RU2813172C1 - Fibrous semi-finished product from sunflower husks and a method of its production (options) - Google Patents
Fibrous semi-finished product from sunflower husks and a method of its production (options) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813172C1 RU2813172C1 RU2023114556A RU2023114556A RU2813172C1 RU 2813172 C1 RU2813172 C1 RU 2813172C1 RU 2023114556 A RU2023114556 A RU 2023114556A RU 2023114556 A RU2023114556 A RU 2023114556A RU 2813172 C1 RU2813172 C1 RU 2813172C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fibrous
- carried out
- hydrolytic
- paper
- chemical
- Prior art date
Links
- 239000010903 husk Substances 0.000 title claims abstract description 96
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 81
- 241000208818 Helianthus Species 0.000 title claims abstract description 64
- 235000003222 Helianthus annuus Nutrition 0.000 title claims abstract description 64
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 title claims abstract description 28
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 63
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 57
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims abstract description 9
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229920002457 flexible plastic Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 39
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 39
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 30
- 239000000123 paper Substances 0.000 claims description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 21
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 21
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 21
- 239000011111 cardboard Substances 0.000 claims description 15
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 claims description 14
- 206010061592 cardiac fibrillation Diseases 0.000 claims description 12
- 230000002600 fibrillogenic effect Effects 0.000 claims description 12
- 239000011087 paperboard Substances 0.000 claims description 12
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 10
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 6
- 239000010893 paper waste Substances 0.000 claims description 6
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 claims description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 5
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 8
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 abstract description 3
- GEHJYWRUCIMESM-UHFFFAOYSA-L sodium sulfite Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])=O GEHJYWRUCIMESM-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 3
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 abstract description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910004878 Na2S2O4 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- JVBXVOWTABLYPX-UHFFFAOYSA-L sodium dithionite Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S(=O)S([O-])=O JVBXVOWTABLYPX-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 description 25
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 16
- XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N Melanin Chemical compound O=C1C(=O)C(C2=CNC3=C(C(C(=O)C4=C32)=O)C)=C2C4=CNC2=C1C XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 12
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 11
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 7
- 235000020238 sunflower seed Nutrition 0.000 description 7
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 5
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 5
- 235000011777 Corchorus aestuans Nutrition 0.000 description 4
- 235000010862 Corchorus capsularis Nutrition 0.000 description 4
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 4
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 4
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 3
- 240000000491 Corchorus aestuans Species 0.000 description 3
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 3
- 241000183024 Populus tremula Species 0.000 description 3
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 3
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 3
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004061 bleaching Methods 0.000 description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 3
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 3
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 3
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 3
- 235000012766 Cannabis sativa ssp. sativa var. sativa Nutrition 0.000 description 2
- 235000012765 Cannabis sativa ssp. sativa var. spontanea Nutrition 0.000 description 2
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 2
- 240000006240 Linum usitatissimum Species 0.000 description 2
- QPCDCPDFJACHGM-UHFFFAOYSA-N N,N-bis{2-[bis(carboxymethyl)amino]ethyl}glycine Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(=O)O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O QPCDCPDFJACHGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000218657 Picea Species 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 235000009120 camo Nutrition 0.000 description 2
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 2
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 235000005607 chanvre indien Nutrition 0.000 description 2
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- LNTHITQWFMADLM-UHFFFAOYSA-N gallic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC(O)=C(O)C(O)=C1 LNTHITQWFMADLM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000011487 hemp Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229960003330 pentetic acid Drugs 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- GNKZMNRKLCTJAY-UHFFFAOYSA-N 4'-Methylacetophenone Chemical compound CC(=O)C1=CC=C(C)C=C1 GNKZMNRKLCTJAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000198134 Agave sisalana Species 0.000 description 1
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 1
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 description 1
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 description 1
- 240000008564 Boehmeria nivea Species 0.000 description 1
- 240000002791 Brassica napus Species 0.000 description 1
- 235000004977 Brassica sinapistrum Nutrition 0.000 description 1
- 244000074881 Conyza canadensis Species 0.000 description 1
- 235000004385 Conyza canadensis Nutrition 0.000 description 1
- 240000004792 Corchorus capsularis Species 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 244000267607 Galega officinalis Species 0.000 description 1
- 235000007025 Galega officinalis Nutrition 0.000 description 1
- AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-M Glycolate Chemical compound OCC([O-])=O AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 240000008892 Helianthus tuberosus Species 0.000 description 1
- 235000003230 Helianthus tuberosus Nutrition 0.000 description 1
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 1
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 1
- 235000007239 Heracleum sphondylium Nutrition 0.000 description 1
- 240000000797 Hibiscus cannabinus Species 0.000 description 1
- 240000004658 Medicago sativa Species 0.000 description 1
- 235000017587 Medicago sativa ssp. sativa Nutrition 0.000 description 1
- 241000213996 Melilotus Species 0.000 description 1
- 235000000839 Melilotus officinalis subsp suaveolens Nutrition 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 240000003433 Miscanthus floridulus Species 0.000 description 1
- 240000000907 Musa textilis Species 0.000 description 1
- 244000081757 Phalaris arundinacea Species 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000082204 Phyllostachys viridis Species 0.000 description 1
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 description 1
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 1
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 1
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 1
- 240000000528 Ricinus communis Species 0.000 description 1
- 235000004443 Ricinus communis Nutrition 0.000 description 1
- 108010016634 Seed Storage Proteins Proteins 0.000 description 1
- 239000005708 Sodium hypochlorite Substances 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- 244000098338 Triticum aestivum Species 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 238000009874 alkali refining Methods 0.000 description 1
- 238000005280 amorphization Methods 0.000 description 1
- 125000003289 ascorbyl group Chemical class [H]O[C@@]([H])(C([H])([H])O*)[C@@]1([H])OC(=O)C(O*)=C1O* 0.000 description 1
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 1
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N benzene Substances C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 125000000837 carbohydrate group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N catechol Chemical class OC1=CC=CC=C1O YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- MGNZXYYWBUKAII-UHFFFAOYSA-N cyclohexa-1,3-diene Chemical class C1CC=CC=C1 MGNZXYYWBUKAII-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 150000005169 dihydroxybenzoic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000011094 fiberboard Substances 0.000 description 1
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 description 1
- 235000013373 food additive Nutrition 0.000 description 1
- 239000002778 food additive Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229940074391 gallic acid Drugs 0.000 description 1
- 235000004515 gallic acid Nutrition 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 239000011121 hardwood Substances 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000005445 natural material Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- MGFYIUFZLHCRTH-UHFFFAOYSA-N nitrilotriacetic acid Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CC(O)=O MGFYIUFZLHCRTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical compound N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 239000010908 plant waste Substances 0.000 description 1
- 229920000137 polyphosphoric acid Polymers 0.000 description 1
- 230000009993 protective function Effects 0.000 description 1
- 238000013138 pruning Methods 0.000 description 1
- 238000004537 pulping Methods 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019795 sodium metasilicate Nutrition 0.000 description 1
- 235000010265 sodium sulphite Nutrition 0.000 description 1
- 239000011122 softwood Substances 0.000 description 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010025 steaming Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 150000005846 sugar alcohols Polymers 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N toluene Substances CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к получению волокнистого материала из отхода масложирового производства, в частности из лузги подсолнечника, и может быть использовано для получения волокнистого полуфабриката с высокими бумагообразующими свойствами, который может применяться для изготовления бумаги или картона. Кроме того, изобретение относится к составам для производства бумаги или картона, изготовленным из композиционной массы, содержащей волокнистый полуфабрикат из лузги подсолнечника.The invention relates to the production of fibrous material from oil and fat production waste, in particular from sunflower husks, and can be used to produce a fibrous semi-finished product with high paper-forming properties, which can be used for the manufacture of paper or cardboard. In addition, the invention relates to compositions for the production of paper or cardboard, made from a composite mass containing a fibrous semi-finished product from sunflower husks.
Традиционно потребляемым сырьем для производства целлюлозы являются древесина хвойных, лиственных пород. Однако в настоящее время наблюдается истощение медленно формирующихся лесных ресурсов. При постоянном наращивании целлюлозно-бумажного производства необходимо минимизировать ущерб, наносимый окружающей среде. Соответственно, важной задачей целлюлозно-бумажного отрасли является использование для получения целлюлозы ежегодно возобновляемого растительного сырья и растительных отходов производств.Traditionally consumed raw materials for the production of cellulose are coniferous and deciduous wood. However, currently there is a depletion of slowly developing forest resources. With the constant expansion of pulp and paper production, it is necessary to minimize the damage caused to the environment. Accordingly, an important task of the pulp and paper industry is to use annually renewable plant raw materials and plant waste to produce cellulose.
Учеными доказано, что возобновляемое растительное сырье сложно структурировано и содержит много различных компонентов. Клетки растений (например, злаковых) могут быть как неодревесневшими, так и одревесневшими. Неодревесневшие клеточные оболочки содержат структурные углеводы - целлюлозу и гемицеллюлозу, поэтому легко поддаются обработке. Одревесневшие клетки содержат лигнины - сложные, химически устойчивые полимерные образования, придающие клеточной оболочке высокую прочность.Scientists have proven that renewable plant raw materials are complexly structured and contain many different components. Plant cells (for example, cereals) can be either non-lignified or lignified. Non-lignified cell walls contain structural carbohydrates - cellulose and hemicellulose, and are therefore easy to process. Lignified cells contain lignins - complex, chemically stable polymer formations that give the cell membrane high strength.
Подсолнечник являются одним из наиболее выращиваемых масличных растений в России. На больших площадях подсолнечник выращивается в Алтайском крае, Башкортостане, Татарстане, Белгородской, Брянской, Волгоградской, Воронежской, Курской, Нижегородской, Липецкой, Оренбургской, Орловской, Пензенской, Саратовской, Самарской, Тамбовской, Ростовской, Тульской, Ульяновской, Челябинской областях, Ставропольском крае и в других. Отходом масложирового производства является лузга (шелуха). Химический состав подсолнечной лузги зависит от сорта подсолнечника, зоны произрастания, климатических условий.Sunflowers are one of the most grown oilseeds in Russia. Sunflower is grown on large areas in the Altai Territory, Bashkortostan, Tatarstan, Belgorod, Bryansk, Volgograd, Voronezh, Kursk, Nizhny Novgorod, Lipetsk, Orenburg, Oryol, Penza, Saratov, Samara, Tambov, Rostov, Tula, Ulyanovsk, Chelyabinsk regions, Stavropol Territory and in others. The waste product from oil and fat production is husks. The chemical composition of sunflower husks depends on the sunflower variety, growing zone, and climatic conditions.
