Способ получения волокнистого полуфабриката

1086045 10 50 1Изобретение относится к способамполучения волокнистых полуфабрикатовиз лигноцеллюлозных материалов, преимущественно древесной шепы, и пред-назначено для использования в целлюлозно-бумажной и смежных с ней отраслях промышленности,Известен способ получения волокнистого полуфабриката путем варки лигноцеллюлозного растительного сырья сварочной жицкостью, состояшей из смеси этанола и воды Г 13.Однако такой способ требует длительного времени проведения, повышенных температур и не обеспечивает высокой избирательности процесса и степени целигнификации,Известен также способ полученияволокнистого почуфабриката путем кислойварки растительного сырья с водноэтанольным раствором 50 23,Однако такой способ не позволяетполучить высококачественный полуфабрикат (целлюлозу) с большим выходом,Наиболее близким к предлагаемому 25по технической сущности и достигаемомуположительному эффекту является способполучения волокнистого полуфабрикатапутем варки целлюлозосоцержащегосырья в среде органического раствори- З 0теля, воды и аммиака 133.Согласно этому способу в качествеорганического рас таорителя используюткетоны - ацетон, метилэтилкетон, циклогексанон или их смесь, а варку ведут.при 170 220 С при соотношении абсоолютно сухого целлюлозосодержащегосырья и массы варочной жидкости 1:21;20, концентрации аммиака и кетонав варочной жидкости 5-22 и 15-.70 мас.% соответственно.Оцнако известный способ аммиачнокетонной варки не позволяет получатьволокнистые полуфабрикаты с низкойжидкостью, пригодные цля отбелки, авыход получаемых полуфабрикатов ешеыецостаточно высокий, При этом способне обеспечивает высокой избирательности процесса. Процесс аммиачно-кетонной варки отличается чрезмерной цлительностью ч требует высокой температуры, что влечет за собой большие теплоэнергетические затраты и необходимость применения металлоемкого оборудования, рассчитанного на работу под высоким цавлением - более 60 кгсм 2. Бель изобретения - повышение избирательности делигнификации и сокрашение продолжительности процесса,Пос тавленная цель дос тига ется тем,что согласно способу. получения волокнистого полуфабриката путем варкицеллюлозосодержашего сырья ь средеорганического растворителя, воды иаммиака при повьшенной температуре,варку осушествляют в присутствиидвуокиси серы при массовом соотношении двуокиси серы и аммиака от 0,2; 1цо 2,5: 1,В качестве органического растворителя используют этиловый спирт, моноэтиловый эфир этиленгликоля, дизтиленгликоль,Барку осушествляют при объемномсоотношении воды и органического растворителя от 0,4;1 до 4: 1 при температуое 150-185 С,Аммиак берут в количестве 5-25%массы абсолютно сухого целлюлозосоцержашего сырья,При приготовлении варочного раствора двуокись серы взаимодействует саммиаком с образованием сульфит-бисульфитньг: солей аммония, Однако этисоли нестойкие и способны диссоциировать цо исходных вешеств, особеннопри нагревании, Термодинамическиесвойства сульфит-бисульфитных солейаммония в водно-органических растворах в литературе не описаны, поэтомуневозмокно оценить, сколько бу цет находиться в варочном растворе при варке двуокиси серы в свободном вице1 в виде молекулярной 502), а скольков связачном вию (в виде аммонийныхсолей), Можно предположить, что покрайней . мере часть 502 будет связана с аммиаком в виде сульфит-бисульфитных солей аммония,В качестве органического растворителя при варках по предлагаемому способу можно использовать любые органичсские растворители (отдельно