Способ получения целлюлозы

НИЕ ЕНИЯ ОП ИСА ИЗОБРЕТ, Ь;(11) 574164 Союз Советскик Социалистических Республик) 13,05,7 оаударственныи комитетСовета Министров СССРоо делам кзооретенийи открытий 1) 6569/70 Шв ДК 661.728.2 (088,8) летень35 45) Дата опубликования описания ИностранцыСамуэльсон и Сту (Швеция) 2) Авторы изобретения нс Ол рик Олоф Норе Иностранная фирма к Домсье Актиеболаг (Швеция)(71) Заявитель 4) СПОСОБ ПОЛУЧЕН ЛОЗЫ юлозно- бумажной обу получения(43) Опубликовано 25.09.77 Изобретение относится к цепромышленности, в частности кцеллюлозы. Известно,:;" к качеству целлюлозы предъявляются определенные требования, в частности небольшое содержание лигнина, невысокая степень дес.трукции, высокий выход и хорошая белизна.Известен ряд способов, позволяющих получатьцеллюлозу определенного качества. Так, известеннатронньв способ получения целлюлозы, но из - за 10неудовлетвооительного выхода и качества получаемой целлюлозной массы он не находит широкогораспространения 1,Разновидностью щелочного метода варки явля.ется сульфатньв способ получения целлюлозы д(крафт. процесс). Этот способ основан на использовании щелочи и сульфида натрия с добавлениемщелочи и сульфида натрия с добавлением сульфатанатрия (для сокращения потерь щелочи) 12.Однако для обеспечения рентабельности производства и его удешевления в этом процессе должнапредусматриваться регенерация черных щелоков иулавливание образующихся газов сероводорода,двуокиси серы для предотвращения загрязненияокружающей среды, 25 В этой евяэи 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) 13, что усложняет процесс.Дальнейшее у совершенств ов ание этого проце сса заключается в том, что загружают все необходимое количество щелочи и 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 значе. ние; в какой период варки древесины добавляют щелочь и в каком количестве 1 Б.Так, в сульфитном методе варки древесных материалов добавление щелочи в количестве меньше расчетного позволяет предотвратить потемнения целлюлозы (за счет исключения конденсации лигни. на), а также снизить ее деструкцию, ибо эа счетневысокой концентрации щелочи тормозися окислительное действие кислородат.е. о.слительная деструкция целлюлозы,Однако снижение величины рН менее 9 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 - 10 кг моль 1000 кг сухой древесины. Но необходимость проведения разработок по уточнению условий варки в каждом конкретном методе варки не исключена,еС 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 вар. ки, с последующим непрерывным введением остав. шегося количества для поддержания рН 9,5 - 13.Кроме того, процесс целесообразно вести в присутствии соединений магния (расчет ведут на процент МдО, 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 поддер. жания определенного рН раствора варочной жидкости используют карбонатный или бикарбонатный буферный раствор. В качестве последнего может быть использован отработанный щелок после кислородно-щелочной стадии отбеливания небеленой целлюлозы.Количество буферного вещества - бикарбоната щелочного металла, составляет 1 - 5 кг моль на 100 кг сухой древесины, причем использование большого количества буферного вещества нежела. тельно 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 карбната щелочного металла в начальной стадии варки древесины загружают только карбонат натрия, а остальное количество щелочи добавляют в ходе процесса варки,Исходный кислород должен быть хорошо дис.пергирован в варочной жидкости, причем в данном процессе может быль использован акже кислородосодержащий газ, например воздух.