Способ получения целлюлозы

Способ получения целлюлозы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<ц787519 (61) Дополнительное к авт. свид-ау (22) Заявлено 310778 (21) 2650472/29-12 с присоединением заявки Й9 (23) Приоритет

Опубликовано 1512.80. Бюллетень 8о 46

Дата опубликования описания 18.1280 (51)М. Кл, 0 21 С 3/02

D 21 С 9/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (5Ç) УА (676. 1. 022.. 1: 676. 1. 023. 1 (088.8) О.П. Гугнина, Л.О. Иоффе, И.И. Буйннркал Д„. ;апожникова, И.В. Березина, К.Л. Хайдуков, Б.Н. Таборов„,Н.II, Бессойов и Н.И. Крохотина

I (72) Авторы изобретения

Р

Всесоюзное научно-производственное объединение целлюлозно-бумажной промышленности (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Изобретение относится к пройэводству полуфабрикатов, предназначенных для получения различных видов бумаги и картона, и найдет применение в целлюлозно-бумажной промышленности.

Известен способ, заключающийся в том, что делигнификацию растительного сырья ведут кислородсодержащим газом в среде щелочных соединений аммония ступенчато: после первой сту- 1О пени кислородно-щелочной обработки проводят обработку кислородсодержащими окислителями н щелочной среде при рН 8-13. В качестве кислородсодержащих окислителей используют газообраз- 15 .ный кислород или перекись водороЫ.

Известен также способ делигнификации растительного сырья кислородсодержащим газом в щелочной среде, s кото- 2О ром обработку сырья ведут при повышенной температуре в течение 0,2-5 ч до образования максимального количестна перекисных соединений в нарочном щелоке, после чего температуру снижают на 10-50оС и продолжают обработку в течение 0,1-4 ч (21.

Данные способы не позволяют получать целлюлоэный полуфабрикат с белизной выше 60%, при этом при его от- ЭО белке для достижения белизны выше 80% необходимо применять хлорсодержащие реагенты и в связи с этим невозможно создать замкнутую систему водопользования.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения целлюлозы, заключающийся в двухступенчатой щелочной обработке исходного целлюлозосодержащего сырья при повышенных температуре и давлении и последующей обработке полученного волокнистого полуфабриката озоном в одну или несколько ступеней или последовательно озоном и перекисью водорода 13).

Перед обработкой озоном целлюлозу обрабатывают 13-ным раствором уксусной кислоты, содержащим 2% диметилсульфоксида. После ступени обработки озоном проводят щелочную зкстракцню.

Полученная целлюлоза имеет высокие показатели качества.

Однако, выход целлюлозы по указанному способу невысокий(44-49%), а сам процесс сложный.

Цель изобретения вЂ, повышение выхода целлюлозы и упрощение процесса.

787519

Эта цель достигается тем, что щелочную обработку проводят раствором, содержащим соединения аммония, при этом обе ступени щелочной обработки осуществляют в присутствии кислородсодержащего газа.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

Измельченное рас ительное сырье подвергают варке с кислородсодержащим газом в щелочной среде, содержащей гидроокись аммония при повышенной температуре 80-160 С и давлении до 1,03,0.мПа.

Процесс варки можно осуществлять в аппаратуре периодического и непрерывного действия при постоянном или периодическом вводе щелочного реагента для поддержания оптимального рН, например 8,5-9,0.

Особенно эффективным является непре рывный способ варки в аппаратуре с пульсационным перемешиванием взаимодействующих фаз.

Первую ступень варки целлюлозы можно осуществлять с добавлением катализаторов, например соединений марганца или ингибиторов деструкции, соединений магния. Варку рекомендуется проводить в первой ступени при повышенной температуре 130-160 С, а во второй ступени снизить температуру до 80140 С и процесс вести до достижения оптимального количества перекисных соедннений в варочном щелоке, повысив при этом рН варочного щелока до 8-13, предпочтительно до 9,1-9,5.

Полученный волокнистый полуфабрикат отделяют от отработанного щелока, затем его промывают водой или отработанным раствором, полученным на последующих ступенях обработок. Последний вариант является предпочтительным, так как позволяет создать технологический процесс с замкнутой системой водопользования. Отделенный от варочного щелока полуфабрикат подвергают обработке озоном в одну или несколько ступеней или последовательно озоном, и перекисью водорода.

