СПОСОБ ОТБЕЛКИ СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 2001 года по МПК D21C9/147 D21C9/14 D21C9/16 

Изобретение относится к области целлюлозно-бумажного производства и касается технологии отбелки сульфатной целлюлозы из лиственной или хвойной древесины или их смеси.

Известен способ отбелки сульфатной целлюлозы путем двухступенчатой обработки ее в двух реакторах кислородом под давлением в присутствии пероксида водорода на второй стадии с предварительной подачей химикатов в смеситель (US, 5916415A, D 21 C 9/16, н.кл.162-65, 29.06.1999 г.)
Однако такой способ не позволяет получить целлюлозу с высокой механической прочностью за счет значительной деструкции целлюлозы при обработке ее под давлением во втором реакторе. Кроме того, такой способ является очень дорогостоящим.

Ближайшим аналогом настоящего изобретения является способ отбелки сульфатной целлюлозы, включающий последовательные стадии обработки целлюлозы кислородом в реакторе в присутствии щелочи, первой обработки диоксидом хлора, обработки кислородом в присутствии щелочи, пероксида водорода и протектора - сульфата магния - в отбельной башне с восходящим потоком целлюлозы и второй обработки диоксидом хлора (ЕР, N206560 A2, D 21 C 9/10, 30.12.1986 г.).

Согласно этому способу обе ступени обработки с использованием кислорода проводят в присутствии пероксида водорода. Об использовании серной кислоты на стадиях обработки диоксидом хлора в описании не указывается.

Такой способ позволяет сократить схему отбелки по основным стадиям до 4 ступеней.

Однако этот способ приводит к значительному расходу диоксида хлора, тем самым обуславливает увеличение загрязнений окружающей среды.

Кроме того, известный способ в процессе отбелки ведет к худшему сохранению прочностных показателей отбеленной целлюлозы.

Новым техническим результатом от использования настоящего изобретения является сокращение расхода диоксида хлора, приводящее к уменьшению загрязнений окружающей среды и удешевлению процесса, а также повышение прочностных показателей целлюлозы за счет повышения селективности кислородной делигнификации.

Указанный результат достигается тем, что в способе отбелки сульфатной целлюлозы, включающем последовательные стадии обработки целлюлозы кислородом в реакторе в присутствии щелочи и протектора или без него, первой обработки диоксидом хлора, обработки кислородом в присутствии щелочи, пероксида водорода и протектора - сульфата магния - в отбельной башне с восходящим потоком целлюлозы и второй обработки диоксидом хлора, согласно изобретению после обработки кислородом в реакторе перед первой стадией обработки диоксидом хлора непромытую целлюлозу дополнительно обрабатывают кислородом или пероксидом водорода, или их смесью, или пероксидным соединением в щелочной среде в смесителе при pH 9,5-12,1 с последующим выдерживанием в баке хранения без давления (при атмосферном давлении) в течение 10-120 мин. При этом в качестве пероксидного соединения используют пероксомоносерную кислоту (H₂SO₅), или пероксодисерную кислоту (H₂S₂O₈), или натриевую соль одной из указанных кислот в количестве 0,01-1,50% от массы абсолютно сухой целлюлозы, а первую стадию обработки диоксидом хлора проводят в присутствии серной кислоты при pH 3-5.

Обработку целлюлозы кислородом в реакторе можно проводить как в присутствии пероксида водорода при расходе последнего 0,1-1,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы, так и без него, а обработку целлюлозы кислородом в отбельной башне обязательно проводят в присутствии пероксида водорода при расходе последнего 0,5-1,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы, при этом обработку кислородом в отбельной башне проводят при расходе пероксида водорода, превышающем его расход на стадии обработки кислородом в реакторе на 0,1-0,7%.

После второй стадии обработки целлюлозы диоксидом хлора ее дополнительно можно подвергать щелочению и последующей обработке диоксидом хлора, особенно при отбелке жесткой целлюлозы.

Вторую стадию обработки диоксидом хлора проводят в присутствии серной кислоты при pH 4-6.

