СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ МИСКАНТУСА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ Российский патент 2022 года по МПК D21C1/04 D21C3/02 D21C5/00 

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и касается способа получения целлюлозы из мискантуса для химической переработки, пригодной для выработки нитроцеллюлозы, гидратцеллюлозных волокон и карбоксиметилцеллюлозы.

В настоящее время целлюлозу для химической переработки в промышленных масштабах получают в основном щелочными, кислотными способами и модификациями, а в качестве целлюлозосодержащего сырья используют в основном древесину.

Обоим этим способам присущи недостатки, связанные с экологическими проблемами воздушной и водной среды. Присутствие в процессе диоксида серы при сульфитной варке и серосодержащих веществ, таких как сероводород, меркаптан и других, при сульфатной варке связано с отравлением окружающей среды.

При получении целлюлозы для химической переработки основной задачей является сохранение в целевом остатке α-целлюлозы и по возможности как можно в полном объеме удаление из целлюлозосодержащего сырья сопутствующих компонентов: лигнина, низкомолекулярной части целлюлозы, смолы и минеральных составляющих.

В последние годы возрос интерес к получению целлюлозы из нетрадиционного целлюлозосодержащего сырья, такого как однолетние и многолетние травянистые растения. В связи с этим предпринимаются попытки найти новые, более выгодные и экологически безопасные способы получения целлюлозы, пригодной для химической переработки.

Из уровня техники известно, что преобладающим способом изготовления целлюлозы из однолетних и многолетних растений является варка в растворе гидроксида натрия. Она имеет один серьезный недостаток. Сильнощелочные варочные растворы и высокая температура способствуют в значительной мере растворению углеводов, что отрицательно влияет на выход целлюлозы. Проблематичным является регенерация отработанных щелочных растворов данного способа и извлечение варочных химикатов.

Известен способ получения целлюлозы из недревесного растительного сырья багассы, «Hydrogen Peroxide Alkaline Pulping of Bagasse» IPPTA. Quarterly Journal of Indian Pulp and Paper Technical Association, 2000, vol.12, №3, p.23-34.

В этой работе описывается способ получения целлюлозы из багассы, подвергнутой обработки щелочным раствором пероксида водорода при температуре 140-160°С в течение 30-60 минут. Во всех опытах расход гидроксида натрия оставался постоянным и равным 16%, расход пероксида водорода изменялся в пределах от 1 до 4% от массы абсолютно сухой багассы, соответственно. Исследовалось влияние на ход щелочно-пероксидной варки багассы присутствие антрахинона и ЭДТА

(этилендиаминтетрауксусной кислоты). Расход антрахинона во всех опытах был постоянным и равным 0,1%, расход комплексообразователя менялся в пределах от 1 до 5% от массы абсолютно сухой багассы.

Результаты работы свидетельствуют, что использование для варки багассы шелочно-пероксидного раствора в присутствии антрахинона и ЭДТА позволяет получить целлюлозу, пригодную для производства бумажно-картонной продукции.

Известен способ получения целлюлозы для химической переработки из целлюлозосодержащего сырья, в качестве которого используют травянистые растения, например: лен-долгунец, -межеумок, -кудряш, -зеленец, конопля, рапс, камыш, подсолнечник, мискантус, донник, люцерна, клещевина, топинамбур и т.д. (Патент РФ №2487206, D21C 3/02, 10.07.2013 г.). В заявленном способе предварительно ведут замочку сырья в варочном растворе, который готовят на воде с содержанием гидроксида натрия - 10-60 г/дм³ и ПАВ - 0,2-0,8 г/дм³, в течение 15-60 минут при температуре 90-100°С. Гидравлический модуль равен 1:(10÷20).

Пропитанное варочным раствором целлюлозосодержащее сырье поступает в разогретый до температуры 80-100°С двухшнековый аппарат, на валах которого размещают чередующиеся нагнетательные шнековые и измельчающие кулачковые насадки, смещенные одна относительно другой с образованием винтового канала. После термомеханохимической активации переработанную пульпу перекачивают массонасосом в центрифугу для удаления с волокна веществ, растворимых в воде и сорбированных в процессе варки волокном, путем отжима и промывки.

