FI78130C - Foerfarande foer bestaemning och kontroll av vedflisblandningarnas proportioner vid alkaliska massakok. - Google Patents

Description

781 30

MENETELMÄ PUUHAKESEOSTEN KOOSTUMUSSUHTEIDEN MÄÄRITTÄMISEKSI JA TARKKAILEMISEKSI ALKALISISSA MASSAKEITOISSA - FÖRFARANDE FÖR BESTÄMNING OCH KONTROLL AV VEDFLIS-BLANDNINGARNAS PROPORTIONER VID ALKALISKA MASSAKOK

5 Tämä keksintö kohdistuu menetelmään, joka soveltuu puun alkalisessa delignifioinnissa, erityisesti sulfaattikeitossa annosteltavan puuhakeseoksen koostumuksen määrittämiseen seuraamalla puuaineksesta pilk-10 koutumalla muodostuvien ja keittoliemeen liuenneiden purkutuotteiden konsentraatiomuutoksia. Puuhakeseoksella tässä yhteydessä tarkoitetaan ensisijassa havu- ja lehtipuusta koostuvia hakeseoksia. Menetelmä soveltuu sekä ns. eräkeittoihin että jatkuvatoimisiin keittopro-15 sesseihin. Jälkimmäisessä tapauksessa tulee myös mahdolliseksi seurata puuraaka-aineen vaihdon jälkeen tapahtuvaa puulajirajan siirtymistä, mikä antaa erittäin arvokasta ja usein välttämätöntä informaatiota tasaisen laadun ylläpitämiseksi. Koska havu- ja lehtipuun delig-20 nifioitumisnopeudet eroavat toisistaan, myötävaikuttaa hakkeen koostumuksesta saatu informaatio oleellisesti prosessin optimointitavoitteisiin.

Aikalisissä keittoprosesseissa poistetaan selluloosakuituja toisiinsa sitovaa raaka-ainepuun 25 sisältämää ligniiniä vahvasti aikalisissä olosuhteissa, jolloin myös samalla tapahtuu puun polymeerisen hiili-hydraattiaineksen, selluloosan ja hemiselluloosien, osittaista pilkkoutumista alifaattisiksi karboksyyliha-poiksi (Sjöström, E., Wood Chemistry; Fundamentals and 30 Applications, Academic Press, New York, 1981). Jätelie-meen liuennut orgaaninen aines koostuu näin paitsi ligniinin hajoamistuotteista myös mainituista hiilihydraattien purkutuotteista sekä vähäisessä määrin puun uuteaineista. Suurin osa kyseisistä purkutuotteista 35 esiintyy monomeerisinä yhdisteinä, jotka voidaan erottaa toisistaan analyyttisesti kromatografisin menetelmin.

Aikaisempien patenttihakemusten (FI 850208 ja 2 78130 FI 870312) mukaan voidaan alkalisten keittojen ohjaus suorittaa yllättävän tarkasti analysoimalla kromatografisesta keittoliemen sisältämien alifaattisten karbok-syylihappojen tai ligniinimonomeerien suhteellinen 5 koostumus. Oheisen keksinnön mukaisessa menetelmässä on nyt havaittu, että vastaavien purkutuotekoostumusten perusteella on lisäksi mahdollista määrittää keittoon annostellun havu-ja lehtipuusekahakkeen koostumus.

On havaittu, että havupuuta delignifioitaessa 10 syntyy samojen, joskin eri pitoisuuksissa esiintyvien purkutuotteiden ohella myös osittain kokonaan erilaisia hajoamistuotteita kuin lehtipuukeitossa. Tässä keksinnössä on tehty uusi ja yllättävä havainto, nimittäin se, että ns. sekapuukeitoissa syntyvien monomeerien 15 suhteelliset määrät vaihtelevat säännönmukaisesti riippuen annostellun hakkeen koostumuksesta. Kyseiset pur-kutuotteet voidaan analysoida keiton kuluessa ja saadun informaation avulla on siten mahdollista säätää keitto-olosuhteita hakekoostumuksen vaihteluita edellyttämällä 20 ja keiton kokonaissuoritukseen nähden optimaalisella tavalla sekä päästä samalla tasalaatuiseen massaan. Tämä on oleellista massan laatuominaisuuksien kannalta, mutta se edesauttaa myös keittoa seuraavan valkaisuvai-heen optimointia. Keksinnön pääasialliset tunnusmerkit 25 ilmenevät oheisista patenttivaatimuksista.

