NO157906B - Kontrollprosess for noeyaktig regulering av tilfoerselshastigheten og innholdet av aluminiumoksyd i en celle, en apparatur for gjennomfoering av prosessen samt anvendelse av prosessen og apparaturen. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved fremstilling av sulfatcellulose.

Ved fremstilling av sulfatcellulose kokes

som kjent ved (flis) med en kokevæske, inne-holdende NaOH og Na2S, den såkalte hvitlut,

og en deri innblandet variabel mengde av

svartlut fra et foregående kok. Herved oppstår imidlertid under kokets gang en meget

generende, ubehagelig lukt. De illeluktende

substanser består først av visse svovelforbin-delser, som methylmerkaptan (CH^SH), me-thylsulfid ((CHiO-S) samt methyldisulfid

((CH:i)2Sj), hvortil kommer svovelhydrogen

(H»S), som trolig dannes sekundært av CH:(SH.

Foruten disse substanser dannes også methyl-alkohol (CH.iOH).

Oppfinneren har tidligere vist at om

veden (flisen) forbehandles med alkalisk opp-løsning eller med forskjellige konsentrasjoner

av svartlut, som oppnås fra en foregående sulfatkokning av flis, hvilken tidligere forbehandles med alkali på kjent måte, kan oppståelsen

av vondt-luktende substanser helt eller for

aller største delen undertrykkes, idet den så-ledes forbehandlede flisen siden underkastes

vanlig sulfatkokning.

Herved har det imidlertid vist seg at når

slik forbehandling utføres i teknisk skala (fa-brikkskala) oppstår visse vanskeligheter ved

utføring av forbehandlingen på en slik måte

at hele flismengden i kokeren eller i annet kar

blir jevnt påvirket. En del av flisen blir nemlig lett ufullstendig forbehandlet, slik det

fremgår av følgende beskrivelse. Herved oppstår risiko for at en viss mengde vondt-luktende substanser dannes ved den etterfølgende

sulfatkokning.

Oppfinneren har inngående studert dette forhold, samt i forbindelse med at flisen før sulfatkokningen forbehandles med sirkulerende svak alkalisk oppløsning, f. eks. svartlut, kommet frem til en enkel fremgangsmåte, hvorved jevn forbehandling med minst mulig forbruk av alkali oppnås på kortest forbehand-lingstid. Det bør iakttas at kort forbehand-lingstid kreves for at investeringsomkostnin-gen for hele kokeutrustningen ikke nevnever-dig økes. Ifølge oppfinnelsen tilføres forbe-handlingsoppløsningen alkali under sirkulasjonstiden ved forbehandlingen, slik at opp-løsningens alkali-innhold holdes tilnærmet konstant og ved ikke over 10 g NaOH pr. liter under en vesentlig tid av behandlingen.

For nærmere forklaring av oppfinnelsen og den derved oppnådde tekniske effekt skal her redegjøres for noen utførte forsøk i for-søkskoker på ca. 55 liters volum, i hvilken utføres såvel forbehandling med alkalisk opp-løsning som kokning med kokevæske (hvitlut fra sulfatfabrikker). Vedlagte diagram viser det kjemiske reaksjonsforløp under forbehandlingen, når denne skjer under ulike betingelser. På den horisontale akse i dette diagram er tiden målt i minutter. Tiden O er tiden for den første prøvetagning etter at forbehandlingsoppløsningen er innført: a. er tiden for begynnelsen av innføring av forbehandlingsoppløsningen; b. er tiden når halve forbehandlingsoppløs-ningen er innført; c. er tiden når hele forbehandlingsoppløsnin-gen er innført.