Промывку проводят двукратную: сначала горячей водой - 70-90°С, затем теплой водой с температурой 30-40°С.Промытая целлюлозная масса выводится через разгрузочный канал центрифуги и транспортируется на отбелку в отбельные башни. Отбелку целлюлозы проводят раствором перекиси водорода с концентрацией 5-10 г/дм³ при температуре 85-95°С в течение 90 минут. Гидравлический модуль -1:(10÷20). Промывку от отбельного раствора проводят так же, как и промывку после щелочной термомеханохимической активации.

Использование на второй ступени обработки целлюлозосодержащего сырья двухшнекового аппарата обусловливает механическое измельчение целлюлозы, и как следствие, образование большого количества мелкого волокна, которое теряется при последующей промывке.

Проводится операция отбелки, но не приводится характеристика целевого продукта по показателю белизны. В преамбуле патента указывается, что целлюлоза пригодна для химической переработки, однако целевой продукт не характеризуется по показателям, свойственным для целлюлозы для химической переработки.

На основании проведенного аналитического исследования установлено, что в России в ограниченном количестве проводятся работы по получению целлюлозы для химической переработки из травянистых растений, таких как лен, рапс, донник, люцерна, подсолнечник, конопля, камыш, мискантус, кукуруза, пшеница, овес и др., отличающихся высокой урожайностью и высоким потенциалом выращивания. Выбранные для получения целлюлозы способы далеки от оптимальных, как в технологическом, так и экономическом плане.

Обобщая, можно сказать, что известные способы получения целлюлозы для химической переработки обладают различными, однако серьезными недостатками. Среди них азотнокислый способ занимает особое положение в связи с тем, что предоставляет возможность получить целлюлозу для химической переработки из недревесного сырья с наименьшими содержаниями нецеллюлозных примесей.

Ближайшим по технической сущности и назначению к предлагаемому изобретению является способ получения целлюлозы, предназначенной для химической переработки из недревесного растительного сырья (Патент РФ 2448118, С08В 11/12, 20.04.2012 г.). Суть процесса состоит в том, что мискантус измельчают для получения сечки материала определенной длины. В реактор емкостью 250 л, снабженный мешалкой и рубашкой для нагрева и охлаждения, загружают 10 кг измельченного мискантуса, заливают горячей воды с температурой 60-70°С, перемешивают в течение 0,5-2,0 ч при атмосферном давлении. Затем отжимают на фильтре например, для увеличения скорости, под вакуумом. Промытое сырье загружают в реактор, заливают 200 л раствора азотной кислоты концентрацией 2-8%. Перемешивают в течение 16-20 ч при температуре 90-95°С, охлаждают до температуры 40-60°С, отжимают и промывают водой на фильтре например, для увеличения скорости, под вакуумом. Полученный волокнистый материал загружают в реактор, заливают 150 л водного раствора едкого натра концентрацией 1-4% и перемешивают в течение 5-6 ч при температуре 80-95°С. Полученную техническую целлюлозу отжимают на фильтре, например, для увеличения скорости, под вакуумом, промывают водой на фильтре до нейтральной реакции промывной воды и снижают содержание влаги в целлюлозе до 8-40% в соответствии с существующей потребностью. Выход целлюлозы - 30-35%, массовая доля α-целлюлозы - 90-94%, массовая доля лигнина - 1,0-3,5%, степень полимеризации (по ГОСТ 9105-74) - 500-800 ед. Данную целлюлозу перерабатывают в карбоксиметилцеллюлозу.

Недостатками способа являются то, что использование азотной кислоты в качестве одного из двух основных реагентов для делигнификации мискантуса сопряжено с высокими коррозионными явлениями оборудования. Кроме того, при таком низком содержании α-целлюлозы данный вид полуфабриката невозможно перерабатывать в гидратцеллюлозные волокна, кордные нити.

Признаки прототипа, совпадающие с заявляемым решением - в качестве целлюлозосодержащего сырья используется мискантус, делигнификация целлюлозосодержащего сырья осуществляют в две ступени.

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в получении целевого продукта с максимальным выходом и низким уровнем содержания в полученной целлюлозе остаточного лигнина, зольных и смоляных составляющих. При этом сохраняется содержание α-целлюлозы в целевом продукте на уровне пригодности его для получения нитроцеллюлозы и гидратцеллюлозных волокон.

