Способ получения целлюлозы Советский патент 1980 года по МПК D21C3/02 D21C9/10 

Изобретение относится к производст ву полуфабрикатов, предназначенных для получения различр1ых видов бумаги и картона, и найдет применение в целлюлозно-бумажной промышленности. Известен способ, заключающийся в том, что делигнификацию растительного сырья ведут кислородсодержащим газом в среде щелрчных соединений аммония ступенчато: после первой ступени кислородно-щелочной обработки проводят обработку кислородсодержащими окислителями в щелочной среде при рН 8-13. В качестве кислородсодержащих окислителей используют газообразный кислород или перекись водорода ij. Известен также способ делигнификаций растительного сырья кислородсодер жащим газом в щелочной среде, в котором обработку сырья ведут при повышенной температуре в течение О,2-5 ч до образования максимгшьного количества перекисных соединений в варочном щелоке,после чего температуру снижают на 10-50 С и продолжают обработку в течение 0,1-4 ч 2. Данные способы не позволяют получать целлюлозный полуфабрикат с белизной выше 60%, при этом при его от белке для достижения белизны выше 80% i необходимо применять хлорсодержащие реагенты и в связи с этим невозможно создать замкнутую систему водопользования. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения целлюлозы, заключающийся в двухступенчатой щелочной обработке исходного цел.гаолозосодержащего сырья при повьааенных температуре и давлении и последукйцей обработке полученного волокнистого полуфабриката озоном в одну или несколько ступеней или последовательно озоном и перекисью водорода З. Перед обработкой озоном целлюлозу обрабатывают 1%-ным раствором уксусной кислоты, содержащим 2% диметилсульфоксида. После ступени обработки озоном проводят щелочную экстракцию. Полученная целлюлоза имеет высокие показатели качества. Однако, выход целлюлозы по указанному способу невысокий(44-49%), а сам процесс сложный. Цель изобретения т- повышение выхода целлюлозы и упрощение процесса. Эта цель достигается тем, чтс щелочную обработку проводят раствором, содержащим соединения аммония, при этом обе ступени щелочной обработ ки осуществляют в присутствии кислородсодержащего газа. Предложенны.й способ осуществляется следувощим образом. Измельченное растительное сырье подвергают варке с кислородсодержащим газом в щелочной среде, содержащей гидроокись аммония при повышенной тем пературе 80-160С и давлении до 1,03,0 мПа. Процесс варки можно осуществлять аппаратуре периодического и непрерыв кого действия при постоянном или периодическом вводе щелочного реагента для поддержания оптимального рН, например 8,5-9,0. Особенно эффективным является непр рывный способ варки в аппаратуре с пульсационным перемешиванием взаимодействующих фаз. Первую ступень варки целлюлозы мож но осуществлять с добавлением катали заторов, например соединений марганц или ингибиторов деструкции, соединений магнил. Варку рекомендуется прово дить в первой ступени при повышенной температуре ISO-IGO C, а во второй ступени снизить температуру до 80140°С и процесс вести до достижения оптимального количества перекисных соединений в варочном щелоке, повысив при этом рН варочного щелока до 8-13 предпочтительно до 9,1-9,5. Полученный волокнистый полуфабрикат отделяют от отработанного щелока затем его промывают водой или отработанным раствором, полученным на по следунлцих ступенях обработок. Послед НИИ вариант является предпочтительньл так как позволяет создать технологический процесс с замкнутой системой водопользования. Отделенный от вароч ного щелока полуфабрикат подвергают обработке озоном в одну или несколько ступеней или последовательно озоном , и перекисью водорода. Расход озона от 0,5 доЗ,0% к мавс абсолютно сухого .волокна, продолжительность 0,2-2 ч. Концентрация маесы 20-50%, обработку проводят без до полнительного нагрева. Возможно также проведение обработки озоном в газовой фазе, т.е. при концентрации 20-50%. Обработку перекисью водорода осуществл ют в щелочной среде в одну ил две ступени с промежуточной промывко Последовательность и число ступеней обработки волокнистого полуфабриката озоном и перекисью водорода может быть изменена в зависимости от требу мого качества целлюлозы. Присутствие соединений аммония по ле кислородно-щелочной обработки в присутствии аммиака оказывает, повидимому, ингибирующее действие на деструкцию целлюлозы на последующих ступенях отработки озоном и перекисью водорода, способствует повышению выхода и улучшению качества целлюлозы и позволяет исключить применение силиката натрия на стадии обработки перекисью водорода. Способ апробирован в лабораторных условиях. Пример 1. Осиновую щепу производственной рубки после пропитки водным раствором аммиака под давлением кислорода 1,5 МПа при 100 С в течение 0,5 ч подвергают варке в пульсационном автоклаве При жидкостном модуле 10:1, первую ступень проводят при 150С в течение 2-х ч, за- тем в течение 15 мин снижают темпе- ратуру до и ведут вторую ступень при этой температуре в, течение 4-х ч. На протяжении всей варки поддерживают рН 8,8-9,1 добавлением 10% раствора ЫНдОН. Продолжительность заварки от 100 до 150С - 40 мин, интенсивность пульсации 3500 мм/мин, максимальное давление - 2,0 мПа (20 кгс/см) и проток газа /v-1 л/мин. Полуфабрикат отбирают периодически в ходе варки, используя поток газа. Выход волокнистого полуфабриката после 2-х ступеней обработки составляет 57,6%, содержание лигнина - 3,85%, белизна - 25%. Показатели механической прочности: разрывная длина - 8000 м, сопротивление излому - 650 ч.дв.п., сопротивление продавливанию - 400 кПа, сопротивление раздиранию - 0,52 Н, вязкость - 12 мПас (в медно-аммиачном растворе при концентрации 0,7%). 100 г массы в расчете на абсолютно сухой полуфабрикат помещают в реактор озонатора. Концентрация массы - 2%. Озонирование проводят озоном, получаемым из воздуха, при комнатной температуре и концентрации 16,8 мг/л. Расход озона к массе абсолютно сухого полуфабриката - 2,3%, продолжительность 2 ч. После озонирования целлюлозу промывают водой при комнатной температуре. Выход целлюлозы составляет 55,3%, содержание лигнина - 1,6%,белизна - 44%, вязкость - 11,4 мПас. Показатели механической прочности после озонирования значительно повышаются: разрывная длина - 8600 м, сопротивление.излому - 1244 ч.дв.п., сопротивление раздиранию - 0,54 Н. Пример 2. 1и11 ступени обработки проводят аналогично как в примере 1. 100 г абсолютно сухого волокнистого полуфабриката с концентрацией массы 2% помещают в реактор озонатора. . Концентрация озона в озоно-воздушной смеси 23,4-36,2 мг/л, производительность озонатора 260 л/ч.

