Электрохимический способ получения целлюлозы

К 11 004663 С 1 1 СЗ 38 Комитет Российской Федерации о патентам и товарным знакам ЗОБРКТКНИЯ(71) Научная часть Стерлитамакского производственного объединения "Каустик"; Стерлитамакскийгородской центр научно-технического творчествамолодежи(73) Жарков Валерий Иванович ОПИСАНИЕ ПАТЕНТУ(54) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦНЧЛЮЛОЗЫ(57) Сущность изобретения: в качестве варочного раствора используют раствор хлорида натрия с концентрацией 25-310 г/дм, Процесс ведут при пропуска нии постоянного тока плотностью 0.15-0.19 А/см и перемешивании. 2 табл.гИзобретение относится к целлюлознобумажной промышленности, а именно к способу получения целлюлозы.Наиболее близким по техническому решению (прототипом) является способ получения бумажной массы из соломы с использованием раствора щелочи и нагревания электрическим током,В данном способе варку бумажной массы (целлюлозы) производят из соломы припомощи переменного тока с использованием раствора щелочи с добавлением йаС,такой раствор называется электрощелоком,Суть способа заключается в следую. 15щем, Переменный электрический ток пропускают через массу соломы. погруженную враствор щелочи с добавлением в него МаС.При этом одновременно идет сильный разогрев массы и электролиэ раствора МаС с 20образованием гипохлорита натрия и озона,за счет чего достигается варка и отбеливание массы, Электрический ток применяютпеременным, чтобы избежать отложенийсолей жесткости на электродах. Процесс 25варки длится 30 мин. Получаемая бумагаимеет высокую прочность.Недостатком этого способа является то,что в качестве исходного раствора для варкибумажной массы берется дорогостоящий 30реагент - раствор щелочи (ее еще нужнополучить из раствора йаС путем электролиза, затратив при этом большое количествоэлектроэнергии), в массу добавляют НаС(поваренную соль) с целью получения гипохлорита натрия, т.е. требуется дополнительный реагент, процесс ведется при высокойтемпературе раствора сильноедкого вещества. что создает опасность производства.Электроток применяется для разогрева раствора и массы, а потом для электролиза,причем применяется переменный ток, всеэто ведет к большим затратам электроэнергии, кроме того, данный способ предлагаетварку бумаги только из соломы. 45Целью изобретения является упрощение и удешевление способа получения целлюлозы,Поставленная цель достигается тем, чтоварка целлюлозы ведется способом электрохимического окисления, т.е. методомэлектролиза, Электрохимическое окисле.ние целлюлозосодержащего материала осу.ществляют в беэдиафрагменномэлектролизере специальной конструкции, 55Это аппарат скрубберного типа, оборудованный мешалкой и электродами типа ОйТа(окиснорутениевые), Электролиз осуществляется постоянным током плотностью 0,150,19 А/см в растворе хлорида натрия с концентрацией 25 - 310 г/дм при интенсивзном перемешивании,Сущность способа заключается в следующем.8 аппарат загружается (до 20 объема аппарата) тонкослойная древесная стружка толщиной 0,1 - 0,5 мм или расщепленная солома, заливается (до 80 объема аппарата) раствор хлорида натрия концентрацией 25 - 310 г/дм, После загрузки аппарата включают мешалку и подают на электроды постоянный ток.Под воздействием постоянного тока происходит электролиз хлорида натрия. На аноде выделяется хлор, на катоде - натрий, взаимодействуя с водой, которая тоже распадается на водород и гидроксильную группу ОН, эти вещества образуют сложный "букет" веществ, таких как гипохлорит натрия, хлорноватистую кислоту, соляную кислоту, хлор, щелочь, водород, кислород, хлораты, хлориды, которые находятся в постоянном взаимодействии между собой и органическим веществом древесины, Подвергаясь воздействию этих веществ и электромагнитному полю, образующемуся вокруг электродов, лигнин и другие инкрустирующие вещества, содержащиеся в сырье, расщепляются до простых радикалов и СО , выходят в раствор, освобождая целлюлозу, которая тут же отбеливается.