Изобретение относится к способу обработки древесной целлюлозы, а более конкретно, к способу кислородной делигнификации небеленой массы с получением высокоделигнифицированной целлюлозы без нежелательного влияния на ее прочность.
Известен способ делигнификаци и целлюлозной массы, включающий введение в небеленую целлюлозную массу щелочного материала до образования массы с консистенцией 1-15% масс. повышение консистенции целлюлозного материала до 10-45% масс. удалением жидкой фазы, приготовление из него целлюлозного мата, который обрабатывают щелочью, промывают и подвергают кислородной обработке /1/.
В соответствии с настоящим изобретением небеленую целлюлозную массу промывают до исходной консистенции. Затем эту начальную консистенцию волокнистой массы понижают до уровня ниже приблизительно 10 вес. предпочтительнее ниже 5 вес. получая низкоконсистентную массу. Щелочной материал далее вводят в низкоконсистентную массу путем совмещения этой низкоконсистентной массы с таким количеством щелочного материала и таким образом, чтобы в результате достичь практически равномерного распределения желаемого количества щелочного материала по всей волокнистой массе. Такого равномерного распределения щелочного материала оказывается достаточно для содействия улучшенной селективности делигнификации в процессе высококонсистентной кислородной делигнификации в сравнении с той, которая достигается при осуществлении способов, согласно которым щелочным материалом обрабатывают только высококонсистентную волокнистую массу или же обрабатывают низко-консистентную массу с использованием лишь очень небольших количеств щелочи.
Для завершения обработки волокнистой массы щелочным материалом консистенцию волокнистой массы далее повышают до уровня по меньшей мере приблизительно 18% получая высококонсистентную волокнистую массу. Стадия повышения консистенции волокнистой массы включает в себя прессование или обработку другим путем низкоконсистентной волокнистой массы с тем, чтобы удалить из нее прессат, содержащий щелочной материал, оставляя желаемое количество щелочного материала, распределенного по всей волокнистой массе.
Определенное количество этого прессата можно направлять на хранение в сборный резервуар с тем, чтобы этот прессат можно было непрерывно возвращать или направлять на рециркуляцию непосредственно на стадию обработки щелочным материалом независимо от того, осуществляют ли стадию повышения консистенции периодически или непрерывным путем. Весь этот прессат или же по меньшей мере его существенную часть, то есть более 50% предпочтительнее приблизительно 75-95% непосредственно возвращают на стадию низкоконсистентной обработки. Оставшуюся часть прессата можно направлять в аппарат для промывки небеленой целлюлозной массы или в рекуперационную систему для поддержания водяного баланса в смесительном бассейне.
Количество щелочного материала, которое должно удерживаться высококонсистентной волокнистой массой, составляет по меньшей мере приблизительно от 0,8 до 7 вес. в пересчете на количество абсолютно сухой ("АС") целлюлозы, более конкретно и чаще примерно от 1,5 до 4 вес. для древесины южных деревьев мягких пород и примерно от 1 до 3,8 вес. для древесины деревьев твердых пород. Затем волокнистую массу подвергают кислородной делигнификации, благодаря чему достигается улучшенная делигнификация.
Осуществление настоящего изобретения позволяет также упростить протекание процессов отбелки целлюлозы, которые проводят вслед за высококонсистентной кислородной делигнификацией волокнистого материала, обработанного щелочным материалом. При проведении таких процессов используют меньше отбеливающих химикатов с получением отбеленной бумажной продукции, которая обладает повышенной прочностью в сравнении с бумажной продукцией, изготовленной в соответствии с обычными способами кислородной делигнификации высококонсистентной волокнистой массы.
Согласно другому аспекту воплощение предлагаемого способа позволяет достичь улучшенной делигнификационной селективности, что очевидно из идентичности данных содержания лигнина (то есть чисел К или перманганатных чисел) при более высокой прочности (то есть более высокой вязкости) после кислородной делигнификации при сопоставлении с теми же параметрами для волокнистой массы, обработанной обычным путем. Кроме того, воплощение способа настоящего изобретения дает возможность получать волокнистый полуфабрикат, который характеризуется более высокой степенью белизны, чем обработанные обычным путем волокнистые массы, которые далее обработаны с использованием таких же самых количеств отбеливающего химиката.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается высококачественная, высокопрочная делигнификационная древесная целлюлоза из крафт-целлюлозы или волокнистых масс, полученных в ходе проведения других процессов химического дефибрирования. Предпочтительно исходным материалом является небеленая целлюлозная масса, которую получают варкой древесной щепы или других волокнистых материалов в варочном растворе, в частности, путем осуществления метода сульфатной варки или сульфатной АО-варки.
В соответствии с изобретением в варочный котел подают древесную щепу и белый щелок, содержащий гидрат окиси натрия и сульфид натрия. В варочный котел белый щелок вводят в количестве, достаточном для покрывания практически всей массы древесной щепы. Затем содержимое варочного котла нагревают до температуры и выдерживают при этой температуре в течение промежутка времени, которого достаточно для практически полной пропитки белым щелоком практически всей массы древесной щепы и практически полного завершения реакции во время варки.
Эта стадия варки древесной щепы обычно известна под названием сульфатного способа варки или сульфатного метода варки, а волокнистая масса, которую получают осуществлением такого способа, носит название крафт-целлюлозы. В зависимости от лигноцеллюлозного исходного материала результаты делигнификации, полученные согласно обычному сульфатному способу варки, можно улучшить с применением техники более продолжительной делигнификации или сульфатной АО-варки. Более того, такие технологические приемы предпочтительнее для достижения наиболее высокой степени снижения перманганатного числа волокнистой массы без ухудшения свойств прочности и вязкости волокнистой массы на стадии варки.
