлозы для химической переработки, включающий паровую гидролизную обработку растительного сырья, вывод гидролизата, сульфатную варку обработанного сырья (RU, пат. №2138590, D21C 3/02, опубл. 27.09.1999). Режим гидролиза: подъем температуры до 150°С - 40 мин, стоянка при 150°С - 40 мин, подъем температуры до 170°С - 60 мин. Вывод гидролизата осуществляют одновременно с терпентинной сдувкой при 120-170°С. Далее в котел подают варочный раствор (смесь белого и черного щелока) и проводят варку по режиму: пропитка при 135°С - 30 мин, подъем температуры до 170°С - 60 мин, стоянка при 170°С - 90 мин. Расход активной щелочи 21% от массы абс. сух древесины. В зависимости от зоны котла, получают целлюлозу с величиной Каппа 13,8-17,2 ед., вязкостью 176-263 мП, содержанием α-целлюлозы 93,1-94,5%.

Известен также способ получения сульфатной целлюлозы из древесины лиственницы (SU, а.с. 1595977, D21C 3/02,1/02, опубл. 30.09.1990). В способе сначала проводят водную обработку щепы в течение 30 мин. Экстракт выводят из котла и щепу подвергают водному гидролизу при температуре 170°С и давлении 0,7-0,8 МПа в течение 70 мин. Гидролизат удаляют и проводят сульфатную варку по режиму: расход активной щелочи на варку 22% по массе абс. сух. древесины, нагрев до 135°С - 60 мин, стоянка 30 мин, нагрев до 170°С - 30 мин, варка при 170°С - 60 мин. Получают целлюлозу с выходом 30,8-31,7%, числом Каппа 14-15,5 ед., содержанием в ней α-целлюлозы 93,9%.

Общий недостаток указанных способов обусловлен следующими факторами. При нейтрализации кислого гидролизата черным щелоком из продуктов гидролитической деструкции углеводов и лигнина образуются сшитые полимеры разветвленного строения, так называемая «карамель». Она не растворяется ни в воде, ни в варочном щелоке и осаждается на ситах варочного котла и в трубопроводах, в результате чего необходима механическая очистка оборудования варочной установки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ получения сульфатной целлюлозы из древесины лиственницы в смеси с другими хвойными и лиственными породами (SU, а.с. 1542982, D21C 3/02, 1/06, опубл. 15.02.1990), предназначенной для производства бумаги технического назначения. Целлюлозу получают путем обработки щепы щелочными водными средами в две ступени, каждая из которых включает подачу в загруженный щепой котел водной среды, обработку щепы средой в заданных условиях, выведение из котла отработанной водной среды, последующее выведение волокнистой массы, при этом на первой ступени используют отработанный черный щелок с концентрацией активной щелочи 5-10 г/дм³, обработку экстракцией ведут при температуре 90-124°С, экстракт выводят, в котел подают белый щелок и обработку щепы варкой проводят с подъемом температуры от 80°С до 170°С в течение 90 мин и стоянкой при этой температуре 30 мин при расходе щелочи на варку 10,5-12% по массе абс.сух. древесины. В результате получают целлюлозу с выходом 48,7-51,9% и числом Каппа 56,1-63,5 ед.

Целлюлоза с таким показателем числа Каппа для химической переработки или для производства бумаги санитарно- гигиенического назначения использоваться не может. Недостатком способа является также низкая степень использования тепла отработанных водных сред.

Новыми результатами от использования предлагаемого изобретения являются обеспечение возможности получения из древесины лиственницы целлюлозы для химической переработки или для производства бумаги санитарно-гигиенического назначения с приемлемыми для этих целей значениями для целлюлозы числа Каппа, вязкости и содержания α-целлюлозы и хорошим сочетанием величины выхода целлюлозы с этими показателями, упрощение процесса отбеливания, а также повышение степени использования тепла и химикатов отработанных щелочных сред.

