RU2091530C1

RU2091530C1 - Способ отбеливания древесной пульпы

Info

Publication number: RU2091530C1
Application number: RU9293058344A
Authority: RU
Inventors: Чанг Ху-мин; Джамиль Хасан; Е.Сегер Джеоффри
Original assignee: Норс Каролина Стейт Юниверсити
Priority date: 1991-02-01
Filing date: 1992-01-29
Publication date: 1997-09-27
Also published as: FI933409A; CA2101752A1; US5268075A; CN1041541C; AU1467892A; DE69228872D1; JPH06510335A; WO1992013991A1; EP0576541A4; EP0576541A1; EP0576541B1; CN1065109A; FI933409A0; PL170541B3

Abstract

Использование: изобретение относится к отбеливанию древесной пульпы, в частности к отбеливанию двуокисью хлора, и предназначено к применению в целлюлозно-бумажной промышленности. Сущность изобретения состоит в том, что способ отбеливания включает по меньшей мере одну стадию отбеливания водной суспензии древесной пульпы с использованием двуокиси хлора. При этом по меньшей мере одну стадию отбеливания проводят в два этапа. Первый и второй этапы стадии отбеливания имеют разные конечные значения pH, причем на первом этапе стадии отбеливания осуществляют смешивание водной суспензии древесной пульпы со щелочью с использованием от 10 до 50% от общего количества двуокиси хлора в течение 5 - 40 мин так, что значение pH в конце первого этапа стадии отбеливания составляет 6,0 - 12,0, а на втором этапе стадии отбеливания добавляют оставшееся количество двуокиси хлора и полученную смесь перемешивают в течение двух или более часов так, что значение pH в конце второго этапа стадии отбеливания составляет 1,9 - 4,2. Приводятся режимы этапов стадий отбеливания. 12 з.п. ф-лы, 2 ил. 7 табл.

Description

Изобретение относится к отбеливанию древесной пульпы и, в частности, к усовершенствованному способу отбеливания древесной пульпы двуокисью хлора, заключающемуся в том, что древесную пульпу подвергают двухступенчатому высокий pH/низкий pH отбеливанию, результатом которого является значительное снижение использования двуокиси хлора, требуемой для осветления древесной пульпы.

Как хорошо известно в области отбеливания древесной пульпы, основными целями при отбеливании древесной пульпы являются увеличение осветления пульпы и подготовка ее для производства печатной бумаги, а также тонкой папиросной бумаги путем удаления или изменения некоторых составляющих неосветленной пульпы, включая лингин и его продукты разложения, смолы, ионы металлов, компоненты бесцеллюлозного карбогидрата и различного типа частиц. Отбеливание химической древесной пульпы обычно осуществляют путем многоступенчатого способа с использованием элементарного хлора, каустической соды, гипохлоритов, кислорода, пероксида водорода и двуокись хлора. Число стадий, требуемых в отдельном способе отбеливания, зависит от природы неосветленной пульпы также, как от конечной цели использования пульпы. Сульфатная или крафтовая пульпа является сегодня самой типичной пульпой, которую обычно отбеливают в пятистадийном способе, который обозначают (CD) (EO) DED. В указанном обозначении (CD) (EO) DED D означает двуокись хлора, C обозначает элементарный хлор, E обозначает каустическую экстракцию и O обозначает газ кислород. Многостадийный способ в бензине включает стадию хлорирования (CD), стадию первой окислительной экстракции (EO), стадию первого отбеливания (D₁), стадию второй каустической экстракции (E₂), а также вторую и конечную стадии отбеливания (D₂).

В соответствующем (CD) (EO) DED многостадийном способе отбеливания каждая из двух стадий отбеливания двуокисью хлора проводится как одностадийный процесс с конечным значением pH около 3,8 в течение трех часов при 70^oC. Общеизвестно, что pH имеет большое влияние на степень осветления и прочностные свойства также, как химические примеси, находящиеся в смеси древесной пульпы, и поэтому частное значение pH определяется оптимальным для каждой из двух стадий отбеливания двуокисью хлора в процессе (CD) (EO) DED. Следует также учесть, что хотя последовательность (CD) (EO) DED является специально предназначенной, одноступенчатая стадия отбеливания двуокисью хлора может быть использована в любой стадии D для других трех-, четырех-, пяти- или шестистадийных способов отбеливания, известных специалистам в данной области отбеливания пульпы.

Недостатком одноступенчатой стадии отбеливания двуокисью хлора, используемой в настоящее время в целлюлознобумажной промышленности, является то, что примерно 30% двуокиси хлора теряется при образовании непрореагировавших видов хлоритов и хлоратов, а это очень нежелательно с точки зрения относительно высокой стоимости двуокиси хлора. Настоящее изобретение решает этот хорошо известный недостаток в области отбеливания двуокисью хлора путем значительного снижения потерь двуокиси хлора во время процесса отбеливания двуокисью хлора. Преимуществами значительного снижения потерь двуокиси хлора являются значительное снижение цены способа отбеливания двуокисью хлора, а также снижение уровня загрязнения.