Keksinnön mukaista menetelmää kehitettäessä jouduttiin tekemään yksityiskohtaisia analyysejä keiton kuluessa otetuista lieminäytteistä, jotka oli saatu keittämällä laboratoriomittaisessa skaalassa havu- ja 30 lehtipuuhakeseoksia tunnetuissa seossuhteissa. Analyysit kohdistuivat hiilihydraattiperäisten alifaattisten karboksyylihappojen ja ligniiniperäisten fenolimonomee-rien pitoisuusmäärityksiin, mutta tämän lisäksi määritettiin myös uuteaineita, jotka ovat lisäksi tietyssä 35 määrin lajispesifisiä. On kuitenkin mainittava, että puuaineksen sisältämien uuteaineiden kemiallinen koostumus ja määrä riippuvat suuresti hakkeen varastointi- 781 30 3 ajasta. Saavutettujen tulosten perusteella kävi selvästi ilmi, että aineryhmittäin tarkasteltaessa liuenneiden yhdisteiden keskinäisten pitoisuuksien (tai niiden suhteiden) ja keittoon annostellun hakekoostumuksen 5 välillä vallitsee tietty johdonmukainen yhteys. Kävi myös ilmi, että kun näytteet otetaan riittävän varhaisessa vaiheessa (esim. lämpötilan nostovaiheen jälkeen), voidaan hakekoostumuksen perusteella helpottaa massanvalmistuksen merkittävimpien yksikköoperaatioiden (keit-10 to ja valkaisu) optimointia. Lisäksi menetelmää sovellettiin jatkuvatoimiseen tehdasmittakaavaiseen sulfaat-tikeittoon, jossa seurattiin keiton kuluessa puuraaka-aineen lajinvaihdosta johtuvan puulajirajan siirtymistä.

Menetelmän onnistumisen edellytyksenä on, että 15 syntyneet purkutuotteet voidaan erottaa toisistaan ja analysoida riittävällä tarkkuudella. Monomeeristen karboksyylihappojen ja fenolijohdannaisten pitoisuudet on määritettävissä riittävän nopeasti sekä tarkasti kromatografisin menetelmin, esim. kaasukromatografisesti 20 (vrt. aiemmin mainitut patenttihakemukset FI 850208 ja FI 870312), jolloin selluloosaprosessissa tarpeellinen ohjausinformaatio saadaan välittömästi tietokonetekniikkaa hyväksi käyttäen.

Seuraavissa esimerkeissä valaistaan tarkemmin 25 keksintöön kohdistuvaa menetelmää. Vaikka nämä esimerkit kohdistuvat mänty- ja koivusekahakkeella suoritettuun sulfaattikeittoon, on itsestään selvää, että menetelmä on sovellettavissa myös muihin aikalisiin keittoihin (esim. sooda-antrakinonikeitto) ja muihin raaka-aineina 30 käytettäviin puulajeihin (ja mahdollisesti myös muuhun selluloosapatoiseen kasvimateriaaliin), kun ensin määritetään kussakin tapauksessa vastaavasti valittujen purkutuotteiden keskinäinen muodostuminen kysymyksessä olevan raaka-ainemateriaalin koostumuksen suhteen.

Esimerkki 1.

Mäntypuusta (Pinus sylvestris) ja koivupuusta 35 4 781 30 (Betula verrucosa/B. pubescens) valmistetuille hakeseok-sille suoritettiin laboratoriokeittimellä normaali sulfaattikeitto seuraavissa olosuhteissa: 5 tehollinen alkali: koivu/mänty (massasuhde) (NaOH:na) 0/100 - 20/80 19 %, 30/70 - 70/30 18 % sekä 80/20 - 100/0 17 % puusta 10 sulfiditeetti: 30 % neste/puu-suhde: 4 L/kg

Keiton lämpötila nostettiin tasaisella nopeu-15 della 100 minuutin aikana 50eC:sta 150°C:een (keittoa jatkettiin tämän jälkeen normaalisti nostamalla lämpötila varsinaiseen delignifiointilämpötilaan 170°C), jossa vaiheessa muodostuneet jäteliemet analysoitiin. Samalla todettiin, että näytteenotto on edullista suo-20 rittaa keittolämpötilavälillä 140 - 170°C, koska valitut happosuhteet muuttuvat tällöin ainoastaan vähän.

