Способ получения беленой целлюлозы из волокон лубяных культур Российский патент 2023 года по МПК D21C3/00 

Способ получения беленой целлюлозы из волокон лубяных культур

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной и химической промышленности и может быть использовано при промышленном получении беленой целлюлозы, предназначенной для последующей переработки в продукцию пищевого и (или) химического назначения.

Для целлюлозно-бумажной и химической промышленности актуальным остается вопрос поиска и обеспечения альтернативными древесине видами сырья предприятий, выпускающих товары народного потребления (массовый сырьевой источник целлюлозы – древесина). Параллельно имеется острая проблема сохранности и восстановления лесов. Климатические условия, вырубка леса, длительный вегетативный срок древесины вынуждают обратиться к однолетним растениям, которые также содержат целлюлозу, однако имеют свои трудности при переработке.

Такая же проблема существует и при производстве целлюлозы для последующей переработки в продукцию пищевого и (или) химического назначения, где до настоящего времени лидирующее место занимает хлопковая целлюлоза. Вместе с тем на территории Российской Федерации хлопчатник выращивается в экспериментальных объемах, вероятность массового выращивания мала, что в основном связано с климатическими условиями вызревания хлопчатника. Соответственно, для нужд отечественной промышленности хлопковая целлюлоза – импортное сырье, поставка которой имеет свои трудности и риски.

Целлюлоза для производства различных видов бумаг отличается высокими физико-механическими и оптическими свойствами, при ее выработке применяются различные технологии получения продукции с высоким выходом и минимальными потерями. Технологические способы получения такой целлюлозы, в том числе из однолетних растений, известны, отработаны и применяются в производстве.

Вместе с тем, актуальными остаются вопросы организации производственных процессов для получения химической целлюлозы с высоким содержанием α-целлюлозы, высокой белизной, низким содержанием остаточного лигнина и гемицеллюлоз, требуемой динамической вязкостью, низким показателем остатка нерастворимого в серной кислоте, требуемой смачиваемостью, низким содержанием пыли, золы и тд.

Поиск и изучение свойств альтернативных древесине и хлопчатнику видов сырья, легкодоступность и наличие возможностей для массового выращивания, урожайность и неприхотливость при выращивании, разрабатываемые новые технологии и проводимые исследования, аппаратное оформление для глубокой переработки соломы лубяных культур (лен, конопля техническая) в качественную продукцию совокупно и объективно позволили применять в ее как сырье для химической целлюлозы.

Данное изобретение относится к промышленному получению целлюлозы для пищевой и химической промышленности из растительного однолетнего сырья – волокон лубяных культур, получаемых при переработке соломы льна и (или) технической конопли.

Известны различные способы получения целлюлозы из соломы лубяных культур.

Известен способ получения целлюлозы из технической конопли, включающий варку при температуре 125-145°С с использованием щелочной варочной жидкости концентрацией не более 18 мас.% гидроокиси натрия в варочном котле с добавлением антрахинона в количестве не более 0,1% от массы сырья, полученную целлюлозу отделяют от жидкости, отбеливают кислородом и/или озоном, варочную жидкость обрабатывают с помощью полупроницаемых мембран обратного или прямого осмоса, регенерированную щелочную варочную жидкость возвращают на стадию варки в варочном котле (RU 2360055 С2, опубл. 27.06.2009). Недостатком данного способа является получение целлюлозы с повышенным содержанием лигнина, что не удовлетворяет требованиям качества товарной продукции для целлюлозы как основного сырья для последующей химической переработки .

Известен также способ получения целлюлозы из волокон лубяных культур, предварительно высушенных и размолотых, подвергнутых варке с расходом едкого натра до 18 % от массы абсолютно сухого волокна при высокой температуре, промывкам и сушке товарной продукции (CORREIA, F., D.N. ROY and K. GOEL, Chemistry and Delignification Kinetics of Canadian Indastrial Hemp (Cannabissativa L.)// J. Wood Chem. Technol. 2001. – 21 (2). - 97-111). Недостатком данного способа является получение целлюлозы с низкими значениями молекулярной массы (степени полимеризации) и динамической вязкости.

