WO2012125057A1 - Process for processing fibrous material - Google Patents
Process for processing fibrous material Download PDFInfo
- Publication number
- WO2012125057A1 WO2012125057A1 PCT/RU2011/000165 RU2011000165W WO2012125057A1 WO 2012125057 A1 WO2012125057 A1 WO 2012125057A1 RU 2011000165 W RU2011000165 W RU 2011000165W WO 2012125057 A1 WO2012125057 A1 WO 2012125057A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- processing
- fibrous material
- electrohydraulic
- electro
- cellulose
- Prior art date
Links
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
- D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
- D21B1/04—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
- D21B1/12—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by wet methods, by the use of steam
- D21B1/30—Defibrating by other means
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C1/00—Pretreatment of the finely-divided materials before digesting
- D21C1/10—Physical methods for facilitating impregnation
Definitions
- the method relates to the technology of manufacturing cellulose and can be used, in particular, in the pulp and paper industry both for the production of cellulosic raw materials and for the modification of the finished pulp raw materials.
- alkaline cooking treatment of plant materials with a dilute solution of caustic soda under pressure, followed by bleaching — treatment with oxidizing agents, for example sodium hypochlorite), used mainly for cotton cellulose
- oxidizing agents for example sodium hypochlorite
- sulfite cooking pressure treatment with aqueous solutions of calcium, magnesium, sodium or ammonium bisulfite containing a small amount of free S0 2
- sulfate cooking pressure treatment with an aqueous solution of a mixture of caustic soda and sodium sulfide
- Cellulose is isolated from straw by the chlor-alkali method (sequential treatment with an aqueous solution of caustic soda and chlorine) (see Rogovin Z.A., Chemistry of cellulose, M., 1972).
- the disadvantages of this method are its low manufacturability, due to the length of the processing process to obtain the required quality of the final product and low environmental friendliness due to contamination of the liquid medium by the products of the electropulse treatment of sulfate liquor.
- the technical result that is achieved by the implementation of the claimed invention is to increase the manufacturability of the processing of fibrous material by reducing the time to obtain the final product with desired characteristics.
- the high-temperature processing operation is performed separately from the operation of electrical exposure, and electrohydraulic is used as the latter treatment.
- the electro-hydraulic treatment can be carried out in a liquid medium with a hydrogen index (pH) in the range from 6 to 9, depending on the specific value of which the optimal value of the electro-hydraulic shock power is determined.
- electro-hydraulic processing can be additionally carried out before the operation of high-temperature processing of the fibrous material.
- the method may further include a refinement operation, wherein the electro-hydraulic treatment is carried out after each of the possible operations of the method, and the electro-hydraulic treatment may additionally be carried out before the high-temperature processing of the fibrous material.
- the method of processing fibrous material may further include a refinement and washing operation, wherein electro-hydraulic processing is carried out after each of the possible operations of the method, and electro-hydraulic processing may additionally be carried out before the high-temperature processing of the fibrous material.
- the main feature of the new method for processing fibrous materials is that, along with the separation of the treated fiber from by-products (pectin, lignin) - cellulose satellite substances, the fibrous complexes are crushed and shortened by creating a nonequilibrium state of the system: the product being processed is the external environment, which created by using various physical and mechanical effects.
- the inventive method for processing fibrous material is based on the idea of using the morphological features of the processed raw materials, which are known to consist of elementary fibers, united in a dense compact complex by middle plates, consisting of lignin and pectin substances, the so-called inlaid substances, acting as a natural adhesive component.
- the elementary fibers are shifted in length so that the ends of the fibers located above wedge between those fibers that are lower, forming a grid.
- Elementary fibers are characterized by high strength and flexibility, and inlaid substances that combine elementary fibers into a single whole, have low strength and high rigidity.
- Such a structure of fibers consisting of two components having diametrically opposed physical and mechanical properties and combined into a single whole, is classified as a composite material.
- a composite material is a structure in which two components can be distinguished: a reinforcing frame, a reinforcing composite material throughout the volume, and a matrix into which the reinforcing frame is immersed.
- the most common natural composite material is wood, in which the role of the reinforcing cage is played by chains of cellulose (elementary fibers), and the role of the matrix is played by encrusting substances (mainly pectins and lignin).
- the basis of the claimed method is the idea of using various physical and mechanical properties of the components of the composite material: matrix and reinforcing frame.
- the matrix and the reinforcing frame perform various functions, and, as a result, have different physical and mechanical parameters. So, the matrix is characterized by high rigidity and low strength, while the reinforcing frame has elasticity and flexibility, as well as great strength. You can verify the truth of what has been said by comparing the physicomechanical parameters of elementary fibers (reinforcing cage) and middle plates (matrix). And although these two components are combined into one, their properties remain different.
- a pulsed electric discharge is used in a liquid medium with a hydrogen pH of 6 to 9, in particular in an aqueous medium.
- energy is rapidly released in the discharge channel.
- the pressure in the discharge channel significantly exceeds the external one, the channel expands rapidly, which leads to the appearance of a shock wave and fluid flows.
- the electrical conductivity of water depends on a number of factors, among which the most significant are temperature, pH, ionic composition, and ion concentration.
- a shock wave is a jump in the density of a medium propagating from a channel at a speed greater than sonic.
- the pressure at the front of a shock wave in a fluid can reach tens of kilobars.
- the impact of this pressure on the processed object can cause structural adjustment of the material of the object (crushing of brittle materials, deformation, surface hardening, etc.).
