NO120251B - - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for fremstilling av bleket tremasse.Foreliggende oppfinnelse angår fremstilling av bleket, fibrøs cellulosemasse ved en kjemisk fremgangsmåte som sulfat-, soda- eller alkafideprosessen, hvor det fibrøse materiale kokes med NaOH og/eller NagS, og spesielt angår oppfinnelsen utnyttel-sen av de kjemiske forbindelser som finnes i væsken fra det alkaliske (NaOH) ekstrasjonstrinn, som følger etter den første parti-elle bleking av massen med en vandig løsning som inneholder klor og/eller klordiokayd.I den vanlige sulfatprosessen for fremstilling av bleket, fibrøs cellulosemasse kokes materialet, spesielt trefliser, men også andre typer materiale som halm, bagasse og lignende, i et koketrinn sammen med en hvitlut som inneholder natriumsulfid og

Description

natriumhydroksyd for å oppløse hemicelluloser, ligning og andre ekstraherbare organiske forbindelser. Den fremstilte fibrøse masse separeres fra den resulterende svartlut og sendes til et bleketrinn, mens svartluten sendes til et bleketrinn, mens svartluten sendes til et innvinningstrinn.

I nevnte innvinningstrinn konsentreres svartluten ved fordamping, og konsentratet brennes i en ovn for å gi en smelte som inneholder natriumkarbonat og natriumsulfid. Smeiten utlutes med vann slik at det dannes en rålut, som deretter renses. Bunnfallet,

som er uløselige av andre metallkatjoner enn natrium og kalium,

blir vasket. Den rensede råluten blir så kautisert med kalk for dermed å omdanne natriumkarbonatet til natriumhydroksyd. Det utfelte kalsiumkarbonat separeres som et sediment, vaskes med vann og kalsineres for å regenerere' kalken, som deretter brukes til ytterlig-

ere alkaligjøring av rålut. Vaskevannet fra bunnfallet og sedi-

mentet brukes vanligvis til å utlute nevnte smelte, som danner seg når svartluten brennes. Den rensede, alkaliske væske er hvitlut,

som resirkuleres til koketrinnet. For å opprettholde konsentra-

sjonen av natriumhydroksyd og matriumsulfid i den resirkulerte

hvitlut, tilsettes natriumsulfat i innvinningstrinnet, vanligvis i form'av en saltkake til svartluten før denne brennes.

I alkafideprosessen som er en modifisert form av sulfatpros-sessen, inneholder kokevæsken for det fibrøse cellulosemateriale

bare natriumsulfid, og i innvinningstrinnet separeres natriumkar-

bonat fra ferskluten for å gi en natriumsulfidrik løsning, som deretter resirkuleres som supplementvæske til koketrinnet.

I den vanlige sodaprosessen inneholder kokevæsken for det fibrøse cellulosemateriale vesentlig natriumhydroksyd og tilsetning av natriumsulfat utelates i innvinningstrinnet.

Den separerte masse fra alle disse prosesser vaskes først

og blekes deretter partielt i et første bleketrinn med en vandig løsning inneholdene klor og/eller klordioksyd. Den partielt blek-

ede masse, vanligvis i form av en kontinuerlig våt matte, vaskes med vann, hvoretter den kokes igjen, blandet med natriumhydroksyd og damp og tilføres et alkalisk ekstraksjonstrinn, hvor massen opp-varmes med natriumhydroksyd for å fjerne fargede urenheter, som f.eks. klorerte ligningforbindelser, som måtte være fremstilt i første bleketrinn. Den ekstraherte masse vaskes på lignende måte om igjen og føres til et eller flere ytterligere bleketrinn, hvor blekingen gjøres fullstendig ved å bruke hypokloritt eller fortrinns-

vis klordioksyd.

