СПОСОБ ОТБЕЛКИ СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 1997 года по МПК D21C9/10 D21C9/14 D21C9/16 

Изобретение относится к способу отбелки сульфатной целлюлозы и предназначено для использованию в целлюлозно-бумажной промышленности.

Известные способы отбелки целлюлозы включают последовательную обработку ее диоксидом хлора и пероксидом водорода.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ обработки сульфатной целлюлозы диоксидом хлора на первой ступени и пероксидом водорода на второй ступени (заявка PCT WO 91/11554, кл. D 21 C 9/10, 1991).

Способ имеет недостатки, не позволяющие завершить процесс отбелки с высокой избирательностью в две ступени:
недостаточная глубина делигнификации на первой ступени, вызванная тем, что диоксид хлора расходуют в недостаточном количестве, эквивалентном расходу хлора при хлорировании (рассматривают ClO₂ как замену Cl₂);
низкая избирательность и отбеливающая способность ступени Щ/П, аналога ЩОП или КЩО.

Эти недостатки не позволяют получить сульфатную целлюлозу белизной 80-85,9% в две ступени при сопоставимом с многоступенчатыми процессами (экономичном) расходе окислителей.

Задачей настоящего изобретения является разработка более избирательного и эффективного способа отбелки. Эффективность заключается в повышении белизны целлюлозы до 80-85,9% за две ступени обработки, что на 5-8% выше, чем по прототипу. Большая избирательность процесса заключается в достижении более высокой белизны при меньшей деструкции (больше СП степень полимеризации) целлюлозы и большем ее выходе. В этом состоит новый технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками.

Существенными признаками являются: обработка небеленой целлюлозы диоксидом хлора с удельным расходом 0,07-0,12% диоксида хлора на одну единицу Каппа (соответствующим 1,00-1,25 ClO₂% на 50 перманганатных единиц жесткости) при температуре 50-100^oC в течение 30-120 минут, при концентрации массы 2-10% промывка целлюлозы водой до нейтральной реакции и отбелка целлюлозы пероксидом водорода при pH 10,0±0,5 (в присутствии стабилизатора силиката или ионов магния) в стандартных условиях: при температуре 70-10^oC, концентрации массы 10-20% в течение 0.5-4 часа (30-240 минут).

Способ обеспечивает достижение белизны целлюлозы 80-85,9% при повышении выхода на 1-2% и уменьшении ее деструкции.

Способ обеспечивает сокращение расхода щелочи (в 2-3 раза на ступени обработки H₂O₂), общего времени отбелки, числа ступеней обработки и, следовательно, капитальных и эксплуатационных затрат.

Удельный расход диоксида хлора выбран в пределах 0,07-0,12% ClO₂/ед. Каппа, так как при расходе диоксида хлора на первой ступени обработки менее 0,070% ClO₂ на единицу Каппа жесткость целлюлозы перед обработкой H₂O₂ составляет более 13-15 перманганатных единиц, чего, как показали исследования, не достаточно для получения беленой целлюлозы (обработкой пероксидом водорода с расходом 0,5-3,0%) с белизной 80-85,9%
При расходе более 0,12% ClO₂ на единицу Каппа увеличивается общий расход диоксида хлора и пероксида водорода (рассчитанный в эквивалентах активного хлора), затрудняется полное поглощение диоксида хлора массой за время реагирования, так как больший его расход превышает реакционную способность остаточного лигнина. Верхний и нижний пределы иллюстрируют табл. 1 и 3. При постоянном расходе окислителей (по эквиваленту) наилучшая белизна достигается при расходе на 1 ступени 0,095 + 0,025% ClO₂/ед. Каппа. Выбор температуры 50-100^oC обусловлен скоростью поглощения диоксида хлора небеленой целлюлозой. Минимальная продолжительность 30 минут, максимальная - 120 минут обеспечивают время реакции диоксида хлора с лигнином. Процесс на первой ступени обработки ведут до полного поглощения диоксида хлора.

Температура обработки ClO₂ находится в пределах 50-100^oC. Верхний предел температуры обработки ограничен температурой кипения воды при атмосферном давлении. Оптимальный режим отвечает t 70±10^oC, когда высокая скорость поглощения ClO₂ остаточным лигнином обеспечивается незначительной деструкцией целлюлозы.

Пример 1. Небеленую сульфатную целлюлозу из хвойных пород жесткостью 26 ед. Каппа со степенью полимеризации 1250 обрабатывают диоксидом хлора с расходом 2,0% что соответствует 0,077% ClO₂ на единицу Каппа. Для этого рассчитанную навеску влажной целлюлозы вносят в колбу, заливают раствором диоксида хлора, концентрацию массы доводят водой до 10% массу перемешивают, колбу с целлюлозной массой помещают в термостат, нагретый до 60^oC и выдерживают в течение 1 часа (достаточно для полного поглощения ClO₂ сульфатной целлюлозой). После этого колбу извлекают из термостата, целлюлозную массу переносят на воронку Бюхнера и промывают теплой водой до нейтральной реакции.