- Fluid flows propagating at a speed of 10 -40 m / s transfer kinetic energy to the processed object, causing, like the shock wave, its mechanical changes.
- the fibers are split in the longitudinal direction into the finest fibrils - fibrils.
- the outer surface of the fibers sharply increases (due to unfolding), the OH hydroxyl groups released during grinding are exposed, which leads to a sharp increase in the role of the phenomena occurring on this surface.
- the so-called hydration is enhanced, i.e. adsorption of water molecules by —OH groups due to the formation of hydrogen bonds.
- the fibers become more flexible and plastic, and this provides better contact between them during the subsequent process of casting the paper sheet and, therefore, creates more durable interfiber bonds, which ultimately increases the strength of the paper.
- the claimed method may include a different sequence of actions. But in any case, the process of obtaining cellulose will include at least a single cooking of the feedstock (hydrolysis) with one or another chemical reagent and at least one operation of electrical exposure.
- Hydrolysis according to the claimed invention can be carried out by various cooking methods: alkaline (both by the sodium method, in which sodium hydroxide is used as a reagent, and sulfate, in which a solution containing sodium hydroxide and sodium sulfide, called white liquor) is used as the reagent) and acid ( a sulfite method in which aqueous solutions of calcium, magnesium, sodium or ammonium bisulfite containing a small amount of free S0 2 ) are used as reagents.
- alkaline both by the sodium method, in which sodium hydroxide is used as a reagent, and sulfate, in which a solution containing sodium hydroxide and sodium sulfide, called white liquor
- acid a sulfite method in which aqueous solutions of calcium, magnesium, sodium or ammonium bisulfite containing a small amount of free S0 2 ) are used as reagents.
- the soda method is used in the production of cellulose from deciduous wood and annual plants, in particular for the production of cotton cellulose
- the sulfate method is suitable for the production of cellulose from any type of plant material
- the sulfite method is suitable for the production of cellulose from non-resinous wood species: spruce, fir.
- unbleached cellulose is obtained, which has not only a relatively low whiteness, but also contains a significant amount of impurities accompanying the fiber
- the cellulose obtained after hydrolysis is washed and subjected to electrical exposure, which is carried out in a liquid medium with a hydrogen index (pH) in the range from 6 to 9 by electro-hydraulic processing.
- the claimed method consists in a single cooking, for example, cooking chips by the sulfate method in boilers of batch or continuous operation at a temperature of 165-175 ° C and a pressure of 0, 7— 1.0 MPa, followed by electro-hydraulic treatment.
- electro-hydraulic processing of raw materials is carried out before and after a single cooking.
- the method includes cooking, subsequent dressing and washing, while electro-hydraulic processing is carried out after each of the operations, and if necessary, additionally before cooking.
- the dimensions and geometry of the discharge chamber, the electrical parameters of the pulse current generator, the frequency of the pulses, the length and geometry of the interelectrode space, the number of electrodes and the gap between them, the ratio of the mass of liquid to the mass of raw materials and other parameters are selected so as to create optimal efforts development of spark breakdown and shock wave configuration for efficient splitting and modification of various feedstock and the best performance of the installation as a whole.
- the claimed method can be implemented using known devices used in industry, for example, in the manufacture of paper.
Abstract
The process relates to technology for manufacturing cellulose and can be used in particular in the cellulose and paper industry both for producing cellulose raw material and for modifying the finished cellulose raw material. The process for processing fibrous material comprises at least one operation for high-temperature processing of fibrous material in a liquid medium and electrical action, wherein the operation for high-temperature processing is performed separately from the electrical action operation, and electrohydraulic processing is used as said electrical action. The electrohydraulic processing can be performed in a liquid medium with a pH value in the range of from 6 to 9, with the optimum magnitude of the power of the electrohydraulic shock being determined depending on the specific magnitude of said pH value. Moreover, in the process for processing fibrous material, the electrohydraulic processing can also be performed prior to the operation for high-temperature processing of fibrous material. The process for processing fibrous material can also comprise a refining operation, wherein the electrohydraulic processing is performed after each of the possible operations in the process, and also the electrohydraulic processing can also be performed prior to the operation for high-temperature processing of fibrous material. The process for processing fibrous material can also comprise a refining and washing operation, wherein the electrohydraulic processing is performed after each of the possible operations in the process, and also the electrohydraulic processing can also be performed prior to the operation for high-temperature processing of fibrous material.
Description
Способ обработки волокнистого материала The method of processing fibrous material
Область техники Technical field
Способ относится к технологии изготовления целлюлозы и может быть использован, в частности, в целлюлозно-бумажной промышленности как для получения целлюлозного сырья, так и для модификации готового целлюлозного сырья. The method relates to the technology of manufacturing cellulose and can be used, in particular, in the pulp and paper industry both for the production of cellulosic raw materials and for the modification of the finished pulp raw materials.