Наиболее близким аналогом данного изобретения является способ отбеливания древесной пульпы, включающий, по меньшей мере, одну стадию отбеливания водной суспензии древесной пульпы с использованием двуокиси хлора (патент FR N 2373638, D 21 C 9/14, 1978).

Описание изобретения.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается усовершенствованный способ отбеливания древесной пульпы в водной суспензии с использованием двуокиси хлора, в котором двухступенчатая стадия отбеливания замещается соответствующей одноступенчатой стадией отбеливания, известной специалистам в области отбеливания древесной пульпы. Новый способ включает первую обработку водной суспензии древесной пульпы путем первого отбеливания за счет смешивания ее с водным раствором двуокиси хлора и поддержания смеси при pH между 5 10 в течение 5-40 мин. Затем вводят кислоту или кислый газ в смесь с целью снизить pH до значений pH между примерно 1,9-4,2, а затем смесь подвергают второму отбеливанию при сниженном pH в течение 2 или более часов, наиболее предпочтительно около 2,5-3,9 ч. Этот новый способ может быть использован в D₁ или D₂ стадии (CD) (EO) DED отбеливающей последовательности также, как и в любой отбеливающей D стадии другого трех-, четырех-, пяти-, шести- или семистадийной последовательности отбеливания. Рабочая температура во время нового способа должна быть между 55-85^oC, а конечная консистенция пульпы должна составлять около 3-12%
Следовательно, задачей изобретения является получение более эффективного отбеливания двуокисью хлора в способе отбеливания древесной пульпы.

Другой задачей изобретения является значительное сокращение (снижение) превращения двуокиси хлора в неосветленные химикалии во время способа отбеливания древесной пульпы.

Также задачей настоящего изобретения является снижение стоимости процесса отбеливания древесной пульпы.

Еще одной задачей изобретения является получение высокой степени осветления древесной пульпы с выбранной загрузкой двуокиси хлора, чем это было возможно раньше.

Выше были указаны некоторые задачи изобретения, другие задачи станут очевидными из описания, сделанного в связи с приложенными фигурами.