В таблице 1 представлен сравнительный компонентный состав лузги подсолнечника и других недревесных и древесных источников сырья для целлюлозно-бумажного производства.Table 1 presents the comparative component composition of sunflower husks and other non-wood and wood sources of raw materials for pulp and paper production.
Как видно из таблицы 1 лузга подсолнечника по содержанию углеводной части (целлюлозы, пентозанов) схожа с соломой злаковых, по содержанию лигнинных веществ - с древесным хвойным сырьем, имеет низкое содержание зольных веществ. Отсюда следует, что в качестве природного возобновляемого ресурса для получения целлюлозы, производства бумаги и картона может быть использована лузга (шелуха) семян подсолнечника.As can be seen from Table 1, sunflower husk is similar in the content of the carbohydrate part (cellulose, pentosans) to cereal straw, in terms of the content of lignin substances it is similar to pine wood raw materials, and has a low content of ash substances. It follows that sunflower seed husks (husks) can be used as a natural renewable resource for the production of cellulose, paper and cardboard.
В настоящее время лузга подсолнечника используется в качестве топлива, добавки в корма для животных, сорбента (RU 2650979, МПК B01J 20/30, опубл. 18.04.2018, бюл. №11), для извлечения меланина (RU 2643932, МПК A61K 36/28, B01D11/02, опубл. 06.02.2018, бюл. №4), для производства древесноволокнистых плит (RU 2196045, МПК B27N 3/02, C08L 97/02, опубл. 01.10.2003) и другое.Currently, sunflower husks are used as fuel, an additive in animal feed, a sorbent (RU 2650979, IPC B01J 20/30, published 04/18/2018, Bulletin No. 11), for the extraction of melanin (RU 2643932, IPC A61K 36/ 28, B01D11/02, published 02/06/2018, bulletin No. 4), for the production of fiberboards (RU 2196045, IPC B27N 3/02, C08L 97/02, published 10/01/2003) and more.
Ниже приведен уровень техники по получению волокнистого полуфабриката для целлюлозно-бумажной промышленности из древесного и недревесного сырья методами механохимической технологии.Below is the level of technology for producing a fibrous semi-finished product for the pulp and paper industry from wood and non-wood raw materials using mechanochemical technology.
Известен способ механического получения волокнистой массы из волокнисто-содержащего сырья (RU 2697616, МПК D21B1/30, приоритет 05.02.2018, опубл. 06.08.2019, бюл. №22), который производится без нагрева и пропарки в реакторе с водой путем его замачивания и измельчения, при этом замачивание и измельчение осуществляется в активном режиме при вращении режущего ножа с одновременным созданием за счет этого давления разрежения в образующейся при этом воронке, а также напора в статоре измельчителя.There is a known method for mechanically producing fibrous mass from fiber-containing raw materials (RU 2697616, IPC D21B1/30, priority 02/05/2018, publ. 08/06/2019, bulletin No. 22), which is produced without heating and steaming in a reactor with water by soaking it and grinding, while soaking and grinding is carried out in active mode when the cutting knife rotates with the simultaneous creation of a vacuum pressure in the resulting funnel, as well as pressure in the chopper stator.
Способ исследован для соломы и щепы, где необходимо не только продольное расщепление, но и поперечное измельчение, что неприемлемо для плотного, хрупкого и коротковолокнистого сырья (лузги подсолнечника).The method has been studied for straw and wood chips, where not only longitudinal splitting is necessary, but also transverse grinding, which is unacceptable for dense, brittle and short-fiber raw materials (sunflower husks).
Известен способ получения целлюлозы (RU 2487206, МПК D21C1/06, D21C3/02, D21C 9/00, приоритет 18.10.2011, опубл. 10.07.2013, бюл. №19), который осуществляют путем последовательной замочки целлюлозосодержащего сырья в щелочном растворе с содержанием NaOH - 10-60 г/л и ПАВ - 0,2-0,8 г/л, термомеханохимической обработки, отжима, промывки, отбелки, отжима, промывки, отжима и сушки с применением СФЧ-установки. В качестве целлюлозосодержащего сырья берут травянистые растения, например, лен-долгунец, -межеумок, -кудряш, -зеленец, конопля, рапс, камыш, подсолнечник, мискантус, донник, люцерна, клещевина, топинамбур, козлятник, борщевик Сосновского, кукуруза и т.п., различной степени зрелости, с большим содержанием костры, лигнина, с большим сроком вылежки в складских помещениях и на полях. Изобретение позволяет сократить энергозатраты и получить целлюлозу однородную по качественным характеристикам.There is a known method for producing cellulose (RU 2487206, IPC D21C1/06, D21C3/02, D21C 9/00, priority 10/18/2011, published 07/10/2013, bulletin No. 19), which is carried out by sequentially soaking cellulose-containing raw materials in an alkaline solution with NaOH content - 10-60 g/l and surfactant - 0.2-0.8 g/l, thermomechanochemical treatment, pressing, washing, bleaching, pressing, washing, squeezing and drying using a SFC installation. Herbaceous plants are taken as cellulose-containing raw materials, for example, fiber flax, mezheumok, kudryash, green grass, hemp, rapeseed, reed, sunflower, miscanthus, sweet clover, alfalfa, castor bean, Jerusalem artichoke, goat's rue, Sosnovsky's hogweed, corn, etc. etc., of varying degrees of maturity, with a high content of fire, lignin, with a long period of aging in warehouses and in the fields. The invention makes it possible to reduce energy consumption and obtain cellulose that is uniform in quality characteristics.
В изобретении на стадии подготовки сырья используют поверхностно-активные вещества, трудно удаляемые из сточных вод, что негативно сказывается на экологической составляющей процесс и требует дополнительной очистки, что влияет на экономическую эффективность.In the invention, at the stage of raw material preparation, surfactants are used that are difficult to remove from wastewater, which negatively affects the environmental component of the process and requires additional purification, which affects economic efficiency.
Указанные способы (термомеханическая обработка в двухшнековом аппарате) применимы для длинноволокнистого растительного сырья (листья и стебли) и не дают положительного результата при применении в качестве сырья лузги подсолнечника, имеющего одревесневшие клеточные коротковолокнистые оболочки. Травянистая часть растений перед обработкой требует рыхления, очистки от сорняков, цветков, семян и предварительной сечки (резки) до требуемых размеров.The indicated methods (thermo-mechanical processing in a twin-screw apparatus) are applicable for long-fiber plant raw materials (leaves and stems) and do not give a positive result when using sunflower husks, which have lignified cellular short-fiber shells, as a raw material. Before processing, the herbaceous part of plants requires loosening, cleaning of weeds, flowers, seeds and preliminary pruning (cutting) to the required size.
Известен способ получения древесной массы (ХТММ) из древесины осины, включающий пропитку древесной щепы щелочным раствором, состоящим из гидроксида натрия (NaOH) и сульфита натрия (Na2SO3), при повышенной температуре, отделение отработанного пропиточного раствора, размол щепы в две ступени. Между ступенями размола массу обрабатывают отработанным пропиточным раствором при температуре 65-90°С в течение 10-30 мин. (А.С. №979554, МПК D21B1/16, опубл. 07.12.82).There is a known method for producing wood pulp (WMP) from aspen wood, which includes impregnating wood chips with an alkaline solution consisting of sodium hydroxide (NaOH) and sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) at elevated temperature, separating the spent impregnating solution, grinding the chips in two stages . Between grinding stages, the mass is treated with a spent impregnating solution at a temperature of 65-90°C for 10-30 minutes. (A.S. No. 979554, IPC D21B1/16, published 12/07/82).
Способ разработан для получения волокнистого полуфабриката (ВПФ) из древесного растительного сырья. Недостатком является многостадийность, использование серосодержащих соединений.The method has been developed for producing semi-finished fibrous product (SFP) from woody plant raw materials. The disadvantage is the multi-stage process and the use of sulfur-containing compounds.
Известен способ получения химико-термомеханической массы из джутовых волокон (RU 2287034, МПК D21B1/16, опубл. 10.11.2006), включающий пропитку сырья щелочным раствором, состоящим их NaOH и Na2CO3 при температуре 90-120°С в течение 5-15 минут, размол в центробежно-размалывающем аппарате до степени помола 60°ШР.There is a known method for producing a chemical-thermomechanical mass from jute fibers (RU 2287034, IPC D21B1/16, published on November 10, 2006), which involves impregnating the raw material with an alkaline solution consisting of NaOH and Na 2 CO 3 at a temperature of 90-120 ° C for 5 -15 minutes, grinding in a centrifugal grinding apparatus to a grinding degree of 60°SR.
Способ применим для получения ВПФ из джутовых волокон. Недостатком является экологичность и энергозатратность способа с связи с применением компонентного пропиточного раствора при повышенной температуре на стадии пропитки и химико-термомеханической обработки, требуется подогрев стаканов. Кроме того, не указан гидромодуль массы на стадиях обработки (обработанное сырье переносят в размольные стаканы вместе с раствором химикатов). Гидромодуль является основополагающим технологическим параметром при диффузионно-контролируемых процессах, обеспечивающих диффузию реагента для получения ВПФ из шелухи подсолнечника.The method is applicable for producing HMF from jute fibers. The disadvantage is that the method is environmentally friendly and energy-consuming due to the use of a component impregnation solution at elevated temperatures at the stage of impregnation and chemical-thermo-mechanical treatment; heating of the glasses is required. In addition, the hydromodulus of the mass at the processing stages is not indicated (the processed raw materials are transferred to grinding glasses along with a solution of chemicals). The hydromodule is a fundamental technological parameter in diffusion-controlled processes that ensure diffusion of the reagent for obtaining HPF from sunflower husks.