Авторами настоящего изобретения было установлено, что эффективность данного процесса обуславливается именно сочетанием четырехступенчатой отбелки, включающей последовательные стадии обработки целлюлозы в реакторе кислородом, первой обработки диоксидом хлора, обработки кислородом в отбельной башне и второй стадии обработки диоксидом хлора, с углубленной делигнификацией, которой подвергают целлюлозу после первой из указанных стадий путем обработки непромытой целлюлозы в смесителе кислородсодержащим соединением в щелочной среде при pH 9,5-12,1 с последующим выдерживанием в баке хранения целлюлозы при атмосферном давлении. Фактически в данном изобретении имеет место тот же четырехступенчатый процесс, что и в прототипе, но с углубленной делигнификацией на первой стадии, что приводит к увеличению степени делигнификации и селективности процесса. Это в свою очередь приводит к снижению расхода белящих химикатов на последующих стадиях отбелки и снижению загрязнений стоков.

Обработку целлюлозы в реакторе осуществляют под давлением 0,5-1,0 МПа, преимущественно 0,5-0,7 МПа, и расходе щелочи 0,5-3,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы, а обработку целлюлозы кислородом в отбельной башне проводят под гидростатическим давлением, равным высоте колонки башни, при расходе щелочи 0,8-3,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами его осуществления.

Пример 1. Сульфатную целлюлозу из древесины осины и березы с концентрацией 11% подвергают обработке кислородом в реакторе под давлением 0,5 МПа и расходе щелочи (каустической соды) 1,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы в течение 60 мин.

При этом на промытую целлюлозную папку последовательно подают протектор - сульфат магния - в количестве 0,2% от массы абсолютно сухой целлюлозы, щелочь в количестве 1,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы, затем насосом через подогреватель (подогрев ведут до температуры 95^oC) массу подают на смешение с кислородом в количестве 1,6% от массы абсолютно сухой целлюлозы и пероксидом водорода в количестве 0,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы и затем в реактор. Обработку ведут в реакторе в течение 50 мин. Давление в нижней части реактора составляет 0,75 МПа, а в верхней части реактора - 0,37 МПа.

Затем непромытую целлюлозу из реактора выдувают в резервуар для сброса избыточного давления и подают насосом в смеситель для дополнительной обработки кислородом в количестве 0,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы и далее в бак хранения, где ее выдерживают при атмосферном давлении в течение 60 мин. Щелочная среда в смесителе создается за счет остаточной щелочи в массе.

Затем массу промывают на вакуум-фильтре и подают на стадию обработки (делигнификации) диоксидом хлора, который берут в количестве 2,0% (в единицах активного хлора) от массы абсолютно сухой целлюлозы, с предварительным подкислением массы серной кислотой. Обработку диоксидом хлора ведут при температуре 50^oC в течение 120 мин.

Затем массу промывают на вакуум-фильтре, на промытую папку подают последовательно протектор - сульфат магния - в количестве 0,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы и щелочь в количестве 0,9% от массы абсолютно сухой целлюлозы. Затем массу через подогреватель, где ее нагревают до температуры 70^oC, и смеситель, в котором ее обрабатывают пероксидом водорода в количестве 0,8% от массы абсолютно сухой целлюлозы и кислородом в количестве 0,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы, подают насосом в отбельную башню с восходящим потоком целлюлозы, где обрабатывают в течение 40 мин при температуре 70^oC под гидростатическим давлением, равным высоте колонки башни. При этом масса движется в колонке снизу вверх. Из верхней части колонки насыщенная химикатами масса пересыпается в кольцевое пространство, где выдерживается без давления в течение 120 мин.

Затем массу промывают на вакуум-фильтре и подают на вторую стадию обработки диоксидом хлора, который берут в количестве 1,3% (в единицах активного хлора) от массы абсолютно сухой целлюлозы. Данную обработку проводят без подкисления массы при температуре 65^oC в течение 180 мин при pH 5,5.

Отбеленную целлюлозу промывают на вакуум-фильтре.

Режимы получения беленой целлюлозы представлены в таблице 1.

Показатели качества полученной беленой целлюлозы представлены в таблице 2.

Примеры 2-7. Опыты проводят аналогично примеру 1. Отличительные особенности значений параметров, химикаты и их расходы, подтверждающие правомерность формулы изобретения, представлены в таблице 1.

Показатели беленой целлюлозы представлены в таблице 2.

Пример 8. Опыт проводят аналогично примеру 1, но обработку кислородом в реакторе проводят без добавления пероксида водорода и сульфата магния.

После второй стадии обработки диоксидом хлора промытую массу дополнительно подвергают щелочению каустической содой (Щ) при температуре 60^oC в течение 120 мин, массу промывают и подают на стадию обработки диоксидом хлора (Д₂). Обработку проводят при температуре 65^oC в течение 180 мин при расходе диоксида хлора 0,5% (в единицах активного хлора) от массы абсолютно сухой целлюлозы. Значения параметров представлены в таблице 1.

