Способ получения термомеханической древесной массы Советский патент 1983 года по МПК D21C9/10 D21B1/16 

Изобретение относится к области целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к производству древесной массы из щепы, и может найти применение при изготовлении бумаги и картона с использованием древесной массы.

Известен способ получения древесной массы, согласно которому промытую древесную щепу подвергают предварительному нагреванию и через шнековый питатель и роторный клапан загружают в дисковый рафинер, работающий под давлением 1 .

Термомасса выдувается в циклон и может поступать во второй рафинер под давлением или рафинер, работакмций при атмосферном давлении. Термомеханическую массу выдерживают в бассейне перед сортировками при концентрации 3,5% в течение 1 ч и после сортирования направляют в систему центробежных очистителей.

Отбелку термомеханической массы осуществляют гидросульфитом натрия в башне или массном бассейне при концентрации 3-6%, температуре 4070С и рН 4,5-4,7.

Существенными недостатками отбелки древесной массы гидросульфитом

натрия в башне или массном бассейне является то, что не представляется возможным проведение процесса отбе-пки при высокой концентрации и температуре выше 100 С.

Ближайшим к предлагаемому способу является способ получения термоМеханической древесной массы, включающий

10 пропарку лигноцеллюлозного материала при повышенной -емпературе и давлении, размол его в две ступени и обработку восстановителем, которую осуществляют в процессе второй ступени размола 2 .

15

Сущность данного способа состоит в том, что щепу подвергают проливке, после чего проводят ее пропарку в течение 2,5 мин под давлением в 1,7 ати.

Пропаренную щепу подают на рафинер

20 первой ступени размола, работающий под давлением, а размол волокнистой массы на второй ступени осуществляют в присутствии раствора гидросульфита натрия. При этом белизна термомеха25ническо й массы составляет 65-66%.

Так как размол волокнистой массы при термомеханическом способе ее получения проводят при. высокой концентрации - на первой ступени 35-40%, а

30 на второй 25-30%, и высокой температуре 125-140 С, образующийся на рафинерах пар вытесняет воздух, и отбелку восстановителем проводить при высокой концентрации и температуре. Повышение температурьа оказывает значительное влияние не только на эффективность отбелки, но и на скорость реакции гидросульфита.с массой. Повышение температуры существенно сокршчает. время достижения максимальной белизны. Кроме того, вследствие 0

увеличения скорости реакции гидро,сульфита с древесной массой влияние кислорода воздуха на процесс уменьшается и эффективность отбелки повышается. 15

Характерной особенностью отбелки древесной массы, особенно восстановительной, является то, что она не связана с-процессом делигнификации древесины, а значит, уменьше- 20 нием выхода целевого продукта, как, например, это наблюдается при отбелке целлюлозы. Белизна древесной массы достигается за счет устранения

окрашивающих хромоформных групп лиг- 25 нинэ и других не углеводных компонентов древесины. Обесцвечивание лигнина и других компонентов достигается модификацией хромоформных групп перегруппировкой атомов в тех ЗО частях молекул, -которые более досту ны отбеливающему реагенту, т.е. процесс отбелки идет в основном на внешней поверхности волокон древесной массы. Этим Явлением и обусловлива- эс ется невысокий расход отбеливающего реагента и невысокая стабильно белизны древесной массы.

При размоле древесной массы в дисковой мельнице волокна подвержены 40 кратковременному, но интенсивному Термохимикомеханическому воздействию. В этих условиях структура волокон раскрывается, обнаруживая большее количество активных ряг-кционных 45 центров как с внешней сто)-: Uii волокна, так и внутри него,

В связи с этим при введении отбеивающего реагента в зону размола он „ взаимодействует не только с хромоформными группами с внешней стороны волокна, но и с теми, которые имеются внутри него. Это явление и обусавливает повьйыенный расход отбеливающего реагента при отбелке древеоной массы в процессе ее размола по сравнению с отбелкой в башне или массном бассейне. Поэтому основным неостатком . известного способа является повышенный расход отбеливающего 60 имиката. Однако введение отбеливаюего реагента в зону размола имеет существенное преимущество - достиается более йысокая стабильность елизны древесной массы. 65

Другим недостатком известного способа является то, что при введении большого количества раствора отбеливающего реагента в зону размола концентрация массы уменьшается что приводит к снижению механических свойств целевого продукта.

Целью изобретения является повышение физикомеханических свойств целевого продукта и сокращение .расхода химикатов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения термомеханической древесной массы, включающем пропарку лигноцёллюлозного материала при повышенной температуре- и давлении,размол две ступени и обработку восстановителем, которую осуществляют в процессе второй ступени размола, обработку восстановителем ведут при расходе его 10-50% от общего расхода восстановителя, а после размола осуществляют дополнительную отбелку оставшимся количеством восстановителя.

В качестве восстановителя используют гидросульфит натрия или ронгалит. ,

Дополнительную обработку проводят при температуре ТО-ЭБ С и рН массы 4,0-6,0.

