СПОСОБ ОТБЕЛКИ ЛИСТВЕННОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ НА СТУПЕНИ (D) В ПРИСУТСТВИИ Mg(OH) Российский патент 2012 года по МПК D21C9/14 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к отбелке лиственной целлюлозы. Более конкретно, изобретение относится к усовершенствованиям отбелки целлюлозы на ступени D в присутствии Mg(OH)₂.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Значение рН при белении играет ключевую роль в отбелке/осветлении с СlO₂ на ступенях D1 и D2. Наше текущее понимание оптимального рН при белении с СlO₂ в большой степени основано на работе, выполненной Распоном (Raspon) в 1956 г. Исследовав восточно-канадскую хвойную сульфатную целлюлозу при Каппа 28 с традиционным хвойным белением, Рэпсон (Rapson) выяснил, что оптимальным рН на ступени D1 является 3,8, при котором достигается максимальная яркость. Максимальная яркость соответствует минимальному образованию двух непродуктивных продуктов, а именно хлорита и хлората, при белении с СlO₂. В производственной практике конечное значение рН на ступени D1 обычно поддерживают на уровне 3 - 3,5, достигая компромисса между яркостью и белением примеси. При отсутствии требования к белению примеси рН на ступени D2 обычно поддерживают на уровне 4 - 4,5. На заводах не применяются различия между оптимальным рН при белении лиственной или хвойной целлюлозы. Хотя указанные значения рН в основном используют для хвойной целлюлозы, оптимальные значения рН при белении лиственной целлюлозы намного выше значения 3,8, рекомендованного Рэпсоном.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Один аспект настоящего изобретения относится к усовершенствованному способу отбелки целлюлозы, включающему по меньшей мере одну ступень отбелки, которая заключается в обработке лиственной целлюлозы отбеливающим веществом, содержащим СlO₂, в присутствии слабого основания, например Mg(OH)₂, предпочтительно при рН приблизительно от 3,5 до 6,5.

Еще один аспект настоящего изобретения относится к усовершенствованному способу отбелки, включающему по меньшей мере одну ступень экстрагирования и по меньшей мере одну ступень отбелки, причем эта по меньшей мере одна ступень отбелки включает отбелку лиственной целлюлозы отбеливающим веществом, содержащим СlO₂, в присутствии слабого основания, например Mg(OH)₂, предпочтительно при рН приблизительно от 3,5 до 6,5.

Еще один аспект настоящего изобретения относится к усовершенствованному способу отбелки целлюлозы, включающему две или больше ступеней отбелки, по меньшей мере одна из которых, а предпочтительно две из которых, включает обработку целлюлозы отбеливателем, содержащим СlO₂, в присутствии слабого основания, такого как Mg(OH)₂.

Еще один аспект настоящего изобретения относится к усовершенствованному способу отбелки целлюлозы, включающему последовательность отбелки, выбираемую из группы, состоящей из следующей формулы:

трехступенчатая последовательность отбелки: D_oED₁ - где Е может быть Е, Ео, Ер или Еор;

четырехступенчатая последовательность отбелки: D_oED₁D₂ - где Е может быть Е, Ео, Ер или Еор;

четырехступенчатая последовательность отбелки: D_oED₁P - где Е может быть Е, Ео, Ер или Еор;

пятиступенчатая последовательность отбелки: D_oE₁D₁E₂D_o - где Е может быть Е, Ео, Ер или Еор, и Е₂ может быть Ер с промывкой между ступенями, и в которой D является ступенью, на которой целлюлозу обрабатывают отбеливателем, содержащим СlO₂. Первая ступень D_o является ступенью делигнификации. Вторая и третья ступени D₁ и D₂ являются ступенями отбелки, на которых используют СlO₂ в присутствии Mg(OH)₂ при рН приблизительно от 3,5 до 6,5.

Е является ступенью экстрагирования, где Е может быть Е, Ео, Ер, Еор. Ступень экстрагирования Ео определена как обработка целлюлозы кислородом в присутствии основания. Ступень экстрагирования Е определена как обработка целлюлозы в присутствии основания. Ступень экстрагирования Ер определена как обработка целлюлозы пероксидом в присутствии основания. Ступень экстрагирования Еор определена как обработка целлюлозы кислородом и пероксидом в присутствии основания.

Способ настоящего изобретения имеет одно или несколько преимуществ над известными способами осветления беленых целлюлоз. Например, преимущества некоторых вариантов осуществления способа настоящего изобретения включают: 1) повышение эффективности отбелки, которая определена как повышение яркости на единицу СlO₂, 2) снижение затрат на отбелку, 3) высокая и стабильная яркость целлюлозы, 4) повышение чистоты целлюлозы, 5) сочетание двух и больше вышеупомянутых преимуществ. Mg(OH)₂ более эффективно, чем NaOH, при подъеме рН ступени D₁ и дает более хорошие результаты повышения яркости и удаления примеси на ступени D₁ при том же значении рН. В отличие от NaOH, Mg(OH)₂ является более слабым основанием и дает более хороший буферный эффект рН, что способствует равномерности и стабильности рН в колонне D1 по сравнению с NaOH. Способность Mg(OH)₂ достигать более высокого рН и более хорошей равномерности и стабильности рН, чем у NaOH, является основой улучшенных технических характеристик ступени D₁ с Mg(OH)₂.

Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения могут иметь одно из вышеупомянутых преимуществ, тогда как другие могут иметь два или больше преимуществ в любом сочетании.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Полностью понять изобретение можно из последующего описания предпочтительных вариантов осуществления, взятого вместе с прилагаемыми чертежами, на которых:

ФИГ.1 - схема способа изготовлении целлюлозы в соответствии с настоящим изобретением;

ФИГ.2 - график влияния СlO₂ на оптимальное значение рН при отбелке лиственной целлюлозы;

ФИГ.3 - график влияния ClO₂ на лиственную целлюлозу;

ФИГ.4 - график влияния рН и источника каустика на яркость лиственной целлюлозы D1 в соответствии с настоящим изобретением;

ФИГ.5 - график влияния рН и источника каустика на яркость эвкалиптовой целлюлозы D1 в соответствии с настоящим изобретением;

ФИГ.6 - график влияния рН и СlO₂ на яркость лиственной целлюлозы D1 в соответствии с настоящим изобретением;

ФИГ.7 - график влияния источника каустика на белимость лиственной целлюлозы Еор.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Хотя настоящее изобретение может быть осуществлено в различных формах, оно показано на чертежах и в примерах и будет теперь описано как предпочтительные варианты осуществления при том понимании, что настоящее раскрытие должно считаться иллюстрацией принципов изобретения и не предназначено для ограничения широкого аспекта изобретения приведенными вариантами осуществления.

Один аспект настоящего изобретения относится к усовершенствованному способу отбелки целлюлозы, включающему по меньшей мере одну ступень отбелки, которая заключается в обработке лиственной целлюлозы отбеливающим веществом, содержащим ClO₂, в присутствии слабого основания, например Mg(OH)₂, предпочтительно при рН приблизительно от 3,5 до 6,5.

Значение рН по меньшей мере одной (D) ступени отбелки находится в диапазоне от больше 3 до 6,5. Можно использовать любое значение рН в этом диапазоне. Например, рН может быть высоким, как, например, приблизительно 6 или 6,5, и низким приблизительно 3-3,5. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения рН составляет приблизительно от 4 до 6. В более предпочтительных вариантах осуществления рН составляет приблизительно от 4,5 до 6 и в наиболее предпочтительных вариантах осуществления рН составляет приблизительно от 4,5 до 5,5.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения рН по меньшей мере на одной (D) ступени отбелки выше, чем рН на традиционной ступени отбелки D. Преимуществами более высокого рН являются повышенная эффективность отбелки, повышенная эффективность удаления примеси, более высокая яркость, более стабильная яркость, что означает повышенную стабильность яркости или сочетание двух или более этих факторов.

Слабое основание используется по меньшей мере на одной ступени отбелки для контроля рН. Используемый здесь термин «слабое основание» определен как химическое основание с неполным протонированием. Это приводит к относительно низкому уровню рН по сравнению с сильными основаниями. Без привязки к любой теории мы полагаем, что слабое основание является любым соединением, которое может поставлять базовые ионы, такие как (ОН^-), для нейтрализации протонов (Н⁺), выделяемых при органических реакциях, таких как отбелка целлюлозы, для буферизации рН при относительно постоянном значении или в пределах узкого диапазона.

Примерами слабых оснований, которые можно использовать в настоящем изобретении, являются NaH₂PO₃, Ca(OH)₂, NH₄OH, NаНСО₃, НОССН₃- и Mg(OH)₂. Mg(OH)₂ является предпочтительным слабым основанием, поскольку в дополнение к его частичной диссоциации для высвобождения (ОН-) частичная растворимость Mg(OH)₂ позволяет непрерывно солюбилизировать Mg(OH)₂ в ответ на высвобождаемые кислоты или протоны в реакциях отбелки, так как растворимость Mg(OH)₂ повышается с уменьшением рН раствора.

Количество и тип слабого основания определяются целевым рН в конце реакции отбелки.

Отбеливатель, используемый в способе настоящего изобретения, содержит СlO₂. Отбеливатель может содержать и другие ингредиенты в смеси с ClO₂, например элементарный хлор и инертные газы, такие как воздух.

Количество СlO₂, используемого по меньшей мере на одной ступени отбелки, может изменяться в широких пределах и является количеством, достаточным для отбелки лиственной целлюлозы до желательной яркости. Количество СlO₂ обычно равно или больше приблизительно равно или больше приблизительно 0,1% от совокупной массы целлюлозы (печной сушки), предпочтительно количество СlO₂ приблизительно составляет от 0,2% до 1%, более предпочтительно количество СlO₂ составляет приблизительно от 0,2% до 0,8% и наиболее предпочтительно количество СlO₂ составляет приблизительно от 0,3% до 0,5%.

Консистенция (CSC) по меньшей мере на одной ступени отбелки целлюлозы может меняться в широких пределах, и можно использовать любую консистенцию, которая дает желательное повышение яркости целлюлозы. Целлюлозу можно отбеливать в условиях низкой консистенции (приблизительно от 3 до 4 от совокупной массы смеси целлюлозы и отбеливающих химических веществ), средней консистенции (приблизительно от 8% до 14% от совокупной массы смеси целлюлозы и отбеливающих химических веществ) или высокой консистенции (приблизительно от 25 до 30 от совокупной массы смеси целлюлозы и отбеливающих химических веществ). Консистенция предпочтительно составляет от 5 до 15, более предпочтительно приблизительно от 8 до 15 и наиболее предпочтительно приблизительно от 10% до 20%.