Væsken fra det alkaliske ekstrasjonstrinn inneholder foruten residualt ureagert natriumhydroksyd også natriumsalter av uorganiske syrer som natriumkarbonat, natriumsulfid, natriumsulfat og natrium-klorid, foruten natriumsalter av de organiske syrer, som måtte være ekstrahert fra den partielt blekede masse i ekstraksjonstrinnet. Denne væske blir vanligvis kastet, og dette medfører tap av verdifulle kjemiske forbindelser foruten forurensning av det offentlige vannsystem. Det har vært foreslått å inndampe væsken for derved å innvinne de. kjemiske forbindelser som kunne tilsettes svartluten, samt å innvinne forbrenningsvarmen til de organiske forbindelser, men på grunn av den meget lave konsentrasjon av faste stoffer i væsken, har fordamping og forbrenning vært uøkonomisk og har ikke vært utført i industriell skala. En annen mulighet er å konsentrere væsken ved et motstrøms væskesystem, men det nødvendige utstyr krever en stor kapitalinvestering, og driftsbetingelsene er meget vanskelige å regulere.

Man har nå funnet at væsken fra det alkaliske ekstrasjonstrinn hvor den partielt klorerte og blekede masse ekstraheres, egner seg meget godt som utlutningsmiddel for smeiten fra brenningen av svartluten. Skjønt man kunne vente at visse organiske forbindelser i væsken ville forårsake skumdannelse under utlutningen, så har man funnet at dette skjer i meget liten grad, hvis det i det hele tatt skjer.

Ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringes det en fremgangsmåte for fremstilling av bleket masse hvor man i et koketrinn oppvarmer et fibrøst cellulosemateriale i en vandig løsning inneholdende natriumhydroksyd og/eller natriumsulfid, separerer den fibrøse separerer den fibrøse^masse fra løsningen, sender løsningen til et innvinningstrinn hvor løsningen inndampes, forbrenner den konsentrerte løsning slik at det dannes en smelte, løser smeiten i vann og behandler den oppnådde løsning, slik at det dannes en væske som kan brukes om igjen i koketrinnet, sender massen til et bleketrinn som innbefatter partiell bleking av massen i et første bleke-. trinn med en vandig løsning av klor og/eller klordioksyd, ekstraherer den partielt blekede masse i et alkalisk ekstrasjonstrinn med en varm, vandig sterk natriumhydroksydløsning og bleker massen ytterligere i minst ett eller flere bleketrinn,karakterisert vedat væsken fra det alkaliske ekstraksjonstrinn i det minste delvis brukes som utlutnings- og oppløsningsmiddel for smeiten, som dannes når

løsningen brennes i innvinningstrinnet.

Ved å bruke væsken fra det alkaliske ekstraksjonstrinn

for å utlute smeiten istedet for vaskevannet fra nevnte bunnfall og nevnte sediment, trenger man bare å tilsette lite eller ofte ikke noe vann i innvinningstrinnet, og de oppløste faste stoffer i'væsken innvinnes i råluten og følgelig også i hvitluten, som brukes ved kokingen av massen. Videre innvinnes forbrenningsvarmen for de organiske forbindelser i væsken under brenningen av den konsentrerte svartlut.

Det er mulig slik det er beskrevet i britisk patent

nr. 1.074-111 å bruke enten rålut som inneholder natriumsulfid og natriumkarbonat, eller hvitlut som inneholder natriumhydroksyd og natriumsulfid, til den alkaliske ekstraksjon. Med hensyn til nær-været av natriumsulfid, og den effekt dette kan ha i de følgende bleketrinn, spesielt sammen med klordioksyd, så er det ønskelig å fjerne natriumsulfidet fullstendig fra massen, før den sendes til disse ytterligere bleketrinn. For å oppnå dette har man instal-lert en ekstra vasker, det vil si i alt to vaskere, etter den alkaliske ekstraksjon, og væsken fra den andre vaskeren kan delvis resirkuleres som vaskevann i den første vaskeren.

Mens væsken fra det alkaliske ektraksjonstrinn kan brukes direkte til å utlute smeiten, så er det foretrukket å bruke den først til å vaske bunnfallet fra rensingen av råluten og sediment fra rensingen av den alkaliske rålut, for derved å innvinne de kjemiske forbindelser, slik det skjer i den vanlige sulfatprosessen.