Целлюлоза, выгруженная из окислительного аппарата, промывается от соли и йодается на сушку. Раствор хлорида натрия из аппарата и вода после промывки целлюлозы донасыщается солью до нужной концентрации, возвращается на электролиз,Выделяющийся иэ аппарата избыток газа при окислении нейтрализуется в санитарной колонне слабым раствором каустика, который хлорируются до гипохлорита натрия и может быть использован,Экспериментальные данные показали, что для окисления 1 кг древесных стружек до целлюлозы в среднем расходуется 0,95 кАчас электроэнергии. На расход электроэнергии в основном влияют такие факторы; толщина древесных стружек, скорость перемешивания, концентрация раствора хлорида натрия. плотность зл,тока, порода древесины, температура раствора в момент окисления.Самыми оптимальными параметрами режима при ведении процесса электрохимического окисления определены следующие величины;концентрацияраствора 25-.310 г/дмз2100 10 87 15 электроэнергии. При повышении концент рации рассола более 310 г/дм возникнетзопасность засоления и замыкания электродов, так как при концентрации рассола свыше 320 г/дм соль начинает выпадать в х осадок и кристаллизоваться, 25 жПлотность эл. тока 0,15 - 0,19 А/см на5 электродах типа ОВТа в бездиафрагменном электролизере наиболее оптимальная, так как снижение плотности тока менее 0,15 3 А/см увеличивает время окисления древес А ной массы, снижает производительность е аппарата, повышение плотности тока свы- к ше 0,19 А/см убыстряет износ покрытия2электродов окисью рутения, а увеличение Ц толщины покрытия электродов с целью до стижения высокой плотности тока приводит к удорожанию аппарата.Температуру раствора в аппарате в момент окисления можно держать в пределах 16 - 80 С, при такой температуре хорошее 40 растворение хлора в электролите и взаимодействие его с другими компонентами раствора, это температура окружающей среды и разогрев от реакции окисления, чтобы . иметь температуру ниже 16 С потребуются 45 дополнительные затраты и оборудование, что повлечет и удорожание процесса, Ведение процесса свыше 80 С снижает производительносгь аппарата, так как из раствора начинает выделяться хлор и уходить в боль шом количестве с абгазами, иИзобретение осуществляется следующим образом. сП р и м е р 1. Навеску в 25 г воздушно- в сухих сосновых стружек толщиной 0,3 мм 55 р загружают в окислительный аппарат, зали- г вают 500 мм раствора хлорида.натрия кон- н центрацией 150 г/дм, Включают нзперемешивание, подают на электроды по- А стоянный ток силой 2,5 А, напряжением 2 В,2400 70 плотность эл. токатолщина стружкитемпература растворав момент окисления 16-80 С,Стружкатолщиной 0,1 - 0.5 мм легко окисляется до целлюлозы, и ее производство вполне достижимо на существующем деревообрабатывающем оборудовании, Переработка древесины в стружку менее 0,1 мм повлечет ее удорожание, Толщина стружки более 0,5 мм требует большой затраты эл. энергии для окисления ее в целлюлозу,Концентрация раствора хлорида натрия 25 в 3 г/дм позволяет достичь достаточную плотность тока при небольшом напряжении, При концентрации рассола менее 25 г/дм увеличивается удельное сопротивление электролита, увеличивается расход плотностью 0,15 А/см . Чере 12 ч обрзбот 2ки стружки окисляются до целлюлозы, которая имеет такие показатели:Механическая пр-ность при размоле вЦРА Р 0 + 2 о)шр- разрывная длина,м, не менее 7800- излом, число двойныхперегибов, не менееСтепень белизны, %,не менее 88рН водной вытяжки 6 - 7Содержание альфацеллюлозы, %, не менееСортность - число соринокна 1 м, площадью:- св, 0,1 до 1,0 мм включ2не более 50- св. 1,0 до 20 мм включ.гне более нетЧто соответствует качеству целлюлозымарки ХБ, ГОСТ 9671-84.