СПОСОБ ОТБЕЛКИ СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 1996 года по МПК D21C9/16 

Изобретение относится к целлюлозному производству и может быть использовано в качестве первых ступеней обработки целлюлозы при ее отбелке вместо хлорирования и щелочной экстракции.

Известен способ отбелки щелочной (натронно-антрахинонной) целлюлозы пероксидом водорода [1] включающий предварительную обработку целлюлозы кислотой для удаления катионов металлов переменной валентности. Обработку кислотой (промывку) ведут при 20^оС, концентрации кислоты 0,10-0,01 М, концентрации целлюлозы 2,5% продолжительности около 60 мин. После обработки кислотой целлюлозу промывают и обрабатывают пероксидом водорода при расходе пероксида водорода 1% гидрооксида натрия 3% сульфата магния 0,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы при концентрации массы 10-20% температуре 95^оС, продолжительности 90 мин. Лучшие результаты обеспечивает использование соляной или сернистой кислоты (НСl, SO₂).

Недостатком способа является низкая эффективность делигнификациия: до 7-10 ед. Каппа или 40-56 перманганатных ед. для лиственной сульфатной целлюлозы и до 10-15 ед. Каппа для целлюлозы из хвойных пород древесины.

Известен способ активации отбелки сульфатной целлюлозы кислородом или пероксидом водорода [2] путем предварительной обработки ее в кислой среде с использованием электрофильных реагентов; хлора, диоксида азота, диоксида хлора, пероксида водорода (Сl₂, NO₂, ClO₂, H₂O₂ cоответственно). При этом обработку хлором и диоксидом хлора ведут при температуре около 40^оС, диоксидом азота при 50-70^оС, концентрации массы 8% продолжительности от 3 (хлором) до 60 мин (диоксидом азота).

При этом отбелку пероксидом водорода ведут при высоком значении рН > 12 в условиях, аналогичных кислородно-щелочной отбелке, что обуславливает недостаточную глубину и избирательность делигнификации сульфатной целлюлозы [3] содержание лигнина в хвойной целлюлозе составляет 8-10 ед. Каппа или 45-56 перманганатных ед.

Наилучшие результаты по схеме "NO₂- O₂(NaOH)" достигаются по способу [4] содержание лигнина в сульфатной целлюлозе снижается до 3,5-5,0 ед.Каппа (28-40 перманганатных ед.). По этому способу предварительную кислотную обработку проводят слабым раствором азотной кислоты и ее соли с расходом NO₂ 2,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы, при концентрации массы 12% температуре 70-90^оС, в течение 90-360 мин. После кислотной обработки целлюлозы промывают водой и проводят обычную кислородно-щелочную отбелку.

Недостатками способа являются использование дорогой азотной кислоты, которую нельзя регенерировать в содорегенерационном цикле сульфатного производства и низкая избирательность процесса делигнификации кислородом.

Известен также способ отбелки [5] выбранный в качестве прототипа, который проводят в две ступени: на первой ступени небеленую сульфатную целлюлозу (из лиственных пород) обрабатывают слабым раствором соляной кислоты при рH 1,2-2,5, концентрации массы 10-20% температуре 70-95^оС, затем промывают водой и проводят вторую ступень обработки, на которой целлюлозу подвергают делигнификации пероксидом водорода при рН 10-0,5. Расход соляной кислоты на первой ступени обработки составляет 2-5% от масы абсолютно сухой целлюлозы. Способ обеспечивает белизну лиственной сульфатной целлюлозы около 70-75% минимальную жесткость 18 перманганатных ед. степень полимеризации 800, выход целлюлозы при отбелке 96-97%
Недостатками способа являются:
использование соляной кислоты, в результате чего образуются хлоридсодержащие сточные воды, которые трудно утилизировать;
низкая избирательность делигнификации хвойной сульфатной целлюлозы из-за ее повышенной деструкции (способ предназначен для лиственной целлюлозы);
относительно высокая стоимость соляной кислоты.

Задачей настоящего изобретения является разработка более эффективного и дешевого способа отбелки, позволяющего исключить хлориды и повысить избирательность делигнификации сульфатной (хвойной и лиственной) целлюлозы. В этом состоит новый технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками.