В качестве лигноцеллюлозного материала используют еловую или осиновую древесину. Основную древесину перед пропаркой Обрабатывают щелочным химическим реагентом, поскольку имеется б.ольшая разница в морфологическом строении хвойной и лиственной древесины. В термомеханической массе из хвойной древесины мелкая фракция содержит много фйбриллированных фрагментов, которые придают бумаге прочность. Мелкая фракция термомеханической массы из лиственной древесины состоит из коротких волокон либриформа, измельченных сосудов, кусков срединной пластины и лучевых клеток. Эти фрагменты не способны фибриллироваться в условиях термомеханического способа, поэтому их наличие не способствует повышению прочности листа бумаги. Следовательно, термомеханический способ не позволяет перерабатывать на древесную массу лиственные породы. Однако обработка лиственной древесины щелочным раствором, содержащим, например, едкий натр, способствует набуханию древесины и ее пластификации, что обеспечивает разделение древесины на отдельные волокна, способные фибриллироваться в условиях термомеханического способа.

Предложенный способ получения термомеханической древесной массы осуществляют следующим образом.

Промытую щепу подают в пропарочную камеру непрерывного действия, в которой производят обработку ее насыщенным паром при температуре 110135 С в течение 1-4 мин. В процессе пропарки в камеру подают раствор сульфита натрия в количестве, обесп чивающем нейтрализацию образующихся при пропарке древесины кислых продуктов. После пропарки щепа поступает на первую ступень размола. Раз мол осуществляют при концентрации массы 35-45%. После этого волокнист массу подают в циклон для отделения от нее пара и затем она поступает на вторую ступень размола. Размол проводят при концентрации 25-35%. Одновременно в зону размола мельницы второй ступени подают раствор ги росульфита натрия или ронгалита в количестве от 10 до 50% от общего его расхода. Общий расход восстановителя соетавляет 0,8-1,1% от веса абсолютно сухой щепы. Масса после второй ступени размола попадает в смеситель, где происходит смещение ее с осталь ной частью 50-90%) раствора гидросульг ита или ронгалита. После этого массуподают в башню или массный бассейн, где осуществляют ее дополнительную отбелку при температуре 70-95°С и рН 4,0-6,0. В случае использования в качестве лигноцеллюлозного материала осиновой древесины ее после промывки Ьбрабатывают щелочным химическим ре агентом при повышенной температуре последующим отделением отработанноного Химиката. Термомеханическую массу характеризуют по степени помола. Из массы изготовляют стандартные отливки и определяют физико-механические показатели. Пример 1. Щепу из еловой древесины подают в пропарочную каме ру полунепрерывного действия, где ее обрабатывают насыщенным паром пр температуре 125°С в течение 3 мин. Для нейтрализации кислых продуктов гидролиза древесины в камеру вводят сульфит натрия в количестве 5 кг на тонну абсолютно сухой щепы. Пропаре ную щепу размалывают на дисковом ра финере первой ступени при концентрации 40%. Затем волокнистую массу подают.на вторую ступень размола с одновременной подачей раствора гидросульфита натрия в зону размола. Расход гидросульфита натрия состав ляет 0,3% от веса абсолютно сухой щепы или же 30% от общего количеств гидросульфита, задаваемого на отбел Концентрация массы на второй ступен размола 30%. Частично отбеленную во локнистую массу смешивают с раствор гидросульфита натрия, устанавливая концентрацию массы 3,0%. Расход гид росульфита 0,7% от веса абсолютно сухой щепы 1ШИ же 70% от общего его расхода. Дополнительную отбелку проводят при температуре и рН 6,0 в течение 30 мин. Массу анализируют по степени помола. Изготовляют отливки массой 75 г/м и определяют физико-механические свойства. Данные опыта приведены в таблице. Пример 2. Условия обработки исходной щепы и последовательность операций те же, что и в примере 1. Отличия состоят в следующем. Еловую щепу пропаривают при температуре 135°С в течение 1 мин. Размол на второй ступени ведут при концентрации 25% и при расходе гидросульфита 50% от общего количества, составляющего 1,0% от веса абсолютно сухой щепы. Дополнительную отбелку проводят при температуре 75°С и рН 5,5 в течение 15 мин. Данные опыта приведены в таблице. Пример 3. Условия обработки исходной щепы и последовательность операций те же, что и в примере-1. Отличия состоят в следующем. Еловую щепу пропаривают при температуре 110°С в течение 4 мин. Размол на второй ступени ведут при концентрации 35% с подачей 10% гидросульфита от общего количества, составляюЕ ёго 1,1% от веса абсолютно сухой щепы. Дополнительную отбелку проводят при температуре и рН 5,3 в течение 30 мин. Данные опыта приведены в таблице. Пример 4. Условия обработки исходной щепы и последовательность операций те же, что и в примере 1. Отличия состоят в следующем. В качестве отбеливателя используют рон Гсшит в количестве 0,8% от веса абсолютно сухой щепы. Размол на второй ступени ведут при концентрации 25% с подачей раствора ронгалита в количестве 30% от общего количества. Дополнительную отбелку проводят при температуре 95°С в течение 15 мин при рН массы 4,0. Данные опыта приведены в таблице. Пример 5. Условия обработки исходной щепы и последовательность операций те же, что и в примере 1. Отличия состоят в следующем. Еловую щепу пропаривают при температуре в течение 2 мин. Размол на второй ступени ведут при концентрации 25% с подачей 10% ронгалита от общего количества, составляющего 1,1% от веса абсолютно сухой щепы. Дополнительную отбелку проводят при температуре 90с в течение. 20 мин при рН массы 4,2.. Данные опыта приведены в таблице. Пример б. Промытую щепу из осиновой древесины загружают в автоклав, в котором производят пропитку ее в течение 3Q мин при температуре щелочным раствором, содержащим например, гидроокись натрия и сульфи натрия. После пропитки щепы ее подают в импрессифайнер, где происходит отделение отработанного пропиточного раствора от щепы. Затем щепа поступает в пропарочную камеру, где ее обрабатывают при температуре 120с в течение 2 мин насыщенным паром. Пропаренную щепу размалывают на дисковом рафинере первой ступени при ко центрации 40%, Размолотую волокнисту массу направляют на вторую ступень размола с одновременной подачей отбеливаго1цего раствора гидросульфита натрия. На вторую ступень размола по дается отбеливающий раствор в количестве 30% от общего расхода его. Расход отбеливателя 0,0% от веса абсолютно сухой щепы. Дополнительную отбелку проводят при температуре 70°С в течение 30 мин при рН массы 5,5. Массу анализируют по тем же показателям, что и в примере 1. Данные опыта приведены в таблице. Пример 7. Условия обработки исходной щепы те же, что и в примере 6. Отличия состоят в следующем. Осиновую щепу пропитывают щелочным раствором в течение 10 мин при 125°С На вторую ступень размола подается отбеливающий раствор в количестве 40% от общего расхода. Расход отбеливателя 0,9% от веса абсолютно суУсловия получения и показатели качества термомеханической