Предшествующий уровень техники State of the art
Из уровня техники известны различные способы получения целлюлозы из природных материалов, основанные на действии реагентов, растворяющих или разрушающих содержащиеся в растительных тканях нецеллюлозные компоненты (белки, жиры, воски, смолы, лигнин, а также полисахариды). В зависимости от типа растительного материала и назначения целлюлозы в настоящее время наиболее широко используются следующие способы получения целлюлозы: щелочная варка (обработка растительных материалов разбавленным раствором едкого натра под давлением с последующей отбелкой— обработкой окислителями, например гипохлоритом натрия), применяемая главным образом для получения хлопковой целлюлозы; сульфитная варка (обработка под давлением водными растворами бисульфита кальция, магния, натрия или аммония, содержащими небольшое количество свободного S02) и сульфатная варка (обработка под давлением водным раствором смеси едкого натра и сульфида натрия), используемые для выделения целлюлозы из древесины. Из соломы целлюлозу выделяют хлорно-щелочным методом (последовательной обработкой водным раствором едкого натра и хлором) (см. Роговин З.А., Химия целлюлозы, М., 1972). Various methods are known from the prior art for the production of cellulose from natural materials based on the action of reagents that dissolve or destroy non-cellulose components contained in plant tissues (proteins, fats, waxes, resins, lignin, as well as polysaccharides). Depending on the type of plant material and the purpose of cellulose, the following methods of producing cellulose are currently most widely used: alkaline cooking (treatment of plant materials with a dilute solution of caustic soda under pressure, followed by bleaching — treatment with oxidizing agents, for example sodium hypochlorite), used mainly for cotton cellulose; sulfite cooking (pressure treatment with aqueous solutions of calcium, magnesium, sodium or ammonium bisulfite containing a small amount of free S0 2 ) and sulfate cooking (pressure treatment with an aqueous solution of a mixture of caustic soda and sodium sulfide) used to separate cellulose from wood. Cellulose is isolated from straw by the chlor-alkali method (sequential treatment with an aqueous solution of caustic soda and chlorine) (see Rogovin Z.A., Chemistry of cellulose, M., 1972).
Вышеуказанным способам присущи следующие недостатки: поскольку обработка волокон с целью массового удаления инкрустирующих веществ проводится преимущественно химическим путем, то получение деинкрустированных элементарных волокон сопровождается разложением и деструктурированием пектиновых веществ и лигнина, которые являются весьма ценным сырьем для многих отраслей промышленности. Кроме того, для осуществления данных способов требуется дорогое и металлоемкое оборудование, а также используется большое количество химических веществ, что выводит данную группу технологий в ряд наиболее опасных и экологически вредных производств.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ изготовления целлюлозы из лигноцеллюлозного материала путем его высокотемпературной обработки в среде сульфатного щелока при воздействии на щелок электрическим током, описанный в патенте RU 2 145 986, опубликованном 27.02.2000. Данный способ заключается в воздействии электрическим током в виде импульсных высоковольтных электрических разрядов на сульфатный щелок или смесь сульфатного щелока и лигноцеллюлозного материала. The following disadvantages are inherent in the above methods: since the processing of fibers with the purpose of mass removal of encrusting substances is carried out mainly by chemical means, the production of de-inlaid elementary fibers is accompanied by the decomposition and degradation of pectin substances and lignin, which are very valuable raw materials for many industries. In addition, the implementation of these methods requires expensive and metal-intensive equipment, and also uses a large number of chemicals, which makes this group of technologies one of the most dangerous and environmentally harmful industries. Closest to the claimed invention is a method for the manufacture of cellulose from lignocellulosic material by high-temperature processing in a sulphate liquor medium by exposure to liquor by electric current, described in patent RU 2 145 986, published on 02.27.2000. This method consists in applying an electric current in the form of pulsed high-voltage electric discharges to sulfate liquor or a mixture of sulfate liquor and lignocellulosic material.
Недостатками данного способа являются его низкая технологичность, обусловленная длительностью процесса обработки для получения требуемого качества конечного продукта и невысокая экологичность из-за загрязнения жидкой среды продуктами электроимпульсной обработки сульфатного щелока. The disadvantages of this method are its low manufacturability, due to the length of the processing process to obtain the required quality of the final product and low environmental friendliness due to contamination of the liquid medium by the products of the electropulse treatment of sulfate liquor.
Данные недостатки обусловлены особенностями процессов, возникающих при обработке жидкой среды импульсными высоковольтными электрическими разрядами. В зависимости от водородного показателя (рН) жидкой среды возникающие в ней процессы будут значительно отличаться по своей природе: при рН < 6 и рН > 9 природа таких процессов будет физико-химической, а при рН, находящемся в диапазоне от 6 до 9, - физико-механической. Так, например, при воздействии на сульфатный щелок (рН 9 - 10) импульсным электрическим разрядом возникает электрическая дуга и образуется озон, который интенсифицирует окислительный процесс - осуществляется начальное окисление сульфидов с образованием полисульфидного раствора, т.е. воздействие электрическим током оказывает влияние на интенсификацию химического процесса. These shortcomings are due to the features of the processes that occur during the processing of a liquid medium by pulsed high-voltage electric discharges. Depending on the hydrogen index (pH) of the liquid medium, the processes arising in it will significantly differ in nature: at pH <6 and pH> 9, the nature of such processes will be physicochemical, and at a pH in the range from 6 to 9, physical and mechanical. So, for example, when a sulfate liquor (pH 9 - 10) is exposed to pulsed electric discharge, an electric arc arises and ozone forms, which intensifies the oxidation process - the initial oxidation of sulfides is carried out with the formation of a polysulfide solution, i.e. exposure to electric current affects the intensification of the chemical process.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Техническим результатом, который достигается при реализации заявленного изобретения, является повышение технологичности процесса обработки волокнистого материала за счет сокращения времени на получение конечного продукта с заданными характеристиками . The technical result that is achieved by the implementation of the claimed invention is to increase the manufacturability of the processing of fibrous material by reducing the time to obtain the final product with desired characteristics.