Поставленная задача решается за счет того, что способе получения целлюлозы из мискантуса для химической переработки, включающем приготовление сечки из мискантуса, загрузку емкости сечкой, заполнение ее жидкой фазой, нагрев водной фазы, двухступенчатую делигнификацию, последующее отделение жидкой фазы от твердого остатка, промывку и отбелку в несколько этапов, один из которых содержит первую и вторую щелочно-пероксидную ступени отбелки, проводят предгидролиз сечки при температуре 125-135°С в течение 60-90 минут водой или водным раствором кислых солей сернистой кислоты в присутствии поверхностно активного вещества (ПАВ), гидролизат отделяют от твердого остатка и проводят обработку твердого остатка отработанным щелочным фильтратом от 2-ой щелочно-пероксидной ступени отбелки при температуре 95-115°С в течение 30-40 минут в присутствии смачивателя, после чего отработанный раствор выводят из емкости вытеснением варочным раствором и осуществляют первую ступень делигнификации твердого остатка гидроксидом натрия с расходом 4-6% от массы абсолютно сухой сечки при температуре 120-140°С в течение 120-180 минут, отделяют жидкую фазу от твердого остатка и проводят вторую ступень делигнификации пероксидно-щелочным раствором с расходом пероксида водорода 3-5% и гидроксида натрия 2,5-4% от массы абсолютно сухого твердого остатка при температуре 95-120°С в течение 180-240 минут, после чего отработанный раствор выводят из емкости, целлюлозу промывают, сортируют и отбеливают по бесхлорной технологии с отделением фильтрата от 2-ой щелочно-пероксидной ступени отбелки.

В качестве кислых солей сернистой кислоты используют гидросульфит калия или гидросульфит натрия или гидросульфит аммония в количестве 0,5-0,9% от массы абсолютно сухой сечки мискантуса.

В качестве ПАВ используют ОП-7 или ОП-10, представляющие собой продукты обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена поверхностно-активные вещества, в количестве 0,025-0,08% от массы абсолютно сухого мискантуса.

В качестве смачивателя используют поливиниловый спирт, полиэтиленгликоль и полиакрилат натрия в количестве 0,02-0,04% от массы абсолютно сухой сечки мискантуса.

Чтобы ускорить деструкцию гемицеллюлоз и усилить их растворение в процессе щелочной делигнификации, проводят предварительный гидролиз целлюлозосодержащего сырья в кислой среде при повышенной температуре. Применение предгидролиза позволяет получить целлюлозу с пониженным содержанием гемицеллюлоз и увеличить ее реакционную способность. Способ щелочной варки с предгидролизом обеспечивает выработку вискозной целлюлозы с очень высоким содержанием α-целлюлозы (94-97%), равномерным молекулярно-массовым распределением, низкой вязкостью и низкой средней степенью полимеризации. Такая целлюлоза пригодна для переработки в высокопрочные кордные волокна.

В основу настоящего изобретения положена задача разработки экономичного и простого в плане осуществления способа получения целлюлозы для производства нитроцеллюлозы, гидратцеллюлозных волокон, углеродных волокон. Кроме того, при окончании варки целлюлоза должна иметь высокие показатели выхода, α-целлюлозы, вязкости и низкое содержание гемицеллюлоз, лигнина, смолы и золы. Последующая обработка данной целлюлозы при промывке, сортировании и отбелке требует меньших производственных затрат и меньшего количества химикатов для отбелки. Благодаря чему технология имеет существенные преимущества в отношении качества известного продукта и стоимости по сравнению с обычными способами получения целлюлозы для производства, например гидратцеллюлозных волокон.

Процесс предгидролиза мискантуса водой и водными растворами кислых солей сернистой кислоты при повышенной температуре ограничивается за счет появления трудно сдерживаемых побочных реакций. Наряду с желательными гидролитическими реакциями фрагментации низкомолекулярных компонентов мискантуса наступают последовательные реакции, которые, в зависимости от температуры и времени, могут продолжительно оказывать отрицательное влияние на протекание процесса при экстракции. Самая важная побочная реакция - дегидратация гемицеллюлоз, и в частности, пентоз до фурфурола. Это является началом нежелательных внутримолекулярных и межмолекулярных реакций конденсации продуктов распада компонентов целлюлозосодержащего сырья. При этом образуются смолообразные соединения, которые с продолжительностью реакции могут осаждаться из водной фазы и отлагаться на всех имеющихся поверхностях. Отложение этих веществ на сечке мискантуса приводит к снижению диффузионно-контролируемого массного обмена. Это приводит к увеличенным отложениям смолы на поверхности раздела фаз с последствием затруднительного протекания реакций делигнификации при щелочной варке и отбелке и возможного уменьшения выхода, степени облагораживания и чистоты получаемой целлюлозы. Большие проблемы вызывают эти отложения смол за счет склеиваний и засорений.