Указанные результаты достигаются тем, что в способе получения сульфатной целлюлозы для химической переработки путем обработки щепы щелочными водными средами в две ступени, каждая из которых включает подачу в загруженный щепой котел водной среды, обработку щепы средой в заданном режиме, выведение из котла отработанной водной среды, выведения из котла после второй ступени волокнистой массы, согласно изобретению, на первой и второй ступенях обработки в качестве водной среды используют смесь черного и белого щелоков с содержанием активной щелочи 15-30 г/дм в ед. Na₂О для первой ступени и 55-70 г/дм³ для второй ступени, обработку на первой ступени проводят с подъемом температуры до 125-155°С за 30 мин и выдержкой на пропитку, гидролиз и варку при конечной температуре в течение 60 мин, вывод отработанной на первой ступени среды проводят ее вытеснением водной средой для второй ступени, вторую ступень проводят с подъемом температуры до 140°С за 40 мин, выдержкой на пропитку и варку при этой температуре в течение 40 мин, подъемом температуры до 170°С за 40 мин, выдержкой на варку при 170°С в течение 90 мин. Отработанную среду от первой ступени обработки щепы направляют в систему регенерации варочных химикатов и тепла. Отработанный черный щелок второй ступени обработки щепы выводят из котла путем его вытеснения промывочной водой, смешивают с белым щелоком в заданных соотношениях с получением водных сред для первой и второй ступеней обработки щепы.

Способ осуществляют следующим образом. Котел периодического действия загружают щепой лиственницы и подают в него в качестве щелочной водной среды смесь полученного ранее отработанного черного щелока с белым щелоком с заданным содержанием активной щелочи в смеси в диапазоне 15-30 г/дм³ в расчете на абс.сух. древесину и ее температурой 80-90°С. Содержимое котла подогревают в течение 30 мин до 125-155°С, выдерживают при заданной температуре 60 мин. Затем отработанную водную среду из котла вытесняют водной средой для второй ступени обработки, также полученной смешением черного щелока с белым щелоком с обеспечением содержания активной щелочи в смеси 55-70 г/дм³. Температура среды 80-90°С. При заполнении котла этой средой ее подачу прекращают, содержимое котла разогревают в течение 40 мин до 140°С, выдерживают 40 мин, затем разогревают в течение 40 мин до 170°С, выдерживают при этой температуре 90 мин. Варку прекращают, отработанную водную среду второй ступени обработки, то есть черный щелок, выводят из котла вытеснением водой от промывки целлюлозы или свежей водой, промывают, при необходимости, отбеливают.

Обработку щепы в котле на обеих ступенях проводят в режиме рециркуляции водных сред.

Примеры для иллюстрации способа выполняют с использованием автоклава объемом 5,0 дм³, снабженного системами принудительной циркуляции и термостатированного обогрева. В каждом примере на первой ступени навеску щепы массой 500 г абс.сух. древесины обрабатывают черным щелоком с содержанием эффективной щелочи 15-30 г/дм³. Режим первой ступени: подъем температуры до 125-155°С за 30 мин, пропитка, гидролиз и варка при заданной температуре в течение 60 мин. После отбора гидролизата подают черный щелок с содержанием эффективной щелочи 55-70 г/дм³ (это аналог смеси черного щелока с белым щелоком) и проводят обработку второй ступени в следующем режиме: нагрев до 140°С за 40 мин, пропитка при 140°С - 40 мин, подъем температуры от 140 до 170°С - 40 мин, варка при 170°С - 90 мин. После окончания варки черный щелок сливают, волокнистую массу выводят из котла, промывают и, при необходимости, отбеливают с использованием технологии многоступенчатой отбелки.

Режимы варок по примерам и характеристики небеленой целлюлозы приведены в таблице.

