FI62362C - Ligninavlaegsning och blekning av lignocellulosamassa med ozon - Google Patents

Description

I-ra1 KUULUTUSJULKAISU /07ί9 JSSTa Β ί11) UTLÄGGNINGSSKRIFT θ26θΖ •g|p c (4S) ry ^ ^ (51) K».lk?/lnt.a.3 D 21 C 9/16 SUOMI—FINLAND pi) fi^iiaww—Γκ»βηι»Ν«ι 7Ti500 (22) HakamIspUvi — AnaSknlngtdig 11.05-77 (23) Alkupiivt—GlMghatsdag 11.05-77 (41) Tullut (ulktaakal — Blhrtt affancHg 03.12-77

Patentti- j· rekisteri hallltu· (44) Nlhttvtlulpwion fa kuuLJulkaltun pvm. —

Patent- och registerttyrelaan ' ' AraOkan utlagd och utl.akrlftan publkermd 31.08 .82 (32)(33)(31) Pyydatty atuolkaui-Begird prtorket 02.06.76 16.07.76 usa(us) 692062, 705869 (71) International Paper Company, 220 East l*2nd Street, New York, New York 10017, USA(US) (72) Arthur W. Kempf, Warwick, New York, Richard B. Phillips, Tuxedo Park,

New York, USA(US) (7M Berggren Oy Ab (5M Lignoselluloosamassan ligniinin poistaminen ja valkaiseminen otsonin avu] la - Ligninavlägsning och blekning av lignocellulosamassa med ozon

Esillä oleva keksintö kohdistuu yleensä menetelmään lignoselluloosa-massojen valkaisemiseksi ja ligniinin poistamiseksi niistä. Yksityiskohtaisemmin tarkasteltuna keksintö kohdistuu menetelmään lignosellu-loosamassojen valkaisemiseksi ja ligniinin poistamiseksi niistä otsonin avulla.

Viime vuosina on selluloosa- ja paperiteollisuudessa tehty huomattavia ponnistuksia kloorittomien tai vähemmän klooria sisältävien val-kausuprosessien kehittämiseksi. Eräänä saavutuksena tässä ponnistuksien ketjussa on ollut yleisten happivalkaisujärjestelmien kehittäminen ja käyttöönotto koskien erityisesti tiiviydeltään alhaista happivalkaisuprosessia, joka on kuvattu US-patentissa n:o 3 832 276.

Happivalkaisu muodostaa kuitenkin vain osittaisen ratkaisun kloorittomaan valkaisukäsittelyyn, sillä happivalkaisu ei itsessään kykene tuottamaan kyllin valkoisia ja korkealaatuisia paperimassoja. Eräs keino, jota useat tutkijat ovat tutkineet, on käyttää otsonia valkaisuaineena joko yksinään tai happivalkaisuvaiheen jälkeen, sillä otsoni 2 62362 kykenee valkaisemaan paperimassat erittäin valkoisiksi ja se ei sisällä klooria. Puuhiokkeen valkaisemiseen otsonin avulla liittyvät viimeaikaiset julkaisut sisältävät Rothenberg'in yms. /Tappi 58(8) 1975:1827; N. Soteland'in ja K. Kringstadin /Norsk Skogindustri (2) 1968:1); R.B. Secrist'in ja R.P. Singh'in /Tappi 54 (4) 1971:581/; Z. Osawa'n ja C. Schuerch'in /Tappi 46 (2) 1963:79/ julkaisut. Kuituainesten valkaisemiseen otsonin avulla liittyvät US-patentit sisältävät numerot: 396 325, 1 760 042, 1 957 937, 2 466 633, 3 049 394, 3 149 906, 3 318 657, 3 352 642, 3 451 888, 3 663 357, 3 806 404 ja 3 829 357, ja kanadalaiset patentit n:ot 902 861, 966 604 ja 970 111.

Yllä mainitut julkaisut ja patentit kuvaavat yleensä kuitumaisten ainesten kaasuvaiheista otsonivalkaisua, niiden ainesten tiiviyden ollessa 15-75 %. Viitelähteet osoittavat, että optimiolosuhteet otsonivalkaisua varten ovat tiiviysalueella 30-60 %. Toimittaessa tällä tiiviysalueella saavutetaan paljon etuja. Näistä eduista mainittakoon suhteellisen lyhyet reaktioajat, 1 minuutista 60 minuuttiin, ja otsonin tehokas hyväksikäyttö. Näihin tiiviydeltään korkeisiin prosesseihin paperimassan valkaisemiseksi otsonin avulla liittyy myös lukuisia haittoja. Nämä käsittävät: (1) tarve käyttää kallista pro-sessilaitteistoa, esim. korkeatiiviyspuristimia, massahiertokoneita ja korkeatiiviysvarastopumppuja; (2) massapalojen vaara näissä suhteellisen kuivissa olosuhteissa; ja (3) kaasunpoiston vaikeus massasta otsonikäsittelyn jälkeen, mikä voi johtaa vakaviin pesulaitteen toimintaan liittyviin ongelmiin.