Kuvassa 1 esitetään valittujen, patenttihakemuksen FI 850208 mukaan analysoitujen happo johdannaisten pitoisuuksiin perustuvien happosuhteiden riippuvuus 25 kussakin tapauksessa keittoon annostellun hakekoostumuk-sen funktiona. Esitettyjen suhteiden herkästä muuttumisesta hakekoostumukseen nähden seuraa se, että tuloksia voidaan soveltaa suurella tarkkuudella määritettäessä vastaavasti tuntemattoman hakkeen koostumus.

30

Esimerkki 2

Esimerkin 1 mukaisesti suoritettujen keittojen vastaavista jätelieminäytteistä analysoitiin ligniini-monomeerit patenttihakemuksen FI 870312 mukaan. Kuvassa 35 2 on esitetty esimerkki eräästä hakkeen koostumusmääri- tyksen kannalta käyttökelpoisesta pitoisuussuhteesta. Myös tässä tapauksessa voidaan tulosta hyödyntää suhteen li 781 30 5 hakekoostumuksen vaihteluun nähden varsin tuntuvan muuttumisen johdosta suurella tarkkuudella määritettäessä tuntemattoman hakkeen koostumusta.

5 Esimerkki 2

Edellisissä esimerkeissä 1 ja 2 saavutettujen tulosten avulla seurattiin jatkuvatoimisessa sulfaat-tiprosessissa puulajirajan siirtymistä ottamalla näyte keittimen syöttö-, tasaus- sekä katkaisukierrosta (kuva 10 3). Keittimen syöttö- ja katkaisukierron kohdalla saa vutetut tulokset poikkesivat toisistaan ainoastaan vähän ja halutun puulajirajasuhteen (esim. 50/50) liikkuminen voidaan määrittää 2-4 minuutin tarkkuudella. Tulokset helpottavat siten oleellisesti keittimen toiminnan 15 kannalta optimaalisten tavoitearvojen ylläpitämistä.

Claims (5)

6 781 30

1. Menetelmä alkalisten delignifiointiproses-5 sien, erityisesti sulfaatti- ja sooda-antrakinonikeiton annostuksessa käytettävän puuhakeseoksen koostumussuh-teen tarkkailemiseksi tunnettu siitä, että mainitun suhteen määrittäminen perustuu puuaineksesta muodostuneiden ja keittoliuokseen liuenneiden purku- 10 tuotteiden spesifiseen määrittämiseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että keiton kuluessa ja erityisesti delignifioinnin varhaisessa vaiheessa keittones-teestä otetaan näytteitä niissä esiintyvien purkutuot- 15 teiden määrittämistä varten ja tuotteiden konsentraa-tiovaihteluita seurataan keitossa ja sitä seuraavassa valkaisussa sovellettavien olosuhteiden optimoimiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että jäteliemessä esiintyvät 20 puuainekohtaiset purkutuotteet erotetaan ja analysoidaan aineryhmittäin kromatografisella menetelmällä, joka perustuu joko kaasukromatografiaan tai korkeapainenes-tekromatografiaan.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä 25 tunnettu siitä, että jäteliemessä esiintyvät monomeeriyhdisteet analysoidaan sellaisenaan tai sopivina johdannaisinaan kaasukromatografisesta kapillaari-kolonnia hyväksi käyttäen.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä 30 tunnettu siitä, että keittoon annosteltavan puuhakeseoksen koostumus määritetään tiettyjen jäteliemessä esiintyvien monomeeriyhdisteiden pitoisuussuh-teiden perusteella, jolloin suhteita verrataan kussakin keittosovellutuksessa eri hakekoostumuksilla syntyviin, 35 erillisesti määritettyihin vastaaviin suhteisiin. 1,