RU2815209C1 - Способ получения микрокристаллической целлюлозы - Google Patents
Способ получения микрокристаллической целлюлозы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2815209C1 RU2815209C1 RU2023110090A RU2023110090A RU2815209C1 RU 2815209 C1 RU2815209 C1 RU 2815209C1 RU 2023110090 A RU2023110090 A RU 2023110090A RU 2023110090 A RU2023110090 A RU 2023110090A RU 2815209 C1 RU2815209 C1 RU 2815209C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cellulose
- hydrolysis reaction
- suspension
- water
- microcrystalline cellulose
- Prior art date
Links
- 229920000168 Microcrystalline cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 39
- 235000019813 microcrystalline cellulose Nutrition 0.000 title claims abstract description 39
- 239000008108 microcrystalline cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 229940016286 microcrystalline cellulose Drugs 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 13
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims abstract description 42
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 claims abstract description 41
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 41
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000011121 hardwood Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000011122 softwood Substances 0.000 claims description 8
- 239000002655 kraft paper Substances 0.000 claims description 3
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 abstract 1
- 229910021653 sulphate ion Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 10
- 239000000047 product Substances 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000012978 lignocellulosic material Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010067868 Skin mass Diseases 0.000 description 1
- 239000005708 Sodium hypochlorite Substances 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229920003086 cellulose ether Polymers 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 medical Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000008104 plant cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920003124 powdered cellulose Polymers 0.000 description 1
- 235000019814 powdered cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области получения микрокристаллической целлюлозы. Способ получения микрокристаллической целлюлозы включает роспуск сульфатной целлюлозы беленой хвойных или лиственных пород путем заливки требуемого количества воды в гидроразбиватель, загрузки расчетного количества товарной листовой целлюлозы, диспергирования перемешиванием до получения однородной целлюлозной суспензии, перекачки суспензии в реактор и проведения реакции гидролиза кислотой, сушки, размола в порошкообразный вид и упаковки. При этом перед реакцией гидролиза целлюлозу размалывают в ножевых машинах в фибриллирующем режиме до 15-70°ШР. Осуществляют тонкую очистку размолотой целлюлозы. Гидролиз проводят при концентрации кислоты 6-12%, температуре 70-90°С и продолжительности 60-180 мин. В двухвинтовом экструдере выполняют диспергирование полученного продукта в сыром виде, предварительную промыву водой и сгущение. Обеспечивается выход микрокристаллической целлюлозы 70-85% от массы целлюлозы, предельная степень полимеризации - 150-180, степень кристалличности - 72-80%, а также снижение удельного расхода целлюлозы на 10-15%. 1 табл.
Description
Область техники. Изобретение относится к области получения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ), представляющей собой тонкодисперсную порошковую целлюлозу. Ее получают из целлюлозосодержащего растительного сырья, древесины, однолетних и многолетних не древесных растений и сельскохозяйственных культур, а также из технической целлюлозы, производимой из растений. Как ценнейший целлюлозный продукт, МКЦ широко используется в различных отраслях промышленности: косметической, фармацевтической, медицинской, химической, пищевой, лакокрасочной, строительной, в технике и как сырье для производства эфиров целлюлозы. Потребление МКЦ возрастает и изобретение может быть использовано во всех указанных сферах технологии и техники для удовлетворения спроса.
Уровень техники. Из уровня техники известен способ производства МКЦ [Production of microcrystalline cellulose by reactive extrusion: pat. US 6228213. № US09/154,376; publ. date 08.05.2001]. Сырьем является чистая целлюлоза и лигноцеллюлозные материалы, кислотный гидролиз сырья проводят в экструдере при температуре 80-200°С. Экструзионное воздействие в сочетании с повышенной температурой обеспечивает более тесный контакт целлюлозы и кислоты. После нейтрализации и промывки продукт может подвергаться отбеливанию гипохлоритом натрия или пероксидом водорода.
Положительными особенностями способа являются:
- использование целлюлозы и лигноцеллюлозных материалов в производстве МКЦ;
- повышенная интенсивность химического процесса гидролиза;
- снижение количества кислотного раствора, необходимого для гидролиза;
- уменьшение экологической нагрузки на окружающую среду
Недостатками известного способа являются:
- использование специального оборудования (экструдер);
- большое количество стадий процесса.
