NO140898B - Fremgangsmaate til fremstilling av derivatmasse - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte

til fremstilling av cellulosemasse av høy kvalitet, såkalt derivatmasse, som kan anvendes ved fremstilling av rayon og en rekke andre produkter avledet av cellulose.

Av kunstsilke-industrien kreves det stadig rayon-

garn og tråd med høyere styrke, holdbarhet og andre ønskelige egenskaper, og dette nødvendiggjør i sin tur fremstilling av cellulosemasse av høy kvalitet til konkurransedyktige priser.

Da fremstilling av derivatmasse medfører et betrakte-

lig tap i celluloseutbytte, som skyldes den høye bearbeidelses-

grad og foredlingsgrad som er nødvendig for nevnte formål, og da dette utbytte ellers er tilgjengelig for andre anvendelser av cellulosemassen, som f.eks. papirfabrikasjon, er det et av industriens vesentligste problemer å kunne fremstille, til konkurransedyktige priser, cellulosemasse med hvilken kunstsilke-produsenten kan få størst mulig utbytte av kunstsilke med maksimal styrke, motstandsdyktighet mot utmatting og andre ønskelige egenskaper.

Følgelig er formålet for den foreliggende oppfinnelse

å tilveiebringe en derivatmasse av høy kvalitet, hvorved eksempe"1

vis rayoncelluloseutbyttet og rayonstyrken og utmattingsegen-skapene kan forbedres, samtidig som produksjonsomkostningene reduseres.

Et annet formåler å oppnå bedre fjerning av hemicelluloser og andre forurensninger ved opparbeidelsen av cellulosemassen og samtidig unngå mercerisering og unødvendig ned-settelse av viskositeten, og å tilbeiebringe en fremgangsmåte ved hvilken billigere og rikeligere forekommende tresorter kan opparbeides til høyverdig cellulosemasse.

Generelt sett er fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse anvendbar, før bleking, i hvilken som helst av de alkaliske prosesser for behandling av celluloseholdige fibermaterialer, så som treflis, som inneholder organiske stoffer, innbefattende lignin og hemicelluloser,

og anvendes fortrinnsvis som en forbedring ved sulfat- eller kraftmetoden. Den omfatter fortrinnsvis også delvis hydro-

lyse av det celluloseholdige fibermaterialet før koking.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte til fremstilling av derivatmasse, hvor det celluloseholdige fibermateriale, som inneholder lignin og hemicellulose, kokes med alkalisk væske, fortrinnsvis etter et forhydrolysetrinn, idet det kokes med alkalisk kokevæske i en kokesone, og hvor den alkaliske avlut uttas for gjenvinning, og hvor massen fra kokesonen utlutes med sterk alkali for fjerning av hemicellulose og deretter vaskes med vann for fortrengning av alkali, som nyttes på ny i prosessen, og den kokte cellulosemasse behandles med alkalisk fortrengningsvæske som er sterkere enn kokevæsken og sorn fortrenger kokevæsken i en fortrengningssone, fra hvilken den alkaliske væske uttas for gjenvinning, og fremgangsmåten er karakterisert ved at massen deretter behandles i en utlutingssone (129) med den sterkere alkaliske væske, hvoretter den føres inn i en vaskesone (131), hvor den utlutede (foredlede) masse behandles med vann (132) for å fortrenge den alkaliske væske, og at en del av den fortrengte alkaliske væske returneres til fortrengningssonen (126) og en del oppvarmes og returneres til kokesonen (121), og de mengder sterk hvitlut som må tilføres prosessen utenfra, innføres i utlutings- eller foredlingssonen

(129), og at den alkaliske væske først anvendes for utluting og deretter fortrenges med vann og deretter i det minste delvis anvendes til å fortrenge svartlut (brukt kokevæske). En fore-trukken utførelsesform går ut på at den kokte masse kjøles i den sterke alkaliske væske i fortrengningssonen (126).

Den del av fremgangsmåten som følger etter kokingen, omfatter behandling av cellulosemassen med en alkalisk væske som senere brukes til koking. Fremgangsmåten som helhet vil derfor, som det vil fremgå senere, medføre meget lite tap av alkali, og det er nødvendig med bare en relativt liten fornyende tilsetning av alkali.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter således

i store trekk, i tillegg til kokingen eller oppslutningen, tre etterfølgende trinn, nemlig fjerning av svartluten fra cellulosemassen, utluting (foredling) av cellulosemassen, og vasking av cellulosemassen med vann.