древесной массы хой щепы. Дополнительную отбелку проводят при температуре 90°С в течение 20 мин при рН массы 4,2. Данные опыта приведены в таблице. Пример 8. Условия обработки исходной щепы и последовательность операций те же,что и в примере б.Отличия состоят в следующем.Осиновую щепу пропитывают щелочным раствором в течение 20 мин при 95С. На вторую ступень размола подается отбеливающий раствор ронгалита в количестве 20% от общего расхода. Расход отбеливателя 1,0% от веса абсолютно сухой щепы. Дополнительную отбелку проводят при температуре в течение ВО мин при рН массы 4,0. Данные опыта приведены в таблице. Пример 9 (прототип). Условия обработки исходной щепы и последовательность операций те же, что и в примере 1. Отличия состоят в следующем. Раствор гидросульфита натрия подают только на Вторую ступень размола. Концентрация массы 20%. Расход отбеливателя 1,3% от массы абсолютно сухой щепы. Данные опыта приведены в таблице. Пример 10 (прототип). Условия обработки исходной щепы и последовательность операцй i те же, что и в примере 1. Отличия состоят в следующем. Раствор ронгалита подают на вторую ступень размола, которую осуществляют при концентрации 20%. Расход отбеливателя 1,2% от веса абсолютно сухой щепы. Данные опыта приведены в таблице,.

0,8 1,1

0,9 1,0

30 50 10 30 10 30 40 20

70 50 90 70 90 70 60 80

1,3 Ель

/ Ель

Исходная белизна ели 57,9, осины - 57,2 Из анализа полученных данных виТГно, что благодаря обработкам древесной ассы в зоне размола второй ступени и, дополнительной после размола степень белизны целевого продукта достигается меньшим количеством восстановителя. Происходит сокращение расхода восстановителя на 0,2-0,4% что позволяет сэкономить 2-4 кг на тонну гидросульфита натрия или ронгалита. Кроме того, увеличение концентрации массы на второй ступени размола за счет уменьшения подачи раствора восстановителя приводит к улучшению условий размола и повьоиению физико-механических свойств целевого продукта. Формула изобретения „ 1. Способ получениятермомеханйческой древесной массы, включающий пропарку лигноцеллюлозного материала при повышенной температуре И: давлении, размол его в две ступени

Продолжение таблицы

3450 64,9

69

100

69 3500 64,1

100 и обработку восстановителем, которую осуществляют в процессе второй ступени размола, отличающийся тем, что, с целью повышения физикомеханических свойств целевого продукта и сокращения расхода химикатов, обработку восстановителем ведут при расходе его 10-50% от общего расхода восстановителя/ а после оазмола осуществляют дополнителькую отбелку оставшимся количеством восстановителя. 2.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют гидросульфит натрия или ронгалит. 3.Способ ПОП.1, отличающ и.и с я тем, что дополнительную отбелку проводят при темперг1туре 7095 С и рН массы 4-6. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. and Paper International, 1976, 18, 13, p. 55-57. 2. Paper Trade Journal, 1978, 162, 18, p. 54-55 (прототип);