СПОСОБ ОТБЕЛКИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 1999 года по МПК D21C9/10 D21C9/14 D21C9/16 

Изобретение относится к области целлюлозного производства и может быть использовано для получения беленой целлюлозы без молекулярного хлора (ECF-целлюлоза).

Известен способ отбелки с применением перманганата калия, озона диоксида хлора [1]. При этом сульфатную целлюлозу из эвкалипта подвергают воздействию перманганатом калия после предварительной кислородной делигнификации при жесткости целлюлозы 7-8 единиц Каппа по схеме: перманганат калия-озон-диоксид хлора. Расход химикатов (в % от массы абсолютно сухой целлюлозы): озона- 1,2; диоксида хлора-1,0; перманганата калия-2-4.

Недостатком способа является большой расход окислителей (более 9% активного хлора на 8 единиц Каппа). Кроме того, высокие расходы окислителей вызывают значительную деструкцию целлюлозного волокна и снижение таких механических показателей как сопротивление раздиранию, что скажется на качестве бумаги.

Известен способ отбелки сульфатной целлюлозы, взятый в качестве прототипа, включающий двухступенчатую обработку целлюлозы. На первой ступени обработку проводят диоксидом хлора при концентрации массы 2-10% до полного поглощения ClO₂ целлюлозной массой при температуре 50-100^oC в течение 30-120 минут, при этом расход 0,07-0,12% ClO₂ на единицу Каппа, а на второй ступени беленую целлюлозу концентрацией массы 10-12% обрабатывают пероксидом водорода при pH 9,5-10,5 в присутствии стабилизатора при температуре 70-100^oC в течение 60-240 минут, при его расходе 0,5-3,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы. После каждой ступени беленую целлюлозу отделяют от раствора и нейтрализуют [2].

Недостатком этого способа является недостаточно высокая белизна в пределах 80,0-85,9% при концентрации целлюлозной массы 12-20% (при температуре 70-80^oC при обработке пероксидом водорода белизна составляет 75-80%), при этом расход реагентов выше, чем в предлагаемом способе.

Задачей настоящего исследования является разработка более эффективного способа отбелки целлюлозы.

Результат достигается за счет введения стадии обработки перманганатом калия в кислой среде, перераспределении расходов пероксида водорода и диоксида хлора и отбелки каждым из этих реагентов в две стадии.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что перед отбелкой целлюлозную массу обрабатывают раствором перманганата калия (KMnO₄) в кислой среде при pH 1,2-2,1, причем вместо раствора минеральной кислоты [1] предлагается использовать кислотные реакторные остатки (КРО), образующихся как отходы при производстве диоксидов хлора, что приводит к существенной экономии по себестоимости и улучшает экологические характеристики производства в целом, так как эти остатки (КРО) попадают в сточные воды, и это позволяет увеличить степень белизны целлюлозы до 85-88% при меньшей температуре и концентрации целлюлозной массы, кроме того, чередование кислотных и щелочных ступеней отбелки обеспечивает лучшую диффузию отбельных реагентов, а осуществление отбелки в четыре ступени при последовательном воздействии нуклеофильных и электрофильных реагентов более эффективно, чем ступень щелочения между отбелкой диоксидом хлора.

В этом состоит технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения.

Существенные признаки изобретения: способ отбелки целлюлозы, включающий предварительную обработку небеленой целлюлозы при концентрации массы 2-7% раствором перманганата калия в кислой среде (pH 1,2-2,1) с расходом KMnO₄ не более 1% от массы абсолютно сухой целлюлозы при мольном отношении кислота: перманганат калия (12,5-100):1, верхний предел (100:1) ограничен величиной деструкции целлюлозы (снижением степени полимеризации целлюлозы), а нижний (12,5: 1)-областью образования диоксида марганца (IV), в качестве кислоты использована серная кислота или кислотные реакторные остатки производства диоксида хлора (KPO), выдержку в растворе при температуре 15-25^oC до полного поглощения KMnO₄ целлюлозной массой в течение 30-90 минут, отделение массы от раствора, ее нейтрализации и последующую отбелку целлюлозы в четыре ступени, причем первую и третью ступени отбелки проводят путем обработки целлюлозы (концентрация массы 10-20%) раствором пероксида водорода в щелочной среде (pH 9,5-10,5) в присутствии стабилизатора, обработку ведут до полного поглощения пероксида водорода при температуре 70-100^oC в течение 120-240 минут, при этом расход H₂O₂ составляет 0,5-2,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы, а в качестве стабилизатора используют силикат натрия в количестве 2,0-3,7% от массы абсолютно сухой целлюлозы, отбеленную массу отделяют от раствора и нейтрализуют, вторую и четвертую ступени отбелки проводят обработкой беленой целлюлозы (концентрация массы 5-8%) раствором диоксида хлора (ClO₂) до полного поглощения ClO₂ целлюлозой при температуре 50-70^oC в течение 60-120 минут, при этом расход ClO₂ составляет 1,1-1,3% от массы абсолютно сухой целлюлозы, затем отбеленную массу отделяют от раствора и нейтрализуют.