Отмытую целлюлозу отжимают для удаления воды, взвешивают, помещают в колбу, подают в массу рассчитанное количество пероксида водорода 2,1% H₂O₂ от массы абсолютно сухой целлюлозы, силикат натрия в виде жидкого стекла (ρ = 1,40 г/мл) 4% жидкого стекла от массы абсолютно сухой целлюлозы и гидроксид натрия в количестве 1,2% NaOH от массы абсолютно сухой целлюлозы. Добавляют воду до концентрации массы 20% После добавления каждого химиката массу перемешивают.

Колбу с массой помещают в термостат при 100^oC и выдерживают 2 часа. По окончании обработки целлюлозу переносят на воронку и промывают горячей водой, затем массу разбавляют теплой водой 40-60^oC и перемешивают ("расчесывают") мешалкой. После этого делают целлюлозные отливки, высушивают и анализируют.

Белизна целлюлозы 85,9% СП^w 957.

Жесткость 2,6 перманганатных единиц (степень удаления лигнина 97,5% от исходного).

Пример 2. Хвойную сульфатную целлюлозу обрабатывают согласно примеру 1, однако при расходе диоксида хлора 1,75% что равно 0,067% ClO₂/ед. Каппа. Обработку целлюлозы на второй ступени ведут с расходом пероксида водорода 2,44% чтобы общий расход окислителей (выраженный в эквивалентах активного хлора и равный 9,70% акт. хлора) был таким же, как в примере 1.

Белизна целлюлозы 83,2% СП^w 890.

Жесткость 4,3 перманганатных единиц (степень удаления лигнина 95,8% от исходного содержания).

Пример 3. Хвойную сульфатную целлюлозу обрабатывают, как в примере 1, с расходом ClO₂ 2,5% или 0,096% ClO₂ на единицу Каппа в течение 1 часа 20 минут (до полного поглощения диоксида хлора). На второй ступени расход пероксида водорода составляет 1,50% H₂O₂, чтобы общий расход окислителей был, как в примерах 1 и 2 (расход, эквивалентный 9,70% активного хлора от массы абсолютно сухой целлюлозы). Расход NaOH на второй ступени уменьшаем до 1,1% pH_k 9,8.

Белизна целлюлозы 84,0% СП^w 1000.

Жесткость 2,30 перманганатных единиц (степень удаления лигнина 97,8% от исходной).

Пример 4. Хвойную целлюлозу обрабатывают, как в примере 1, но при расходе 2,75% ClO₂ или 0,106% ClO₂/ед. Каппа с увеличением продолжительности первой ступени до 2 часов (до полного поглощения ClO₂). Вторую ступень проводили при расходе 1,18% H₂O₂ от массы абсолютно сухой целлюлозы, а гидроксида натрия 1% для поддержания pH 10, Остальные условия те же.

Белизна целлюлозы 83,8%
Выход 95,3% СП^w 1040.

Жесткость 2,30 перманганатных единиц (удаление лигнина 97,8% от исходного).

Пример 5. Хвойную сульфатную целлюлозу обрабатывают, как в примерах 1-4, но при расходе диоксида хлора 3,12% ClO₂ от массы абсолютно сухой целлюлозы или 0,12% ClO₂/ед. Каппа в течение 2 часов.

Расход пероксида водорода на второй ступени 0,72% гидроксида натрия - 0,8% Остальные условия те же. Сумма ClO₂ + H₂O₂ в окислительных эквивалентах та же, что в примерах 1-4.

Белизна целлюлозы 81,4%
Выход 95,7% СП^w 1110.

Жесткость 2,2 перманганатных единиц (степень удаления лигнина 97,7% от исходного).

Пример 6 (по прототипу обработка Д Щ(П)). Лиственную сульфатную целлюлозу с числом Каппа 16 (75 перм. ед.) обрабатывают по примеру 1 с расходом диоксида хлора на первой ступени 1,6% ClO₂ (удельный расход - 0,10% ClO₂/ед. Каппа), но при концентрации массы 5% температуре 70^oC в течение 120 минут. На второй ступени целлюлозу обрабатывают 2% пероксида водорода и 4% гидроксида натрия (от массы абсолютно сухой целлюлозы) при температуре 90^oC, pH_н 12,4, pH_k 11,6 в течение 120 минут при концентрации массы 12%
Белизна целлюлозы 78,1% СП^w 870.

Выход 96,5%
Пример 7 (по предлагаемому способу Д-П). Ту же целлюлозу обрабатывают по примеру 6 на первой ступени, промывают водой и на второй ступени обрабатывают пероксидом водорода с расходом 2% добавляют 3,5% жидкого стекла и 1,2% гидроксида натрия. Концентрация массы 15% Остальные условия по примеру 6.

Белизна целлюлозы 85,0% СП^w 950.

Выход 98,1%
Примеры 1-5 при постоянном расходе окислителей (ClO₂ + H₂O₂ в эквивалентах) представлены в таблице 1, для лиственной сульфатной целлюлозы в таблице 3, примеры 8-13.

Примеры 6, 7 (сравнение с прототипом в таблице 2).

