Способ активации целлюлозного листового материала Советский патент 1993 года по МПК C08B1/00 

Изобретение относится к способу обработки целлюлозного листового материала, с целью подготовки его для последующей эте- рифйкации целлюлозы, например для аце- тилирования целлюлозы с образованием ацетата целлюлозы.

Целью изобретения является возможность переработки материала с высокой плотностью и низким содержанием а-целлюлозы..,

В соответствии с изобретением предлагается способ активации целлюлозного листового материала (с целью его подготовки для процесса этерификации), включающий предварительную обработку его водой, последующее измельчение и высушивание потоком горячего газа, в котором.измельчение и высушивание производят одновременно в .осевой мельнице снабженной средствами для подачи и выхода нагретого газа, так, чтобы температура на выходе из мельницы составляла 70-110°С, а влажность измельченного материала - 4-11,7%.

Хотя способ по изобретению можно ис- .пользовать с любым типом целлюлозы в листовой форме, однако является предпочтительным использовать его для обработки листового материала высокой плотности, которая обычно колеблется от 0,6 до 0,85 г/см . Способ по изобретению имеет то преимущество, что он исключает вероятность дезактивирования целлюлозы и, следовательно, дает возможность получить сложный эфир целлюлозы высокого качества. Этот способ особенно приемлем для обработки древесной массы с низким процентным содержанием альфацеллюлозы, которая обычно изготавливается в виде листового материала высокой плотности.

Количество воды, которое первоначально используется для обработки листового материала древесной массы зависит, в определенной степени от плотности самого листового материала: более высокая плрт- ность листового материала требует для своей обработки большего количества воды. Как правило является предпочтительным, чтобы количество воды находилось в диапазоне от 40 до 80%, а лучше от 50 до 0% по весу от сухого веса древесной массы.

ел

С

-ч о ю

CJ 00 ON

СО

Является также предпочтительным, чтобы увлажненный листовой материал первоначально проходил через устройство, в котором оно будет измельчаться до достаточно небольших по размеру частиц, которые затем будут подаваться в высокотемпературную машину для дальнейшего измельчения и сушки.

Измельчение и сушку увлажненного материала рекомендуется осуществлять в пальцевой мельнице, снабженной специальными средствами для обеспечения сушки, при этом особенно рекомендуются конструкция пальцевой мельницы, известной под названием Атритор. Мельница Ат- риор имеет то преимущество, что она может работать при температурах на впускном конце примерно в 550°С максимально, что дает возможность проходящему через мельницу Атритор материалу сохнуть очень быстро; обычно для высушивания материала требуется менее 5 с. Было установлено, что высокие температуры мельницы Атритор можно использовать для сушки листов с высокой плотностью из увлажненного целлюлозного материала, при этом материал будет одновременно измельчаться без дез- активирования целлюлозы, но при условии, что условия обработки будут строго регулироваться таким образом, чтобы на выходе из мельницы Атритор температура сушильного газа составляла 70-110°С, а содержание влаги в высушенном таким образом целлюлозном материале колебалось от 4 до 11,7%,

Авторы изобретения полагают, что мельница Атритор имеет также преимущество перед другими подобными же мельницами, для измельчения древесной массы в том плане, что после вхождения в эту машину содержащаяся в увлажненном материале вода немедленно преобразуется в пар под воздействием высоких температур. Это будет способствовать разделению волокон в древесной массе, что в свою очередь будет придавать измельченной древесной массе открытую структуру, которая облегчает последующую этерификацию целлюлозы.

Является предпочтительным, чтобы содержание влаги у выходящего из машины измельченного материала колебалось от 5 до 1.0%. Если целлюлоза высушивается до содержания влаги не менее 4% по весу, тогда целлюлоза начинает становиться дезактивированной и в конечном итоге образуется сложный эфир целлюлозы низкого качества. С другой стороны, если процентное содержание влаги у высушенного материала превышает 11,7%, тогда целлюлоза будет трудно поддаваться дальнейшей обработке, а для преобразования целлюлозы

в сложный эфир потребуются дополнительные количества реагента этерификации.

Является предпочтительным, чтобы температура сушильного газа на выходе из

пальцевой мельницы регулировалась в диапазоне от 80 до 110°С, а лучше в диапазоне от 85 до 95°С, например, чтобы она не превышала 90°С. Поскольку измельченный цел- люлозный материал, как правило,

0 высушивается в машине в потоке сушильного газа, то температура измельченного материала на выходе из этой машины более или менее согласуется с температурой газа на выходе из машины. Регулирование тем5 пературы сушильного газа во впускном отверстии в пальцевую мельницу или другие подобные машины не имеет большого значения и может иметь более широкий диапазон колебаний; является предпочтительным, что0 бы температура сушильного газа на входе в машину не колебалась в диапазоне от 300 до 550°С, а лучше в диапазоне от 350 до 450°С. Рекомендуется сперва выбирать температуру для выпускного отверстия машины, а затем

5 соответствующим образом отрегулировать температуры на впускном отверстии, чтобы в конечном итоге получить требуемую температуру на выходном отверстии.

