СПОСОБ БЕЗХЛОРНОЙ ОТБЕЛКИ СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 2004 года по МПК D21C9/10 D21C9/16 

Изобретение относится к области производства целлюлозы и может быть использовано для получения беленой целлюлозы без применения хлорсодержащих реагентов.

Известен способ отбелки небеленой сульфатной целлюлозы [Федорова Э.И., Смолева Л.Л., Захарова А.В., Политова Н.К. Патент на изобретение N 2164572 от 14.03.2000], включающий пятистадийную обработку путем чередования щелочной и кислотной обработок, при этом на первой стадии целлюлозу с концентрацией массы 10-20% обрабатывают пероксидом водорода в течение 1 часа в щелочной среде (рН 9,0-10,9) при температуре 75-85°С с расходом перекиси водорода 2% от массы абсолютно сухой целлюлозы. На третьей и пятой стадиях целлюлозу обрабатывают при той же концентрации массы в течение 2 часов на каждую и температуре 70-100°С с расходом перекиси водорода 0,5% и 1,0% соответственно. Вторую и четвертую стадии проводят в течение 2 часов на каждую при температуре 70°С диоксидом хлора с концентрацией 0,7-1,0% и 0,3% соответственно в зависимости от исходной жесткости целлюлозы. Поскольку в приведенных примерах (1-10) время проведения отдельных стадий варьируется, то общее время проведения процесса отбелки составляет 7-9 часов. Полученный продукт имеет хороший выход 95,3-98,6%, значения белизны 80-88%.

К недостаткам данного способа отбелки можно отнести использование хлорсодержащего (диоксид хлора), взрывопожароопасного и дорогостоящего (перекись водорода) реагентов, а также многостадийность процесса, что сопряжено с дополнительными энергетическими, временными и материальными затратами.

Традиционные способы отбелки представляют собой многоступенчатый технологический процесс (от 5 до 8 ступеней), при котором на каждой отдельной стадии для обработки целлюлозы используют различные отбеливающие реагенты. Между ступенями отбелки производится промывка целлюлозы водой для удаления из массы отработанных растворов. Кроме того, использование в качестве отбеливающих реагентов хлора и его соединений приводит к появлению в сточных водах, а также в самой продукции высокотоксичных хлорорганических соединений (диоксинов, хлорфенолов). Большое ресурсо- и энергопотребление традиционных технологий обусловлено в основном относительно длинными процессами отбеливания, промывки, большим объемом используемой воды и высокими энергетическими затратами как на основной технологический процесс, так и на очистку стоков.

Задачей данного изобретения является разработка способа отбелки сульфатной целлюлозы без использования хлорсодержащих реагентов.

Отбелка осуществляется за счет окисления остаточного лигнина с последующей экстракцией продуктов окисления раствором щелочи.

Предлагается двухстадийный способ отбелки небеленой сульфатной целлюлозы путем чередования кислотной и щелочной обработок. На первой стадии небеленую целлюлозу с концентрацией массы 5-20% обрабатывают раствором персульфата аммония в 40-50% серной кислоте при отношении расхода персульфата аммония от 0,5 до 2 к единице массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре около 22-24°С в течение от 1 до 4 часов. На второй стадии проводят щелочную обработку целлюлозной массы с концентрацией 5-10% раствором гидроксида натрия или калия с концентрацией 3-4% при температуре, близкой к точке кипения воды, в течение 1 часа. После каждой стадии целлюлозную массу тщательно промывают водой. Техническим результатом является беленая целлюлозная масса с выходом 80-96% и содержанием целлюлозы 84-94%.

В предложенной окислительной системе, состоящей из 40-50% серной кислоты и персульфата аммония, образуется целый ряд окислителей, самым сильным из которых является кислота Каро [Закис Г.Ф., Нейберте Б.Я. Действие на лигнин персульфатов. // Химия древесины, 1971, №9, - с.109-117]. В результате протекания процесса окисления в целлюлозном волокне образуется сульфолигнин, который плохо растворяется в окислительной системе и немного лучше в промывных водах. Обработка горячим раствором щелочи способствует интенсивному переходу продуктов взаимодействия сульфолигнина со щелочью (хиноидные структуры) в раствор. Освобожденную от продуктов окисления беленую целлюлозную массу многократно промывают водой до нейтральной реакции.

В результате того, что окислительная система плохо растворяет продукты окисления (сульфолигнин и др.) и вырабатывается не полностью, она может быть использована многократно с небольшой добавкой свежего персульфата аммония и раствора серной кислоты при необходимости.