Пример 1 (по прототипу)
Небеленую сульфатную целлюлозу из лиственных пород древесины жесткостью 75 перманганатных единиц, белизной 35%, степенью полимеризации 1080 обрабатывают диоксидом хлора с расходом 1,3% (от массы абсолютно сухой целлюлозы) при концентрации массы 7% и температуре 70^oC. После 2 ч обработки целлюлозу тщательно промывают до нейтральной реакции и проводят вторую ступень, обрабатывая пероксидом водорода с расходом 1,5% (от массы абсолютно сухой целлюлозы), в присутствии силиката натрия 3,7% и гидроксида натрия 1%, при значении pH 10,5 (в конце процесса). Концентрация суспензии целлюлозы 10%, продолжительность 3 ч, температура 80^oC. После обработки целлюлозу промывают водой и высушивают. Белизна целлюлозы 73,0%, СП = 890, выход 98,5% (табл., п.1).

Пример 2 (по прототипу)
Небеленую сульфатную целлюлозу обрабатывают по примеру 1 диоксидом хлора с расходом 1,6% ClO₂ от массы абсолютно сухой целлюлозы. Вторую ступень обработки проводят пероксидом водорода с расходом 2,5%. Другие условия те же, что и в примере 1. Белизна целлюлозы 75,9%, СП = 880, выход 98,5% (табл., п. 2).

Пример 3
Небеленую сульфатную целлюлозу из лиственных пород древесины жесткостью 95 перманганатных единиц, вязкостью 28 сПз подвергают предварительной обработке перманганатом калия в сернокислой среде с расходом 0,8% от массы абсолютно сухой целлюлозы (мольном соотношении серная кислота/перманганат калия 100:1), концентрации суспензии целлюлозы 5%, комнатной температуре в течение 45 минут (pHk= 1,4). Затем целлюлозу тщательно промывают и последовательно подвергают обработке пероксидом водорода и диоксидом хлора при условиях, указанных в примере 1. Перераспределение расхода пероксида водорода и диоксида хлора обеспечивает лучшую диффузию отбельных реагентов, отбелка осуществляется в четыре ступени, при следующих расходах реагентов: на второй ступени 1,5% H₂O₂, 1% NaOH, 3,5% Na₂SiO₃, на четвертой ступени 0,5% H₂O₂, 0,8% NaOH, 2% Na₂SiO₃, на третьей и пятой ступени 0,6 и 0,7% ClO₂ соответственно. После каждой ступени целлюлозу промывают, после последней - высушивают. Белизна целлюлозы составляет 85,1%, СП = 780, выход 93% (табл., п.3).

Пример 4
Небеленую сульфатную целлюлозу подвергают предварительной обработке перманганатом калия в сернокислой среде с расходом 0,8% KMnO₄ от массы абсолютно сухой целлюлозы при мольном соотношении серная кислота/перманганат калия 50: 1, режим и расходы реагентов аналогичны примеру 2 (pHк = 1,8). Белизна целлюлозы составляет 86,0%, СП = 815, выход 93% (табл., п.4).

Пример 5
Небеленую сульфатную целлюлозу подвергают предварительной обработке перманганатом калия по примеру 2, pHk = 1,2 (используется серная кислота, содержащаяся в кислотных реакторных остатках производства диоксида хлора-KPO). Мольное отношение серная кислота/перманганат калия 100:1. Затем целлюлозу отделяют от раствора и промывают водой до нейтральной реакции и подвергают четырехступенчатой обработке реагентами по примеру 2. Белизна целлюлозы 88,3%, СП = 770, выход 93,5% (табл., п.5).