В баке хранения массу выдерживают в течение 120 мин.

Показатели полученной беленой целлюлозы представлены в таблице 2
Пример 9. Опыт проводят, как в примере 1, но используют целлюлозу из хвойной древесины (сосна и ель). Дополнительные стадии щелочения (Щ) и обработки диоксидом хлора (Д₂) проводят, как в примере 8. В баке хранения массу выдерживают в течение 20 мин.

Значения параметров представлены в таблице 1.

Показатели полученной беленой целлюлозы представлены в таблице 2.

Пример 10 (по прототипу). Опыт проводят, как в примере 1, но без этапа обработки после стадии обработки целлюлозы кислородом в реакторе перед первой стадией обработки диоксидом хлора и без добавления серной кислоты на обеих ступенях обработки диоксидом хлора.

Как видно из таблиц 1 и 2, предлагаемый способ позволяет повысить механические показатели целлюлозы, а также ее белизну и снизить загрязнения окружающей среды (ХПК и АОХ).

Способ касается технологии отбелки сульфатной целлюлозы из лиственной или хвойной древесины или их смеси. Целлюлозу обрабатывают кислородом в реакторе в присутствии щелочи. Непромытую целлюлозу обрабатывают дополнительно кислородом, или пероксидом водорода, или их смесью, или пероксидным соединением в щелочной среде в смесителе при рН 9,5-12,1 с последующим выдерживанием в баке хранения при атмосферном давлении в течение 20-120 мин. При этом в качестве пероксидного соединения используют пероксомоносерную кислоту, или пероксодисерную кислоту, или натриевую соль одной из указанных кислот в количестве 0,01-1,50% от массы абс.сух. целлюлозы. Первую стадию обработки диоксидом хлора ведут в присутствии серной кислоты при рН 3-5. Затем осуществляют первую обработку целлюлозы диоксидом хлора, обработку кислородом в присутствии щелочи, пероксида водорода и протектора - сульфата магния - в отбельной башне с восходящим потоком целлюлозы. После чего осуществляют вторую обработку диоксидом хлора. После второй стадии обработки целлюлозы диоксидом хлора ее можно дополнительно подвергать щелочению с последующей обработкой диоксидом хлора. Вторую стадию обработки диоксидом хлора можно вести в присутствии серной кислоты при рН 4-6. Техническим результатом предложенного способа является сокращение расхода диоксида хлора, уменьшение загрязнения окружающей среды, удешевление процесса, а также повышение прочностных показателей целлюлозы за счет повышения селективности кислородной делигнификации. 3 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Способ отбелки сульфатной целлюлозы, включающий последовательные стадии обработки целлюлозы кислородом в реакторе в присутствии щелочи, первой обработки диоксидом хлора, обработки кислородом в присутствии щелочи, пероксида водорода и протектора-сульфата магния в отбельной башне с восходящим потоком целлюлозы и второй обработки диоксидом хлора, отличающийся тем, что после обработки кислородом в реакторе перед первой стадией обработки диоксидом хлора непромытую целлюлозу дополнительно обрабатывают кислородом, или пероксидом водорода, или их смесью, или пероксидным соединением в щелочной среде в смесителе при pH 9,5 - 12,1 с последующим выдерживанием в баке хранения при атмосферном давлении в течение 20 - 120 мин, при этом в качестве пероксидного соединения используют пероксомоносерную кислоту, или пероксодисерную кислоту, или натриевую соль одной из указанных кислот в количестве 0,01 - 1,50% от массы абсолютно сухой целлюлозы, а первую стадию обработки диоксидом хлора проводят в присутствии серной кислоты при pH 3 - 5. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку целлюлозы кислородом в реакторе проводят в присутствии пероксида водорода при его расходе 0,1 - 1,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы, а обработку целлюлозы кислородом в отбельной башне проводят при расходе пероксида водорода 0,5 - 1,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы, при этом обработку кислородом в отбельной башне проводят при расходе пероксида водорода, превышающем его расход на стадии обработки кислородом в реакторе на 0,1 - 0,7%. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после второй стадии обработки целлюлозы диоксидом хлора ее дополнительно подвергают щелочению и последующей обработке диоксидом хлора. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторую стадию обработки диоксидом хлора проводят в присутствии серной кислоты при pH 4 - 6.