или в, смеси друг с другом), которые смешиваются с водой при температуре варки и образуют однородные растворыТакие органические растворители, как правило являются полярными. В промышленности, где органический растворитель будут постоянно регенерировать из отоаботанных растворов, состав этого растворителя будет определяться соединениями, образуюшимися пои варке растительного сырья. Лишь при первоначальном за пус 10860454ке производства потребуется применениесвежего органического растворителя,например этилового или метиловогоспирта. Затем .состав растворителя изменится, так как его потери, по крайней мере частично будут компенсироватся органическими продуктами разложения компонентов древесины, например метанолом и ацетоном, образующимися за счет отшепления метоксильныхгрупп древесины, скипидаром, фурфуролом и другими соединениями,Нижняя граница температуры варкизависит от вица растительного сырья,поступающего на переработку и отвремени варки. древесину можно целигнифицировать за практически приемлемоеавремя при 150 С, Однако недревесныевиды сырья, например солому хлебныхзлаков, удается быстро аелигнифицирьвать при более низкой температуре 130 С и ниже. Верхняя граница температуры варки обусловлена тем, чтопри более высокой температуре (190200 С) варку провоцить можно, но давление в котле чрезмерно возрастает, чтопрактически осложняет аппаратурноеоформление процесса и работу обслуживающего персонала.П р и м е р 1. Навеску 283,2 гщепы березы влажностью 43,5% (160 габсолютно сухой древесины) заливаютварочной жидкостью, приготовленнойсмешиванием 144 мл диэтиленгликоля,453 мл воды, 40 г аммиака, 8 г двуокиси серы и варят при 185 С в течение 20 мин.Объемное соотношение диэтиленгликоль:вода, включая влагу щепы, 1:4;массовое соотношение Н, 02 в варочной жидкости 1;0,2; количество аммиака на варку 25 мас.% абсолютно сухоймассы древесины,5 ь0 5 2 О 25 30 35 40 оДревесный остаток после варки распускают на волокна, промьвают горячей 4оводой с температурой около 60 С на . сите 40, определяют выхоц абсолютно сухой массы волокнистого полуфабриката весовым методом и жесткость поГОСТ 10070-74. Получают 115,8 г5 абсолютно сухой массы готового волокнистого полуфабриката (выход 72,4%) с жесткостьо 69,5 ециниц Каппа.П р и м е р 2. Навеску 173,3 г воздушно-сухой щепы березы с влажнос 5 тью 7,7% ( 60 г абсолютно сухой древесины) заливают варочной жидкостью, приготовленной смешиванием 514 мл этанола, 193 мл воды, 8 г аммиака, 20 г двуокиси серы и варят при 150 Со в течение 240 мин. (Объемное соотноше- ние этанол: воца, включая влагу щепы, 1;0,4; массовое соотношение КН 3 , 502 в варочной жицкости 1: 2,5; количество аммиака на варку 5 мас,% абсолютно сухой древесины).древесный остаток после варки распускают на волокна, промывают и анали зируют, как описано выше, Получают 121,6 г абсолютно сухой массы готового волокнистого полуфабриката (выход 76,0%) с жесткостью 95,5 ециниц Каппа,П р и м е р 3, Навеску 172,4 г воздушно-сухой сосны с влажностью 7,2% (160 г абсолютно сухой древесины) заливают варочной жицкостью, приготовленной смешиванием 360 мл моноэтилового эфира этиленгликоля (название-синоним - целлозольв) 348 мл воды, 24 г аммиака, 40 г двуокиси серы и варят при 160 С в течение 240 мин. (Объемное соотношение моноэ тиловый эфир этиленгликоля: воцы, включая влагу щепы, 1 ф 1; массовое соотношение МН 3 . 502 в варочной жидкости 1; 1,67; количество аммиака на варку 15 мас. % абсолютно сухой массы древесины).