Известен также способ получение целлюлозы, включающий очистку волокна конопли содовой варкой, кислование в растворе, содержащем 10-15 г/л серной кислоты варку в щелочном растворе с добавлением сульфида натрия при соотношении компонентов: гидроокись натрия 50-60 г/л, сульфид натрия 7,5-18,0 г/л, поверхностно-активное вещество 0,5-1,0 г/л, отбелку в растворе перекиси водорода, дополнительное кислование раствором уксусной кислоты, промежуточные промывки и сушку, при этом после очистки волокно дополнительно подвергают, при этом варку в щелочном растворе ведут; причем очистку, дополнительное кислование и варку в щелочном растворе ведут при температуре 100-125°C и обрабатывают от 60 до 120 мин. (RU 2507331 С1, опубл. 20.02.2014) Все процессы рекомендованы к исполнению при температуре 100-125°С , продолжительность процесса от 60 до 120 мин. Недостатками данного способа является технологический режим, приводящий к снижению молекулярной массы получаемой целлюлозы за счет кислотного гидролиза целлюлозы и окислительной деструкции высокомолекулярных фракций в ходе щелочной варки.

Наиболее близким к предложенному является способ получения беленой конопляной целлюлозы, включающий предгидролиз конопляного волокна, делигнификацию в щелочной среде, отбелку в щелочном растворе перекиси водорода с концентрацией щелочи 0,15-0,17% мас., промежуточные промывки, отжим и сушку (RU 2735263 C1,  опуб. 29.10.2020). Предгидролиз сырья ведут в лабораторном реакторе при температуре 85-95°С в растворе, содержащем 0,5-2,0% мас. гидроокиси натрия, 0,2-0,3% мас. синтанола и 0,3% мас. тиосульфата натрия в течение 60 мин, после чего осуществляют промывку продукта в емкости умягченной водой и его отжим, делигнификацию ведут в лабораторном автоклаве при температуре 125-140°С в растворе, содержащем 1,5-3,0% мас. гидроокиси натрия, 0,25-0,5% мас. сульфида натрия, 0,6-1,0% мас. тиосульфата натрия и 0,05-0,06% мас. синтанола, в течение 90-130 мин, после чего снова осуществляют промывку продукта в емкости умягченной водой и его отжим, а отбелку ведут в емкости отбелки при температуре 85-95°С в щелочном растворе перекиси водорода, дополнительно содержащем 0,3-0,5% мас. метасиликата натрия, 0,02-0.05% мас. триэтаноламина и 0,05-0,1% мас. трилона Б, при концентрации перекиси водорода 0,5-0,6% мас., в течение не менее 90 мин, после чего снова осуществляют промывку продукта в емкости умягченной водой и его отжим, и затем сушат. Гидромодуль на стадиях предгидролиза и отбелки составляет 1:15, на стадиях промывок 1:10.

Недостатком настоящего способа является многооперационный технологический процесс на большом количестве оборудования, с большим количеством задействованного персонала, высокий гидромодуль на всех этапах технологического процесса и следовательно увеличенное потребление свежей и умягченной воды, высокие потери и затраты на выработку волокна со штапельной длиной 8-10 мм. Кроме того, данный способ не в полной мере позволяет получать химическую целлюлозу с требуемыми показателями динамической вязкости, белизны, остатка нерастворимого в серной кислоте, смачиваемости и т. д. без существенных потерь исходного сырья, сохранения молекулярной массы целлюлозы при удалении лигнина и гемицеллюлоз, что является актуальной задачей при промышленном производстве товарного продукта.

Технической проблемой изобретения является создание эффективного способа получения беленой целлюлозы для химической переработки из волокон конопли на минимальном количестве оборудования и низким расходом воды и реактивов..

Техническим результатом изобретения, позволяющим решить техническую проблему, является обеспечение возможности выполнения большинства операций в одном аппарате с циркуляцией рабочей жидкости.

