FI52878C - Foerfarande foer blekning av cellulosahaltigt material. - Google Patents

Description

rR1 .... KU ULUTUSJULKAISU eofi9Q

Mg 11 <ιυ utlAggninosskiuft 52878 (51) >y.lk.*/lnt.ci.· D 21 0 9/10 S U O M I—»F IN LA N O (21) PitenttlhtkGmu»—Pat«ntansdknlng 3702/74 (22) HtkamitpUvi—An«6kn(ng*d»g 19« 12· 74 (23) AlkupUvl—GlltighetKUg 19*12.74 _ (41) Tullut luikituksi—Bllvit offundig 21.06.75

Patentti· ja rekisterihallitut ·«.« «h r.,<«> 31.08.π (32)(33)(31) Pyydutty «tuolkuut—Buglrd prloHtut 20.12.73 RuotBi-Sverige(SW) 7317221-5 ^ (71) A. Ahlström Osakeyhtiö, Noormarkku, Suomi-Pinland(SP) (72) Prey Viking Sundman, Karhunkatu 14 A, Karhula, Suomi-Pinland( SP) (74) Berggren Oy Ab (54) Menetelmä selluloosapa toi sen materiaalin vai kai semi seksi - Pörfarande för blekning av oellulosahaltigt material

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään selluloosapitoisen materiaalin valkaisemiseksi hapella tai happipitoisella kaasulla alkalin avulla, erikoisesti selluloosan valmistuksen yhteydessä sulfaatti-menetelmän mukaan.

Tähän asti on selluloosamassan valkaisu suoritettu tavallisesti siten, että massasta on pesun jälkeen puristettu suurin osa kuitujen välissä olevasta nesteestä, minkä jälkeen massan kuitukonsentraatio - on ollut n. 30 %. Sen jälkeen on lisätty sekoittamalla valkaisuun tarvittava alkalimäärä (NaOH-liuos), jolloin konsentraatio laskee n. 25 $:iin. Massa syötetään sen jälkeen reaktoriin ja desintegroidaan repimen avulla, joka on sijoitettu sen yläosaan, tunnetun menetelmän mukaan, joka on kuvattu ruotsalaisessa patentissa n:o 333 ^98·

Aikaisemmin käytetyllä menetelmällä on tiettyjä epäkohtia, joiden poistamiseksi esillä oleva keksintö on tarkoitettu, kuten seuraavassa lähemmin kuvataan.

2 52878

Happea käytetään valkaisussa kloorin sijasta vaikuttamaan puukuitujen ligniiniin siten, että se voidaan poistaa liuottamalla. Koska valkaisuaine kuitenkin vaikuttaa myös selluloosaan, mutta hitaammin, on toivottavaa, että reaktio tapahtuu mahdollisimman selektiivisesti, so. niin, että ligniini erotetaan niin suuressa määrin kuin mahdollista, kun taas selluloosaan vaikutetaan mahdollisimman vähän.

Happivalkaisu on prosessi, jossa alkalin, veden, lämmön ja hapen avulla yritetään mahdollisimman selektiivisesti delignifioida sellu-loosakuituja. Kuitenkin johdettu reagenssimäärä (02, NaOH) on suoraan riippuvainen faasipinnan koosta (siirtäminen nesteestä kuituihin), mikä voi olla suurimmillaan kuidun uloin pinta. Tämä edellyttää sitä, että kuidut eivät ole toisissaan kiinni. Jos kuidut ovat flokkautu-neet, on kuitujen kokonaiskosketuspinta pienempi ja tarvittava reaktioaika myös kuitujen ligniinin erottamiseksi pitempi. Tämän johdosta tapahtuu kuitujen liikavalkaisua flokin uloimmassa pinnassa, jossa vaikutus ulottuu myös kuitujen selluloosaan ja valkaisusta tulee epätasainen. Kun kuidut eivät ole flokkautuneet, on tuloksena homogeeninen valkaisu.

Suuren kuitukonsentraation omaavaa massaa on erittäin vaikea käsitellä. Siihen on vaikea sekoittaa vaadittava alkalimäärä, minkä vuoksi alkali jakautuu epätasaisesti. Sitä on myös vaikea kuljettaa reaktio-astiaan. Tähän astisilla menetelmillä on ollut mahdotonta syöttää massaa suureen säiliöön muussa muodossa kuin flokkeina.

Tähän asti käytetty menetelmä happivalkaisussa vaatii yllämainittujen syiden takia pitkiä reaktioaikoja, mikä aiheuttaa reaktorin suuren mitoituksen. Kuituflokkien sisimmille ja uloimmille kuiduille muodostuu erilainen lujuus ja viskositeetti. Jos alkali on jakautunut epätasaisesti, voi siitä olla seurauksena, että toivottua reaktiota ei paikoittaen tapahdu.