Известен способ, касающийся получения целлюлозы с высоким содержанием альфа-целлюлозы (RU 2380466 (приоритет EP 05111643.2, 02.12.2005), МПК D21B1/02, D21B1/16, опубл. 27.01.2010, бюл. №3). Способ включает a) химическую обработку сырья, содержащего лигноцеллюлозу, посредством окислительной системы, которая содержит по меньшей мере один неферментный окислитель и активатор, при pH от 2 до 6,5 и b) механическую обработку сырья, содержащего лигноцеллюлозу, в течение времени, достаточном для получения целлюлозы с высоким содержанием альфа-целлюлозы, где сырье, содержащее лигноцеллюлозу, химически обрабатывают до и/или в течении любой стадии механической обработки, и где вещество, содержащее лигноцеллюлозу, химически не обрабатывают при pH примерно от 11,5 до примерно 14 между стадиями a) и b). Способ характеризуется переработкой в ВПФ неразделенной на волокна древесины (т.е. щепы и стружки). Механическая обработка сырья проведена в две или более стадий с использование лабораторного рафинера, при этом указаны аппараты механического воздействия различного типа. Способ характеризуется стадией окислительного воздействия с использованием пероксосоединений, галогенсодержащих окислителей, кислорода, оксидов азота и их комбинаций, при этом окислительная система дополнительно содержит усилитель, выбранный из азотсодержащих поликарбоновых кислот, азотсодержащих полифосфорных кислот, азотсодержащих многоатомных спиртов, щавелевой кислоты, оксалата, гликолята, аскорбиновой кислоты, лимонной кислоты, нитрилацетата, галловой кислоты, фульвовой кислоты, итаконовой кислоты, гемоглобина, гидроксибензолов, катехолятов, хинолинов, диметоксибензойных кислот, дигидроксибензойных кислот, диметоксибензиловых спиртов, пиридина, гистидилглицина, фталоцианина, ацетонитрила, простого 18-краун-6 эфира, меркаптоянтарной кислоты, циклогексадиенов, полиоксометалатов и их комбинаций; этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA), диэтилентриаминпентауксусной кислоты (DTPA), нитрилтриуксусной кислоты (NTA) и их комбинаций.There is a known method for producing cellulose with a high alpha-cellulose content (RU 2380466 (priority EP 05111643.2, 12/02/2005), IPC D21B1/02, D21B1/16, published 01/27/2010, Bulletin No. 3). The method includes a) chemical treatment of raw materials containing lignocellulose by means of an oxidative system that contains at least one non-enzymatic oxidizing agent and activator, at pH from 2 to 6.5 and b) mechanical treatment of raw materials containing lignocellulose for a time sufficient to producing a high alpha-cellulose content pulp, wherein the lignocellulose-containing material is chemically treated before and/or during any mechanical processing step, and where the lignocellulose-containing material is not chemically treated at a pH of from about 11.5 to about 14 between steps a) and b). The method is characterized by the processing of unfibered wood (i.e., wood chips and shavings) into HPF. Mechanical processing of raw materials is carried out in two or more stages using a laboratory refiner, and various types of mechanical impact devices are indicated. The method is characterized by a stage of oxidative action using peroxo compounds, halogen-containing oxidizers, oxygen, nitrogen oxides and combinations thereof, while the oxidation system additionally contains an amplifier selected from nitrogen-containing polycarboxylic acids, nitrogen-containing polyphosphoric acids, nitrogen-containing polyhydric alcohols, oxalic acid, oxalate, glycolate, ascorbic acid acids, acidic acid, nitrilacetate, gallic acid, fundamental acid, itaco acid, hemoglobin, hydroxybenzole, catecholates, chinolins, dimetoxybenzoic acids, dihydroxybenzoic acids, dihydoxybenzyl alcohols, pyridydine, histidyllycin, phthalocyanin, an acetinitris, apertonitril, simple 18-kraunitel, simple 18-kraunitel, simple 18 -6 broadcast, mercaptar acids, cyclohexadienes, polyoxometalates and combinations thereof; ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), nitrilotriacetic acid (NTA) and combinations thereof.
Недостатком является то, что указанные соединения трудно извлекаются из вод, не оставляют возможности замкнутого водооборота, создают значительную экологическую нагрузку, предполагают систему очистки сточных вод, и снижают экономическую эффективность процесса. Кроме того, способ опробован только на древесных стружках, смеси коры со стружками, древесине ели, древесине осины и не обоснованно обобщен на волокна недревесных однолетних или многолетних растений, например, соломы зерновых культур, двукисточника тростниковидного, тростника, льна, конопли, кенафа, джута, рами, сизаля, абака, кокосового волокна, бамбука, багасса или их комбинации. Способ не применим для получения целлюлозы из лузги подсолнечника, т.к. лузга сложно структурирована и применение окислительной системы не обеспечит практический результат.The disadvantage is that these compounds are difficult to extract from water, do not leave the possibility of closed water circulation, create a significant environmental load, require a wastewater treatment system, and reduce the economic efficiency of the process. In addition, the method was tested only on wood shavings, a mixture of bark with shavings, spruce wood, aspen wood and is not justifiably generalized to fibers of non-wood annual or perennial plants, for example, straw of grain crops, reed grass, reed, flax, hemp, kenaf, jute , ramie, sisal, abaca, coir, bamboo, bagasse or a combination thereof. The method is not applicable for producing cellulose from sunflower husks, because The husk has a complex structure and the use of an oxidizing system will not provide practical results.
Известен способ получения волокнистого полуфабриката из лузги подсолнечника с низким потреблением энергии и процесс изготовления бумаги на его основе (CN101694075B, МПК D21C9/18, D21D1/20, D21D5/02, опубл. 14.04.2010). Способ предусматривает пропитку и варку лузги в гидроксиде натрия, карбонате натрия с пенообразователем и хелатирующим агентом. Рафинирование проводят при 18-22% концентрации массы до 25°ШР. Пропитывающий щелочной реагент содержит дополнительные химические добавки (пенетрант Т, оксид магния, хелатирующий агент ЭДТА), что значительно снижает экологическую безопасность процесса. Процесс характеризуется трехступенчатой окислительно-восстановительной обработкой, дополнительным рафинированием до 40°ШР.There is a known method for producing a fibrous semi-finished product from sunflower husks with low energy consumption and a process for making paper based on it (CN101694075B, IPC D21C9/18, D21D1/20, D21D5/02, published 04/14/2010). The method involves impregnation and cooking of husks in sodium hydroxide, sodium carbonate with a foaming agent and a chelating agent. Refining is carried out at 18-22% mass concentration up to 25°SR. The alkaline impregnating reagent contains additional chemical additives (penetrant T, magnesium oxide, chelating agent EDTA), which significantly reduces the environmental safety of the process. The process is characterized by a three-stage redox treatment, additional refining up to 40°SR.
Недостатком способа является многостадийность и длительность процесса, экологичность.The disadvantage of this method is the multi-stage and lengthy process and environmental friendliness.
Известен способ производства волокна из лузги подсолнечника, описанный в патенте CN1718915A (МПК D21B1/02, D21B1/12, опубл. 18.04.2007). В изобретении для получения волокна используются процессы энзимолиза, варки и получения целлюлозы с низким содержанием щелочи.There is a known method for producing fiber from sunflower husks, described in patent CN1718915A (IPC D21B1/02, D21B1/12, published 04/18/2007). The invention uses the processes of enzymolysis, digestion and production of cellulose with a low alkali content to obtain fiber.
Недостатком является низкий выход целлюлозы. Способ является долговременным и экологически не безопасным.The disadvantage is the low yield of cellulose. The method is long-term and environmentally unsafe.
Известен способ получения целлюлозной массы из лузги подсолнечника (CN1311131C, МПК D21H11/12, D21C3/02, D21C1/00, D21D5/02, опубл. 18.04.2007) в котором применяются способы ферментативной обработки и варки. Предлагается гидролитическая обработка, энзимолиз составным раствором фермента в течение 120 ч, щелочная варка при 140°С в течение до 6 часов, далее окислительная делигнификация в растворах гипохлорита натрия.There is a known method for producing cellulose mass from sunflower husks (CN1311131C, IPC D21H11/12, D21C3/02, D21C1/00, D21D5/02, published 04/18/2007) in which enzymatic processing and cooking methods are used. Hydrolytic treatment, enzymolysis with a compound enzyme solution for 120 hours, alkaline cooking at 140°C for up to 6 hours, followed by oxidative delignification in sodium hypochlorite solutions are proposed.
Недостатком способа является существенная экологическая нагрузка, долговременность процесса. Эффективность процесса зависит от энзимной обработки, но наличие плотного меланинового слоя на лузге не способствует эффективности ее биотехнологической обработки, т.к. меланиновый компонент лузги в процессах вегетации подсолнечника и хранения семян оказывает противоэнзимное действие.The disadvantage of this method is the significant environmental load and long-term process. The efficiency of the process depends on enzymatic processing, but the presence of a dense melanin layer on the husk does not contribute to the effectiveness of its biotechnological processing, because The melanin component of the husk has an anti-enzyme effect during the sunflower growing season and seed storage.
Известен способ получения целлюлозы из лузги подсолнечника (CN102031713A, МПК D21C3/22, опубл. 27.04.2011), который включает очистку шелухи семян подсолнечника, удаление примесей и кипячение с использованием NaOH при соотношении щелочей 1:2,5-6; добавление перекиси водорода, сульфата магния и силиката натрия в качестве стабилизаторов для кипячения, при этом общее время нагревания для кипячение составляет 40-120 минут, максимальная температура кипячения составляет 150-170°C, кипячение ведут в течение 120-210 минут, затем после варки, варки в целлюлозе, удаления шлака, делигнификации кислородом, рафинирования щелочью, отбеливания и варки получают целлюлозу из шелухи семян подсолнечника. Содержание метилволокна в мякоти более 85%.There is a known method for producing cellulose from sunflower husks (CN102031713A, IPC D21C3/22, publ. 04/27/2011), which includes cleaning the husks of sunflower seeds, removing impurities and boiling using NaOH at an alkali ratio of 1:2.5-6; adding hydrogen peroxide, magnesium sulfate and sodium silicate as boiling stabilizers, the total heating time for boiling is 40-120 minutes, the maximum boiling temperature is 150-170°C, boiling is carried out for 120-210 minutes, then after boiling , pulping, slag removal, oxygen delignification, alkali refining, bleaching and cooking, pulp is obtained from sunflower seed husks. The content of methyl fiber in the pulp is more than 85%.