Технический результат достигается способом получения целлюлозы из волокон лубяных культур, заключающийся в том, что очищенное волокнистое сырье первоначально обрабатывают щелочным раствором, затем проводят его делигнификацию, отбелку полученной целлюлозной массы, проводят промежуточные промывки, окончательную промывку, отжим и сушку, по которому, согласно изобретению, первоначальную обработку волокнистого сырья проводят одновременно с формованием путем уплотнения волокнистого сырья на прессе, делигнификацию проводят в варочном аппарате путем воздействия на сформованное волокнистое сырье циркулирующим рабочим раствором, отбелку также проводят в варочном аппарате путем воздействия на полученную сформованную целлюлозную массу циркулирующим рабочим раствором, и промежуточные и окончательную промывки также проводят в варочном аппарате путем воздействия на сформованную целлюлозную массу циркулирующей водой.

Возможны случаи, когда после формования целесообразно проводят прогрев и промывку в варочном аппарате при воздействии на сформованную целлюлозную массу циркулирующей оборотной водой.

Также целесообразно проводить отбелку в две стадии с промежуточной промывкой оборотной водой.

В частных случаях целесообразно проводить после отбелки нейтрализацию в варочном аппарате путем воздействия на сформованную целлюлозную массу циркулирующим раствором кислоты.

Предлагаемый способ обеспечивает получение целлюлозы требуемого качества, предназначенной для производства эфиров целлюлозы, в том числе пищевых добавок, продукции нитрования, карбоксиметилцеллозы и т. д., из волокон лубяных культур. В данном способе основным сырьем является волокно конопли технической.

Предложенный способ получения целлюлозы включает следующие стадии.

Формование - мокрую подготовку сырья – осуществляют при температуре 80-90°С путем пневматической загрузки волокна с одновременной обработкой черными щелоками и прессованием его в форму, необходимую для загрузки в варочный аппарат, в течение 20-25 минут. Гидромодуль 1 : 4 (отношение массы волокна к массе рабочего раствора).

Среднее содержание остаточных реагентов в черном щелоке приведено в таблице 1.

Таблица 1

Наименование материала Состав химикатов в растворе черного щелока, г/л NaOH, Na₂S₂O₃ Н₂0₂ ПАВ-2 Na₂S Волокно лубяных культур 6,0-7,0 0,2-0,3 - ост. 0,15-0,2

В процессе прессования волокно равномерно обрабатывается отработанными черными щелоками, что позволяет сократить расход химикатов на этапе делигнификации, промыть волокно от минеральных включений, начать химический процесс воздействия на лигнин и гемицеллюлозы перед делигнификацией, обеспечить требуемую плотность «таблетки».

После формования сформованное волокнистое сырье загружают в варочный аппарат.

Предварительный прогрев и промывку волокна осуществляют циркулированием промывочного раствора на основе оборотной воды, содержащего ПАВ-1 в количестве 0,1-0,15 г/л, в различных направлениях относительно вертикальной оси варочного аппарата при температуре 100-110°С в течение 10-15 минут. Гидромодуль 1 : 4.

Делигнификацию осуществляют циркулированием варочного раствора на основе оборотной воды в различных направлениях относительно вертикальной оси варочного аппарата при температуре 135-145°С в течение 150-180 минут. Гидромодуль 1 : 4 .

Состав варочного раствора приведен в таблице 2.

Таблица 2

Наименование материала Состав и расход химикатов в варочном растворе, г/л NaOH Na₂S₂O₃ ПАВ-2 Na₂S Смачи-ватель HPS 14029 H₂O₂, 50% Целлюлоза из волокна лубяной культуры 25,0-30,0 1,5-2,0 1,0-1,5 1,5-2,0 0,8-1,0 0,4-0,5 3,5-5,0

Первую ступень отбелки осуществляют циркулированием отбеливающего раствора на основе оборотной воды в различных направлениях относительно вертикальной оси варочного аппарата при температуре 122-128°С в течение 40-45 минут. Гидромодуль 1 : 5,5. Состав отбеливающего раствора приведен в таблице 3.