Happimäärä, joka tarvitaan selluloosakuitujen delignifioimiseen, on 1-2 massan painoprosenttia. 1 m^:n reaktori sisältää n. 100 kg märkää desintegroitua massaa, so. 25 % kuitukonsentraatiossa 25 kg kuivaa selluloosaa. Jos reaktio tapahtuu 10 kp/cm^in paineessa, on vastaava happimäärä n. 10 kg, so. enemmän kuin 30 kertaa tarvittava määrä. Reaktiossa on siten suuri happiylimäärä.

3 52878

Esillä olevan menetelmän mukaan voidaan happimäärä sovittaa nyt siten, että se vastaa tarvittavaa määrää. Aikaisempien menetelmien mukaan ei ole mahdollista sekoittaa massaan niin paljon kaasua kuin tarvittaisiin. Kaasu muodostaa tällöin jatkuvan fraasin ja massa-alkali-vesi dispergoidun faasin. Uuden menetelmän mukaan on suhde päinvastoin.

Kaasu muodostaa dispergoidun faasin ja massa-alkäli-vesi-faasi jatkuvan faasin.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa tähän asti käytetyn menetelmän epäkohdat suorittamalla valkaisu pinta-aktiivisten aineiden avulla, " jotka muodostavat pieniä happikaasukuplia stabiilin vaahdon muodossa kuituja dispergoitaessa. Pinta-aktiiviset aineet mahdollistavat hapen dispergoimisen nesteeseen tai kuitususpensioon siten, että happi esiin-tyy hyvin pienten kuplien muodossa. Kuplien koko on noin 30-800^um. Siten happi saa hyvin suuren reaktiopinnan. Dispergoitava happimäärä on suuri ja mitattaessa kuitususpension tilavuutta, johon 1 ata:n paineessa syötettiin happea todettiin, että tilavuus kasvoi 100 $:lla.

Keksinnön mukaisen menetelmän mukaan johdetaan vaahdotusaine massa-suspensioon, ennenkuin tämän annetaan reagoida happikaasun kanssa.

Näin voidaan happea käyttää hyväksi vaahdon muodostumiseen.

Edelleen vähennetään edullisesti painetta ennen valkaisua ja sen aikana kuplien paisuttamiseksi stabiilissa vaahdossa.

Vaahdotusainetta ei tarvitse useinkaan lisätä, mikäli keiton jälkeiseen massasuspensioon jätetään pesussa tarpeeksi lipeää, joka tällöin toimii vaahdotusaineena. Sopiva määrä vaahdotusainetta on 1 kg/tonni selluloosaa. Sopiva määrä jätelipeää on 10-100 kg mustalipeää (kuiva-aine)/ tonnia selluloosaa.

Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, jotka esittävät kahta vaihtoehtoista suoritusmuotoa keksinnön mukaisen menetelmän soveltamiseksi.

Kuviossa 1 on numerolla 1 merkitty keitin varustettuna pesuvyöhykkeellä, jossa lipeä keiton jälkeen pääasiallisesti poistetaan massasta, joka puskuputkea 2 pitkin johdetaan sekoittimeen 3· Sekoittimena voidaan käyttää esim. kuidutinta. Massaan lisätcään alkali 4, happi 5 ja vaahdotusaine 6. Sekoittimesta virtaa massa putkea 7 pitkin valkaisureak-toriin 8. Osa happikaasusta ja koko vaahdotusaine lisätään ennen 4 52878 sekoitinta tai sekoittimeen, kun taas loput hapesta sekä alkaliliuos lisätään reaktoriin edullisesti niin, että tapahtuu läpivirtaus ja kierrätys. Reaktorista 8 poistuu massa putkea 9 pitkin pesudiffusöö-riin 10, jossa massa pestään.

Valkaisun ja pesun välillä alennetaan painetta ja massasta poistetaan kaasu laitteessa 11. Sekoittimen ja reaktorin välille voidaan sijoittaa paineenalennusventtiili, minkä avulla reaktorin painetta voidaan säätää alemmaksi kuin keittimen paine. Paineen alentamisen takia paisuvat kuplat vaahtoavassa massassa. Massaan voidaan johtaa tarvittaessa höyryä sen lämpötilan kohottamiseksi. Vaahdon aikaansaamiseksi voidaan käyttää hyväksi keiton ja pesun jälkeistä massan lipeää ja/tai lisätä synteettistä vaahdotusainetta, esim. polyoksialkyleenikonden-saattia, dodekyylibenseenisulfonaattia ja oktyleenifenoksipolyetoksi-etanolia.