древесный остаток после варки распускают на волокна, промывают ианализируют, как описано выше. Получают 117,6 г абсолютно сухой массы готового волокнистого полуфабриката (выхоц 73,5%) с жесткостью 110 единиц Каппа.П р и м е р 4. Навеску 244,7 г щепы осины с влажностью 34,6% (160 г абсолютно сухой цоевесины) заливают варочной жидкостью, приготовленной смешиванием 255 мл этанола, 300 мл воаы, 24 г аммиака,о авуокиси серы 30 г и варят при 165 С в течение 210 мин. (Объемное соотношение этанолф вода, включая влагу щепы, 1: 1,5; массовое соотношениеНН 3 . 902 в варочной жидкости 1: 1,25; количество аммиака на варку 15 мас,% абсолютно сухой массы древесины).Древесный остаток после варки распускают на волокна, промывают и анализируют, как описано выше. Получают 115,3 г абсолютно сухой массы гото вого волокнистого полуфабриката (выхоц 72,0%) с жесткостью 13,2 единицы Каппа, что характеризует полуфабБарка по известном способуарка по поенагаемому спообу с аммиаом, двуокисью еры,этанолом водой оказател аммиаков, ацемиатоном юм,цой,240 240 24 авеска щепы, гпажность щепы, %иц органического 33,3 33 тон А це тон 3 тано тво рителя но 225 335 22 2 Двуокись серы 3 т 165 Температура,СП роцолжительнос т-0.1 120 25 120 Выход волокнисто Абсолютно сух полуфабрикамасса, г рикат, как очень мягкую, легко белимуюцеллюлозу,П р и м е р 5, Навеску 240,0 гщепы берези с влажностью 33,3%(160 г абсолютно сухой древесины)заливают варочной жицкос тью, приготовленнойй смешиванием 225 мл этанола,335 мл воны, 24 г аммиака, 30 гдвуокиси серы и варят при 165 С втечение 210 мин. (Объемное соотношение этанол:вона, включая влагу шепы,1: 1,84; массовое соотношение ИН50 в варочной жидкости 1: 1,25;количество аммиака на варку 15 мас.%абсолютно сухой древесины),древесный остаток после варки распускают на волокна, промывают и анализируют, как описанэ выше. Получают106,3 г абсолктно сухой массы готового волокнистого полуфабриката (выход 66,4%) с жесткостью 26,3 единицы Каппа, что характеризует полуфабрикат как мягкую, белимую целлюлозу.Для сопоставления предлагаемогоспособа и известного способа аммиачнокетонной варки щепу березы варят согласно двум способам цо одинаковойжесткости. вопокнис тых полуфабрикатов,примерно 80 ециниц Каппа и сравнивают показатели обоих процессов, Жесткость 80 ециниц Каппа характеризуетволокнистый полуфабрикат из лиственнойцревесвны, как полуцелдюлозу. Зтот личество заданных на варкуОрганический растворитель, мл уровень жесткости выбран в качественаиболее типичного для лиственных полуфабрикатов, полученных в условиях аммиачнс.кетонной варки, Известным спосо 5 бом аммиа по-кетонной варки н удается получать волокнистые полуфабрикаты, которые по жесткости можно былобы классифицировать как целлюлозу.Сравнительные варки провецены винцентичных условиях со щепой березы,влажностью 33,3%. Объемное соотношение органический растворитель; .ввключая влагу щепы, зацавали м.дым1: 1,84, Также задавали одинаковое количество аммиака на варку 15 мас.%абсолютно сухой древесины,древесные остатки после варки распускают на волокна, промывают и анализируют, как описано выше, Определяют20 также содержание пентозанов поГОСТ 10820-75 и физико-механическиехарактеристики волокнистых полуфабри-.катов после размола на 11 РА цо 60 ШР,в отливках массой 75 гlм 2,Параллельно с варками по предлагаемому способу с аммиаком, двуокисьюсеры, этанолом и воцой и по известному способу с аммиаком, ацетоном иводой проводят варку с аммиаком, эта 30 иолом и водой без добавки двуокиси серы.Показатели сравнительных варок приведены в таблице,Болокнис 06,. 