Способ получения целлюлозы

Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оц 787519(51)М. Кл,з О 21 С 3/02 О 21 С 9/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения 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 щелрчных соединений аммония ступенчато: после первой сту О пени кислородно-щелочной обработки проводят обработку кислородсодержащими окислителями н щелочной среде при рН 8-13. В качестве кислородсодержащих окислителей используют газообраз .ный кислород или перекись водорода 111Известен также способ делигнификации растительного сырья кислородсодержащим газом в щелочной среде, в кото О ром обработку сырья ведут при повышенной температуре в течение 0,2-5 ч до образования максимального коли- честна перекисных соединений в нарочном щелоке,после чего температуру снижают на 10-50 оС 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 80необходимо 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 Д. Перед обработкой озоном целлюлозу обрабатывают 1-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 в . повышение выхода целлюлозы и упрощение процесса.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 сырьеподвергают варке с кислородсодержащимгазом в щелочной среде, содержащейгидроокись аммония при повышенной температуре 80-160 С и давлении до 1,03,0.мПа.Процесс варки можно осуществлять ваппаратуре периодического и непрерывного действия при постоянном или периодическом вводе щелочного реагентадля поддержания оптимального рН, например 8,5-9,0,Особенно эффективным является непрерывный способ варки в аппаратуре спульсационным перемешиванием взаимодействующих Фаз.Первую ступень варки целлюлозы можно осуществлять с добавлением катализаторов, например соединений марганцаили ингибиторов деструкции, соединений магния. Варку рекомендуется проводить в первой ступени при повышеннойтемпературе 130-160 С, а во второйступени снизить температуру до 80140 С и процесс вести до достиженияоптимального количества перекисныхсоедннений в варочном щелоке, повысивпри 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 системойводопользования. Отделенный от варочного щелока полуфабрикат подвергаютобработке озоном в одну или несколькоступеней или последовательно озоном,и перекисью водорода,Расход озона от 0,5 до 3,0 к массеабсолютно 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 концентрациимадо 20-50.Обработку перекисью водорода осуществляют в щелочной среде в одну илидве ступени с промежуточной промывкой.Последовательность и число ступенейобработки волокнистого полуфабрикатаозоном и перекисью водорода можетбыть изменена в зависимости от требуемого качества целлюлозы.Присутствие соединений аммония после кислородно-щелочной обработки вприсутствии аммиака оказывает, повидимому, ингибирующее действие надеструкцию целлюлозы на последующих ступенях отработки озоном и перекисьюводорода, способствует повышению выхода и улучшению качества целлюлозыи позволяет исключить применение силиката натрия на стадии обработки перекисью водорода,Способ апробирован в лабораторныхусловиях.П р и м е р 1, Осиновую щепу проО изводственной рубки после пропиткиводным раствором аммиака под давлеонием кислорода 1,5 МПа при 100 С втечение 0,5 ч подвергают варке впульсационном автоклаве при жидкост 15 ном модуле 10; 1, первую ступень проводят при 150 С в течение 2-х ч, за"тем 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 10раствора МН,10 Н. Продолжительность заварки от 100 до 1500 С - 40 мин, интен.сивность пульсации 3500 мм/мин, максимальное давление - 2,0 мПа(20 кгс/см 2) и проток газа 1 л/мин,Полуфабрикат отбирают периодически в ходе варки, используя поток газа.Выход волокнистого полуфабриката30 после 2-х ступеней обработки составляет 57,6, содержание лигнина3,85, белизна в25. 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 0,7),100 г массы в расчете на абсолютносухой полуфабрикат помещают в реактор озонатора. Концентрация массы -2, Озонирование проводят озоном, получаемым из воздуха, при комнатнойтемпературе и концентрации 16,8 мг/л.4 Расход озона к массе абсолютно сухого полуфабриката - 2,3, продолжительность 2 ч. После озонирования целлюлозу промывают водой при комнатнойтемпературе.50 Выход целлюлозы составляет 55,3,содержание лигнина - 1,6,белизна -44, вязкость - 11,4 мПас.Показатели механической прочностипосле озонирования значительно повы 55 шаются: разрывная длина - 8600 м,сопротивление, излому - 1244 ч.дв.п.,сопротивление раздиранию - 0,54 Н.П р и м е р 2.и 1 ступениобработки проводят аналогично как впримере 1. 