Подобный контроль и регулирование

0 температуры лучше всего осуществлять автоматически с помощью соответствующего устройства регулирования.

По причинам безопасности рекомендуется, чтобы пальцевая мельница или прочее

5 подобное же оборудование работало с сушильным газом, содержащим пониженный уровень кислорода по сравнению с воздухом, например, содержащим примерно 8% кислорода по объему.-

0 Ниже сущность изобретения будет проиллюстрирована на конкретных примерах. Качество ацетата целлюлозы, который известен специалистам также под названием хлопьевидные частицы ацетата целлюло5 зы и который образуется в описываемых ниже примерах, измеряется на основе его величины закупоривания (PV). Величина закупоривания определяется на осно.ве количества сухого ацетата целлюлозы в виде

0 пасты, состоящей на 7,5% по весу из ацетата целлюлозы, растворенного-в растворителе , состоящем на 95% по весу из ацетона и на 5% по весу из воды, которая будет фильтроваться через какую-то конкретную пло5 щадь фильтрующей прокладки до момента, когда эта фильтрующая прокладка становится блокированной нерастворимыми и не- . ацетилированными волокнами пульпы, присутствующими в материале. Фильтрую- щая прокладка имеет площадь в 1 см2 и она

состоит из 30 слоев фильтровальной- бумаги типа KIMPAK, которые располагаются между хлопчатобумажной тканью с сильным начесом. На верхней стороне хлопчатобумажная ткань состоит из двух слоев этой хлопчатобумажной ткани, вспушенные стороны которых обращены друг к другу. На нижней стороне эта хлопчатобумажная ткань с сильным начесом состоит из трех вспушенных слоев, причем два слоя, которые находятся на минималь- ном расстоянии от фильтровальной бумаги, имеют вспушенные стороны обращенные друг к другу, а нижний слой. имеет свою вспушенную сторону, которая обращена в сторону фильтровальной бумаги.

Чем выше величина закупорки, тем выше качество хлопьевидных частиц. Как правило, величины PV в 30 г/см или больше указывает на вполне приемлемое качество хлопьевидных частиц ацетата, целлюлозы. Настоящее изобретение дает возможность получить хлопья ацетата целлюлозы вполне приемлемого или высокого качества из листового материала древесной массы с плотностью как минимум 0,6 г/см и содержащего целлюлозный материал с низким содержанием альфацеллюлозы.

П р и м е р 1, Обрабатывают с целью последующего ацетилирования б .партий древесной массы общим весом 1400 кг, при- чем эта древесная масса содержащая 92% альфацеллюлозы и имела форму листового материала (этот материал выпускает фирма Саиккор Лтд.). Плотность листового материала составляла 0,83 г/см3. Листовой ма- териал древесной массы увлажняют 65 частями воды на каждые 100 частей массы за один день перед ее подачей на снабженный лопастями конвейер со скоростью примерно 300 кг/час, на котором происходило измельчение древесной массы на мелкие частицы, которые затем проваливались через конвейер и попадали в поток горячего газа, входящего в мельницу типа Атритор. Тонко измельченная древесная масса высу- шивалась до содержания в ней влаги веред- нем 7,5% и вместе с потоком горячего таза выходили из мельницы с температурой 8090°С, а затем выгружалась из мельницы с помощью циклона. Полученную в результа- те подобной обработки измельченную массу ацетилировали обычным способом без каких-либо проблем и получали массу аце- тата целлюлозы со средней величиной заку- лорки в 32 г/см . Полученную таким образом массу можно было прясть без ка- ких-либо проблем обычным способом.

Пример 2. Дополнительные партии древесной массы Саиккор, упомянутой в примере 1, подготавливали для ацетилирования с использованием показанного на предлагаемом к описанию чертеже устройства.