Из уровня техники известен способ производства МКЦ [Steige Н., Philipp В. Charakterisierung und Anwendung mikrokristalliner Zellulose // Zellstoff und Papier. 1974. Tom 23, №3. S. 68-73. 27. Level-off d.p.cellulose products: pat. US 2978446. Publ. date 04.04.1961]. Сырьем является целлюлоза, гидролиз целлюлозы проводится при кипячении (100°С) в водной среде при концентрации минеральной кислоты 2 н., при гидромодуле (ГМ) - 1:20, в течение 30-40 мин.
Положительными особенностями способа являются:
- использование целлюлозы лиственных и хвойных пород древесины в производстве МКЦ;
- несложная техническая управляемость процессом производства;
- высокая чистота МКЦ;
Недостатками известного способа являются:
- низкая химическая интенсивность процесса гидролиза;
- большой расход кислоты в процессе гидролиза.
Наиболее близким заявленному изобретению по технической сущности является способ получения МКЦ [RU 2684082 С1. Способ получения микрокристаллической целлюлозы. Опубликовано: 2019.04.03]. По изобретению технический результат, заключающийся в обеспечении удаления основной массы примесей, содержащихся в сырье, достигается способом получения микрокристаллической целлюлозы, по которому осуществляют деструкцию целлюлозного сырья путем воздействия раствором кислоты, полученный продукт промывают и сушат. Перед процессом деструкции перемешивают целлюлозное сырье с водой с обеспечением его диспергирования, полученную суспензию отфильтровывают, промывают полученный осадок водой, повторно отфильтровывают его и удаляют из него воду с последующим воздействием на него раствора кислоты.
В качестве целлюлозного сырья предпочтительно используют товарную древесную целлюлозу, а также могут использовать целлюлозу растительного происхождения или растительное сырье.
Положительными особенностями способа являются:
- использование товарной древесной целлюлозы и целлюлозы из не древесного растительного сырья;
- диспергирование целлюлозы с получением однородной суспензии;
- высокая очистка целлюлозы перед деструкцией кислотой;
Недостатками известного способа являются отсутствие оптимального количественного сочетания пределов факторов технологии «степень помола целлюлозы», «концентрация кислоты», «температура реакции», «продолжительность реакции» с выходом МКЦ и пределами показателей качества МКЦ - «степень полимеризации» и «степень кристалличности».
Раскрытие сущности изобретения. Технический результат заявленного изобретения заключается в применении сочетания пределов факторов технологии:
- степень помола целлюлозы (СПЦ), °ШР - 15-70;
- концентрация кислоты, % масс. - 6-12;
- температура реакции, °С - 70-90;
- продолжительность реакции, мин - 60-180,
обеспечивающего выход и величину показателей качества в пределах:
- выход, % от массы целлюлозы - 70-85;
- предельная степень полимеризации (ПСП) - 150-180;
- степень кристалличности (СК), % - 72-80.
Одновременно достигается экономический результат - это снижение удельного расхода дорогостоящей целлюлозы на 10-15%.
Осуществление изобретения. Для достижения технического и экономического результата по заявленному изобретению предлагается способ получения и состав микрокристаллической целлюлозы.
В качестве сырья предлагается использование сульфатной целлюлозы беленой хвойных или лиственных пород, а также целлюлозы недревесных растений, например, соломенной целлюлозы.
Способ получения микрокристаллической целлюлозы включает в себя роспуск сульфатной целлюлозы беленой хвойных или лиственных пород, путем заливки требуемого количества воды в гидроразбиватель, загрузки расчетного количества товарной листовой целлюлозы, диспергирования перемешиванием до получения однородной целлюлозной суспензии, очистки суспензии в очистителе, перекачки суспензии в реактор и проведение реакции гидролиза кислотой, промывки продукта водой, обезвоживания, сушки, размола в порошкообразный вид и упаковки, который осуществляется следующим образом:
Вначале осуществляется размол целлюлозы при помощи ножевых машин в фибриллирующем режиме до пределов 15-70°ШР (градус Шоппер-Риглера). Размолотая целлюлоза подвергается тонкой очистке в очистителе.
В очистителе отделяются нецеллюлозные примеси (твердые частицы, песок и им подобные). Для этого масса подается вначале в вихревые очистители (пескоотделители), а затем в напорную сортировку для очистки от волокнистых узелков и пучков. В вихревые очистители поступает масса при концентрации 4%. Пройдя вихревые очистители, масса разбавляется водой до концентрации 0,09% и направляется в напорную сортировку, после нее сгущается на сгустителе до концентрации 6% и аккумулируется в бассейне очищенной массы.