На фиг. 1 изображен график воздействия pH на хлорат и хлорит, образование в отбеливании двуокисью хлора крафтовой пульпы (репринт из "The Bleaching of Pulp", Ed. R.P.Singh, стр.137); на фиг. 2 график D₁ осветления для пульпы по фиг. 2, когда D₁- загрузка изменяется в зависимости от пульпы для стандартного одноступенчатого способа отбеливания и нового двухступенчатого способа отбеливания по настоящему изобретению; на фиг. 3 - график D₂ осветления в зависимости от загрузки двуокиси хлора для стандартного одноступенчатого способа отбеливания и нового двухступенчатого способа отбеливания по настоящему изобретению, где D₂ загрузка составляет 0,2% ClO₂ в пульпу; на фиг. 4 график D₁ и D₂ осветления в зависимости от загрузки двуокиси хлора для стандартного одноступенчатого способа отбеливания и нового двухступенчатого способа отбеливания по настоящему изобретению; на фиг. 5 график D₁ - осветления в зависимости от процентного содержания (%) двуокиси хлора в пульпу (D₁-загрузка) для стандартного одноступенчатого способа отбеливания и нового двухступенчатого способа отбеливания по настоящему изобретению; на фиг. 6 график D₂ осветления для пульпы по фиг. 5, когда загрузка D₂ составляет 0,2% двуокиси хлора в пульпу для стандартного одноступенчатого способа отбеливания и нового двухступенчатого способа отбеливания по настоящему изобретению; на фиг. 7 график конечного осветления в зависимости от загрузки ClO₂ для стандартного одноступенчатого способа отбеливания и нового двухступенчатого способа отбеливания по настоящему изобретению с использованием (CD) (EO) D последовательности. Возвращенное осветление показано также после 24 ч при 105^oC; на фиг. 8 - график D₁ вязкости в зависимости от D₁ pH для стандартного одноступенчатого способа отбеливания, а также высокого pH для нового двухступенчатого способа отбеливания по настоящему изобретению; на фиг. 9 график общего органического хлора (TOCl) или (AOX) в D₁ плюс E₂ эффлюентах в зависимости от загрузки D₁ для стандартного одноступенчатого способа отбеливания и нового двуступенчатого способа отбеливания по настоящему изобретению; на фиг. 10 графики хлората, полученного в D₁ стадии в зависимости от конечного pH; на фиг. 11 график полученного хлората в зависимости от D₁ загрузки и CE числа каппа для стандартного отбеливания; на фиг. 12 график полученного хлората в зависимости от D₁ загрузки и CE числа каппа для нового двуступенчатого высокий/низкий pH способа отбеливания по настоящему изобретению; на фиг. 13 - график полученного хлората в виде процентного содержания (%) двуокиси хлора, превращенного в хлорат в зависимости от процента (%) двуокиси хлора в D₁ для стандартного одноступенчатого способа отбеливания и нового двуступенчатого высокий/низкий pH способа отбеливания по настоящему изобретению; на фиг. 14 график D₁ осветления пульпы в зависимости от процентного содержания двуокиси хлора в пульпе (D₁ загрузка) для стандартного одноступенчатого способа отбеливания и нового двухступенчатого высокий/низкий pH способа отбеливания по настоящему изобретению, в котором средняя линия является расчетным осветлением, обусловленным сниженным образованием хлората; на фиг. 15 график образования хлората в зависимости от D₁ осветления для стандартного одноступенчатого способа отбеливания и нового двуступенчатого высокий/низкий pH способа отбеливания по настоящему изобретению; на фиг. 16 две (2) различные системы для установок отбеливания древесной пульпы для внедрения двуступенчатого высокий/низкий pH способа отбеливания по настоящему изобретению; на фиг. 17 график ответной реакции осветления на расщепление добавки двуокиси хлора при двуступенчатом высокий/низкий pH способе отбеливания; на фиг. 18 график ответной реакции вязкости на расщепление добавки двуокиси хлора в двухступенчатом высокий/низкий pH способе отбеливания; на фиг. 19 график OD (EOP) AD последовательности отбеливания, сравнивающий стандартную D-стадию отбеливания, двуступенчатый высокий/низкий pH способ отбеливания и расщепление добавки двуокиси хлора при двуступенчатом высокий/низкий pH способе отбеливания, где D₁ загрузка составляет 0,6% ClO₂; на фиг. 20 график OD (EOP) AD последовательности отбеливания, сравнивающий стандартную D-стадию отбеливания, двуступенчатый высокий/низкий pH способ отбеливания, а также отбеливание за счет расщепления добавки двуокиси хлора в двуступенчатом высокий/низкий pH способе отбеливания, где D₁ загрузкой является 0,83% ClO₂; на фиг. 21 график OD (EOP) AD последовательности отбеливания, сравнивающий стандартную D-стадию отбеливания, двуступенчатый высокий/низкий pH способ отбеливания, а также отбеливание за счет расщепления добавки двуокиси хлора в двуступенчатом высокий/низкий pH способе отбеливания, где D₁ загрузкой является 1,1% ClO₂; на фиг. 22 график OD (EOP) AD последовательности отбеливания измельченной южной сосны.

Наилучший вариант осуществления изобретения.

Отбеливание крафтовых пульп двуокисью хлора обычно осуществляют при конечном значении pH 3,8 в течение 3 ч при 70^oC. Общеизвестно, что pH имеет большое значение для осветления и прочностных свойств также, как химические добавки, присутствующие в смеси. Как показано на фиг. 1, образование хлората возрастает при снижении pH раствора. При pH ниже 5 происходит большая потеря окисляющего порошка, поскольку полученный хлорат является инактивным как отбеливающее вещество. Наоборот, при увеличении pH превращение двуокиси хлора в анион хлорита, который тоже является инактивным по отношению к лигнину, увеличивается. Сумма хлорита и хлората является самой низкой при конечном значении pH 3,8, что является оптимальным значением для отбеливания двуокисью хлора. Однако образование хлорита не является в действительности потерей окислительной способности, поскольку окисление раствора хлорита образует хлористую кислоту, которая известна как химически активная по отношению к лигнину.

С целью увеличения эффективности отбеливания двуокисью хлора был открыт новый двухступенчатый способ, сущность которого заключается в следующем.

1. Пульпу смешивают с гидроксидом натрия и последовательно смешивают с двуокисью хлора в соответствующем виде. Значения pH поддерживают между 6 и 7,5 для оптимального осветления и вязкости, хотя наилучшие результаты получены при pH в пределах от примерно 5 до 10. Время реакции изменяется от 5 до 40 мин, а температура реакции находится в пределах от 55 до 85^oC, наиболее предпочтительной является 70^oС.

2. После начальной ступени отбеливания смесь пульпы окисляют до оптимального конечного значения pH 3,8 серной кислотой, соляной кислотой или другой подходящей кислотой. Хотя pH 3,8 является оптимальным значением для осветления, признано, что конечные значения pH от 1,9 до 4,2 дают значительное превосходство в осветлении по сравнению со стандартными способами отбеливания. Конечная консистенция пульпы составляет от 3 до 12% наиболее желательна около 10% а время реакции на этой второй ступени составляет 2 или более часа, наиболее желательно между 2,5 и 3,9 ч. Температура реакции находится между 55 и 85^oC, а наиболее желательна около 70^oC.