Yritettäessä välttää tiiviydeltään korkeaan otsonivalkaisuun liittyviä vaikeuksia, ovat useat tutkijat kokeilleet otsonivalkaisua tiiviydeltään alhaisen paperimassan yhteydessä. Jos kyetään käyttämään menestyksellisesti tiiviydeltään alhaista paperimassaa otsonivalkaisussa, vältetään yllämainitut vaikeudet.

Niinpä Osawa ja Schuerch /Tappi 46 (2) 1963:79/ vertasivat tiiviydeltään 1 % ja vastaavasti 50 % olevan sulfaattiselluloosan otsonivalkaisua neutraalin pH-luvun yhteydessä. He päättelivät, että otsonoimi-sen teho on suurimmillaan, kun se suoritetaan kaasuvaiheessa kuitujen yhteydessä, jotka ovat selvästi kuitukyllästyspisteen yläpuolella,

SrQ. 19-20 % tiiviydessä, ja on paljon alhaisempi, kun kuidut ovat liuotettuina vedessä.

3 62362

Soteland ja Kringstad /Norsk Skogindustri (2) 1968:1/ vahvistivat Osawa'n ja Schuerch'in tulokset käsittelemällä mekaanisia paperimassoja neutraalin pH-luvun yhteydessä hapessa olevalla 2,25 % otsonilla (p/p). He havaitsivat, että "alustavat tutkimukset osoittivat, että otsoni kulkee vedessä olevan mekaanisen paperimassalietteen läpi (pitoisuuden ollessa esimerkiksi 0,1-0,2 %) tulematta käytetyksi huomattavammassa määrin". He havaitsivat, että 10 % (t/t) lisäys sopivaa orgaanista liuotinta, kuten metyyliä tai etyyliasetaattia, etikka-happoa tai asetonia seokseen oli välttämätöntä otsonireaktion kata-lysoimiseksi paperimassan kanssa. Samalla tavoin Osawa ja Schuerch havaitsivat, että nitrometaanin eli metyyliasetaatin olemassaolo katalysoi otsonireaktion paperimassan kanssa.

Nyt on täysin odottamatta havaittu, että päinvastoin kuin Osawa’n ym. ja Soteland'in ym. tutkimustulokset osoittavat, saavutetaan tehokas prosessi lignoselluloosamassojen ligniinin poistamista ja valkaisua varten saattamalla lignoselluloosamassaliete, jonka sakeus on 1-10 % massan ollessa uunikuivattua, ja pH 1-7 sekä lämpötila 0-70°C, reagoimaan kaasumaisen seoksen kanssa, joka on valittu otso-nia/happea, otsonia/ilmaa ja niiden yhdistelmiä sisältävästä ryhmästä. Kaasusekoitusta sisältävä otsoni, jonka otsonipitoisuus on 0,1-20 % hapen tai ilman painosta mitattuna, puhalletaan kuplina massa-lietteeseen hämmentämällä massan, veden ja kaasun muodostamaa seosta teholla noin 0,01-5,0 hevosvoimapäivää/massatonni. Edellä mainitut reaktio-olosuhteet poistavat tarpeen orgaanisen liuottimen käyttämiseksi reaktion katalysoimiseksi Osawa'n ym. ja Soteland'in ym. tulosten mukaisesti. Esillä olevan keksinnön mukainen prosessi johtaa otsonin tehokkaaseen hyväksikäyttöön, suureen reaktionopeuteen, parantuneeseen valkoisuuteen ja huomattavaan ligniinin poistoon valkaisemattomista ja osittain valkaistuista paperimassoista.

Kuvio 1 on logaritminen piirros permanganaatin määrän vähentymisestä hevosvoimapäivien/massatonni funktiona.

Käytettävät lignoselluloosamassakuidut voivat olla joko valkaisemattomia tai osittain valkaistuja, esimerkiksi sitä ennen tapahtuneen emäspitoisen happivalkaisun jäljiltä. Jos happivalkaisu on tehty aikaisemmin emäksen läsnäollessa, se voidaan suorittaa joko tiiviydeltään korkean tai tiiviydeltään matalan paperimassan yhteydessä. Esimerkki tällaisesta tiiviydeltään matalasta happi/emäs massaval-kaisuprosessista on esitetty US-patentissa n:o 3 832 276.

