Способ получения целлюлозы Российский патент 2024 года по МПК D21C3/00 

Изобретение относится к технологии целлюлозного производства и может быть использована на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности в производстве сульфитной и сульфатной целлюлоз.

Наиболее распространенными способами получения целлюлозы из древесного сырья являются сульфатная и сульфитная варка. При этом происходит делигнификация сырья, а также снижение содержания экстрактивных веществ, в частности смол и жиров. В процессе варки экстрактивные вещества вместе с лигнином из древесины переходят в варочный щелок, и смола в целлюлозной массе находится в трех видах: а) в состоянии свободных частиц, взвешенных в водной фазе в виде суспензии или эмульсии; б) в виде частиц, осевших на поверхности волокон; в) в виде капелек жиров и жирных кислот внутри паренхимных клеток. Контроль наличия каждого типа смолы является ключевым фактором контроля качества процесса варки, а также качества конечного и побочных продуктов. Наиболее опасной является эмульгированная смола, так как ее суспензия нестабильна и под влиянием изменения внешних условий (выгрузка целлюлозы из котла, промывка) легко может быть нарушена. В этом случае происходит агломерация отдельных частиц смолы в крупные сгустки и оседание их на целлюлозном волокне и оборудовании, что обусловливает появление "вредной" смолистости и является причиной возникновения смоляных затруднений на производстве.

Известен способ получения сульфатной целлюлозы (RU 2368716 МПК D21C 3/00(2006.01), D21C 3/22(2006.01), опубл. 27.09.2009) из лиственных пород древесины в присутствии органической добавки - ПАВ неионогенного типа ОС-20, представляющего собой смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов при его расходе 0,02-0,15% от массы абсолютно сухой древесины. Предлагаемый способ позволяет ускорить процесс делигнификации, повысить мягкость сульфатной целлюлозы и экологичность процесса, снизить содержание общей и «вредной» смолы при одновременном снижении количества органической добавки и сохранении высокой степени обессмоливания.

К недостаткам данного способа относится отсутствие данных по пригодности такой целлюлозы к использованию в химической переработке, а также ограничение по использованию видов древесных пород.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения целлюлозы путем варки древесной щепы с сульфитным варочным раствором в присутствии добавки используют поверхностно-активное вещество неионогенного типа - препарат ОС-20, представляющий собой смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов, при его расходе 0,1-0,2% от массы абсолютно сухой древесины (RU 2213175C1 МПК D21C 3/06 (2000.01), D21C 9/08 (2000.01), опубл.27.09.2003)

К недостаткам данного способа относится относительно высокий расход ПАВ (0,1-0,2% от абсолютно сухой щепы), степень обессмоливания не выше 55%, снижение «вредной» смолистости до 60%, отсутствие данных по типу используемой щепы (лиственная, хвойная).

Признаки прототипа, являющихся общими с заявляемым техническим решением, включают варку древесной щепы варочным раствором в присутствии ПАВ.

Задачей изобретения является увеличение эффективности обессмоливания и снижения "вредной" смолистости, а также повышение степени делигнификации древесины за счет улучшения смачивающей и проникающей способности варочного раствора при одновременном снижении расхода поверхностно-активного вещества и увеличении реакционной способности целлюлозы к вискозообразованию.

В результате использования заявленного способа за счет комплексного воздействия веществ, приводящего к образованию развитой поверхности волокон целлюлозных материалов с гидролизом связей лигноуглеводного комплекса целлюлозы, получают продукт с пониженным содержанием лигнина, смол и жиров, повышенным содержанием а-целлюлозы. При этом целлюлоза обладает более высокой реакционной способностью к вискозообразованию, что обеспечивает технический результат.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения целлюлозы, включающий варку древесины в присутствии добавки, при чем в качестве добавки используют смесь поверхностно-активных веществ: неионогенного пентаоксиэтилированного эфира моноэтаноламида тридекановой кислоты формулой C₁₂H₂₅CONHCH₂CH₂O(C₂H₄O)₅H (НПАВ1), катионного поверхностно-активного вещества (КПАВ) додецилдиметилбензиламмоний хлорида формулы {C₁₂H₂₅(CH₃)₂(CH₂C₆H₅)N}Cl и неионогенного поверхностно-активного вещества оксиэтилированного моноалкилфенола на основе тримеров пропилена формулы C₉H₁₉C₆H₄O(C₂H₄O)₆Н (НПАВ2) НПАВ1 : КПАВ : НПАВ2 1:1:9 - 2:2:8, при расходе 0,005-0,05% от массы абсолютно сухой древесины.