Таблица 3

Наименование материала Состав и расход химикатов в отбеливающем растворе 1 ступени, г/л NaOH HPS 14029 Трилон С H₂O₂ 50% Беленая целлюлоза из волокна лубяных культур,
белизна 77 % 3,0-3,5 0,4-0,5 г/л от H₂O₂ 0,4-0,5 г/л от H₂O₂ 13-17,0

Вторую ступень отбелки осуществляют циркулированием отбеливающего раствора на основе оборотной воды в различных направлениях относительно вертикальной оси варочного аппарата при температуре 115-125°С в течение 30-35 минут. Гидромодуль 1 : 5,8. Состав отбеливающего раствора приведен в таблице 4.

Таблица 4

Наименование материала Состав и расход химикатов в отбеливающем растворе 2 ступени, г/л NaOH HPS 14029 Трилон С H₂O₂ 50% Беленая целлюлоза из волокна лубяных культур,
белизна 85 % 2,0-2,5 0,4-0,5 г/л от H₂O₂ 0,4-0,5 г/л от H₂O₂ 10,0-15,0

Нейтрализацию целлюлозной массы осуществляют циркулированием раствора серной кислоты на основе свежей воды, содержащего 1,0-1,3 г/л серной кислоты, в различных направлениях относительно вертикальной оси варочного аппарата при температуре 50-55°С в течение 15-18 минут. Гидромодуль 1:6,2. Эта операция выполняется по мере необходимости. Белизна товарной целлюлозы 85%.

Все промежуточные промывки между операциями осуществляют циркулированием оборотной воды в различных направлениях относительно вертикальной оси варочного аппарата при заданных температурах в течение 10-15 минут.

Окончательная промывку осуществляют циркулированием свежей воды (умягченной), в различных направлениях относительно вертикальной оси варочного аппарата при температуре 20-30°С в течение 15-20 минут. Гидромодуль 1 : 6,2.

Сушка готовой продукции осуществляется на центрифугах до влажности 35-40%, с последующим рыхлением и сушкой на плоскосеточной сушильной машине, укомплектованной в конце сушки упаковочным оборудованием.

Однако необходимо контролировать параметры используемого сырья – волокна конопли технической. При изменении параметров входного сырья (причина - место произрастания, условия произрастания, смена сорта, климатические условия, полив, смена удобрений и т.д.) требуется выполнить контрольные варки и внести корректировки в температурно-временные режимы процессов и расходы химикатов.

Предложенный способ обеспечивает минимизацию потерь волокна, удаление лигнина и гемицеллюлоз, при сохранении высокого выхода целлюлозы (65-66%). Получена беленая рыхлая целлюлоза с требуемыми показателями динамической вязкости, белизны, остатка нерастворимым в серной кислоте, смачиваемости, золы и пыли, соответствующими требованиям нормативных документов (хлопковая целлюлоза, ГОСТ 595-79).

Кроме того, предлагаемый способ обеспечивает низкие энергозатраты на проведение технологических процессов за счет сокращения технологических операций на применяемых аппаратах, обеспечивающих возможность автоматического контроля и регулирования технологических параметров по этапам процесса, дозировки рабочих растворов. Максимально повторно используются оборотные воды и сокращен гидромодуль операций, что сокращает водопотребление до 36-40 м3 на 1 тонну готовой продукции. Требуется минимальный штат обслуживающего персонала по сравнению с прототипом или традиционными технологиями.

Формование спрессованной «таблетки» обеспечивает максимальную загрузку варочного аппарата (1 тонна волокна на 1 варочный аппарат), позволяет осуществлять стадии техпроцесса при низких гидромодулях, сокращая потребление свежей воды по сравнению с прототипом до 36-40 м3 на тонну товарной продукции.

Применение варочных аппаратов циркуляционного типа позволяет исключить из техпроцесса дополнительное технологическое оборудование необходимое для отбелки, нейтрализации, промывок и отжима целлюлозы, сократить количество обслуживающего персонала, сократить количество технологических операций, максимально автоматизировать техпроцесс с обеспечением приборного контроля технологических параметров процесса.