Кипы листов древесной массы 1 подавали на конвейер 2 и дальше в устройство сортирования листов 3. в котором происходила индивидуальная сортировка листового материала; отсортированные листы древесной массы подавали в снабженный лопастями смеситель-измельчитель 4 со скоростью примерно 1400 кг древесной массы в 1 ч. После подачи листов древесной массы в смеситель-измельчитель 4 включаются в работу в одораспыливающие устройства 5А и 5В, которые смачивают листы водой (Следует иметь в виду, что если древесная масса подается в виде рулона, а не в форме сложенных кипой листов древесной массы, тогда материал рулона можно подавать в смеситель-измельчитель непрерывно). В смесителе-измельчителе 4 индивидуальные листы дробятся на относительно крупные части древесной массы диаметром примерно 1-10 см с содержанием влаги примерно в 65% по весу на основе сухого веса древесной массы.

Увлажненные и относительно крупные по размерам части листового материала подаются из смесителя-измельчителя 4 в снабженную пальцами мельницу Атритор 6 (эти мельницы выпускает фирма Атритор Лтд.). Затем через впусковое отверстие 7 в мельницу Атритор 6 подается горячий сушильный газ с температурой примерно 400°С, который и обеспечивает высушивание влажных и относительно крупных по размеру частиц листового материала; одновременно в результате механического воздействия пальцев 8 мельницы б происходит дальнейшее измельчение упомянутых частиц с конечным образованием очень коротких волокон древесной массы. Скорость потока горячего газа через эту мельницу равна примерно 9300 м3 в 1 ч. Продолжительность пребывания древесной массы в мельнице Атритор 6 зависит от в какой-то степени от первоначального размера поступающих в нее частиц листового материала, однако как правило эта продолжительность колеблется от 0,25 до 4 с.

В течение всего процесса обработки постоянно контролируется и регулируется температура проходящего через мельницу Атритор газа, причем температура газа на выходе 9 из мельницы Атритор должна находиться примерно на уровне 9С°С. а среднее содержание влаги у тонко измельченных и высушенных частиц древесной массы в этом же выходном отверстии будет равно примерно 7,5% по весу на основе сухого веса древесной массы.

Поток газа вместе с измельченными частицами древесной массы подается измель- ницы Атритор 6 в циклон 10, где и происходит выделение измельчённых частиц древесной массы из потока газа. Газ выходит из циклона 10 в точке расположения выпускного отверстия 11 и после соответствующей обработки (очистки) с целью удаления из него водяных паров и мельчайших частиц древесной массы вновь возвращается в мельницу Атритор, Тонко измельченная древесная масса выходит из циклона 10 в точке расположения выпускного отверстия 12 и тут же подается в устройство ацетилиррвания для последующего преобразования в хлопьевидные частицы ацетат целлюлозы с использованием стандартных процессов ацетилирования.

Полученные при этом хлопьевидные частицы имеют величину закупорки в 44 г/см .

Пример 3. Повторяли пример 2 несколько раз с использованием листового материала из древесной массы с плотностью 0,83 г/см (его выпускает уже упоми- навшаяся фирма Саиккор) и с содержанием альфацеллюлозы 92%, однако в этом примере использовали различную температуру газа в выпускном отверстии 9 мельницы Атритор и различные процентные содержания влаги в конечном измельченном древесном волокне или массе. Полученные в примере 3 результаты приведены ниже. Используются следующие сокращения: Т - температура газа в выпускном отверстии мельницы Атритор, МС - процентное содержание влаги в измельченной древесной массе после ее прохождения через мельницу Атритор и PV-величина закупорки хлопеьвидных частиц ацетата целлюлозы, полученных из древесной массы с помощью стандартных способов ацетилирования (см,табл.1).

П р и м.е р ЗА, Хлопьевидные частицы получали из той же древесной массы Саиккор, но которая не подвергалась предварительной обработке по настоящему изобретению. На этот раз чистовой материал древесной массы загружали непосредственно в обычную молотковую мельницу с целью получения, тонкоизмельченных частиц этой массы. Ни до, ни в процессе измельчения древесной массы в нее не добавляли воды. Измельченную таким образом древесную массу ацетилировали с использованием стандартных способов, а конечное изделие имело величину закупорки в 14 г/см .

Пример 4. Идентичен Примеру 2, за исключением того, что вместо фирменного листового материала Саиккор использовали различные типы листового материала из

древесной массы, а сами древесные массы имели различные процентные содержания альфацеллюлозы, а листовой материал имел различные плотности. Полученные в .этом примере результаты приведены в табл.2.

. ..:. Пример 5. При дальнейших испытаниях способа согласно данному изобретению были переработаны 94 образца, и был построен график в осях: содержание влаги

(в %) в конечном материале - количество образцов. Содержание влаги меняется от 4 до 9 для данных 94 образцов. Все полученные образцы были Пригодны для получения качественного ацетата целлюлозы.