Положительную роль при проведении водного предгидролиза при повышенной температуре может сыграть добавление на этой стадии поверхностно-активного вещества (ПАВ).

Адсорбция ПАВ из жидкости на поверхности раздела с твердой фазой приводит к значительному понижению поверхностного натяжения между сечкой мискантуса и водой при осуществлении экстракции. Данное обстоятельство способствует более интенсивному проникновению жидкости во внутреннюю часть сечки и более равномерному водному взаимодействию с компонентами мискантуса.

По мере насыщения сечки водой в процессе экстракции в раствор переходят способные растворяться в жидкой фазе заданного состава лигнинные и углеводные комплексы. Переходят также в жидкую фазу смоляные и жировые компоненты мискантуса. Они взаимодействуют с молекулами ПАВ и образуют индивидуальные комплексы, не способные к агломерации в крупные образования и не способные высаживаться на волокнах мискантуса и на технологическом оборудовании.

Наряду с рассмотренными выше техническими решениями получения растворимых целлюлоз, многие из которых нашли применение в промышленном масштабе, разрабатываются новые, усовершенствованные способы получения щелочной целлюлозы с предварительной обработкой сечки мискантуса отработанным фильтратом от 2-ой перокдно-щелочной ступени отбелки. По окончании стадии предгидролиза сечки мискантуса водой или водным раствором кислых солей сернистой кислоты гидролизат отделяют от волокнистой массы, имеющей слабокислый рН. Для нейтрализации кислой среды и экстракции нецеллюлозных составляющих проводят щелочную обработку волокнистого материала. Гемицеллюлозу экстрагируют или удаляют из волокон целлюлозы, что приводит к сжатию образованных пустот или свободного пространства и, следовательно, к сжатию самих волокон, что приводит к снижению реакционной способности целлюлозы из мискантуса. Снижение этой тенденции можно достичь путем введения смачивателя в пустоты или свободное пространство, которое образовалось за счет экстрагированной или удаленной гемицеллюлозы. Смачиватели способны образовывать водородные мостики или другие связи с молекулами целлюлозы. Химические группы, которые позволяют образовать такие мостики, представляют собой гидрофильные группы, такие как карбоксильные, карбонильные и гидроксильные группы. Пригодными смачивателями для этой цели являются полиэтиленгликоль или поливиниловый спирт или полиакрилат натрия. Таким образом, данное технологическое решение относится к повышению реакционной способности волокнистого материала из мискантуса к дальнейшей щелочной делигнификации.

Включение в технологию получения целлюлозы для химической переработки ступенчатого процесса щелочной делигнификации сечки мискантуса с изменяющимся температурным режимом позволяет не только улучшить удаление растворенных органических и неорганических веществ, но и увеличить объем субмикроскопических капилляров после первой ступени делигнификации. Разрыхленная щелочным раствором после первой ступени делигнификации структура сечки мискантуса становится более доступной для проникновения щелочно-пероксидного раствора вглубь волокна, благодаря чему повышается эффективность второй ступени делигнификации.

Способ получения целлюлозы для химической переработки осуществляют в следующей последовательности:

В качестве объекта исследования была выбрана сечка мискантуса. Варку сечки проводят в автоклаве объемом 3,0 л, оборудованном линией циркуляции жидкой фазы, имеющем сдувочный и сливной клапаны и электрический нагрев. Сечку берут в количестве 500 г из расчета абсолютно сухого сырья и помещают в автоклав.

Предварительно готовят водный раствор кислой соли сернистой кислоты, взятой в количестве 0,5-0,9%, и поверхностно-активного вещества, взятого в количестве 0,025-0,08% от массы абсолютно сухой сечки, соответственно. Данный водный раствор или же воду нагревают до 60-70°С и заливают в автоклав, обеспечивая гидравлический модуль 1:5, автоклав закрывают крышкой, включают насос линии рециркуляции и включают нагрев. Подъем температуры до 125-135°С осуществляют в течение 20 минут и выдерживают при данной температуре 60-90 минут.

По истечении времени экстракции жидкость сливают через соответствующий клапан. В гидролизате определяют количество сухих веществ, для расчета выхода твердого остатка и рН.