Для подтверждения эффективности нового способа, описанного в общем, заявителем были проведены детальные опыты по отбеливанию крафтовой пульпы южной сосны. Была получена композиция бумаги из папмашины перед установкой отбеливания, а для обеспечения максимального смешивания на стадии CD отбеливания оно проведено в пластиковых бутылях Nalgene, которые вращались в аппарате типа шариковой мельницы в течение полного времени реакции. Все стадии отбеливания проводились в закупоренных полиэфирных контейнерах, которые были перемешаны в различное время в ходе отбеливания для обеспечения собственно смешивания.

Параметры способа, которые использовались заявителем для многостадийного способа отбеливания, указаны в табл.1 ниже. Загрузки стадии хлорирования изменялись для достижения цели (CD) E каппа чисел, и все загрузки были на CD суровой небеленной пульпе. Оптимальными высокий/низкий pH значениями являются 6 7,5 и 3,8 соответственно. Были сделаны большие пробы (CD) E пульпы и затем разделены на индивидуальные DED пробы для сравнения. Все сравнения проводились на пульпах из одной и той же пробы (CD) E, и все воды, использованные при отбеливании и промывке, были дистиллированными. Растворы двуокиси хлора, использованные при тестировании, были получены путем окисления раствора хлорита натрия и абсорбированием газа ClO₂ в холодной дистиллированной воде. Содержание хлора в растворах оставалось между 7 и 10% (активное освоение).

Параметры способа для опытов по отбеливанию и аналитические методы, использованные в опытах, приведены ниже.

Осветление.

На основе результатов, полученных в тестах по отбеливанию, значительное повышение осветления всегда было обнаружено при использовании способа отбеливания высокий/низкий pH по сравнению со стандартными способами отбеливания. Как показано на фиг. 2, более высокие осветления D₁ достигнуты по сравнению с существующими технологиями отбеливания двуокисью хлора. На фиг. 2 высокие значения pH находятся между 8 и 9,5, а низкие значения между 1,9 и 2,1. Контрольный тест имел значение конечное pH от 3,3 до 3,7. При осветлении на уровне 76 ISO требовалась загрузка 0,9% ClO₂ в пульпу OD для стандартного отбеливания, тогда как только 0,68% требовалось при способе отбеливания высокий/низкий pH. Это дает 24%-ную экономию двуокиси хлора. В пятистадийном (CD) (EO) DED способе отбеливания, однако, эффект от выигрыша в осветлении снижается на конечной отбеливающей стадии (D₂). Это показано на фиг. 3, где пульпы по фиг.2 дополнительно отбеливаются в E₂ и D₂ стадиях, где D₂ стадии проводятся стандартным образом. После конечной стадии отбеливания получают 15%-ную экономию двуокиси хлора при степени осветления 88,3 ISO.

Несмотря на увеличение выхода (CD) E каппа числа (концентрация лигнина), экономию двуокиси хлора обнаруживают всегда при использовании способа отбеливания высокий/низкий pH. Это показано на фиг. 4 для пульпы с (CD) E каппа числом 8,5. Снова экономия примерно 0,2% ClO₂ в пульпе получена в стадии D₁, а величина экономии ниже при сравнимом осветлении в стадии D₂. Таким образом, даже при высоких значениях (CD) E каппа числа значительные сокращения в использовании двуокиси хлора реализуются в способе отбеливания по изобретению.

Подобные значения максимального осветления получены в стадии D₁ вне зависимости от того, к какому способу отбеливания прибегали. Это дает значение примерно 84,0 ISO для обоих способов при значении выхода (CD) E каппа числа 4,4 (см. фиг. 5). На фиг. 6 пульпа D₂ из фиг. 5 показала 11%-ную экономию двуокиси хлора даже при очень высоких значениях осветления 90,5 ISO, но случайно было получено самое большое значение 91,4 ISO при полной загрузке 1,2% ClO₂ в OD пульпу.

Одним из главных применений нового способа отбеливания высокий/низкий pH является его использование в трехстадийной последовательности (фиг. 7). Настоящие попытки, направленные на уменьшение операционных и стоимостных затрат при измельчении пульпы, привели к развитию технологии коротких последовательностей в целлюлозобумажной промышленности. Главными трехстадийными последовательностями являются (CD) (EO) D и (CD) (EOP) D, а также способ отбеливания с высоким/низким pH, в которых возможно снизить использование двуокиси хлора более, чем на 29%
Вязкость пульпы.