De oppløste faste stoffer som ytterligere tilsettes innvinningstrinnet ved foreliggende oppfinnelse, utgjør vanligvis omkring 6%, noe som gjør det nødvendig å fordampe -ytterligere noe vann av en størrelsesorden på 6f0. Det er således mulig med en liten økning av driftsomkostningene å innvinne verdifulle kjemiske forbindelser fra væsken som brukes i det alkaliske ekstraksjonstrinn, og disse kjemikalier kan så brukes om«igjen i prosessen. Samtidig unngår man forurensning av det offentlige vannsystem med disse kjemikalier, og dessuten utnytter man forbrenningsvarmen av de organiske forbindelser i væsken.

Det er foretrukket å utføre foreliggende oppfinnelse med

en alkalisk ekstraksjonsvæske som er blitt konsentrert ved å re-sirkulere i det minste en del av væsken til den vaskede matte av partielt bleket masse.

Oppfinnelsen har en spesiell fordel når den anvendes i cellu- losefremstillings-prosesser, hvor det første bleketrinn utføres med en blanding, hvor en vesentlig del av kloret er erstattet med ClOg." Årsaken til dette er at hvis første trinn utføres fullstendig eller hovedsaklig med Clg, så vil den sirkulerende væske etter hvert få for stort innhold av klorider. Hvis en vesentlig del av kloret erstattes med ClOg, så reduseres mengden klorider.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med henvisning til vedlagte tegning. Trefliser kokes i en koker 1 sammen med en hvitlut som er en vandig løsning av natriumhydroksyd og natriumsulfid. Etter koking av treflisene føres masseblaningen til en separator 2,

hvor massen separeres fra svartluten, og svartluten føres til en fordamper 3 hvor den konsentreres. Den konsentrerte svartlut tilsettes natriumsulfat, og væsken brenner i en ovn 4« Den opp-

nådde smelte som inneholder natriumkarbonat og natriumsulfid, føres til et smelteoppløsningskar 5>hvor den bråkjøles med vann. Den dannede rålut føres til en klaringstank 6, og de oppnådde bunnfall føres til en bunnfallsvasker 7- Den rensede rålut føres så til en tank 8 hvor den tilsettes kalk, og den resulterende væske føres til en klaringstank 9>hvor det utfelte kalsiumkarbonat fjernes som et sediment og føres til en vasker 10.

Den separate fibrøse masse i separator 2 vaskes med vann i vasker 11 og føres deretter til en første bleker (klorator) 12,

hvor den blekes partielt med en vandig løsning som inneholder ClOg og /eller Clg. Fra bleketank 12 føres den partielt blekede masse til en vasker 13, hvor den passerer som en matte over et nett på periferien av den roterende trommel 14 og vaskes der med vann, som tilføres via ledning 15. Væsken fra vasker 13 suges gjennom led-

ning l6 ved hjelp av en vakuumpumpe (ikke vist) til en tank 17 og deretter til klc&ken via ledning 18. Fra vasker 13 føres den fib-

røse masse til en behandlingstank" 19 hvor den tilføres damp, som tilføres via ledning 20 fra klaringstank 9. Resten av hvitluten fra klaringstank 9 føres via ledning 21 til koker 1 for oppslut-

ting av fersk treflis. Den varme blanding av fibrøs masse og hvit-

lut føres deretter til en alkalisk ekstraksjonstank 22 hvor uren-hetene oppløses, og blandingen pumpes derfra ved hjelp av pumpe 23

til vasker 24, hvor massen tas opp som en matte på nettperiferien

av en roterende trommel 25 og vaskes med vann, som tilføres via

ledning 26. Væsken suges fra vasker 24 gjennom ledning 27 ved hjelp av én vakuumpumpe (ikke vist) og føres til en tank 28 hvor-fra det pumpes videre ved hjelp av pumpe 28a. En del av væsken

resirkuleres via ledningene 29 og 30 til overflaten av den vaskede matte på trommel 14 i vasker 13, mens en annen del føres gjennom ledningene 31, 32 og 33 til bunnfallsvasker 7 og gjennom ledningene 31, 34 og 35 til sedimentvasker 10, og ytterligere en del, hvis dette er ønskelig, føres gjennom ledningene 31, 34 og 36 til sedimentfortykningskar 37- Noe av den væske som føres gjennom ledning 30, føres vekk gjennom ledningene 30a og 3°D til ekstraksjonstank 10 og vasker 24, henholdsvis. Den vaskede fibrøse cellulosematte fra vasker 24 føres deretter til en behandlingstank 38 og pumpes ved hjelp av pumpe 39 til en vasker 40, hvor massen danner en matte på nettperiferien av en roterende trommel 41 og vaskes ved hjelp av vann fra ledning 15. Væsken suges ut fra vasker 40 ved hjelp av en vakuumpumpe (ikke vist) til en tank 42, og en del av væsken føres til kloakken gjennom ledningene 43°S l8>mens en annen del resirkuleres som vaskevann til vasker 24 gjennom ledning 26 ved hjelp av pumpe 44-