Время выдержки по меньшей мере на одной ступени отбелки может изменяться в широких пределах, и можно использовать время традиционных ступеней отбелки. Обычно время выдержки составляет не меньше 180 минут. Время выдержки составляет приблизительно от 10 минут до 300 минут, предпочтительно составляет приблизительно от 60 минут до 240 минут, более предпочтительно от 120 минут до 200 минут и наиболее предпочтительно приблизительно от 150 минут до 180 минут

Температура отбелки по меньшей мере на одной ступени отбелки может меняться в широких пределах, и можно использовать температуру, обычно используемую на ступенях отбелки. Например, подходящей температурой может быть 55°С или ниже и 85°С или выше. В способе настоящего изобретения температура отбелки составляет приблизительно от 60°С до 80°С, предпочтительно приблизительно от 60°С до 75°С, более предпочтительно приблизительно от 65°С до 75°С и наиболее предпочтительно приблизительно от 65°С до 70°С.

Однако одним из преимуществ предпочтительно варианта осуществления настоящего изобретения является повышенная эффективность отбелки по меньшей мере на одной ступени отбелки. Эффективность отбелки определена как полученная яркость на единицу СlO₂. Эффективность отбелки в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения составляет предпочтительно не меньше 0,3, более предпочтительно не меньше 0,35 и наиболее предпочтительно не меньше 0,37. Эффективность отбелки в предпочтительном варианте осуществления больше, чем в таком же или в сущности таком же способе отбелки, в котором используют NaOH вместо Mg(OH)₂ по меньшей мере на одной ступени отбелки, а именно эффективность отбелки целлюлозы приблизительно на 5% выше, чем в таком же способе отбелки, в котором используют NaOH, а не Mg(OH)₂, по меньшей мере на одной ступени отбелки.

Еще одним преимуществом предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения является уменьшение количества примеси после по меньшей мере одной ступени отбелки по сравнению с таким же или в сущности таким же способом, в котором не применяют Mg(OH)₂. Например, уменьшение количества примеси обычно составляет приблизительно на 0,1%, предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 0,1%, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 0,015% и наиболее предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 0,12% меньше, чем в таком же или в сущности таком же способе отбелки, в котором не применяют Mg(OH)₂ с получением такого же или в сущности такого же уровня яркости целлюлозы на ступенях Еор и/или Ер.

Кроме того, яркость и вязкость целлюлозы были выше, чем при обработке NaOH, что указывает на положительный эффект Mg(OH)₂, использованного для обработки, на эффективность отбелки. Например, вязкость обычно по меньшей мере приблизительно на 1,5%, предпочтительно по меньшей мере 2%, более предпочтительно по меньшей мере 2,5% и наиболее предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 3% выше вязкости целлюлозы, чем в таком же или в сущности таком же способе отбелки, в котором не применяют Mg(OH)₂. Например, яркость обычно по меньшей мере приблизительно на 0,5 пункта, предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 0,75 пункта, более предпочтительно приблизительно на 1,0 пункт и наиболее предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 1,5 пункта выше яркости целлюлозы в таком же или в сущности таком же способе отбелки, в котором не применяют Mg(OH)₂.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения способ отбелки также включает по меньшей мере одну ступень экстрагирования до по меньшей мере одной ступени отбелки.

Традиционные параметры способа, применяемые на этих ступенях экстрагирования, хорошо известны в данной области, смотрите, например, публикацию «Принципы отбелки целлюлозы и практика отбелки целлюлозы» (Pulp Bleaching Principles и Practice of Pulp Bleaching), Карлтон У. Денс и Дуглас У. Рив (Carlton W. Dence, Douglas W. Reeve), издательство TAPPI Press, 1996, и указанные в ней справочные материалы. Соответственно, они не будут здесь описаны подробно.

Однако одним из преимуществ предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения является уменьшение количества химикатов для отбелки, таких как СlO₂ на ступени D₁, по сравнению с таким же или в сущности таким же способом отбелки, в котором не используют Mg(OH)₂. Например, уменьшение количества СlO₂ обычно по меньшей мере приблизительно на 5%, предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 10%, более предпочтительно приблизительно от 15% до 50% и наиболее предпочтительно приблизительно от 20% до 25% меньше чем количество СlO₂, используемое в таком же или в сущности таким же способе отбелки, в котором не используют Mg(OH)₂, для получения такого же или в сущности такого же уровня яркости на ступенях Еор и/или Ер.

Еще одним преимуществом предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения является уменьшение количества частиц примеси на по меньшей мере одной ступени отбелки по сравнению с таким же или в сущности таким же способом отбелки, в котором не используют Mg(OH)₂. Например, количество частиц примеси обычно по меньшей мере приблизительно на 4%, предпочтительно по меньшей мере приблизительно на 5%, более предпочтительно приблизительно от 7% до 20% и наиболее предпочтительно приблизительно от 8% до 15% меньше, чем количество частиц примеси в таком же или в сущности таким же способе отбелки, в котором не используют Mg(OH)₂ при получении такого же или в сущности такого уровня яркости целлюлозы на ступени D_o.

