SE510820C2 - Ozonblekning med stegvis sänkning av massakoncentrationen - Google Patents

Description

510 820 10 15 20 25 30 35 2 nella förfaranden har t ex beskrivits i den japanska patentpublikationen nr Sho 52-6364, den japanska Laid-open nr Sho 55-112390, Hei 1-221587 och Sho 53-90403 samt i den japanska patentpublikationen nr 57-53916.

I den japanska patentpublikationen nr Sho 56-43153 beskrivs t ex ett förfarande för förhindrande av ozonan- grepp pà cellulosa genom blekning av massa av högre kon- centration med ozon i en koncentration av 1-15 mg/liter.

I den japanska patentpublikationen nr Sho 52-14329 beskrivs t ex ett förfarande för förhindrande av ozon- angrepp på cellulosa genom blekning av massan med ozon vid en låg temperatur av högst 5°C.

När massa med låg koncentration bleks med ozon, är reaktionshastigheten låg, eftersom reaktionen med ozon sker i en vätskefas, varvid emellertid mindre ozon an- griper cellulosan. Massa med låg koncentration innehåller emellertid en omfattande mängd vatten av 97-99 vikt%, vilket är dyrt för massans transport och behandling. På grund av en högre vattenhalt i massan löses och bryts ozon lätt ner i vatten, vilket ger nackdelen av lägre ozonför- brukningseffektivitet.

När massa med hög koncentration bleks med ozon, be- traktas i allmänhet reaktionen som en reaktion mellan en gasfas och fast fas, varvid ozonet direkt reagerar med massan med hög hastighet. Emellertid är ozonangrepp på cellulosan uttalat, vilket olyckligtvis försämrar produk- ternas hàllfasthet och liknande. ringen problematisk, vilket resulterar i extra kostnader.

Dessutom är dehydratise- Följande problem har framlagts för förfarandena inom känd teknik för förhindrande av ozonangrepp på cellulosa under massablekning med ozon.

Förfarandet för förhindrande av cellulosaangrepp inbegriper förbehandling av massa med ett cellulosaskydds- ämne och efterföljande blekning av massan med ozon eller blekning av massa med ozon i närvaro av ett cellulosa- skyddsämne, men har nackdelen av att ett dyrt skyddsämne bör användas. 10 15 20 25 30 35 510 820 3 Eftersom förfarandet för blekning av massa med hög koncentration med ozon med låg koncentration kräver användning av en låg koncentration av ozon av ca 1-15 mg/liter, kräver förfarandet på ett ofördelaktigt sätt en stor mängd ozoninnehàllande gas.

Ovannämnda förfarande för blekning av massa med ozon vid en låg temperatur av högst 5°C har den praktiska nack- delen av att kräva kostsam kylning.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning har åstadkommits på grund av de ovan beskrivna problemen. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förfarande för blekning av massa med ozon, vilket förfarande kan lösa problemen inom den kända tekniken och kan förhindra ozonangrepp pà cellulosa utan användning av cellulosaskyddsämne och utan krav pà massakylning, varvid massadehydratisering lätt kan utföras och reaktionshastigheten med ozon är optimalt justerad för användning av ozon pà ett effektivt sätt.

Enligt föreliggande uppfinning används därför en mas- sa med medelhög koncentration som startmaterial för lätt hantering under transport- och dehydratiseringsförfaran- det. Massakoncentrationen bör vara ca 10-20 vikt%. Under det initiala steget av ozonblekningsförfarandet bör reak- tionshastigheten hållas högre, medan under blekningsför- farandets senare steg bör cellulosaangrepp förhindras.

Föreliggande uppfinning kännetecknas närmare bestämt av att massablekning sker med ozon, medan massakoncentra- tionen under blekningsförfarandet bör sänkas stegvis inom omrâdet för massa med medelhög koncentration.