4 62362

Valkaistu tai valkaisematon paperimassa voi olla joko paperi- tai silkkimassaa valmistettuna kemiallisten, kemimekaanisten tai mekaanisten massaprosessien avulla. Esimerkkejä tällaisista prosesseista ovat voimapaperiprosessi, sulfiittiprosessi, neutraali puolikemialli-nen sulfiittiprosessi eli hiokeprosessi. Erityiset lignoselluloosaa sisältävät ainekset, jotka ovat mainittujen massaprosessien alaisia, voivat sisältää kovapuut, pehmeät puut, espartopaperit jne.

Vaikka käytettävän prosessin mukainen massatiiviys voi olla 1 % -noin 10 % painon mukaan laskettuna* niin on havaittu suositeltavaksi käyttää 1 % - 5 % tiiviyttä, 3 % tiiviyden ollessa erityisen edullinen.

Massaliete valkaistaan sopivassa reaktorissa, joka on varustettu se-koituslaitteilla. Reaktori voi olla joko paineenalainen tai ilman painetta ja sen olisi oltava varustettu laitteilla otsonia sisältävän sekoituksen syöttöä varten hienosti jakautuneen kaasusuihkun muodossa.

Massaliete hapotetaan käyttäen joko happoa, esimerkiksi rikkihappoa, etikkahappoa jne. tai aikaisemmasta tai myöhemmästä valkaisuvaiheesta tulevaa poistoainetta, kuten kloorauksen yhteydessä klooridioksidia, vetyperoksidia, peretikkahappoa, natriumhypokloriittia jne., pH:n ollessa noin 1 ja noin 7 välillä. Noin 3 tai 5 oleva pH on kuitenkin havaittu suositeltavaksi. Vaikka valkaisu- ja lignilninpoistoprosessi voidaan suorittaa lietteen lämpötilan ollessa noin 0°C - noin 70°C, on suositeltavaa toimia lämpötilassa noin 20°C - noin 30°C.

Otsonia sisältävä kaasuvirta johdetaan reaktioastiaan, joka sisältää hapotettua massalietettä. Hienoksi jakautunut kaasuvirta voi sisältää noin 0,1 - 20 paino-% otsonia; sopivimmin se kuitenkin sisältää otsonia noin 2 % - noin 3 %. Otsonia sisältävä kaasuvirta johdetaan massalietteeseen suihkuttimen, esimerkiksi huokoisen levyn tai suih-kutinrenkaan kautta, joka sisältää joukon reikiä.

Esillä olevan keksinnön mukaista prosessia käytettäessä on havaittu edulliseksi käyttää otsonia sisältävää kaasuvirtaa, jonka pääasiassa kaikki kuplat ovat läpimitaltaan noin 3,3 mm tai pienempiä.

On olennaisen tärkeää, että massalietettä hämmennetään sen ollessa yhteydessä otsonia sisältävään kaasuvirtaan ja reagoidessa tämän 5 62362 kanssa. Hämmentäminen voidaan suorittaa usealla eri tavalla, mekaanisen hämmentämisen ollessa suositeltavinta esim. monisiipisen pot-kurisekoittimen tai turbiinisekoittimen avulla. Esillä olevan prosessin mukaisen ligniinin poistoasteen ja valkoisuuden lisäämiseksi, on olennaisen tärkeää kuluttaa noin 0,01 - noin 5,0 hevosvoimapäivää energiaa massatonnia kohden. Noin 0,1 - noin 1,0 hevosvoimapäivää/-massatonni olevat sekoitusenergiat antavat parhaan tasapainon val-kaisutuloksen ja tehonkäytön välillä.

Ajanjakso esillä olevan keksinnön sisältämän prosessin mukaista lig-niininpoistoa ja valkaisemista varten on noin 1 minuutti - noin 60 minuuttia, suositeltavimpana ajanjaksona ollessa noin 10 minuuttia -noin 20 minuuttia. Reaktioajan aikana on suositeltavaa syöttää mas-salietteeseen noin 0,1 - noin 5,0 uunikuivatun massalietteen mukaista painoprosenttia otsonia.

Lopullisen Elrepho-valkoisuuden 80 tai yli saavuttamiseksi kovapuu-massaa käytettäessä esillä olevan keksinnön mukaisesti, voisi valkaisu järjestys sisältää ensimmäisen vaiheen, jossa happea käytetään yhdessä emäksen kanssa tiiviydeltään alhaisessa valkaisemattomassa paperimassassa, so. vähemmän kuin 10 % (US-patentti n:o 3 832 276), ja tätä seuraisi esillä olevan keksinnön mukainen otsonivalkaisu ja lopuksi peroksidi- tai peretikkahappovaihe. Pehmeän puun valkaisemi-seksi lopulliseen Elrepho-valkoisuuteen 80 tai yli, voisi valkaisu-järjestys sisältää ensimmäisenä vaiheena happivalkaisun, jota seuraa toisena vaiheena esillä olevan prosessin mukainen otsonivalkaisu, ja sen jälkeen uuttamisvaihe natriumhydroksidin tai veden avulla, edelleen toinen otsonivalkaisuvaihe ja sitten peroksidi-, peretikka-happo-, klooridioksidi- tai hypokloriittivaihe. Tietyissä tapauksissa toinen uuttamisvaihe, jota seuraisi P, Pa, D tai H-vaihe, saattaisi olla suositeltava. Luonnollisestikin, halutun lopputuloksen mukaisesti, voitaisiin käyttää sangen suurta määrää esillä olevan keksinnön mukaisen otsoniprosessin sisältäviä valkaisuvaiheita yhdessä muiden valkaisukemikaalien kanssa edellä mainittujen vaiheiden ja kemikaalien lisäksi.