В случае применения техники сульфатной АО-варки содержание антрахинона в варочном растворе должно составлять по меньшей мере приблизительно 0,01 вес. в пересчете на АС вес подвергаемой дефибрированию древесины, причем предпочтительное его содержание должно находиться в пределах примерно от 0,02 до 0,1 вес. Использование антрахинона при осуществлении сульфатной варки в значительной мере содействует удалению лигнина без нежелательного ухудшения ценных прочностных характеристик оставшейся целлюлозы. Кроме того, дополнительные затраты, связанные с использованием антрахинона, частично компенсируются экономией на стоимости химикатов, используемых на стадиях отбелки, которые следуют за кислородной делигнификацией волокнистой массы.
Также предусмотрена возможность применения более продолжительной делигнификации, в частности, по методам Кеймира МСС, Белойта RDH и супербатч Сандса. Осуществление такой технологии также дает возможность удалить во время варки дополнительное количество лигнина без ухудшения таких желаемых характеристик, как прочность оставшейся целлюлозы.
В результате работы варочного котла образуется черный щелок, содержащий продукты реакции с солюбилизацией лигнина совместно с небеленой целлюлозой. За стадией варки обычно следуют промывки с удалением большинства растворенных органических веществ и химикатов процесса варки с последующими рециркуляцией, а также стадией очистки массы при осуществлении которой волокнистую массу пропускают через сортировочный отдел для удаления пучков волокон, которые не подвергались разделению во время дефибрирования. Затем небеленую целлюлозу направляют в выдувной резервуар.
Небеленую целлюлозу, которая выходит из выдувного резервуара, подают в промывной аппарат, в котором волокнистую массу промывают до достижения первой консистенции. Затем промытую волокнистую массу вводят в смеситель, в котором ее практически равномерно совмещают с достаточными количествами свежего и рециркулируемого щелочного материала и выдерживают в течение промежутка времени, достаточного для распределения во всей волокнистой массе желаемого количества щелочного материала. Во время такой обработки консистенцию небеленой целлюлозной массы снижают и удерживают на уровне менее приблизительно 10 вес. предпочтительнее менее приблизительно 0,5 вес. Обычно консистенция волокнистой массы превышает 0,5% поскольку более низкая консистенция оказывается экономически невыгодной для проведения процесса в таком режиме. Наиболее предпочтительная консистенция находится в интервале от 0,5 до 4,5 вес.
Можно выбрать соответствующие количества (то есть концентрации и расходы потоков материалов) щелочного раствора и продолжительность обработки волокнистой массы на этой стадии с целью обеспечить распределение во всей массе целлюлозы желаемого количества щелочного материала. Так, в частности, водный раствор гидрата окиси натрия совмещают с низкоконсистентной волокнистой массой в количестве, которое должно быть достаточным для достижения концентрации приблизительно от 0,8 до 7 вес. гидрата окиси натрия в волокнистой массе в пересчете на абсолютно сухую целлюлозу после стадии повышения консистенции Особенно полезным источником гидрата окиси натрия с этой целью может служить окисленный белый щелок.
Известна разница между " количеством" щелочного материала, используемого для введения или совмещения с низкоконсистентной волокнистой массой, и "количеством", которое фактически вводят или которое удерживается этой волокнистой массой. Для удержания волокнистой массой после завершения стадии повышения консистенции желаемого количества щелочного материала с низкоконсистентной волокнистой массой в смесителе необходимо совместить значительно большее количество щелочного материала. Так например, количество щелочного материала, которое используется (то есть присутствует) в смесителе, всегда превышает количество, фактически введенное (то есть удерживаемое в этой массе и на этой массе) в волокнистую массу после повышения консистентной волокнистой массы. Кроме того, в смеситель загружают весь щелочной материал с целью обеспечить равномерное диспергирование щелочного материала по всей низкоконсистентной волокнистой массе, количество которого после стадии повышения консистенции достигает вводимого в волокнистую массу количества, желаемого для высококонсистентной кислородной делигнификации этой волокнистой массы. Предпочтительное количество щелочного материала, которое фактически удерживается высококонсистентной волокнистой массой, обычно должно находиться в пределах приблизительно от 1,5 до 4% для древесины южных деревьев мягких пород и примерно от 1 до 3,8% для древесины твердых пород.
Стадия низкоконсистентного смещения включает в себя равномерное совмещение небеленой целлюлозной массы с водным щелочным раствором в течение промежутка времени, по меньшей мере, приблизительно 1 мин, предпочтительнее не более примерно 15 мин. Стадию смещения завершают, когда водный щелочной раствор оказывается практически равномерно распределенным по всей низкоконсистентной волокнистой массе. Продолжительность такой обработки менее приблизительно 1 мин обычно оказывается недостаточной для достижения практически равномерного распределения, поскольку такой результат, как правило, достигается по истечении примерно от 10 до 15 мин перемешивания. Хотя проведение операции смешения в течение более длительных промежутков времени не оказывает нежелательного влияния на ход процесса, такие более продолжительные периоды смешения не дают никакого дополнительного улучшающего эффекта в отношении распределения щелочных материалов по всей волокнистой массе и приводит к необходимости увеличивать емкость смесительного оборудования для увеличения продолжительности пребывания в нем материалов. Установка такого более крупногабаритного оборудования увеличивает капитальные затраты на внедрении технологического процесса.
Стадию смещения при осуществлении способа настоящего изобретения можно проводить в широком интервале температурных условий. Приемлемый температурный интервал находится в пределах приблизительно от комнатной температуры до 150oF (66oC), а предпочтительный температурный интервал составляет примерно от 90 до 150oF (32-66oC). Операцию проводят как при нормальном давлении, так и при повышенном.