Ved hvert forsøkskok innføres 7,9 kg flis (beregnet som tørr flis) av fabrikkens furuflis. Flisen påfylles kokeren på vanlig måte og pakkes jevnt samt «bases» med di-rekte damp på samme måte som i fabrikken, hvorved temperaturen i løpet av 10 minutter stiger til 99 å 100° C. Deretter lukkes kokerens flispåfyllingsåpning og kokeren er nå ferdig for innføring av forbehandlingsoppløsningen. Denne, som er forvarmet til ca. 65° C, innføres fra et sidekar, gradert i volumenheter samt forsynt med bunnavløp, som leder til kokerens sirkulasjonspumpe. Hvitluten for selve kok-ningsprosessen innføres senere på samme måte. Med denne påfyllingsanordning kan såvel forbehandlingsoppløsningen som hvitluten innføres nøye til ønsket mengde i kokeren, og tiden for disse innføringer kan bestemmes med sikkerhet. Det har nemlig vist seg å være nødvendig å kunne avlese dels tiden ved begynnelsen av innføringen av forbehandlings-oppløsningen og dels når hele det bestemte oppløsningsvolum er innført.

Under såvel forbehandlingen som under oppkjøringen av koket samt under selve sulfatkokningen er sirkulasjonspumpen i gang, og oppløsningen sirkuleres slik at den passerer gjennom kokerens flissøyle ovenifra og ned-over på ca. 1 minutt (= omløpstiden). For-behandlingsoppløsningen kan holdes ved ønsket temperatur under sirkulasjonen ved in-direkte varming av kokeren (med damp). I flertallet av forsøkene holdes en temperatur på 70° C, men forsøk ble gjort også ved 80° C, hvilken temperatur dog ei viste avvikende verdier mot forsøkene ved 70° C.

Hvert forsøk ble gjort med 45 liter for-behandlingsoppløsning og dens innhold av natronlut var forutbestemt (i diagrammet angis det i g NaOH pr. liter). Når forbehandlings-oppløsningen innsuges i kokeren med sirkulasjonspumpen fortsettes denne sirkulasjon og med 5 minutters mellomrom uttas prøve fra forbehandlingsoppløsningen for bestemmelse av natronlut-mengden. Den første uttatte prøve tas ved tiden 0, og denne tiden utregnes til en viss tid i minutter og sekunder etter den tid da halve mengden av forbehandlingsopp-løsningen er tilsatt kokeren. De forskjellige uttatte prøvene analyseres på natronlut og de erholdte verdier innføres i diagrammet og ga en kurve for hvert kok. Som eksempel vises følgende to forsøk, hvilkes middelverdi har gitt kurven nr. 3 i diagrammet. I dette tilfellet ble forbehandlingen gjort med svartlut. På samme måte er de øvrige kurver i dia-grammet oppstilt og representerer herved

Etter forbehandlingen må et visst volum av forbehandlingsvæsken avtappes slik at det finnes plass for den mengde hvitlut som må tilføres for å gjennomføre sulfatkoket på vanlig måte. Sluttvolumet skal da være 44 liter i samtlige prøver (egnet volum for sirkulasjonen) .

Det fremgår av ovenfor angitte forsøks-resultat og av kurvene i diagrammet at disse bestemmelser kunne gjøres med stor sikkerhet — et 20-tall slike bestemmelser (kurver) er utført. Alle kurvene har samme typeut-seende og følgende resultat kan sluttes fra disse kurver.

a) Forbruket av NaOH skjer ^ved kjemisk reaksjon mellom NaOH og en eller annen del

av veden (harpiksen i veden spiller herved ubetydelig rolle, da 1 del harpikssyre binder bare 0,12 deler NaOH). b) Reaksjonshastigheten representeres av tangenten til kurvene og denne tangents stil-ling varierer meget med tiden — den er stor i begynnelsen og avtar mer og mer med tiden; etter ytterligere 30 minutter (— totalt 1 time) kan man anta at full likevekt er oppnådd. c) Mest utpreget er dette i kurven 6, for der er reaksjonshastigheten i begynnelsen 150—

200 ganger så stor som etter 30 minutter og i begynnelsen er hovedmengden av alkaliet omsatt på 1—2 minutter.

d) Etter 25—30 minutter er hastigheten gått ned meget, men fremdeles pågår tydelig en

reaksjon — i særdeleshet ifølge kurve 6.