Существенными признаками являются: обработка небеленой целлюлозы серной или пероксимоносерной кислотой при рН 1,5-6,6, осуществляемая путем промывки целлюлозной массы 0,01-0,1 н.раствором серной кислоты до рН 2,0-6,6, фильтрование с последующим разбавлением целлюлозной массы водным раствором пероксимоносерной кислоты в количестве 0,3-1,7% от массы абсолютной сухой целлюлозы или 0,01 н.серной кислотой, или водой до концентрации массы 1,9-34,0% и выдерживание целлюлозной массы при температуре 70-100^оС в течение 0,5-3,0 ч, а также промывка ее водой до нейтральной реакции.

Делигнификацию целлюлозы пероксидом водорода проводят при рН 10±0,5 в присутствии силиката натрия при температуре 60-100^оС, концентрации массы 10-20% расходе Н₂О₂ 1-3% в течение 0,5-4,0 ч.

Предлагаемый способ обеспечивает снижение жесткости целлюлозы до уровня 13-14 перманганатных единиц при предварительной обработке лиственной сульфатной целлюлозы пероксимоносерной кислотой и 18-20 перманганатных единиц при ее предварительной обработке серной кислотой. При осуществлении способа на хвойной сульфатной целлюлозе ее жесткость снижается до 17-25 перманганатных единиц.

Сточные воды от кислой ступени содержат сульфат-ионы SO2-4

Способ обеспечивает снижение расхода и стоимости минеральной кислоты (H₂SO₄ дешевле HCl).

П р и м е р 1.

Навеску хвойной сульфатной целлюлозы (10 г, 80 перм.ед. белизна 34% СП 1000) распускают в воде до состояния суспензии, удаляют лишнюю жидкость фильтрованием, промывают 0,01 н. H₂SO₄ до рН 3, переносят в коническую колбу и добавляют раствор, содержащий пероксимоносерную кислоту (приготовленный заранее смешиванием эквимолярных количеств концентрированной серной кислоты и пергидроля и разбавленный перед подачей в массу в 10 раз) в количестве 0,95% (в экв. H₂SO₅ или 0,3% в ед. H₂O₂) от массы абсолютно сухой целлюлозы и воду до концентрации массы 10% Величина рН 2,2. Колбу с массой помещают в термостат и выдерживают 2 ч при 100^оС. Затем массу фильтруют, промывают водой и обрабатывают пероксидом водорода при рН 10, температуре 100^оС, концентрации массы 10% в течение 3 ч. Для поддержания необходимой величины рН и стабилизации пероксида водорода отбелку проводят с расходом жидкого стекла 5% гидрооксида натрия 1,2% расход Н₂О₂ составляет 3% от массы абс.сухой целлюлозы. После окончания обработки целлюлозную массу промывают теплой водой, сушат и анализируют. Показатели целлюлозы после обработки: жесткость 21,6 перм.ед. белизна 72,5% СП-700.

П р и м е р 2.

Хвойную сульфатную целлюлозу обрабатывают по примеру 1 при расходе пероксимоносерной кислоты 1,7% рН 2,0, остальные условия те же. Показатели целлюлозы после отбелки: жесткость 16,9 перм.ед. белизна 72,7% СП 610.

П р и м е р 3.

Хвойную сульфатную целлюлозу обрабатывают по примеру 1 при расходе пероксимоносерной кислоты 0,3% рН 2,6 в течение 1 ч, остальные условия те же. Показатели целлюлозы после отбелки: жесткость 25,9 перм.ед. белизна 71,4% СП 750.

П р и м е р 4.

Хвойную сульфатную целлюлозу обрабатывают по примеру 1, но при рН 2,4, температуре 70^оС, в течение 2 ч и без предварительной промывки целлюлозы 0,01 н. кислотой. Показатели целлюлозы после отбелки; жесткость 32 перм.ед. белизна 70,4% СП 800.

П р и м е р 5.

Хвойную сульфатную целлюлозу обрабатывают по примеру 1 при расходе пероксимоносерной кислоты 1,7% рН 3,9 (кислоту частично нейтрализовали NaOH) в течение 0,5 ч при температуре 30^оС. Показатели целлюлозы после отбелки: жесткость 33 перм.ед. белизна 70% СП 860.

П р и м е р 6.

Лиственную сульфатную целлюлозу (76 перм.ед. белизна 37% СП 1400) обрабатывают по примеру 5 при концентрации массы 6% рН 2,0 в течение 2 ч при температуре 100^оС. Остальные условия те же. Показатели целлюлозы по ходу отбелки пероксидом водорода даны в табл.1.

П р и м е р 7.

