СПОСОБ ОТБЕЛКИ ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ШТАПЕЛЬНОГО ВОЛОКНА Российский патент 1995 года по МПК D21C9/147 D21C9/153 D21C9/10 

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к способу отбелки целлюлозного штапельного волокна без применения хлора с использованием озона по трехступенчатому методу, состоящему из отбеливания кислородом в присутствии пероксида водорода (ЕОР-ступень), отбеливания озоном (Z-ступень) и отбеливания перекисью (P-ступень).

Так как хлор является ядовитым, трудно контролируемым газом, а хлорсодержащие отбеливатели способствуют поступлению в сточные воды хлорированных компонентов, которые в будущем не могут быть более допущены к использованию, разрабатывают такие способы отбеливания, в которых применяют О₂, H₂O₂ или O₃ в различных комбинациях и при различных условиях и которые являются альтернативными для сохранения окружающей среды.

Известен способ отбеливания целлюлозного штапельного волокна, включающий последовательную трехступенчатую обработку целлюлозной суспензии, при этом на первой ступени обработку проводят кислородом в щелочной среде, на второй озоном при повышенном давлении и на третьей пероксидом водорода при повышенной температуре, и промывку целлюлозы после каждой ступени [1]
Известный способ является недостаточно экономичным.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение экономичности процесса.

Это достигается тем, что обработку целлюлозной суспензии на первой ступени осуществляют в присутствии пероксида водорода в количестве 26-50 мас. в смеси и температуре 70-100^оС, преимущественно 75^оС, отходящие газы после второй ступени обработки, содержащие кислород, полностью используют на первой ступени обработки, а сточные воды от второй ступени обработки используют для разбавления целлюлозы между первой и второй ступенями обработки и/или обеззоливания целлюлозы после отбеливания. Расход щелочи на первой ступени обработки составляет 2,5-5,0% массы абсолютно сухой целлюлозы. Вторую ступень обработки осуществляют смесью кислорода и озона с содержанием последнего 5-10 мас. при температуре 40-70^оС, преимущественно 50-60^оС.

Использование пероксида водорода на первой ступени обработки позволяет снизить расход озона на второй ступени обработки без ухудшения качества отбеливания. Вследствие использования меньшего количества озона образуется меньше кислорода, чем отходящего газа, поэтому он может быть полностью использован на первой ступени и не подается в озоновый генератор. В прототипе избыточный кислород подают в озоновый генератор, а так как озоновому генератору требуется кислород с высокой степенью очистки, он проходит через очистную станцию, что способствует удорожанию процесса.

Изобретение иллюстрируется примерами.

П р и м е р 1. Отсортированное неотбеленное целлюлозное буковое волокно с Каппа-числом 5,2, вязкостью 24,5 мПз и степенью белизны по Эльрафо 55,6 подвергают трехступенчатому отбеливанию.

I-я ступень отбеливания (ЕОР).

Сырую целлюлозу с концентрацией 15% и температурой 75^оС отбеливают едким натром в количестве 3,3% массы абсолютно сухой целлюлозы (366 л раствора NaOH с концентрацией 90 г/л) и пероксидом водорода в количестве 42% в отношении к H₂O+O₂(10,8 л 50%-ной H₂O₂) и подводят к СР-насосу (насос для средней плотности). Насосом подают через фритту 5,5 Нм³ отходящего газа на 1 т абсолютно сухой целлюлозы и происходит отбеливание в О₃ ступени, давление достигает 7 бар. При содержании О₂ в газе около 95% это соответствует 7,5 кг О₂ на 1 т целлюлозы.

Затем суспензию вещества обрабатывают в "High Shear" СП-смесителе. В этот смеситель вводят 5,5 Нм³ отходящего газа из Z-ступени.

Через трубчатый форреактор с трехминутным пребыванием эта смесь поступает в верхнюю часть отбеливающей башни, в которой реакция продолжается 2 ч 45 мин.

Далее целлюлозу выделяют на двух вакуумных барабанных фильтрах и шнековом прессе из отработанного раствора. Фильтрат шнекового пресса (3,3 м³ т целлюлозы) используют противотоком с 3,3 м³ свежей воды на фильтрах для промывки.

При этом содержание органических соответствующих веществ может снижаться до 3 кг на 1 т целлюлозы. Степень белизны равняется 75,4% число Каппа 1,89, вязкость 24,0 мПз.