Пример 6
Небеленую сульфатную целлюлозу подвергают обработке реагентами по примеру 4 при мольном соотношении серная кислота (содержащаяся в KPO)/перманганат калия 50:1, затем целлюлозу отделяют от раствора и промывают водой до нейтральной реакции. Последующая обработка отбельными реагентами осуществляется по примеру 2. Белизна целлюлозы 86,0%, СП = 780, выход 92,5% (табл., п.6).

Пример 7
Небеленую сульфатную целлюлозу жесткостью 95 перманганатных единиц подвергают предварительной обработке перманганатом калия с расходом 0,4% от массы абсолютно сухой целлюлозы при мольном соотношении серная кислота/перманганат калия, равном 12: 1. Затем целлюлозу тщательно промывают и подвергают обработке отбельными реагентами по примеру 2. Белизна целлюлозы 83%, СП = 800, выход 97% (табл., п.7).

Пример 8
Небеленую сульфатную целлюлозу жесткостью 95 перманганатных единиц подвергают предварительной обработке перманганатом калия в сернокислой среде с расходом 2% KMnO₄ от массы абсолютно сухой целлюлозы (отношение серная кислота/перманганат калия 100:1) по примеру 1, pHk = 1,3. Затем целлюлозу отделяют от раствора и промывают водой до нейтральной реакции. Промытую целлюлозу подвергают обработке пероксидом водорода с расходом 1,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы и обработке диоксидом хлора (общий расход составляет 1,1%) с промежуточной ступенью щелочения. Режимы проводимых отбелок соответствуют примеру 1. После обработки целлюлозу промывают водой и высушивают. Белизна составляет 86,1%, СП = 700, выход 96% (табл., п.8).

Источники информации.

1. Igt. Pulp Bleach. Conf., Vancouver, June 15, 1994: Pousters.-Monreal, 1994. -C. 141-145.- Kojim Yasuo. Cjorine free bleaching of KR wich permanganatea.

2. Патент РФ N 2075566. Способ отбелки сульфатной целлюлозы. Опубл. БИ N 8.

Способ касается целлюлозного производства и может быть использован для получения беленой целлюлозы без молекулярного хлора. Небеленую целлюлозу обрабатывают раствором перманганата калия в кислой среде при рН 1,2-2,1. В качестве кислой среды используют серную кислоту или кислотные реакторные остатки производства диоксида хлора. Перманганат калия берут в количестве не более 1% от массы абсолютно сухой целлюлозы. Выдерживают при комнатной температуре до полного поглощения перманганата калия целлюлозной массой. Массу отделяют от раствора и нейтрализуют. Затем подвергают четырехступенчатой отбелке. Первую и третью ступени ведут в присутствии пероксида водорода в щелочной среде при температуре 70-100^oС при расходе пероксида водорода 1,5-2,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы. На второй и четвертой ступени беленую целлюлозу обрабатывают раствором диоксида хлора при температуре 50-70^oС при суммарном расходе хлора 1,1-1,3% от массы абсолютно сухой целлюлозы. Способ позволяет повысить степень белизны беленой целлюлозы. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ отбелки целлюлозы, включающий ступенчатую обработку целлюлозы раствором диоксида хлора и пероксида водорода в присутствии стабилизатора при pH 9,5 - 10,5 до полного поглощения реагентов, отделение беленой массы от раствора и ее нейтрализацию, отличающийся тем, что небеленую целлюлозу предварительно обрабатывают раствором перманганата калия в кислой среде при pH 1,2 - 2,1, в качестве которой используют серную кислоту или кислотные реакторные остатки производства диоксида хлора с расходом перманганата калия не более 1% от массы абсолютно сухой целлюлозы, выдерживают в растворе при температуре 15 - 25^oC до полного поглощения перманганата калия целлюлозной массой, а после отделения массы от раствора и нейтрализации ее подвергают четырехступенчатой отбелке, причем первую и третью ступени проводят путем обработки раствором перекиси водорода в щелочной среде при температуре 70 - 100^oC при расходе перекиси водорода 1,5 - 2,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы, а на второй и четвертый ступени беленую целлюлозу обрабатывают раствором диоксида хлора при температуре 50 - 70^oC при суммарном расходе диоксида хлора 1,1 - 1,3% от массы абсолютно сухой целлюлозы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при мольном соотношении (12,5 - 100):1 соответственно. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку перманганатом калия ведут при концентрации массы 2 - 7% в течение 30 - 90 мин.