Det første trinn som følger etter cellulosekokingen,

er behandlingen av den oppsluttede flis eller "masse" med en alkalisk oppløsning, slik at svartluten i massen fortrenges og fjernes fra massen og erstattes med den alkaliske oppløsningen. Dette trinn omtales derfor for letthets skyld som fortrengnings-trinnet.

Den alkaliske oppløsning kan inneholde et eller flere

av de vanlige alkalier, så som hydroksydene, sulfidene eller karbonatene av natrium, litium eller kalium. Da den foretrukne utførelsesform for den foreliggende oppfinnelse er knyttet til kraft- eller sulfatmetoden, vil det alkali som anvendes, være kraft-hvitlut som har vært brukt tidligere i prosessen (se neden-for) , og som omfatter natriumhydroksyd, natriumsulfid og natriumkarbonat. Hvitluten kan f.eks. forsterkes med natriumhydroksyd-oppløsning inneholdende opp til omkring 75 vektprosent NaOH.

Det annet trinn etter cellulosekokingen omfatter utluting av cellulosemassen i den alkaliske oppløsning som ble tilsatt i fortrengningssonen, fortrinnsvis under tilsetning av ny, sterk hvitlut til erstatning av det som forbrukes i prosessen,

og fortrinnsvis i en utlutingstank i en forutbestemt tid og ved en bestemt temperatur og alkalikonsentrasjon. Dette trinn er et foredlingstrinn og kalles her utluting- eller foredlingstrinnet. / Det kan også tilsettes visse typer overflateaktive midler til utlutingstrinnet for å lette fjerningen av forurensninger, som f.eks. harpikser, som ellers ikke ville oppløses av luten alene.

Det tredje trinnet etter cellulosekokingen omfatter vasking av cellulosemassen med vann, slik at den alkaliske luten i massen fra utlutingstrinnet fortrenges og fjernes fra cellulose massen og erstattes med vann. Dette trinnet omtales derfor som vannvaske- eller vasketrinnet, som fortrinnsvis utføres ved at cellulosemassen føres over en rekke massevaskere og i motstrøm med vann.

Resultatene av fremgangsmåten er at det fremstilles

en derivatmasse av høy kvalitet som vil gi et høyere utbytte av

rayon (av en størrelsesorden 98,5-99%) og høyere rayongarn-

styrke, til kostnader som er ca, 3 til 4 dollars pr. tonn lavere enn for lignende cellulosemasse fremstilt på kjent måte, og dette er en bemerkelsesverdig vinning. Fremgangs-

måten ifølge oppfinnelsen gir en produktrenhet som er høyere enn den som hittil har vært mulig, idet cellulosematerialet bringes i kontakt med lut av økende konsentrasjon. (Det er velkjent at vanlig cellulosekoking hvor lutkonsentrasjonen av-tar, har en tendens til å utfelle hemicellulose igjen.)

Andre resultater er at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen nedsetter cellulosemassens permanganattall.

Dette betyr at cellulosemassen kan blekes lettere, slik at

mindre mengder blekningskjemikalier, i særdeleshet klor, er nødvendig. Dette sammen med det økede samlede utbytte som oppnås av trevirket, mer enn oppveier prisen på alkali som er nødvendig ved etterbehandlingen. Dessuten unngår man mercerisering og unødvendig senkning av viskositeten.

Da avluten ved den foreliggende fremgangsmåte brukes igjen i prosessen sett som helhet, er de eneste omkostninger for kjemiske råmaterialer omkostningene i forbindelse med den lut som må tilsettes for å erstatte det som føres ut av prosessen med cellulosemassen, og som er relativt små mengder - omkring 14 kg natriumkarbonat pr. tonn ferdig maskintørket masse.

Cellulosemassen som skal behandles, underkastes fortrinnsvis først en delvis for-hydrolyse og oppsluttes deretter i den samme eller i en annen beholder. I korte trekk er for-hydrolysen en behandling av treflis med damp og/eller varmt vann ved forhøyet temperatur og trykk, hvor det i noen tilfelle kan være tilsatt en syre, f.eks. svovelsyre. Det dreier seg alltid om hydrolyse som oppløseliggjør noe av hemicellulosene, inkl. pentosaner og andre forurensninger i flisen.

Ved cellulosekokingen i samsvar med kraftmetoden i henhold til foreliggende oppfinnelse tilføres kraft- eller sulfat-hvitluten, som omfatter natriumsulfid, natriumhydroksyd og natriumkarbonat, til flisen i cellulosekokeren, og oppslutningen finner sted i en viss tid ved en bestemt, forhøyet temperatur

(over 100°C) og trykk på vanlig måte for å oppløse lignin og andre stoffer. Avluten fra kokingen er svartlut eller brukt kokelut, og denne inneholder betydelige mengder oppløste stoffer fra trevirket og alkali.

Utførelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til tegningen. Denne viser et flytskjema, hvor de forskjellige behandlings-soner er vist skjematisk. Med utstyr som antydet på tegningen blir kokingen gjerne utført chargevis, men også kontinuerlig koking er mulig. Flis og andre cellulosematerialer som skal behandles, tilføres til kokeren 121. Ved anvendelse av et diskontinuerlig system innføres damp ved 122, og flisen for-hydrolyseres ved forhøyet temperatur og trykk. Etter for-hydrolysen tappes det dannede hydrolysat av ved 123.

Kraftkokevæske tilføres kokeren 121 gjennom ledning 124, som fører alkalisk hvitlut fra vaskesonen 131 til kokeren. Damp tilføres kokeren ved 122, og flisen oppsluttes ved for-høyet temperatur og trykk. Etter oppslutningen tømmes eller "blåses" flisen fra cellulosekokeren over i en blåsetank 125. Ved denne "blåsing" blir flisen desintegrert til individuelle fibre eller "masse".

I fortrengningssonen 126 vaskes den svakt alkaliske svartluten i massen ut av denne, f.eks. i vanlige vakuum-tromme1-vaskere, idet svartluten fortrenges med sterk alkalisk hvitlut som tilføres ved 127. Denne hvitlut tilføres fra vaskesonen 131 og er således av samme art som den hvitlut som tilføres kokeren gjennom ledning 124. Den svakt alkaliske svartlut som fortrenges, og som uttas ved 128, bearbeides på vanlig måte for gjenvinning av varme og kjemikalier for ny anvendelse i prosessen.

Cellulosemassen føres deretter til en utlutingstank 129, hvor massen utlutes med den alkaliske hvitlut som den mottok i fortrengningssonen 126. Ytterligere alkalisk lut eller hvitlut tilsettes cellulosemassen ved 130 i den grad dette er nødvendig for opprettholdelse av de ønskede konsentrasjoner av kjemikalier i systemet.

Fra utlutingssonen 129 føres massen til en vaskesone 131, hvor den alkaliske hvitlut vaskes ut av cellulosemassen i'

vaskeinnretninger, eksempelvis vanlige vakuum-trommelvaskere, idet den alkaliske hvitlut fortrenges med vann, som tilføres ved 132. Hemicellulosene og andre forurensninger resirkuleres med den brukte hvitlut delvis til cellulosekokeren 121 og delvis til fortrengningssonen 126 via ledning 127.

Mens det har vist seg at de foretrukne betingelser for behandling av cellulosemassen i utlutingstanken 129 er en konsentrasjon på 120 g pr. liter, beregnet som natriumhydroksyd, ved en temperatur på 49°C i 1 time, kan en virknings-full utlutingstid variere i området fra 5 til 120 minutter,

men den er ikke kritisk. Praktisk mulige temperaturer ved utlutingen kan variere i området fra 21°C til 82°C, men er ikke kritisk. Høyere temperaturer ved utlutingen krever en høyere lutkonsentrasjon. En praktisk brukbar konsentrasjon av ut-lutingsvæsken kan variere fra 50 til 150 g pr. liter, beregnet som NaOH, men er ikke kritisk. En praktisk konsistens for cellulosemassen ved utlutingen kan være mellom 1% og 6% og er fortrinnsvis 3%, men er ikke kritisk.

En sterk vandig oppløsning av natriumhydroksyd

(25 vektprosent natriumhydroksyd) kan brukes for å forsterke hvitluten som brukes ved etterbehandlingen, og som en hurtig måte til å regulere alkalikonsentrasjonen under utlutingstrinnet i tilfelle av driftsforstyrrelser. Den sterke natriumhydroksyd-oppløsningen som anvendes kan ha en konsentrasjon mellom 10 og 75 vektprosent natriumhydroksyd.

Konsentrasjonen og temperaturen som brukes ved utlutingen, avhenger av slike faktorer som den høyest mulige konsentrasjon av frisk hvitlut, den laveste konsentrasjon som kan godtas for den gjenvunnede lut til koking, den laveste temperatur som kan opprettholdes ved utluting og fortrengningseffektiviteten i vaskerne. I alminnelighet fåes det ønskede rayon-cellulose-innhold på 98,5% (bleket) når konsentrasjonen i gram pr. liter, beregnet som natriumhydroksyd, og temperaturen er henholdsvis 120 g pr. liter.og 49°C.