e) Etter 30 minutter har for kurvene 1—5 hastigheten sunket til betydelig lavere verdi

enn for kurven 6 (ved samme tid), men ved denne tid har alkaliteten i oppløsningen minsket høyst betydelig, nemlig til 1,70 g NaOH/ lit. for kurve 1 til 3,80 for kurve 3 mot 6,50 for kurve 6.

f) Denne variasjon i omsetningshastigheten samt i omsatt mengde NaOH ifølge de ulike

kurvene forklares av at forbehandlingsopp-løsningen må trenge inn i flisen og at NaOH på denne måte føres inn i trebitene (flisen), hvilket skjer med forskjellig hastighet alt etter konsentrasjonen av NaOH — på 30 minutter er ifølge kurvene 1—4 omsatt ca. 4 g NaOH pr. liter, men for kurve 6 nesten 8 g NaOH pr. liter.

Dette forhold, at svake alkaliske oppløs-

ninger ved så lav temperatur som 70° C og på så kort tid som noen ti-talls minutter tren-ger gjennom hele flisbitene, og at alkaliet derved reagerer kjemisk med veden, er et bemer-kelsesverdig forhold, som tidligere ikke har vært kjent. Dette innvirker i aller høyeste grad på forbehandlingsmetodens praktiske anvendelse. På dette kjennskap bygger oppfinneren de premisser, som ledet til oppfinnelsen.

Mengden NaOH, som forbrukes ved forbehandlingen ifølge kurve 6, er etter 30 minutter 14,3—6,5 — 7,8 g NaOH pr. liter oppløs-ning og om kurven f. eks. hadde fortsatt til 60 minutter kan man anslå at likevekten oppnås ved ca. 5,8 g NaOH pr. liter, i hvilket tilfelle 14,3—5,8 = 8,5 g NaOH pr. liter opp-løsning forbrukes. Med 45 liter forbehand-lingsoppløsning blir da den omsatte mengde NaOH 45 X 8,5 = 382 g NaOH, som gir 382

= 48,4 g NaOH pr. 1 kg tørr flis. Herved

7,9

omsettes en betydelig mengde alkali, nemlig 48,4

X 100 — 24,2 % av minimumsmengden

200

virksomt alkali (som ifølge litteraturen er

48,4

200 g pr. 1,0 kg tørr ved) eller x 100

250

= 19,3 % av den i praksis nødvendige mengde, alt ved sulfatkokning.

Ifølge oppfinnelsen turde ved NaOH-behandlingen en kjemisk reaksjon med veden inntreffe under dannelse av en indre ester, såkalt lakton, hvorved en CHa-gruppe bindes slik at de flyktige methylforbindelsene CHsOH og CHaSH ikke oppstår. Jo fullstendigere denne omvandling blir i hele flispartiet (ved natronlutens fullstendige gjennomtrengning av flisen), desto mindre flyktige methylfor-bindelser oppstår under det følgende sulfatkok.

Ved forbehandlingen skal man altså til-føre en viss mengde NaOH til flisen. Skjer dette imidlertid på den måte at hele NaOH-mengden allerede fra begynnelsen inngår i forbehandlingsoppløsningen, blir innholdet av NaOH i denne oppløsning stor og følgelig blir det ved forbehandlingens begynnelse meget stor kjemisk omsetning, hvilken siden synker temmelig hastig. Dette er en meget stor ulempe, i særdeleshet om forbehandlingsopp-løsningen har lang vei å renne over flissøylen. Ved forsøkskokeren er denne tid omkring 1 minutt, men ved fabrikkskokere (50—100 m<3 >og mer) blir tiden 5—10 minutter. Ved for-søkskokeren blir tydelig flisen uten vanskelighet jevnt 'behandlet, men i en stor koker blir forbehandlingen ujevn, for den øvre delen av flissøylen opptar hastig den større delen av alkaliet, men for den nedre delen finnes bare svak alkalioppløsning med sin meget lang-somme kjemiske omsetning, hvilket for den nedre delen av flissøylen gir en ufullstendig forbehandling. Dertil kan komme ujevnhet i sideretning ved oppløsningens ujevne strøm-ning.