Еще один аспект настоящего изобретения относится к усовершенствованному способу отбелки, включающему по меньшей мере одну ступень экстрагирования и по меньшей мере одну ступень отбелки, причем по меньшей мере одна ступень отбелки заключается в отбелке лиственной целлюлозы с помощью отбеливателя, содержащего ClO₂ в присутствии слабого основания, например, Mg(OH)₂ предпочтительно при рН приблизительно от 3,5 до 6,5.

По меньшей мере одну ступень экстрагирования проводят перед по меньшей мере одной ступенью отбелки, и можно использовать любой тип экстрагирования или делигнификации. В предпочтительном варианте осуществления изобретения ступень экстрагирования проводят на ступени D_o, E, Ео, Ер и Еор или их сочетании, где D_o,Eo, Ep, Еор определены выше. На ступени D_o, E, Ео, Ер или Еор можно использовать известные способы и устройства. Смотрите, например, публикацию «Принципы отбелки целлюлозы и практика отбелки целлюлозы», Карлтон У. Денс и Дуглас У. Рив, TAPPI Press, 1996, и указанные в ней справочные материалы. В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения целлюлозу экстрагируют на ступени Do и ступени Еор.

Дополнительно к по меньшей мере одной ступени отбелки и ступени экстрагирования способ также может включать одну или более дополнительных ступеней. Такая последовательность отбелки включает DoEopD_n, ODoEopD_n, DoEopD₁D₂, ODoEopD₁D₂, DoEopD₁EpD₂, ODoEopD₁EpD₂, DoEopD₁P, O(D₀/C)EopD₁, D₀EopD₁, D₀EOPD₁, D₀EopED₁, D₀ED₁EpEopD₂, ZED_oEop, ZD_oEopD₁, D₀EpZEop, D₀EpZD₁Z, D₀D₁EopPP, D₀D₁EopZ, DoEopD₁, ODoEopD₁, DoEopD₁, ODoEopD₁, DoEopD₁EpD₂, ODoEopD₁EpD₂, DEopD₁P и т.п., где D, D₁, D₂, Ео, E, Ер и Еор определены выше, a Z - озон, О - кислород, Р - пероксид, D/C - смесь диоксида хлора и элементарного хлора, и два или больше символов в скобках указывают на отсутствие ступени промежуточной промывки. Способы и устройства, используемые в D, Z, E, Ео, Ер, Еор, О, Р, D/C, традиционные и хорошо известны в данной области. Смотрите, например, публикацию «Принципы отбелки целлюлозы и практика отбелки целлюлозы», Карлтон У. Денс и Дуглас У. Рив, TAPPI Press, 1996 и указанные в ней справочные материалы.

Количество экстрагирующего агента (например, гидроксида калия и т.д.), используемого при осуществлении настоящего изобретения на практике, может изменяться в широких пределах, и можно использовать любое количество, достаточное для получения желательной эффективности экстрагирования лигнина и желательной степени яркости. Количество используемого экстрагирующего агента обычно составляет по меньшей мере приблизительно 0,1% от сухой массы целлюлозы. Предпочтительно количество экстрагирующего агента составляет приблизительно от 0,2% до 0,5%, более предпочтительно от 0,15% до 0,35% и наиболее предпочтительно приблизительно 0,25% от сухой массы целлюлозы.

Растительный источник лиственной целлюлозы для использования в настоящем изобретении не критичен при условии, что он дает лиственную целлюлозу, и может быть любым волокнистым растением, которое может быть подвергнуто химической отбелке целлюлозы. Примерами таких волокнистых растений являются лиственные волокнистые деревья, такие как осина, эвкалипт, клен, береза, каштан и акация. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере часть волокон целлюлозы может быть получена из недревесных травянистых растений, включая без ограничения кенаф, коноплю, джут, лен, сизаль или абаку, хотя юридические ограничения и другие соображения могут сделать использование конопли и других источников волокон непрактичным или невозможным. Источником целлюлозы для осуществления настоящего изобретения на практике предпочтительно является лиственные эвкалипт, осина, клен, береза, каштан и акация.

Целлюлоза, используемая в способе настоящего изобретения, может быть получена путем обработки волокнистого растения любым способом химической варки. После окончания варки древесной массы целлюлозу отделяют от использованной варочной жидкости. Использованную варочную жидкость затем извлекают и восстанавливают для последующего использования. Целлюлозу отбеливают и очищают в установке отбелки.

Целлюлозу настоящего изобретения также можно использовать в производстве бумаги и упаковочных изделий, например бумаги для печати, письма, публикаций, обложек и картонных изделий. Примеры таких изделий и способов их производства описаны в патентах США №5,902,454 и 6,464,832.