Кроме того, следует отметить, что для хоропьего коьггакта кислорода с древесным материало.1последний нужно пропитать варочной жидкостью,например, в вакууме или при атмосферном илипов ышенном дав ле нии.Исходную древесную щепу можно также перег,варкой обработать водяным паром.10 Процесс пропитки ведут при 20 - 120 С, преиоч.",.,ес.в-нно 90 - 120 С, а сам процесс варки - при60 - 175 С, причем в начальной стадии варки темпе.ратуру ".ддерживают на уровне 60 - 90 С, а эате.:.ее:.сь .:т до 110 - 140 С или до 1/ " С.1 я Пр менение низких температур варки хотя лведет к замедлению процесса (получение колунелюлозы), но в этом случае можно использоь-невысокое давление кислорода и простую аппаратру, и наоборот.20 При осуществлении процесса варки прн110 - 150 С парциальное давление кислорода дота.но быть 3 - 12 атм,Наряду с этим можно отметить, ч.:о доб" в ев варочную жидкость поверхностно.аклвы:1 х вер ществ способствует уменьшению содержания с: о.,;и равномерной делигнификации,В данном процессе гут быть использованылюбые виды твердой древесины: буковая., дубоваяберезовая, тополевая, а также мягкие видыЗ 0 еловая, сосновая, кедровая., причем целесообразновести размол до щепы ра мером 02 - 3:.ь, хотяможет быть использовж а как л евесная,тука, таки сучки и гранулированная, комкованная древесина, По окончании процесса варки волокнис;ую35 массу подеер аист мехах"ч с -"зо;абз-, . -.1 г;,ветствии с требованиями, =: .:;е; гвого целлюлозного матери. ча.Получаемая волокнистая целлюлозная массобладает такой степенью бе.ы,зы, котооая предъяв 49 ляется к сортам тонкой бумаги, тонкого картона ипечатной бумаги для журналов.В случае, если требуется лу ллая степень белизны, то волокнистая масса может быть дополни 1 ельно отбелена, например, двуокисью хлора,45 П р и м е р 1. В опыте использована березоваящепа толщиной около 1 мм при содержании 21,1%лигнина.Исходную щепу обрабатывают водным раствором щелочи в следующих условиях:зО Парциальное давлениекислорода, атм 8Начальная температура, С 80Первона цльная величина рН 13,4Время повышения температурыМ от 80 до 120 С, мин 45Модуль пропиткнОтношение древесина/жидкость,кг/л 1:4Загрузка щелочи, кг моль/1000 кг 5бО рН через 45 мин 11 5Продолжительность варкипри 120 С после удаленияжидкости, мин 360Общая продолжительность варки,мин 405рН через 405 мин 10,8Варку производят в автоклаве, вращающемся внагретой гликолевой бане. По окончании варкисваренную щепу промывают и получают выходцеллюлозы 63,4%, причем остаток сваренной щепыимеет темно. коричневый цвет и содержание лигни.на в нем после варки 20,1%.В процессе варки щелочь можно добавлять вчетыре прием., причем в первый прием вводить1,25 кг. моль МаОН на 1000 кг сухой древесины, ана каждой из следующих трех стадий добавлять0,75 кг моль МаОН. В остальном условия варки теже. Продолжительность варки на каждой стадии240 мин. Полученную волокнистую массу необходимо промывать водой между каждой стадией.После пропитки древесины варочной жидкостьюначальный рН 13 и в течение варки при 120 Сснижается до 10 в жидкости (первично удаленныйщелок). Щелок, удаленный на последних стадиях,имеет рН от 10 до 11,Содержание лигнина в целлюлозе после варкисоставляет 1,5%; выход целлюлозы 51,5%; степеньбелизны 75% ЯСАМ (канадский стандарт),Древесину можно варить без добавления кислорода. После варки остаток сваренной щепы содержит 22,1% лигнина, он имеет темно коричневыйцвет, Выход целлюлозы 71%.Д,я достижения желаемой степени делигнификации при рН 9 - 13 необходимо варку проводитьпри давлении кислорода количество щелочи добав.лять не все сразу, а в несколько приемов.