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

Изобретение относится к целлюлозному производству и может быть использовано для получения беленой целлюлозы без использования молекулярного хлора (ECF-целлюлозы).

Известен способ отбелки целлюлозы с применением перманганата калия, озона и диоксида хлора [1], при этом воздействию перманганата калия подвергают сульфатную целлюлозу из эвкалипта после кислородной делигнификации при жесткости целлюлозы 7-8 единиц Каппа. Схема отбелки: перманганат калия - озон - диоксид хлора (KMnO₄ - O₃ - ClO₂). Расход химикатов (% от массы абсолютно сухой целлюлозы): озона 1,2; диоксида хлора 1,0%; перманганата калия 2-4.

Недостатком способа является большой расход окислителей, который составляет более 9% активного хлора на 8 единиц Каппа, и необходимость работы с озоном (под давлением, иначе наблюдается большой "проскок" реагента).

Известен способ отбелки сульфатной целлюлозы (взятый в качестве прототипа [2]) путем последовательных обработок ее диоксидом хлора на первой ступени и пероксидом водорода на второй, который проводят при удельном расходе 0,07-0,12% ClO₂ на единицу Каппа, при температуре 50-100^oC до полного поглощения диоксида хлора целлюлозной массой в течение 30-120 минут, а на второй ступени проводят обработку целлюлозы при pH 10,0±0,5 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 1-4 ч. Способ обеспечивает наиболее эффективное использование реагентов: диоксида хлора и пероксида водорода.

Недостатком известного способа (прототипа) является то, что он обеспечивает сульфатной целлюлозе невысокую белизну в пределах 80,0-85,9% при концентрации суспензии (целлюлозной массы) 12-20%, причем для достижения максимальной белизны необходима температура (обработки пероксидом водорода) 90-100^oC. При уменьшении температуры до 70-80^oC белизна целлюлозы составляет лишь 75-80%.

Задачей настоящего изобретения является разработка более эффективного способа отбелки целлюлозы.

Результат достигается за счет введенных стадии предварительной обработки пермантанатом калия.

Предлагаемый способ обеспечивает увеличение белизны сульфатной целлюлозы до 86-88% при меньшей температуре (70-80^oC) и меньшей концентрации целлюлозной массы (8-10%) на стадии обработки пероксидом водорода. В этом состоит новый технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками.

Существенными признаками являются: предварительная обработка небеленой целлюлозы перманганатом калия (KMnO₄) в кислой среде при pH 1,2-2,1 (мольном отношении H₂SO₄/KMnO₄ от (50-100) : 1) с расходом 0,1-4,0% KMnO₄ от массы абсолютно сухой целлюлозы до полного его поглощения целлюлозной массой (30-90 минут) и комнатной температуре; промывка целлюлозы водой до нейтральной реакции, а затем - добелка диоксидом хлора и пероксидом водорода по известному режиму.

Предлагаемый способ обеспечивает достижение большей белизны целлюлозы, чем способ-прототип. Максимальная белизна целлюлозы достигает 86-88%.

Способ обеспечивает повышение белизны без увеличения расхода хлорсодержащих реагентов.

Обработку перманганатом калия проводят при кислотности среды (pH 1,2-2,1) достаточной для использования всей окислительной способности KMnO₄(Mn⁷⁺ ---> Mn²⁺), а также для исключения условий образования окрашенного диоксида марганца. Верхний предел мольного отношения серная кислота/перманганат калия (100: 1) ограничен величиной деструкции целлюлозы (снижением степени полимеризации целлюлозы примерно на 1/3, т.е. на величину, обычную для процессов отбелки), а нижний (50:1) - областью образования MnO₂.

Продолжительность обработки 30-90 мин определяется необходимостью полного поглощения перманганата калия при его расходе в пределах 0,5-4,0% при комнатной температуре (15-30^oC).

Расход перманганата калия (0,5-4,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы) определяется результатами отбелки (белизной). Лучшие результаты повышения белизны целлюлозы на единицу израсходованного перманганата калия наблюдаются при расходе 1-3%: белизна повышается на 7-13% по сравнению с отбелкой без перманганата калия.

Пример 1 (по прототипу). Небеленую сульфатную целлюлозу из лиственных пород древесины жесткостью 75 перманганатных единиц, белизной 35%, степенью полимеризации (определение по вязкости раствора в кадоксене) 1080 обрабатывают диоксидом хлора с расходом 1,3% ClO₂ от массы абсолютно сухой целлюлозы. Для этого рассчитанную навеску влажной целлюлозы вносят в колбу, заливают раствор диоксида хлора, доводят водой концентрацию суспензии целлюлозы до 7%, перемешивают и помещают в термостат, нагретый до 70^oC. После 2 ч обработки колбу извлекают из термостата, целлюлозу промывают на воронке Бюхнера до нейтральной реакции. Вторую ступень обработки проводят пероксидом водорода с расходом 1,5%, стабилизатора силиката натрия 3,7%, гидроксида натрия 1%, значении pH 10,5 (в конце процесса), концентрации суспензии целлюлозы 10%, продолжительности 3 ч, температуре 80^oC. После обработки целлюлозу промывают водой и высушивают. Белизна целлюлозы 73%, СП = 890, выход 98,5%.