Tähän astisissa menetelmissä selluloosan valmistuksen yhteydessä on yritetty välttää vaahdon muodostumista, minkä vuoksi lipeä on poistettu mahdollisimman tarkasti. Uudessa menetelmässä käytetään vaahtoa hyväksi kuitujen dispergoimiseen. Vaahto helpottaa myös massan kuljetusta. Inhibiittoreita voidaan syöttää ennen tai jälkeen sekoittimen.

Happikaasun asemesta voidaan käyttää ilmaa tai muita kaasuja, esim. otsonia, C^+CIC^ tai kaasuseoksia. Uuden menetelmän mukaan voi daan reaktioaikaa lyhentää huomattavasti. Nyt se on ainoastaan 10-20 min. verrattuna aikaisempaan 30-60 min. Siten voidaan reaktorin kokoa huomattavasti pienentää. Se voidaan esim. tehdä sopivan pituisesta putkesta. Yllättäen on osoittautunut, että valkaisureaktio tapahtuu myös alemmissa lämpötiloissa kuin tähän asti on uskottu tarpeelliseksi. Hyviä tuloksia saadaan alle 100°C:en, esimerkiksi 80-90°C:en lämpötiloissa. Paine valkaisureaktorissa voidaan siten valita alhaisemmaksi kuin tähän saakka.

Suoritetut kokeet osoittivat menetelmän käyttökelpoisuuden n. 15 %·n kuitukonsentraatioon asti. Jatkuvatoimisessa keittimessä tapahtuvassa selluloosan valmistuksessa on massan konsentraatio likimääräisesti 10 %, mikä on sopiva arvo menetelmän sovellutukseen. Seuraavat suori-tusmuotoesimerkit kuvaavat uutta menetelmää.

5'

Esimerkki 1 52878

Koereaktori täytettiin selluloosamassalla, joka kyllästettiin happi-kaasulla ja lämmitettiin höyryllä. Sen jälkeen annettiin NaOH-liuok-sen virrata kierrättämällä massan läpi. Valkaisukokeet suoritettiin muutoin samoissa olosuhteissa massalla, joka sisälsi 1 % TEAPOLia (Shellin tavaramerkki), synteettistä pesuainetta, joka oli vaahdotettu sekoittimessa, sekä tavallista massaa.

Ennen keittoa oli massan kappaluku ja viskositeetti X = 29,3 η = 1086

NaOH-liuoksen virrattua massan läpi seuraavissa olosuhteissa alkaliannos 6 % paine 4 aty

lämpötila 110°C

massan sakeus 8 % aika 15 min.

oli massan kappaluku ja viskositeetti koe 1 vaahdolla koe 2, ilman vaahtoa X = 16,5 X - 22,4 η = 890 η = 985

Ilman vaahtoa on vaikea saavuttaa alhaisempaa kappalukua kuin 20 - nostamatta sakeutta yli 10 %. Kun massan sakeutta nostettiin, oli valkaisu epätasaista.

Kokeessa, joka suoritettiin ilman vaahtoa ja jolloin alkaliannos oli yli 10 % sekä muutoin samoissa olosuhteissa kuin kokeessa 1 ja 2 saavutettiin seuraava tulos: koe 3, ilman vaahtoa x = 21,2 η = 900

Kokeiden 1 ja 3 tulosten vertailu osoittaa, että samalla viskositeetilla on saavutettu alhaisempi kappaluku, kun on käytetty vaahtoa. Ilman vaahtoa tapahtuva käsittely on vaatinut enemmän alkalia.

6

Esimerkki 2 52878

Sulfaattiselluloosamassa, jonka kuitukonsentraatio oli 10 %, käsiteltiin oheisen kuvion 2 mukaisessa laitteistossa. Massasuspensio puhallettiin ulos keittimestä 1 15 kp/cm^:n paineessa ja 90°C:n lämpötilassa. Puskuputkessa 2 johdettiin massaan sitten ennen sekoitinta putken 4 kautta n. 30 kg NaOH/tonni selluloosaa, ja putken 6 kautta vaahdotus-ainetta sisältävää polyoksialkyleeni-kondensaattia, sekä oktyylifenok-sipolyetoksietanolia n. 0,5 kg/tonni selluloosaa ja lopuksi putken 5 kautta n. 10 kg happea/tonni selluloosaa. Saatu seos sekoitettiin sen jälkeen sekoittimessa 3 120°C:ssa pysyväksi vaahdoksi, joka putkea 7 pitkin syötettiin reaktoriin 8, sen jälkeen kun paine oli ensin alen- ~ 2 ... . . . .

