Способ получения целлюлозы Советский патент 1977 года по МПК D21C3/02 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Изобретение относится к: целлюлозно-бумажно промышленности, в частности к способу получения целлюлозы.

Известно, rio к качеству целлюлозы предъявляются определенные требования, в частности неболь«юе содержание лигнина, невысокая степень деструкции, высокий выход и хорошая белизна.

Известен ряд способов, позволяющих получать целлюлозу определенного качества. Так, известен натронный способ получения целлюлозы, но из-за неудовлетворительного выхода и качества получаемой целлюлозной массы ои не находит широкого распространения 1.

Разновидностью щелочного метода варки является сульфатный способ получения целлюлозы (крафт-процесс). Этот способ основан на использовании щелочи и сульфида натрия с добавлением шелочи и сульфида натрия с добавлением сульфата натрия (для сокращения потерь щелОчи) (2.

Однако для обеспечения рентабельности производства и его удешевления в зтом процессе должна предусматриваться регенерация черных щелоков и улавливание образующихся газов сероводорода, двуокиси серы для предотвращения загрязнения окружающей среды.

В этой ввязи разрешение этих проблем привело к созданию ряда усовершенствованных способов сульфатной варки растительных материалов.

Так, в одном случае вместо сульфида натрия в сульфатном методе варки ;древесных материалов используют кислород под давлением (не менее 56 атм) {3, 410 усложняет процесс.

Дальнейшее усовершенствование этого процесса заключается в том, Ч1о загружают все необходимое количество щелочи и сначала ведут варку при рН 7-9 (период от 1 дО 10 час) и темпфатуре 130-150°С, а затем заканчивают при рН 9,4 при давлении кислорода 2,8-17,6 атм, причем величина рН поддерживается в требуемых пределах путем добавления щелочи или карбоната натрия.

В этом способе выход хорошего качества целлюлозы недостаточен (5,1-61,5%) 4.

В определенном варочном процессе имеет значение, в какой период варки древесины добавляют щелочь ив каком количестве- 5.

Так, в сульфитном методе варки древесных материалов добавление щелочи в количестве меньше расчетного позволяет предотвратить потемнения целлюлозы (за счет исключения конденсации лигнина), а также снизить ее деструкцию, ибо за счет

невысокой концетрации щелочи тормозится окислительное действие кислорода, т.г. окислительная цесгрукщш целлюлозы.

Однако снижение величины рН менее О в течение длительного периода варки уменьшает степень белизны целлюлозы и поэтому в начальном периоде рН среды (варочной жидкости) должно быть не ниже 8.

Общее количество щелочи определяется типом исходного сырья и получаемой целлюлозы, а также методом варки, и , как правило, составляет 1-10кг моль 1000кг сухой древесшш. Но необходимость проведения разработок по уточнению условий варки в каждом конкретном методе варки не исключена.

С целью повышения степени белизны целевой целлюлозы в предлагаемом способе процесс ведут при подаче щелочи в начале процесса в количестве 5-15% от общего количества, требуемого для вар ки, с последующим непрерьшным введением оставшегося количества для поддержания рН 9,5-13.

Кроме того, процесс целесообразно вести в присутствии соединений магния (расчет ведут на процент МдО, исходя из веса сухой древесины) преимущественно в количестве 0,05-0,5%.

Различнью соединения (комплексные соли различных кислот, гидроокись, окись или их смеси) обеспечивают как ускорение процесса варки, так и предотвращают деструкцию целлюлозы и тем самым повыщаюг качество целевого продукта. Далее для обеспечения однородности целлюлозной пульпы исходную щелочь берут в количестве 1-5 кг на 1ШО кг сухой древесины, а для поддержания определен юго рН раствора варочной жидкости используют карбонатный или бикарбонатный буферный раствор. В качестве последнего может быть использован отработанный щелок после кислородно-щелочной стадии отбеливания небеленой целлюлозы.

Количество буферного вещества - бикарбоната щелочного металла, составляет 1-5 кг моль на 100 кг сухой древесины, причем использование большого количества буферного вещества нежелательно вследствие возможного образования вовремя варки углекислого газа, который разбавляет кислород и создает дополнительную нагрузку на систему регенерации, и избежания осаждения его внутри древесины.

Для осуществления процесса получения целлюлозы хорошего качества следует в начале варки загружать щелочь не более 20% от расчетного количества.