Отходы при очистке составляют 1,2% от общего объема очищаемой массы. Они возвращаются в бассейн не размолотой массы.
Из аккумулирующего бассейна очищенная масса на сгустителе дополнительно сгущается до концентрации 9% и подается в реактор для проведения реакции гидролиза. Эта реакция проводится при добавлении соляной кислоты, с варьированием концентрации кислоты в пределах 6-12%, при температуре от 70 до 90 0С и продолжительностью от 60 до 180 мин.
Реакционная смесь выдерживается по принятому режиму, и реакционная смесь с концентрацией МКЦ 0,065% через ящик постоянного уровня подается в двухвинтовой экструдер, в котором дополнительно размалывается (распускаются комки), т.е. осуществляется диспергирование полученного продукта в сыром виде, после чего продукт подвергается предварительной промывке, а далее отжимается избыточная крепкая отработанная кислота. В экструдере, за счет отжима избытка отработанной кислоты, МКЦ сгущается до концентрации 70%.
Из экструдера МКЦ поступает на промывку в бак смешения. Промывка осуществляется оборотной водой в 2 ступени при концентрации МКЦ 15%. Расход оборотной воды: на 1 т МКЦ - 3054 т.
Обезвоживание массы после промывки от 15% до 30% осуществляется в центрифуге, а МКЦ аккумулируется в бункере сырой МКЦ.
Из бункера влажная МКЦ направляется для сушки в сушилку. В ней МКЦ сушится горячим воздухом до конечной влажности 10%.
После сушки МКЦ направляется для измельчения в дробилку, где измельчается до порошкообразного состояния.
Измельченная МКЦ аккумулируется в бункере. Из бункера МКЦ упаковывается на упаковочной линии.
Объяснения к получению технического и экономического результата по заявленному изобретению сводится к следующим положениям:
Все факторы по п. «а», «б», «в» и «г» являются значимыми для обеспечения оптимального выхода и качества МКЦ, но лучшие и разнообразнее результаты достигаются эффективным сочетанием факторов. Учитывая широкие интервалы факторов, сочетание факторов возможно многовариантное. Каждый вариант сочетания факторов является основой отдельного технологического режима получения МКЦ. Сочетание разной величины факторов в выбранных пределах позволяет обеспечивать отличительные по величине выход, степень полимеризации и степень кристалличности МКЦ и, тем самим, выпускать продукты различных востребованных марок.
Размол целлюлозы в фибриллирующем режиме с помощью ножевых машин в широком пределе 15-70°ШР значительно увеличивает удельную активную как внешнюю, так и внутреннюю поверхность целлюлозы. Для хвойной целлюлозы, в пределах 2,5-5,7 м2/г; для лиственной - 3,5-6,5 м2/г. Этот фактор существенно ускоряет реакцию гидролиза «аморфизированной» части целлюлозы, сохраняя в менее деструктированном состоянии «кристаллическую» часть, являющуюся целевым продуктом - МКЦ, тем самим, улучшая его качество по показателям «степень кристалличности», «степень полимеризации» и повышая выход.
Степень помола целлюлозы в пределах 15-70°ШР позволяет регулировать, соответственно, для хвойной и лиственной целлюлозы: выход с 86% до 83% и с 82 до 67%; ПСП со 130 до 150 и 180 до 120; СК с 72 до 75 и 73 до 72.
Концентрация кислоты в пределах 6-12% позволяет регулировать, соответственно, для хвойной и лиственной целлюлозы: выход с 85% до 70% и с 84 до 62%; ПСП со 140 до 100 и 190 до 65; СК с 62 до 75 и 57 до 72.
Температура реакции в пределах 70-90°С позволяет регулировать, соответственно, выход, для хвойной и лиственной целлюлозы: выход с 96% до 74% и с 89 до 70%; ПСП со 350 до 125 и 350 до ПО; СК с 74 до 75 и 70 до 71.
Продолжительность реакции в пределах 60-180 мин позволяет регулировать, соответственно, выход с 89% до 83% и с 85 до 70%; ПСП со 300 до 120 и 250 до 80; СК с 72 до 75 и 70 до 72.