Enligt föreliggande uppfinning kan ozonangrepp på cellulosa förhindras under det senare blekningssteget under upprätthållande av ozonreaktionseffektiviteten vid högt utbyte under ozonblekningsreaktionens inlednings- skede. Därför kan blekningen utföras med hjälp av ett förfarande som motsvarar ozonreaktiviteten utan till- sättning av ett cellulosaskyddsämne, med andra ord genom 510 820 10 15 20 25 30 35 4 ökning av ozonreaktiviteten under det initiala ozonblek- ningssteget, varvid cellulosanedbrytningen under det senare ozonblekningssteget undertrycks.

Enligt föreliggande uppfinning krävs ingen massakyl- ning eller liknande, varför en reaktor av kompakttyp kan användas och en utomordentlig blekningsaktivitet kan uppnås.

Enligt föreliggande uppfinning kan det involverade vattnet som innehåller nedbrutet material med förmåga att lätt reagera ytterligare med ozon avlägsnas genom massa- dehydratisering. Sålunda kan ett ozonförràd effektivt användas, medan ineffektiv ozonförbrukning kan under- tryckas.

På grund av att föremålet för föreliggande uppfinning är en massa med medelhög koncentration, är förfarandet för transport och dehydratisering av massa relativt lätt och fördelaktigt med avseende på transportkostnaderna.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN Fig l visar relationen mellan kappatalet och ozonför- brukningsgraden i fallet med en massakoncentration av 10 vikt% respektive 15 vikt%.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Enligt en första aspekt av förfarandet för blekning av massa med ozon enligt föreliggande uppfinning används massa med en medelhög koncentration av ca 10-20 vikt% som startmaterial, varvid under ozonblekningsförfarandets inledningsskede reaktionshastigheten bör hållas högre, och under blekningsförfarandets senare skede cellulosaangrepp bör förhindras under utförande av blekningen.

Enligt en andra aspekt av förfarandet för blekning av massan med ozon enligt föreliggande uppfinning används massa med en medelhög koncentration av ca 10-20 vikt% som startmaterial, varvid under blekningsförfarandet med ozon massakoncentrationen stegvis bör minskas inom området för massan med medelhög koncentration. 10 15 20 25 30 35 510 820 5 Enligt en tredje aspekt av förfarandet för blekning av massa med ozon bleks en massa med medelhög koncentra- tion av ca 10-20 vikt% dehydratiseras efter blekningsförfarandet, varefter massan som startmaterial med ozon och späds med vatten så att massakoncentrationen blir lägre än massakoncentrationen före dehydratisering, och varefter den utspädda massan med medelhög koncentration på nytt underkastas blekningsförfarandet. Cykeln som utgörs av dehydratiseringsförfarandet, utspädningsförfarandet och ozonblekningsförfarandet upprepas en eller flera gånger, varigenom massakoncentrationen stegvis sänks i massan med medelhög koncentration för blekning.

Företrädesvis kan oblekt eller syreblekt massa inne- hållande lignin användas som massa som är föremål för föreliggande uppfinning.

I beskrivningen avser uttrycket "en massa med medel- hög koncentration" en massakoncentration av ca 8-20 vikt%.

Startmaterialet som skall användas vid föreliggande upp- finning är närmare bestämt massa med en medelhög koncen- tration av ca 10-20 vikt%.

Den tekniska bakgrunden till föreliggande uppfinning kommer att förklaras närmare nedan.

Orsaken till varför massan i egenskap av föremål för förfarandet för blekning av massa med ozon enligt förelig- gande uppfinning är begränsad till massa med medelhög kon- centration, ligger i det att en sådan massa med medelhög koncentration lätt kan hanteras under transport- och de- hydratiseringsförfarandet (uttrycket "massa med medelhög koncentration" definieras i allmänhet som massa med en fastämneskoncentration av 8-20 vikt%).