107,1108 6045 Процолжение таблицы Варка до пред-,лагаемому способу с аммивс аммиаком, аць- КОМ, ЦВУОКИСЬЮОН ОМ И ВОЦ Ой серы, этанодоми водой Варка по известному способуГ 1 окаж тел и с аммиаком,этанолом,воцой 76,0 79,5 25,8 8100 5920 6610 Разрывная алина, м 880 340 660 3,0 2,7 80 68 76 Как вицно иэ таблицы, прецлагаемый способ облацает существенными техни ко-экономическими преимущес твами по сравнению с известным. Процесс варки настолько ускоряется, что становитсявозможным не только сократить процолжительность, но и значительно снизить температуру, При 165 С известным способом аммиачно-кетонной варки получить .волокнистый полуфабрикат не уцалось, так как шепа практически не размягчается и лаже после 10-часовой варки сохраняет исхоцную структуру и не распускается на волокна в гицрораз бивателе. Только при повьпцении температуры цо 200 С и варке аммиачно- кетонным способом в течение цвух часов уцалось получить волокнистый полуфабрикат с такой же жесткостью, как после варки прецлагаемым способомпри 165 ОС в течение 25 мин. Варка с. аммиаком и этанолом позволяет цостиг нуть равной жесткости волокнистогоо полуфабриката при температуре на 10 С ниже, чем в случае аммиачно-ацетонной варки, что, согласно кинетическим ха рактеристикам, означает ускорение процесса в 2-4 раза. Оанако по выхоцу, соцержанию пентозанов и физико-механическим свойствам волокнистые полуфабрикаты, полученные аммиачно-эта нольным способом варки, хотя и могут превосхоцить аналогичные полуфабрика ты аммиачно-кетонной варки. все же Исхоцная цревесина, %Жесткость, ециницы Каппа Соцержание лен тозанов, % исхоцной ц ревесины1 Сопротивление излому, числоцвойных перегибов Сопротивление нроцавдиванию,кгс/см 2 Сопротивление раэциранию, гс тый полу,8 66,9 фабрика т 79,8 80,0 подучить20,1 21,4 не уцалось 25значительно уступают полуфабрикатам,полученным по прецлагаемому способу .варки.Прецлагаемый способ варки поэводя- ЗОет получать полностью проваренную цел"люлозу с минимальной жесткостью (примеры 4 и 5) при оцновременном сохраненни высокого выхоца волокнистого процукта на уровне, приближающемуся к.теоретически возможному прецелу, чтосвицетельствует об исключительно высокой избирательности процесса невозможно цостигнуть в условиях известныхпромышленных способов варки. Так, например, при судьфатной варке выхоцбелимой целлюлозы из лиственных пороццревесины в 1,4-1,5 раза меньше, чемпри варке прецлагаемым способом,Полуфабрикаты, полученные прецлагаемым способом варки, характеризуютсявысокой белизной, хорошей способностьюк размолу и при отбелке сохраняют вы. сокий выхоц волокнистого полуфабриката.Отработанные варочнье реагенты легкорегенерировать отгонкой летучих компонентов и послецукицим выпариванием исжиганием беззольного сухого остатка,который можно также испольэовать цляполучения органо-минеральных уцобрений 55 и цругих ценных процуктов.Процесс варки по прецлагаемому способу не требует применения оборуаованияработающего при чрезмерно высоком1086045 10 9аавлении, которое при 165 С и ниже не выхоаит за преаелы обычного аавления в промышленньв варочнык котлах, Уме ренное аавление является слеаствием как относительно низкой температуры варки, так и связывания в варочной жиакости аммиака с цвуокисьг серы с образованием менее летучих соецинений - сульфита и бисульфита аммония.Заказ 2198/27 Тираж 372 Поцписное ВНИИПИ Госуаарственного комитета СССР по цепам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., ц, 4/5 Филиал ППП фПатентф, г, Ужгороц, ул. Проектная, 4