При применении смеси гидроокиси и карбоната щелочного металла в начальной стадии варки древесины загружают только карбонат натрия, а остальное количество щелочи добавляют в ходе процесса варки.

Исходный кислород должен быть хорошо дисперги15ован в варочной жидкости, причем в данном

процессе может быть нсгю; ьзован 1акже К11сло|юдoco icpжaщiш газ, например воздух.

Кроме того, следует отметить, irro для хороинго ко}ггакта кислорода с древесным материа;юм

последний нужно пропитать варочной /кидкостью, например, в вакууме или при атмосферном или пов ышенном давлении.

Исходную древесную щепу можно также перед варкой обработать водяным паром.

Процесс пропитки ведут при 20-120° С, преиw:yi4 C;bc;-fflo 90-120 С, а сам процесс варки - при 60-175° С, npi-HCM в начальной стадии варки тек/шерагуру пс.цдерживают на уровне 60-90°С, а ее KCb. до ilO-140°C и;ш до 75°С.

Применение низких темпераг -р варки хоти и едет к заме-длению процесса (по.чучение яолудек юлозы), но в этом сл5/чае можно использов-.гс невысокое давление кислорода и прост ю аппарату у, и наоборот.

При осуществленш процесса варки прь 110-150° С парциальное давление кислорода д.о.1::..но быть 3-12 атм.

Наряду с этим можно отметить, что добав :.;;.1.& варочную жидкость поверхностноаки-шьых веществ способствует уменьпюнию содержащая а.ол И равномерной делигнификации.

В данном процессе Г)т быть использова};ы любые виды твердой древесины: буковаЯ; д боная; березовая, тополевая, а также мягкие виды -

еловая, сосновая, кедровая причем usrie-xiofeaiHC вести размол до щепь; размером 0,2-3 , хота может быть использована как древесная ;-Г), так и сучки и гранулированная, ко1мкованная древесина. По ркончашш процесса варки волоккис;ую

массу подвергагстг мехаж-;чеа;::й о6ра6ог-;.й :

ВетСТВИИ с ТребозаНИЯМЕ, С;го&Де1Г-г О;Х1Мл1 1 Ji:::вого целлюлозксго Ы1атерй-;„г а,

Получаемая волокнистая цел:пюяозная массй обладает такой степенью бе,шзкы, которая предт является к сортам тонкой бумаги, тонкого картона и печатной бумаги для журналов.

В случае, если требуется .туалая степень белизны, то волокнистая масса может бь1ть дополшпельно отбелена, например, двуокисью хлора. ПримерЬБ опыте использована березовая

щепа толщиной около 1 при содержании 21,1% лигнина.

Исходную щепу обрабатьшают водным раствором щелочи в следующих условиях: Парциальное давление

кислорода, атм8

Начальная температура, ° С80

Первона1 альная величина рН13,4

Время повышения тe mepaтypы от 80 до 120° С, мин45

Модуль пропитки Отношение древесина/:жидкость, кг/лj :4

щелочи, кг- моль/1000 кг 5 рН через 45 мин11,5

Продолжительность Bai)KH

при 120°С после удаления

жидкости, лшн360

Общая продолжительность варки,

мин405

рН через 405 мин10,8

Варку производят в автоклаве, вращающемся в. нафетой гликолевой бане. По окончании варки сваренную щепу промьшают и получают выход целлюлозы 63,4%, причем остаток сваренной щепы имеет темно-коричневый цвет н содержание лигнина в нем после варки 20,1%.

В процессе варки щелочь можно добавдять в четыре приеми, причем в первый прием вводить 1,25 кг. моль NaOH на 1000 кг сухой древесины, а на каждой из следующих трех стадий добавлять Os75 кг- моль NaOH. В остальном условия варки те ЖЕ. Продолжительность варки на каждой стадии 240 мин. Получеьшую волокнистую массу необходимо промьшать водой между каждой стадией. После пропитки древесины варочной жидкостью начальный рН 13 и в течение варки при 120°С снижается до 10 в жидкости (первично удаленный щелок). Щелок, удаленный на последних стадиях, имеет рН от 10 до 11. .

Содержание лигнина в целлюлозе после варки составляет 1,5%; выход целлюлозы 51,5%; степень белизны 75% SCAN (канадский стандарт).