После чего приступают к выполнению предобработки сечки мискантуса щелочным фильтратом, отобранным от 2-ой ступени щелочения при отбелке. Данная операция направлена на удаление из предгидролизной сечки адсорбированных компонентов и нейтрализацию кислых остатков. Автоклав с сечкой заполняют теплым фильтратом в присутствии смачивателя в количестве 0,02-0,04% от массы абсолютно сухой сечки мискантуса, нагревают до температуры 95-115°С в течение 10-20 минут и выдерживают при этом в течение 30-40 минут при заданной температуре, не выключая насос на линии циркуляции. В качестве смачивателя используют поливиниловый спирт или полиэтиленгликоль или полиакрилат натрия

По истечении времени щелочной обработки приступают к выполнению первой ступени процесса делигнификации. Предварительно открывают сдувочный клапан, через который отбирают отработанный щелочной фильтрат, а через сливной клапан насосом подают в автоклав варочный раствор, вытесняя, таким образом, отработанный щелочной фильтрат.

Готовят варочный раствор гидроксида натрия концентрацией 4-6%. Этот раствор насосом подают в автоклав, обеспечивая гидромодуль 1:5. Включают нагрев и насос циркуляции варочного раствора и выдерживают при температуре 120-140°С в течение 120-180 минут.

По окончании времени первой ступени через сливной клапан удаляют из автоклава отработанный щелок и направляют на утилизацию. Часть щелока отбирают для анализа. Твердый остаток промывают водой, прессуют для повышения сухости остатка и помещают в автоклав для пероксидно-щелочной делигнификации. Расход пероксида водорода 3-5% и гидроксида натрия 2,5-4% от массы абсолютно сухой сечки.

Полученную целлюлозу промывают, сортируют и разделяют на две части, одну из которых анализируют с определением выхода сортированной массы и отходов сортирования, другую отбеливают по схеме: Щ₁П-А-О₃-Q-Щ₂П-К, где Щ₁П - первая ступень пероксидного щелочения; А-обработка массы серной кислотой; О₃-ступень озонирования: Q - обработка комплексообразователем; Щ₂П - вторая ступень пероксидного щелочения; К - кисловка.

Отбелку осуществляют следующим образом: суспензию целлюлозы в количестве 50 г абсолютно сухой массы при концентрации 15% помещают в металлический сосуд, тщательно смешивают с раствором гидроксида натрия при расходе его 1,1-1,4% и пероксида водорода при его расходе 0,8-0,9% от первоначальной массы абсолютно сухой целлюлозы. Суспензию перемешивают при концентрации массы 9,0-11,0% и рН массы 10,5-11,5 и выдерживают при температуре 80°С в течение 60-80 минут.

По истечении времени 1-ой ступени щелочения сосуд охлаждают, массу целлюлозы промывают водой и подвергают кислотному гидролизу серной кислотой с расходом 0,2-0,4% от массы абсолютно сухой целлюлозы для удаления гексенуроновых кислот и металлов переменной валентности.

Отбелку целлюлозы озоном осуществляют при средней концентрации массы 9-11% с расходом озона 0,2-0,4% от массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре 45-60°С в течение 2-4 минут и рН массы 2-3.

После озоновой отбелки массу целлюлозы промывают, сгущают до 3,0-4,0% и обрабатывают комплексообразователем при перемешивании. Затем массу сгущают до 9-11% и проводят 2-ую ступень щелочения. Условия обработки следующие: расход гидроксида натрия 0,7-0,9%, пероксида водорода 0,5-0,7% от массы абсолютно сухого волокна, соответственно, температура обработки 80°С продолжительность 60-80 минут.

По истечении указанного времени массу обезвоживают до концентрации 30-35%, кислуют раствором диоксида серы до рН 6,0-6,5 и анализируют. Отобранный фильтрат от 2-ой ступени щелочения используют на стадии предобработки сечки мискантуса после ступени предгидролиза. Показатели качества беленой целлюлозы представлены в таблице.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Стебли мискантуса рубят с получением сечки, которую в количестве 500 г из расчета абсолютно сухого сырья помещают в автоклав объемом 3 л. Готовят водный раствор кислой соли сернистой кислоты и поверхностно-активного вещества (ПАВ). Для чего берут навески гидросульфита натрия в расчете его расхода 0,5% и ПАВ ОП-7 в расчете его расхода 0,08% и растворяют в 2,5 литрах воды, обеспечивая таким образом, жидкостной гидромодуль, равный 1:5. Автоклав закрывают крышкой, включают насос линии рециркуляции и нагрев. Подъем температуры до 125°С осуществляют в течение 20 минут и выдерживают при данной температуре 90 минут.