Варку древесины лиственных пород ведут в присутствии сульфатного варочного раствора и добавки поверхностно-активных веществ НПАВ1 : КПАВ : НПАВ2 1:1:9 при расходе 0,005-0,01% от массы абсолютно сухой древесины.

Варку древесины хвойных пород ведут в присутствии сульфитного варочного раствора и добавки поверхностно-активных веществ НПАВ1 : КПАВ : НПАВ2 2:2:8 при расходе 0,015-0,05% от массы абсолютно сухой древесины.

Существенными признаками заявляемого способа является неразрывная совокупность признаков, указанных в формуле изобретения. Известны добавки поверхностно-активных веществ, применяемые в технических моющих средствах для эффективного снижения поверхностного натяжения на поверхности раздела фаз. В заявляемом решении добавки выполняют как свою функцию, так и в комбинации заявленных поверхностно-активных веществ при данных соотношениях, в сочетании с другими признаками, указанными выше достигают указанный технический результат. На основании этого можно сделать вывод о существенности отличий в заявленном решении.

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности. Пример.

Способ получения целлюлозы из древесины лиственных пород в присутствии сульфатного варочного раствора проводят следующим образом:

1,2 кг воздушно-сухой щепы из древесины лиственных пород, что соответствует 1 кг абсолютно-сухой щепы, загружают в автоклав, заливают 4 кг сульфатного варочного раствора с добавкой смеси поверхностно-активных веществ НПАВ1 : КПАВ : НПАВ2 в соотношении 1:1:9 при расходе 0,005-0,01% от массы абсолютно сухой древесины. Варку проводят при следующих параметрах режима:

- подъем температуры до 170°С - 60 минут;

- варка при температуре 170°С - 60 минут;

После окончания варки целлюлозу промывают водой. Примеры конкретного применения (1-3) приведены в таблице.

Показатели качества целлюлозы, полученной при варке древесины лиственных пород в присутствии сульфатного варочного раствора без введения добавки поверхностно-активных веществ следующие: содержание лигнина (каппа, ед.) - 27; общее содержание смолы в целлюлозе - 0,8%, содержание «вредной» смолы - 160 мг/100 г целлюлозы, массовая доля а-целлюлозы - 92%, реакционная способность CS2/NaOH - 100/12. Депрессия поверхностного натяжения исходного варочного раствора - 0 мН/м.

Способ получения целлюлозы из древесины хвойных пород в присутствии сульфитного варочного раствора проводят следующим образом:

1,2 кг воздушно-сухой щепы из древесины хвойных пород, что соответствует 1 кг абсолютно-сухой щепы, загружают в автоклав, заливают 4 кг сульфитного варочного раствора на натриевом основании с добавкой смеси поверхностно-активных веществ НПАВ1:КПАВ:НПАВ2 в соотношении 2:2:8 при расходе 0,015-0,05% от массы абсолютно сухой древесины. Варку проводят при следующих параметрах режима:

- подъем температуры до 115°С - 60 минут;

- стоянка при температуре 115°С - 120 минут;

- подъем температуры до 160°С - 120 минут;

- стоянка при температуре 160°С - 120 минут; После окончания варки целлюлозу промывают водой. Примеры конкретного применения (4-6) приведены в таблице.

Показатели качества целлюлозы, полученной при варке древесины лиственных пород в присутствии сульфатного варочного раствора без введения добавки поверхностно-активных веществ следующие: содержание лигнина (каппа, ед.) - 110; общее содержание смолы в целлюлозе - 1,3%, содержание «вредной» смолы - 50 мг/100 г целлюлозы, массовая доля а-целлюлозы - 88,1%, реакционная способность CS2/NaOH - 90/11. Депрессия поверхностного натяжения исходного варочного раствора - 0 мН/м.

Из данных таблицы видно, что заявляемый способ в заявляемых параметрах осуществления обеспечивает решение описанных выше задач. В соответствии с предлагаемым способом полученные образцы целлюлозы имеют низкое содержание смол и жиров, в частности «вредной смолы» при одновременном улучшении реакционной способности к вискозообразованию и повышению содержания а-целлюлозы в сульфатной - до 97,1%, в сульфитной - 94,0%.

Полученные результаты при использовании пониженной дозировки ПАВ при варке целлюлозы обусловлены следующим:

- улучшением смачивающей способности целлюлозного волокна и проникающей способности варочных растворов;

- снижением содержания лигнина в полученных образцах (на 40-56% для сульфатной целлюлозы и 28-48% для сульфитной целлюлозы);

- обессмоливающим эффектом в случае общей смолистости (на 50-74% для сульфатной целлюлозы и 68-70% для сульфитной целлюлозы) и вредной смолистости (на 97-99% для сульфатной целлюлозы и 68-78% для сульфитной целлюлозы).