Käyttämällä esillä olevan keksinnön mukaista tiiviydeltään alhaista otsonivalkaisuprosessia - joka ei vaadi lisäaineita, suojalaitteita tai katalyyttejä aikaisemmin käytettyyn tapaan - saavutetaan useita etuja aikaisemmin käytettyyn tiiviydeltään korkeaan otsoniproses- 6 62362 siin verrattuna. Nämä ovat: (1) alhaisemmat laitekustannukset; (2) lisääntynyt tehokkuus ja helppous hapen talteenoton suhteen (sillä korkeatiiviysreaktorissa massakuidut johdettaisiin reaktorista hapen talteenottojärjestelmään); (3) minimivaara massapalojen osalta (sillä tiiviydeltään alhainen prosessi toimii korkeassa kosteuspitoisuudessa, kun taas tiiviydeltään korkeassa prosessissa kuiduilla on erittäin alhainen kosteuspitoisuus); (4) parantunut valakaisumäärän valvonta (sillä tiiviydeltään alhainen prosessi ei ole mitenkään riippuvainen hiertoasteesta, toisin kuin tiiviydeltään korkeassa massaval-kaisussa); ja (5) mahdollisuus suorittaa otsonivalkaisuvaihe alemmassa lämpötilassa kuin mikä on mahdollista tiiviydeltään korkeassa otsonivalkaisussa.

Esillä olevan keksinnön luonteen selvemmäksi selostamiseksi annetaan seuraavat keksintöä kuvaavat esimerkit. On kuitenkin selvää, että tämä tehdään pelkästään esimerkin vuoksi ilman tarkoitusta rajoittaa keksinnön suojapiiriä tai oheisten vaatimusten aluetta.

Esimerkit 1-3 160 grammaa uunikuivattua valkaisematonta kovapuumassaa valmistettuna voimapaperiprosessin avulla asetettiin 20 litran ohjauslevyillä varustettuun pleksilasireaktoriin ja laimennettiin vedellä tiiviydeltään 1 % olevan massalietteen valmistamiseksi. Reaktori sisälsi keskeisesti asennetun kolmisiipisen potkurisekoittimen, joka toimii 1/30 hevosvoimalla kierrosluvun ollessa 1200 kierr/min. Läpimitaltaan n. 10 cm:n sintratusta lasista valmistettu suihkutin varustettuna joukolla reikiä, joiden läpimitat olivat 70-100 mikronia, keskis-tettiin reaktorin pohjalle. Massalietteeseen, jonka pH oli 7 ja lämpötila 20°C, johdettiin otsonin ja hapen muodostama yhdistelmä, 3 joka suihkutettiin levyn läpi nopeudella 0,35 m /h. Kaasuseos sisälsi 2,5 paino-% hapessa olevaa otsonia. Reaktio tapahtui tiettyinä ajanjaksoina taulukossa I esitettyjen otsonin käyttötapojen mukaisesti .

7 623^2 TAULUKKO I Valkaisematon valvonta 1 23

Otsonin käyttö, % - 1,0 3,0 5,0

Permanganaatti, määrä 9,5 6,9 3,8 2,6

Viskositeetti, cp 31,8 19,0 15,0 10,1

Valkoisuus % (El) 33,4 41,1 54,3 65,6

Aika, min, - 4,6 15,0 24,4 HV-päiviä/tonni - 0,178 0,583 0,949 (massaa)

Taulukossa I olevat tulokset ilmaisevat, että esillä olevan keksinnön mukaistaprosessia voidaan käyttää laajalla alueella otsonin käytön osalta. Esimerkissä 3 saavutettiin huomattava ligniinin poisto vain 24,4 minuutin reaktioajan jälkeen.

Esimerkit 4-7

Esimerkkien 1-3 mukainen menetelmä toistettiin käyttäen erilaista kovapuusta valmistettua sulfaattiselluloosamassaa. Ainoat muut erot olosuhteissa sisälsivät otsonin käytön 3,5 paino-%:n suuruisena määränä ja kaasun kokonaisvirtauksen nopeudeden 0,11 m /h. Reaktio suoritettiin tiettyinä ajanjaksoina taulukon II mukaisten otsonimää-rien yhteydessä.