По истечении времени предгидролиза жидкость сливают и определяют рН и количество сухих веществ для расчета выхода сырьевого остатка.

Автоклав заполняют щелочным раствором, взятым от 2-ой ступени щелочения при отбелке целлюлозы от предыдущей варки, рН фильтрата равен 9,2. В фильтрат добавляют смачиватель - поливиниловый спирт в количестве 0,04% от массы абсолютно сухой сечки. Гидромодуль щелочной обработки 1:5. Содержимое автоклава нагревают до температуры 95°С в течение 15 минут и выдерживают при этом 40 минут.

Затем открывают сдувочный клапан для сбора использованного пероксидно-щелочного раствора, а через сливной клапан в автоклав закачивают предварительно приготовленный и нагретый до температуры 70°С варочный раствор, который содержит гидроксид натрия в количестве 6,0% от массы абсолютно сухой сечки мискантуса. Гидромодуль 1:5. Далее поднимают температуру до 140°С в течение 30 минут и выдерживают при данной температуре в течение 120 минут.

По окончании времени первой ступени делигнификации через сливной клапан удаляют из автоклава отработанный щелок и направляют на утилизацию. Часть щелока отбирают для анализа. Полученную твердую фазу промывают водой, сгущают и помещают в автоклав, где проводят вторую ступень делигнификации пероксидом водорода с его расходом 5,0% и гидроксидом натрия с его расходом 3,5% от массы абсолютно сухого остатка. Гидромодуль 1:5. Содержимое автоклава нагревают в течение 30 минут до температуры 120°С и выдерживают при этом 180 минут. По истечении этого времени отработанный щелочной раствор сливают и утилизируют, а целлюлозу промывают теплой водой, сортируют и разделяют на две части, одну из которых анализируют с определением выхода сортированной массы и отходов сортирования, другую отбеливают по вышеописанной схеме. Данные эксперимента приведены в таблице.

Пример 2. Условия проведения процесса и последовательность операций предгидролиза, обработки фильтратом, первой и второй ступеней делигнификации, промывки, сортирования и отбелки целлюлозы из мискантуса те же, что в примере 1.

Отличия состоят в том, что на ступени предгидролиза в качестве реагента используют гидросульфит калия в количестве 0,6%, а в качестве ПАВ используют ОП-7 в количестве 0,06% от массы абсолютно сухой сечки, соответственно.

Щелочную обработку сечки проводят фильтратом от 2-ой ступени щелочения при отбелке в присутствии полиэтиленгликоля с расходом 0.04% от массы абсолютно сухой сечки при температуре 110°С в течение 35 минут.

Первую ступень делигнификации проводят при расходе гидроксида натрия 5,0% от массы абсолютно сухой сечки мискантуса. Температура делигнификации 130°С и продолжительность 140 минут. Вторую ступень делигнификации проводят при температуре 100°С в течение 210 минут с расходом гидроксида натрия 2,5% и пероксида водорода 4,0% от массы абсолютно сухой сечки мискантуса, соответственно. Данные эксперимента приведены в таблице.

Пример 3. Условия проведения процесса и последовательность операций предгидролиза, обработки фильтратом, первой и второй ступеней делигнификации, промывки, сортирования и отбелки целлюлозы из мискантуса те же, что в примере 1.

Отличия состоят в том, что на ступени предгидролиза в качестве реагента используют гидросульфит аммония в количестве 0,9%, а в качестве ПАВ используют ОП-10 в количестве 0,025% от массы абсолютно сухой сечки, соответственно.

Пероксидно-щелочную обработку сечки проводят фильтратом от 2-ой ступени щелочения при отбелке, рН фильтрата равным 9,7 в присутствии полиакрилата натрия с расходом 0.03% от массы абсолютно сухой сечки при температуре 115°С в течение 30 минут.

Первую ступень делигнификации проводят при расходе гидроксида натрия 4,0% от массы абсолютно сухой сечки мискантуса. Температура делигнификации 120°С и продолжительность 180 минут. Вторую ступень делигнификации проводят при температуре 110°С в течение 240 минут с расходом гидроксида натрия 3,0% и пероксида водорода 3,0% от массы абсолютно сухой сечки мискантуса, соответственно. Данные эксперимента приведены в таблице.