В зависимости от конкретных технологических параметров реакции делигнификации количество водного щелочного раствора, который используют на стадии смешения согласно настоящему изобретению, можно варьировать в широком интервале, такое варьирование количества водного щелочного материала охватывается рамками настоящего изобретения. Любому специалисту в данной области техники совершенно очевидно, что количество щелочного раствора, которое оказывается эффективным для достижения целей настоящего изобретения, зависит прежде всего от желаемой степени делигнификации при осуществлении последующей стадии кислородного отбеливания и крепости конкретного используемого раствора.
Предпочтительные водные щелочные растворы настоящего изобретения должны представлять собой растворы гидрата окиси натрия концентрацией приблизительно от 20 до 120 г/л. Такие растворы смешивают с низкоконсистентной массой таким образом, чтобы общая концентрация щелочного материала в смеси находилась между 6,5 и 13,5 г/л, предпочтительнее составляла примерно 9 г/л. Так, например, в результате обработки в течение от 5 до 15 мин волокнистой массы консистенцией от 3 до 5% при температуре в интервале от 120 до 150oF (49-66oC) в условиях вышеприведенных концентраций щелочного материала обеспечивается равномерное распределение такого щелочного материала по всей волокнистой массе. В соответствии с предпочтительными вариантами воплощения настоящего изобретения водный раствор гидрата окиси натрия следует добавлять в низкоконсистентную волокнистую массу в количестве, которого достаточно для создания в ней концентрации гидрата окиси натрия в интервале приблизительно от 15 до 30 вес. волокнистой массы.
Обработанную щелочным материалом волокнистую массу направляют в сгустительную установку, в которой консистенцию волокнистой массы повышают, например, прессованием по меньшей мере приблизительно до 18 вес. предпочтительнее примерно до 25-35 вес. Согласно вышеописанному способу консистенцию необходимо повысить до 29% Далее высококонсистентную волокнистую массу подают в реактор для кислородной делигнификации 20.
На стадии повышения консистенции волокнистой массы происходит также удаление остаточной жидкости или прессата, который содержит щелочной материал. Для утилизации химиката этот прессат возвращают в процесс. В том случае, когда консистенция волокнистой массы, подаваемой в смеситель, является одного и того же порядка (то есть приблизительно равной или несколько большей), что и консистенция высококонсистентной волокнистой массы, которая выходит из сгустителя, количество щелочного материала, использованного на стадии совмещения, оказывается минимальным, поскольку весь прессат успешно возвращают непосредственно в смеситель, где он удерживается на стадии щелочной обработки низкоконсистентной волокнистой массы. В смеситель добавляют дополнительное количество щелочного материала, необходимое для компенсации того количества, которое расходуют для обработки волокнистой массы.
Для прессата может быть предусмотрен приемный резервуар. Наличие этого приемного резервуара способствует гладкому, непрерывному протеканию процесса, поскольку возможность накапливания в нем больших количеств прессата обеспечивает бесперебойную подачу потока прессата, содержащего щелочной материал, в смеситель независимо от прерывистого или непрерывного получения этого прессата из загустителя. Таким образом, приемный резервуар представляет собой емкость для щелочного материала, который можно непрерывно подавать в смеситель для использования на стадии обработки низкоконсистентной волокнистой массы. Так например, вместимость этого резервуара должна составлять приблизительно 6000 куб. футов (170 куб. м). Этот объем является достаточным для манипуляций с прессатом, получаемым в ходе проведения операции щелочной обработки в установке производительностью 1000 т массы воздушной сушки в день (МВС/день).
Как указано выше, небеленую целлюлозу промывают в промывном аппарате. Хотя для промывки небеленой целлюлозы можно применять обычную промывную установку с использованием соответствующего источника технической воды, на эту цель выгодно направлять промывную воду, которую возвращают в процессе с других стадий. Так, например, используют промывную установку с расщепляющим спрыском, в которую подают промывную воду из отдельных источников за счет самотека.
Одну часть фильтрата из промывной установки кислородной стадии можно с выгодой использовать путем ее возврата в процесс с подачей в промывную установку, что позволяет уменьшить расход воды при проведении всего процесса. Предпочтительнее эту порцию фильтрата подавать к первому спрыску, смонтированному в промывной установке. Второй спрыск направляет порцию прессата на волокнистую массу. Эти порции используют для промывки волокнистой массы и возврата по мере необходимости щелочного материала в волокнистую массу. Большая часть щелочного материала в порции прессата связывается с волокнистым материалом и попадает в смеситель. Промывную жидкость направляют в рекуперационную систему для сохранения в смесителе водяного баланса.
Прессат, направляемый в смеситель, предпочтительнее использовать не во втором спрыске промывной установки, а на стадии низкоконсистентной щелочной обработки. Это позволяет предотвратить возможные потери щелочного материала в рекуперационной системе, которые могут происходить в случае введения прессата в промывную установку из-за "проскока" в поток, отводимый из промывной установки.
В том случае, когда консистенция небеленой целлюлозы, поступающей в промывную установку, того же порядка, что и в сгустителе, технологический процесс можно проводить без какого-либо отвода прессата из сгустителя. Таким образом, создается замкнутый цикл, в котором весь прессат возвращается непосредственно в смеситель. То количество щелочного материала, которое "теряется" за счет удержания волокнистой массой возросшей консистенции, легко восполнить дополнительным количеством щелочного материала, который добавляют в смеситель или приемный резервуар. При этом количество расходуемого щелочного материала может быть сведено к минимальному, поскольку отсутствуют потери щелочного материала за счет преднамеренного или неумышленного сброса в рекуперационную систему.