Измерения вязкости пульпы были произведены с использованием TAPPI стандарта T230 os-76. Ранее проводимая экспериментальная работа показала, что двуокись хлора при pH ниже чем 5 выборочно взаимодействует с лигнином, а при pH выше 7 двуокись хлора сильно взаимодействует с карбогидратом и лигнином в пульпе, что, в свою очередь, разрушает целлюлозную цепь. Как показано на фиг. 8, вязкость пульпы сильно зависит от pH реакционной смеси. Вязкость пульпы медленно снижается при pH от 6 до 7, затем быстро падает при значениях pH выше 7. Снижение вязкости при высоком/низком pH не имеет значения, поскольку время реакции на ступени высокого pH мало. Из полученных значений вязкости и осветления pH 6 7,5 и pH 3,8 являются оптимальными для высокого pH и низкого pH соответственно в двуступенчатом способе отбеливания высокий/низкий pH.

В табл.2 дан пример измеренных качеств пульпы из отбеленной партии, полученной на пульпе (CD) E каппа 4,4, а вязкость 25 сП. Среднее падение вязкости на 0,6 сП было обнаружено для двухступенчатого способа отбеливания при высоком/низком pH по сравнению с результатами стандартного отбеливания. Другие отбеленные партии продемонстрировали тот же эффект.

Общий органический хлор (TOCl) или (AOX)
TOCl (AOX) измерения в тестах заявителя были выполнены на стадиях D₁ и E₂ для одного набора данных. Значения были собраны вместе и показаны на фиг. 9. Неожиданно значения стандартного отбеливания TOCl были параболическими в зависимости от увеличения загрузки ClO₂, тогда как TOCl значения, полученные со способом высокий/низкий pH, изменялись незначительно. Значительное снижение в TOCl из отбеливания со способом отбеливания при высоком/низком pH может быть получено путем замещения двуокиси хлора, сэкономленной в стадии D₁, назад в стадии хлорирования (CD) в многостадийной последовательности отбеливания. Это даст снижение TOCl (AOX) в эффлюентах из установки отбеливания.

Хлорат.

Хлорат (ClO

\binom{-}{3}

) является хорошо известным гербицидом, и выгрузка хлората из бумажной мельницы привлекала большое внимание экологов, поскольку возможны вредные воздействия на различные микроморские водоросли и таковые наблюдались. Таким образом, улучшая эффективность отбеливания двуокисью хлора путем снижения производства хлората, можно получить благоприятное воздействие как на экономический выход, так и экологический. Превращение двуокиси хлора в хлорат может быть снижено путем двухстадийного способа отбеливания с высоким/низким pH для большинства загрузок сырья пульпы. При очень высоких химических загрузках (или низких концентрациях лигнина) образование хлората не зависит от того, используется новый или стандартный способ отбеливания, поскольку достигается высокое осветление.

Таким образом, важно определить, обеспечивается ли экономия двуокиси хлора при использовании двухступенчатого способа отбеливания высокий/низкий pH за счет последовательного снижения в образовании хлората. Два возможных пути образования хлората приведены ниже в уравнениях 1 и 2:

Уравнение 1 не является особо известной реакцией в отбеливании, проводимом при pH 7, поскольку присутствует только очень малая концентрация ионов гидроксила. При обычных условиях отбеливания pH начинается около 5 и падает ниже 4 к концу процесса отбеливания. При pH 5 менее 1% ионов гидроксила должны присутствовать для реакции, а при pH 4 существует только 0,1% ионов. Подтверждение этого наблюдения показано на фиг. 9. Указанные попытки показывают, что, если pH возрастает до 9, то образование хлората снижается.

Основным путем образования хлората является приведенное выше уравнение 2. В принципе, хлористая кислота взаимодействует сама с собой с образованием хлората и гипохлористой кислоты. Это биомолекулярная реакция, которую считают медленной при низких концентрациях. Хлористая кислота, как указано выше, является очень активной по отношению к лигнину. Хлористая кислота окисляет лигнин и сокращается до гипохлористой кислоты согласно уравнению 3:

Во время отбеливания двуокисью хлора присутствует сравнительный путь для поглощения хлористой кислоты. Высокая химическая загрузка увеличивает скорость реакции по уравнению 2, а высокая концентрация лигнина увеличивает скорость реакции по уравнению 3.

На фиг. 11 показан график загрузки D₁ двуокисью хлора в зависимости от двуокиси хлора, превращенной в хлорат для стандартного отбеливания двуокисью хлора. Как только концентрация лигнина повышается (низкая химическая нагрузка или выше число каппа), образуется меньше хлората. Таким образом, чем больше концентрация химикалий в наличии (низкое число каппа), тем выше образование хлората. Это остается верным для двухступенчатого способа отбеливания с высоким/низким pH, как может быть показано на фиг. 12.