2-я ступень отбеливания (Z).

После шнекового пресса целлюлозу разбавляют возвратной водой от вакуумного барабанного фильтра после О₃-ступени до концентрации 2% и устанавливают рН= 3 с помощью серной кислоты. В установке озонного отбеливания известной фирмы Bauart (Waagner Biro) кислородсодержащая суспензия с 2%-ной концентрацией в циркулирующем потоке поступает через инжектор. Постепенно через этот инжектор вводят 1,45 г озона на 1 кг целлюлозы. Время пребывания в реакторе равно 20 мин, температура 51^оС. Концентрация озона в озоносодержащем газе составляет 8%
Затем целлюлозу опять промывают. Кислый фильтрат вводят для обеззоливания целлюлозы перед последним фильтром.

Результаты анализа целлюлозы: степень белизны 78,3% число Каппа 0,97 вязкость 22,0 мПз 3-я ступень отбеливания (Р).

3-я ступень проходит при добавлении 4 кг NaOH/т целлюлозы и 7 кг H₂O₂ (50%-ная) при 65^оС, 13%-ной концентрации массы и времени пребывания 4 ч.

Далее следует промывка на двух вакуумных барабанных фильтрах. Перед вторым фильтром идет подкисление фильтратом от Z-ступени, чтобы содержание золы целлюлозы снизить до 0,06%
Анализ готового продукта: степень белизны 89,7% вязкость 21,8 мПз число Каппа 0,76
П р и м е р ы 2 и 3. В лаборатории используют опытную аппаратуру для непрерывного Оз-отбеливания, причем через инжектор вводят кислород, содержащий 03, в 2%-ную суспензию целлюлозы. Отходящий газ собирают в емкость под давлением, сжимают и вводят по периодическому способу в первую ступень (ЕОР) в лабораторный автоклав, снабженный мешалкой.

3-ю ступень (Р) проводят по периодическому способу.

Параметры процесса отбелки по этим примерам и показатели отбеливания целлюлозы приведены в табл. 1.

П р и м е р 4. Берут целлюлозу после первой ступени обработки по примеру 1 и далее перерабатывают в лаборатории (степень белизны 75,4% число Каппа 1,89, вязкость 24 мПз). Эту целлюлозу прессуют до концентрации 20% затем разбавляют разбавленной серной кислотой до концентрации 11% так, чтобы pH= 2,9. В "High Shear" смесителе суспензию целлюлозы гомогенизируют и пропускают сжатый озоносодержащий кислород. Концентрация озона в нем составляет 8%
Время перемешивания 15 с, продолжительность реакции 180 с, давление 0₃-5,1 бар, температура 50^оС. Удельная концентрация О₃ равняется 1,50 г О₃/кг абсолютно сухой целлюлозы, потребление 0з-1,40 г.

Данные анализа полученной целлюлозы: степень белизны, 80,4 вязкость, мПз 21,4 число Каппа 0,92
Проводят отбеливание этой целлюлозы в лабораторных условиях (Р-ступень): температура, ^оС 64 время пребыва- ния, ч 4 плотность веще- ства, 13 содержание NaOH, 0,38 содержание H₂O₂, 0,38
Данные анализа готового продукта: число Каппа 0,72 степень белиз- ны, 90 вязкость, мПз 20,8
П р и м е р 5. В лабораторном аппарате непрерывного действия для отбеливания озоном осуществляют отбеливание, причем посредством инжектора кислород, содержащий озон, вводят в 2%-ную суспензию целлюлозы. Газ собирают в сосуде высокого давления, подвергают его сжатию, нагнетая воду, после чего вводят в лабораторный автоклав с мешалкой для отбеливания 1-й ступени (ЕОР) по периодическому принципу.

3-ю ступень отбеливания (Р) осуществляют также периодически.

Параметры процесса отбеливания по примеру Б и показатели отбеленной целлюлозы приведены в табл. 2.

П р и м е р 6. Отбирают целлюлозу после 1-й ступени отбеливания по примеру 1 и подвергают дальнейшей переработке в лабораторных условиях (степень белизны 75,4% число Каппа 1,89; вязкость 24,0 мПа. с). Отобранную целлюлозу отжимают до концентрации 20% и разбавляют разбавленной серной кислотой до концентрации 11% чтобы pH составлял 2,9.