Данный технический результат достигается за счет того, что в способе обработки волокнистого материала, включающем, по крайней мере, одну операцию высокотемпературной обработки волокнистого материала в жидкой среде и электрическое воздействие, операция высокотемпературной обработки выполняется отдельно от операции электрического воздействия, а в качестве последнего используется электрогидравлическая обработка.
При этом электрогидравлическая обработка может осуществляться в жидкой среде с водородным показателем (рН) в диапазоне от 6 до 9, в зависимости от конкретной величины которого определяется оптимальная величина мощности электрогидравлического удара. This technical result is achieved due to the fact that in the method of processing fibrous material, which includes at least one operation of high-temperature processing of fibrous material in a liquid medium and electrical exposure, the high-temperature processing operation is performed separately from the operation of electrical exposure, and electrohydraulic is used as the latter treatment. In this case, the electro-hydraulic treatment can be carried out in a liquid medium with a hydrogen index (pH) in the range from 6 to 9, depending on the specific value of which the optimal value of the electro-hydraulic shock power is determined.
Кроме того, в способе обработки волокнистого материала электрогидравлическая обработка может дополнительно осуществляться перед операцией высокотемпературной обработки волокнистого материала. In addition, in the method of processing the fibrous material, electro-hydraulic processing can be additionally carried out before the operation of high-temperature processing of the fibrous material.
Способ может дополнительно включать операцию облагораживания, при этом электрогидравлическая обработка осуществляется после каждой из возможных операций способа, а также электрогидравлическая обработка дополнительно может осуществляться перед операцией высокотемпературной обработки волокнистого материала. The method may further include a refinement operation, wherein the electro-hydraulic treatment is carried out after each of the possible operations of the method, and the electro-hydraulic treatment may additionally be carried out before the high-temperature processing of the fibrous material.
Способ обработки волокнистого материала может дополнительно включать операцию облагораживания и промывки, при этом электрогидравлическая обработка осуществляется после каждой из возможных операций способа, а также электрогидравлическая обработка может дополнительно осуществляться перед операцией высокотемпературной обработки волокнистого материала. The method of processing fibrous material may further include a refinement and washing operation, wherein electro-hydraulic processing is carried out after each of the possible operations of the method, and electro-hydraulic processing may additionally be carried out before the high-temperature processing of the fibrous material.
Основной особенностью нового способа обработки волокнистых материалов является то, что наряду с отделением обработанного волокна от побочных продуктов (пектин, лигнин) - веществ-спутников целлюлозы, происходит дробление и укорачивание волокнистых комплексов за счет создания неравновесного состояния системы: обрабатываемый продукт - внешняя среда, которое создается путем использования различных физическо-механических эффектов. The main feature of the new method for processing fibrous materials is that, along with the separation of the treated fiber from by-products (pectin, lignin) - cellulose satellite substances, the fibrous complexes are crushed and shortened by creating a nonequilibrium state of the system: the product being processed is the external environment, which created by using various physical and mechanical effects.
В основу заявленного способа обработки волокнистого материала положена идея использования морфологических особенностей обрабатываемого сырья, как известно, состоящего из элементарных волокон, объединенных в плотный компактный комплекс серединными пластинками, состоящими из лигнина и пектиновых веществ, так называемых инкрустирующих веществ, выполняющих роль природного клеящего компонента. Элементарные волокна сдвинуты по длине таким образом, что концы волокон, расположенных выше, вклиниваются между теми волокнами, которые находятся ниже, образуя сетку. The inventive method for processing fibrous material is based on the idea of using the morphological features of the processed raw materials, which are known to consist of elementary fibers, united in a dense compact complex by middle plates, consisting of lignin and pectin substances, the so-called inlaid substances, acting as a natural adhesive component. The elementary fibers are shifted in length so that the ends of the fibers located above wedge between those fibers that are lower, forming a grid.
Элементарные волокна характеризуются высокой прочностью и гибкостью, а инкрустирующие вещества, объединяющие в единое целое элементарные волокна,
обладают малой прочностью и большой жесткостью. Такая структура волокон, состоящая их двух компонентов, обладающих диаметрально противоположными физико- механическими свойствами и объединенных в единое целое, классифицируется как композитный материал. Композитный материал представляет собой структуру, в которой можно выделить две составляющие: армирующий каркас, армирующий композитный материал по всему объему, и матрицу, в которую погружен армирующий каркас. Наиболее распространенным природным композитным материалом является древесина, в которой роль армирующего каркаса выполняют цепочки целлюлозы (элементарные волокна), а роль матрицы выполняют инкрустирующие вещества (в основном пектины и лигнин). Объединенные в одну структуру и работающие при приложении извне механических усилий как единое целое, они взаимно дополняют свойства друг друга, позволяя одновременно получать высокую прочность и жесткость Elementary fibers are characterized by high strength and flexibility, and inlaid substances that combine elementary fibers into a single whole, have low strength and high rigidity. Such a structure of fibers, consisting of two components having diametrically opposed physical and mechanical properties and combined into a single whole, is classified as a composite material. A composite material is a structure in which two components can be distinguished: a reinforcing frame, a reinforcing composite material throughout the volume, and a matrix into which the reinforcing frame is immersed. The most common natural composite material is wood, in which the role of the reinforcing cage is played by chains of cellulose (elementary fibers), and the role of the matrix is played by encrusting substances (mainly pectins and lignin). Combined into one structure and working when mechanical forces are applied externally as a single unit, they mutually complement each other's properties, while simultaneously obtaining high strength and rigidity
Однако, для получения конечного продукта, например, бумаги, с высокими техническими характеристиками, предполагается использование только одного компонента - элементарных волокон или тонких волокнистых комплексов, полученных путем дробления технических волокон. В идеальном случае предполагается полное удаление с волокон (элементарных) инкрустирующих веществ. However, to obtain the final product, for example, paper, with high technical characteristics, it is supposed to use only one component - elementary fibers or thin fiber complexes obtained by crushing technical fibers. In the ideal case, it is assumed that the (elementary) inlaid substances are completely removed from the fibers.