Способ предполагает высокотемпературную (160°С) пероксидно-щелочную делигнификацию с расходом гидроксида натрия до 25%, с применением в качестве стабилизатора пероксида водорода сульфата магния и метасиликата натрия. Способ предполагает переработку высоко щелочных отработанных щелоков, что значительно повышает капиталозатраты и снижает экономическую и экологическую эффективность процесса. На второй ступени предполагается кислородная делигнификация с последующей щелочной делигнификацией с расходом гидроксида натрия 17,5%, после которой предполагается отбелка пероксидом водорода. Метод можно характеризовать как экологически не безопасный, энерго- и капиталозатратный, многоэтапный и продолжительный. Выход целлюлозы не показан, содержание α-целлюлозы высокое - 89,0%.The method involves high-temperature (160°C) peroxide-alkaline delignification with a sodium hydroxide consumption of up to 25%, using magnesium sulfate and sodium metasilicate as a hydrogen peroxide stabilizer. The method involves the processing of highly alkaline waste liquors, which significantly increases capital costs and reduces the economic and environmental efficiency of the process. At the second stage, oxygen delignification is assumed, followed by alkaline delignification with a sodium hydroxide consumption of 17.5%, after which bleaching with hydrogen peroxide is assumed. The method can be characterized as environmentally unsafe, energy- and capital-intensive, multi-stage and lengthy. The cellulose yield is not shown, the α-cellulose content is high - 89.0%.
Известен способ получения небеленой целлюлозы из лузги подсолнечника, выбранный за прототип, описанный в заявке на изобретение CN105862494A (МПК D21H11/12, опубл. 30.06.2017). Способ включает этапы, на которых: сырую скорлупу семян подсолнечника замачивают в чистой воде, разминают, промывают, фильтруют и проветривают; предварительно обработанные ломтики материала слой за слоем помещают в небольшую емкость для переваривания, между слоями разбрызгивают жидкость для переваривания и после герметизации и встряхивания небольшую емкость для переваривания помещают в бассейн с теплой водой для размягчения; небольшой резервуар непосредственно помещают во вращающийся варочный котел с электрическим нагревом и подвергают герметизации, повышению температуры, сохранению тепла, сдуванию и продувке; отделяют пульпу и концентрированную черную жидкость, пульпу помещают в сетчатый фильтр и промывают до нейтрального состояния чистой водой; отсеивают шлаковую массу промытой пульпы, проводят экструзионное обезвоживание, волокна диспергируют через устройство для рассеивания пульпы и получают неотбеленную химическую пульпу из скорлупы семян подсолнечника.There is a known method for producing unbleached cellulose from sunflower husks, selected as the prototype described in the application for invention CN105862494A (IPC D21H11/12, published 06/30/2017). The method includes the following stages: raw sunflower seed shells are soaked in clean water, kneaded, washed, filtered and ventilated; the pre-treated material slices are placed layer by layer in a small digestion container, the digestion liquid is sprinkled between the layers, and after sealing and shaking, the small digestion container is placed in a pool of warm water to soften; the small tank is directly placed into the electrically heated rotating digester and subjected to sealing, temperature raising, heat preservation, deflation and purging; the pulp and concentrated black liquid are separated, the pulp is placed in a mesh filter and washed until neutral with clean water; the slag mass of the washed pulp is screened out, extrusion dewatering is carried out, the fibers are dispersed through a device for dispersing the pulp and an unbleached chemical pulp is obtained from sunflower seed shells.
В способе используется высокотемпературная (до 175°С) пероксидно-щелочная варка с использованием стабилизаторов разложения пероксида водорода (сульфата магния и силиката натрия), последующая окислительная делигнификация пероксидом водорода с расходом реагента до 20%. Метод характеризуется изобретателем как простой и экологически безопасный, хотя не представлены способы утилизации отработанных растворов. Не показан выход целлюлозы. Недостатком способа является то, что процесс получения волокнистого материала является долговременным и экологически не безопасным, т.к. используются серосодержащие соединения.The method uses high-temperature (up to 175°C) peroxide-alkaline cooking using stabilizers for the decomposition of hydrogen peroxide (magnesium sulfate and sodium silicate), followed by oxidative delignification with hydrogen peroxide with a reagent consumption of up to 20%. The method is characterized by the inventor as simple and environmentally friendly, although methods for recycling waste solutions are not presented. Cellulose yield not shown. The disadvantage of this method is that the process of obtaining fibrous material is long-term and environmentally unsafe, because sulfur-containing compounds are used.
Задачей настоящего изобретения является сокращение расхода потребляемых энергоресурсов, экологичность, оптимизация технического процесса, минимизация экономических и экологических рисков.The objective of the present invention is to reduce the consumption of consumed energy resources, environmental friendliness, optimization of the technical process, minimization of economic and environmental risks.
Технический результат состоит в расширении арсенала волокнистого полуфабриката (ВПФ) на основе лузги подсолнечника, обеспечении переработки отходов масленичного производства, получении волокнистого материала с высоким выходом, высоким содержанием альфа-целлюлозы и бумагообразующими свойствами за счет сохранения углеводного комплекса, в том числе гемицеллюлозной фракции и лигнинных компонентов, обеспечивающего повышенные показатели механической прочности композиционных бумаг. Также изобретение обеспечивает снижение потерь биомассы, материальных, энергетических затрат и упрощение способа получения волокнистого полуфабриката за счет исключения стадии промывки после первичной обработки, одностадийности процесса разволокнения лузги посредством механического воздействия, создании замкнутого водооборота. Кроме того, изобретение обеспечивает экологическую безопасность и доступность производства ВПФ, снижение парогазовых выбросов, снижение себестоимости конечного продукта (композиционных бумаг) за счет исключения использования реагентов высокого класса опасности, применения низко концентрированного безопасного реагента.The technical result consists in expanding the arsenal of semi-finished fibrous product (SFP) based on sunflower husks, ensuring the processing of oilseed waste, obtaining fibrous material with high yield, high alpha-cellulose content and paper-forming properties due to the preservation of the carbohydrate complex, including the hemicellulose fraction and lignin components that provide increased mechanical strength of composite papers. The invention also reduces biomass losses, material and energy costs and simplifies the method of obtaining a fibrous semi-finished product by eliminating the washing stage after primary processing, the single-stage process of de-fibering the husks through mechanical action, and creating a closed water cycle. In addition, the invention ensures environmental safety and accessibility of VPF production, reduction of steam and gas emissions, reduction of the cost of the final product (composite papers) by eliminating the use of reagents of a high hazard class and the use of a low concentrated safe reagent.
Изобретение по способу получения представлено в вариантах.The invention according to the production method is presented in variants.
Технический результат по первому варианту достигается тем, что способ получения волокнистого полуфабриката, содержащего волокнистый материал из лузги подсолнечника для производства бумаги и картона, включающий обработку сырья реагентами, получение размягченной пластичной массы и волокнистого материала, обладающего бумагообразующими свойствами, согласно изобретения, осуществляют предварительную гидролитическую или химико-гидролитическую активацию лузги подсолнечника путем экстрагирования или замачивания сырья при гидромодуле 1:8-10, атмосферном давлении и температуре 80-100°C до гибкого пластичного состояния сырьевой массы, при этом химико-гидролитическую обработку осуществляют в растворе реагента низкой концентрации, выбранного из ряда: NaOH; HNO3; Na2S2O4; Na2SO3; Na2CO3, после достижения пластичности и гибкости сырьевую массу отделяют от раствора известным способом, отделенную сырьевую массу подвергают разволокнению в водной среде при гидромодуле 1:16-20, атмосферном давлении и температуре саморазогрева путем механического воздействия, обеспечивающего продольное расщепление, фибриллирование и разволокнение лузги, при этом механическое воздействие ведут до образования волокон со степенью помола 58-73°ШР, полученную гетерогенную суспензию разделяют на волокнистый материал и водный раствор известным способом, водный раствор подвергают механической очистке, разбавляют свежей водой и возвращают в технологический цикл. Гидролитическую или химико-гидролитическую активацию лузги подсолнечника осуществляют в течение 10-30 минут в 1-5% растворе реагента. Разволокнение осуществляют сжатием, сдвигом, кручением при температуре саморазогрева 70-80°C в центробежно-размалывающем аппарате в течение 10-20 мин. При необходимости, полученный волокнистый полуфабрикат промывают и сушат.The technical result in the first embodiment is achieved by the fact that the method of producing a fibrous semi-finished product containing fibrous material from sunflower husks for the production of paper and cardboard, including processing the raw materials with reagents, obtaining a softened plastic mass and fibrous material with paper-forming properties, according to the invention, carries out preliminary hydrolytic or chemical-hydrolytic activation of sunflower husks by extracting or soaking the raw material at a hydromodulus of 1:8-10, atmospheric pressure and temperature 80-100°C to a flexible plastic state of the raw material mass, while the chemical-hydrolytic treatment is carried out in a solution of a low concentration reagent selected from row: NaOH; HNO3 ; Na 2 S2O 4 ; Na 2 SO 3 ; Na 2 CO 3 , after achieving plasticity and flexibility, the raw material mass is separated from the solution in a known manner, the separated raw material mass is subjected to defibration in an aqueous environment at a hydromodulus of 1:16-20, atmospheric pressure and self-heating temperature by mechanical action, ensuring longitudinal splitting, fibrillation and defibration husks, while mechanical action is carried out until the formation of fibers with a degree of grinding of 58-73°SR, the resulting heterogeneous suspension is divided into fibrous material and an aqueous solution in a known manner, the aqueous solution is subjected to mechanical cleaning, diluted with fresh water and returned to the technological cycle. Hydrolytic or chemical-hydrolytic activation of sunflower husks is carried out for 10-30 minutes in a 1-5% reagent solution. Defibration is carried out by compression, shear, torsion at a self-heating temperature of 70-80°C in a centrifugal grinding apparatus for 10-20 minutes. If necessary, the resulting fibrous semi-finished product is washed and dried.