Из фиг. 11 и 12 очевидно, что двухступенчатый способ отбеливания с высоким/низким pH значительно снижает образование хлората при большинстве химических загрузок. Однако небольшая разница наблюдается при больших загрузках, где достигается большое осветление.

Соответствующие измерения хлората для осветления, показанные на фиг. 5, были перенесены на фиг. 13. Снова при повышении загрузки образование хлората повышается. С целью определить экономию двуокиси хлора в виде снижения образования хлората, измерения хлората выражены как активированный хлор. При осветлении 78,3 ISO способ отбеливания высокий/низкий pH и стандартное отбеливание требует 0,6 и 0,8% ClO₂ в пульпе соответственно. Эти загрузки соответствуют 1753 часть/миллион и 2338 часть/миллион соответственно активированного хлора. Разница дает экономию 585 часть/миллион активированного хлора. Замеры хлората составили 351 часть/миллион и 423,3 часть/миллион активированного хлора для отбеливания по двухступенчатому процессу и для обычного отбеливания соответственно при загрузке 0,6% в пульпу и для 17% снижения. Вычитание дает экономию в 72,3 часть/миллион активированного хлора, что соответствует 17% общей экономии, 9 составившей 423,3 часть/миллион.

На фиг. 14 показан этот эффект путем наложения фиг. 6 с рассчитанной экономией, обусловленной снижением хлората. Ясно, что снижение хлората недостаточно для объяснения полной экономии ClO₂. Изменение в структуре лигнина и/или большая растворимость лигнина может служить возможным объяснением полной экономии ClO₂, наблюдаемой в данных тестах.

Большее уменьшение хлората осуществляют при сравнимом D₁ осветлении. Как показано на фиг. 15, возможно уменьшить хлорат на 45% (при 78,3 ISO) путем использования двухступенчатого способа отбеливания высокий/низкий pH по сравнению со стандартным отбеливанием ClO₂.

Образование хлората на стадии D₂ идентично для любых процессов отбеливания, поскольку они проводятся идентично.

Устройство для осуществления способа.

Двухступенчатый способ отбеливания высоким/низким pH может быть осуществлен как на новой установке, так и на существующей установке отбеливания пульпы. Оптимальный схематичный дизайн показан на фиг. 16, где ClO₂ и каустическая сода добавлены в первый смеситель. Пульпа течет в J или U трубу (фиг. 16) или в верхнюю башню (фиг. 16) с задержкой времени приблизительно 5 40 мин. Второй смеситель выполнен для смешивания кислоты для выравнивания pH древесной пульпы. Пульпа может быть затем непосредственно выгружена в башню со стекающей вниз жидкостью. Задержка времени в башне с потоком вниз составляет 2 или более часов, а более желательно между 2,5 и 3,9 ч. В существующей установке для отбеливания наиболее простым способом для осуществления технологии отбеливания двухступенчатым способом высокого/низкого pH было бы установить смеситель на разгрузке из стояка с потоком вверх башни к стояку с потоком вниз башни.

Обычные химические загрузки для стандартного способа отбеливания и для способа отбеливания высокий/низкий pH указаны в табл. 3. Экономия двуокиси хлора составляет 4 фунт/т, тогда как каустик и загрузка кислоты возрастает до 3 и 3,6 фунт/т соответственно.

Можно сделать следующие заключения о новом двухступенчатом способе отбеливания высокого/низкого pH, описанного здесь на примере отбеливания измельченной крафтовой пульпы южной сосны.

1. Способ с использованием высокого/низкого pH снижает использование двуокиси хлора на 24% в стадии D₁.

2. Образование хлорированного органического материала отличается тем, что TOCl может снизиться путем использования способа отбеливания с применением высокого/низкого pH, если сэкономленный ClO₂ замещен в стадии CD.

3. Образование хлората уменьшается на 45% в стадии D₁ с использованием способа отбеливания с высоким/низким pH при заданном D₁ осветлении.

4. Способ отбеливания высокий/низкий pH может быть легко осуществлен на новой установке и на существующей мельнице.

5. Образование хлората при кислых условиях отбеливания обусловлено биомолекулярной реакцией хлористой кислоты с самой собой. Образование хлората может быть уменьшено путем меньших химических загрузок или более высоким числом каппа пульп.