TAULUKKO II Valkaisematon valvonta 4567

Otsonin käyttö, % - 0,2 0,6 0,8 1,0

Permanganaatti, määrä 9,7 8,9 7,8 6,7 6,4

Viskositeetti, cp 23,8 23,6 20,8 15,0 14,1

Valkoisuus % (El) 30,6 35,4 38,3 42,2 41,6

Aika, min. - 3,5 10,4 15,1 17,0 HV-päiviä/tonni (massaa) - 0,136 0,404 0,587 0,660

Taulukon II esittämät tulokset osoittavat, että lineaarinen suhde vallitsee ligniinin poiston ja otsonin käytön välillä. Taulukossa II esitetyt tiedot ilmaisevat myös esillä olevan keksinnön soveltuvuuden otsonin käytön 1 % ja sitä alhaisemman käytön yhteydessä.

8 6P.3 6 2

Esimerkit 8-12

Esimerkkien 1-3 yhteydessä käytetty menetelmä toistettiin käyttämällä samaa kovapuusta tehtyä sulfaattiselluloosamassaa. Massan tiiviys oli 1 % ja massalietteen lämpötila 20°C. Otsonipitoisuus oli 2,6 % hapen painosta. 1 % otsonia massan painosta käytettiin 4,5 minuutin ajan virtausnopeudella 0,35 m /h. Suihkutinlevy, jonka reikien koko oli 25-50 mikronia, oli käytössä. Kukin esimerkkien sisältämistä kokeista suoritettiin pH:n ollessa seuraavan taulukon III mukainen.

TAULUKKO III

Valkaistu valvonta 8 9 10 11 12 pH - 3,0 4,9 7,1 9,1 11,9

Permanganaatti, 9/5 5,1 6f2 73 7fl 8,7

Viskositeetti, cp 31,8 16,6 18,5 19,9 23,7 28,7

Valkoisuus % (El) 33,4 55,1 47,7 41,8 41,9 36,8 HV-päiviä/tonni _ 0,178 0,178 0,178 0,178 0,178 (massaa) ' ' ' '

Taulukossa III esitetyt tulokset ilmaisevat, että vaikka esillä olevan keksinnön mukaista prosessia voidaan käyttää sekä happamien että emäksisten pH-lukujen yhteydessä, on sopivin alue pH-lukua varten maksimisuuruisen ligniininpoiston ja valkoisuuden saavuttamiseksi välillä noin 3 - noin 5.

Esimerkit 13 - 14

Kovapuusta tehty sulfaattiselluloosamassa, joka on alustavasti valkaistu hapen avulla emäksen läsnäollessa 4,5 % tiiviydessä, valkaistiin pääasiassa esimerkkien 1-3 yhteydessä käytetyn menetelmän mukaisesti. Potkurisekoittimen sijasta käytettiin kuitenkin turbiinisii-pistä sekoitinta, joka toimi 1/30 hevosvoimalla kierrosluvun ollessa 540 kierr/min. Massalietteen lämpötila oli 20°C. Otsonipitoisuus oli 3,5 % hapen painosta ja hapen ja otsonin muodostaman yhdistelmän virtausnopeus oli 0,11 m^/h. Suihkutinlevy, jonka rekien koko oli 25-50 mikronia, oli käytössä. Reaktio suoritettiin massatiiviyksillä 1 % ja 2 %, kuten alla olevasta taulukosta IV näkyy.

62362 9

TAULUKKO IV

Valkaisematon Happivalkais- valvonta tu valvonta 13 14

Otsonin käyttö % _ _ 1010 massasta ' '

Massan tiiviys - - 1,0 2,0 pH - - 3,03,2

Permanganaatti, määrä 9,5 6,1 2,4 2,7

Viskositeetti, cp 31,8 18,3 13,3 13,4

Valkoisuus % (El) 33,4 46,2 72,3 66,4

Aika, min - - 17,7 37,0 HV-päiviä/tonni (massaa) - - 2,32 2,32

Taulukon IV sisältämät tulokset osoittavat, että huomattava ligniinin poisto ja valkaistuminen tapahtuu esillä olevan keksinnön mukaista prosessia käytettäessä sen jälkeen kun massa on ensin valkaistu hapen avulla.

Esimerkit 15 - 18

Esimerkkien 1-3 yhteydessä käytetty menetelmä toistettiin käyttäen samaa kovapuusta tehtyä sulfaattiselluloosamassaa. Massan tiiviys oli 1 %, lietteen lämpötila 20°C ja pH oli 7. Otsonia syötettiin 14,0 minuutin ajan virtausnopeudella 0,35 m-Vh käyttäen suihkutinle-vyä, jonka reikien koko oli 70-100 mikronia. Otsonipitoisuus oli 2,6 % hapen painosta mitattuna ja 3 % otsonia käytettiin uunikuiva-tun massan painon mukaisesti.