Пример 8. Лиственную сульфатную целлюлозу со степенью провара 16,0 ед. Каппа обрабатывают по примеру 1 при удельном расходе 0,062% ClO₂/ед. Каппа (1% ClO₂ от целлюлозы) при 70^oC в течение 60 минут при концентрации массы 5% Затем целлюлозу промывают водой и отбеливают пероксидом водорода с расходом 1,88% при концентрации массы 12% (параллельно при концентрации массы 20% таблица 3), 100^oC в течение 2,5 часов.

Белизна целлюлозы 79,0% т.е. цель не достигается.

Пример 9. Ту же целлюлозу обрабатывали по примеру 8 и с тем же суммарным эквивалентным расходом пероксида водорода и диоксида хлора. Удельный расход диоксида хлора на первой ступени 0,072% ClO₂ на ед. Каппа (1,15% от целлюлозы). Расход H₂O₂ на второй ступени 1,69%
Белизна целлюлозы 81,1%
Пример 10. Ту же целлюлозу обрабатывали по примеру 8, но при удельном расходе диоксида хлора 0,081% ClO₂/ед. Каппа на первой ступени и 1,50% пероксида водорода на второй ступени.

Белизна целлюлозы 82,1%
Пример 11. Ту же целлюлозу обрабатывали по примеру 8 с удельным расходом 0,093% ClO₂/ед. Каппа на первой ступени и 1,25% пероксида водорода (от целлюлозы) на второй ступени.

Белизна целлюлозы 82,4%
Пример 12. Ту же целлюлозу обрабатывали по примеру 8 с удельным расходом 0,11% ClO₂/ед. Каппа. Расход H₂O₂ на второй ступени - 0,93% от целлюлозы.

Белизна целлюлозы 81,6%
Пример 13. Ту же целлюлозу обрабатывали по примеру 8 с удельным расходом 0,12% ClO₂/ед. Каппа. Расход H₂O₂ на второй ступени - 0,72%
Белизна целлюлозы 81,1%
Пример 14. Хвойную сульфатную целлюлозу (26 ед. Каппа) обрабатывают диоксидом хлора по примеру 1: при концентрации массы 2% температуре 100^oC, в течение 30 минут с удельным расходом 0,077% ClO₂/ед. Каппа. Вторую ступень проводят с расходом пероксида водорода 1,5% при концентрации массы 20% температуре 100^oC в течение 2 часов.

Белизна целлюлозы 83,0% СП 892.

Выход 95,0%
Пример 15. Хвойную сульфатную целлюлозу (26 ед. Каппа) обрабатывают по примеру 1 при 50^oC в течение 120 минут, концентрация массы 10% при удельном расходе диоксида хлора 0,12% ClO₂/ед. Каппа (3,12% ClO₂ от целлюлозы). На второй ступени обрабатывают с расходом 1,5% пероксида водорода (от целлюлозы) при 70^oC в течение 4 часов. Концентрация массы - 20%
Белизна целлюлозы 85,8% СП 1130.

Выход 95,3% Пример 16. Лиственную сульфатную целлюлозу (16 ед. Каппа) обрабатывают по примеру 1 с удельным расходом диоксида хлора 0,080% ClO₂/ед. Каппа (1,5% ClO₂ от целлюлозы) при 60^oC в течение 60 минут, концентрация массы 7% На второй ступени проводят отбелку с расходом 1% пероксида водорода при 100^oC, концентрации массы 20% в течение 60 минут.

Белизна целлюлозы 82,0, СП 1000.

Выход 98,0%

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и предназначено для отбелки сульфатной целлюлозы. Сущность изобретения: на первой ступени сульфатную целлюлозу обрабатывают диоксидом хлора, на второй ступени ее обрабатывают пероксидом водорода. Обработку целлюлозы на первой ступени проводят при удельном расходе 0,07-0,12% ClO₂ на единицу Каппа при температуре 50-100^oC до полного поглощения диоксида хлора целлюлозной массой. На второй ступени проводят обработку целлюлозы при pH 9,5-10,5 в присутствии стабилизатора пероксида водорода. Обработку диоксидом хлора ведут при концентрации массы 2-10% в течение 30-120 минут. Обработку пероксидом водорода проводят при расходе 0,5-3,0% H₂O₂ от массы абсолютно сухой целлюлозы, при концентрации массы 10-20%, температуре 70-100^oC в течение 60-240 минут. 2 з. п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ отбелки сульфатной целлюлозы путем последовательных обработок ее диоксидом хлора на первой ступени и пероксидом водорода на второй ступени, отличающийся тем, что обработку целлюлозы на первой ступени проводят при удельном расходе 0,07 0,12% ClO₂ на единицу Каппа, при 50 100^oС до полного поглощения диоксида хлора целлюлозной массой, а на второй ступени проводят обработку целлюлозы при pH 9,5 10,5 в присутствии стабилизатора пероксида водорода. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку диоксидом хлора ведут при концентрации массы 2 10% в течение 30 120 мин. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку пероксидом водорода проводят при расходе H₂O₂ 0,5 3,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы при концентрации массы 10 20% 70 100^oС в течение 60 240 мин.