В основу заявленного способа положена идея использования различных физико- механических свойств составляющих композитного материала: матрицы и армирующего каркаса. Как было сказано выше, матрица и армирующий каркас выполняют различные функции, и, вследствие этого, обладают различными физико-механическими параметрами. Так, матрица характеризуется высокой жесткостью и низкой прочностью, тогда как армирующий каркас обладает эластичностью и гибкостью, а также большой прочностью. В справедливости сказанного можно убедиться, сравнив физико- механические параметры элементарных волокон (армирующий каркас) и серединных пластинок (матрица). И хотя эти два компонента объединены в одно целое, их свойства остаются различными. The basis of the claimed method is the idea of using various physical and mechanical properties of the components of the composite material: matrix and reinforcing frame. As mentioned above, the matrix and the reinforcing frame perform various functions, and, as a result, have different physical and mechanical parameters. So, the matrix is characterized by high rigidity and low strength, while the reinforcing frame has elasticity and flexibility, as well as great strength. You can verify the truth of what has been said by comparing the physicomechanical parameters of elementary fibers (reinforcing cage) and middle plates (matrix). And although these two components are combined into one, their properties remain different.
Именно это и позволяет осуществить способ разделения исходного сырья на элементарные волокна и инкрустирующие вещества без химических изменений этих двух компонентов. С этой целью к материалу извне прикладывается физико- механическое воздействие, которое заведомо больше предела прочности матрицы (пектино-лигнинового комплекса) и заведомо меньше предела прочности армирующего каркаса (элементарных волокон). В результате такого воздействия происходит
механическое разрушение матрицы, причем армирующий каркас остается неповрежденным. После такого воздействия два компонента легко разделяются вследствие нарушения между ними механической связи. Для интенсификации процесса целесообразно применять повторно-переменные нагрузки. This is what allows us to implement a method for the separation of the feedstock into elementary fibers and inlaid substances without chemical changes in these two components. For this purpose, a physical and mechanical effect is applied to the material from the outside, which is obviously greater than the tensile strength of the matrix (pectin-lignin complex) and obviously less than the tensile strength of the reinforcing cage (elementary fibers). As a result of such exposure, mechanical destruction of the matrix, and the reinforcing frame remains intact. After such an impact, the two components are easily separated due to a violation of the mechanical connection between them. To intensify the process, it is advisable to apply alternating loads.
В качестве физико-механического воздействия используется импульсный электрический разряд в жидкой среде с водородным показателем рН от 6 до 9, в частности, в водной среде. При импульсном электрическом разряде в жидкости происходит быстрое выделение энергии в канале разряда. В результате давление в канале разряда значительно превышает внешнее, канал быстро расширяется, что приводит к возникновению ударной волны и потоков жидкости. Известно, что удельная электропроводность воды зависит от ряда факторов, среди которых наиболее существенны температура, рН, ионный состав и концентрация ионов. [Кульский Л.А. Очистка воды электрокоагуляцией / Л.А. Кульский, П.П. Строкач, В.А. Слипченко и др. - Киев: Буд1вельник, 1978. - 112 с]. Минимальное значение электропроводности при рН = 7. При этом экспериментально доказано, что при рН меньше 6 и рН больше 9 электропроводность жидкой среды такова, что создать электрогидравлический удар требуемой силы практически не представляется возможным. As a physico-mechanical effect, a pulsed electric discharge is used in a liquid medium with a hydrogen pH of 6 to 9, in particular in an aqueous medium. In a pulsed electric discharge in a liquid, energy is rapidly released in the discharge channel. As a result, the pressure in the discharge channel significantly exceeds the external one, the channel expands rapidly, which leads to the appearance of a shock wave and fluid flows. It is known that the electrical conductivity of water depends on a number of factors, among which the most significant are temperature, pH, ionic composition, and ion concentration. [Kulsky L.A. Water purification by electrocoagulation / L.A. Kulsky, P.P. Strokach, V.A. Slipchenko et al. - Kiev: Budnyvelnik, 1978. - 112 s]. The minimum value of electrical conductivity at pH = 7. It was experimentally proved that at pH less than 6 and pH greater than 9, the electrical conductivity of a liquid medium is such that it is practically impossible to create an electro-hydraulic shock of the required strength.
Ударная волна представляет собой скачок плотности среды, распространяющейся от канала со скоростью, превышающей звуковую. Давление на фронте ударной волны в жидкости может достигать десятков килобар. Воздействие этого давления на обрабатываемый объект может вызывать структурную перестройку материала объекта (дробление хрупких материалов, деформацию, упрочнение поверхности и т.д.). Потоки жидкости, распространяющиеся со скоростью 10 -40 м/с, передают кинетическую энергию обрабатываемому объекту, вызывая, как и ударная волна, его механические изменения. A shock wave is a jump in the density of a medium propagating from a channel at a speed greater than sonic. The pressure at the front of a shock wave in a fluid can reach tens of kilobars. The impact of this pressure on the processed object can cause structural adjustment of the material of the object (crushing of brittle materials, deformation, surface hardening, etc.). Fluid flows propagating at a speed of 10 -40 m / s transfer kinetic energy to the processed object, causing, like the shock wave, its mechanical changes.