Применение варочных аппаратов циркуляционного типа позволило в одном технологическом аппарате выполнять все стадии техпроцесса – варку, одно или многоступенчатую отбелку, нейтрализацию и промывку целлюлозы, разделить и закольцевать потоки использованных оборотных вод и рабочих растворов, обеспечивая низкое водопотребление свежей воды по сравнению с прототипом и классическими техпроцессами, сократить занимаемые производственные площади и потребляемые энергоресурсы, сократить капитальные и операционные расходы на организацию производства целлюлозы.

Предлагаемый способ обеспечивает возможность промышленного производства беленой целлюлозы из волокон конопли, наиболее близко соответствующей требованиям к качеству целлюлозы для последующей химической переработки.

Характеристика исходного сырья и химикатов

Предлагаемый способ основан на применении в процессе делигнификации основных химических реагентов рекомендованных типовыми составами варочных растворов для сульфатных и натронных варок, активно и широко применяемых на целлюлозных предприятиях, перерабатывающих однолетние растения и древесину в целлюлозу для химической переработки.

Концентрации основных и дополнительных химических реагентов в составе варочного раствора подобраны исходя из технологических возможностей и конструктивных особенностей варочных и прессового аппаратов, отработанных и отобранных температурно-временных режимах на этих аппаратах, при которых получены наилучшие результаты.

Варочный раствор обеспечивает равномерный, щадящий провар волокна, максимальное удаление лигнинов и гемицеллюлоз, снижая технологические потери и сохраняя молекулярную массу целлюлозы.

Смачиватель Эвескол FDU - неионогенный низкопенный смачиватель и деаэратор, применяется для расшлихтовки при отбеливании натуральных и синтетических волокон в непрерывных и периодических процессах. Совместим с пероксидом водорода. Применен для повышения показателя смачиваемости готовой продукции.

С целью устранения негативной роли ионов металлов переменной валентности способствующих каталитическому разложению пероксида водорода при приготовлении отбеливающих растворов на свежей и оборотной воде выбраны стабилизатор перекиси водорода Hydrogen Peroxide Stabilizer 14029 (HPS 14029) и комплексообразователь Трилон С.

Основное сырье

1. Волокно конопли технической, модифицированное, штапельная длина 20-50 мм, засоренность 1-1,5%.

Основные химикаты

1. Натр едкий технический, марки РД - ГОСТ 2263-79;

2. Водорода перекись техническая 50% - ГОСТ 177-88;

3. Натрий серноватистокислый (натрия тиосульфат) 5-водный - ГОСТ 27068-86;

4. Сульфид натрия (Na₂S) - ГОСТ 596-89;

5. Кислота серная техническая (H₂SO₄). ГОСТ 2184-2013

Дополнительные химикаты

1. ПАВ-1. Поверхностно-активное вещество «Лотос универсал эконом» ТУ2381-003-50260893-2004;

8. ПАВ-2. Поверхностно-активное вещество Синтанол АЛМ-7 (СинтаНор™ АЛМ-7) - ТУ2483-003-71150986-2012 с изм. 1-2. (Норкем);

9. Смачиватель Эвескол FDU.

10. Стабилизатор пероксида водорода Hydrogen Peroxide Stabilizer 14029 (HPS 14029), состоящий из органических комплексных связующих и неорганических солей.

11. Комплексообразователь – натриевая соль диэтилентриаминпентауксусная кислота (Na₅DTPA), под торговым названием Трилон С.

Примеры конкретного осуществления способа.

Пример 1.

Применен лабораторный автоклав, объемом 10 литров, конструктивно выполненный аналогично варочным аппаратам, оборудованный собственной системой принудительной циркуляции растворов и подключенный к действующей производственной системе подачи воды, энергоносителей и стоков.

Подготовили волокно конопли технической - 1210 г по воздушно сухому весу, очищенное от костры, лап, узлов и неорганических примесей, укороченное до штапельной длины 20 мм. Определили влажность волокна по ГОСТ 25133-82 «Волокна лубяные. Метод определения влажности». При пересчете получили массу 1000 грамм абсолютно сухого вещества (АСВ).