nettu 3 kp/cm :ksi venttiilin 12 avulla putkessa 7· Laitteen 11 jälkei- 2 nen paine oli tällöin 1 kp/cm . Poispunstettu neste, joka sisältää käyttökelvottomia kemikaaleja voidaan palauttaa takaisin paluuputkia — 13 ja 14 pitkin reaktoriin tai keittimeen. Lopuksi massa pestiin dif-fusöörissä 10, jolloin saatiin massaa, jonka viskositeetti oli 900 cm^/g ja kappaluku 14, kun taas vastaavat arvot keittimen 1 jälkeen olivat 1080 cm^/g ja 29. Näin ollen voitiin todeta, että massan viskositeetti ei ole pienentynyt mainittavasti, mutta massan kappaluku sitä vastoin on pienentynyt huomattavasti.

Esimerkki 3

Sulfaattimassaa valkaistiin kuvion 2 mukaisessa laitteessa seuraavissa olosuhteissa:

lämpötila 95°C

paine 4 aty kuitupitoisuus 8 % estoaine 0,5 % MgSO^ (laskettuna massan kuiva- painosta)

Pesemällä massa keiton jälkeen jää siihen enemmän tai vähemmän musta-lipeää. Pinta-aktiivisia aineita ei lisätty. Näytteitä otettiin määrätyin väliajoin ligniininpoiston edistymisen seuraamiseksi. Tulokset on esitetty taulukossa 1 ja 2.

7

Taulukko 1 52878

Mustalipeä (kuiva-aine) 25 kg/t massaa

Reaktioaika Kappaluku Viskositeetti Alkalikulutus Happikulutus %:na massasta %:r\a massasta 0 37,0 1054 5 24,7 950 10 20,9 906 15 19,4 880 30 16,3 843 3,27 1,5 - 2,0

Taulukko 2

Mustalipeä (kuiva-aine) 100 kg/t massaa " 0 37,0 1054 5 23,1 913 1,87 10 21,0 886 2,46 15 19,0 866 2,71 30 15,0 791 3,57 2,0 - 2,5

Claims (2)

8

1. Förfarande för blekning av ett cellulosahaltigt material med syre eller syrehaltig gas medelst alkali, varvid massasuspensionen behand- las med en alkalilösning och syre eller den syrehaltiga gasen för de- lignifiering vid förhöjd temperatur och tryck, kännet ecknat av att massasuspensionen omvandlas med ett skummedel tili ett stabilt ' •t-gkum, i vilket sa mycket syre är dispergerat i form av smä bubblor, 1 ' «»· · att det huvudsakligen konsumeras under blekningsreaktionen.

1. Menetelmä selluloosapitoisen materiaalin valkaisemiseksi hapella tai happea sisältävällä kaasulla alkalin avulla, jolloin massasus-pensiota käsitellään alkaliliuoksella ja hapella tai happea sisältävällä kaasulla ligniinin poistamiseksi korotetussa lämpötilassa ja paineessa, tunnettu siitä, että massasuspensio muutetaan vaah-dotusaineen avulla pysyväksi vaahdoksi, johon pienten kuplien muodossa on dispergoitu niin paljon happea, että se kuluu pääasiallisesti val-kaisureaktiossa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaahdotusaine lisätään (6) massasuspensioon, ennen kuin tämän - annetaan reagoida (5) hapen tai happea sisältävän kaasun kanssa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happea tai happea sisältävää kaasua lisätään massasuspen- - sioon ennen kuin se joutuu kosketukseen alkaliliuoksen kanssa.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valkaisu (8) suoritetaan paineessa, joka on alempi kuin se paine, jossa happi tai happea sisältävä kaasu johdetaan (5) kaasun paisuttamiseksi vaahtoavassa massasuspensiossa.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pysyvä vaahto muodostetaan sekoittamalla, jolloin paine sää-detään sekoitettaessa (3) n. 15 kp/cm :iin ja alennetaan (12) ennen valkaisua (8) 3 kp/cm :iin.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaahdotusaineena käytetään jätelipeää ja/tai synteettistä vaahdotusainetta, kuten polyoksialkyleeni-konden-saattia, dodekyylibenseenisulfonaattia ja oktyleenifenoksipolyetoksi-etanolia.

2. Förfarande enligt kravet 1, kännetecknat av att skum-- .medlet tillföres (6) massasuspensionen före denna tillätes reagera (5) med’syret eller den syrehaltiga gasen.