Разделение загрузки двухступенчатого отбеливания высоким/низким pH
Было также обнаружено, что способ отбеливания с высоким/низким pH может быть осуществлен (1) без какого-либо или только с небольшим увеличением использования каустика по сравнению со стандартным одноступенчатым способом и (2) без какого-либо добавления кислоты или с очень небольшим относительно требуемого в указанном высоком/низком способе отбеливания, описанном ранее. Этот способ вызывает разделение загрузки ClO₂ между стадиями высокого и низкого pH. Оптимальное осветление и вязкость обнаружены, если 50% или менее ClO₂, использованные в стадии, загружены на первой стадии. Время и температуры реакции, а также уровни pH выбраны по сравнению с двухступенчатым способом отбеливания с высоким/низким pH, описанным выше. Представленные значения показывают, что разделение высокого/низкого D может давать более высокое осветление и наивысшее осветление, чем высокий/низкий D и стандартное отбеливание при использовании в обеих D стадиях OD (EOP) D последовательности в RDH и в стандартных крафтовых пульпах. Было обнаружено сравнимое осветление по отношению к DED отбеливанию, а разделение загрузки двуокиси хлора в способе отбеливания высокий/низкий pH очень успешно может осветлять пульпы с каппа больше, чем 10.

Это новое усовершенствование вызывает разделение загрузки ClO₂ между двумя ступенями и устранение добавки кислоты. Характерная стадия отбеливания представлена ниже.

1. Пульпу смешивают с таким количеством гидроксида натрия, которое дает значение pH 3-4 в конце второй ступени (хотя конечное значение pH 1,9-4,2 приемлемо, а около 3,8 является предпочтительным). Добавка ClO₂ в количестве 10-50% от общей загрузки также смешивается с суспензией и остается взаимодействовать в течение 5-15 мин (хотя любое время в промежутке от 5 до 40 мин приемлемо). Конечное значение pH этой реакции будет изменяться в зависимости от количества ClO₂, добавленного к смеси, но pH должно быть по крайней мере 6 (хотя конечное значение pH между 6,0 12,0 приемлемо). Температура реакции составляет 70^oC.

После начальной ступени оставшуюся ClO₂ добавляют к смеси. Время и температура реакции составляют 2,5-2,9 ч (хотя любое время больше чем 2,0 ч приемлемо, а время между 2,5-3,9 часами является предпочтительным) и 70^oC соответственно.

Осветление и вязкость при разделении загрузки ClO₂ на две ступени при постоянной загрузке каустика показаны на фиг. 17 и 18. Более высокое осветление и сравнимая вязкость обнаружены, когда до 50% ClO₂ загрузки добавлены на первой ступени. При более высоких количествах конечное значение pH первой ступени упадет ниже 6 и будет получено более низкое осветление. Результаты высокий/низкий D включены в фиг. 17 и 18, чтобы продемонстрировать, что обнаружено более низкое осветление по сравнению с разделением добавки высокий/низкий. Конечные значения pH первой ступени изменяются между 11,5 до 5,8 в зависимости от количества ClO₂, загруженного изначально, а конечные значения pH лежат между 3-3,4.

При отбеливании RDH крафтовой пульпы с использованием последовательности OD (EOP) AD очевидно, что и ступени высокий/низкий и разделение добавки на высокий/низкий (50% ClO₂ на первой ступени, 50% на второй ступени) дают более высокое осветление по всей последовательности, чем стандартное осветление (см. табл. 4 и фиг. 17-21). Каппа после отбеливания кислородом была 8,1, осветление и каппа результаты для D₁ и EOP стадий указаны в табл. 4. Как было обнаружено ранее, лучшая делигнификация для высокий/низкий происходит во время D₁ стадии, но после окислительной экстракции каппа число выше. Стандартное отбеливание делигнифицирует осадок в стадии D₁, но после экстракции имеет самое низкое значение каппа. Очевидно, разделение добавки двуокиси хлора в способе отбеливания при высоком/низком pH не дает такого хорошего осветления, как в ступени высокий/низкий стадии D₁, но лучше делигнифицирует после EOP стадии. Полагают, что разделение высокая/низкая стадия дает более высокий конечный результат в осветлении в диапазоне используемых загрузок (см. например, фиг. 19 21). Полагают, хорошее проведение стадий высокий/низкий D по сравнению со стандартным способом обусловлено низким возрастанием каппа (<10) по сравнению с каппа 17 для табл.4. Стадии кислотной промывки были использованы перед стадией D₂ для удаления железа, однако эта стадия не является обязательной. Загрузка пероксида водорода на стадии EOP составила 0,1% Более высокое значение максимального осветления было достигнуто при использовании способа высокий/низкий в обеих D стадиях, хотя разделение высокий/низкий может достичь 88% ISO с общим 1,8% всего ClO₂ для последовательности (см. фиг. 21). Экономия 5 8 или 2 6 фунтов ClO₂на тонну пульпы обнаружена при использовании разделения высокий/низкий и высокий /низкий соответственно.

Существует множество путей осуществления стадии D. В табл.6 указано осветление, которое получено при различных загрузках ClO₂ в стадии D последовательности (CD) (EO) D. Каппа суровой небеленой пульпы составила 29,6, каппа и осветление после EO стадии были 4,8 и 36,8% ISO соответственно. Все стадии разделения загрузки проводились с 50%-ной загрузкой ClO₂ в первой ступени и 50%-ной добавкой во второй ступени.

