Способ получения целлюлозного полуфабриката

О П И С А Н И Е щ 887666ИЗОБРЕТЕНИЯ Сова Соеетских Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 07.12,8 51)М.Кл. О 21 СЗ,О суаарственный комите СССР о девам изобретений н открытий(088,8) 72) Авторы изобретен И. Гермер, В, П. Сергеев и Ю, Г, Бутко Ленинградский технологический институтцеллюлозно-бумажной промышленности(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ПОЛУФАБРИКАТИзобретение относится к целлюлознобумажной промышленности, а .именно к области получения целлюлозного полуфабриката кислородно-щелочным способом.Известен слособ получения волокнисто- б го полуфабриката путем кислородно-щелочной варки лигноцеллюлозного материала в присутствии соединений марганца, введенных в щелочной раствор перед кислородно-щелочной варкой и в процессе ее 1, 10Однако такой способ недостаточно эффективен, так как введекие соединений марганца перед варкой или на протяжении всей варки приводит к тому, что часть марганца действует на том участке варки, где 15 его добавка оказывает отрицательное влияние. Наиболее близким к изобретекию является способ получения целлюлозного полу фабриката, включающий подачу лигноцеллюлозного сырья и щелочного варочного раствора в варочный аппарат, подъем температуры реакционной смеси в варочном аппарате, введение соединений марганца в 25 нарочный раствор и варку на конечной температуре в присутствии кислородсодержащего газа 2.По этому способу соединения марганца вводят в исходный варочный раствор перед з 0 повышением температуры или в процессеварки на конечной температуре,Такой способ характеризуется недостаточно высоким выходом и прочностью, целевого продукта.Белью изобретения является повышениевыхода и прочности целевого продукта,Это достигается тем, что согласно предложенному способу получения волокиистого полуфабриката, включающему подачулигноцеллюлозного сырья:и щелочного варочного раствора в вцрочный аотларат,подъем температуры реакционной смеси вварочном аппарате, введение соединениймарганца в варочный раствор и варку наконечной температуре:в присутствии кислородсодержащего газа, соединения марганцавводят в процессе подъема температурыпри значении выхода лигноцеллюлозногоостатка, составляющем 70 - 85% от массыисходного абсолютно сухого лигноцеллюлозного сырья.Предлагаемый способ основан на использовании марганца только на той стадииделигнификации, где он оказывает исключительно положительное влияние - на стадии заварки, ко времени развития котороймассные потери делигнифицируемого лигноцеллюлозного материала (древесины) составляют 15 - 30%, т. е. выход 85 - 70% отмассы абсолютно сухого (а. с.) лигноцеллюлозного материала.Предлагаемый способ получения целлюлозного полуфабриката осуществляют следующим образом.В варочный аппарат периодического действия загружают лигноцеллюлозный материал (например древесную щепу, стружку,или опилки), заливают варочный раствор и, нагревая содержимое варочного аппарата, начинают варку в присутствии кислорода или кислородсодержащего газа, подачи которого в варочный аппарат может осуществляться различными известными способами. В качестве кислородсодержащего газа предпочтительнее использовать воздух, По достижении выхода 70 - 85% от массы исходного лигноцеллюлозного материала в варочный аппарат однократно насосом-дозатором дают всю порцию добавляемого соединения марганца,и продолжают варку обычным способом до получения целлюлозного,полуфа бриката необходимого выхода или степени делигнификации.При использованни для варки аппарата непрерывного действия добавку соединений марганца вводят в циркуляционную систему той зоны варочного аппарата, через которую проходит уже частично делигнифицированный линоцеллюлозный материал, выход которого составляет 70 - 85%, и варка продолжается дальше обычным способом.Реализация п 1 редлагаемого способа предусматривает элементарное предварительное исследование изменения выхода лигноцеллюлозного материала по ходу варки при принятых условиях и режиме кислородно-щелочной варки для установления продолжительности варки или зоны (в варочном аппарате непрерывного действия), когда выход лигноцеллюлозного остатка будет находиться в требуемом интервале 70 - 85%Предлагаемый способ может быть использован для варки целлюлозного полуфабриката в широком диапазоне конечных степени делигнификации и выхода.