Способ получения целлюлозы

Способ получения целлюлозы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСжнии

Союз Советскик

Социалистических

Республик (11) 574164 (61) Дополнительный к патенту (22) ЗаЯвлено 06.05.71 (2)) 1653816/04 (5l) M Kn, 0 21 С 3/02 (23) Приоритет — (32) 13.05.70

1 ааудв рственный комктет

Совета Мкнкстроа СССР аа делам кзооретенкй к аткрыткк (31) 6569/70 (33) Швеция

{43) Опубликовано 25.09 77 Бюллетень ) е 35 (45) Дата опубликования описания 0108.77 (53) УДК 661728 2 (088.8) Иностранцы

Ханс Олоф Самуэльсон и Стуре Эрик Олоф Нореус (1И веция) {72) Автори изобретения

Иностранная фирма

"Мо Ок Домсье Актиеболаг" (Швеция) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к способу получения целл юлозы.

Известнэ,:=;" к качеству целлюлозы предъявляются определенные требования, в частности небольшое содержание лигнина, невысокая степень деструкции, высокий выход и хорошая белизна.

Известен ряд способов, позволяющих получать целлюлозу определенного качества. Так, известен натронный способ получения целлюлозы, но из — за неудовлетворительного выхода и качества получаемой целлюлозной массы он не находит широкого распространения (1) .

Разновидностью щелочного метода варки является сульфатный способ получения целлюлозы 15 (крафт-процесс). Этот способ основан на использовании щелочи и сульфида натрия с добавлением щелочи и сульфида натрия с добавлением сульфата натрия (для сокращения потерь щелочи) (2).

Однако для обеспечения рентабельности производства и его удешевления в этом процессе должна предусматриваться регенерация черных щелоков и улавливание образующихся газов сероводорода, двуокиси серы для предотвращения загрязнения окружающей среды. 25

В этой авяэи разрешение этих проблем привело к созданию ряда усовершенствованных способов сульфатной варки растительных материалов.

Так, в одном случае вместо сульфида натрия в сульфатном методе варки .древесных материалов используют кислород под давлением (не менее

56 атм) (3), что усложняет процесс.

Дальнейшее у совершенств он ание этого проце сса заключается в том, что загружают все необходимое количество щелочи н сначала ведут варку при рН

7 — 9 (период от 1 до 10 час) и температуре

130 — 150 С, а затем заканчивают при рН 9,4 при давлении кислорода 2,8 — 17,6 атм, причем величина рН поддерживается в требуемых пределах путем добавления щелочи или карбоната натрия.

В этом способе выход хорошего качества целлюлозы недостаточен (5,1 — 61,5%) (4).

В определенном варочном процессе имеет значение, в какой период варки древесины добавляют щелочь и в каком количестве (5) .

Так, в сульфитном методе варки древесных материалов добавление щелочи в количестве меньше расчетного позволяет предотвратить потемнения целлюлозы (за счет исключения конденсации лигнина), а также снизить ее деструкцию, ибо эа счет

574)Ы невысокой концентрации щелочи тормози|ся окислительное действие кислорода„т.е. о;;.целительная деструкция целлюлозы.

Однако снижение величины рН менее O в течение длительного периода варки уменьшает степень белизны целлюлозы и поэтому в начальном периоде рН среды (варочной жидкости) должно быть не ниже 8, Общее количество щелочи определяется типом исходного сырья и получаемой целлюлозы, а также методом варки, и, как правило, составляет

1 — 10кг моль 1000 кг сухой древесины. Но необходимость проведения разработок по уточнению условий варки в каждом конкретном методе варки не исключена. е

С целью повышения степени белизны целевой целлюлозы в предлагаемом способе процесс ведут при подаче щелочи в начале процесса в количестве

5 — 75% от общего количества, требуемого для варки, с последующим непрерывным введением осТВВшегося количества для поддержания рН 9,5 — 13.

Кроме того, процесс целесообразно вести в присутствии соединений магния (расчет ведут на процент Mg0, исходя из веса сухой древесины) преимущественно в количестве 0,05 — 0,5%.

Различные соединения магния (комплексные соли различных кислот, гидроокись, окись или их смеси) обеспечивают как ускорение процесса варки, так и предотвращают деструкцию целлюлозы и тем самым повышают качество целевого продукта.

Далее для обеспечения однородности целлюлозной пульпы исходную щелочь берут в количестве

1 — 5 кг на 1000 кг сухой древесины, а для поддержания определенного рН раствора варочной жидкости используют кар бонатный или бикарбонатный буферный раствор. В качестве последнего может быть использован отработанный щелок после кислородно-щелочной стадии отбеливания небеленой целл юлозы.