Технический результат по второму варианту достигается тем, что способ получения волокнистого полуфабриката из лузги подсолнечника для производства бумаги и картона, включающий обработку сырья реагентами, получение размягченной пластичной массы и волокнистого материала, обладающего бумагообразующими свойствами, согласно изобретения, осуществляют предварительную гидролитическую или химико-гидролитическую активацию лузги подсолнечника путем экстрагирования или замачивания сырья при гидромодуле 1:8-10, атмосферном давлении и температуре 80-100°C до гибкого пластичного состояния сырьевой массы, при этом химико-гидролитическую обработку осуществляют в растворе реагента низкой концентрации, выбранного из ряда: NaOH; HNO3, после достижения пластичности и гибкости сырьевую массу отделяют от раствора известным способом, отделенную сырьевую массу подвергают разволокнению в водной среде при гидромодуле 1:16-20, атмосферном давлении и температуре саморазогрева путем механического воздействия, обеспечивающего продольное расщепление, фибриллирование и разволокнение лузги, при этом механическое воздействие ведут до образования волокон со степенью помола 10-28°ШР, полученную гетерогенную суспензию разделяют на волокнистый материал и водный раствор, водный раствор подвергают механической очистке, разбавляют свежей водой и возвращают в технологический цикл. Гидролитическую или химико-гидролитическую активацию лузги подсолнечника осуществляют в течение 10-30 минут в 1-5% растворе реагента. Разволокнение осуществляют путем пульсационного, кавитационного, гидродинамического и ударного механического воздействия в аппарате роторно-пульсационного типа при температуре саморазогрева 70-80°C в течение 20-30 мин. При необходимости, полученный волокнистый полуфабрикат промывают и сушат.The technical result according to the second option is achieved by the fact that the method for producing a fibrous semi-finished product from sunflower husks for the production of paper and cardboard, including processing the raw materials with reagents, obtaining a softened plastic mass and fibrous material with paper-forming properties, according to the invention, preliminary hydrolytic or chemical-hydrolytic activation is carried out sunflower husks by extracting or soaking the raw material at a hydromodulus of 1:8-10, atmospheric pressure and a temperature of 80-100°C until a flexible plastic state of the raw material mass, while chemical-hydrolytic treatment is carried out in a solution of a low concentration reagent selected from the range: NaOH; HNO 3 , after achieving plasticity and flexibility, the raw material mass is separated from the solution in a known manner, the separated raw material mass is subjected to defibration in an aqueous medium at a hydromodulus of 1:16-20, atmospheric pressure and self-heating temperature by mechanical action, ensuring longitudinal splitting, fibrillation and defibration of the husk, in this case, mechanical action is carried out until the formation of fibers with a degree of grinding of 10-28°ShR, the resulting heterogeneous suspension is divided into fibrous material and an aqueous solution, the aqueous solution is subjected to mechanical cleaning, diluted with fresh water and returned to the technological cycle. Hydrolytic or chemical-hydrolytic activation of sunflower husks is carried out for 10-30 minutes in a 1-5% reagent solution. Defiberation is carried out by pulsation, cavitation, hydrodynamic and shock mechanical action in a rotary-pulsation type apparatus at a self-heating temperature of 70-80°C for 20-30 minutes. If necessary, the resulting fibrous semi-finished product is washed and dried.
Технический результат достигается применением волокнистого полуфабриката, полученного по варианту 1, в количестве от 0,1% до 50% в качестве добавки (дополнительного компонента) в составе композиции волокнистой бумажной массы для изготовления бумаги на основе древесной целлюлозы или восстановленных волокон макулатурной массы или их композиций.The technical result is achieved by using the fibrous semi-finished product obtained according to option 1, in an amount from 0.1% to 50% as an additive (additional component) in the composition of fibrous paper pulp for the manufacture of paper based on wood cellulose or recovered fibers of waste paper pulp or their compositions .
В описании прототипа приведен физико-химический состав оболочки семян подсолнечника, произрастающего в Китае. Обнаружено содержание в оболочке семян подсолнечника: целлюлозы - 40,87%; поливентозы- 17,86%; лигнина - 17,64%; золы - 1,51%, спиртобензольного экстракта 1,85%, экстракты - остальное. Однако не определены отличительные особенности лузги подсолнечника от возобновляемого растительного сырья, которые необходимо учитывать при разработке технологии получения волокнистого материала.The description of the prototype shows the physical and chemical composition of the shell of sunflower seeds growing in China. The following contents were found in the shell of sunflower seeds: cellulose - 40.87%; polyventoses - 17.86%; lignin - 17.64%; ash - 1.51%, alcohol-benzene extract 1.85%, extracts - the rest. However, the distinctive features of sunflower husks from renewable plant raw materials have not been determined, which must be taken into account when developing technology for producing fibrous material.
Физико-химический состав лузги подсолнечника во многом зависит от сорта растения, условий и зоны произрастания. В заявленном изобретении использовалась лузга подсолнечника, выращиваемого в Саратовской области (сорта: ЛГ59580 RU CR; Сурус, Экселент, Джоя, ЛГ 50479 SX CR, ПР63ЛЕ10, П64ЛЕ25, П64ХЕ118, Фаусто, Ароматик, Сумико). В таблице 2 приведены физические характеристики исследуемого сырья - лузги подсолнечника.The physicochemical composition of sunflower husks largely depends on the plant variety, conditions and growing zone. The claimed invention used sunflower husks grown in the Saratov region (varieties: LG59580 RU CR; Surus, Excelent, Joya, LG 50479 SX CR, PR63LE10, P64LE25, P64HE118, Fausto, Aromatic, Sumiko). Table 2 shows the physical characteristics of the studied raw material - sunflower husks.
Определены физико-химические показатели лузги подсолнечника, характеризующие технологическую пригодность растительного сырья: влажность 5,93-6,35%; зольность - 2,60-2,62%; экстрактивные вещества - 6,42-6,84%; лигнин - 29,9-30,1%; холокомплекс 30,62-31,34%; целлюлоза Кюршнера 35,16-37,08%; пентозаны 28,0-28,5%; альфа-целлюлоза - 61,5-68,9% (фракция технической целлюлозы, определяющая механическую прочность, химическую и термическую стойкость и долговечность бумаги).The physicochemical parameters of sunflower husks have been determined, characterizing the technological suitability of plant raw materials: humidity 5.93-6.35%; ash content - 2.60-2.62%; extractives - 6.42-6.84%; lignin - 29.9-30.1%; holocomplex 30.62-31.34%; Kürschner cellulose 35.16-37.08%; pentosans 28.0-28.5%; alpha cellulose - 61.5-68.9% (technical cellulose fraction that determines the mechanical strength, chemical and thermal resistance and durability of paper).
Содержание альфа-целлюлозы определяли по ГОСТ 6840-78. Содержание целлюлозы по Кюршнеру, холомплекс с перокоуксусной кислотой, содержание экстрактивных веществ, содержание зольных веществ, влажность образцов определяли по методикам, описанным в общедоступных источниках (Оболенская А. В., Ельницкая 3.П., Леонович А. А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы: Учебное пособие для вузов. -М.: «Экология», 1991. 320 с. ISBN 5-7120-0264-7). Содержание пентозанов определяли фотоколориметрическим методом (ГОСТ 10820-75). Содержание ароматической части определяли сернокислотным методом в модификации Комарова (ГОСТ 11960-79).The alpha-cellulose content was determined according to GOST 6840-78. The cellulose content according to Kürschner, holocomplex with peroacetic acid, the content of extractives, the content of ash substances, the moisture content of the samples were determined using methods described in publicly available sources (Obolenskaya A.V., Elnitskaya Z.P., Leonovich A.A. Laboratory work in chemistry wood and cellulose: Textbook for universities. - M.: “Ecology”, 1991. 320 pp. ISBN 5-7120-0264-7). The content of pentosans was determined by the photocolorimetric method (GOST 10820-75). The content of the aromatic part was determined by the sulfuric acid method modified by Komarov (GOST 11960-79).