Когда консистенция небеленой целлюлозы, поступающей в промывную установку, ниже консистенции волокнистой массы, находящейся в сгустителе, в смесителе из-за возврата прессата происходит постепенное накопление жидкости. Для выхода из такой ситуации часть прессата следует направить в рекуперационную систему установки с целью сохранения в смесителе водяного баланса. Обычно непосредственно в смеситель возвращают существенную часть прессата, превышающую 50% предпочтительнее приблизительно 75-95% а оставшийся прессат по линии подают в рекуперационную систему установки. Остальной прессат можно направлять по линии в расщепляющий спрыск промывной установки.
Поток прессата можно разделить таким образом, чтобы часть непрерывно подавалась в смеситель, а часть непрерывно направлялась в промывочный аппарат через расщепляющий спрыск. При этом доля прессата вновь могла бы составить по меньшей мере 50% предпочтительно в интервале приблизительно от 75 до 95% от общего количества прессата в потоке, а остальное приходится на долю прессата в потоке. Промывной фильтрат из промывного аппарата далее направляют в рекуперационную систему установки для сохранения в смесителе водного баланса. Кроме того, в рекуперационную систему установки направляют также вторую часть фильтрата промывного аппарата кислородной стадии.
После этого содержащую щелочной материал волокнистую массу направляют в реактор кислородной делигнификации, в котором ее в соответствии с любым из целого ряда хорошо известных методов вводят в контакт с газообразным кислородом. Согласно настоящему изобретению приемлемые условия для кислородной делигнификации включают в себя введение газообразного кислорода под избыточным давлением приблизительно от 80 до 100 фунтов/кв. дюйм, 5,6-7,0 кг/кв. см, а высококонсистентной волокнистой массы при одновременном поддержании температуры волокнистой массы в пределах примерно от 90 до 130oC. Средняя продолжительность контактирования между высококонсистентной волокнистой массой и газообразным кислородом находится в интервале приблизительно от 15 до 60 мин.
После кислородной делигнификации в реакторе делигнифицированную волокнистую массу направляют в промывной аппарат, в котором волокнистую массу промывают водой для удаления всех растворенных органических веществ и получения высококачественной, слабоокрашенной целлюлозы. Отсюда эту целлюлозу можно направлять на последующие стадии отбелки с получением полностью отбеленного продукта.
Дополнительные достоинства настоящего изобретения могут быть выявлены в ходе проведения последующего отбеливания делигнифицированной кислородом волокнистой массы. Такую отбелку можно осуществлять с использованием самых различных отбеливателей, включая сюда озон, перекиси, хлор, двуокись хлора, гипохлорит и тому подобное. В ходе проведения обычных процессов отбелки с использованием системы хлор/двуокись хлора для повышения степени белизны волокнистой массы, обработанной щелочным материалом согласно вышеизложенному, используют значительно уменьшенное общее количество активного хлора в сравнении с теми, которые применяют при отбелке волокнистых масс, которые предварительно были подвергнуты кислородной делигнификации в соответствии с известными технологиями. Так, общее количество хлорсодержащих химикатов, которые используют в соответствии с настоящим изобретением, меньше приблизительно на 15-35 вес. в сравнении с количеством, необходимым для той же самой исходной волокнистой массы, которая не была обработана щелочным материалом при низкой консистенции этой волокнистой массы. Подобным же образом в том случае, когда за обработкой волокнистой массы следует стадия щелочной обработки, на этой стадии требуется значительно уменьшенное количество щелочного материала в сравнении с тем, что затрачивается на стадии отбелки волокнистых масс, которые не были равномерно совмещены со щелочным материалом при низкой консистенции. Количество щелочного материала, используемого на стадии щелочной обработки, должно быть уменьшено приблизительно на 25-40% вес. для волокнистой массы, обработанной щелочным материалом при низкой консистенции согласно вышеизложенному.
Помимо экономических выгод в отношении уменьшенных количеств химиката, необходимого для такой обработки, осуществление способа настоящего изобретения позволяет также уменьшить количество загрязнителей окружающей среды в случае применения хлора, поскольку для такого процесса требуются уменьшенные количества хлора. Более того, благодаря уменьшенному количеству используемых химикатов в этой части системы уменьшается и количество загрязнителей сточных вод, отводимых из установки, которые необходимо обработать, что соответственно позволяет снизить затраты на оборудование для очистки сточных вод и дает связанную с этим экономию.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Используемый в данном подробном описании термин делигнификационная селективность служит для обозначения степени деструкции целлюлозы в сравнении с относительной долей лигнина, остающегося в волокнистой массе, и является показателем возможности в ходе осуществления такого способа получить прочную волокнистую массу с низким содержанием лигнина. Различия в делигнификационной селективности при кислородной делигнификации конкретной волокнистой массы можно обнаружить, например, при сопоставлении соотношения между вязкостью волокнистой массы с числом К или перманганатным числом. Для воплощения настоящего изобретения содержание лигнина в волокнистой массе может быть определено либо по числу К, либо по перманганатному числу. Разница между этими величинами совершенно очевидна любому специалисту в данной области техники, поэтому он может при желании перевести один параметр в другой. Во всех случаях, за исключением специально оговоренных, число К составляет 40 мл.
Вязкость отбеленной волокнистой массы свидетельствует о степени полимеризации целлюлозы в отбеленной волокнистой массе, а также характеризует саму волокнистую массу. С другой стороны, число К является показателем количества лигнина, оставшегося в волокнистой массе. Таким образом, в результате реакции кислородной делигнификации, которая характеризуется высокой селективностью, получают отбеленную волокнистую массу высокой прочности (то есть с высокой вязкостью) и с низким содержанием лигнина (то есть низким числом К).