Denne ujevnhet ved forbehandlingen kan unngås ifølge oppfinnelsen, som går ut på at forbehandlingsoppløsningen under sirkulasjonen tilføres en viss mengde alkali, hensiktsmessig i oppløsningen. For å fremme alkaliets fordeling i sirkulasjonsoppløsningen, skjer al-kalitilsetningen hensiktsmessig foran sirkulasjonspumpen. Innholdet av NaOH i forbehand-lingsoppløsningen forhøyes altså innen denne på nytt går inn i kokeren. Slik tilsetning av alkali kan gjøres i flere omganger med pas-sende mellomrom eller også kan alkalitilset-ningen gjøres kontinuerlig og med slik mengde av alkali at innholdet derav i forbehandlings-oppløsningen holdes nesten konstant og ved kjent ønsket verdi under en viss tid.

På denne måte, som lett kan ordnes teknisk i sulfatkokeriet, kan man helt beherske forbéhandlingsreaksjonen slik at full jevnhet oppnås i flisen.

Anvendes svartlut av forskjellig konsen-trasjon til forbehandlingen holder denne lut omkring 6 g NaOH pr. liter og når den har pas-sert gjennom flissøylen har alkalikonsentra-sjonen kanskje sunket til f. eks. 3 g NaOH pr. liter. Man kan da tilsette så meget alkali at innholdet økes til f. eks. 4,5 g og holde denne verdi konstant under en viss tid. Etter som forbehandlingen skjer ved temperatur under 100° C arbeider kokeren ved atmosfæretrykk, hvorfor ingen vanskelighet foreligger for inn-føring av oppløsningen.

Det alkali, som tilsettes, kan være ren alkali (av forskjellig slag), men man kan også

som alkalitilsetning anvende en liten mengde hvitlut fra cellulosefabrikken, f. eks. en mengde tilsvarende 1/10—1/20 av den mengde som skal tilsettes koket ved den etterfølgende sulfatkokning. Den mengde Na^S som finnes i hvitluten og som etter blanding i sirkulasjonsluten blir meget fortynnet, kan ved den relativt lave temperatur, ca. 70° C, ikke på den korte tiden av 15—20 minutter forårsake noen omsetning til CH:iSH (i analyserbar mengde). For at dannelsen av CHmSH skal bli ytterst lav, bør derfor hvitluten tilsettes sirkulasjonsluten før forbehandlingstidens slutt. Sirkulasjons-volumet må innen den første hvitluttilsetning (1/10—1'20) gjøres, ha minsket så meget ved uttagning av lut at den endelige hvitlutmeng-den får plass i kokeren.

Ved kontinuerlig arbeidende sulfatkokere utføres forbehandlingen med alkalisk oppløs-ning enten før den kontinuerlige kokeren eller også i den kontinuerlige kokerens øvre del.

Ved forbehandling av flisen på ovenfor beskrevne måte, kan man oppnå et øket masse-utbytte på omkring 5 %.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av sulfatcellulose av treflis for å hindre oppståelse av vondtluktende substanser ved sulfatkokningen, ved før sulfatkokningen å forbehandle flisen med en sirkulerende, svak alkalisk for-béhandlingsoppløsning, f. eks. svartlut, karakterisert ved at forbehandlingsopp-løsningen tilføres alkali kontinuerlig eller por-sjonsvis under sirkulasjonstiden ved forbehandlingen, slik at oppløsningens alkali-innhold holdes tilnærmet nær konstant og ikke overstigende hva som tilsvarer 10 g NaOH pr. liter, under den vesentligste tid av behandlingen.

2 Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at alkaliet tilsettes i form av hvitlut.

3. Fremgangsmåte ifølge påstand 2, karakterisert ved at hvitluten når tilset-ningen foregår trinnvis tilføres mot slutten av sirkulasjonstiden og da som siste tilsetnings-trinn.

4. Fremgangsmåte ifølge noen av påstan-dene 1—3, karakterisert ved at den gjennomføres i forbindelse med etterfølgende kontinuerlig kokning av den forbehandlede treflisen.