Расход озона составил к массе абсолютно сухого полуфабриката 1,9%, продолжител| ность обработки - 2 ч при комнатной температуре.

После озонирования целлюлозу промывают водой и проводят обработку перекисью водорода при ее )асходе 1,5% к массе абсолютно сухого волокна, рН - 10,5-11, температуре 90°С и продолжительности 2 ч. Содержание лигнина после обработок озоном и перекисью 1,62 и 0,35% соответственно, а белизны 41 и 62%. Вязкость полуфабриката в процессе обработок озоном уменьшается незначительно с 12 до 10,8 мПас.

Показатели механической прочности составили- 8450 м, сопротивление излому - 1200 ч.ДБ.п., сопротивление раздиранию - 0,52 Н.

ПримерЗ. I и II ступени обработки проводят аналогично как в примере 1.

100 г абсолютно сухого волокнистого полуфабриката подвергают обработке озоном в жидкой фазе. Концентрация массы в реакторе - 2,0%. Концентрация озона в озоно-воздушной смеси - 12 мг/л начальная температура обработки , конечная - . Обработку целлюлозы озоном проводят в 2 ступени. Продолжительность 1 ступени озонирования - 1,5 ч, II ступени - 0,5 ч Между I и II ступенями озонирования проводят.промывку целлюлозы в начале обработанным раствором от второй ступени озонирования, а затем водой.

Расход озона на 1 ступени - 1,8%, на II ступени - 0,57%. Обработка целлюлозного полуфабриката озоном в 2 стпени по сравнению с одноступенчатой при одном и том же расходе озона позволяет получить целлюлозу белизной 55-60%, вместо 41-44% при одноступенчатой обработке.

Последующую обработку целлюлозы проводят перекисью водорода с расходом 1,5% к массе абсолютно сухого волокна при , продолжительности 3 ч рН среды 10,5. При обработке перекисью водорода в одну ступень белизна целлюлозы составляет 77-80%, а при двухступенчатой обработке перекисью водорода - 84-85%.

Показатели механической прочности после обработки волокнистого полуфабриката озоном повышаются: так, если до обработки озоном разрывная длина составляла 8000 м, сопротивление изло му - 770 ч.дв.п.., сопротивление продавливанию - 420 , раздиранию - 0,54 Н. После обработки озоном и перекисью водорода беленая целлюлоза имела разрывную длину 8300 м, сопротивление излому - 1220 ч.дв.п., сопротивле ние раздиранию - 0,52 Н, сопротивление продавливанию - 400 кПа.

Пример 4. 1и11 ступени обработки проводят аналогично как,в примере 1.

100 г абсолютно сухого волокнистог полуфабриката подвергают обработке озном в газовой фазе при концентрации массы 36,5% и расходе озона 2,0% к массе абсолютно сухого волокна в течение 30 мин при комнатной температуре. Полученный после обработки озоном волокнистый полуфабрикат имеет белизну 54%, вязкость - 11 мПас. Показатели механической прочности полуфабриката остаются практически без изменений.

Пример 5. Березовую щепу производственной рубки подвергают первой ступени варки в пульсационном автоклаве при жидкостном модуле 10:1, а по массообмену 7,5:1 в растворе аммиака, как описано в примере 1, но при 140°С и в течение 3 ч. Затем жидкость отделяют от полупроваренной щепы и проводят вторую ступень варки при той же температуре, но при постепенном введении кОН для поддержания рН 8,59, в течение 5 ч при периодическом отборе образующейся целлюлозы с помощью газа. В результате двухступенчатой варки получают полуфабрикат с выходом 57,7%, содержащий около 6% лигнина и 23% белизны. Третью ступень делигнификации проводят озоном при его расходе 2,4% от веса абсолютно сухого полуфабриката в течение 2 ч при комнатной температуре. Выход целлюлозы составляет 54,9%, содержание лигнина - 1,3%, белизны - 52%.

.Отработанные растворы после всех 3-х ступеней делигнификации могут быть использованы в качестве сырья дл выращивания дрожжей и производства удобрений.

Данные, приведенные в примерах показывают, что получаемая целлюлоза имеет высокие показатели качества, а выход на 7-t0% вьяле, чем при известном способе. При этом сам способ значительно упрсяцается и не требует введения добавок ингибиторов деструкции и жидкого стекла. Отсутствие токсичны реагентов и силикатов позволяет создать замкнутую систему водопользования при применении минимальных количеств свежей воды.

Формула изобретения

Способ получения целлюлозы путем двухступенчатой щелочной обработки исходного целлюлозосодержащего сырья при повышенньис температуре и давлении и последующей обработки полученного волокнистого полуфабриката .озоном в одну или несколько ступеней или последовательно озоном и перекисью водорода, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода целлюлозы и упрощения процесса, щелочную об-: работку проводят раствором, содержащим соединения с1ммония, при этом обе сту.пени щелочной обработки осуществляют в присутствии кислородсодержащего газа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 429156, кл. .D 21 С 3/02, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР 587190, кл. О 21 С 3/02, 1973.

3.Rothenberg S., Robinson О.Н., Dohnsonbaugh O.K., Bleaching of oxygen pu)ps with ozone, NAPPJ, 1975, 58, № 8, 182-185.