Пример 1. (Щелочная обработка высококонсистентной волокнистой массы согласно известной технологии). Небеленую крафт-целлюлозную массу из древесины ложной сосны с числом К приблизительно 24 (перманганатное число 30,9) подвергли прессованию без обработки щелочным раствором до консистенции приблизительно 30-36 мас. получив высококонсистентный мат небеленой массы. Этот мат небеленой массы подвергли далее опрыскиванию 10%-ным раствором гидрата окиси натрия в количестве, достаточном для достижения концентрации гидрата окиси натрия примерно 2,5 вес. в пересчете на сухой вес волокнистой массы. Далее для доведения консистенции мата небеленой массы приблизительно до 27% в достаточном количестве добавили воду. Затем высококонсистентный мат небеленой массы подвергли кислородной делигнификации с соблюдением следующих условий: 110oC, 30 мин, избыточное давление кислорода 80 фунтов/кв. дюйм, 5,6 кг/кв. см. После кислородной делигнификации волокнистой массы, проведенной в соответствии с этой процедурой, эту массу подвергли испытаниям, в результате которых было установлено, что ее число К составляло 13 (перманганатное число 15,2) а вязкость в комплексе этилендиамина и меди (ЭДМ) была равной приблизительно 14,8 сПз. Эту подвергнутую кислородной делигнификации волокнистую массу далее направили на отбелку по известной технологии. Прочностные и физические свойства как подвергнутой кислородной делигнификации волокнистой массы, так и полностью отбеленной волокнистой массы приведены соответственно в табл. 1 и 2.
Операцию отбеливания подвергнутой кислородной делигнификации волокнистой массы провели в три стадии: хлорная, щелочной обработки и обработки двуокисью хлора. Степень белизны готовой отбеленной целлюлозы 83 G.E. была достигнута с соблюдением условий отбелки и щелочной обработки, которые приведены в табл. 3, а количества использованных материалов (в процентной доле от АС веса волокнистой массы) приведены в табл. 4. Кроме того, между стадиями отбелки волокнистую массу тщательно промывали.
Примеры 2-5. (Низкоконсистентная щелочная обработка волокнистой массы). Примеры 2-5 иллюстрируют повышение степени делигнификации и делигнификационной селективности, которое было достигнуто в процессе высококонсистентной кислородной делигнификации волокнистых масс, подвергнутых обработке щелочным материалом только при низкой консистенции.
Пример 2. В смеситель ввели такую же самую небеленую сосновую крафт-целлюлозу, как та, что была использована в эксперименте примера 1. Для доведения консистенции небеленой массы в смесителе приблизительно до 3 вес. добавили нужное количество разбавляющей воды. Для достижения 30% концентрации гидрата окиси натрия в пересчете на АС вес волокнистой массы добавили достаточный объем 10% раствора гидрата окиси натрия. Небеленую массу и водный раствор гидрата окиси натрия равномерно смешали при комнатной температуре в течение приблизительно 15 мин с целью совмещения щелочного материала с небеленой массой. Затем приготовленную смесь небеленой массы со щелочным материалом подвергли прессованию до консистенции приблизительно 27 вес. После прессования содержание гидрата окиси натрия на волокне стало равным примерно 2,5% как и в эксперименте примера 1. Далее обработанную щелочным материалом небеленую массу подвергли отбелке в соответствии с процедурой кислородной делигнификации, которая изложена в примере 1. Делигнификационную кислородом волокнистую массу после этого промыли для удаления из нее органических веществ. Число К полученной на кислородной стадии волокнистой массы было равным 9 (перманганатное число составляло 10,8) а вязкость в ЭДМ - 14,0. Отбеленную кислородом волокнистую массу подвергли дополнительной отбелке по известной технологии с соблюдением условий, приведенных в примере 1. Свойства делигнификацированной кислородом волокнистой массы и полностью отбеленной волокнистой массы, полученной в эксперименте данного примера, также указаны соответственно в вышеприведенных табл. 1 и 2.
Из сопоставления примеров 1 и 2 можно отметить, что в результате процедуры примера 2 получают делигнифицированную кислородом волокнистую массу с более высокой степенью делигнификации (уменьшенное число К) при приблизительно той же самой вязкости, чем вследствие осуществления ранее известного метода примера 1, когда весь щелочной материал используют для обработки высококонсистентной волокнистой массы. Более того, применение низкоконсистентной щелочной обработки волокнистой массы в соответствии с изложенным в примере 2 позволяет достичь повышенной степени делигнификации без существенного изменения прочностных свойств. Таким образом, достигается повышенная селективность делигнификации.
Благодаря уменьшенным числам К волокнистой массы, полученной в результате эксперимента примера 2, осуществление последующих стадий отбелки можно регулировать таким образом, чтобы получить волокнистую массу с более высокой степенью делигнификации. Следовательно, на осуществление стадий отбелки такой волокнистой массы требуется меньше отбеливающих агентов (что видно из данных табл. 4) или времени отбелки, чем в случае волокнистой массы, которую не подвергали низкоконсистентной обработке щелочным материалом.
Пример 3. Волокнистую массу из древесины мягких пород (сосна), полученную в результате осуществления способа, аналогичного вышеизложенному в примере 2, сопоставляют с той, что была получена обычным путем (то есть без стадии низкоконсистентной щелочной обработки), как в эксперименте примера 1. Было установлено, что среднее количество гидрата окиси натрия, которое было использовано для обработки только высококонсистентной волокнистой массы, направляемой на последующую кислородную делигнификацию, составляло 45 фунтов/т абсолютно сухой массы (фунтов/т) 20,4 кг/т или 2,3% При таком расходе щелочи среднее уменьшение числа К по всему реактору для кислородной делигнификации составило 10 ед. При том же самом расходе гидрата окиси натрия, использованного для обработки только низкоконсистентной волокнистой массы перед высококонсистентной кислородной делигнификацией среднее снижение числа К в результате делигнификации оказалось равным 13 ед: 30% прибавка к тому, что достигается по обычной технологии.