Количество буферного вещества — бикарбоната щелочного металла, составляет 1 — 5 кг моль на

100 кг сухой древесины, причем использование большого количества буферного вещества нежелательно вследствие возможного образования во время варки углекислого газа, который разбавляет кислород и создает дополнительную нагрузку на систему регенерации, и избежания осаждения его внутри древесины.

Для осуществления процесса получения целлюлозы хорошего качества следует в начале варки загружать щелочь не более 20% от расчетного количества.

При применении смеси гидроокиси и карб ната щелочного металла в начальной стадии варки древесины загружают только карбонат натрия, à ocTBJIbное количество щелочи добавляют в ходе процесса варки.

Исходный кислород должен быть хорошо диспергирован в варочной жидкости, причем в данном процессе может быть использован Idêæå кисл ц о. досодержащий газ, например воздух.

Кроме того, следует отметить, что для хороните го ко ггакта кислорода с древесным материало: последний нужно пропитать варочной жидкостью, например, в вакууме или при атмосферном или пов ышенном дав ле нии.

Исходную древесную щепу можно также перег, варкой обработать водяным паром.

1О Процесс пропитки ведут при 20 — 120 С, преио ,÷."-;, .., ñ -нно 90 — 120 С, а сам процесс варки — пр:

60 — 1/5 С, причем в начальной стадии варки температуру ".ддерживают на уровне 60 — 90 С, а эате .:. =- — сь:т до 110 — 140 С или до 17": С.

1я Применение низких температур варки хотя л ведет к замедлению процесса (получение BGJi> Lc 4 люлозы), но в этом случае можно использоь- . невысокое давление кислорода и простую аппарат; ру, и наоборот.

20 При осуществлении процесса варки пр

110 — 150 С парциальное давление кислорода дог":. но быть 3 — 12 атм.

Наряду с этим можно отметить,. ч:= доб-"= ..:е в варочную жидкость поверхностно-аканты: х вер ществ способствует уменьшению содержания а а, и равномерной делигнификации.

В данном процессе гут быть использованы любые виды твердой древесины: буковая, тц бовая„ березовая, тополевая, а также мягкие виды

ЗО еловая, сосновая, кедровая, причем целесообразно вести размол до щепы размером 0„2 — 3 !u-. хотя может быть использована как древесная .: ка, так и сучки и гранулированная, комкованная древесина, По окончании процесса в рки волоки::.с;ую

Mscc) подведга|ст lcxBK .". .= ..- . -.о-.абз-.:.= =;.. с-: ветствии с требованиями =,.;..е. -,,; т, вого целлюлозного матери=ча.

Получаемая волок гистая целлюлозная мас-:" обладает такой степенью бег,;- ы, которая предъяв40 ляется к сортам тонкой бумаги, тонкого картона и печатной бумаги для журналов.

В случае, если требуется лучшая степень белизны, то волокнистая масса может быть дополни1ельно отбелена, например, двуокисью хлора.

45 Пример 1. В опыте использована березовая щепа толщиной около 1 мм при содержании 21,1% лигнина.

Исходную щепу обрабатывают водным раствором щелочи в следующих условиях:

50 Парциальное давление кислорода, атм 8

Начальная температура, С 80

Первона ильная величина рН 13,4

Время повышения температуры

М от 80 до 120 С, мин 45

Модуль пропиткн

Отношение др еве сина/жидкость, кг/л 1:4

Загрузка щелочи, кг моль/1000 кг S бО рН через 45 мин 11,5

Продолжительность варки при 120 С после удаления жидкости, мин 360

Общая продолжительность варки, мин 405 рН через 405 мин 10,8

Варку производят в автоклаве, вращающемся в нагретой гликолевой бане. По окончании варки сваренную щепу промывают и получают выход целлюлозы 63,4%, причем остаток сваренной щепы имеет темно-коричневый цвет и содержание лигнина в нем после варки 20,1%.

В процессе варки щелочь можно добавлять в четыре прием., причем в первый прием вводить

1,25 кг. моль NaOH на 1000 кг сухой древесины, а на каждой иэ следующих трех стадий добавлять

0,75 кг моль NaOH. В остальном условия варки те жв. Продолжительность варки на каждой стадии

240 мин. Полученную волокнистую массу необходимо промьвать водой между каждой стадией.

После пропитки древесины варочной жидкостью начальный рН 13 и в течение варки при 120 С снижается до 10 в жидкости (первично удаленный щелок). Щелок, удаленный на последних стадиях, имеет рН от 10 до 11.

Содержание лигнина в целлюлозе после варки составляет 1,5%; выход целлюлозы 51,5%; степень белизны 75% SCAN (канадский стандарт) .