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлены микрофотографии внешней a) и внутренней b) поверхности чешуйки лузги подсолнечника. На фиг. 2 - ИК-спектр лузги подсолнечника. На фиг. 3 - дифрактограмма лузги подсолнечника. На фиг. 4 - фотография полученного полуфабриката по первому варианту способа. На фиг. 5 - фотография полученного полуфабриката по второму варианту способа. На фиг. 6 - ИК-спектр ВПФ, полученного по первому варианту способа. На фиг. 7 - ИК-спектр ВПФ, полученного по второму варианту способа. На фиг. 8 -дифрактограмма ВПФ из лузги подсолнечника по первому варианту способа. На фиг. 9 - дифрактограмма ВПФ из лузги подсолнечника по второму варианту способа. На фиг. 10 - фотографии образцов полученной бумаги: a) лист бумаги из композиции макулатурная масса (ММ) и волокнистый полуфабрикат (ВПФ) при соотношении, мас.%: ММ:ВПФ = 99,9:0,1; b) лист бумаги из композиции ММ и ВПФ при соотношении, мас.%: ММ:ВПФ = 50:50 (предварительная активация - Н2О); c) лист бумаги из композиции ММ и ВПФ при соотношении, мас.%: ММ:ВПФ = 50:50 (предварительная активация Na2S2O4); d) лист бумаги из композиции ММ и ВПФ при соотношении, мас.%: ММ:ВПФ = 50:50 (предварительная активация Na2SO4); e) лист бумаги из композиции ММ и ВПФ при соотношении (предварительная активация Na2CO3), мас.%: 1) ММ:ВПФ=30:70, 2) ММ:ВПФ=50:50; 3) ММ:ВПФ=70:30.In fig. Figure 1 shows microphotographs of the outer a) and inner b) surfaces of sunflower husk flakes. In fig. 2 - IR spectrum of sunflower husks. In fig. 3 - diffraction pattern of sunflower husk. In fig. 4 - photograph of the resulting semi-finished product according to the first version of the method. In fig. 5 - photograph of the resulting semi-finished product according to the second version of the method. In fig. 6 - IR spectrum of the VMF obtained according to the first version of the method. In fig. 7 - IR spectrum of the VMF obtained according to the second version of the method. In fig. 8 - diffraction pattern of VPF from sunflower husk according to the first version of the method. In fig. 9 - diffraction pattern of VPF from sunflower husk according to the second version of the method. In fig. 10 - photographs of samples of the resulting paper: a) a sheet of paper from the composition of waste paper pulp (MM) and semi-finished fibrous product (WPF) at the ratio, wt.%: MM:WPF = 99.9:0.1; b) a sheet of paper from the composition of MM and VPF at the ratio, wt.%: MM:VPF = 50:50 (preliminary activation - H 2 O); c) a sheet of paper from the composition of MM and VPF at the ratio, wt.%: MM:VPF = 50:50 (preliminary activation of Na 2 S 2 O 4 ); d) a sheet of paper from the composition of MM and VPF at the ratio, wt.%: MM:VPF = 50:50 (preliminary activation of Na 2 SO 4 ); e) a sheet of paper from the composition of MM and VPF at the ratio (preliminary activation of Na 2 CO 3 ), wt.%: 1) MM: VPF = 30:70, 2) MM: VPF = 50:50; 3) MM:VPF=70:30.
На фиг. 1 показано, что внешняя поверхность чешуйки лузги покрыта плотным слоем природного пигмента - фитомеланина, проникающего в срединную пластинку, который осуществляет защитную функцию семечки от атмосферных, биологических и окислительных процессов, это свойство меланина наносит свой отпечаток на реакционную способность лузги подсолнечника. Определено наличие на внутренней поверхности лузги жирового слоя, который придает гидрофобность исследуемому материалу и затрудняет диффузию химического реагента внутрь пластинки лузги.In fig. Figure 1 shows that the outer surface of the husk scale is covered with a dense layer of natural pigment - phytomelanin, penetrating into the middle plate, which carries out the protective function of the seed from atmospheric, biological and oxidative processes; this property of melanin leaves its mark on the reactivity of sunflower husk. The presence of a fatty layer on the inner surface of the husk was determined, which imparts hydrophobicity to the material under study and complicates the diffusion of the chemical reagent inside the husk plate.
Проведен спектральный анализ лузги подсолнечника. В ИК-спектре лузги подсолнечника (фиг. 2) наблюдаются все полосы, характерные для природных растительных полимеров (в области 3000-3600, 2700-3000, 1300-1500, 1000-1200, 900 см-1), которые соответствуют валентным колебаниям ОН- и СН-групп и валентным и деформационным колебаниям С-О-С группам целлюлозного кольца. Спектр характерен для модели целлюлозы I (отсутствие полосы поглощения в области 2983 см-1). Лузга подсолнечника содержит основной компонент - целлюлозу, ей сопутствуют гемицеллюлозы и лигнинные вещества. Гемицеллюлозы идентифицируют по полосе п.п. ~1739 см-1. Лигнин анализируют по полосам скелетных колебаний бензольного кольца при 1608 см-1 и 1508 см-1, также по п.п. ~1220-1500, 1600-1650, 1720-1740 см-1.A spectral analysis of sunflower husks was carried out. In the IR spectrum of sunflower husk (Fig. 2), all bands characteristic of natural plant polymers are observed (in the region of 3000-3600, 2700-3000, 1300-1500, 1000-1200, 900 cm -1 ), which correspond to OH stretching vibrations - and CH groups and stretching and bending vibrations of C-O-C groups of the cellulose ring. The spectrum is typical for the cellulose I model (no absorption band in the region of 2983 cm -1 ). Sunflower husk contains the main component - cellulose, accompanied by hemicelluloses and lignin substances. Hemicelluloses are identified by the a.p. band. ~1739 cm -1 . Lignin is analyzed by the bands of skeletal vibrations of the benzene ring at 1608 cm -1 and 1508 cm -1 , also by pp. ~1220-1500, 1600-1650, 1720-1740 cm -1 .
На фиг. 3 представлен рентгенофазовый анализ (РФА) лузги подсолнечника. В результате анализа установлены: индекс асимметрии - 0,47; индекс кристалличности по О'Коннор - 0,5.In fig. Figure 3 shows X-ray phase analysis (XRF) of sunflower husks. As a result of the analysis, the following was established: asymmetry index - 0.47; O'Connor crystallinity index - 0.5.
Таким образом, в результате исследования выявлены отличительные особенности лузги подсолнечника, как исходного сырья для получения целлюлозы и волокнистого материала:Thus, as a result of the study, the distinctive features of sunflower husks as the raw material for the production of cellulose and fibrous material were revealed:
- все ОН-группа гликопиранозного кольца находятся в прочных внутримолекулярных связях (3423 см-1 -OII-Н…O6 I), это характеризует плотность упаковки целлюлозных фибрилл и объясняет трудную доступность для реагента и как следствие низкую реакционную способность;- all OH groups of the glycopyranose ring are in strong intramolecular bonds (3423 cm -1 -O II -H...O 6 I ), this characterizes the packing density of cellulose fibrils and explains the difficult accessibility for the reagent and, as a consequence, low reactivity;
- меланин покрывает внешнюю поверхность пластинки лузги плотным тонким слоем и как следствие препятствует реакционной способности полимера, при этом меланин препятствуют окислительным и биологическим разрушениям при хранении сырья.- melanin covers the outer surface of the husk plate with a dense thin layer and, as a result, prevents the reactivity of the polymer, while melanin prevents oxidative and biological destruction during storage of raw materials.
В результате исследований и в зависимости от структурного и физико-химического состава изучаемого растительного сырья (лузги подсолнечника) определены методы химической активации, последовательности обработки и режимы ведения процессов механического воздействия для эффективного получения практического результата.As a result of research and depending on the structural and physico-chemical composition of the plant raw material under study (sunflower husk), methods of chemical activation, processing sequences and modes of conducting mechanical impact processes were determined to effectively obtain a practical result.
Способ получения полуфабриката из лузги подсолнечника представлен в вариантах и осуществляется следующим образом.The method for producing a semi-finished product from sunflower husks is presented in variants and is carried out as follows.
Предлагаемое изобретение основано на принципах механохимической технологии получения ВПФ из растительного сырья. Разволокнение лузги подсолнечника характеризуется мягкими условиями предварительной химической активации: температурой 80-100°С, низкой концентрацией активирующего реагента (1-5%), возможностью проведения процесса разволокнения в одну стадию с помощью механического воздействия, возможностью варьирования степени помола (°ШР) волокнистого материала; созданием композиций бумажной массы, содержащих подготовленный волокнистый полуфабрикат из лузги подсолнечника до 50%. В процессе гидролитической или гидрохимической активации лузга переходит в гибкое пластичное состояние в результате размягчения лигнинных веществ, что способствует легкости размола лузги с сохранением природной длины волокна.The proposed invention is based on the principles of mechanochemical technology for obtaining HMF from plant raw materials. Defibration of sunflower husks is characterized by mild conditions of preliminary chemical activation: temperature 80-100°C, low concentration of the activating reagent (1-5%), the possibility of carrying out the defibration process in one stage using mechanical action, the possibility of varying the degree of grinding (°FR) of the fibrous material ; creating paper pulp compositions containing prepared fibrous semi-finished product from sunflower husks up to 50%. During the process of hydrolytic or hydrochemical activation, the husk transforms into a flexible plastic state as a result of softening of lignin substances, which makes it easier to grind the husk while maintaining the natural length of the fiber.
Для подготовки лузги к механическому разволокнению первоначально осуществляют предварительную активацию сырья: гидролитическую или химико-гидролитическую обработку неизмельченной лузги подсолнечника путем экстрагирования или замачивания сырья в водной или водно-щелочной или водно-кислотной среде при атмосферном давлении, температуре 80-100°C, при гидромодуле 1:8-10. Благодаря гидролитической или химико-гидролитической активации волокна лузги набухают, приобретают гибкость и пластичность, становятся мягкими и податливыми, что предохраняет их от сильного разрушения при размоле и способствует фибриллированию. Химико-гидролитическую обработку осуществляют в растворе реагента низкой концентрации (1-5%), которая характеризуется низкой степенью экологической опасности. Активирующий реагент выбирают из ряда: NaOH; HNO3; Na2S2O4; Na2SO3; Na2CO3. Обработку ведут до образования гибкого и пластичного состояния сырьевой массы, предпочтительно, в течении 10-30 минут. После достижения пластичности и гибкости сырьевую массу отделяют от раствора известными способами. Дополнительно, отделенный щелочной экстракт может быть направлен на дальнейшую переработку, т.к. содержит биополимер растительного происхождения - меланин, обладающий высокой биологической активностью, и который может быть использован для производства биологически активных и пищевых добавок.To prepare the husks for mechanical defibration, the raw material is initially pre-activated: hydrolytic or chemical-hydrolytic treatment of uncrushed sunflower husk by extracting or soaking the raw material in an aqueous or aqueous-alkaline or aqueous-acidic environment at atmospheric pressure, temperature 80-100°C, at a hydromodulus 1:8-10. Thanks to hydrolytic or chemical-hydrolytic activation, the husk fibers swell, acquire flexibility and plasticity, become soft and pliable, which protects them from severe destruction during grinding and promotes fibrillation. Chemical-hydrolytic treatment is carried out in a low concentration reagent solution (1-5%), which is characterized by a low degree of environmental hazard. The activating reagent is selected from the following: NaOH; HNO3 ; Na 2 S 2 O 4 ; Na 2 SO 3 ; Na 2 CO 3 . Processing is carried out until a flexible and plastic state of the raw material mass is formed, preferably within 10-30 minutes. After achieving plasticity and flexibility, the raw material mass is separated from the solution by known methods. Additionally, the separated alkaline extract can be sent for further processing, because contains a biopolymer of plant origin - melanin, which has high biological activity and which can be used for the production of biologically active and food additives.