Среднее число К и вязкость для обычной волокнистой массы были равными соответственно 12,1 и 14,4 сПз. Для способа низкоконсистентной обработки щелочным материалом среднее число К при этой же самой вязкости (14,0 сПз) оказалось равным 8,8, что означает повышение селективности делигнификации приблизительно на 41% (1,69 против 1,19), как показано в табл. 5.
Характеристику работы отдельного отдела для волокнистых масс, полученных в соответствии с вышеописанным способом низкоконсистентной щелочной обработки, сопоставили с характеристикой для волокнистых масс, полученных обычным путем.
Результаты представлены в нижеприведенной таблице 5.
Данные таблицы 5 свидетельствуют о том, что общий расход активного хлора на последующей стадии отбелки был снижен приблизительно на 1/3 (то есть 69,4 фунта/т против 46,6 фунта/т). Кроме того, расход гидрата окиси натрия для осуществления стадии щелочной обработки также уменьшается примерно на 1/3 (24 фунта/т против 35 фунтов/т). Расход двуокиси хлора на конечной стадии отбелки был снижен приблизительно на 1/6 (9 фунтов/т против 10,6 фунта/т.)
Пример 4. Сравнительные испытания, аналогичные вышеизложенным в примере 3, провели с использованием волокнистой массы из древесины твердых пород. Вновь было установлено, что при осуществлении способа обработки, когда щелочной материал вводят только в низкоконсистентную волокнистую массу в отличие от обычного способа обработки, в ходе проведения реакции кислородной делигнификации достигается значительно большее уменьшение числа К. Расход гидрата окиси натрия при кислородной делигнификации древесины твердых пород составляет 27 фунтов/т, 12,2 кг/т или 1,4% При осуществлении известной технологии снижение числа К на стадии делигнификации составило приблизительно 5 ед. При этом же самом расходе гидрата окиси натрия при осуществлении вышеописанного способа низкоконсистентной обработки среднее уменьшение числа К составило приблизительно 7,3 ед. то есть прибавка была равной почти 50%
Среднее число К и вязкость для массы из древесины твердых пород были равными соответственно 7,6 и 16 сПз. Для вышеуказанной низкоконсистентной обработки были достигнуты число К, равное 6, и вязкость 17,7. Кроме того, число К при той же самой вязкости, что и в случае обычной обработки волокнистой массы щелочным материалом (16 сПз), оказалось равным 5,8. При этом достигается приблизительно 40% повышение селективности делигнификации (2,95 против 10), как это очевидно из данных табл. 6.
Селективность делигнификации можно также выражать и в данных изменениях вязкости против данных изменения числа К у небеленой массы и делигнифицированных волокнистых масс. При сравнении волокнистых масс, которые были обработаны щелочным материалом только по низкой консистенции, с обработанным по обычной технологии наблюдается большее увеличение селективности делигнификации при более высокой степени самой делигнификации. Для изменения числа К на 4 ед. среднее изменение вязкости составило 4 сПз для волокнистых масс, полученных по обычной технологии. В отличие от этого изменение числа К для того же изменения вязкости у волокнистых масс, полученных по способу низкоконсистентной обработки волокнистой массы составило 7 ед. Если выразить этот результат в данных степени селективности, то селективность для обработанной в низкоконсистентном состоянии волокнистой массы была равной 1,75, а селективность для обычной технологии составляла 1 (сПз/число К), то есть прирост был равным примерно 75%
Сопоставление характеристик подвергнутых кислородной делигнификации в отдельном отделе волокнистых масс, полученных путем вышеописанной низкоконсистентной обработкой щелочным материалом, в данных расхода отбеливающих химикатов с аналогичными характеристиками для волокнистых масс, полученных кислородной делигнификации по обычной технологии, приведено в табл. 6.
Данные табл. 6 показывают, что общий расход активного хлора на хлорной стадии был уменьшен приблизительно на 1/6 (то есть 34,9 фунта/т против 41,6 фунта/т), тогда как потребность в щелочи на стадии щелочной обработки уменьшилась более, чем на 29% (то есть 13,3 фунта/т против 18,9 фунта/т) в сравнении с показателями ранее известной технологии. Расход двуокиси хлора на конечной стадии отбелки уменьшился более, чем на 14% (то есть 4,7 фунта/т против 5,5 фунта/т.) В том, что касается вязкости и степени загрязненности конечной волокнистой массы, то они оказались практически идентичными.
Пример 5. Для иллюстрации эффекта низкоконсистентной обработки щелочным материалом на волокнистую массу передкислородной делигнификацией и его содействия общей эффективности уменьшения перманганатного числа общему выходу продукта определили перманганатное число и выход продукта для случаев как обычных, так и характеризующихся низкими перманганатными числами небеленых крафт- и АС-масс.
Полученные результаты сведены в табл.7.