Пример 4. Условия проведения процесса и последовательность операций предгидролиза, обработки фильтратом, первой и второй ступеней делигнификации, промывки, сортирования и отбелки целлюлозы из мискантуса те же, что в примере 1.

Отличия состоят в том, что на ступени предгидролиза в качестве реагента используют гидросульфит натрия и гидросульфит калия в количестве 0,25% каждого реагента, а в качестве ПАВ используют ОП-10 в количестве 0,06% от массы абсолютно сухой сечки, соответственно.

Пероксидно-щелочную обработку сечки проводят фильтратом от 2-ой ступени щелочения при отбелке, рН фильтрата равным 9,4 в присутствии поливинилового спирта и полиакрилата натрия в количестве 0,02% каждого смачивателя. Содержимое автоклава нагревают до температуры 90°С и выдерживают при этом 40 минут. Первую ступень делигнификации проводят при расходе гидроксида натрия 5,0% от массы абсолютно сухой сечки мискантуса. Температура делигнификации 135°С и продолжительность 150 минут. Вторую ступень делигнификации проводят при температуре 95 С в течение 210 минут с расходом гидроксида натрия 3,0% и пероксида водорода 4,0% от массы абсолютно сухой сечки мискантуса, соответственно. Данные эксперимента приведены в таблице.

Пример 5. Условия проведения процесса и последовательность операций предгидролиза, обработки фильтратом, первой и второй ступеней делигнификации, промывки, сортирования и отбелки целлюлозы из мискантуса те же, что в примере 1.

Отличия состоят в том, что на ступени предгидролиза в качестве реагента используют воду, а в качестве ПАВ используют ОП-10 в количестве 0,05%) от массы абсолютно сухой сечки.

Пероксидно-щелочную обработку сечки проводят фильтратом от 2-ой ступени щелочения при отбелке, рН фильтрата равным 9,7 в присутствии полиэтиленгликоля в количестве 0,03% от массы абсолютно сухого остатка. Содержимое автоклава нагревают до температуры 110°С и выдерживают при этом 40 минут. Первую ступень делигнификации проводят при расходе гидроксида натрия 5,0% от массы абсолютно сухого остатка мискантуса. Температура делигнификации 130°С и продолжительность 180 минут. Вторую ступень делигнификации проводят при температуре 110°С в течение 240 минут с расходом гидроксида натрия 4,0% и пероксида водорода 4,0% от массы абсолютно сухой сечки мискантуса, соответственно. Данные эксперимента приведены в таблице.

Пример 6. (прототип) Последовательность операций первой и второй ступеней делигнификации, промывки, сортирования и отбелки целлюлозы из мискантуса те же, что в примере 1.

Отличия состоят в том, что на сначала проводят замочку сечки мискантуса в воде при температуре 70°С в течение 120 минут, массу обезвоживают и водную вытяжку анализируют по рН показателю и по количеству сухих веществ. Первую ступень делигнификации проводят азотной кислотой концентрацией 4,0% от массы абсолютно сухой сечки при температуре 95°С в течение 480 минут. Гидромодуль 1:20. Вторую ступень делигнификации проводят при температуре 95°С в течение 300 минут при концентрации гидроксида натрия 4,0%. Гидромодуль 1:15. Данные эксперимента приведены в таблице.

В таблице представлены сравнительные данные по качеству целлюлозы из мискантуса, полученной по заявляемому способу и способу-прототипу.

Из приведенных в таблице данных видно, что предлагаемый способ позволяет получить целлюлозу, пригодную для выработки нитроцеллюлозы, гидратцеллюлозных волокон и карбометилцеллюлозы. По заявленному способу удалось снизить до необходимой нормы содержание в готовой целлюлозе зольных компонентов, гемицеллюлозы, смолы и лигнина, при сохранении высокого уровня содержания α-целлюлозы.

Кроме того, из приведенных в таблице данных видно, что по окончании стадии предгидролиза выход сухого остатка составляет порядка 85% от исходной сечки. После пероксидно-щелочной обработки выход снижается еще около 5%. Таким образом, операции предгидролиза и последующей пероксидно-щелочной обработки сечки мискантуса направлены на снижение содержания в исходном сырье легкогидролизуемых низкомолекулярных компонентов, что способствует снижению расхода гидроксида натрия на ступенях делигнификации сырья.

Использование на стадии предгидролиза сечки мискантуса по заявленному способу кислых солей сернистой кислоты в сочетании с поверхностно-активными веществами направлено на повышение качества целевого продукта, это касается содержания лигнина и смолы.