Расход озона от 0,5 доЗ,ОЪ к массе абсолютно сухого волокна, продолжительность 0,2-2 ч. Концентрация массы 20-50%, обработку проводят без дополнительного нагрева. Возможно также проведение обработки озоном в газоврй фазе, т.е. при концентрации мадо 20-50%.

Обработку перекисью водорода осуществляют в щелочной среде в одну или две ступени с промежуточной промывкой.

Последовательность и число ступеней обработки волокнистого полуфабриката озоном и перекисью водорода может быть изменена в зависимости от требуемого качества целлюлозы.

Присутствие соединений аммония после кислородно-щелочной обработки в присутствии аммиака оказывает, повидимому, ингибирующее действие на деструкцию целлюлозы на последующих ступенях отработки озоном и перекисью водорода, способствует повышению выхода и улучшению качества целлюлозы и позволяет исключить применение силиката натрия на стадии обработки перекисью водорода.

Способ апробирован в лабораторных условиях.

Пример 1. Осиновую щепу про 0 изводственной рубки после пропитки водным раствором аммиака под давлео нием кислорода 1,5 МПа при 100 С в течение 0,5 ч подвергают варке в пульсационном автоклаве при жидкост15 ном модуле 10: 1, первую ступень проводят при 150 С в течение 2-х ч, затем в течение 15 мин снижают темпео, ратуру до 140 С и ведут вторую ступень при этой температуре в течение

- 0 4-х ч. На протяжении всей варки поддерживают рН 8,8-9,1 добавлением 10% раствора йН,10Н. Продолжительность заварки от 100 до 1500С вЂ” 40 мин, интенсивность пульсации 3500 мм/мин, максимальное давление — 2,0 мПа (20 кгс/см2) и проток газа 1 л/мин.

Полуфабрикат отбирают периодически в ходе варки, используя поток газа.

Выход волокнистого полуфабриката

30 после 2-х ступеней обработки составляет 57,6Ъ, содержание лигнина

3,85%, белизна †25Ъ. Показатели механической прочности: разрывная длина — 8000 м, сопротивление излому—

35 650 ч,дв.п., сопротивление продавливанию — 400 кПа, сопротивление раздиранию — 0,52 Н, вязкость †. 12 мПас (в медно-аммиачном растворе при концентрации 0,7Ъ).

100 r массы в расчете на абсолютно сухой полуфабрикат помещают в реактор озонатора. Концентрация массы—

2Ъ. Озонирование проводят озоном, получаемым из воздуха, при комнатной температуре и концентрации 16,8 мг/л.

45 Расход озона к массе абсолютно сухого полуфабриката — 2,3Ъ, продолжительность 2 ч. После озонирования целлюлозу промывают водой при комнатной температуре.

50 Выход целлюлозы составляет 55,3%, содержание лигнина — 1,6Ъ,белизна—

44Ъ, вязкость — 11,4 мПас.

Показатели механической прочности после озонирования значительно повы55 шаются: разрывная длина — 8600 м, сопротивление, излому — 1244 ч.дв.п., сопротивление раздиранию — 0,54 Н.

Пример 2. l u ll ступени обработки проводят аналогично как в примере 1. 100 г абсолютно сухого волокнистого полуфабриката с концентрацией массы 2Ъ помещают в реактор озонатора., Концентрация озона в озоно-воздушной смеси 23,4 — 36,2 мг/л, производи тельность озонатора 260 л/ч.

787519

Расход озона составил к массе абсолютно сухого полуфабриката 1,9%, продолжительность обработки — 2 ч при комнатной температуре.

После озонирования целлюлозу промывают водой и проводят обработку перекисью водорода при ее расходе 1,5% к массе абсолютно сухого волокна, рН—

10,5-11, температуре 90 С и продолжительности 2 ч. Содержание лигнина после обработок озоном и перекисью 1,62 и 0,35% соответственно, а белизны 41 и 62%. Вязкость полуфабриката в процессе обработок озоном уменьшается незначительно с 12 до 10,8 мПас.

Показатели механической прочности составили. 8450 м, сопротивление излому — 1200 ч.дв.п., сопротивление раздиранию — 0,52 Н.

Пример 3. I u II ступени обработки проводят аналогично как в примере 1. 20

100 г абсолютно сухого волокнистого полуфабриката подвергают обработке озоном в жидкой фазе. Концентрация массы в реакторе — 2,0%. Концентрация озона в оэоно-воздушной смеси 25

12 мг/л, начальная температура обработки 18 С, конечная — 30 С. Обработ Р

0 ку целлюлозы озоном проводят в 2 ступени. Продолжительность 1 ступени озонирования — 1,5 ч, II ступени — 0,5 ч. З0

Между I u It ступенями озонирования проводят. промывку целлюлозы в начале обработанным раствором от второй ступени озонирования, а затем водой.