П р и м е р 2. Буковую щепу обрабатывают попримеру 1, но с добавлением комплексного соединения магния, приготовленного из сульфата магнияи этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТУК) .Комплекс магния добавляют перед нагреванием.Количество магния (в пересчете на МцО) соответствует 0,1% от веса сухой древесины, а количествоЭДТУК 0,5% от веса сухой древесины. В этом случаерН во время кислородной варки на 0,5 выше, чем впримере 1. Содержание лигнина в целлюлозной массе 2%, выход целлюлозы составляет 57,5%.Полученные результаты показывают, что придобавлении комплексного соединения магния выход значительно повышается.П р и м е р 3, Варку проводят с применениемкарбоната натрия вместо щелочи, используют березовую щепу, содержащую 20,9% лигнина.При предварительной обработке используют отработанный щелок,Температура пропитки МСВарка:Парциальное давление кислорода 8 атмПервоначальная температура 80 СПервоначальный рН 1145 ми90 мнн9,5 180 мин9,7 Фор мула изобретенияСпособ получения целлюлозы делигнификациейисходного целлюлоэосодержащего сырья путем его 55 обработки кислородом в щелочной среде при повы.шенной темперагуре и давлении в присутствии соединеий магния, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения белизны целевого продукта, процесс ведут при подаче целочи в начале процесса в 60 количестве 5 - 75% от общего количества, требуемо. Время лов ышсши г емнсратуры ог80 до 1 эОСМодуль нронитки-отношениедревссина/жи,кость,кг/л5 рН через 45 мин 99Вначале добавляют Маг СО,в количестве 2,5 кг/моль на 1000 кгсухой древеси ныПри 120 С обработанный щелок удаляют1 О до достижения отношения древесина/жид.костьВремя при 120 С после удаленияжидкостирН через 135 мин16 Затем добавляют раствор Маг ССздо увеличения отношениядревесина/жидкость 1:4Вторично загружают Маг СОзв количестве 1,25 кг моль на20 1000 кг сухой древесиныЧерез 45 мин жидкость удаляют при120 С до достижения отношениядреве сина/хащкость 1:2Время при 120 С после удаленияМ жидкостирН через 360 минДобавление раствора Маг СОзпроизводят еще два раза, применяя0,75 кг моль на 1000 кг древесины,80 каждый раз с последующим нагреваниемв течение 45 мин 120 СрН через 540 мин 9,9Древесину пропитывают перед варкой варочнойжидкостью, Варку производят во вращающемсяЗ 5 автоклаве. После каждой стадии варки волокине.тую массу промывают водой,После пропитки древесины варочной жидкое.тью при 80 С достигнута величина рН 11,0. Втечение большей части периода кислородной варки41 рН составляет 9,5 - 10.Содержание лигнина в целлюлозе 3%, а выходцеллюлозы 56,4%, степень белизны ее 64 ЯСАМ.Эти результаты показывают, что при применении карбоната натрия достигается большая степень4 делигнификации.Проведение процесса варки, но без промываниядревесины между отдельными стадиями, обеспечи.вает получение аналогичных результатов.Составитель Г. АндиоиТехред И, Асгалош . Корректор А. Кравчен ко Редактор И. Джарагетти 24 14/47 Тираж 496 Подписное ЦНИИНИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Заказ Филиал ППП " Патент ", г. Ужгород, ул, Проектная,4ф с.,57гу"гд Й варки, с послеу е 1 трерьвным введе.оойавшег 9 ся количе ва для поддержания рН9,5 - 13., Источники информации, принятые во вниманиепри экспертизе:1. Непенин Ю. Н. "Технология целлюлозы", Т. 2,1963 г, стр. 47-60. 16482. Непенин Ю.Н, "Технология целлюлозы", Т. 21963 г., стр. 60 - 68.3, Патент США 1 за 2673148, кл 162 - 16, 19544. Патент США У 2926114, кл. 162 - 16, 1960.5. 1 пцгцЬег О.Ч. А 11 агд 6.А. Ног рН соптго 1 ивц 1 Е 1 те рц 1 р 1 пд оФ вр гусе"., "Рцр апс 1 Рарег" . ,1967 г., 41, 1 за 10, стр. 41 - 51 (РЖХ, 1967 г, 16 С 295) .