С технической точки зрения содержание влаги должно быть - 4%.

Из результатов испытаний с использованием 94 образцов было установлено опти- мальное количество влаги должно

находиться в области 7%.

Ввиду отсутствия коммерческого использования известного способа был изготовлен макет аппарата для проведения сравнительных испытаний. Используемая

конструкция очень напоминала конструкцию аппарата, проиллюстрированную в па- . тенте США. Аппарат был смонтирован так, что позволял менять угол подачи струи сжатого воздуха, а также зазор между струями.

Пульпу можно было подавать вручную в пространство между струями, а поток воздуха нес размолотый материал вниз по широкой трубе в пластиковый мешок.

Давление сжатого воздуха можно .было

менять в диапазоне 1-4,3 атм, используя вентиль; давление фиксировали манометром.:

Листы пульпы, содержащей 91 % по мас- се альфа-целлюлозы и имеющей плотность 0,83 г/см3, нарезали на полоски шириной 50 мм и взвешивали. Требуемое количество воды взвешивали и разбрызгивали на полоску пульпы, помещенную ;в пластмассовый же- лоб. Вся избыточная вода оставалась в желобе и впитывалась пульпой. Испытания проводили при трех значениях содержания влаги: 50%,70% и 70%. Приведенные проценты содержания рассчитаны на массу влажной пульпы. Полоски выдерживали в течение 30 мин для достижения равновесного состояния. Для справки: при 70 мас.% содержания влаги полоски были насыщены водой, которая скапывала с сырых полосок при их извлечении из лотка.

50°

Для пульпы с содержанием влаги 60% угол подачи струи вначале был сделан равным около 60° с горизонталью, а зазор взят равным 5 мм. По манометру установили давление воздуха, равное около 3,3 атмосферы, и стали медленно подавать полоску пульпы в пространство между струями.

Даже после выдерживания в одном положении в течение нескольких секунд струи не оказывали заметного воздействия на пульпу. Давление подняли до 4,3 атмосферы, но никаких существенных изменений не произошло.

Угол подачи струи уменьшили до около

и повторили испытание, используя зазор в 5 мм и давление около 4,3 атм. улучшение было незначительным или вовсе отсутствовало. Полоска материала остается почти незатронутой, и лишь небольшое рыхление по направлению к центру имеет место.

Затем угол уменьшили до 40° и повторили испытание. На этот раз наблюдалось определенное воздействие на пульпу, а именно воздух взрыхлил поверхности и вырвал небольшие частицы размером 2-3 мм. Затем угол уменьшали до 30°, но это не оказало заметного влияния на пульпу.

Определив, что оптимальный угол с горизонталью составляет около 40°, струи вновь ориентировали под этим углом. Затем испытание повторили, используя пульпу с влажностью50% и 70%. При использовании пульпы с влажностью 50% никакого эффекта не наблюдалось. Пульпа с влажностью 70% в большей степени подвергалась воз0

5

действию струй сжатого воздуха. При подаче в пространство между струями пульпа разрушилась. Для получения эффекта требовалось несколько секунд, куски пульпы получались большого размера. Куски имели неправильную форму, но не разделялись на отдельные волокна и были совершенно непригодны для ацетилирования.

Таким образом, известный способ является предложением, которое не подвергалось испытанию, но в любом случае он не позволяет обрабатывать листовую пульпу, имеющую высокую плотность и низкое содержание альфа-целлюлозы, для активации целлюлозы с последующей этёрификацией.

Метод использования способа, согласно данному изобретению, изложен выше, что подтверждает преимущества его по сравнению с известным.

Формула изобретения Способ активации целлюлозного листового материала, включающий предварительную обработку его водой, последующее измельчение и высушивание потоком горячего газа, отличающийся тем, что, с целью возможности переработки материала с высокой плотностью и низким содержанием а -целлюлозы, измельчение и высушивание производят одновременно в осевой мельнице, снабженной средствами для подачи и выхода нагретого газа так, чтобы температура на выходе из мельницы составляла &0-110°С, а влажность 5 измельченного материала 4-11,7%.

0

5

0

Использование: для последующей эте- рификации. Сущность изобретения: целлюлозный листовой материал предварительно обрабатывают водой и затем одновременно измельчают и высушивают в осевой мельнице, снабженной средствами для подачи и выхода нагретого газа так, чтобы температура на выходе из мельницы составляла 80- 110°С, а влажность измельченного материала - 4-11,7%. Может быть переработан исходный материал с высокой плотностью и низким содержанием «-целлюлозы. 1 мл., 2 табл.

Т а б л и ц а 1

Таблица2

/