Расход озона на 1 ступени — 1,8%, на 1! ступени — 0,57%. Обработка целлюлозного полуфабриката озоном в 2 сту. пени по сравнению с одноступенчатой при одном и том же расходе озона позволяет получить целлюлозу белизной

55-60%, вместо 41-44% при одноступен- 40 чатой обработке.

Последующую обработку целлюлозы проводят перекисью водорода с расходом 1,5% к массе абсолютно сухого волокна при 70 С, продолжительности 3 ч,45 рН среды 10,5. При обработке перекисью водорода в одну ступень белизна целлюлозы составляет 77-80%, а при двухступенчатой обработке перекисью водорода — 84-85%. 50

Показатели механической прочности после обработки волокнистого полуфабриката озоиом повышаются: так, если до обработки озоном разрывная длина составляла 8000 м, сопротивление излому — 770 ч.дв.п., сопротивление продавливанию — 420 ИПа, раздиранию—

0,54 Н. После обработки озоном и перекисью водорода беленая целлюлоза имела разрывную длину 8300 м, сопротивление излому — 1220 ч.дв.п., сопротивле- d0 ние раздиранию — 0,52 Н, сопротивление продавливанию — 400 кПа.

Пример 4. t u II ступени обработки проводят аналогично как,в примере 1. 65

100 г абсолютно сухого волокнистого полуфабриката подвергают обработке озоном в газовой фазе при концентрации массы 36,5% и расходе озона 2,0% к массе абсолютно сухого волокна в течение 30 мин при комнатной температуре. Полученный после обработки озоном волокнистый полуфабрикат имеет белизну 54%, вязкость — 11 мПас. Показатели механической прочности полуфабриката остаются практически беэ изменений.

Пример 5. Березовую щепу производственной рубки подвергают первой ступени варки в пульсационном автоклаве при жидкостном модуле 10:1, а по массообмену 7,5:1 в растворе аммиака, как описано в примере 1, но при

140 С и в течение 3 ч. Затем жидкость о отделяют от полупроваренной щепы и проводят вторую ступень варки при той же температуре, но при постепенном введении КОН для поддержания рН 8,59, в течение 5 ч при периодическом отборе образующейся целлюлозы с помощью газа. В результате двухступенчатой варки получают полуфабрикат с выходом 57,7%, содержащий около 6% лигнина и 23% белизны. Третью ступень делигнификации проводят озоном при его расходе 2,4% от веса абсолютно сухого йолуфабриката в течение 2 ч при комнатной температуре. Выход целлюлозы составляет 54,9%, содержание лигнина — 1,3%, белизны — 52%. .Отработанные растворы после всех

3-х ступеней делигнификации могут быть использованы в качестве сырья для выращивания дрожжей и производства удобрений.

Данные, приведенные в примерах показывают, что получаемая целлюлоза имеет высокие показатели качества, а выход на 7-Ъ0% выше, чем при извест- ном способе. При этом сам способ значительно упрощается и не требует введения добавок ингибиторов деструкции и жидкого стекла. Отсутствие токсичных реагентов и силикатов позволяет создать замкнутую систему водопользования при применении минимальных количеств свежей воды.

Формула изобретения

Способ получения целлюлозы путем двухступенчатой щелочной обработки исходного целлюлозосодержащего сырья при повышенных температуре и давлении и последующей обработки полученного волокнистого полуфабриката озоном в одну или несколько ступеней или последовательно озоном и перекисью водорода, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода целлюлозы и упрощения процесса, щелочную об-. работку проводят раствором, содержащим соединения аммония, при этом обе сту787519

Составитель А. Моносов

Редактор I1. Макаревич Техред М.Рейвес Корректор Н. Стец

Тираж 430 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 8293/28 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 пени щелочной обработки осуществляют в присутствии кислородсодержащего газа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 429156, кл. D 21 С 3/02, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9 587190, кл. 0 21 С 3/02, 1973.

3. Rot henbe r9 5., Rob in son D, Н., 3ohnsonbaugh 0.К., "Bleaching of

oxygen pulps with ozone", ЙАРРд, 1975, 58, М 8, 182-185.