Способ получения целлюлозы

Способ получения целлюлозы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

=Ю

К АВТО@СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 310579 (21) 2772239/29- - 2 (51)hA с присоединением заявки ¹0 21 С 3/16

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300481. Бюллетень № 16 (53) УДК 676.1..022.1(088.81

Дата опубликования описания 300 481

В. С. Громов, Ю. С. Хрол, О.Я. Витолс, Г.Н.Марченко, Л.И.Вершинин ,/" » (72) Авторы изобретения

Кротов, (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЭЫ

Изобретение относится к производству волокнистых материалов и может быть использовано в целлюлозно-бумаж.ной промышленности при получении целлюлозы, преимущественно для химической переработки.

Известен способ получения целлюлозы путем пропитки целлюлозосодержащего сырья под давлением раствором азотной кислоты с последующей варкой и щелочной экстракцией, по которому сырье после пропитки выдерживают во влажном состоянии в течение 3-6 ч (11.

Недостатком способа является его взрывоопасность. Из опытов известно, что при нагревании смеси азотной кислоты с большой массой целлюлозосодержащего сырья в замкнутом объеме при повышенных давлении и температуре (выше 50 С) возможно выделение такого. количества тепла и газов, которое может привести к взрыву. Кроме того, процесс получения целлюлозы слишком длителен (более 8 ч ), а полученная целлюлоза имеет повышенную степень полимеризации.

Известен способ азотнокислой варки целлюлозы, по которому исходное сырье пропитывают раствором азотно кислоты при циклическом прессовании в гидравлическом прессе до давления

30 МПа и выдерживают в этом растворе в течение одного часа с последующей варкой и щелочной экстракцией (2).

Известному способу присущи следующие недостатки: высокое. давление прессования сырья приводит к разрушению волокнистой структуры целлюлозы, что сиижает ее механические показатели; длительная выдержка деструктированного при прессовании сырья в растворе азотной кислоты приводит к загрязнению азотной кислоты продуктами деструкции древесины и снижению выхода целевого продукта; непровар достигает 8Ъ; длительность процесса варки превышает 4,5 ч.

Цель изобретения — сокращение длительности процесса и расхода азотной кислоты при сохранении показателей качества целевого продукта.

Поставленная цель достигается тем, что в способе азотнокислой варки путем пропитки исходного сырья раствором азотной кислоты в условиях циклического прессования с последуххдей варкой и щелочной экстракцией варку также ведут в условиях циклического прессования, при этом прессова825745 ние на стадиях пропитки и варки осуществляют под давлением 1-10 МПа, причем н каждом прессонании давление по.вышают н течение 0,2-1 мин и выдерживают при конечном давлении 0,5-:.

1,5 мнн. 5

Причем при пропитке сырья произво-,. дят 4-6-кратное циклическое прессование под давлением 5,0-10,0 МПа, а нри варке — 2-4-.кратное прессование под давлением 3,0-6,0 МПа в начальных цик-10 лах с постепенным снижением давления до 1,0-2,0 МПа н конечных циклах. После снятия давления повторение цикла наступает через 1-7 мин.

Пропитанное раствором азотной кислоты целлюлозосодержащее сырье после удаления избытка кислоты вы- держивают при атмосферном давлении в течение 30-60 мин.

Ведение пропитки при циклическом прессовании целлюлозосодержащего сы- 20 рья (древесной щепы) под давлением

5-10 МПа сокращает время пропитки.

При указанном давлении материал не деструктируется, а только упруго деформируется, при этом н нем появляют- з5 ся всевозможные трещины, надломы и другие механические повреждения, через которые в период между циклами нагружения раствор азотной кислоты проникает вглубь материала. 30

Длительность отдельных стадий нагружения, частота повторения отдельных циклов и величины предельных давлений имеют рещающее значение для быстрой и равномерной пропитки целлюлозосодержащих материалов. Общее время пропитки по такому способу сокращается до 45-60 мин.

При проведении нарочного процесса в условиях циклического прессования -обеспечивается быстрый вывод про- 40 дуктов реакции как с поверхности, так и из внутренних областей целлюлозосодержащего сырья, а также приток свежего раствора к древесным клеткам.

Ввиду того, что при пропитке матери- 45 ал уже подвергался механическим деформациям, а по ходу нарочного процесса материал становился более пластичным, предельное давление прессования должно постепенно снижаться, щ чтобы не повредить волокнистую структуру сырья. Варочный процесс при этом сокращается до 20-30 мин вместо

1,5 2 ч при варке известными способаММ.

