Способ получения целлюлозы Российский патент 2025 года по МПК D21C3/02 D21C1/06 

Изобретение относится к области целлюлозно-бумажного производства и может быть использовано для производства целлюлозы и продуктов на её основе из растительного сырья. Известен способ получения целлюлозы (варианты): см. RU №2304647, МПК D21C 5/00 (2006.01), D21C 1/06 (2006.01), D21C 3/02 (2006.01), D01C 1/02 (2006.01), 2007.

Способ получения целлюлозы по первому варианту осуществляют при одновременном рыхлении и очистке целлюлозосодержащего материала, варки в щелочном растворе, промывки, отбелки, промывки, сушки, в котором после одновременного рыхления и очистки ведут измельчение, замочку в растворе NaOH и очистку, варку ведут в растворе щелочи в течение 1,5-3 ч при гидромодуле 1:(5-20), содержащем дополнительно ПАВ, отбелку ведут в растворе H₂O₂, а перед сушкой проводят отжим.

Преимущественное выполнение, когда после отбелки осуществляют кисловку в растворе кислоты; когда перед сушкой проводят измельчение.

Способ получения целлюлозы по второму варианту осуществляют при одновременном рыхлении и очистке целлюлозосодержащего материала, варки в щелочном растворе, промывки, отбелки, промывки, сушки, в котором варку ведут в щелочном растворе, дополнительно содержащем ПАВ, в течение 1,5-3 ч при гидромодуле 1:(5-20), отбелку ведут в растворе H₂O₂ в течение 1-2 ч при гидромодуле 1: (5-20), а перед сушкой проводят отжим. Преимущественное выполнение, когда после отбелки осуществляют кисловку раствором кислоты; перед сушкой материал измельчают.

Недостатком известного способа является продолжительность технологического процесса.

Известен способ получения целлюлозы: см. RU №2287035, МПК D21C 3/02 (2006.01), 2006.

Способ получения целлюлозы осуществляют путем варки целлюлозосодержащего сырья с добавлением в качестве катализатора отхода производства антрахинона, получаемого каталитическим парофазным окислением антрацена, в котором отход производства антрахинона обрабатывают в ультразвуковом поле в смеси с белым щелоком при массовом соотношении белый щелок:отход производства антрахинона 5÷1:1 или черным щелоком при массовом соотношении черный щелок:отход производства антрахинона 1÷4:1, см. RU №2287035, МПК D21C 3/02 (2006.01), 2006. Преимущественное выполнение способа, когда обработку отхода производства антрахинона в ультразвуковом поле проводят в течение 3-10 мин.

Недостатком известного способа является высокое содержание лигнина в конечном продукте.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения целлюлозы, включающий очистку целлюлозосодержащего волокна, варку в щелочном растворе, содержащем поверхностно-активное вещество, отбелку в растворе перекиси водорода, кислование, промежуточные промывки и сушку, в котором в качестве целлюлозосодержащего волокна используют пеньку (коноплю) длиной 5-40 мм и после очистки волокно дополнительно подвергают кислованию в растворе, содержащем 10-15 г/л серной кислоты, а очистку осуществляют содовой варкой, при этом варку в щелочном растворе ведут с добавлением сульфида натрия при следующем соотношении компонентов, г/л: гидроокись натрия 50-60, сульфид натрия 7,5-18,0, поверхностно-активное вещество 0,5-1,0; причем очистку, дополнительное кислование и варку в щелочном растворе ведут при температуре 100-125°C и обрабатывают от 60 до 120 мин, см. RU №2507331, D21C 5/00, 2014г. Продолжительность процесса составляет 515-665 часов.

Недостатком данного способа являются большая продолжительность технологического процесса получения целлюлозы и недостаточно высокий выход целлюлозы.

Технической проблемой является уменьшение времени получения целлюлозы при увеличении выхода целлюлозы.