Древесину можно варить без добавления кисло. рода. После варки остаток сваренной щепы содерж1т 22,1% лигнина, он имеет темно-коричневый цвет, Выход целлюлозы 71%.

Д.1я достижения желаемой степени -делигнификации при рН 9 — 13 необходимо варку проводить при давлении кислорода количество щелочи добавлять не все сразу, а в несколько приемов.

Пример 2. Буковую щепу обрабатывают по примеру 1, но с добавлением комплексного соединения магния, приготовленного из сульфата магния и этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТУК) .

Комплекс магния добавляют перед нагреванием.

Количество магния (в пересчете íà MgO) соответствует 0,1% от веса сухой древесины, а количество

ЭДТУК 0,5% от веса сухой древесины. В этом случае рН во время кислородной варки на 0,5 выше, чем в примере 1. Содержание лигнина в целлюлозной массе 2%, выход целлюлозы составляет 57,5%.

Полученные результаты показывают, что при добавлении комплексного соединения магния выход значительно повышается.

Пример 3. Варку проводят с применением карбоната натрия вместо щелочи, используют березовую щепу, содержыцую 20,9% лигнина.

При предварительной обработке используют отработанный щелок.

Температура пропитки 81.1 С

Варка:

Парциальное давление кислорода 8 атм

Первоначальная температура 80 С

Первоначальный рН 11

45 A!It! I

1:4

180 мин

9,7

Формула изобретения

Способ получения целлюлозы делигнификацией исходного целлюлоэосодержащего сырья путем его

55 обработки кислородом в щелочной среде при повышенной температуре и давлении в присутствии соединеи1й магния, отличающийся тем, что, с целью увеличения белизны целевого продукта, процесс ведут при подаче 1целочи в начале процесса в

80 количестве 5 — 75% от общего количества, требуемоВремя ловышсшп1 >емнсратуры о1

80 до 120 С

Модуль нронитки-отношение древесина/жидкость, кг/л 1 4

5 рН через 45 мин 9,9

Вначале добавляют Na C03 в количестве 2,5 кг/моль на 1000 кг сухой д реве си ны

При 120 С обработанный щелок удаляют до достижения отношения древесина/жидкость 1 2

Время при 120 С после удаления жидкости 90 мнн рН через 135 мин 9,5

16 Затем добавлянл раствор Na> CG3 до ув еличения отношения древесина/жидкость

Вторично загружают N@ СОз в количестве 1,25 кг моль на

М 1000 кг сухой древесины

Через 45 мин жидкость удаляют при

120 С до достижения отношения древе сина/хащкость 1:2

Время при 120 С после удаления жидкости рН через 360 мин

Добавление раствора Naq COa производят еще два раза, применяя

075 кг моль на 1000 кг древесины, каждый раз с последующим нагреванием в течение 45 мин 120 С рН через 540 мин 9,9

Древесину пропитьвают перед варкой варочной жидкостью, Варку производят во вращающемся автоклаве. После каждой стадии варки волокнис. тую массу промывают водой, После пропитки древесины варочной жидкостью при 80 С достигнута величина рН 11,0. В течение большей части периода кислородной варки

41 рН составляет 9,5 — 10.

Содержание лигнина в целлюлозе 3%, а выход целлюлозы 56,4%, степень белизны ее 64SCAN.

Эти результаты показьвают, что при применении карбоната натрия достигается большая степень делигнификации.

Проведение процесса варки, но без промывания древесины между отдельными стадиями, обеспечивает получение аналогичных результатов.

Составитель Г. Андиои

Техред И, АсгалошРедактор H. Джарагетти

Корректор А Кравченко

2414/47 Тираж PQ6 Подписное

ЦИИИНИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

l !3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ

Филиал ППП " Патент ", г. Ужгород, ул. Проектная,4 с

Ф

57

Qi в арки,ус,последку етг1зерьвным ввейея вшег9ся количе ва для поддеРзкания рН

9,5 — 13.

, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Непенин Ю. Н. "Технология целлюлозы", Т. 2, 1963 r, стр. 47-60.

164

2. Непенин Ю.Н. "Технология целлюлозы". Т. 2„

1963 г., стр. 60 — 68.

3, Патент США N 2673148, кл 162 — 16, 1954

4. Патент США N 2926114, кл. 162 — 16, 1960.

S. Ingruber О. V. Al la rd G. À. "Hot р Н control in

sulfitå pulping of sp ryce". "Pulp and Paper"

1967 г., 41, N 10, стр. 41 — 51 (РЖХ, 1967 r, 16 С 295) .