Эту суспензию целлюлозы гомогенизируют в смесителе с высокими сдвиговыми нагрузками ("High Shear" -смеситель) и насыщают сжатым газообразным кислородом, содержащим озон. Концентрация О₃ в О₂ составляет 10 мас. или 149 г/м³.

Время перемешивания 15 с, продолжительность реакции 180 с, давление озона 5,1 бар, температура 50^оС.

Удельная дозировка озона 1,50 г О₃/кг абсолютной сухой целлюлозы, расход озона 1,46 г.

Результаты анализа приготовленной таким образом целлюлозы следующие: степень белизны 82,6% вязкость 20,8 мПа ˙ с число Каппа 0,82
Эту целлюлозу подвергают окончательному отбеливанию в лабораторных условиях (P-ступень отбеливания): температура 64^оС время пребывания 4 ч концентрация 13% дозировка NaOH 0,33% дозировка H₂O₂ 0,33%
Характеристики готового продукта: число Каппа 0,68 степень белизны 90,9% вязкость 20,0 мПа ˙ с
П р и м е р 7. Отбирают целлюлозу после 1-й ступени отбеливания по примеру 1 и подвергают дополнительной переработке в лабораторных условиях (степень белизны 75,4% число Каппа 1,89; вязкость 24,0 мПа. с). Отобранную целлюлозу отжимают до концентрации 20% и разбавляют разбавленной серной кислотой до концентрации 11% чтобы pH составлял 2,9.

Эту суспензию целлюлозы гомогенизируют в смесителе с высокими сдвиговыми нагрузками и насыщают сжатым газообразным кислородом, содержащим озон. Концентрация озона в кислороде 5 мас. или 72 г/м³.

Время перемешивания 15 с, продолжительность реакции 180 с, давление озона 5,1 бар, температура 50^оС.

Удельная дозировка озона 1,50 г О_з/кг абс. сухой целлюлозы, расход озона 1,25 г.

Результаты анализа полученной целлюлозы следующие: степень белизны 79,9% вязкость 22,3 мПа ˙ с число Каппа 0,98
Эту целлюлозу подвергают окончательному отбеливанию в лабораторных условиях (Р-ступень отбеливания): температура 50^оС время пребывания 4 ч концентрация 13% Дозировка NaOH 0,45% Дозировка H₂O₂ 0,45%
Характеристики готового продукта число Каппа 0,72 степень белизны 90,1% вязкость 20,9 мПа ˙ с.

Сущность изобретения: способ отбелки целлюлозного штапельного волокна включает трехступенчатую последовательную обработку целлюлозной суспензии кислородом в щелочной среде, озоном при повышенном давлении и пероксидом водорода при повышенной температуре. Обработку кислородом на первой стадии ведут в присутствии пероксида водорода в количестве 26 50 мас. в смеси и т-ре 70 100°С (лучше 75°С). Отходящие газы после обработки озоном, содержащим кислород, полностью используют на первой ступени обработки, а сточные воды от этой ступени для разбавления целлюлозы между первой и второй ступенями обработки и/или обеззоливания целлюлозы после отбеливания. Расход щелочи на первой ступени обработки составляет 2,5 5% массы абсолютно сухой целлюлозы. Вторую ступень обработки ведут смесью кислорода и озона с содержанием последнего 5 10 мас. при 40 70°С (лучше 50 60°С). 3 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. СПОСОБ ОТБЕЛКИ ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ШТАПЕЛЬНОГО ВОЛОКНА, включающий последовательную трехступенчатую обработку целлюлозной суспензии, при этом на первой ступени обработку проводят кислородом в щелочной среде, на второй - озоном при повышенном давлении и на третьей пероксидом водорода при повышенной температуре, и промывку целлюлозы после каждой ступени, отличающийся тем, что обработку целлюлозной суспензии на первой ступени осуществляют в присутствии пероксида водорода в количестве 26 50 мас. в смеси и температуре 70 100^oС, преимущественно 75^oС, отходящие газы после второй ступени обработки, содержащие кислород, полностью используют на первой ступени обработки, а сточные воды от второй ступени обработки используют для разбавления целлюлозы между первой и второй ступенями обработки и/или обеззоливания целлюлозы после отбеливания. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расход щелочи на первой ступени обработки составляет 2,5 5,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что вторую ступень обработки осуществляют смесью кислорода и озона с содержанием последнего 5 10 мас. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что вторую ступень обработки проводят при 40 70^oС, преимущественно 50 60^oС.