Подготовленное волокно разделили на 4 образца и обработали раствором черного щелока температурой 80-90°С, перемешали вручную и по истечении 20-25 минут с помощью ручного пресса сформировали «таблетки» для загрузки в лабораторный автоклав. Всего изготовлено 4 образца, каждый примерной массой по 250 грамм по АСВ. Влажность 46-48 %.

В лабораторный автоклав загрузили сформованные образцы, один на один. Залили оборотную воду и добавили 0,5 грамма ПАВ-1. Гидромодуль 1 : 4. Закрыли крышку, включили циркуляцию и подогрев до 110 °С. При достижении заданной температуры произвели предварительную промывку в течение 15 минут. Остановили циркуляцию, открыли сбросной паровой клапан, при снижении показаний манометра до 0 кгс/см^2, открыли сбросной клапан для сброса растворов и слили промывочную воду.

Закрыли оба клапана, подали варочный раствор содержащий едкий натр – 28 гр/л, тиосульфат натрия 2 гр/л, сульфид натрия 2 гр/л, ПАВ-2 – 1,5 гр/л, смачиватель – 1 гр/л. При достижении 95°С добавили HPS 14029- 0.5 гр/л, перекись водорода 5,0 гр/л. Гидромодуль 1 : 4. Включили циркуляцию и подогрев до 140 °С. При достижении заданной температуры начали отсчет времени варки – продолжительность 150 минут. После завершения процесса, остановили циркуляцию, открыли сбросной паровой клапан, при снижении показаний манометра до 0 кгс/см², открыли клапан для сброса растворов и слили черный щелок.

Закрыли оба клапана, набрали оборотную воду, включили циркуляцию и подогрев до 80 °С, и при достижении заданной температуры выполнили промывку после варки. Остановили циркуляцию, открыли сбросной паровой клапан, при снижении показаний манометра до 0 кгс/см² открыли сбросной клапан для сброса растворов и слили промывочную воду. Повторили. Гидромодуль 1 : 5. Продолжительность по 10 минут каждая промывка.

Закрыли оба клапана, набрали оборотную воду, включили циркуляцию и подогрев, при температуре 75 °С ввели отбеливающий раствор содержащий едкий натр – 3,0 гр/л, HPS 14029 - 0.5 гр/л, перекись водорода 15,0 гр/л, Трилон С - 0,5 гр/л. При достижении температуры 125 °С начали отсчет времени первой ступени отбелки – продолжительность 45 минут. После завершения процесса, остановили циркуляцию, открыли сбросной паровой клапан, при снижении показаний манометра до 0 кгс/см² открыли клапан для сброса растворов и слили отработанный раствор. Гидромодуль 1 : 5,5.

Закрыли оба клапана, набрали оборотную воду, включили циркуляцию и подогрев до 80 °С, и при достижении заданной температуры выполнили промывку после 1 ступени отбелки. Остановили циркуляцию, открыли сбросной паровой клапан, при снижении показаний манометра до 0 кгс/см² открыли сбросной клапан для сброса растворов и слили промывочную воду. Гидромодуль 1 ; 5,5. Продолжительность 10 минут.

Закрыли оба клапана, набрали оборотную воду, включили циркуляцию и подогрев, при температуре 75 °С ввели отбеливающий раствор содержащий едкий натр – 2,0 гр/л, HPS14029 - 0.5 гр/л, перекись водорода 12,0 гр/л, Трилон С - 0,5 гр/л. При достижении температуры 125 °С начали отсчет времени 2 ступени отбелки – продолжительность 35 минут. После завершения процесса остановили циркуляцию, открыли сбросной паровой клапан, при снижении показаний манометра до 0 кгс/см² открыли клапан для сброса растворов и слили отработанный раствор. Гидромодуль 1 : 5.8.

Закрыли оба клапана, набрали оборотную воду, включили циркуляцию и подогрев до 80 °С, и при достижении заданной температуры выполнили промывку после 2 ступени отбелки. Остановили циркуляцию, открыли сбросной паровой клапан, при снижении показаний манометра до 0 кгс/см² открыли сбросной клапан для сброса растворов и слили промывочную воду. Гидромодуль 1 : 5.8. Продолжительность 10 минут.