Процесс окисления проводится при температуре около 22-24°С при постоянном съеме выделяющегося тепла, что является необходимым, так как с повышением температуры снижается содержание кислоты Каро в окислительной системе, что отрицательно сказывается на процессе окисления лигнина. Также предотвращение разогрева массы позволяет минимизировать процесс деструкции целлюлозного волокна.

Полученная беленая целлюлоза была проанализирована на содержание целлюлозы, α-целлюлозы (как показатель деструкции) и жесткость. Было исследовано влияние массы окислителя и времени окислительной обработки на процесс отбелки целлюлозы. Полученные результаты сведены в таблицы 1, 2.

Пример 1

Небеленую сульфатную целлюлозу с жесткостью 85 перманганатных единиц с концентрацией массы 10% (10 грамм) обрабатывают раствором персульфата аммония в 50% серной кислоте при соотношении расхода персульфата аммония и абсолютно сухой целлюлозы 1:1 при температуре около 22-24°С в течение 1 часа. Затем целлюлозу тщательно промывают водой и подвергают щелочной обработке раствором гидроксида натрия с концентрацией 4% и концентрацией целлюлозной массы 10% при температуре, близкой к точке кипения воды, в течение 1 часа. После промывки целлюлозу высушивают.

Техническим результатом является беленая целлюлозная масса с выходом 96%, содержанием целлюлозы 84,3%, содержанием α-целлюлозы 81,5% и жесткостью 53 перманганатных единиц.

Пример 2

Небеленую сульфатную целлюлозу обрабатывают раствором персульфата аммония в серной кислоте в течение 2 часов (остальное так же, как в примере 1).

Техническим результатом является беленая целлюлозная масса с выходом 89%, содержанием целлюлозы 87,8%, содержанием α-целлюлозы 84,3% и жесткостью 39 перманганатных единиц.

Пример 3

Небеленую сульфатную целлюлозу обрабатывают раствором персульфата аммония в серной кислоте в течение 3 часов (остальное так же, как в примере 1).

Техническим результатом является беленая целлюлозная масса с выходом 84%, содержанием целлюлозы 91,4%, содержанием α-целлюлозы 87,5% и жесткостью 26 перманганатных единиц.

Пример 4

Небеленую сульфатную целлюлозу обрабатывают раствором персульфата аммония в серной кислоте в течение 4 часов (остальное так же, как в примере 1).

Техническим результатом является беленая целлюлозная масса с выходом 80%, содержанием целлюлозы 93,7%, содержанием α-целлюлозы 89,1% и жесткостью 15 перманганатных единиц.

Положительным техническим результатом предлагаемого двухстадийного способа безхлорной отбелки небеленой сульфатной целлюлозы является беленая целлюлозная масса с выходом 80-96% и содержанием целлюлозы 84-94%.

Способ касается безхлорной отбелки сульфатной целлюлозы. Он включает двухстадийную обработку небеленной сульфатной целлюлозы путем чередования кислотной и щелочной обработок. На первой стадии целлюлозу с концентрацией массы 5-20% обрабатывают раствором персульфата аммония в 40-50% серной кислоте при соотношении от 0,5 до 2 персульфата аммония к единице массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре около 22-24°С в течение от 1 до 4 часов. На второй стадии проводят щелочную обработку целлюлозной массы с концентрацией 5-10% раствором гидроксида натрия или калия с концентрацией 3-4% при температуре, близкой к точке кипения воды, в течение 1 часа. Техническим результатом является исключение использования взрывопожароопасной и дорогостоящей перекиси водорода, многостадийности процесса, сопряженного с дополнительными энергетическими, временными и материальными затратами при минимизации процесса деструкции целлюлозного волокна и высоком выходе беленой целлюлозы. 2 табл.

Способ бесхлорной отбелки сульфатной целлюлозы, включающий двухстадийную обработку небеленой сульфатной целлюлозы путем чередования кислотной и щелочной обработок, отличающийся тем, что на первой стадии целлюлозу с концентрацией массы 5-20% обрабатывают раствором персульфата аммония в 40-50% серной кислоте при соотношении расхода персульфата аммония от 0,5 до 2 к единице массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре около 22-24°С в течение от 1 до 4 ч, на второй стадии проводят щелочную обработку целлюлозной массы с концентрацией 5-10% раствором гидроксида натрия или калия с концентрацией 3-4% при температуре, близкой к точке кипения воды в течение одного часа.