Полученная целлюлоза обладает повышенной реакционной способностью и может быть использована, например, для производства химических волокон.

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, а именно к способам получения целлюлозы при переработке древесины лиственных пород по сульфатному способу и древесины хвойных пород по сульфитному способу. Способ включает варку древесины с варочным раствором в присутствии в качестве добавки смеси поверхностно-активных веществ: неионогенного пентаоксиэтилированного эфира моноэтаноламида тридекановой кислоты формулы C₁₂H₂₅CONCH₂CH₂O(C₂H₄O)₅H (НПАВ1), катионного поверхностно-активного вещества (КПАВ) додецилдиметилбензиламмоний хлорида формулы {С₁₂Н₂₅(СН₃)₂(СН₂С₆Н₅)]N}Cl и неионогенного поверхностно-активного вещества оксиэтилированного моноалкилфенола на основе тримеров пропилена формулы C₉H₁₉C₆H₄O(C₂H₄O)₆Н (НПАВ2). При этом соотношение НПАВ1 : КПАВ : НПАВ2 составляет 1:1:9 - 2:2:8 при расходе 0,005-0,05% от массы абсолютно сухой древесины. Изобретение позволяет при сниженном расходе поверхностно-активных веществ получить целлюлозу с пониженным содержанием лигнина, смол и жиров, увеличенной реакционной способностью к вискозообразованию и повышенным содержанием α-целлюлозы. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения целлюлозы, включающий варку древесины в присутствии неионогенной поверхностно-активной добавки, отличающийся тем, что добавка содержит смесь поверхностно-активных веществ: неионогенного пентаоксиэтилированного эфира моноэтаноламида тридекановой кислоты формулы C₁₂H₂₅CONHCH₂CH₂O(C₂H₄O)₅H (НПАВ1), катионного поверхностно-активного вещества (КПАВ) додецилдиметилбензиламмоний хлорида формулы {C₁₂H₂₅(CH₃)₂(CH₂C₆H₅)N}Cl и неионогенного поверхностно-активного вещества оксиэтилированного моноалкилфенола на основе тримеров пропилена формулы C₉H₁₉C₆H₄O(C₂H₄O)₆H (НПАВ2), при этом соотношение НПАВ1 : КПАВ : НПАВ2 составляет 1:1:9-2:2:8 при расходе 0,005-0,05% от массы абсолютно сухой древесины.

2. Способ получения целлюлозы по п. 1, отличающийся тем, что включает варку древесины лиственных пород в присутствии сульфатного варочного раствора и добавка содержит смесь поверхностно-активных веществ: неионогенного пентаоксиэтилированного эфира моноэтаноламида тридекановой кислоты формулой C₁₂H₂₅CONHCH₂CH₂O(C₂H₄O)₅H (НПАВ1), катионного поверхностно-активного вещества (КПАВ) додецилдиметилбензиламмоний хлорида формулы {С₁₂Н₂₅(СН₃)₂(CH₂C₆H₅)N}Cl и неионогенного поверхностно-активного вещества оксиэтилированного моноалкилфенола на основе тримеров пропилена формулы C₉H₁₉C₆H₄O(C₂H₄O)₆H (НПАВ2), при этом соотношение НПАВ1 : КПАВ : НПАВ2 составляет 1:1:9 при расходе 0,005-0,01% от массы абсолютно сухой древесины.

3. Способ получения целлюлозы по п. 1, отличающийся тем, что включает варку древесины хвойных пород в присутствии сульфитного варочного раствора и добавка содержит смесь поверхностно-активных веществ: неионогенного пентаоксиэтилированного эфира моноэтаноламида тридекановой кислоты формулой C₁₂H₂₅CONHCH₂CH₂O(C₂H₄O)₅H (НПАВ1), катионного поверхностно-активного вещества (КПАВ) додецилдиметилбензиламмоний хлорида формулы {С₁₂Н₂₅(СН₃)₂(CH₂C₆H₅)N}Cl и неионогенного поверхностно-активного вещества оксиэтилированного моноалкилфенола на основе тримеров пропилена формулы C₉H₁₉C₆H₄O(C₂H₄O)₆H (НПАВ2), при этом соотношение НПАВ1 : КПАВ : НПАВ2 составляет 2:2:8 при расходе 0,015-0,05% от массы абсолютно сухой древесины.