Закрыли оба клапана, набрали чистую воду и ввели серную кислоту – 1,0 гр/л, включили циркуляцию и подогрев, при достижении температуры 50 °С начали отсчет времени нейтрализации – продолжительность 15 минут. После завершения процесса остановили циркуляцию, открыли сбросной паровой клапан, при снижении показаний манометра до 0 кгс/см² открыли клапан для сброса растворов и слили отработанный раствор. Гидромодуль 1 : 6,2

Закрыли оба клапана, набрали чистую воду, включили циркуляцию и при температуре 30 °С выполнили промывку после нейтрализации. Остановили циркуляцию, открыли сбросной паровой клапан, открыли сбросной клапан для сброса растворов и слили промывочную воду. Гидромодуль 1 : 6,2. Продолжительность 10 минут.

Закрыли оба клапана, набрали умягченную воду, включили циркуляцию и при температуре 30 °С выполнили повторную промывку. Остановили циркуляцию, открыли сбросной паровой клапан, открыли сбросной клапан для сброса растворов и слили промывочную воду. Гидромодуль 1 : 6,2. Продолжительность 10 минут.

Открыли автоклав, достали полученные образцы, взвесили каждый образец, зафиксировали вес влажного образца. Разрыхлили образцы и высушили их в сушильном шкафу, по методике ГОСТ 595-79. Целлюлоза хлопковая. Технические условия. Сделали пересчет на АСВ. Выход целлюлозы составил 65,4% (пример 2=65,7%, пример 3=64,2%, пример 4=66,9%).

Примеры 2, 3 и 4 выполнены аналогично примеру 1.

По методикам действующих нормативных документов выполнили лабораторные испытания полученных образцов по следующим показателям, приведенным в таблице 5.

Таблица 5

Показатель Нормативный документ (ГОСТ, ОСТ, СП, ТУ) Внешний вид ГОСТ 595- 79 Массовая доля альфа-целлюлозы, %, не менее ГОСТ 595- 79 Смачиваемость (для производства нитроцеллюлозы), г, не менее для марки: ГОСТ 595- 79 Массовая доля воды, %, не более ГОСТ 595- 79 Массовая доля золы, %, не более ГОСТ 18461-93 Массовая доля остатка, нерастворимого в серной кислоте, %, не более ГОСТ 595- 79 Массовая доля волокнистой пыли, %, не более ГОСТ 595- 79 Белизна, %, не менее ГОСТ 595- 79 Масса железа, мг/кг абсолютно сухой целлюлозы, не более ГОСТ 595- 79 Динамическая вязкость, сПа·с (СП): ГОСТ 595- 79 Массовая доля остаточного лигнина, % ГОСТ 11960-79 рН водной вытяжки ГОСТ 12523-77

Показателями образца по способу прототипу приняли как среднее значение суммы показателей выполненных примеров 1-4, указанных в таблице 2 патента РФ № 2735263 от 29.10.2020г. Сравнение показателей приведено в таблице 6.

Таблица 6

Наименование показателя Норма для 2 сорта хлопковой целлюлозы М35 Целлюлоза из волокна лубяной культуры
по предлагаемому способу
(примеры 1/2/3/4) Целлюлоза из волокна лубяной культуры
по прототипу Внешний вид Рыхлая масса белого цвета, не содержащая по-сторонних вклю-чений и приме-сей нецеллюлоз-ного характера Рыхлая масса от светло желтого до белого цвета, не со-держащая посторон-них включений и примесей нецеллю-лозного характера - Массовая доля альфа-целлюлозы, %, не менее 96,0 95,4/94,8/95,7/96,2 94,6 Смачиваемость (для производства нитроцеллюлозы), г, не менее для марки: 130 148/144/147/148 - Массовая доля воды, %, не более 10,0 7,0-10,0 - Массовая доля золы, %, не более 0,3 0,31/0,33/0,31/0,31 0,32 6. Массовая доля остатка, нерастворимого в серной кислоте, %, не более 0,50 0,51/0,57/0,51/0,54 - 7. Массовая доля волокнистой пыли, %, не более 2,0 0,4/0,9/0,6/0,6 - 8. Белизна, %, не менее 83 85/84/84/86 74 9. Масса железа, мг/кг абсолютно сухой целлюлозы, не более - - - 10. Динамическая вязкость, сПа·с (СП): 1,0-2,0 (10-20)
2,1-3,0 (21-30)
3,1-4,5 (31-45) -
-
4,4 /4,5/4,5/4,3 - Массовая доля остаточного лигнина, % -- 0,59/0,56/0,58/0,58 0,57 рН водной вытяжки 6,5-7,0 6,8/6,9/6,4/6,8 - Выход продукта с 1 тонны сырья по абсолютно сухому волокну, кг 850
(85%) 657/654/642/669
(65,7%/65,4/64,2/66,9) 673
(67,3) Время полного цикла котла, ч 8 8 -