Для случая обычной небеленой крафт-массы с перманганатным числом 28,1, обработанной гидратом окиси натрия (2,4% от веса волокнистой массы после прессования) при 3% консистенции в течение 5 мин начальное перманганатное число уменьшилось на 1,6 ед. составив у волокнистой массы после обработки 26,5. Это свидетельствует о 9,6% содействии общему уменьшению перманганатного числа, которое было достигнуто после щелочной обработки и кислородной делигнификации (перманганатное число -12,0). Выход продукта на всей стадии низкоконсистентной щелочной обработки был равным 99,5% Приблизительно половина потерь (0,5% ) выхода продукта может быть обусловлена потерями лигнина, тогда как остальная часть приходится на долю углеводородов. Общий выход продукта после кислородной делигнификации составил 95,2%
Ту же самую исходную небеленую массу подвергли обработке гидратом окиси натрия (2,1% от веса волокнистой массы после прессования) при 3% консистенции в течение 15 мин. Исходное перманганатное число уменьшилось на 0,6 ед. достигнув 27,5. Это свидетельствует о содействии общему снижению перманганатного числа после низкоконсистентной щелочной обработки и кислородной делигнификации (перманганатное число 13,4). Выход продукта на всей стадии щелочной обработки оказался равным 98,7%
Для случая небеленой крафт-/AО-массы с низким перманганатным числом, обработанной гидратом окиси натрия (2,11% от веса волокнистой массы после прессования) при 3% консистенции в течение 5 мин перманганатное число уменьшилось на 1,3, достигнув 20,3. Такое снижение перманганатного числа свидетельствует о 10% содействии общему падению перманганатного числа после кислородной делигнификации (перманганатное число 8,9). При этом не было отмечено практически никаких потерь выхода продукта по всей стадии щелочной обработки. Общий выход продукта после кислородной делигнификации был равным 96,7% В результате второй кислородной делигнификации той же самой исходной небеленой крафт-/АС-массы были достигнуты то же самое перманганатное число 8,1 и выход продукта 97,2%
Данный пример 5 показывает, что в ходе проведения низкоконсистентной щелочной обработки волокнистой массы не происходит сколько-нибудь заметной делигнификации. Этот пример показывает также, что не имеет значения продолжительность обработки щелочным материалом при низкой консистенции в пределах приблизительно до 15 мин. Однако примеры 2-5 дополнительно показывают, что низкоконсистентная щелочная обработка приводит к значительному повышению относительной степени делигнификации, достигаемому на последующей стадии высококонсистентной кислородной делигнификации, в сравнении с тем, что достигается при обработке волокнистых масс обычным путем. Данный пример показывает, кроме того, что предлагаемый способ эффективен в случае небеленой массы с низким перманганатным числом, когда желательно достичь очень низкого перманганатного числа без сколько-нибудь существенного повышения вязкости.
Равномерное распределение щелочного материала по всей волокнистой массе на стадии низкоконсистентного совмещения обеспечивает более оптимальное соединение волокон волокнистой массы со щелочным материалом, чем это возможно в соответствии любой известной технологией. Это приводит к улучшенной селективности делигнификации во время последующей кислородной делигнификации, заключающейся в том, что делигнифицированные небеленые массы приобретают прочность и такую степень делигнификации, которую обычно превышают достигаемые согласно известной технологии. Кроме того, при этом неожиданного совершенства достигает селективность делигнификации при проведении реакции кислородной делигнификации.
В том случае, когда щелочной материал вводят только в высококонсистентную волокнистую массу, как это происходит в обычной технике, без существенного повреждения целлюлозных участков (и следовательно, без существенного снижения прочности возможно достижение лишь 50% делигнификации, то есть уменьшение перманганатного числа) волокнистой массы. Практическое воплощение настоящего изобретения дает возможность достичь снижения числа к исходной целлюлозной массе более, чем на 50% а обычно по меньшей мере приблизительно на 60% в ходе кислородной делигнификации практически без какого-либо повреждения целлюлозной части волокнистой массы. При желании можно достичь такого снижения на 70% и более.
Так например, при подаче на стадию кислородной делигнификации в зависимости от конкретного типа древесины и метода дефибрирования, которому подвергают данную конкретную древесину, числа К для данной конкретной волокнистой массы находятся в пределах приблизительно от 10 до 26. После делигнификации число К понижается приблизительно до 5-10. Для волокнистой массы из древесины мягких пород число К обычно находится в интервале 20-24 (целевым является 21) перед делигнификацией, тогда как после делигнификации числа К находятся в пределах 8-10. Для волокнистой массы из древесины твердых пород до делигнификации числа К составляет 10-14 (целевое) -12,5), а после делигнификации числа К, обычно достигаемые при осуществлении предлагаемого способа, составляют 5-7.
Для волокнистой массы любого типа вязкость перед делигнификацией обычно составляет приблизительно 19 или больше, тогда как после делигнификации она превышает приблизительно 13 (обычно составляет 14 или более для древесины мягких пород и 15 или более для древесины твердых пород). Обычно такое изменение вязкости от той, что до делигнификации, до той, что после делигнификации, могло бы составлять приблизительно 6 сПз или меньше. Более того, было установлено, что для снижения числа К приблизительно вплоть до 17 ед. изменение вязкости на изменение числа К оказывается постоянным.
Таким образом, осуществление стадии низкоконсистентного cовмещения со щелочным материалом позволяет повысить селективность делигнификации с увеличением самой делигнификации по меньшей мере на 20% в сравнении с тем, что достигается при осуществлении известных способов делигнификации. Предотвращение повреждения целлюлозного компонента волокнистой массы очевидно из минимального изменения вязкости волокнистой массы от той, что была до делигнификации, до той, что стала после делигнификации кислородом.
Пример 6. Данные, полученные и приведенные в примерах 2-5, совместно с многочисленными другими данными, которые были предсказаны и получены, в графической форме нашли сове отражение на чертеже для волокнистой массы из древесины мягких пород. На чертеже представлены также графики, которые получены в результате комбинации данных для фактических испытаний, а также многочисленных других предсказанных и наблюдаемых данных, которые иллюстрируют взаимосвязь вязкости и числа К для древесины мягких пород при осуществлении ранее известного способа обработки волокнистой массы, описанного в примере 1.