Техническая проблема решается способом получения целлюлозы из конопли, включающим очистку измельченного конопляного волокна в два этапа - сначала в растворе, содержащем 0,3 % мас. поверхностно-активного вещества - триэтаноламина, при температуре 40°С длительностью 45 мин, а затем в растворе, содержащем 3,0 % мас. гидроксида натрия и 0,3 % мас. поверхностно-активного вещества - триэтаноламина, при температуре 85°С длительностью 60 мин, варку в щелочном растворе при температуре 100°С длительностью 180 мин при следующем содержании компонентов в растворе, % мас.: гидроксид натрия - 3,0, триэтаноламин - 0,07, сульфид натрия - 0,4-0,6, тиосульфат натрия - 0,5-0,7, отбелку растительного сырья в растворе перекиси водорода.

Решение технической проблемы позволяет сократить продолжительность времени получения целлюлозы в среднем в 1,5 раза, при этом выход целлюлозы увеличивается на 4-11%.

Применение двухэтапной очистки измельченного конопляного волокна при помощи поверхностно-активного вещества - триэтаноламина и гидроксида натрия, способствует более лучшему удалению с поверхности волокон смол и жиров, которые являются гидрофобными веществами и затрудняют проникновению варочного раствора вглубь измельченных волокон конопли. Использование тиосульфата натрия вместе с сульфидом натрия способствует более лучшей делигнификации, позволяя вести процесс варки при более низких концентрациях щелока и температуре. Данное обстоятельство приводит к повышению выхода целлюлозы. В процессе варки при данных условиях из растительного сырья извлекаются гемицеллюлозы. По мере растворения гемицеллюлоз клеточные стенки ослабляются и становятся более доступными для пропитки щелочью, что приводит к ускорению процесса делигнификации.

Сущность настоящего изобретения поясняется примерами получения целлюлозы предложенным способом.

В качестве сырья использована измельченная конопля.

Пример 1

Навеску предварительно измельченного растительного сырья в количестве 80 г с точностью 0,1 г помещают в стеклянный стакан вместимостью 1 л. В отдельной емкости готовят раствор, содержащий 0,3 % мас. триэтаноламина (поверхностно-активное вещество). Содержимое тщательно перемешивают до растворения поверхностно-активного вещества и приливают в стеклянный стакан с исходным измельченным волокном. Первый этап очистки проводят в водяном термостате в течение 45 минут при температуре 40°С и модуле 1:10. Температуру, контролируют при помощи термометра, которая устанавливается в стеклянный стакан. Температуру поддерживают водяной баней. Реакционную массу во время процесса периодически перемешивают. По истечении 45 минут реакционную массу отжимают и помещают в трехгорлую колбу вместимостью 1 л. В отдельной емкости готовят раствор, состоящий 3,0 % мас. гидроксида натрия (NaOH) и 0,3 % мас. триэтаноламина. Содержимое тщательно перемешивают до растворения гидрокида натрия и триэтаноламина и приливают в трехгорлую колбу с волокном. Второй этап очистки проводят при температуре 85°С в течение 60 минут при модуле 1:10. Температуру, контролируют с помощью термометра, которая устанавливается в трехгорлой колбе. Температуру поддерживают водяной баней. Реакционную массу во время процесса периодически перемешивают. По истечении 1,0 часа измельченное растительное волокно извлекают из реакционной смеси и проводят промывку до нейтральной рН. Полученный после второго этапа очистки полупродукт помещают в коническую колбу вместимостью 1,0 л. В отдельной емкости готовят варочный раствор, состоящую из 3,0 % мас. гидроксида натрия, 0,07 % мас. триэтаноламина, 0,4 % мас. сульфида натрия (Na₂S), 0,7 % мас. тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃). Содержимое тщательно перемешивают до растворения компонентов смеси и приливают в коническую колбу с полупродуктом. Устанавливают коническую колбу с реакционной смесью на электрическую плитку. Далее устанавливают обратный холодильник на коническую колбу и проводят варку в течение 180 мин при температуре 100°С и модуле 1:15. По истечении 180 мин реакционную массу отжимают, промывают и отправляют на отбелку. Для отбелки берут трехгорлую колбу, вместимостью 1 л, вносят в колбу полученный образец после варки. Отдельно готовят раствор для отбелки, содержащий 1,0 % мас. гидроксида натрия, 0,6 % мас. перекись водорода (Н₂О₂), 0,13 % мас. силиката натрия (Na₂SiO₃). Все тщательно перемешивают до полного растворения компонентов в смеси, добавляют в трехгорлую колбу к целлюлозе и производят варку в водяном термостате в течение 90 мин при модуле 1:10. Во время отбелки проводят периодическое перемешивание. Температуру, контролируют при помощи термометра, которая устанавливается в трехгорлой колбе. Температуру поддерживают водяной баней. После окончания отбелки целлюлозу отжимают, промывают и отправляют на сушку.