По первому варианту отделенную сырьевую массу подвергают разволокнению в водной среде при атмосферном давлении и температуре саморазогрева (70-80°C), при гидромодуле 1:16-20 путем механического воздействия на пластичную лузгу семечки сжатием, сдвигом, кручением. В процессе механической обработки происходят качественные изменения кристаллической компоненты целлюлозы, осуществляется фибриллирование, продольное расщепление и разволокнение лузги за счет разрыва химической связи. Для осуществления механического разволокнения лузги используют центробежно-размалывающий аппарат (ЦРА) при 800-1200 об/мин. Воздействие осуществляют до образования волокон со степенью помола 58-73° ШР, предпочтительно, в течение 10-20 мин. По окончании размола полученную гетерогенную суспензию разделяют на волокнистый материал и отработанный раствор путем фильтрования или центрифугирования. Такое механическое воздействие на массу в водной среде благоприятствует формированию и развитию связей между волокнами при изготовлении бумаги, обеспечивается повышение механической прочности и улучшение других свойств бумаги. В условиях бумажного производства, полученный волокнистый полуфабрикат, направляют на следующую стадию для составления композиционной волокнистой бумажной массы и изготовления бумаги или картона. В условиях отдельного производства волокнистый полуфабрикат, при необходимости, промывают, сушат и складируют для отправки на целлюлозно-бумажное производство для составления композиционных волокнистых масс для изготовления бумаги или картона.According to the first option, the separated raw material mass is subjected to defibration in an aqueous environment at atmospheric pressure and self-heating temperature (70-80°C), at a hydromodulus of 1:16-20 by mechanical action on the plastic husk of the seed by compression, shear, and torsion. In the process of mechanical processing, qualitative changes occur in the crystalline component of cellulose, fibrillation, longitudinal splitting and defibration of the husk occurs due to the breaking of the chemical bond. To carry out mechanical defibration of the husks, a centrifugal grinding apparatus (CMA) is used at 800-1200 rpm. The exposure is carried out until fibers with a degree of grinding of 58-73° SR are formed, preferably within 10-20 minutes. At the end of grinding, the resulting heterogeneous suspension is separated into fibrous material and waste solution by filtration or centrifugation. Such a mechanical effect on the mass in an aqueous environment favors the formation and development of bonds between fibers during paper production, increasing mechanical strength and improving other properties of paper. In paper production, the resulting fibrous semi-finished product is sent to the next stage for the preparation of composite fibrous paper pulp and the production of paper or cardboard. In separate production conditions, the semi-finished fibrous product, if necessary, is washed, dried and stored for sending to the pulp and paper production for the preparation of composite fibrous masses for the production of paper or cardboard.
Водный раствор подвергают механической очистке, разбавляют свежей водой и возвращают в технологический цикл.The aqueous solution is subjected to mechanical purification, diluted with fresh water and returned to the technological cycle.
Отличие второго варианта способа от первого состоит в том, что активирующий реагент выбирают из ряда: NaOH; HNO3, а отделенную сырьевую массу подвергают разволокнению путем пульсационного, кавитационного, гидродинамического и ударного воздействия на подготовленную пластичную лузгу семечки. Для механического воздействия используют аппарат роторно-пульсационного типа (РПА) при 3000 об/мин. Аналогично, в процессе механической обработки происходят качественные изменения кристаллической компоненты целлюлозы, осуществляется фибриллирование, продольное расщепление и разволокнение лузги за счет разрыва химической связи. Воздействие осуществляют до образования волокон со степенью помола 10-28° ШР, предпочтительно, в течение 20-30 мин. Режим роспуска более щадящий, что важно для коротковолокнистых материалов, обеспечивается более интенсивная гидратация и фибриллирование практически без укорочения волокна. При этом помол массы увеличивается незначительно - на 1- 2°ШР.The difference between the second version of the method and the first is that the activating reagent is selected from the following range: NaOH; HNO 3 , and the separated raw material mass is subjected to defibration by pulsation, cavitation, hydrodynamic and impact effects on the prepared plastic seed husk. For mechanical action, a rotary pulsation type apparatus (RPA) is used at 3000 rpm. Similarly, in the process of mechanical processing, qualitative changes occur in the crystalline component of cellulose, fibrillation, longitudinal splitting and defibration of the husk occurs due to the breaking of the chemical bond. The exposure is carried out until fibers with a grinding degree of 10-28° SR are formed, preferably for 20-30 minutes. The dissolution mode is more gentle, which is important for short-fiber materials; more intense hydration and fibrillation are ensured with virtually no fiber shortening. At the same time, the grinding of the mass increases slightly - by 1-2°SR.
Пример 1.Example 1.
Реализация способа по первому варианту с применением центробежного размалывающего аппарата (ЦРА).Implementation of the method according to the first option using a centrifugal grinding apparatus (CGR).
Лузгу подсолнечника подвергали гидролитической или химико-гидролитической активации с гидромодулем 1:8-10 при 90-100°С в течение 10-30 минут. Благодаря гидролитической или химико-гидролитической активации лузги происходит вытеснение воздуха из капилляров плотной структуры, частички лузги набухают, размягчаются, приобретают гибкость и пластичность, становятся податливыми, это предохраняет их от сильного разрушения при размоле и способствует фибриллированию. Подготовленную лузгу разволокняли путем механического воздействия на пластичную лузгу семечки сжатием, сдвигом, кручением в ЦРА при гидромодуле 1:16-20 и температуре саморазогрева (70-80°С) в течение 10-20 минут. В результате получили волокнистый материал со степенью помола 58-73°ШР, с выходом 63,5-95,6%, с содержание лигнинных веществ 27,1-29,4%, альфа-целлюлозы - 56,0-87,6%. В таблице 3 приведены характеристики полученного волокнистого материала при различных режимах ведения механохимического процесса.Sunflower husks were subjected to hydrolytic or chemical-hydrolytic activation with a hydromodulus of 1:8-10 at 90-100°C for 10-30 minutes. Thanks to the hydrolytic or chemical-hydrolytic activation of the husk, air is displaced from the capillaries of the dense structure, the husk particles swell, soften, acquire flexibility and plasticity, and become pliable, this protects them from severe destruction during grinding and promotes fibrillation. The prepared husk was unfibered by mechanical action on the plastic husk of the seed by compression, shear, torsion in the CRA at a hydromodulus of 1:16-20 and a self-heating temperature (70-80°C) for 10-20 minutes. As a result, we obtained a fibrous material with a degree of grinding of 58-73°SR, with a yield of 63.5-95.6%, with a content of lignin substances of 27.1-29.4%, alpha-cellulose - 56.0-87.6% . Table 3 shows the characteristics of the resulting fibrous material under various modes of the mechanochemical process.
модуль/hydro
module/
модульhydro
module
минn, rev/
min
Пример 2.Example 2.
Реализация способа по второму варианту с применением роторно-пульсационного аппарата (РПА).Implementation of the method according to the second option using a rotary pulsation apparatus (RPA).
Лузгу подсолнечника подвергали гидролитической или химико-гидролитической активации с гидромодулем 1:8-10 при 90-100°С в течение 10-30 минут, благодаря гидролитической или химико-гидролитической активации вытесняется воздух из плотной структуры лузги, волокна лузги набухают, размягчаются, приобретают гибкое и пластичное состояние, становятся податливыми, это предохраняет их от сильного разрушения при размоле и способствует фибриллированию. Подготовленную лузгу разволокняли путем пульсационного, кавитационного, гидродинамического и ударного механического воздействия на пластичную лузгу семечки в РПА при гидромодуле 1:16-20 при температуре саморазогрева (70-80°С) в течение 20-30 минут. В результате получили волокнистый материал со степенью помола 10-28°ШР, с выходом 54,5-87,9%, с содержание лигнинных веществ 23,0-29,9%, альфа-целлюлозы - 47,9-87,9%. В таблице 4 приведены характеристики полученного волокнистого материала при различных режимах ведения механохимического процесса.Sunflower husks were subjected to hydrolytic or chemical-hydrolytic activation with a hydromodulus of 1:8-10 at 90-100°C for 10-30 minutes, thanks to hydrolytic or chemical-hydrolytic activation, air is displaced from the dense structure of the husk, the husk fibers swell, soften, and acquire flexible and plastic state, become pliable, this protects them from severe destruction during grinding and promotes fibrillation. The prepared husk was unfibered by pulsation, cavitation, hydrodynamic and shock mechanical action on the plastic husk of the seed in the RPA at a hydromodulus of 1:16-20 at a self-heating temperature (70-80°C) for 20-30 minutes. As a result, we obtained a fibrous material with a degree of grinding of 10-28°SR, with a yield of 54.5-87.9%, with a content of lignin substances of 23.0-29.9%, alpha-cellulose - 47.9-87.9% . Table 4 shows the characteristics of the resulting fibrous material under various modes of the mechanochemical process.
модульhydro
module
модульhydro
module
°СT,
°C
На фиг. 4 и фиг. 5 представлены фотографии волокнистого материала, полученного с помощью предлагаемого способа. Полученный материал обладает высокими бумагообразующими свойствами, является волокнистым полуфабрикатом (ВПФ) и может применяться для изготовления бумаги или картона.In fig. 4 and fig. Figure 5 shows photographs of fibrous material obtained using the proposed method. The resulting material has high paper-forming properties, is a semi-finished fibrous product (SFP) and can be used for the production of paper or cardboard.