Применение смачивателей на первой ступени щелочной делигнификации направлено на повышение реакционной способности целлюлозы, что находит отражение на ходе проведения второй ступени делигнификации и последующей отбелки.

Получение целлюлозы для химической переработки из мискантуса по технологии двух ступенчатой щелочной делигнификации с предгидролизом и в присутствии вспомогательных химических веществ направлено на получение конечного результата, удовлетворительного выхода при минимальных отходах сортирования по сравнению с прототипом.

По показателям качества целевой продукт отвечает требованиям к целлюлозе для получения нитроцеллюлозы, гидратцеллюлозных волокон и карбометилцеллюлозы.

Изобретение относится к способу производства целлюлозы и может быть использовано на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности при изготовлении целлюлозы для химической переработки с использованием добавок, способствующих снижению содержания в целевом продукте сопутствующих ингредиентов, таких как лигнин, зольные и смоляные составляющие. Способ включает ступень предгидролиза сечки мискантуса серосодержащими реагентами в присутствии добавки. Двухступенчатую делигнификацию сечки мискантуса щелочным раствором в котле периодического действия и отбелку в несколько этапов, один из которых содержит первую и вторую щелочно-пероксидную ступени отбелки. Ступень предгидролиза осуществляют водным раствором кислых солей сернистой кислоты, а в качестве добавки используют поверхностно-активные вещества (ПАВ). После предгидролиза целлюлозосодержащее сырье обрабатывают пероксидно-щелочным фильтратом от 2-й ступени щелочения от предыдущей ступени отбелки в присутствии смачивателя. В качестве кислых солей сернистой кислоты используют гидросульфит калия, или гидросульфит натрия, или гидросульфит аммония в количестве 0,5-0,9% от массы абсолютно сухой сечки мискантуса. В качестве ПАВ используют ОП-7 или ОП-10 - представляющее собой продукты обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена поверхностно-активные вещества в количестве 0,025-0,08% от массы абсолютно сухого мискантуса. В качестве смачивателя используют поливиниловый спирт, полиэтиленгликоль и полиакрилат натрия в количестве 0,02-0,04% от массы абсолютно сухой сечки мискантуса. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 пр.

1. Способ получения целлюлозы из мискантуса для химической переработки, включающий приготовление сечки из мискантуса, загрузку емкости сечкой, заполнение ее жидкой водной фазой, нагрев водной фазы, двухступенчатую делигнификацию, последующее отделение жидкой фазы от твердого остатка, промывку и отбелку в несколько этапов, один из которых содержит первую и вторую щелочно-пероксидную ступени отбелки, отличающийся тем, что проводят предгидролиз сечки при температуре 125-135°С в течение 60-90 минут водой или водным раствором кислых солей сернистой кислоты в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ), гидролизат отделяют от твердого остатка и проводят обработку твердого остатка отработанным щелочным фильтратом от 2-й щелочно-пероксидной ступени отбелки при температуре 95-115°С в течение 30-40 минут в присутствии смачивателя, после чего отработанный раствор выводят из котла вытеснением его варочным раствором и осуществляют первую ступень делигнификации твердого остатка гидроксидом натрия с расходом 4-6% от массы абсолютно сухой сечки при температуре 120-140°С в течение 120-180 минут, отделяют жидкую фазу от твердого остатка и проводят вторую ступень делигнификации пероксидно-щелочным раствором с расходом пероксида водорода 3-5% и гидроксида натрия 2,5-4% от массы абсолютно сухого твердого остатка при температуре 95-120°С в течение 180-240 минут, после чего отработанный варочный раствор выводят из емкости, целлюлозу промывают, сортируют и отбеливают по бесхлорной технологии с отделением фильтрата от 2-й щелочно-пероксидной ступени отбелки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кислых солей сернистой кислоты используют гидросульфит калия, или гидросульфит натрия, или гидросульфит аммония в количестве 0,5-0,9% от массы абсолютно сухой сечки мискантуса.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ПАВ используют ОП-7 или ОП-10 - представляющее собой продукты обработки смеси моно- и диалкилфенолов окисью этилена поверхностно-активные вещества в количестве 0,025-0,08% от массы абсолютно сухого мискантуса.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве смачивателя используют поливиниловый спирт, или полиэтиленгликоль, или полиакрилат натрия в количестве 0,02-0,04% от массы абсолютно сухой сечки мискантуса.