TAULUKKO V Valkaisematon valvonta 15 16 16 18

Otsonin käyttö % massassa - 3,0 3,0 3,0 3,0

Permanganaatti, määrä 9,5 7,7 5,4 4,4 4,0

Viskositeetti, cp 31,8 21,9 16,1 15,6 11,53

Valkoisuus % (El) 33,4 39,1 46,0 47,6 57,5

Permanganaatti, vähennys, % - 18,9 43,2 53,7 57,9 HV-päiviä/tonni (massaa) - 0,010 0,108 0,544 1,837

Sekoitus, kierr/min - 300 700 1200 1800

Taulukon V ja kuvion 1 perusteella on ilmeistä, että tyydyttävä otsonivalkaisu voidaan saavuttaa käyttämällä 0,01 - 1,8 HV-päivää/massa-tonni paperimassan sekoitusenergiaa. Piirustus ilmaisee permanganaa- 10 6 / 3 r'· 2 tin määrän vähentymisen 1-2 HV-päivän välillä/massatonni. Siten suuremmat kuin 1 HV-päivää/massatonni olevat sekoitusenergiat saavat aikaan vain pienen lisähyödyn. Nämä tulokset osoittavat, että otsoni-käsittely riippuu suuresti kaasun, nesteen ja massan muodostaman seoksen sopivasta sekoittamisesta otsonin läheistä kosketusta varten massakuitujen reaktiokohdissa.

Esimerkki 19

Esimerkkien 1-3 yhteydessä käytetty menetelmä toistettiin käyttämällä kovapuusta valmistettua sulfaattiselluloosamassaa, jolla oli seuraa-vat fysikaaliset ominaisuudet: permanganaattimäärä 9,5, viskositeetti 31,8, cp ja kirkkaus (El) 33,4. Massan tiiviys oli 1 %, massa-lietteen lämpötila 20°C ja lietteen pH oli 3. Otsonipitoisuus oli 3.3 % hapen painosta. 1 % otsonia massan painosta mitattuna syötettiin 4,5 minuutin ajan alhaisella virtausnopeudella 0,35 m^/h hämmennyksen ollessa 1200 kierr/min (joka vastaa noin arvoa 0,178 hevos-voimapäivää/massatonni). 62 % syötetystä otsonista kulutettiin. Suih-kutinlevy, jonka reikien koko oli 25-50 mikronia, oli käytössä.

Massan valkoisuus nousi arvoon 55,1 pistettä (El), joka edustaa 64,9 % lisäystä, ja permanganaattimäärä aleni arvoon 5,1, joka merkisee 46.3 % vähennystä.

Esimerkki 20

Valkaisematon kovapuusta valmistettu sulfaattiselluloosamassaliete, jonka tiiviys oli 4,5 paino-%, valkaistiin aluksi hapen avulla emäksen läsnäollessa. Tämän jälkeen massaliete, jonka tiiviys oli 1 pai-no-% ja pH 3, valkaistiin otsonin ja hapen muodostaman seoksen avulla, joka kulki 25-50 mikronin suuruiset reiät sisältävän suihkutinlevyn kautta nopeudella 0,062 m^/h. Liete hämmennettiin turbiinisiipisellä sekoittimella teholla 3,26 HV-päivää/massatonni. 1,03 % otsonin kulutuksen jälkeen massa, jonka valkoisuus oli 77,2 (El), valkaistiin 1,1 % peretikkahapolla. Peretikkahappovalkaisuvaiheen aikana oli pH aluksi 8,0, tiiviys 10 % ja lämpötila 70°C. Tämä valkaisuvaihe kesti neljän tunnin ajan. Tästä vaiheesta tuleva valkaistu massa käsiteltiin sitten vesipitoisella rikkihapokkeella lämpötilassa 50°C, pH:n ollessa 4,0 30 minuutin ajan. Massan lopullinen valkoisuus oli 87,9 (El) .

Tämän esimerkin, samoin kuin seuraavien esimerkkien 21, 22 ja 23

11 C Γ· 7 f O

O : *- sisältämän kunkin yksittäisen valkaisuvaiheen välillä massa pestiin deionoidulla vedellä, kunnes suodoksen pH oli neutraali.

Seuraava taulukko VI esittää asiaan kuuluvia tietoja massan ominaisuuksista eri vaiheissa valkaisun aikana.