Таким образом, весь этот спектр явлений воздействует на обрабатываемое сырье, подвергая его интенсивному разрушению: сначала разрушается менее прочная и более жесткая матрица, в то время как весьма податливая и прочная целлюлоза повреждается незначительно. Варьируя параметры, режимы и частоту разрядов можно добиться как полного разрушения матрицы и ее полного, либо частичного удаления, при этом воздействие на армирующий каркас может не превышать порога его разрушения, так и размола волокон целлюлозы, который неизбежно приводит к их укорочению, что является значимым, в частности, при отливе листов бумаги, т.к. из длинных волокон
сделать равномерную по просвету бумагу очень трудно, поскольку они склонны к хлопьеобразованию в процессе отлива. Thus, this entire spectrum of phenomena affects the processed raw material, subjecting it to intensive destruction: first, a less strong and more rigid matrix is destroyed, while very malleable and strong cellulose is slightly damaged. By varying the parameters, modes and frequency of discharges, it is possible to achieve complete destruction of the matrix and its complete or partial removal, while the impact on the reinforcing cage may not exceed the threshold for its destruction, and the milling of cellulose fibers, which inevitably leads to their shortening, which is significant , in particular, when casting sheets of paper, because from long fibers making paper uniform in clearance is very difficult because they tend to flocculent during low tide.
Кроме того, в процессе размола происходит расщепление волокон в продольном направлении на тончайшие волоконца - фибриллы. При этом резко увеличивается (за счет развертывания) наружная поверхность волокон, обнажаются высвободившиеся при размоле гидроксильные группы -ОН, что приводит к резкому возрастанию роли явлений, происходящих на этой поверхности. Прежде всего усиливается так называемая гидратация, т.е. адсорбция молекул воды группами -ОН благодаря образованию водородных связей. Кроме того, под влиянием измельчения и гидратации волокна становятся более гибкими и пластичными, а это обеспечивает лучший контакт между ними при последующем процессе отлива бумажного листа и, следовательно, создает более прочные межволоконные связи, что в конечном счете повышает прочность бумаги. In addition, in the process of grinding, the fibers are split in the longitudinal direction into the finest fibrils - fibrils. In this case, the outer surface of the fibers sharply increases (due to unfolding), the OH hydroxyl groups released during grinding are exposed, which leads to a sharp increase in the role of the phenomena occurring on this surface. First of all, the so-called hydration is enhanced, i.e. adsorption of water molecules by —OH groups due to the formation of hydrogen bonds. In addition, under the influence of grinding and hydration, the fibers become more flexible and plastic, and this provides better contact between them during the subsequent process of casting the paper sheet and, therefore, creates more durable interfiber bonds, which ultimately increases the strength of the paper.
Примеры осуществления изобретения Examples of carrying out the invention
В зависимости от типа растительного материала, используемого в качестве сырья, а также от назначения получаемой целлюлозы, в том числе от технических характеристик конечного продукта, получаемого из целлюлозы, заявленный способ может включать различную последовательность действий. Но в любом случае, процесс получения целлюлозы будет включать, по крайней мере, однократную варку исходного сырья (гидролиз) с тем или иным химическим реагентом и, по крайней мере, одну операцию электрического воздействия. Depending on the type of plant material used as raw material, as well as on the purpose of the resulting pulp, including the technical characteristics of the final product obtained from cellulose, the claimed method may include a different sequence of actions. But in any case, the process of obtaining cellulose will include at least a single cooking of the feedstock (hydrolysis) with one or another chemical reagent and at least one operation of electrical exposure.
Гидролиз согласно заявленному изобретению может осуществляться различными методами варки: щелочной (как натронным способом, в котором в качестве реагента применяется гидроксида натрия, так и сульфатным, в котором в качестве реагента используют раствор, содержащий гидроксид и сульфид натрия, называемый белым щелоком) и кислотной (сульфитный способ, в котором в качестве реагентов используют водные растворы бисульфита кальция, магния, натрия или аммония, содержащие небольшое количество свободного S02). Натронный способ используется при получении целлюлозы из лиственных пород древесины и однолетних растений, в частности, для получения хлопковой целлюлозы, сульфатный способ пригоден для получения целлюлозы из любого вида растительного сырья, а сульфитный способ - для получения целлюлозы из малосмолистых пород древесины: ели, пихты.