Например, при производстве бумаги или картона из беленой целлюлозы настоящего изобретения или смеси целлюлоз, содержащих беленую целлюлозу настоящего изобретения, готовят водную композицию для изготовления бумаги, которая также содержит одну или несколько добавок, которые придают листу конкретные качества или усиливают их или которые регулируют другие параметры процесса. Примером таких добавок являются квасцы, которые используют для регулирования рН, закрепления добавок на волокнах целлюлозы и улучшения удерживания волокон целлюлозы на бумагоделательной машине. Другими химикатами на основе алюминия, которые могут быть добавлены в композицию, являются алюминат натрия, полиалюминийсиликат-сульфат и полиалюминийхлорид. Другими химикатами для мокрой секции, которые могут быть включены в композицию для изготовления бумаги в традиционных целях, являются кислоты и основания, проклеивающие агенты, сухопрочные смолы, влагопрочные смолы, наполнители, красители, средства удерживания, флоккулянты волокон, противопенные добавки, средства усиления дренирования, оптические осветлители, химикаты регулирования смолы, слимициды, биоциды, специальные химикаты, такие как ингибиторы коррозии, огнестойкие и противолаковые химикаты и т.п.

Водную композицию для изготовления бумаги, содержащую беленую целлюлозу и соединения на основе алюминия, откладывают на формующую сетку бумагоделательной машины для формирования мокрого полотна бумаги или картона, и мокрое полотно бумаги или картона сушат для получения высушенного полотна. Бумагоделательные машины и их использование для изготовления бумаги хорошо известны в данной области и не будут описаны подробно. Смотрите, например, "Химия целлюлозы и бумаги" и "Справочник технолога целлюлозно-бумажной промышленности". Для примера, водную композицию для изготовления бумаги, содержащую целлюлозу, соединения на основе алюминия и другие добавки и обычно имеющую консистенцию приблизительно от 0,3% до 1%, откладывают из напорного ящика подходящей бумагоделательной машины, например машины Фурдринье с двумя или одной сеткой. Отложенную композицию для изготовления бумаги обезвоживают под вакуумом в секции формовки. Обезвоженная композиция транспортируется из секции формовки в прессовую секцию на фетры специальной конструкции, проходит через серию зон контактов валов, которые удаляют воду и уплотняют мокрое полотно бумаги, и после этого в секцию сушки, где мокрое полотно бумаги сушат для получения высушенного полотна бумаги настоящего изобретения. После сушки высушенное полотно бумаги может быть по желанию подвергнуто нескольким операциям сухой секции, таким как нанесения покрытия, проклейка и каландрирование.

Бумага, изготовленная в соответствии с настоящим изобретением, может быть использована в традиционных целях. Например, бумага может использоваться в качестве бумаги для печати, бумаги для публикаций, газет и т.п.

Настоящее изобретение описано более подробно в следующих примерах и сравнительных примерах, которые предназначены для более практического иллюстрирования изобретения, но не для его ограничения.

Пример 1

На ФИГ.1 показана часть установки отбелки 10, которую используют для производства беленой целлюлозы в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения. Небеленая целлюлоза 12 транспортируется в резервуар низкой плотности 14 по линии 16. В резервуаре низкой плотности 14 небеленую целлюлозу 12 дополнительно разбавляют водой и затем смешивают с ClO₂ в мешалке 18 перед тем, как подать целлюлозу 12 в колонну делигнификации Do 22 по линии 20. В колонне делигнификации Do 22, лигнин окисляется, и затем целлюлоза 12 транспортируется в промывочный резервуар 24 по линиям 26 для удаления окисленного лигнина и неорганических веществ. После последней ступени промывки Do 28 целлюлоза предпочтительно имеет консистенцию приблизительно от 8% до 15%. Целлюлоза 12 затем может быть подана в установку экстрагирования пероксидом (Еор). После ступени Еор целлюлоза 12 может храниться в резервуаре для хранения (не показан) до первой ступени 40 кислой отбелки. В предпочтительном варианте осуществления изобретения целлюлозу 12 подают во вторую промывную установку 32 по линии 31. После второй промывной установки 32 в целлюлозу добавляют Mg(OH)₂ до подачи ее на первую ступень 40 кислой отбелки. На первой ступени 40 кислой отбелки целлюлозу 12 отбеливают в кислых условиях отбеливателем, содержащим диоксид хлора. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, которые показаны на ФИГ.1, отбеливателем является диоксид хлора, содержащий меньше приблизительно 1,5%, предпочтительно меньше приблизительно 1%, более предпочтительно меньше приблизительно 0,5% и наиболее предпочтительно меньше приблизительно 0,3% активного отбеливателя - элементарного хлора. В лучших вариантах осуществления активным отбеливателем является диоксид хлора, который не содержит или практически не содержит элементарного хлора (т.е. меньше приблизительно 1%-5%). Скорость применения, рН, время и температура на ступени кислой отбелки могут изменяться в широких пределах, и можно использовать любые значения, известные в данной области.

Беленую целлюлозу 12 транспортируют по линии 42 по меньшей мере на одну промывную установку или папмашину 44 после первой ступени кислой отбелки.

Конечный рН первой ступени кислой отбелки имеет очень большое значение для преимуществ настоящего изобретения. Значение рН больше 3,5 и предпочтительно равно или больше приблизительно 4,5. Значение рН предпочтительно не больше 6. В предпочтительных вариантах осуществления конечный рН составляет приблизительно от 4,5 до 6,5 и в наиболее предпочтительных вариантах осуществления составляет приблизительно от 4,5 до 6.

