СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 1999 года по МПК D21C1/00 D21C1/06 D21C3/02 

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, а именно к технологии получения целлюлозы для бумаги и химической переработки.

Известны способы получения целлюлозы путем предварительного гидролиза растительного сырья и последующей щелочной варки. Предгидролиз растительного сырья (Непенин Ю.Н. Производство сульфатной целлюлозы. М., 1990, с. 229-239) проводится при температуре 100-170^oC. Гидролиз позволяет частично удалить легко гидролизуемые пентазаны, экстрактивные вещества и частично разрыхлить структуры клеточных стенок. При последующей сульфатной варке получают продукт, обогащенный α-целлюлозой. После соответствующих обработок его используют для получения вискозного волокна. Недостатки этого процесса известны: это низкий выход получаемой целлюлозы и загрязнение окружающей среды серосодержащими отходами.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения целлюлозы (RU, 2045597, D 21 C 1/00, 3/00, 10.10.95) путем пропитки щепы гидроксидом натрия и/или сульфитом натрия при расходе 0,5-10% от массы абсолютно сухой древесины. После удаления пропиточного раствора осуществляется предгидролиз паром пропитанной щепы при температуре 190-230^oC в течение 0,5-10 минут. Далее производится щелочная варка сульфатным или натронным щелоком.

Недостатком рассмотренного процесса являются низкие показатели механической прочности получаемой целлюлозы, так например в самых лучших образцах (сульфатная варка) разрывная длина достигает только 9200 м. А при натронной варке - 6200-6500. Известно, что сульфит натрия является относительно слабым восстановителем, поэтому при той жесткой обработке, которой подвергается щепа, трудно ожидать лучших показателей механической прочности.

Задачей предлагаемого изобретения является сохранение высоких качественных показателей получаемой целлюлозы за счет более глубокого восстановления углеводного комплекса, который лучше сохраняется в процессе щелочной варки, что позволяет провести лучшую делигнификацию. А также возможное сокращение серосодержащих отходов за счет уменьшения сульфидности процесса.

Это достигается путем пропитки растительного сырья раствором серосодержащего соединения, предгидролиза пропитанного сырья при повышенной температуре и последующей щелочной варке сульфатным или натронным щелоком и отличается тем, что при пропитке в качестве серосодержащего соединения используется сульфид натрия и предгидролиз проводят в том же растворе сульфида натрия до образования слабокислой среды.

При этом концентрация водного раствора сульфида натрия составляет от 2,4 до 3,6% от массы абсолютно сухого растительного сырья и предгидролиз проводят при температуре 170-175^oC в течение 60-120 мин до pH среды 6,0-5,5.

Водный раствор сульфида натрия концентрацией от 2,4 до 3,6% от массы абсолютно сухого сырья имеет сильно щелочную среду, которая остается и после пропитки. Но в процессе нагревания раствора до 170-175^oC и выдержки при этой температуре в течение 60-120 мин происходит гидролиз растительного сырья, в результате чего появляется углекислый газ, различные органические кислоты, которые сдвигают pH раствора в кислую область. При достижении pH раствора 6,0-5,5 гидролиз останавливается путем сбрасывания давления и слива гидролизата. Указанная концентрация сульфида натрия позволяет получить необходимое количество гидросульфида натрия, максимальная растворимость которого достигается при pH 6,0-5,5. Необходимо отметить, что восстановительный потенциал гидросульфида в слабокислой среде (pH 6,0-5,5) намного выше, чем сульфид иона в щелочной среде. Поэтому происходит глубокое восстановление углеводного комплекса, который может даже сохраняться в условиях натронной варки, что позволяет проводить более глубокую делигнификацию растительного сырья, сохраняя высокие физико-механические свойства получаемой целлюлозы.

Способ осуществляется следующим образом.

Растительное сырье, например щепа древесины, заливается водным раствором сульфида натрия при гидромодуле 1:3 или 1:4. Концентрация сульфида натрия составляет от 2,4 до 3,6% от массы абсолютно сухой щепы, температура раствора может быть от 20 до 100^oC. Предгидролиз проводят при температуре 170-175^oC в течение 60-120 мин до слабокислой среды (pH 6,0-5,5), после чего раствор сливается. Обработанную таким образом щепу подвергают варке сульфатным или натронным щелоком при гидромодуле 1:4; подъем температуры до 170^oC в течение 90-120 мин, стоянка на указанной конечной температуре 60-120 мин.

Предлагаемый способ апробирован в лабораторных условиях с использованием щепы из сосны и осины в автоклаве без циркуляции щелока.

Режим осуществления процесса при конкретных параметрах и показатели полученной целлюлозы представлены в табл. 1 и 2.

Из данных таблиц видно, что физико-механические показатели полученной целлюлозы с использованием сульфида натрия на стадии предгидролиза как при варке сульфатным, так и натронным щелоком одинаково высоки. При этом по ряду показателей, например при повышении выхода на 2-3% по сравнению с прототипом, разрывная длина даже при варке натронным щелоком остается на уровне лучших образцов сульфатной варки. Это позволяет снизить сульфидность процесса до 6%.

Способ касается технологии получения целлюлозы для бумаги и химической переработки. Целлюлозу пропитывают сульфидом натрия. Пропитанную целлюлозу подвергают предгидролизу при 170 - 175^oC в течение 60 - 120 мин до pH среды 6,0 - 5,5. Затем осуществляют щелочную варку сульфатным или натронным щелоком. Сульфид натрия используют в виде раствора при его расходе 2,4 - 3,6% от массы абсолютно сухого сырья. Предложенный способ улучшает делигнификацию и сокращает серосодержащие отходы за счет уменьшения сульфидности процесса. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения целлюлозы путем пропитки растительного сырья раствором серосодержащего соединения, предгидролиза пропитанного сырья при повышенной температуре и последующей щелочной варки сульфатным или натронным щелоком, отличающийся тем, что при пропитке в качестве серосодержащего соединения используют сульфид натрия и предгидролиз проводят в том же растворе сульфида натрия до образования слабокислой среды. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пропитку ведут водным раствором сульфида натрия при его расходе 2,4-3,6% от массы абсолютно сухого сырья. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что предгидролиз проводят при 170-175^oC в течение 60-120 мин до рН среды 6,0-5,5.