Способ получения целлюлозы

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскик Социалистическик Республик(51)М, Кл,с присоединением заявки ИоО 21 С 3/16 Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий(72) Авторы изобретени Крот 71 Заявител(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ 5 Изобретение относится к производству волокнистых материалов и можетбыть использовано в целлюлозно-бумаж.ной промышленности при получениицеллюлозы, преимущественно для химической переработки,Известен способ получения целлюлозы путем пропитки целлюлозосодержащего сырья под давлением раствором азотной кислоты с последующейваркой и щелочной экстракцией, покоторому сырье после пропитки выдерживают во влажном состоянии в течение 3-6 ч 11.Недостатком способа является еговзрывоопасность. Из опытов известно,что при нагревании смеси азотнойкислоты с большой массой целлюлозо"содержащего сырья в замкнутом объеме при повышенных давлении и темпе" 2 Оратуре (,выше 50 С) возможно выцеление такого. количества тепла и газов,которое может привести к взрыву, Кроме того, процесс получения целлюлозыслишком длителен (более 8 ч ), а полученная целлюлоза имеет повышенную сте.пень полимеризации.Известен способ азотнокислой варки целлюлозы, по которому исходноесырье пропитывают раствором азотно кислоты при циклическом прессованиив гидравлическом прессе до давления30 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 разрушениюволокнистой структуры целлюлозы,что сиижает ее механические показатели длительная выдержка деструктированного при прессовании сырья врастворе азотной кислоты приводит кзагрязнению азотной кислоты продуктами деструкции древесины и снижениювыхода целевого продукта; непровардостигает 8; длительность процессаварки превышает 4,5 ч,Цель изобретения - сокращениетельности процесса и расхода азоткислоты при сохранении показатекачества целевого продукта.Поставленная цель достигается тем,что в способе азотнокислой варки путем пропитки исходного сырья раствором азотной кислоты в условиях циклического прессования с последукщейваркой и щелочной экстракцией варку также ведут в условиях циклического прессования, при этом прессова 825745ние 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 выцерживают при конечном давлении 0,5-.1,5 мнн. 5Причем при пропитке сырья произво-,. дят 4-6-кратное циклическое прессование под давлением 5,0-10,0 МПа, а при варке - 2-4-кратное прессование под давлением 3,0-6,0 МПа в начальных цик.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 целлюлозасодержащего сы 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- з 5 ся всевозможные трещины, надломы и другие механические повреждения, через которые в период между циклами нагружения раствор азотной кислоты проникает вглубь материала. ЗО 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 прессона- ниО обеспечивается быстрый вывод про 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 ал уже подвергался механическим деФормациям, а по ходу нарочного процесса материал становился более плаС- тичным, предельное давление прессования должно постепенно снижаться, 50 чтобы не повредить волокнистую структуру сырья. Варочный процесс при этом сокращается до 20-30 мин вместо 1,5 2 ч при варке известными спосо- баММ.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 ле удаления избытка раствора. При этом процесс пропитки сырья осуществляется таким количеством раствора, который находится в сырье, Это количестно раствора обеспечивает вар 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 из. бытка раствора азотной кислоты выдерживают 45-60 мин при комнатнойтемпературе, а затем многократно прес. суют 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.П р и м е р 1. 500 г березовой щепы пропаривают острым паром в течении 15 мин. Проваренную щепу поцещают н цилиндр, заливают 1 л 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, вццержку 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 выае 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, причемн 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 растО вором гидроокиси натрия при 90-95 С в течение 1 ч. Полученную целлюлозу промывают, сортируют и определяют ее выход и количестно.П р и м е р 2, 500 г елоной щепы пропаривают н течение 20 мин острым825745 вают, сортируют и определяют выход;расход азотной кислоты и качествоцеллюлозы. паром, затем помещают в цилиндр изаливают 1,5 л 17-ного раствора азотной кислоты при 50 С. Пропитку иварку осуществляют, как.:в примере 1.Затем щепу промывают, экстрагируютщелочью, полученную целлюлозу отмыПолученные результаты сведены втаблицу. Характеристика полученной целлюлозы Способ Показатели Известный Предлагаемый 2 4 5 3 По авт.св. Прототип 1Р 491746 Береза Ель Вид сырья Осина Тополь Чер- Береза ная ольха 47,3 41,8 29,9Береза Выход целлюлозы,Непровар,48,6 39,1 8,3 47,0 2,7 52,0 3,0 Данные от- сутствуют 385,0252 00 280 380 270 300 500 Данные отсутствуют 87;2 86,7 92,2 86,5 82,5 93,1 85,4 Общее время процессаполучения целлюлозы 8 ч 23 мин 4 ч 50 мин Зч10 мин П р и м е р 3. Из 500 г 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 29,9, непровар - 25,2.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 14-ного раствора азотной кислоты при 50 С 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 промывают, сортируют, определяют выходи непровар. Также определяют расходазотной кислоты и содержание о -целлюлозы,П р и м е р 5. 500 г щепы черной 40 ольхи пропаривают, как в примерах 1и 3, затем помещают в цилиндр и заливают 1 л 15-ного раствора азотной кислоты при 50 С и подвергаютпрессованию, Циклограмма прессова ния включает нагружение до. 10 МПав течение 1 мин, выдержку при этом,давлении в течение 1,5 мин, затемследует снятие давления и выдержкав этом состоянии 0,5 мин, после щ чего цикл повторяется. Производится4 цикла обработки. Далее следуетобработка щепы, как в примерах 1и 3, причем в отличие от примеров 1и 4 проводят 2 цикла прессования вовремя варки под давлением 6 и 5 МПасоответственно. Время прессованиясоставляет 1 мин, выдержка - 1,5 минцикл повторяется через 7 мин, Общаяпродолжительность варки - 30 мин.Далее следует промежуточная промыв ка и щелочная экстракция, как впримерах 1 и 4. Полученную целлюлозу промывают, сортируют, определяют выход, непровар и о -целлюлозу. Кроме того, определяют рас ход азотной кислоты. Расход азотной кислоты, кг/т целлюлозы Содержание с -целлюлозы,Зч Зч Зч Зч15 мин 5 мин 15 мин825745 Формула изобретения Составитель А.Моносов Техред Т.Маточка Корректор Г.Решетник Редактор М.Ткач Заказ 2508/64 Тираж 407 ВНИИПИ:Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Подписное Филиал ППП "Патент", г.ужгород, 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 одновременным 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 для выработки сульфитной и сульфатной целлюлозы иэ любого вида древесного сырья. 1.Способ получения целлюлозы путем пропитки исходного целлюлозосодержащего 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 щ и й с я 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 МПа,причем в каждом прессовании давление повышают в течение 0,2-1 мин ивыдерживают при конечном давлении0,5-1,5 мин.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что пропитку сырьяпроводят при 4-б-кратном циклическом прессовании под давлением 510 МПа и выдержке между циклами 13 мин3. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что варку сырья проводят при 2-4-кратном циклическом прессовании в первом цикле под давлением3-6 МПа и в последнем цикле под давлением 1-2 МПа и выдержке между цик лами 3-7 мин.4. Способ по пп.1-2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что перед варкой из пропитанного сырья удалаютизбыток азотной кислоты и выдерживают сырье в течение 30-60 мин.Источники информацииприянятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 491746, кл. 0 21 С 3/04, 1973.2. "ТаРР", 1967, 50, Р 12, р.44,АА (прототип).