Vaskevannet som føres gjennom ledning 33 til bunnfallsvasker 7, føres deretter gjennom ledning 45 til sedimentvasker 10, mens vaskevannet som føres gjennom ledning 36 til sedimentfortykningskar 37»føres deretter til sedimentvasker 10 gjennom ledning 46. Vaskevannet fra sedimentvasker 10 føres gjennom ledning 47 til smelteoppløsningskar 5, hvor det brukes til å utlute og oppløse smeiten fra ovn 4«

Sedimentet fra sedimentvasker 10 føres via ledning 48 til sedimentfortykningskar 37»hvor det fortykkes og deretter føres til en kalkovn 49 hvor det kalsineres for å regenerere kalken, som deretter returneres gjennom ledning 5° til tank 8 for ytterligere kaustisering av rålut.

Fra vasker 40 føres den ekstraherte masse til ytterligere bleketrinn med klordioksyd.

For å bestemme hvorvidt det var noen driftsfordeler ved å bruke væsken fra det alkaliske ektraksjonstrinn, ble det utført en rekke laboratorieforsøk slik det er beskrevet i de følgende eksem-pler :

Eksem£el_l_.

Man simulerte en rålut fra innvinningssystemet i en sulfatprosess ved å løse 29 g Na2S, 22,7 g NaOH og l6o g Na^CO^, først en del i innvunnet alkalisk ekstraksjonsvæske fra en sulfatprosess, og deretter en annen del løst i destillert vann for å fremstille en

liter simulert rålut i hvert tilfelle.

200 ml fra hver av disse løsninger ble behandlet med 22,4- g fast kalsiumhydroksyd, oppvarmet til 8o°C og rørt i to timer. Etter at røringen var stoppet, ble sedimentasjonshastigheten observert. Begge væsker hadde samme sedimentasjonshastighet, noe som indikerer at de oppløste stoffer i den alkaliske ekstraksjonsvæske ikke hadde noen nedsettende effekt på sedimentasjonshastigheten, noe som er en meget viktig faktor ved driften av et system, hvor væsken skal kau-tiseres ved tilsetning av kalk.

Under omrøringen ble det observert at det dannet seg mindre skum over den løsningen som inneholdt den innvunnede alkaliske eks-traks jonsvæske , noe som angir at denne væsken heller ville nedsette enn øke skumproblemet, når den blir brukt i prosessen.

Den klare væske ble dekantert fra bunnfallet, og dette ble filtrert. Filtreringshastigheten var omtrent den samme, noe som angir at den alkaliske ekstraksjonsvæske ikke har noen nedsettende effekt på filtreringen av sedimentet.

Når filtratet ble analysert ved å bruke TAPPI Standard

Method No. T 624m-6o, ble det funnet at samme del av natriumkarbonatet var omdannet til natriumhydroksyd i begge tilfeller, nemlig 8l,4$ med destillert vann og 81, 6% med den alkaliske ekstraksjonsvæske , noe som igjen angir at de faste stoffer i den alkaliske ekstraksjonsvæske ikke har noen nedsettende effekt på alkaligjøringen. Eksemgel_2.