TAULUKKO VI

Massan Valkaisematon Happival- Otsoni- (^OjPa ominaisuus voimapaperi kaisu valkaisu valkaisu

Permanganaatti, 9,7 6,1 2,3 määrä

Viskositeetti, cp 23,8 16,7 12,93 12,38

Valkoisuus, (El) 30,6 45,1 77,2 87,9

Esimerkki 21

Valkaisematon pehmeästä puusta tehty voimapaperimassaliete, jonka tiiviys oli 4,5 paino-%, valkaistiin aluksi hapen avulla emäksen läsnäollessa. Tämän jälkeen massaliete, jonka tiiviys oli 1 paino-% ja pH 3, valkaistiin otsonin ja hapen muodostamalla seoksella, joka kulki 25-50 mikronin reiät sisältävän suihkutinlevyn läpi nopeudella

O

0,062 m /h. Liete hämmennettiin turbiinisiipisen sekoittimen avulla teholla 3,26 HV-päivää/massatonni. Kulutettuaan 0,93 % otsonia, massa, jonka valkoisuus oli 55 (El), uutettiin natriumhydroksidin avulla. Lietteen tiiviys uuttamisen aikana oli 10 % ja pH oli 11. Uuttaminen suoritettiin 90 minuutin ajan lämpötilassa 50°C.

Tämän jälkeen uutettu massa, jonka tiiviys oli 10 %, käsiteltiin 2 % peretikkahapon avulla neljän tunnin ajan lietelämpötilassa 70°C pH:n ollessa 8. Peretikkahappovaihetta seurasi toinen emäksinen uutta-misvaihe, joka oli täysin samanlainen kuin kuvatunlainen emäksinen uuttamisvaihe.

Lopuksi lietettä käsiteltiin 1,2 % peretikkahapon avulla samoissa olosuhteissa kuin kuvatunlaisen peretikkahappovaiheen yhteydessä. Massaa käsiteltiin tämän jälkeen rikkihapokkeen avulla 30 minuutin ajan. Massalietteellä oli tämän käsittelyn aikana tiiviys 6 %, pH oli 4 ja käsittely suoritettiin lämpötilassa 50°C. Massan lopullinen valkoisuus oli 83,6 Elrepho valkoisuusprosenttia.

12 6 2 3 6 2

Seuraava taulukko VII esittää tietoja massan ominaisuuksista valkaisuprosessin eri vaiheissa.

TAULUKKO VII

Massan omi- Valkaisematon Happival- Otsoni- C^O^EPaEPa naisuus voimapaperi kaisu valkaisu valkaisu

Permanganaatti, 4 maara

Viskositeetti, cp 34,6 23,6 14,40 10,9

Valkoisuus, % (El) 24,6 31,6 55,0 83,6

Esimerkki 22

Valkaisematon kovapuusta tehty sulfaattiselluloosamassa, jonka tiiviys oli 4,5 paino-%, valkaistiin aluksi hapella emäksen läsnäollessa. Tämän jälkeen massaliete, jonka tiiviys on 2 paino-% ja pH 7, valkaistiin otsonin ja hapen muodostamalla seoksella, joka kulki 70-100 mikronin reiät sisältävän suihkutinlevyn lävitse nopeudella 0,35 3 m /h. Käytetyn otsonin määrä oli 0,75 %, mitattuna uunikuivatun massan painosta. Lietettä hämmennettiin kolmisiipisellä potkurisekoitti-mella teholla 1 HV-päivä/massatonni. Massa uutettiin tämän jälkeen kuumalla vedellä. Lietteen tiiviys kuumalla vedellä suoritetun uuttamisen aikana oli 6 %. Uuttaminen suoritettiin kahden tunnin aikana lämpötilassa 49°C.

Uuttamisvaihetta seurasi toinen otsonivaihe, joka oli samanlainen kuin edellä kuvattu otsonivaihe.

Tämän jälkeen uutettu massa, jonka tiiviys oli 10 paino-% käsiteltiin 1 % vetyperoksidilla ja 2 % natriumsilikaatilla viiden tunnin ajan lietteen lämpötilan ollessa 70°C ja pH:n ollessa 10,5.

Peroksidin avulla valkaistu massa uutettiin sitten natriumhydroksi-din avulla kahden tunnin ajan lämpötilassa 49°C. Massan tiiviys oli 10 % ja sen pH oli 11,0.

Tämän jälkeen käyttämällä massat!iviyttä 10 % ja lämpötilaa 70°C massaliete valkaistiin viiden tunnin ajan massassa olevan 0,5 % vetyperoksidin avulla.

Massalietettä käsiteltiin tämän jälkeen rikkihapokkeella yhden tunnin 6 2 3 6 2 13 ajan. Massalietteen tiiviys tämän käsittelyn aikana oli 3 % ja pH 4. Massan lopullinen valkoisuus oli 82,4 Elrepho-prosenttia.