Cellulosemasser som er behandlet ved fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse, kan i alminnelighet blekes til en høyere hvithet enn vanlige cellulosemasser.

Et annet resultat er at foreliggende fremgangsmåte regelmessig nedsetter permanganat-tallet av cellulosen; dette betyr at cellulosemassen kan blekes lettere, slik at forbruket av kjemikalier for bleking, i særdeleshet forbruket av klor, nedsettes. Sammen med det økede samlede utbytte som fåes av trevirket, oppveier dette mer enn omkostningene i forbindelse med alkalitilsetningen som er nødvendig ved behandlingen.

Det har i virkeligheten vist seg at på grunn av det

lavere forbruk av blekekjemikalier, kan etterbehandlet cellulosemasse blekes økonomisk til en høyere hvithetsgrad og renhet med en tydelig forbedring av rayon-styrke og utmattingsegenskaper ved å unngå kloreringstrinnet og den påfølgende ekstraksjon med natriumhydroksyd og ved å bruke et minimum av hypokloritt, idet man isteden anvender en eller flere klordioksydbehandlinger for å rense cellulosemassen. Et slikt blekesystem kan forbedre rayonkvaliteten i ikke-etterbehandlede derivatmasser, men på grunn av det høyere forbruk av bleke-kjemikalier for disse cellulosemasser sammenlignet med etterbehandlede cellulose- , masser, kan omkostningene bli uforholdsmessig store, og cellulosemassen kan ikke blekes til samme hvithetsgrad og renhet.

Som et typisk eksempel på forbedringene i henhold til foreliggende fremgangsmåte behandles etterbehandlet cellulosemasse med syre ved en pH-verdi på 3,1 og en konsistens på 3,0%

i 40 minutter. Deretter vaskes cellulosemassen på en trommel-vasker og nøytraliseres med natriumhydroksyd.;;-

Deretter blekes cellulosemassen med omkring 0,4% klor-dioksyd, basert på cellulosemassen, ved en konsistens på 10,0% og. en temperatur på 65°C i 190 minutter, hvoretter cellulosemassen vaskes.

Cellulosemassen behandles deretter med omkring 0,2% natriumhydroksyd, basert på cellulosemassen, ved 82°C og en konsistens på 10,0% i 70 minutter, hvoretter cellulosemassen vaskes.

Cellulosemassen blekes deretter med omkring 1,0% klor-dioksyd, basert på cellulosemassen, ved 71°C og en konsistens på 10,0% i 190 minutter, hvoretter cellulosemassen vaskes.

Deretter behandles cellulosemassen med hypokloritt som nødvendig for å regulere slutt-viskositeten, hvorpå cellulosemassen behandles med svoveldioksyd til. en pH-verdi på 2,9 ved 49°C og en konsistens på 6,5% i 45 minutter. Den blekede cellu-. losemasse vaskes og er så klar for videre bruk.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av derivatmasse, hvor det celluloseholdige fibermateriale, som inneholder lignin og hemicellulose, kokes med alkalisk væske, fortrinnsvis etter et forhydrolysetrinn, idet det kokes med alkalisk kokevæske i en kokesone, og hvor den alkaliske avlut uttas for gjenvinning, .og hvor massen fra kokesonen utlutes med sterk alkali for fjerning av hemicellulose og deretter vaskes med vann for fortrengning av alkali, som nyttes på ny i prosessen, og den kokte cellulosemasse behandles med alkalisk fortrengningsvæske som er sterkere enn kokevæsken og som fortrenger kokevæsken i en fortrengningssone, fra hvilken den alkaliske væske uttas for gjenvinning, karakterisert ' ved at massen deretter behandles i en utlutingssone (129) med den sterkere alkaliske væske, hvoretter den føres inn i en vaskesone (131), hvor den utlutede (foredlede) masse behandles med vann (132) for å fortrenge den alkaliske væske, og at en del av den fortrengte alkaliske væske re-turneres til fortrengningssonen (126) og en del oppvarmes og returneres til kokesonen (121), og de mengder sterk hvitlut som må tilføres prosessen utenfra, innføres i utlutings- eller foredlingssonen (129) , og at den alkaliske væske først anvendes for utluting og deretter fortrenges med vann og deretter i det minste delvis anvendes til å fortrenge svartlut (brukt kokevæske).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den kokte masse kjøles i den sterke alkaliske væske i fortrengningssonen (126).