В приведенных примерах предлагаемый способ осуществляют при условиях кислородно-содовой варки, являющейся одним из наиболее типичных вариантов кислородно-щелочной варки.Варки по известному и предлагаемому способам проводят в строго сопоставимых условиях и имеют во всех приведенных примерах следующие одинаковые факторы: исходный варочный раствор - 10,0 г/л МаСОз с рН 11,3 - 11,5; гидромодуль - 15: 1; исходное давление кислорода - 1,47 МПа (15 ати); степень заполнения автоклава кислородом - 50% (в процессе варки кислород больше не,подают); добавка соединения марганца - 0,05% от,массы абсолютно сухой древесины (в единицах Мп) в45 50 55 60 65 5 О 15 20 25 30 виде свежеприготовленной суспензии, получающейся при растворении соединений марганца в части нарочного раствора,В качестве соединений,марганца могут быть использованы различные соли мартанца, такие как хлорид марганца, сульфат марганца, нитрат марганца, силикат марганца.Хотя в представленных примерах приведены опыты по осуществлению предлагаемого способа лишь с использованием хлористого марганца, любое из указанных соединений марганца является в данном случае техническим эквивалентом и приводит к достижению аналогичных результатов.Все варки проводят в батарейной установке с качающимися автоклавами объемом 1 л каждый, снабженными рубашками с электрическим обогревом. Режим заварки для всех варок: подъем температуры от 20 до 140 С - 30,мин, от 140 до 170 С - 120 мин, продолжительность варки,на конечной температуре 170 С - различная, в зависимости от требуемой степени делигнификации (число Каппа),или выхода получаемого целлюлозного полуфабриката.П р,и мер 1. Варке подвергают еловую стружку толщиной 0,5 - 0,8 мм. По известному способу проводят две варки ( 1 и 2), В одной из этих варок ( 1) свежеприготовленную дисперсию хлористого марганцавводят в исходный раствор перед заваркой;в другой варке ( 2) - в начале стадии варки на конечной температуре, при этом вмомент ввода добавки выход древесного остатка 62,7%, т. е. ниже нижнего предела (70%), указанного в предлагаемом способе.По предлагаемому способу (варка3) добавку хлористого марганца осуществляют,на стадии заварки (через 80 мин от начала подъема температуры от 20 С) по достижении выхода 84,5% от,массы абсолютно сухой древесины, т, е, в интервале, указанном в лредлагаемом способе.Из результатов, представленных в табл, 1, видно, что практически при одинаковой степени делигнификации по предлагаемому способу получается целлюлоза с выходом на 0,8 - 4,1% от массы абсолювно сухой древесины, превышающая выход целлюлозы по известному способу 2), Прочностные показатели у целлюлозы, полученной по предлагаемому способу, также выше по разрывной длине на 11%, сопротивлению продавливанию - на 4 - 22%, сопротивлению раздиранию - на 10%,П р и м е р 2. По известному способу проведены варки4 и 5.Основные условия варок, результаты которых представлены в этом примере (см. табл. 2), аналогичны условиям варок примера 1,и приведены при описании условий лабораторной апробации предлагаемогоспособа.887666 Таблцэ Предлагаемый Известный 2 Точка введения соединения марганца Показатели в начале варки на конечной температуре 170 С.Физико-механические прочности: показатели 11150 10000 10000 422 383 427 412 бавка вводится также .на стадии заварки, но уже ло достижении выхода 71,4% от массы абсолютно сухой древесины,Таблица 2 Предлагаемый Известный Способ кислородно-содовой варкиарганца в начале варки на конечной температуре 1700 СПоказатели перед заваркой 31,5 34,1 33,4 57,3 55,6 2,0 2,1 3,8 2,24 1,88 2,36 6,80 6,90 7,18 рНо щелока Физико-механические прочности: показатели 10750 разрывная длина, и 1511 432 Способ кислородно-щелочной варкиСтепень делнгнификации целлюлозы, число Каппа Выход целлюлозы, % от массы абсолютно сухой древесины Непровар, % от массы абсолютно сухой древесины Содержание активного ИаОН в щелоке, г/л разрывная длина, мсопротивление раздиранию, мНсопротивление продавливаию, кПа Различие заключается лишь в точке вве,дения хлористого марганца в варке по предлагаемому способу (варка6); доСтепень делигнификации целлюлозы, число Каппа.