Пропитка сырья при циклическом прессовании уменьшает также расход азотной кислоты на пропитку, ибо вторая ее стадия — выдержка-осуществляется не в растворе азотной кислоты, а во влажном состоянии пос- 40 ле удаления избытка раствора. При этом процесс пропитки сырья осуществляется таким количеством раствора, который находится в сырье. Это количестно раствора обеспечивает вар- 65 ку целлюлозосодержащего сырья в парогазовой фазе. Вследствие этого не потребуется регенерация пропиточн го раствора в процессе производства.

Способ осуществляется следующим образом.

Технологическую щепу предварительно пропаривают острым паром

10-20 мин, затем многократно прессуют при 50 Св присутствии 10-15%-ного раствора азотной кислоты в соответствии .с циклограммой пропитки.

Обработанную массу после удаления избытка раствора азотной кислоты выдерживают 45-60 мин при комнатной температуре, а затем многократно прессуют при 95-98 С в соответствии с циклограммой варки. После промывки проваренной щепы ее подвергают щелочной экстракции 2%-ным раствором каустической соды. При производстве целлюлозы не для химической переработки щелочную экстракцию ведут раствором соды или гидроокиси кальция.

Циклическое прессование щепы может быть осуществлено как в обычных прессах с перфорированными цилиндрами и поршнями, так и в шнек-прессах с переменным шагом.

Пример 1. 500 г березовой щепы пропаривают острым паром в течении 15 мин. Проваренную щепу поцещают н цилиндр, заливают 1л 14%-ного раствора азотной кислоты при 50 С и подвергают прессаванию. Дно поршня имеет отверстия для свободного протекания раствора при прессовании.

Циклограмма прессования включает нагружение до 8,0 МПа в течение 30 с, выдержку при этом давлении в течение

1 мин, затем снятие давления путем подъема поршня и выдержки н этом состоянии 1 мин, после чего цикл повторяется. После 5-ти циклов прессования избыток раствора азотной кислоты удаляют, а щепу выдерживают 45 мин. Далее производят варку щепы при температуре не вжае 98 С.Для этого цилиндр со щепой нагревают до 70-75 С, дальнейшее повышение температуры щепы происходит за счет экзотермической реакции нитрования.. Одновременно щепу подвергают циклическому прессованию, причем м отличие от прессования при. пропитке пронодят только 3 цикла прессования под давлением 7,0, 5,0, 3,0 МПа соответственно для каждого цикла.

Время прессования составляет 0,5 мин, выдержка — 1 мин, цикл повторяют через 7 мин. После этого щепу выгружают из цилиндра, промывают и подвергают щелочной экстракции 2%-ным растO вором гидроокиси натрия при 90-95 С в течение 1 ч. Полученную целлюлозу промывают, сортируют и определяют ее выход и количестно.

Пример 2. 500 r елоной щепы пропаривают н течение 20 мин острым

825745 вают, сортируют и определяют выход, расход азотной кислоты и качество целлюлозы. паром, затем помещают в цилиндр и заливают 1,5 л 17Ъ-ного раствора азотной кислоты при 50 С. Пропитку и варку осуществляют, как.:в примере 1.

Затем щепу промывают, экстрагируют щелочью, полученную целлюлозу отмыПолученные результаты сведены в таблицу.

Характеристика полученной целлюлозы

Способ

Показатели

Известный

Предлагаемый

2 4 5 3

По авт.св. Прототип 1

Р 491746

Береза Ель

Вид сырья

Осина

Тополь Чер- Bepesa ная ольха

47,3 41,8 29,9

Береза

Выход целлюлозы, Ъ

Непровар, Ъ

48,6

39,1

8,3

47,0

2,7

52,0

3,0

Данные отсутствуют

3,8 5,0 25,2

280 380 270 300 500

Данные отсутствуют

87;2 86,7 92,2 86,5 82,5

93,1

85,4

Общее время процесса получения целлюлозы 8ч 23 мин

4ч 50 мин Зч

10мин

Пример 3. Из 500 r березовой щепы получают целлюлозу, как в примере 1. Однако целлюлозрсодержащее сырье подвергают 15-кратному цикю лическому нагружению с повторением циклов через 20 с в стадии пропитки и 5-кратному прессованию с тем же интервалом в стадии варки. Выход целлюлозы составляет 29,9Ъ, непровар—

25,2Ъ.