При условно равном соответствии показателей качества целлюлозы по предлагаемому способу и по прототипу по содержанию массовой доли α-целлюлозы, массовой доли остаточного лигнина, массовой доли золы и равному выходу товарной продукции, качество беленой целлюлозы по предлагаемому способу существенно отличается от прототипа:

- по белизне (84-85%);

- по динамической вязкости (4,4-4,5 сПа·с);

- по смачиваемости (145-146 г);

- по массовой доле волокнистой пыли (0,5-0,6 %);

- по массовой доле остатка, нерастворимого в серной кислоте (0,53-0,54).

Как видно из таблицы 6, совокупность показателей качества беленой целлюлозы по предлагаемому способу демонстрирует техническую и технологическую возможности регулируемого промышленного производства продукции, наиболее близко соответствующей требованиям к качеству целлюлозы для последующей химической переработки (аналог хлопковой целлюлозы 2 сорт, марка 35 (15,25) по ГОСТ 595-7).

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной и химической промышленности. Способ получения целлюлозы из волокон лубяных культур заключается в том, что очищенное волокнистое сырье первоначально обрабатывают щелочным раствором, затем проводят его делигнификацию, отбелку полученной целлюлозной массы, проводят промежуточные промывки, окончательную промывку, отжим и сушку. Согласно изобретению, первоначальную обработку волокнистого сырья проводят одновременно с формованием путем уплотнения волокнистого сырья на прессе. Делигнификацию проводят в варочном аппарате путем воздействия на сформованное волокнистое сырье циркулирующим рабочим раствором, отбелку также проводят в варочном аппарате путем воздействия на полученную сформованную целлюлозную массу циркулирующим рабочим раствором, и промежуточные и окончательную промывки также проводят в варочном аппарате путем воздействия на сформованную целлюлозную массу циркулирующей водой. Изобретение позволяет сократить количество используемого оборудования и снизить расход воды и реактивов. 3 з.п. ф-лы, 6 табл., 4 пр.

1. Способ получения целлюлозы из волокон лубяных культур, заключающийся в том, что очищенное волокнистое сырье первоначально обрабатывают щелочным раствором, затем проводят его делигнификацию, отбелку полученной целлюлозной массы, проводят промежуточные промывки, окончательную промывку, отжим и сушку, отличающийся тем, что первоначальную обработку волокнистого сырья проводят одновременно с формованием путем уплотнения волокнистого сырья на прессе, делигнификацию проводят в варочном аппарате путем воздействия на сформованное волокнистое сырье циркулирующим рабочим раствором, отбелку также проводят в варочном аппарате путем воздействия на полученную сформованную целлюлозную массу циркулирующим рабочим раствором, и промежуточные и окончательную промывки также проводят в варочном аппарате путем воздействия на сформованную целлюлозную массу циркулирующей водой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после формования проводят прогрев и промывку в варочном аппарате при воздействии на сформованную целлюлозную массу циркулирующей оборотной водой.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отбелку проводят в две стадии с промежуточной промывкой оборотной водой.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после отбелки проводят нейтрализацию в варочном аппарате путем воздействия на сформованную целлюлозную массу циркулирующим раствором кислоты.