Древесину можно варить без добавления кисло рода. После варки остаток сваренной щепы содержзп- 22,1% лигнина, он имеет темно-коричневый цвет. Выход целлюлозы 71%.

Дш достижения желаемой степени-делигнификации гфи рН 9-13 необходимо варку проводить при давлении кислорода количество щелочи добавлять не все сразз, а в несколько приемов.

П р и м е р 2. Буковую щепу обрабатьшают по примеру 1, но с добавлением комплексного соединения магния, приготовленного из сульфата магния и этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТУК). Комплекс магния добавляют перед нагреванием. Количество магния (в лфесчете на МдО) соответствует 0,1% от веса сухой древесины, а количество ЭДТУК 0,5% от веса сухой древесины. В этом рН во время кислородной варки на 0,5 выще, чем в примере 1. Содержание лигнина в целлюлозной массе 2%, выход целлюлозы составляет 57,5%.

Полученные результаты показывают, что при добавлении комплексного соединения магния выход значительно повышается.

Примерз. Варку проводят с применением карбоната натрия вместо щелочи, используют березовую щепу, содержащую 20,9% лигнина.

При пpeдвdpитeльнoй обработке используют отработанный щелок.

Температура пропитки8CfC

Варка:

Парциальное давление кислорода8 атм

Первоначальная температ ра80° С

Первоначальный рН11

Врел1Я иовышелля veNcrepai pw or 80 до 20° С

J 5 мим

Модуль нронитки-отношение древесина/жидкость, кг/л

1:4 5рН через 45 мин 9,9

Вначале добав;шкя Naj СОз в количестве 2,5 кг/моль на 1000 кг сухой древесины

При 120°С обработанный щелок удаляют до достижения отношения древесина/жидкость1:2

Время при 120° С после удаления жидкости90 мнн

рН через 135 мин9,5

6 Затем добавляют раствор Naj СОз

до увеличения отнощения древесина/жидкость, 1:4

Вторично загружают Naj СОз в количестве 1,25 кг моль на 01000 кг сухой древесины

Через 45 мин жидкость удаляют при 120° С до достижения отношения древесина/жидкость1:2

Время при 120°С nocjK удаления

5жидкости180 мин

рН через 360 мин9,7

Добавление раствора Naj СОз производят аце два раза, применяя 0,75 кг моль на 1000 кг древесины, каждый раз с последующим нагреванием в течение 45 мин120 С

рН через 540 мин9,9

Древесину пропшгьшают перед варкой варочной жидкостью. Варку производят во вращающемся 5 автоклаве. После каждой стадии варки волокнис, тую массу пpo ьшaют водой.

После пропитки древесины варочной жидкостью при достигнута величина рН 11,0. В течение больщей части периода кислороднем варки рН составляет 9,5-10.

Содержание лигнина в целлюлозе 3%, а выход целлюлозы 56,4%, степень белизны ее 64SCAN.

Эти результаты показьшают, что при применении карбоната натрия достигается больщая степень делигнификации.

Проведение процесса варки, но без промывания древесины между отдельными стадиями, обеспечивает получение аналогичных результатов.

Формула изобретения

Способ получения целлюлозы делигнификацией исходного целлюлозосодержащего сырья путем его

обработки кислородом в щелочной среде при повышенной температуре и давлении в присутствии соединений магния, отличающийся тем, что, с целью увеличения белизны це тевого продукта, процесс ведут при подаче щелочи в начале процесса в

количестве 5-75% от общего количества, требуемо tffr:-.;. 7Avf j -.-. ..-f --.f. .- f-//Ж /A , . ff /- / / // rd дда варкиу4 |10слеДу1 1Шм е1{рерьшньзм введе tf Ьс1авд1ег9ся количе Гвадля поддержания рН 9,5-13. . /, , ИЬточники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Непенин Ю. Н. Технология целлюлозы, Т. 2, 1963 г, стр. 47-60. 2. Непенин Ю.Н. Технология целлюлозьх. Т. 2, 1963 г., стр. 60-68. 3.Штент США № 2673148, кл 162-16, 1954ч 4.Патент США №2926114, кл. 162-16, 1960. 5.Ingruber О. V. AllardG.A. Hot рН control in sulfite pulping of spryce., Pulp and Paper.. 1967 r.,41,№ 10, стр. 41-51 (РЖХ, 1967 r, 16 С 295).