Пример 2. Промытую водой целлюлозу подвергают предварительной обработке перманганатом калия в сернокислой среде с расходом 0,1% KMnO₄ от массы абсолютно сухой целлюлозы при pH 2,0 (мольном отношении серная кислота / перманганат калия 100:1), концентрации суспензии целлюлозы 2%, комнатной температуре в течение 30 минут. Затем целлюлозу отделяют от раствора и промывают водой до нейтральной реакции. Промытую целлюлозу подвергают двухступенчатой обработке диоксидом хлора и пероксидом водорода по примеру 1. Белизна целлюлозы 76,3%, СП = 840, выход 98,3%.

Пример 3. Промытую водой целлюлозу подвергают предварительной обработке перманганатом калия в сернокислой среде с расходом 0,8% KMnO₄ от массы абсолютно сухой целлюлозы при pH 1,6 (отношении серная кислота / перманганат калия 100: 1), концентрации суспензии целлюлозы 2%, комнатной температуре в течение 60 минут. Затем целлюлозу отделяют от раствора и промывают водой до нейтральной реакции. Промытую целлюлозу подвергают двухступенчатой обработке диоксидом хлора и пероксидом водорода по примеру 1. Белизна целлюлозы 83,3%, СП = 830, выход 98,2%.

Пример 4. Промытую водой целлюлозу подвергают предварительной обработке перманганатом калия в сернокислой среде с расходом 3,0% KMnQ₄ от массы абсолютно сухой целлюлозы при pH 1,3 (отношении серная кислота / перманганат калия 100: 1), концентрации суспензии целлюлозы 2%, комнатной температуре в течение 90 минут. Затем целлюлозу отделяют от раствора и промывают водой до нейтральной реакции. Промытую целлюлозу подвергают двухступенчатой обработке диоксидом хлора и пероксидом водорода по примеру 1. Белизна целлюлозы 86,6%, СП = 830, выход 98,0%.

Пример 5. Промытую водой целлюлозу подвергают предварительной обработке перманганатом калия по примеру 3 при pH 1,8 (отношении реагентов серная кислота / перманганат калия 50: 1). Затем целлюлозу отделяют от раствора и промывают водой до нейтральной реакции. Промытую целлюлозу подвергают двухступенчатой обработке диоксидом хлора и пероксидом водорода по примеру 1. Белизна целлюлозы 85,6%, СП = 830, выход 98,0%
Пример 6 (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 в примере 1. Белизна целлюлозы 75,9%, СП = 880, выход 98,5%.

Пример 7. Промытую водой целлюлозу подвергают предварительной обработке перманганатом калия с расходом 0,1% KMnO₄ от массы абсолютно сухой целлюлозы при pH 2,1 (отношении серная кислота / перманганат калия 50:1), концентрации суспензии целлюлозы 2%, комнатной температуре в течение 30 минут. Затем целлюлозу отделяют от раствора и промывают водой до нейтральной реакции. Промытую целлюлозу подвергают двухступенчатой обработке диоксидом хлора и пероксидом водорода по примеру 6. Белизна целлюлозы 80,0%, СП = 850, выход 98,3%
Пример 8. Промытую водой целлюлозу подвергают обработке по примеру 7 перманганатом калия с расходом 1,6% KMnO₄ от массы абсолютно сухой целлюлозы при pH 1,4 (отношении серная кислота / перманганат калия 100:1), концентрации суспензии целлюлозы 2%, комнатной температуре в течение 60 минут. Затем целлюлозу отделяют от раствора и промывают водой до нейтральной реакции. Промытую целлюлозу подвергают двухступенчатой обработке диоксидом хлора и пероксидом водорода по примеру 6. Белизна целлюлозы 85,0%, СП = 840, выход 98,0%.

Пример 9. Промытую водой целлюлозу подвергают обработке по примеру 7 перманганатом калия с расходом 4,0% KMnO₄ от массы абсолютно сухой целлюлозы при pH 1,2 (отношении серная кислота / перманганат калия 100:1), концентрации суспензии целлюлозы 2%, комнатной температуре в течение 90 минут. Затем целлюлозу отделяют от раствора и промывают водой до нейтральной реакции. Промытую целлюлозу подвергают двухступенчатой обработке диоксидом хлора и пероксидом водорода по примеру 6.

Белизна целлюлозы 88,2%, СП = 800, выход 97,7%.

Способ касается производства целлюлозы и более конкретно получения беленой целлюлозы. Сульфатную целлюлозу предварительно обрабатывают перманганатом калия в кислой среде при рН 1,2 - 2,1. Расход перманганата калия составляет 0,1-4,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы. Целлюлозу промывают водой и добеливают в две ступени - диоксидом хлора и пероксидом водорода в присутствии стабилизатора. Способ позволяет увеличить белизну целлюлозы до 86 - 88% при уменьшении концентрации суспензии целлюлозы и снижении температуры обработки пероксидом водорода. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ отбелки сульфатной целлюлозы, включающий последовательную обработку диоксидом хлора и пероксидом водорода в присутствии стабилизатора при значении pH 10,0±0,5, отличающийся тем, что целлюлозу предварительно обрабатывают перманганатом калия в кислой среде при pH 1,2-2,1 с расходом 0,1 - 4,0% перманганата калия от массы абсолютно сухой целлюлозы и далее подвергают добелке. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку перманганатом калия проводят до полного его поглощения в течение 30 - 90 мин в сернокислой среде при мольном отношении серная кислота:перманганат калия (50 - 100):1.