В изобретении предлагаются решения, обеспечивающие технический и экономический результат способа получения и состава микрокристаллической целлюлозы с достижением выхода и показателей качества, приведенных в таблице 1.
Claims (5)
- Способ получения микрокристаллической целлюлозы, включающий роспуск сульфатной целлюлозы беленой хвойных или лиственных пород, путем заливки требуемого количества воды в гидроразбиватель, загрузки расчетного количества товарной листовой целлюлозы, диспергирования перемешиванием до получения однородной целлюлозной суспензии, перекачки суспензии в реактор и проведения реакции гидролиза кислотой, сушки, размола в порошкообразный вид и упаковки, отличающийся тем, что:
- - перед реакцией гидролиза целлюлозу размалывают в ножевых машинах в фибриллирующем режиме до пределов 15-70°ШР;
- - осуществляют тонкую очистку размолотой целлюлозы;
- - проводят реакцию гидролиза размолотой целлюлозы с варьированием концентрации кислоты в пределах 6-12%, температуры 70-90°С и продолжительности 60-180 мин;
- - в двухвинтовом экструдере выполняют диспергирование полученного продукта в сыром виде, предварительную промывку водой и сгущение.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2815209C1 true RU2815209C1 (ru) | 2024-03-12 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999015564A1 (en) * | 1997-09-19 | 1999-04-01 | Board Of Regents Of University Of Nebraska | Production of microcrystalline cellulose by reactive extrusion |
| RU2141484C1 (ru) * | 1998-06-15 | 1999-11-20 | Пермский завод им.С.М.Кирова | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |
| RU2188208C1 (ru) * | 2001-04-17 | 2002-08-27 | Пермский государственный технический университет | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |
| RU2684082C1 (ru) * | 2018-04-11 | 2019-04-03 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Национальная Исследовательская Компания" | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |
| CN109666078A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-04-23 | 陕西科技大学 | 一种高剪切机械预处理后酸水解制备微晶纤维素的方法 |
| RU2764629C1 (ru) * | 2018-02-07 | 2022-01-19 | Андритц Ой | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999015564A1 (en) * | 1997-09-19 | 1999-04-01 | Board Of Regents Of University Of Nebraska | Production of microcrystalline cellulose by reactive extrusion |
| RU2141484C1 (ru) * | 1998-06-15 | 1999-11-20 | Пермский завод им.С.М.Кирова | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |
| RU2188208C1 (ru) * | 2001-04-17 | 2002-08-27 | Пермский государственный технический университет | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |
| RU2764629C1 (ru) * | 2018-02-07 | 2022-01-19 | Андритц Ой | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |
| RU2684082C1 (ru) * | 2018-04-11 | 2019-04-03 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Национальная Исследовательская Компания" | Способ получения микрокристаллической целлюлозы |
| CN109666078A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-04-23 | 陕西科技大学 | 一种高剪切机械预处理后酸水解制备微晶纤维素的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7187601B2 (ja) | ナノフィブリルセルロースゲルを製造する方法 | |
| CN107531910B (zh) | 干混可再分散纤维素长丝/载体产品及其制备方法 | |
| CN107345372B (zh) | 一种基于生物质原料制备纤维素纳米纤维的方法 | |
| RU2580746C2 (ru) | Способ получения микроцеллюлозы | |
| US7582213B2 (en) | Cellulose fiber-based filters | |
| FI126649B (fi) | Uusi menetelmä mikroselluloosan valmistamiseksi | |
| CN107740305A (zh) | 一种秸秆制备高强度瓦楞原纸的方法 | |
| RU2815209C1 (ru) | Способ получения микрокристаллической целлюлозы | |
| CN106436404A (zh) | 一年生非木本生物质类纤维浆环保制浆系统及制浆方法 | |
| WO2022087431A1 (en) | Method of dewatering cellulose | |
| WO2020226485A1 (en) | Compositions comprising fibrillated cellulose and non-ionic cellulose ethers | |
| JP4268574B2 (ja) | 高濃度微細セルロース繊維懸濁物の製造方法 | |
| WO2019086673A1 (en) | Cellulose powder compositions | |
| US20220227970A1 (en) | Structuring agents | |
| CN109423906A (zh) | 一种包装纸的纸浆制备工艺 | |
| CN109423910A (zh) | 一种包装纸的纸浆制备工艺 |