Целлюлоза может быть удалена из системы и использована в обычных целях, или целлюлоза может пройти одну или несколько дополнительных ступеней первой кислой и/или щелочной отбелки и/или ступень второй кислой отбелки. Например, может быть выполнена дальнейшая отбелка целлюлозы одним или несколькими отбеливателями, выбираемыми из группы, состоящей из пероксида, диоксида хлора и озона. Такие ступени дополнительной отбелки могут быть выполнены без последующей промывки или с последующей одной или несколькими ступенями промывки. Как показано на ФИГ.3, целлюлоза может транспортироваться со ступени 40 по линии 42 на ступень 44 промывки после кислой отбелки, где целлюлозу промывают. Промытая целлюлоза выходит из последовательности отбелки по линии 46 для традиционного использования, например, в бумагоделательном процессе.

Пример 2 - Лабораторная отбелка D₁ в Установке В

Целлюлоза была изготовлена из южной лиственной древесины щелочной варки. Небеленая целлюлоза Еор имела перманганатное число 4,9, яркость 52,2% и вязкость 25 сП. Порядок измерения перманганатного числа, яркости и вязкости описан ниже.

Отбелку выполняли в герметичных пластиковых мешках. Все образцы целлюлозы предварительно нагрели до температуры отбелки, и все химикаты добавляли последовательно и тщательно перемешивали с целлюлозой перед добавлением следующего химиката. Последовательность добавления химикатов на ступенях D: деионизированная вода, каустик (для регулирования рН) и ClO₂.

После завершения ступени отбелки D₁ целлюлозу отжимали, чтобы собрать фильтрат для измерения рН, остатка и ХПК. Целлюлозу снова разводили до консистенции 1% деионизированной водой и обезвоживали на воронке Бюхнера, что повторяли несколько раз для моделирования ступени промывки на заводе. Промытую целлюлозу анализировали на яркость, стабильность яркости, вязкость, перманганатное число и количество примеси. Порядок операций описан ниже.

Яркость

Приблизительно 5 г целлюлозы накатывали или напрессовывали на диск и давали полностью высохнуть. Яркость измеряли на обеих сторонах слоя, проводя на каждой стороне не меньше четырех измерений, и затем вычисляли среднее значение. Эти показания получали на измерителе яркости GE, который измеряет направленную яркость, или на измерителе яркости ISO, который измеряет рассеянную яркость. Оба инструмента изготовлены компанией Technidyne Corp.

Стабильность яркости

Стандартное лабораторное испытание стабильности яркости выполняли путем помещения слоя целлюлозы (после измерения яркости) в печь с температурой 105°С на 60 минут. После этого яркость измеряли снова, определяя стабильность яркости.

Вязкость

Измерение вязкости используется для сравнения относительной прочности целлюлозы. Это свойство используется для определения процентного содержания лиственной/хвойной целлюлозы при изготовлении различных сортов бумаги. Вискозиметр Cannon-Fenske (200), калиброванный при 25°С, использовали для испытаний беленых целлюлоз. Размер образца составлял 0,2000 г, использовали 20 мл 1-молярного CED и 20 мл деионизированной воды при тщательном перемешивании для разделения волокон целлюлозы.

Перманганатное число

Перманганатное число указывает количество лигнина в целлюлозе. (Показатель Каппа обычно используют только для небеленой целлюлозы, а значение перманганатного числа применяется к беленой целлюлозе.) Порядок определения перманганатного числа следующий.

1. Отвесить точно 1,00 г образца.

2. Поместить образец в блендер с 700 мл деионизированной воды и перемешивать 45 секунд, вылить образец в широкогорлый сосуд на перемешивающую пластинку.

3. Добавить точно 25 мл 0,1-нормального перманганата калия и 25 мл 4-нормальной H₂SO₄, задав на таймере 5 минут.

4. После остановки таймера добавить 6 мл 1-молярного KI и дать ему тщательно перемешаться для прекращения реакции.

5. Титровать до конечной точки крахмала 0,1-нормальным тиосульфатом натрия. Записать количество миллилитров.

6. В 700 мл деионизированной воды без образца целлюлозы использовать те же реагенты и титровать для использования в качестве контрольной пробы. При использовании точно приготовленного перманганата калия контрольная проба должна быть 25,0.

7. Вычесть количество миллилитров на титрование образца из количества миллилитров на титрование контрольной пробы, результатом будет перманганатное число.

Примесь

Подсчет количества частиц примеси в целлюлозе обычно проводят визуально на всех пятнах примеси на слое для измерения яркости, и количество является суммой всех пятен примеси по показателю температуры TAPPI.

Весь анализ фильтрата и целлюлозы был выполнен по стандартным опубликованным процедурам, которые понятны для специалистов в данной области. Лабораторная отбелка на ступени D₁ была проведена при 0,8% СlO₂ и 60°С в течение 150 минут.

Результаты приведены в таблице 1 и на ФИГ.2.

Таблица 1 Влияние рН на ступени D1 на белимость - источник каустика NaOH Каустик, % 0 0,1% 0,2% рН 4,03 4,35 5,2 Остаточный СlO₂, % 0 0 0 Яркость D₁,% 78,6 80,0 81,9 Отр. яркость, % 76,5 77,7 78,9 Примесь, частей на миллион 0,1 0,05 0,12 Вязкость, сП 24,9 24,8 24,6

Пример 3

Использовали способ и целлюлозу из Примера 2, NaOH был заменен Mg(OH)₂, яркость, вязкость и количество примеси определяли согласно процедуре из Примера 2.