Поскольку в результате однократной варки получают небеленую целлюлозу, которая имеет не только относительно низкую белизну, но еще содержит значительное количество сопровождающих клетчатку примесей, то полученную после гидролиза целлюлозу промывают и подвергают электрическому воздействию, которое осуществляют в жидкой среде с водородным показателем (рН) в диапазоне от 6 до 9 посредством электрогидравлической обработки. В результате данного электрического воздействия осуществляется существенное освобождение клетчатки от оставшихся примесей и происходит фибриллизация целлюлозы. Это позволяет получить конечный продукт с более высокими техническими характеристиками без использования вспомогательных операций, таких как облагораживание и т.п., что в свою очередь, сокращает длительность технологического процесса. Кроме того, снижается материалоемкость, в частности, расход химических реагентов, основных процессов (однократной варки), поскольку за счет электрического воздействия на обрабатываемый материал возникает возможность из исходного сырья с более низкими показателями получить конечный продукт с более высокими техническими характеристиками, и как следствие - снизить затраты на производство и стоимость конечного продукта при улучшении его технических характеристик. Hydrolysis according to the claimed invention can be carried out by various cooking methods: alkaline (both by the sodium method, in which sodium hydroxide is used as a reagent, and sulfate, in which a solution containing sodium hydroxide and sodium sulfide, called white liquor) is used as the reagent) and acid ( a sulfite method in which aqueous solutions of calcium, magnesium, sodium or ammonium bisulfite containing a small amount of free S0 2 ) are used as reagents. The soda method is used in the production of cellulose from deciduous wood and annual plants, in particular for the production of cotton cellulose, the sulfate method is suitable for the production of cellulose from any type of plant material, and the sulfite method is suitable for the production of cellulose from non-resinous wood species: spruce, fir. As a result of a single cooking, unbleached cellulose is obtained, which has not only a relatively low whiteness, but also contains a significant amount of impurities accompanying the fiber, the cellulose obtained after hydrolysis is washed and subjected to electrical exposure, which is carried out in a liquid medium with a hydrogen index (pH) in the range from 6 to 9 by electro-hydraulic processing. As a result of this electrical effect, a substantial release of fiber from the remaining impurities is carried out and cellulose fibrillation occurs. This allows you to get the final product with higher technical characteristics without the use of auxiliary operations, such as refinement, etc., which, in turn, reduces the duration of the process. In addition, the material consumption is reduced, in particular, the consumption of chemicals, basic processes (single cooking), since due to the electrical effect on the processed material, it is possible to obtain the final product with higher technical characteristics from the feedstock with lower rates, and as a result - reduce production costs and the cost of the final product while improving its technical characteristics.
В случае, если конечным продуктом является изделие с невысокими техническими характеристиками (картон и т.п.), заявленный способ заключается в однократной варке, например варке щепы сульфатным методом в котлах периодического или непрерывного действия при температуре 165— 175° С и давлении 0,7— 1,0 МПа, с последующей электрогидравлической обработкой. If the final product is a product with low technical characteristics (cardboard, etc.), the claimed method consists in a single cooking, for example, cooking chips by the sulfate method in boilers of batch or continuous operation at a temperature of 165-175 ° C and a pressure of 0, 7— 1.0 MPa, followed by electro-hydraulic treatment.
В случае необходимости получения бумаги с более высокими характеристиками электрогидравлическая обработка сырья осуществляется до и после однократной варки. If it is necessary to obtain paper with higher characteristics, electro-hydraulic processing of raw materials is carried out before and after a single cooking.
Если требуется получение таких продуктов как медицинский алигнин и бумажное полотно, а также высококачественная беленая бумага, способ включает варку, последующее облагораживание и промывку, при этом электрогидравлическая обработка осуществляется после каждой из операций, а при необходимости - дополнительно перед варкой. If you want to obtain products such as medical alignin and paper web, as well as high-quality bleached paper, the method includes cooking, subsequent dressing and washing, while electro-hydraulic processing is carried out after each of the operations, and if necessary, additionally before cooking.
Размеры и геометрию разрядной камеры, электрические параметры генератора импульсных токов, частоту импульсов, длину и геометрию межэлектродного пространства, количество электродов и зазор между ними, отношение массы жидкости к массе сырья и другие параметры, подбирают так, чтобы создать оптимальные усилия
развития искрового пробоя и конфигурации ударной волны для эффективного расщепления и модификации различного исходного сырья и наилучшей производительности установки в целом. The dimensions and geometry of the discharge chamber, the electrical parameters of the pulse current generator, the frequency of the pulses, the length and geometry of the interelectrode space, the number of electrodes and the gap between them, the ratio of the mass of liquid to the mass of raw materials and other parameters are selected so as to create optimal efforts development of spark breakdown and shock wave configuration for efficient splitting and modification of various feedstock and the best performance of the installation as a whole.
Промышленная применимость Industrial applicability
Заявленный способ может быть реализован посредством известных устройств, использующихся в промышленности, например, при изготовлении бумаги.
The claimed method can be implemented using known devices used in industry, for example, in the manufacture of paper.
Claims
1. Способ обработки волокнистого материала, включающий, по крайней мере, одну операцию высокотемпературной обработки волокнистого материала в жидкой среде и электрогидравлическую обработку, выполняемую отдельно от операции высокотемпературной обработки, отличающийся тем, что электрогидравлическая обработка осуществляется в жидкой среде с водородным показателем (рН) в диапазоне от 6 до 9, в зависимости от конкретной величины которого определяется оптимальная величина мощности электрогидравлического удара. 1. A method of processing fibrous material, comprising at least one operation of high-temperature processing of fibrous material in a liquid medium and electro-hydraulic treatment performed separately from the operation of high-temperature processing, characterized in that the electro-hydraulic treatment is carried out in a liquid medium with a hydrogen index (pH) in range from 6 to 9, depending on the specific value of which determines the optimal value of the power of electro-hydraulic shock.
2. Способ обработки волокнистого материала по п. 1, отличающийся тем, что электрогидравлическая обработка дополнительно осуществляется перед операцией высокотемпературной обработки волокнистого материала. 2. The method of processing fibrous material according to claim 1, characterized in that the electro-hydraulic processing is additionally carried out before the operation of high-temperature processing of the fibrous material.