Смесь образцов полученной целлюлозы с числом Каппа менее 18 (см. таблицу) с целью ее использования для химической переработки отбеливают в несколько ступеней с использованием элементарного хлора в соответствии с технологическим регламентом отбельного цеха Братского ЦБК. Получают целлюлозу со следующими характеристиками: белизна 88,0%, содержание α-целлюлозы 92,7%, реакционная способность, % CS2/%NaOH - 80/11, вязкость 1%-ного медно-аммиачного раствора 90 мП, зольность 0,04%.

Смесь образцов целлюлозы с числом Каппа более 18 с целью ее использования в производстве бумаги санитарно-гигиенического назначения отбеливают без использования элементарного хлора в соответствии с технологическим регламентом. Получают целлюлозу со следующими характеристиками: белизна после кисловки 87,1%, разрывная длина 7700 м, индекс сопротивления раздиранию 11,2 мН·м²/г, водоудержание 140%.

Предлагаемый способ достаточно просто реализуется в промышленных установках периодического действия и в аппаратах непрерывного действия с использованием пропиточной колонны.

Таблица
№№ п/п	Температура, время I ступени °С/мин	Эффективная щелочь в первой среде до и после I ступени, г/дм3 в ед. Na2О	Активная щелочь во второй среде, г/дм3 в ед. Na2О	Число Каппа	Выход целлюлозы, %	Содержание альфа-целлюлозы, %	Вязкость целлюло-зы, мП
1	130/60	19,5/4,0	56,7	18,9	34,9	95,4	444
2	130/60	19,5/4,0	63,3	16,5	34,3	95,3	307
3	130/60	19,5/4,0	70,0	14,3	33,4	95,2	224
4	140/60	19,5/2,5	56,7	18,8	34,1	95,0	352
5	140/60	19,5/2,8	63,3	18,1	33,6	95,0	294
6	140/60	19,5/3,1	70,0	15,7	32,8	95,0	197
7	150/60	19,5/2,8	56,7	22,7	32,6	95,3	390
8	150/60	19,5/2,5	63,3	19,3	32,4	95,3	271
9	150/60	19,5/2,5	70,0	17,8	32,4	95,1	208
10	150/60	24,8/4,0	56,7	22,3	33,8	95,3	394
11	150/60	24,8/4,2	63,3	19,7	33,2	95,5	262
12	150/60	24,8/4,0	70,0	15,7	32,5	95,4	203
13	130/60	15,0/2,3	63,3	17,1	34,8	95,0	320
14	125/60	19,5/4,9	63,3	17,2	35,5	94,3	355
15	155/60	24,8/3,7	70,0	14,3	32,3	94,8	182

1. Способ получения сульфатной целлюлозы для химической переработки путем обработки щепы щелочными водными средами в две ступени, каждая из которых включает подачу в загруженный щепой котел водной среды, обработку щепы средой в заданном режиме, выведение из котла отработанной водной среды, выведение из котла после второй ступени волокнистой массы, отличающийся тем, что на первой и второй ступенях обработки в качестве водной среды используют смесь черного и белого щелоков с содержанием активной щелочи 15-30 г/дм³ в ед. Na₂O для первой ступени и 55-70 г/дм³ для второй ступени, обработку на первой ступени проводят с подъемом температуры до 125-155°C за 30 мин и выдержкой на пропитку, гидролиз и варку при конечной температуре в течение 60 мин, вывод отработанной на первой ступени среды проводят ее вытеснением водной средой для второй ступени, вторую ступень проводят с подъемом температуры до 140°C за 40 мин, выдержкой на пропитку и варку при этой температуре в течение 40 мин, подъемом температуры до 170°C за 40 мин, выдержкой на варку при 170°C в течение 90 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработанную среду от первой ступени обработки щепы направляют в систему регенерации варочных химикатов и тепла.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработанный черный щелок второй ступени обработки щепы выводят из котла путем его вытеснения промывочной водой, смешивают с белым щелоком в заданных соотношениях с получением водных сред для первой и второй ступеней обработки щепы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокнистую массу после выведения из котла промывают и отбеливают.