Результаты приведены в таблице 2 и на ФИГ.3.

Таблица 2 Влияние рН D₁ на белимость - источник каустика Mg(OH)₂ Каустик, % 0,05 0,1% 0,2% рН 4,37 5,05 6,88 Остаточный СlO₂, % 0 0,04 0,228 Яркость D₁, % 79,6 82,6 80 Отр. яркость, % 76,3 79,3 78,9 Примесь, частей на миллион 0 0 0,09 Вязкость, сП 25,1 24,3 24,6

Пример 4 - Лабораторная отбелка на ступени D₁ на установке С

Использовали процедуру из Примера 2 и исследовали отбелку целлюлозы Еор на ступени D₁ па установке С. Полученная целлюлоза имела перманганатное число 3,6, яркость 72,7%, вязкость 10,5 сП и консистенцию 11%. Результаты приведены в таблицах 3 и 4 и на ФИГ.4,5.

Таблица 3 Влияние pH на ступени D₁ на белимость - источник каустика NaOH
Установка С эвкалиптовая целлюлоза Еор Каустик, % 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Остаточный ClO₂, % 0 0 0 0 0,05 pH 3,64 4,03 4,45 4,7 5,19 Яркость, % 84,9 85,4 85,4 86 86,4 Примесь по Tappi, частей на миллион 0 0 0 0 0 Вязкость, сП 10,2 10,1 9,8 9 8,9

Таблица 4 Влияние pH ступени D₁ на белимость - источник каустика Mg(OH)₂
Эвкалиптовая целлюлоза Еор Pensacola Источник каустика NaOH Mg(OH)₂ Mg(OH)₂ Каустик, % 0,40 0,25 0,2 Остаточный СlO₂, г/л 0,048 0,034 0,019 pН 5,22 5 4,83 Яркость, % 86,4 86,7 87,1 Отраженная яркость, % 84 84,8 85 Примесь по Tappi, частей на 0 0 0 Вязкость, сП 9 10,3 10,3

Пример 5 - Лабораторная отбелка на ступени D₁ целлюлозы на установке D

Используя процедуру из Примера 2, оценивали лиственную целлюлозу Еор на установке D, имевшую перманганатное число 3,3, яркость 67% и вязкость 35,4 сП, за тем исключением, что условия на ступени D₁, смоделированные в лаборатории, были 120 мин, 68°С и консистенция 10%. Результаты приведены в таблицах 5 и 6 и на ФИГ.6 и 7.

Таблица 5 Влияние рH и количества СlO₂ на белимость на ступени D₁ Количество СlO₂=0,8% NaOH, %   0 0,2 0,4 Остаточный СlO₂, г/л   0 0,056 0,31 рН   4,04 4,97 6,86 Яркость, %   86 87,8 85,9 Отраженная яркость, %   84 85,2 83 Вязкость, сП   36,6 34,6 27,5 Примесь по Tappi, частей на миллион   0 0 0 Количество СlO₂=1,1% NaOH, % 0 0,2 0,35 0,4 Остаточный ClO₂, г/л 0 0,024 0,029 0,049 pН 3,53 4,08 4,66 4,77 Яркость, % 87,6 88 88,7 88,3 Отраженная яркость, % 85 86,0 86,3 - Примесь по Tappi, частей на миллион 0,6* 0 0,65* - Вязкость, сП 34,6 34,3 32,4 - * Может быть ложным из-за нулевого количества примеси при пониженном количестве СlO₂

Таблица 6 Влияние р11 и источника каустика на белимость на ступени Количество СlO₂=0,8% Источник каустика NaOH Mg(OH)2 Mg(ОН)2 Mg(ОН) Каустик, % 0,2 0,1 0,15 0,2 Остаточный ClO₂, г/л 0,056 0 0,01 0,12 pН 5,04 4,52 5 5,62

Яркость, % 87,5 87,3 87,8 87,5 Отраженная яркость, % 85,2 85,2 85,7 85,3 Примесь по Tappi, частей на миллион 0,3 0 0 0 Вязкость, сП 33,6 33,4 34,0 34

Оптимальное значение рН на ступени D₁ увеличивается с уменьшением количества СlO₂: 4,7 при 1,1% СlO₂ и 5 при 0,8% СlO₂. На установке сейчас используют приблизительно 1,1% СlO₂ на ступени D₁ и регулируют рН приблизительно до 3. Результаты лабораторной отбелки выявили два потенциальных усовершенствования.

- Подъем рН на ступени D₁ с текущих 3 до 4,7 при текущем количестве СlO₂ 1,1% увеличит яркость целлюлозы приблизительно на 1,5%.

- Более высокая яркость может быть получена путем использования 0,8% ClO₂ при рН 5, что в текущее время достигается путем использования 1,1% СlO₂ при рН 3-3,5, давая экономию СlO₂ 6 фунтов на тонну.

Потенциального риска увеличения количества примеси при высоком рН на ступени D₁ отбелки можно избежать путем использования Mg(OH)₂ в качестве источника каустика для регулирования рН (таблица 6). Как показано на ФИГ.4, оптимальный рН на ступени D₁ и максимальная яркость кажется одинаковы для NaOH и Mg(OH)₂ для лиственной целлюлозы Еор для установки D.