100 г абсолютно сухого волокнистого полуфабриката с концентрацией массы 2 помещают в реактор озонатора.,Концентрация озона в озоно-воздушной смеси 23,4-36,2 мг/л, производи тельность озонатора 260 л/ч.Расход озона составил к массе абсолютно сухого полуфабриката 1,9,продолжительность обработки - 2 ч прикомнатной температуре.После озонирования целлюлозу промывают водой и проводят обработку перекисью водорода при ее расходе 1,5 кмассе абсолютно сухого волокна, рН -10,5-11, температуре 90 С и продолжительности 2 ч. Содержание лигнина после обработок озоном и перекисью 1,62и 0,35 соответственно, а белизны 41и 62. Вязкость полуфабриката в процессе обработок озоном уменьшается незначительно с 12 до 10,8 мПас.Показатели механической прочностисоставили. 8450 м, сопротивление излому - 1200 ч,дв.п., сопротивление раздиранию - 0,52 Н,П р и м е р 3.иступени обработки проводят аналогично как в примере 1. 20100 г абсолютно сухого волокнистого полуфабриката подвергают обработкеозоном в жидкой фазе. Концентрациямассыв реакторе - 2,0Концентрацияозона в оэоно-воздушной смеси 2512 мг/л, начальная температура обработки 18 С, конечная - 30 С. Обработоку целлюлозы озоном проводят в 2 ступени. Продолжительность 1 ступени озонирования - 1,5 ч,ступени - 0,5 ч. З 0Междуиступенями озонированияпроводят. промывку целлюлозы в началеобработанным раствором от второй ступени озонирования, а затем водой.Расход озона на 1 ступени - 1,8,наступени - 0,57, Обработка целлюлозного полуфабриката озоном в 2 ступени по сравнению с одноступенчатойпри одном и том же расходе озона позволяет получить целлюлозу белизной55-60, вместо 41-44 при одноступенчатой обработке.Последующую обработку целлюлозыпроводят перекисью водорода с расходом 1,5 к массе абсолютно сухого волокна при 70 С, продолжительности 3 ч,45рН среды 10,5. При обработке перекисью водорода в одну ступень белизнацеллюлозы составляет 77-80, а придвухступенчатой обработке перекисьюводорода - 84-85. 50Показатели механической прочностипосле обработки волокнистого полуфабриката озоиом повышаются: так, еслидо обработки озоном разрывная длинасоставляла 8000 м, сопротивление излому - 770 ч.дв.п., сопротивление продавливанию - 420 ЙПа, раздиранию -0,54 Н. После обработки озоном и перекисью водорода беленая целлюлоза имела разрывную длину 8300 м, сопротивление излому - 1220 ч,дв.п., сопротивление раздиранию - 0,52 Н, сопротивление продавливанию - 400 кПа.П р и м е р 4.иступени обработки проводят аналогично как,в примере 1. 65 100 г абсолютно сухого волокнистогополуфабриката подвергают обработке озоном в газовой фазе при концентрациимассы 36,5 и расходе озона 2,0 кмассе абсолютно сухого волокна в течение 30 мин при комнатной температуре. Полученный после обработки озономволокнистый полуфабрикат имеет белизну 54, вязкость - 11 мПас. Показатели механической прочности полуфабриката остаются практически беэ изменений,П р и м е р 5. Березовую щепу производственной рубки подвергают первойступени варки в пульсационном автоклаве при жидкостном модуле 10:1, апо массообмену 7,5:1 в растворе аммиака, как описано в примере 1, но при140 С и в течение 3 ч. Затем жидкостьоотделяют от полупроваренной щепы ипроводят вторую ступень варки при тойже температуре, но при постепенномвведении КОН для поддержания рН 8,59, в течение 5 ч при периодическом отборе образующейся целлюлозы с помощью газа. В результате двухступенчатой варки получают полуфабрикат свыходом 57,7, содержащий около 6 лигнина и 23 белизны. Третью ступень делигнификации проводят озоном приего расходе 2,4 от веса абсолютно сухого йолуфабриката в течение 2 ч прикомнатной температуре. Выход целлюлозы составляет 54,9, содержание лигнина - 1,3, белизны - 52..Отработанные растворы после всех3-х ступеней делигнификации могутбыть использованы в качестве сырья длявыращИвания дрожжей и производства удобренийДанные, приведенные в примерах показывают, что получаемая целлюлозаимеет высокие показатели качества, авыход на 7-10 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 изобретенияСпособ 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения выхода целлюлозы и упрощения процесса, щелочную об-, работку проводят раствором, содержащим соединения аммония, при этом обе сту787519 Составитель А, МоносовРедактор П. Макаревич Техред М,Рейвес Корректор Н. Стец Тираж 430 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5.пени щелочной обработки осуществляютв присутствии кислородсодержащегогаза. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 429156, кл. О 21 С 3/02, 1972.2. Авторское свидетельство СССРР 587190, кл. О 21 С 3/02, 1973. 3. Кой ЬепЬег 9 5., КоЬ потоп ОН.,ЗоЬпьопЬац 9 Ь О.К., "В 1 еасЬ 1 п 9 оГоху 9 еп рц 1 рь и 1 СЬ окопе", НАРРД,1975, 58, М 8, 182-185.