Хвойную сульфатную целлюлозу обрабатывают по примеру 1 раствором серной кислоты (0,01 н.), 20%-ную массу после промывки кислотой переносят с фильтра в колбу и разбавляют таким же раствором кислоты до концентрации массы 6% Колбу выдерживают при 100^оС в течение 2 ч при рН 2,1. Затем целлюлозу промывают водой и отбеливают пероксидом водорода по примеру 1. Показатели целлюлозы после отбелки: жесткость 25 перм. ед. белизна 69,1% СП 813.

П р и м е р 8.

Лиственную сульфатную целлюлозу обрабатывают по пpимеру 1, но промывку кислотой проводят до величины рН 6,6, жидкость отбирают на фильтре до концентрации массы 34% Массу выдерживают при 100^оС в течение 2 ч (а) и 3 ч (б), промывают водой и отбеливают пероксидом водорода по примеру 1. Показатели целлюлозы: а) жесткость 32,8 перм.ед. белизна 67,3% СП 1095; б) жесткость 32 перм.ед. белизна 68% СП 1050.

П р и м е р 9.

Лиственную сульфатную целлюлозу обрабатывают по примеру 7, промывая серной кислотой до рН 4,3 и разбавляя той же ≈0,01 н.кислотой до концентрации массы 1,9% и рН 2. Время обработки 2,5 ч при 90^оС. Затем целлюлозу промывают водой и отбеливают пероксидом водорода по примеру 1, но при расходе H₂O₂ 2,5% и концентрации массы 20% Показатели целлюлозы после отбелки: жесткость 18 перм.ед. белизна 75,8% СП 840.

П р и м е р 10.

Лиственную сульфатную целлюлозу обрабатывают по примеру 1, промывая ее 0,1 н. серной кислотой до рН 2 и выдерживают при рН 1,5, концентрации массы 22% температуре 90^оС в течение 3 ч. Показатели целлюлозы после отбелки: жесткость 19 перм.ед. белизна 75,4% СП 1040.

П р и м е р 11 (лучший результат по прототипу).

Лиственную сульфатную целлюлозу обрабатывают раствором соляной кислоты при рН 1,8 с расходом 3% HCl от массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре 95^оС в течение 3 ч. Затем целлюлозу промывают водой и отбеливают пероксидом водорода по примеру 1. Показатели целлюлозы: жесткость 18 перм.ед. белизна 75,8% СП 808.

Предлагаемый способ обеспечивает меньшую деструкцию целлюлозы и большую глубину делигнификации (значения СП по прототипу 808 при минимальной жесткости 18 перм.ед. по предлагаемому СП 833 при 13,7 перм.ед.), чем способ-прототип. Его можно использовать для отбелки хвойной сульфатной целлюлозы, он позволяет полностью исключить хлор и хлорид-ион из делигнифицирующих ступеней отбелки.

Использование: в целлюлозно-бумажной промышленности. Сущность изобретения: целлюлозную массу промывают 0,01 - 0,10 н. раствором серной кислоты до pH 2,0 - 6,6. Фильтруют. Разбавляют водным раствором пероксимоносерной кислоты в количестве 0,3 - 1,7% от массы абс. сух. целлюлозы или 0,01 н. серной кислотой, или водой до концентрации массы 1,9 - 34,0%. Целлюлозную массу выдерживают при температуре 70 - 100^oC в течение 0,5 - 3,0 ч при pH 1,5 - 6,6. Промывают до нейтральной реакции. Осуществляют делегнификацию пероксидом водорода при pH 10,0+/ - 0,5 в присутствии силиката натрия при температуре 60 - 100^oС, концентрации 10 - 20% при расходе 1 - 3% в течение 0,5 - 4,0 ч. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ отбелки сульфатной целлюлозы, включающий кислотную обработку целлюлозной массы, промывку водой и делигнификацию пероксидом водорода при заданных режимах, отличающийся тем, что кислотную обработку осуществляют путем промывки целлюлозной массы 0,01 0,10 н. раствором серной кислоты до рН 2,0 6,6, фильтрования с последующим разбавлением целлюлозной массы водным раствором пероксимоносерной кислоты в количестве 0,3 1,7% от массы абсолютно сухой целлюлозы, или 0,01 н. серной кислотой, или водой до концентрации массы 1,9 34,0% и выдерживания целлюлозной массы при температуре 70 100^oС в течение 0,5 3,0 ч при рН 1,5 6,6, а промывку водой ведут до нейтральной реакции. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что делигнификацию пероксидом водорода проводят при рН 10,0 ± 0,5 в присутствии силиката натрия при температуре 60 100^oС, концентрации массы 10 20% расходе Н₂О₂ 1 3% в течение 0,5 4,0 ч.