Как показано на чертеже, осуществление ранее известного способа примера 1 позволяет после кислородной делигнификации достичь типичных свойств волокнистой массы, как это определено графиком, обозначенным на рисунке надписью "по обычной технологии". Желательно сохранить прочность волокнистой массы, как это определяют по вязкости, при более высоких уровнях вязкости, одновременно обеспечивая эффективную делигнификацию, как это определяют по снижению числа К. Чертеж показывает, что при данных величинах вязкости в соответствии с графиком, который соответствует настоящему изобретению, улучшенная делигнификация (уменьшенные числа К) может быть достигнута при обработке щелочным материалом низкоконсистентной волокнистой массы, тогда как согласно графику для обычной технологии достигаются пониженные делигнификация и величины вязкости.
Пример 7. Для дополнительной иллюстрации возможности достижения равномерного распределения щелочного материала в волокнистой массе в соответствии со способом настоящего изобретения были проведены нижеследующие лабораторные испытания. Приготовили неотбеленную сосновую волокнистую массу с числом К 19,54 и вязкостью 24,9. Два образца этой волокнистой массы с консистенцией 7,7% обработали 3% гидратом окиси натрия при температуре 60oC в течение соответственно 1 и 15 мин. После этого консистенцию волокнистой массы повысили до 27% и как было установлено, содержание гидрата окиси натрия в ней стало равным приблизительно 0,67% Эту волокнистую массу направили в реактор для кислородной делигнификации под избыточным давлением 80 фунтов/кв. дюйм, 5,6 кг/кв. см, в котором выдержали при температуре 110oC в течение 30 мин без дополнительного добавления щелочного материала.
После этого еще два образца неотбеленной волокнистой массы, консистенция каждого из которых составляла 3% обработали введением в нее приблизительно 35% гидрата окиси натрия и выдержкой при температуре 60oС в течение cоответственно 1 и 15 мин. Далее консистенцию волокнистой массы повысили до 27% оставив содержание гидрата окиси натрия в волокнистой массе 3% а затем эту волокнистую массу направили на кислородную делигнификацию под избыточным давлением 80 фунтов/кв. дюйм, 5,6 кв/кв. см и при температуре 110oC в течение 30 мин без добавления дополнительного количества щелочного материала. Полученные результаты сведены в нижеследующую табл. 8.
Образцы Е-Н обработанной волокнистой массы сохраняют значительно большее количество (то есть 3%) гидрата окиси натрия, чем образцы А-Д, поскольку при смешении в волокнистую массу были введены значительно большие количества гидрата окиси натрия. Уменьшение числа К в образцах Е-Н волокнистой массы было равным по меньшей мере приблизительно 55,3% тогда как снижение числа К в образцах А-Д оказалось значительно меньшим, составив в лучшем случае приблизительно 11,3% Таким образом, делигнификация в образцах (Е-Н), обработанных в соответствии с настоящим изобретением, возросла приблизительно на 49,6% больше, чем в сравнительных образцах.
C использованием той же самой небеленой волокнистой массы данного примера вышеописанные испытания повторили с внесением нижеследующих изменений (см. табл. 8а).
Для каждого случая внесения изменений продолжительность обработки гидратом окиси натрия составляла 2 и 15 мин. Как указано выше, консистенция небеленой волокнистой массы была практически одинаковой (3,5% против 3%).
Полученные результаты сведены в табл. 9.
Благодаря введению в низкоконсистентную волокнистую массу увеличенных количеств гидрата окиси натрия в высококонсистентной волокнистой массе удерживаются значительно большие количества гидрата окиси натрия. Благодаря этому увеличенному количеству гидрата окиси натрия снижение числа К, достигаемое в образцах М-Р, составляет по меньшей мере приблизительно 56% тогда как в образцах I-L в лучшем случае такое снижение составляет всего примерно 24,4% В образцах (M-P), приготовленных в соответствии с предлагаемым способом, также достигается повышенная степень делигнификации в сравнении с сопоставляемыми с ними образцами по меньшей мере на 41,9% Как указано выше, это обусловлено увеличенными количествами гидрата окиси натрия, удерживаемыми высококонсистентной волокнистой массой благодаря равномерному смешению и распределению соответствующих количеств гидрата окиси натрия во всей низкоконсистентной волокнистой массе.
Использование: в целлюлозно-бумажной промышленности при производстве целлюлозы. Сущность изобретения: в небеленую целлюлозную массу вводят щелочной материал при снижении консистенции целлюлозной массы до ниже 10% масс. Повышают консистенцию полученной низкоконсистентной массы до, по меньшей мере, 18% масс. Удаляют жидкую фазу и осуществляют кислородную обработку высококонсистентной целлюлозной массы. Перед повышением консистенции целлюлозной массы низкоконсистентную массу объединяют с количеством щелочного материала, достаточным для его равномерного распределения по всей волокнистой массе. При кислородной обработке подвергают высококонсистентную массу с содержанием щелочного материала по меньшей мере от 0,8 до 7% масс, считая на абс. сух. вещество, причем указанное количество щелочного материала в основном равномерно распределено по всей высококонсистентной волокнистой массе. Более 50% удаленной жидкой фазы возвращают непосредственно на стадию объединения со щелочным материалом. 10 табл., 1 ил.
| Патент США N 4806203, кл | |||
| Выбрасывающий ячеистый аппарат для рядовых сеялок | 1922 |
|
SU21A1 |