Выход целлюлозы, % от массы абсолютно сухой древесины Непровар, % от массы абсолютно сухой древесины:Содержание активного ХаОН в щелоке, г/лдвой-мН сопротивление из:нбу, число ных перегибов сопротивление раздиранио,Точка введения соединения м на стади заварки887666 Таблица 3 Известный Предлагаемый Способ кислородно-содовой варкиПоказатели перед заваркой 29,6 30,6 27,0 58,9 58,2 0,9 0,3 2,28 1;96 2,08 рНо щелока 6,99 6,74 6,63 физико-механические прочности: показатели 10350 10150 10650 разрывная длина, м 126 363 414 1412 1521 1109 397 412 486 Как видно из табл. 2, реализация предлагаемого способа лри получении целлюлозы практически одинаковой степени делигнификации в даином случае приводит к повышению выхода на 1,7% от массы а.с, древесины при одновременном снижении непровара на 1,7 - 1,8% и возрастании сопротивления изгибу более, чем в 2 раза, а сопротивления раздиранию в 3,5 раза.П р,и м е р 3. Отличия условий варок примера 3 (см, табл. 3) от условий варок двух предыдущих примеров заключаются в Степень делигнификации целлюлозы, число Каппа Выход целлюлозы, % от массы абсолютно сухой древесины Непровар, % от массы абсолютно сухой древесины Содержание активного ЫаОН в щелоке, г/л сопротивление изгибу, число двой-ных перегибов сопротивление раздиращио, мНсопротивление продавливанию, кПа Как видно из табл. 3, прои этих условиях варки, несколько отличных от условий предыдущих двух примеров, при варке по предлагаемому способу выход целлюлозы практически не меняется. Однако прочность целлюлозы цри этом заметно возрастает. Так, сопротивление изгибу увеличивается от 14 до 230%, сопротивлениераздиранию на 8 - 37%, сопротивление продавливан,ию на 18 - 22%.Из результатов варок, приведенных в примерах 1 - 3, видно, что по предлагаемому способу в большинстве случаев достигается значительное(повышение как выхода целлюлозы (в среднем на 2,2% от массы абсолютно сухой древесины), так и ее прочности (примеры 1,и 2). В ряде случаев при сохранении выхода неизменным возможно следующем: для варок ислользуют более тонкую еловую стружку (толщ. 0,3 - 0,5 мм); точка введения добавки марганца ло одному из .вариантов известного способа 5 (варка8) - через 5 мин варки,на конечной температуре 170 С (по достижении выхода б 0% от массы а.с. древесины); точка введения марганца по предлагаемому способу - на стадии заварки по достиже нии выхода 84,0% от массы а.с. древесины;продолжительность варки на конечной температуре для всех варок ( 7 - 9) - 15 мин. Точка введения соединения марганца на стадии завершения через 5 мин варки(по достижении выхода 1-0 о С84,0 о от массы а. с. на конечной температуре 170 С древесины)значительное увеличение прочности целлюлозы (см пример 3).15 Судя по содержанию активной щелочив отработанном щелоке и величине его рН 2 о, а также учитывая, что сопоставления в каждом из примеров проводились при практически постоянной степени делигни фикацин получаемой целлюлозы, можно видеть, что преимущества, получаемые по предлагаемому способу, имеют место при неизменной скорости варки и не сопровождаются повышением расхода активной 25 МаОН на варку. Формула изобретения Способ получения целлюлозного полу 30 фабриката, включающий подачу лигноцел887666 10 Составитель А. Моиосов Техред А. Камышникова Редактор Т. Загребельная Корректор С, файн Заказ 1752/1291 Изд. М 639 Тираж 419 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д 4/5 Тип. Харьк, фил. пред. Патент люлозного сырья и щелочного варочного раствора в варочный аппарат, подъем температуры реакционной смеси в варочном аппарате, введение соединений марганца в варочный раствор и варку на конечной температуре в присутствии кислорода или иислородсодержащего газа, о т л,и ч а ю щ и йся тем, что, с целью новыщения выхода и прочности целевого продукта, соединения марганца вводят в процессе подъема темлературы при значении выхода лигноцеллюлозного остатка, составляющем 70 - 85%от массы исходного абсолютыо сухого лигноцеллюлозного сырья. 5Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе:1, Патент Франции2264125, кл,Р 21 С 3/02, опублик. 1975.10 2. Авторское авидетельство СССР344054, кл, Р 21 С 3/02, 1970 (прототип).