Различные модификации и изменения могут быть внесены в вышеописанные варианты осуществления изобретения. Предполагается, что все варианты осуществления и их модификации и изменения входят в объем изобретения, определенный в пунктах формулы изобретения.

Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу отбелки целлюлозы, включающему, по меньшей мере, одну ступень отбелки, которая включает обработку лиственной целлюлозы отбеливателем, содержащим СlO₂, в присутствии слабого основания, например Mg(OH)₂, предпочтительно при рН от 3,5 до 6,5 и при температуре от 55°С до 85°С. Консистенция целлюлозы составляет от 10% до 20% и время выдержки составляет от 10 минут до 300 минут. Изобретение также относится к способу отбелки целлюлозы, имеющему две или больше ступеней отбелки, по меньшей мере, одна, а предпочтительно две, из которых включают обработку целлюлозы отбеливателем, содержащим СlO₂, в присутствии слабого основания, например Mg(OH)₂ предпочтительно при рН от 3,5 до 6,5. Изобретение позволяет повысить эффективность отбелки целлюлозы, снизить затраты на отбелку, повысить чистоту целлюлозы и получить целлюлозу с высокой и стабильной яркостью. 8 з.п. ф-лы, 5 пр., 6 табл., 7 ил.

1. Усовершенствованный способ отбелки целлюлозы, включающий: по меньшей мере одну ступень отбелки, которая включает обработку лиственной целлюлозы отбеливателем, содержащим ClO₂, в присутствии NaH₂PO₃, Ca(OH)₂, NH₄OH, NaHCO₃, НОССН₃- и Mg(OH)₂ при рН от 3,5 до 6,5 и при температуре от 55°С до 85°С, отличающийся тем, что консистенция целлюлозы составляет от 10% до 20%, и время выдержки составляет от 10 мин до 300 мин.

2. Способ отбелки по п.1, отличающийся тем, что рН целлюлозы составляет от 4,5 до 5,50.

3. Способ отбелки по п.1, отличающийся тем, что эффективность отбелки целлюлозы на 5% выше, чем в таком же способе отбелки, в котором используют NaOH, а не Mg(OH)₂, по меньшей мере на одной ступени отбелки.

4. Способ отбелки по п.1, отличающийся тем, что количество примеси после по меньшей мере одной ступени отбелки по меньшей мере на 15% меньше чем в таком же или в сущности таком же способе, в котором не используют Mg(OH)₂.

5. Способ отбелки по п.1, отличающийся тем, что вязкость целлюлозы по меньшей мере на 3% больше чем вязкость целлюлозы, изготовленной таким же или в сущности таким же способом отбелки, в котором не используют Mg(OH)₂.

6. Способ отбелки по п.1, отличающийся тем, что яркость целлюлозы по меньшей мере на 10% больше чем яркость целлюлозы, изготовленной таким же или в сущности таким же способом отбелки, в котором используют NaOH.

7. Способ отбелки по п.1, отличающийся тем, что количество СlO₂, используемое по меньшей мере на одной ступени отбелки составляет от 0,1% до 0,5%.

8. Способ отбелки по п.1, кроме того, включающий по меньшей мере одну ступень экстрагирования, выполняемую на ступени D₀, E, Ео, Ер, Еор и их сочетании, где D₀ является ступенью делигнификации, Е является ступенью обработки целлюлозы в присутствии основания, Ео является ступенью обработки целлюлозы кислородом в присутствии основания, Ер является ступенью обработки целлюлозы пероксидом в присутствии основания, Еор является ступенью обработки целлюлозы кислородом и пероксидом в присутствии основания.

9. Способ отбелки по п.1, имеющий последовательность отбелки, выбираемую из группы, состоящей из: D₀EopD₁, OD₀EopD₁, D₀EopD₁D₂, OD₀EopD₁D₂, D₀EopD₁EpD₂, OD₀EopD₁EpD₂, D₀EopD₁P, O(D/C)EopD₁, D₀EopD₁, D₀EOpD₁, D₀EopED₁, D₀ED₁EpEopD₂, ZED₀Eop, ZD₀EopD₁, D₀EpZEop, D₀EpZD₁Z, D₀D₁EopPP, D₀D₁EopZ, D₀EopD₁, OD₀EopD₁, D₀EopD₁, OD₀EopD₁, D₀EopD₁EpD₂, OD₀EopD₁EpD₂ и DEopD₁P, отличающийся тем, что D₀ является ступенью делигнификации, D₁ и D₂ являются ступенями отбелки, на которых используют СlO₂, в присутствии Mg(OH)₂ при рН приблизительно от 3,5 до 6,5, D/C являются смесью диоксида хлора и элементарного хлора, и два или больше символов в скобках указывают на отсутствие ступени промежуточной промывки, Е, Ео, Ер, Еор, Z, О определены следующим образом: Ео - обработка целлюлозы кислородом в присутствии основания, Е - обработка целлюлозы в присутствии основания, Ер - обработка целлюлозы пероксидом в присутствии основания, Еор - обработка целлюлозы кислородом и пероксидом в присутствии основания, Z - озон, и О - кислород, Р - пероксид.