П р и м е р 2, Навеску 25 г воздушно-суой расщепленной соломы пшеницы загруают в окислительный аппарат, заливают00 мл раствора хлорида натрия концентрацией 310 г/дм, включают перемешивание,подают на электроды постоянный ток силой/см, Через 7 ч обработки солома окислятся до целлюлозы, которая имеет такие поазатели;Механическая плотность при размоле вПА 60 21 ШР;- разрывная длина, м,.не более 8700- излом - число двойныхперегибов, не менееСтепень белизны, %,не менее 87Массовая доля альфацеллюлозы, %, не менее 88рН водной вытяжки 6 - 7Сорность - число соринокна 1 м площадью:св. 0,1 до 1,0 мм включ.,не болеесв. 1,0 до 2,0 мм включ.,не более нетЧто соответствует качеству целлюлозыо ГОСТ 14940-75 Е,П р и м е р 3. Навеску воздушно-сухихтружек березы толщиной 0,3 мм загружаютокислительный аппарат, заливают 500 мластвора хлорида натрия концентрацией 50/дм, включают перемешивание, подаюта электроды постоянный ток силой 2 А,апряжением 2,5 В, плотностью - 0,15/см, Через 11 ч обработки стружки окис 2ляются до целлюлозы по качеству соответствующей марками ГОСТ 14910-75 г.П р и м е р 4, Навеску 27 г воздушно-су.хих липовых стружек толщиной 0,3 мм загружают в окислительный аппарат, 5заливают 500 мл раствора хлорида натрия,концентрацией 25 г 1 дм, включают перемешивание, подают на электроды постоянный. электрический ток силой 2,7 А, напряжением -4 В. плотностью -0,17 А/см . После 7 ч 10обработки стружки окислились до целлюлозы, которая по качеству соответствует ГОСТ14940-75,П р и м е р 5, Навеску 25 г воздушно-сухих осиновых стружек толщиной 0,3 мм загружают в окислительный аппарат,заливают 500 мл раствора хлорида натрияконцентрацией 100 гlдм, включают перемешивание, подают на электроды постоянный эл,ток силой 2,7 А, напряжением -3 В, 20плотностью 0,17 А/см, После 8 ч обработкистружки окислились до целлюлозы, по качеству соответствующей ГОСТ 14910-75,Экспериментальные данные показали,если дозировать расход электроэнергии в 25кА,час на кг загруженной в аппарат древесной массы можно регулировать глубину окисления и получать продукт заданного качества, т,е. полуцеллюлозу высокого выхода, целлюлозу нормального выхода,В табл, 1 приведены дополнительные примеры по заявляемому способу получения целлюлозы,В табл, 2 приведены показатели получаемой целлюлозы.На основании приведенных данных можно сделать вывод, что предлагаемый способ получения целлюлозы является новым техническим решением и имеет следующие преимущества перед существующими:упрощается технология процесса получения целлюлозы;снижается себестоимость полученного продукта за счет исключения из производства дорогостоящих реагентов;значительно снижается экологическая вредность производства;упрощение процесса позволяет полностью автоматизировать производство;снижаются энергозатраты10 2004663 1 лблицэ 2 оскал прочность лги раз.оле е ЦРА 60 . 2рН еод. ной аы. тяжки Масс. до. ла гемнцеллю. лозы.ф Стелен белизны.Масс. до.ля целлю.лозы.тт Глубина Дачестал целлюлозы окислен,ад. часукг Масс, доля лигнина,зк ид дре есины лрстне. изло екал.и т числоаойнык регибоа и. 56 5.6 0 53 65 36.3 19,418.5 0.90 0,94 60.7 87.1 40 6.7 86 5.6 56 53 70 17,4 12,1 82 84 6 100 5,8 20,7 36.9 21.4 сина 56 5.6 65.0 750 14,5 12,3 0,7 0.8 08 0.4 7,5 95 ла и зоб рете ХИМИЧЕСКИЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ пут ического тока чер озосодержа щего оставитель В. Жаркохред М.Моргентал Редактор Н. Сильнягин Корректор В. Пет Подписнанаб 4/5 аказ 338 Тираж НПО "По 13035. Москва, Жк" Роспате 5, Раушска оиэводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 ФормуЭЛЕКТРО ПОЛУЧЕНИЯ кания электр ию целлюл лолуцеллюлоэа целлюлоза высокого выхода целлюлоза нормаль. ного еыхода лолуцеллюлоза целлюлоза высокогоыхода целлюлоза нормаль.. ного выхода лолуцеллюлоаа целлюлоза высокого выхода целлюлоза нормаль. ного аыхо аварочном растворе при перемешивании,Я отличающийся тем, что в качестве варочно- ПОСОБ 20 го раствора используют раствор хлориста м пропу-,натрия с концентрацией 25 - 310 г/дм, суспен- при этом пропускают постоянный ток плотырья в ностье 0,15 - 0,19 А/см,