Химический анализ ВПФ идентифицирован по ИК-спектрам (фиг. 6 и фиг. 7), где показано, что природный материал не претерпевает химических изменений в рамках исследованных технологических приемов. Рентгенографические исследования фазового состояния целлюлозы, полученных полуфабрикатов (фиг.8 и фиг.9), свидетельствуют о том, что в процессах размола значительного изменения структурно-организационной характеристики целлюлозы не происходит. Степень кристалличности целлюлозы в исходном сырье составляет 0,5. При размоле в РПА степень кристалличности целлюлозы остается на таком же уровне - 0,5, при этом происходит фибриллирование сырья на волокна, но не происходит модифицирования. При размоле в ЦРА степень кристалличности повышается на 6% (составляет 0,56), т.е. происходит некоторое разрыхление (аморфизация целевого волокна) и этим объясняется высокая степень помола (50-70°ШР) и хорошие бумагообразующие свойства ВПФ.Chemical analysis of the HMF is identified by IR spectra (Fig. 6 and Fig. 7), which show that the natural material does not undergo chemical changes within the framework of the studied technological methods. X-ray studies of the phase state of cellulose obtained in semi-finished products (Fig. 8 and Fig. 9) indicate that during grinding processes there is no significant change in the structural and organizational characteristics of cellulose. The degree of crystallinity of cellulose in the feedstock is 0.5. When milling in RPA, the degree of crystallinity of cellulose remains at the same level - 0.5, while fibrillation of the raw material into fibers occurs, but no modification occurs. When grinding in CPA, the degree of crystallinity increases by 6% (0.56), i.e. Some loosening occurs (amorphization of the target fiber) and this explains the high degree of grinding (50-70°SR) and the good paper-forming properties of the VPF.
Экспериментальные исследования по изготовлению образцов бумаги с использованием ВПФ проведены для первого варианта способа.Experimental studies on the production of paper samples using VPF were carried out for the first version of the method.
Волокнистый полуфабрикат из лузги подсолнечника характеризуется показателем механической прочности, тестируемой по разрывной длине - 519 м (60°ШР).The fibrous semi-finished product from sunflower husks is characterized by mechanical strength, tested by breaking length - 519 m (60°SR).
Пример 3. Полученную массу промывали на воронке Бюхнера с вакуумом (имитируя промывку на сгустителе). От полученной папки отбирали часть влажного волокна, определяли влажность (ГОСТ 16932-93 (ИСО 638-78)).Example 3. The resulting mass was washed on a Buchner funnel with a vacuum (simulating washing on a thickener). A portion of the wet fiber was taken from the resulting folder and the moisture content was determined (GOST 16932-93 (ISO 638-78)).
Составляли композицию волокнистой бумажной массы для изготовления бумаги, содержавшую ВПФ, древесную целлюлозу (хвойных (ХЦ) и/или лиственных (ЛЦ) пород) и/или восстановленных волокон макулатурной массы (ММ) при разных соотношениях. Из влажной массы готовили отливки массой 125 г/м2 и 200 г/м2 для определения показателей механической прочности. Отливки изготовляли (без дополнительного фибриллирования) на листоотливном аппарате ЛА-3, согласно ГОСТ 14363.4-89.A composition of fibrous paper pulp for paper production was made, containing HPF, wood cellulose (softwood (CC) and/or hardwood (LC) and/or recovered waste paper fibers (MM) at different ratios. Castings weighing 125 g/ m2 and 200 g/ m2 were prepared from the wet mass to determine mechanical strength indicators. The castings were produced (without additional fibrillation) on a sheet-casting machine LA-3, according to GOST 14363.4-89.
Показатели механической прочности образцов композиционных бумаг и картона с применением ВПФ из лузги подсолнечника, согласно приведенным выше критериям представлены в таблице 5.Indicators of the mechanical strength of samples of composite papers and cardboard using VPF from sunflower husks, according to the above criteria, are presented in Table 5.
ВПФPreparation
VPF
Экспериментальными исследованиями установлено, что при применении ВПФ, содержащего 100% волокнистой бумажной массы на основе лузги подсолнечника, нельзя получить прочный лист бумаги или картона. При добавлении полученного ВПФ от 0,1% до 50% в композицию волокнистой бумажной массы на основе древесной или макулатурной массы, или их композиций получены образцы бумаги приемлемой механической прочностью (таблица 5). Таким образом, полученный волокнистый полуфабрикат, содержащий волокнистый материал на основе лузги подсолнечника, может быть применен в количестве от 0,1% до 50% в качестве добавки (дополнительного компонента) в состав композиции волокнистой бумажной массы для изготовления бумаги или картона на основе древесной целлюлозы или восстановленных волокон макулатурной массы или их комбинаций. Полученные образцы бумаги иллюстрируются фотографиями (фиг. 10).Experimental studies have established that when using VPF containing 100% fibrous paper pulp based on sunflower husks, it is impossible to obtain a durable sheet of paper or cardboard. By adding the resulting VPF from 0.1% to 50% to a composition of fibrous paper pulp based on wood or waste paper pulp, or their compositions, paper samples with acceptable mechanical strength were obtained (Table 5). Thus, the resulting fibrous semi-finished product containing fibrous material based on sunflower husks can be used in an amount from 0.1% to 50% as an additive (additional component) to the composition of fibrous paper pulp for the production of paper or cardboard based on wood cellulose or recovered waste paper fibers or combinations thereof. The resulting paper samples are illustrated with photographs (Fig. 10).
Заявленное изобретение расширят арсенал ВПФ на основе лузги подсолнечника, который может быть использован в качестве компонента (добавки) при изготовлении бумаги, картона (гофрокартона), расширяет сырьевую базу для получения волокнистого полуфабриката из отходов масленичного производства, позволяет получить волокнистый материал с высоким выходом, высоким содержанием альфа-целлюлозы и высокими бумагообразующими свойствами при снижении количества потерь биомассы, снижении материальных, энергетических затрат и упрощении способа получения волокнистого полуфабриката. Кроме того, изобретение обеспечивает экологичность производства ВПФ, снижение парогазовых выбросов, доступность производства, снижение себестоимости конечного продукта (композиционных бумаг).The claimed invention will expand the arsenal of VPF based on sunflower husks, which can be used as a component (additive) in the manufacture of paper, cardboard (corrugated cardboard), expands the raw material base for obtaining a fibrous semi-finished product from oil production waste, allows obtaining fibrous material with high yield, high alpha-cellulose content and high paper-forming properties while reducing the amount of biomass loss, reducing material and energy costs and simplifying the method of obtaining a fibrous semi-finished product. In addition, the invention ensures environmental friendliness of the production of VPF, reduction of steam and gas emissions, accessibility of production, and reduction of the cost of the final product (composite papers).
Claims (12)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2813172C1 true RU2813172C1 (en) | 2024-02-07 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2295250C2 (en) * | 2001-10-04 | 2007-03-20 | Биовелоп Интернэшнл Б.В. | Method for fractionation of cake and ground cake of oil seeds |
| CN1311131C (en) * | 2005-07-05 | 2007-04-18 | 赵义民 | Method of manufacturing pulp using sunflower seed skin |
| CN102031713A (en) * | 2010-10-02 | 2011-04-27 | 山东海龙股份有限公司 | Preparation method of sunflower seed husk pulp |
| RU2487206C1 (en) * | 2011-10-18 | 2013-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Целлюлозная компания" | Method of production of cellulose |
| CN105862494B (en) * | 2016-05-26 | 2017-06-30 | 四川理工学院 | A kind of method that natural color pulp is prepared with sunflower seed shell |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2295250C2 (en) * | 2001-10-04 | 2007-03-20 | Биовелоп Интернэшнл Б.В. | Method for fractionation of cake and ground cake of oil seeds |
| CN1311131C (en) * | 2005-07-05 | 2007-04-18 | 赵义民 | Method of manufacturing pulp using sunflower seed skin |
| CN102031713A (en) * | 2010-10-02 | 2011-04-27 | 山东海龙股份有限公司 | Preparation method of sunflower seed husk pulp |
| RU2487206C1 (en) * | 2011-10-18 | 2013-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Целлюлозная компания" | Method of production of cellulose |
| CN105862494B (en) * | 2016-05-26 | 2017-06-30 | 四川理工学院 | A kind of method that natural color pulp is prepared with sunflower seed shell |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SU1194282A3 (en) | Method of decomposing lignocellulose material | |
| US20040244925A1 (en) | Method for producing pulp and lignin | |
| CA1226705A (en) | Chemithermomechanical pulping process employing separate alkali and sulfite treatments | |
| JP5938979B2 (en) | Treatment method of plant-based materials | |
| JP2004503683A5 (en) | ||
| US8012308B2 (en) | Manufacturing method of mechanical pulp from cornstalk cellulose | |
| KR100811196B1 (en) | Method for Preparing Pulp Using Rhodophyta Having Thick Cortex | |
| Barbash et al. | Comparative pulping of sunflower stalks | |
| Nababan et al. | Response surface methodology for enzymatic hydrolysis optimization of jabon alkaline pulp with Tween 80 surfactant addition | |
| Moral et al. | Potential use of green alga Ulva sp. for papermaking | |
| CN1332818A (en) | Kraft wood fibers for carboxyalkyl cellulose | |
| WO2012070072A2 (en) | A process for obtaining alpha-cellulose | |
| WO2016141432A1 (en) | Apparatus, system and method for treating lignocellulosic material | |
| CN100398745C (en) | Chemical and machinery pulping process using complete white mulberry branch as raw material | |
| RU2813172C1 (en) | Fibrous semi-finished product from sunflower husks and a method of its production (options) | |
| JP6444806B2 (en) | Dissolving pulp | |
| KR100652975B1 (en) | Manufacturing method of semichemical mechanical pulp from cornstalk | |
| Gülsoy et al. | Deep eutectic solvent pulping from sorghum stalks | |
| RU2287035C1 (en) | Cellulose production process | |
| RU2808821C1 (en) | Method of producing cellulose from sunflower husks | |
| KR100750330B1 (en) | Manufacturing method of mechanical pulp from cornstalk | |
| RU2809473C1 (en) | Method for producing fibrous semi-finished product from plant raw materials | |
| Tripathi et al. | Pulping and papermaking of cornstalk | |
| US20040040677A1 (en) | Organic biomass paper pulping | |
| RU2574958C1 (en) | Method of producing cellulose |