I laboratoriet på en cellulosefabrikk ble en prøve på nor-

mal rålut fra fabrikken sammenlignet med en rålut, som ble laget ved å oppløse en smelte i en væske hvor 70 volumprosent av det svake vaskevannet var erstattet med alkalisk ekstraksjonsvæske fra den samme fabrikken. Begge løsninger inneholdt de samme konsentrasjoner, det vil si i området fra l8o tiligo gram pr. liter. Væsken ble kontinuerlig i en time ved en temperatur på mellom 93»3°S 1Q1»5 c rørt med kalk fra fabrikkens egen kalkovn. Kalkmengden var 6%

mer enn det som støkiometrisk var nødvendig, noe som meget nær til-svarer det normale kalkoverskudd man opererer med i sulfatprosessen. Følgende observasjoner ble gjort:

a) Den hvitlut man oppnådde med en rålut som inneholdt alkalisk ekstraksjonsvæske, sedimenterte noe -raskere enn normalt fremstilt hvitlut. b) Alkaliomdannelsen, det vil si prosent omdannelse av natri umsalter til natriumhydroksyd, var 1 til A<$ høyere ved å bruke rålut, som var fremstilt med alkalisk ekstraksjonsvæske.

c) Det filtrerte bunnfall fra væsken som inneholdt den alkal-

iske ekstraksjonsvæske, tillot raskere gjennomgang av vaskevann, noe

som gir lettere filtrering foruten raskere sedimentering.

Brenning av kalksedimentet i en laboratorieovn ved 926°C

viste noe større glødetap for kalken fra den alkaliske ekstraksjons-

væske, noe som var å vente ettersom den inneholdt visse organiske forbindelser. Begge kalkbunnfall viste meget liten tendens til sammenkaking, noe som angir at man ikke ville få ytterligere vanske-

ligheter ved å brenne det kalksediment, som fremstilles ved opp-

finnelsens fremgangsmåte.

En viktig forskjell mellom fremgangsmåten i eksempel 1 og

eksempel 2 var at når man bare tilsatte den støkiometriske kalk-

mengde til råluten,, som var fremstilt fra den alkaliske ekstrak-

sjonsvæske som i eksempel 1, så var bunnfallet svakt brunfarget,

mens den filtrerte væske var mørkebrun, og analysen viste at bare natriumkarbonat var omdannet til natriumhydroksyd, mens de fargede organiske syresalter forble i filteret.

Når man brukte et overskudd av kalk som i eksempel 2, var

bunnfallet mørkebrunt, mens den filtrerte væske bare hadde en svak brunorange farge. Dette angir at de fargede natriumsalter av de organiske syrer også ble omdannet til natriumhydroksyd, mens de fargede kalsiumsalter av de organiske syrer forble i filtratet.

Denne siste observasjon viser oppfinnelsens fleksibilitet ved

at natriumsaltene av de organiske syrer kan enten utfelles med kalk-

en og brennes i kalkovn, eller de kan etterlates i løsningen og føres med hvitluten til kokeren og fordamperene, 'og dermed til det kjemiske innvinningssystem. Denne valgfrihet kan være viktig ved driften av cellulosefabrikken.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av bleket cellulosemasse hvor^

man i et koketrinn oppvarmer et fibrøst cellulosemateriale i en vandig løsning inneholdende natriumhydroksyd og/eller natriumsulfid, separerer den fibrøse masse fra løsningen, sender løsningen til et innvinningstrinn hvor løsningen inndampes, forbrenner den konsentrerte løsning slik at det dannes en smelte, løser smeiten i vann og behandler den oppnådde løsning slik at den dannes en væske, som kan brukes om igjen i koketrinnet, sender massen til et. bleketrinn som innbefatter partiell bleking av massen i et første bleketrinn, med en vandig løsning av klor og/eller klordioksyd, ekstraherer den partielt blekede masse i et alkalisk ekstraksjonstrinn med en varm, vandig sterk natriumhydroksydløsning og ytterligere bleker massen i minst et eller flere bleketrinn,karakterisert vedat væsken fra det alkaliske ekstraksjonstrinn i det minste delvis brukes som middel for å utlute og oppløse smeiten, som dannes når løsningen brennes i innvinningstrinnet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at væsken fra det alkaliske ekstraksjonstrinn brukes til å vaske bunnfallet og/eller sediment fra rensingen av råluten og rensingen av den kaustiserte rålut henholdsvis, før den brukes til å utlute smeiten.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat den partielt blekede masse i det alkaliske ekstraksjonstrinn ekstraheres med rålut eller hvitlut fra fremgangsmåtens innvinningstrinn.