Пример 2

Способ изготовления аналогичен примеру 1, отличием является то, что содержание сульфида натрия (Na₂S) в варочном растворе составляет 0,6 % мас.

Пример 3

Способ изготовления аналогичен примеру 1, отличием является то, что содержание тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃) в варочном растворе составляет 0,5 % мас.

Пример 4

Способ изготовления аналогичен примеру 2, отличием является то, что содержание тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃) в варочном растворе составляет 0,5 % мас.

Режимы получения целлюлозы по заявляемому способу приведены в таблице 1.

Показатели целлюлозы, полученной по заявляемому способу и прототипу приведены в таблице 2.

Качество получаемой заявленным способом целлюлозы определяли следующим образом.

Содержание альфа-целлюлозы анализировали по ГОСТ 595-79.

Белизну получаемой целлюлозы определяли по ГОСТ 30437-96 «Целлюлоза. Метод определения белизны».

Выход целлюлозы определяли по следующей формуле:

Выход целлюлозы = (m_ц/m_в)*100%,

где m_ц - масса полученной целлюлозы; m_в - масса исходного измельченного растительного волокна.

Как видно из примеров конкретного выполнения, заявленный способ по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества: продолжительность времени получения целлюлозы уменьшается в среднем в 1,5 раза, при этом выход целлюлозы увеличивается на 4-11%.

Изобретение относится к области целлюлозно-бумажного производства и может быть использовано для производства целлюлозы и продуктов на ее основе из растительного сырья. Способ получения целлюлозы включает очистку целлюлозосодержащего волокна, варку в щелочном растворе, содержащем поверхностно-активное вещество, отбелку в растворе перекиси водорода, промежуточные промывки и сушку. В качестве целлюлозосодержащего волокна используют конопляное волокно длиной 5-40 мм. Варку в щелочном растворе ведут с добавлением сульфида натрия. Очистку целлюлозосодержащего волокна проводят сначала в растворе, содержащем 0,3 % мас. поверхностно-активного вещества триэтаноламина, при температуре 40°С длительностью 45 мин, а затем в растворе, содержащем 3,0 % мас. гидроксида натрия, 0,3 % мас. поверхностно-активного вещества триэтаноламина, при температуре 85°С длительностью 60 мин. Варку в щелочном растворе ведут с добавлением тиосульфата натрия при температуре 100°С длительностью 180 мин при следующем содержании компонентов в растворе, % мас.: гидроксид натрия - 3,0, триэтаноламин - 0,07, сульфид натрия - 0,4-0,6, тиосульфат натрия - 0,5-0,7. Изобретение позволяет уменьшить продолжительность времени получения целлюлозы в среднем в 1,5 раза и увеличивать выход целлюлозы на 4-11%. 2 табл., 4 пр.

Способ получения целлюлозы из конопли, включающий очистку предварительно измельченной конопли, варку в щелочном растворе, содержащем поверхностно-активное вещество и сульфид натрия, отбелку в растворе перекиси водорода, промежуточные промывки и сушку, отличающийся тем, что очистку измельченной конопли проводят в два этапа, сначала в растворе, содержащем 0,3 % мас. поверхностно-активного вещества - триэтаноламина, при температуре 40°С длительностью 45 мин, а затем в растворе, содержащем 3,0 % мас. гидроксида натрия и 0,3 % мас. поверхностно-активного вещества - триэтаноламина, при температуре 85°С длительностью 60 мин, а варку в щелочном растворе ведут с добавлением тиосульфата натрия при температуре 100°С длительностью 180 мин при следующем содержании компонентов в растворе, % мас.: гидроксид натрия - 3,0, триэтаноламин - 0,07, сульфид натрия - 0,4-0,6, тиосульфат натрия - 0,5-0,7.