П р и м.е р 4. 500 г тополевой щепы пропаривают острым паром в течение

15 мин,.затем щепу помещают в цилиндр и заливают 1,1 л 14Ъ-ного раствора азотной кислоты при 500С и подвергают прессованию. Циклограмма прессования включает нагружение до 5 МПа в течение 20 с, выдержку при этом давлении в течение 30 с, затем следует снятие давления и выдержка в этом состоянии 20 с, после чего цикл повторяется. После 6 циклов избыток раствора азотной кислоты удаляют, а щепу выдерживают 45 мин.

Далее проводят варку щепы, как в примере 1, но только с той разницей что проводят 4 цикла прессования под давлением 3, 2, 1,5 и 1 МПа соответственно для каждого цикла. Время прессования составляет 20 с, выдержка 30 с, цикл повторяют через 3 мин.

Варку заканчивают через 25 мин. После варки следует промежуточная промывка и щелочная экстракция, как в примере 1. Полученную целлюлозу про35 мывают, сортируют, определяют выход и непровар. Также определяют расход азотной кислоты и содержание сК -целлюлозы

Пример 5. 500 r щепы черной

40 ольхи пропаривают, как в примерах 1 и 3, затем помещают в цилиндр и заливают 1 л 15Ъ-ного раствора азотной кислоты при 50 С и подвергают прессованию. Циклограмма прессова45 ния включает нагружение до. 10 МПа в течение 1 мин, выдержку при этом. давлении в течение 1,5 мин, затем следует снятие давления и выдержка в этом состоянии 0,5 мин, после

5О чего цикл повторяется. Производится

4 цикла обработки. Далее следует обработка щепы, как в примерах 1 и 3, причем в отличие от примеров 1 и 4 проводят 2 цикла прессования во время варки под давлением 6 и 5 МПа соответственно. Время прессования составляет 1 мин, выдержка — 1,5 мин цикл повторяется через 7 мин, Общая продолжительность варки — 30 мин.

Далее следует промежуточная промывd0 ка и щелочная экстракция, как в примерах 1 и 4. Полученную целлю.лозу промывают, сортируют, определяют выход, непровар и с -целлюлозу. Кроме того, определяют рас65 ход азотной кислоты.

Расход азотной кислоты, кг/т целлюлозы

Содержание с(, -целлюлозы,Ъ

Зч Зч Зч" Зч

15 мин 5 мин 15мин

825745

Формула изобретения

Составитель A.Ìoíîñîâ

Техред Т.Маточка Корректор г.решетник

Редактор М.Ткач

Заказ 2508/64 Тираж 407

ВНИИПИ:1 осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4

Как видно из таблицы, общая продолжительность варки по предлагаемому способу сокращается в 1,5 раза по сравнению с прототипом и более чем вдвое по сравнению со способом по авт.св, У 491746 с одновременнюл. снижением в 1,4 раза расхода азотно кислоты. Кроме того, более чем на

20% увеличивается выход целлюлозы, а доля непровара уменвшается в 3 раза (при варке однотипного сырья).

Предлагаемый способ может быть использован не только для выработки азотнокислой целлюлозы, то также и дпя выработки сульфитной и сульфатной целлюлозы иэ любого вида древесного сырья.

1.Способ получения целлюлозы путем пропитки исходного целлюлоэосодержащего сырья раствором азотной кислоты при многократном циклическом прессовании, варки пропитанного сырья раствором азотной кислоты и последующей щелочной экстракции, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью сокращения длительности процесса, и . расхода азотной кислоты при сохранении показателей качества целевого продукта, при варке пропитанного сырья проводят многократное циклическое прессование, при этом прессование на стадиях пропитки и варки осу" ществляется под давлением 1-10 MIla, причем в каждом прессовании давление повышают в течение 0,2-1 мин и выдерживают при конечном давлении

0,5-1,5 мин.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что пропитку сырья проводят при 4-6-кратном циклическом прессовании под давлением 510 MIla и выдержке между циклами 13 мин.

3. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что варку сырья проводят при 2-4-кратном циклическом прессовании в первом цикле под давлением

3-6 МПа и в последнем цикле под давлением 1-2 МПа и выдержке между цик20 лами 3-7 мин.

4. Способ по пп.1-2, о т л и ч а ю шийся тем, что перед варкой из пропитанного сырья удалают избыток азотной кислоты и выдерживают сырье в течение 30-60 мин.

Источники информации, приянятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 491746, кл. 0 21 С 3/04, 1973.

ЗО 2. Тарр, 1967, 50, 9 12, р.44, A-51 А (прототип).