Как указано в табл. 5, разделение добавки высокий/низкий и отбеливание высокий/низкий дали сравнимое осветление, тогда как разделение добавки без контроля pH (первая и вторая ступень pH кислые) были ниже. Очевидно, ступень высокого pH требуется где-то в стадии для получения высокой эффективности.

В табл. 6 и на фиг. 22 была отбелена та же пульпа, что и в табл. 5 с каппой 29,6 путем последовательности OD (EOP) D. Каппа после кислородной делигнификации составила 13,5. Высокий/низкий дает более высокое осветление в стадиях D₁ и EOP (см. табл. 6), но после стадии D₂ конечное осветление ниже, чем в любом другом способе ( см. фиг. 22) за счет повышения каппы выше 10. Разделение высокой/низкой стадии дает сравнимое осветление по всей последовательности и самое высокое конечное осветление, что предполагает, что механизмы для высокой эффективности являются одинаковыми. Экономия до 5 фунтов ClO₂ на тонну пульпы получена при использовании разделения высокий/низкий по сравнению со стандартным D.

Параметры способа и аналитические методы, использованные при разделении загрузки в двухступенчатых высокий/низкий опытах.

Для обеспечения максимального смешивания стадии CD для табл. 5 проводились в пластиковых бутылях Nalgene, которые вращались в шариковой мельнице в течение полного времени реакции. Стадии O, EO, "горячая" EO и EOP были проведены в 4-литровых емкостях из нержавеющей стали, которые постоянно вращались в течение всего времени реакции. Все другие стадии отбеливания проводились в закупоренных емкостях из сложного полиэфира высокой плотности, которые были перемешаны в различное время отбеливания для обеспечения лучшего смешивания.

Условия проведения стадий приведены в табл. 7. Все загрузки представляли собой загрузки OD суровой небеленой пульпы. Были сделаны большие пробы предварительно отбеленной (например, O или (CD) E) пульпы, затем они были разделены на отдельные пробы для сравнения. Вся вода, используемая при отбеливании и промывке, была дистиллированной, и переброс жидкости не повторялся.

Растворы ClO₂ были получены на месте путем окисления хлорита натрия в растворе и абсорбирования газа ClO₂ в холодной дистиллированной воде. Содержание хлора в ClO₂-растворах равнялось 0. Растворы хлора были получены путем пропускания хлорного газа через холодную дистиллированную воду.

В тестах использовались следующие аналитические методы:
Осветление Elrepho 2000 ISO
Вязкость Tappi T230 os-76
Число каппа Tappi T236 hms-85
Необходимо понимать, что различные детали изобретения могут быть изменены, не выходя за рамки изобретения. Кроме того, данное описание приведено с целью иллюстрации, а не с целью ограничения.

Claims

1. Способ отбеливания древесной пульпы, включающий по меньшей мере одну стадию отбеливания водной суспензии древесной пульпы с использованием двуокиси хлора, отличающийся тем, что по меньшей мере одну стадию отбеливания проводят в два этапа, при этом первый и второй этапы стадии отбеливания имеют разные конечные значения pН, причем на первом этапе стадии отбеливания осуществляют смешивание водной суспензии древесной пульпы с щелочью с использованием 10 - 50% общего количества двуокиси хлора в течение 5 40 мин, так что значение pН в конце первого этапа стадии отбеливания составляет 6,0 12,0, а на втором этапе стадии отбеливания добавляют оставшееся количество двуокиси хлора и полученную смесь перемешивают в течение 2 ч или более так, что значение pН в конце второго этапа стадии отбеливания составляет 1,9 4,2.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве щелочи используют гидроксид натрия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что значение pН в конце первого этапа стадии отбеливания составляет 6,0 7,5.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый этап стадии отбеливания проводят при 50 85^oС.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что первый этап стадии отбеливания проводят при 70^oС.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что значение pН смеси в конце второго этапа стадии отбеливания составляет 3,8.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что второй этап стадии отбеливания проводят при 55 85^oС.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что второй этап стадии отбеливания проводят при 70^oС.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что конечная концентрация смесь после второго этапа стадии отбеливания составляет 3 12%
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что конечная концентрация смеси после второго этапа стадии отбеливания составляет 10%
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый этап стадии отбеливания проводят при 70^oС до конечного значения pН смеси 6,0 7,5, а второй этап стадии отбеливания проводят в течение 2,5 2,9 ч при 70^oС до конечного значения pН 3,8.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве щелочи используют гидроксид натрия.

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что конечная концентрация смеси после второго этапа стадии отбеливания составляет 10%