Seuraavassa taulukossa VIII on ilmoitettu tietoja massan ominaisuuksista valkaisuprosessin eri vaiheissa.

TAULUKKO VIII

Massan omi- Valkaisematon Happival- Otsoni- Ο-Ο^ΕΟ,ΡΕΡ naisuus voimapaperi kaisu valkaisu ,, .

_ _ _ _ _ valkaisu

Permanganaatti, määrä 8,3 5,0 2,3

Viskositeetti, cp 23,3 15,4 N.D. 11,2

Valkoisuus % (El) 33,3 48,7 62,7 82,4

Esimerkki 23

Valkaisematon kovapuusta tehty sulfaattiselluloosamassaliete, jonka tiiviys oli 4,5 paino-%, valkaistiin aluksi hapen avulla emäksen läsnäollessa. Tämän jälkeen massaliete, jonka tiiviys oli 1 paino-% ja pH 3, valkaistiin otsonin ja hapen seoksella, joka kulki 25-50 mikronin reiät sisältävän suihkutinlevyn läpi nopeudella 0,11 m3/h. Käytetyn otsonin määrä oli 0,50 %, mitattuna uunikuivatun massan painosta. Liete hämmennettiin turbiinisiipisen sekoittimen avulla teholla 2,02 HV-päivää/massatonni. Massa uutettiin tämän jälkeen natrium-hydroksidin avulla. Lietteen tiiviys emäsuuttamisen aikana oli 10 paino-% ja pH 11,8. Uuttaminen suoritettiin 90 minuutin aikana lämpötilassa 50°C.

Uuttamisvaihetta seurasi toinen otsonivaihe, joka oli samanlainen kuin kuvatunlainen otsonivaihe.

Massa valkaistiin tämän jälkeen 0,6 % klooridioksidin avulla, jota käytettiin massatiiviyden 11 paino-% yhteydessä. Tämä vaihe suoritettiin kahden tunnin aikana lämpötilassa 77°C.

Alla oleva taulukko IX esittää tietoja massan ominaisuuksista valkaisuprosessin eri vaiheiden aikana.

6 2 3 6 2 14

TAULUKKO IX

Massan omi- Valkaisematon Happival- Otsoni- O2O3EO D

naisuus voimapaperi kaisu valkaisu valkaisu

Permanganaatti, määrä 9,5 6,15 2,3 N.D.

Viskositeetti, cp 23,4 17,14 11,9 14,1

Valkoisuus % (El) 33,4 42,7 73,9 81,9

Edellä esiintyviä käsitteitä ja ilmaisuja on käytetty kuvaavassa mutta ei rajoittavassa mielessä eikä tällaisten käsitteiden ja ilmaisujen käytöllä ole tarkoitus sulkea pois mitään esitettyjä ominaispiirteitä tai niiden osia, vaan on otettava huomioon, että erilaiset muunnelmat ovat mahdollisia esillä olevan keksinnön suojapii-rin sisällä.

Claims (9)

15 62 3 6 2

1. Menetelmä ligniinin poistamiseksi lignoselluloosapitoisesta massasta ja massan valkaisemiseksi, jossa menetelmässä massaa, jonka sakeus on 1-100 %, käsitellään happamissa olosuhteissa otsonia sisältävällä kaasuseoksella, tunnettu siitä, että lignoselluloosamassan vesisulppua, jonka sakeus on noin 1-10 paino-% uunikuivana massana laskettuna, saatetaan 0°C:n ja noin 70°C:n välisessä lämpötilassa reagoimaan kaasuseoksen kanssa, joka koostuu otsonista/hapesta, otsonista/ilmasta tai niiden seoksesta ja jonka otsonipitoisuus on noin 0,1-20 paino-% hapesta tai ilmasta laskettuna, samalla kun massaa hämmennetään teholla noin 0,1-5,0 hevosvoimapäivää/massatonni.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasuseos on kuplien muodossa ja pääasiassa kaikki kuplat ovat läpimitaltaan noin 3,3 mm tai pienempiä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että otsonipitoisuus on noin 2,0 paino-% - noin 3,0 paino-% hapesta tai ilmasta laskettuna.

4. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että noin 0,1 % - noin 5,0 % otsonia uuni-kuivatun massan painosta laskettuna syötetään massasulppuun.

5. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktioaika on noin 1 minuutti -noin 60 minuuttia.

6. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hämmennysteho on noin 0,1 - 1,0 hevosvoimapäivää/lignoselluloosamassatonni.

7. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massan sakeus on noin 2 % - noin 3 % uunikuivatun massan painosta laskettuna.

8. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, etttä sulpun lämpötila on noin 20 - 30° C. 16 s O 7 C O O /- vJ C Z.

9. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massasulpun pH on noin 3-5.