3. Способ обработки волокнистого материала по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно включает операцию облагораживания, а электрогидравлическая обработка осуществляется после каждой из возможных операций способа. 3. The method of processing fibrous material according to claim 1, characterized in that it further includes a refinement operation, and electro-hydraulic processing is carried out after each of the possible operations of the method.
4. Способ обработки волокнистого материала по п. 4, отличающийся тем, что электрогидравлическая обработка дополнительно осуществляется перед операцией высокотемпературной обработки волокнистого материала. 4. The method of processing fibrous material according to claim 4, characterized in that the electro-hydraulic processing is additionally carried out before the operation of high-temperature processing of the fibrous material.
5. Способ обработки волокнистого материала по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно включает операцию облагораживания и промывки, а электрогидравлическая обработка осуществляется после каждой из возможных операций способа. 5. The method of processing fibrous material according to claim 1, characterized in that it further includes an upgrade and washing operation, and electro-hydraulic processing is carried out after each of the possible operations of the method.
6. Способ обработки волокнистого материала по п. 5, отличающийся тем, что электрогидравлическая обработка дополнительно осуществляется перед операцией высокотемпературной обработки волокнистого материала. 6. The method of processing fibrous material according to claim 5, characterized in that the electro-hydraulic processing is additionally carried out before the operation of high-temperature processing of the fibrous material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2011/000165 WO2012125057A1 (en) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | Process for processing fibrous material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2011/000165 WO2012125057A1 (en) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | Process for processing fibrous material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2012125057A1 true WO2012125057A1 (en) | 2012-09-20 |
Family
ID=46830944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2011/000165 WO2012125057A1 (en) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | Process for processing fibrous material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2012125057A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU169390A1 (en) * | METHOD FOR OBTAINING A FROZEN COTTON— AND WOOD PULP | |||
| WO1996035013A1 (en) * | 1995-05-03 | 1996-11-07 | Sven Siegle | Method of producing a pulp of cellulosic material, the pulp itself and the use thereof |
| RU2145986C1 (en) * | 1998-08-25 | 2000-02-27 | Иоссель Юрий Яковлевич | Method of manufacture of cellulose |
| RU2216616C1 (en) * | 2002-09-18 | 2003-11-20 | Симонов Сергей Вадимович | Method of electropulse treatment of fibrous materials |
-
2011
- 2011-03-17 WO PCT/RU2011/000165 patent/WO2012125057A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU169390A1 (en) * | METHOD FOR OBTAINING A FROZEN COTTON— AND WOOD PULP | |||
| WO1996035013A1 (en) * | 1995-05-03 | 1996-11-07 | Sven Siegle | Method of producing a pulp of cellulosic material, the pulp itself and the use thereof |
| RU2145986C1 (en) * | 1998-08-25 | 2000-02-27 | Иоссель Юрий Яковлевич | Method of manufacture of cellulose |
| RU2216616C1 (en) * | 2002-09-18 | 2003-11-20 | Симонов Сергей Вадимович | Method of electropulse treatment of fibrous materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kumar et al. | Cellulose based grafted biosorbents-Journey from lignocellulose biomass to toxic metal ions sorption applications-A review | |
| JP4586066B2 (en) | Pulp manufacturing method using bamboo and pulp manufactured using this method | |
| KR20150073195A (en) | Cellulose nanofibers | |
| KR20120098994A (en) | Process for the production of microfibrillated cellulose and produced microfibrillated cellulose | |
| CN115151692B (en) | Modified alkyl sulfonic acids and uses thereof | |
| JP2023515047A (en) | Sulfuric acid composition and its use | |
| WO2016024880A1 (en) | Bast-fiber material processing method | |
| EP0112377A1 (en) | Ozone bleaching of cellulosic materials. | |
| RU2736428C1 (en) | Method for production of fibrous semi-product of miscanthus | |
| EP2097582A1 (en) | A method for manufacturing mechanical pulp | |
| Hanafiah et al. | Extraction and characterization of microfibrillated and nanofibrillated cellulose from office paper waste | |
| WO2012125057A1 (en) | Process for processing fibrous material | |
| CN102373638B (en) | High-yield clean pulping method from oil palm EFB (empty fruit bunch) fiber through biological enzyme process | |
| FI125891B (en) | A process for treating cellulose and alkaline solutions obtained from cellulose treatment | |
| CN110747681A (en) | Paper pulp bleaching protective agent based on ionic liquid | |
| Miri et al. | Total chlorine-free bleaching of Populus deltoides kraft pulp by oxone | |
| Zeinaly et al. | Improving the bleaching process of hardwood chemi-mechanical pulp | |
| Danielewicz et al. | Pulping and bleaching OCC. Part II. Oxygen delignification and bleaching | |
| EP0239583B1 (en) | Method of pretreating pulp with stabilizers and peroxide prior to mechanical refining | |
| KR101602121B1 (en) | Chemical treatment of lignocellulosic fiber bundle material, and methods and systems relating thereto | |
| JPH0217675B2 (en) | ||
| JP4275936B2 (en) | Method for producing mechanical pulp | |
| RU2216616C1 (en) | Method of electropulse treatment of fibrous materials | |
| Chang et al. | Pilot-scale investigation into the effects of alkaline peroxide pre-treatments on low-consistency refining of primary refined softwood TMP | |
| WO2012125058A1 (en) | Process for modifying cellulose |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 11860723 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 11860723 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |