Способ получения целлюлозы Советский патент 1981 года по МПК D21C3/16 

54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Изобретение относится к производс ву волокнистых материалов и может быть использовано в целлюлозно-бумаж ной промышленности при получении целлюлозы, преимущественно для.химической переработки. Известен способ получения целлюлозы путем пропитки целлюлозосодержащего сырья под давлением раствором азотной кислоты с последующей варкой и щелочной экстракцией, по которому сырье после пропитки вьщер живают во влажном состоянии в течение 3-6 ч l. Недостатком способа является его взрывоопасность. Из опытов известно что при нагревании смеси азотной кислоты с большой Массой целлюлозосодержащего сырья в замкнутом объеме при повышенных давлении и температуре выше 50°С) возможно вьщеление такого.количества тепла и газ которое может привести к взрыву. Кр ме того, процесс получения целлюлоз слишком длителен (более 8 ч ), а пол ченная целлюлоза имеет повышенную с пень полимеризации. Нечестен способ азотнокислой вар ки целлюлозы, по которому исходное сырье пропитывают раствором азотно кислоты при циклическом прессовании в гидравлическом прессе до давления 30 МПа и вьщерживают в этом растворе в течение одного часа с последующей варкой и щелочной экстракцией 2j. известному способу присущи следующие недостатки: высокое.давление прессования сырья приводит к разрушению волокнистой структуры целлюлозы, что снижает ее механические показатели; длительная выдержка деструктированного при прессовании сырья в растворе азотной кислоты приводит к загрязнению азотной кислоты продуктами деструкции древесины и снижению выхода целевого продукта; непровар достигает 8%; длительность процесса варки превышает 4,5 ч. цель изобретения - сокращение длительности процесса и расхода азотной кислоты при сохранении показателей качества целевого продукта. поставленная цель достигается тем, что в способе азотнокислой варки путем пропитки исходного сырья раствором азотной кислоты в условиях циклического прессования с последующей варкой и щелочной экстракцией варку также ведут в условиях циклического прессования, при этом прессование на стадиях-пропитки и варки осуществляют под давлением 1-10 МПа, пр чем в каждом прессовании давление по вышают в течение 0,2-1 мин и вьщерживают при конечном давлении 0,5-1 1,5 мин i Причем при пропитке сырья произво дят 4-6-кратное циклическое прессова ние под давлением 5,0-10,0 МПа, а пр варке - 2-4 кратное прессование под давлением 3,0-6,0 МПа в начальных ци .лах с постепенным снижением давления до 1,0-2,0 МПа в конечных циклах. По ле снятия давления повторение цикла наступает через 1-7 мин. Пропитанное раствором азотной кислоты целлюлозосодёржащее сырье после удаления избытка кислоты выдерживают при атмосферном давлении в течение 30-60 мин. Ведение пропитки при циклическом прессовании целлюлозосодержащего сырья (древесной щепы под давлением 5-10 МПа сокращает время пропитки. При указанном давлении материал не деструктируется, а только упруго деформируется/ при этом в нем появляют ся всевозможные трещины, надломы и другие механические повреждения, через которые в период между циклами нагружения раствор азотной кислоты проникает вглубь материала. Длительность отдельных стадий нагружения, частота повторения отдельных циклов и величины предельных давлений имеют рещакнцее значение для быстрой и равномерной пропитки целлюлоз осодержащих материалов. Общее время пропитки по такому способу сок ращается до 45-60 мин. При проведении варовного процесса в условиях циклического прессованио обеспечивается быстрый вывод про дуктов реакции как с поверхности, так и из внутренних областей целлюло зосодержащегосырья, а также приток свежего раствора к древесным клеткам Ввиду того, что при пропитке материал уже подвергался механическим деформациям, а по ходу варочного процесса материал становился более плас тичным, предельное давление прессования должно постепенно снижаться, чтобы не повредить волокнистую струк туру сырья. Варочный процесс при этом сокрёвдается до 20-30 мин вместо 1,5«-2 ч при варке известными спосо6aMk. Пропитка сырья при циклическом прессовании уменьшает также расход азотной кислоты на пропитку, ибо вторая ее стадия - выдержка-осуществляется не в растворе азотной кислоты, а во влажном состоянии после удаления избытка раствора. При этом процесс пропитки сырья осуществляется таким количеством раствора, который находится в сырье. Это количество раствора обеспечивает вар ку целлюлозосодержащего сырья в парогазовой фазе. Вследствие этого не потребуется регенерация пропиточного раствора в процессе производства. Способ осуществляется следующим образом. Технологическую щепу предварительно пропаривают острым паром 10-20 мин, затем многократно прессуют при 50°Св присутствии 10-15%-ного раствора азотной кислоты в соответствии с циклограммой пропитки. Обработанную массу после удаления избытка раствора азотной кислоты выдерживают 45-60 МИН при комнатной температуре, а затем многократно преосуют при 95-98 0 в соответствии с циклограммой варки. После промывки проваренной щепы ее подвергают щелочной экстракции 2%-ным раствором каустической соды. При производстве целлюлозы не для химической переработки щелочную экстракцию ведут раствором соды или гидроокиси кальция. Циклическое прессование щепы может быть осуществлено как в обычных прессах с перфорированными цилиндрами и порщнями, так и в шнек-прессах с пер менным шагом. П р и м е р 1. 500 г.березовюй щепы пропаривают острым паром в течении 15 мин. Проваренную щепу помещают в цилиндр, заливают 1 л 14%-ного раствора азотной кислоты при и подвергают прессованию. Дно поршня имеет отверстия для свободного протекания раствора при прессовании. Циклограмма прессоЕа1;,1я включает нагружение до 8,0 МПа в течение 30 с вьщержку при этом давлений в течение 1 мин, затем снятие давления путем подъема поршня и выдержки в этом состоянии 1 мин, после чего цикл повторяется. После 5-ти циклов прессования избыток раствора азотной кислоты удаляют, а щепу вьюерживают 45 мин. Далее производят варку щепы при температуре не выше 98 С. Для этого цилиндр со щепой нагревают до 70-75 0, дальнейшее повышение температуры щепы происходит sa счет экзотермической реак- . ции нитрования... Одновременно щепу подвергают циклическому прессованию, ;причем- в отличие от прессования при. пропитке проводят только 3 цикла прессования под давлением 7 ,0, 5,0, 3,0 МПа соответственно для каждого цикла. Время Прессования составляет 0,5 мин, вьщержка - 1 мин, цикл повторяют через 7 мин. После этого щепу выгружают из цилиндра, промывают и подвергают щелочной экстракции 2%-ным раствором гидроокиси натрия при 90-95с в. течение 1 ч. Полученную целлюлозу промывают, сортируют и определяют ее выход и количество. П р и м е р 2. 500 г еловой щепы пропаривают в течение 20 мнн острым

паром, затем помещают в цилиндр и заливают 1,5 л 17%-ного раствора азотной кислоты при . Пропитку и варку рсуществляют, как.гв примере 1. Затем щепу промывают, экстрагируют щелочью, полученную целлюлозу отмыХарактеристика полученной целлюлозы Вид сырьяОсина Береза Выход целлюлозы, % 48,6 39,1 Непровар, % Данные от- 8,3 сутствуют Расход азотной кислоДанные от- 00 ты, кг/т целлюлозы сутствуют Содержание об -целлюлозы,%93,1 85,4 Общее время процесса 8ч 23 мин 4ч 5 получения целлюлозы Примерз. Из 500 г березовой щепы получают целлюлозу, как в примере 1. Однако целлюлозосодержащее сырье подвергают 15-кратному ци лическому нагружению с повторением циклов через 20 с в стадии пропитки и 5-кратному прессованию с тем же ин тервалом в стсщии варки. Выход целлю лозы составляет 29,9%, непровар 25,2%. Прим, ер4. 500 г тополевой ще пы пропаривают острым паром в течени 15 мин,-затем щепу помещают в цилинд и заливают 1,1 л 14%-ного раствора ют прессованию. Циклограмма прессования включает нагружение до 5 МПа в течение 20 с, выдержку при этом давлении в течение 30 с, затем следует снятие давления и выдержка в этом состоянии 20 с, после чего цикл повторяется. После 6 циклов избыток раствора азотной кислоты удаляют, а щепу вьщерживают 45 мин. Далее проводят варку щепы, как в примере 1, но только с той разницей что проводят 4 цикла прессования под давлением 3, 2, 1,5 и 1 МПа соответ ственно для каждого цикла. Время прессования составляет 20 с, выдерж ка 30 с, цикл повторяют через 3 мин Варку заканчивают через 25 мин. Пос ле варки следует прЪмежуточная промывка и щелочная экстракция, как в

вают , сГортируют и определяют выход; расход азотной кислоты и качество целлюлозы.

Полученные результаты сведены в таблицу. реза Ель Тополь Чер- Береза ная ольха47,0 52,0 47,3 41,8 29,9 2,7 3,0 3,8 5,0 25,2 280 380 270 300 500 87,2 86,7 92,2 86,5 82,5 3ч 3ч 3ч Зч 3ч Юмин 15 мин 5 мин 15мин примере 1. Полученную целлюлозу промывают, сортируют, определяют выход и непровар. Также определяют расход азотной кислоты и содержание d-целлюлозы. При мер 5. 50О г щепы черной ольхи пропаривают, как в примерах 1 и 3, затем помещают в цилиндр и заливают 1 л 15%-ного раствора азотной кислоты при 50°С и подвергают прессованию. Циклограмма прессования включает нагружение до 10 МПа в течение 1 Мин, вадерхку при этом, давлении в течение 1,5 мин, затем следует снятие давления и выдержка в этом состоянии 0,5 мин, после чего цикл повторяется. Производится 4 цикла обработки. Далее следует обработка щепы, как в примерах 1 и 3, причем в отличие от примеров 1 и 4 проводят 2 цикла прессования во время варки под давлением 6 и 5 МПа соответственно. Время прессования составляет 1 мин, выдержка - 1,5 мин цикл повторяется через 7 мин. Общая продолжительность варки - 30 мин. Далее следует промежуточная промывка и щелонная экстракция, как в примерах 1 и 4. Полученную целлюлозу промывают, сортируют, определяют выход, непровар и oL -целлюлозу. Кроме того, определяют расход азотной кислоты. Как видно из таблицы, общая продолжительность варки по предлагаемому способу сокращается в 1,5 По сравнению с прототипом и более чем вдвое по сравнению со способом по авт.ев, № 491746 с одновременным снижением в 1,4 раза расхода азотно кислоты. Кроме того, более чем на 20% увеличивается выход целлюлозы, а доля непровара уменвшается в,3 раза (при варке однотипного сырья). . Предлагаемый способ может быть использован не только для выработки азотнокислой целлюлозы, то также и для выработки сульфитной и сульфатной целлюлозы из любого вида древесного сырья. Формула изобретения 1.Способ получения целлюлозы путем пропитки исходного целлюлозосодержащего сырья раствором азотной кислоты при многократном циклическо прессовании, варки пропитанного сыр раствором азотной кислоты и последу щей щелочной экстракции, о т л и чающийся тем, что, с целью сокращения длительности процесса, и расхода азотной кислоты при сохране НИИ показателей качества целевого продукта, при варке пропитанного сырья проводят многократное циклическое прессование, при этом прессование на стадиях пропитки и варки осу ществляется под давлением 1-10 МПа, причем в каждом прессовании давление повышают в течение 0,2-1 мин и выдерживают при конечном давлении 0,5-1,5 мин. 2.Способ по п.1, отличающийся тем, что пропитку сырья проводят при 4-6-кратном циклическом прессовании под давлением 510 МПа и выдержке между циклами 13 мин. 3.Способ по П.1, отлича ющ и и с я тем, что варку сырья проводят при 2-4-кратном циклическом прессовании в первом цикле под давлением 3-6 МПа и в последнем цикле под давлением 1-2 МПа и выдержке между циклами 3-7 мин. 4.Способ по пп.1-2, о т л и чающийся тем, что перед варкой из пропитанного сырья удалают избыток азотной кислоты и вьщерживают сырье в течение 30-60 мин. Источники информации, приянятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 491746, кл. О 21 С 3/04, 1973. 2. Tappi, 1967, 50, № 12, р.44, А-51 А (прототип).