Föreliggande uppfinnare har utfört försök och under- sökningar med avseende på reaktionshastigheten för ozon per sekund eller minut. Uppfinnarna har följaktligen funnit att reaktionshastigheten för ozon beror på massa- koncentrationen i fallet med en sådan massa med medelhög koncentration, dvs reaktionen befrämjas när massakoncen- 510 820 10 15 20 25 30 35 6 trationen är hög, medan reaktionen förlöper långsammare när massakoncentrationen är låg.

Blekbarheten av en sådan massa med medelhög koncen- tration med ozon förbättras vid lägre koncentration jäm- fört med vid en högre koncentration.

Uppfinnarna har bekräftat att under inledningsskedet av ozonblekningsförfarandet av massa med en högre lignin- halt, kan reaktionen för avlägsnande av lignin hållas på en högre nivå om reaktionen med ozon befrämjas med en högre hastighet, nämligen med en ökad massakoncentration.

Med basis på dessa upptäckter har man sålunda uppnått ett förfarande för blekning av massa med ozon, vilket åstadkommer bättre blekbarhet och mindre cellulosaangrepp, genom upprätthållande av en högre reaktionshastighet under det initiala blekningssteget, medan cellulosaangrepp undertrycks under det andra blekningssteget. Följande Exempel 1 och 2 visar detaljerna vid försöken som leder fram till dessa upptäckter.

EXEMPEL 1 Som prover användes en syreblekt kraftmassa av oblekt bredbladsträ (eukalyptus) [ett kappatal (ett värde som anger ligninhalten i ett cellulosamaterial) av 9,4, en ljushet av 39,9% och en viskositet av 29,1 cP], som bered- des med en massakoncentration av 10 vikt% respektive 15 vikt%. Dessa prover fylldes individuellt i reaktorer av 3,6 liter med omrörare, i vilka luftad ozon av 2,1 vikt% kontinuerligt tillsattes för blekningsförfarandet.

Tillsättningsbetingelserna för ozon var följande: en gasflödeshastighet av 2,0 Nl/min, en massasatsmängd av 300 g (absolut torr) och ett gastryck av 0,2 kg/cmz (manometertryck). Reaktionen avslutades när ozonförbruk- ningsgraden (vikten förbrukad ozon i reaktorn per vikt absolut torr massa) uppnådde 1,4 vikt%. Ljusheten (%), (cP)] mättes.

Massans ljushet mättes enligt kappatalet och viskositeten [Ns/m2 Dessa resultat visas i Tabell 1. the Japanese Industrial Standard, JIS P8l23-1961 och 10 15 20 25 30 35 510 szo anges som det specifika reflektionsförhàllandet för ett prov i förhållande till en magnesiumoxidstandardplatta när provet bestràlas med ljus från den del av spektrat som motsvarar blått-violett.

[TABELL 1] Ozonförbrukningsgrad (vikt%) O - 1,4 0 - 1,4 Massakoncentration (vikt%) 10 15 Ozonreaktionseffektivitet (%) 50 72 Kappatal 2,5 3,3 Ljushet (%) 65 64 viskositet [Ns/mz (cpu 17.1o'3 (17) 14.1o'3 (14) Ozonreaktionseffektiviteten är ett värde som defini- eras av nedanstående ekvation 1 vid konstant omröring när ozonförbrukningsgraden ligger mellan O och 1,4 vikt%.

Ekvation 1: Ozonreaktionseffektivitet = (1 - vikt av uttömd ozon fràn reaktion under reaktionsperioden/vikt av tillfört ozon till reaktorn under reaktionsperioden) x 100.

Eftersom ozonreaktionen utförs vid samma luftnings- och omröringsbetingelser, kan ozonreaktionseffektiviteten betraktas som ett värde som motsvarar ozonreaktionshastig- heten.

Enligt ovan beskrivna Tabell 1 är ozonreaktionseffek- tiviteten större vid en massakoncentration av 15 vikt% än vid 10 vikt%. Ozonreaktionshastigheten har sålunda befun- nits vara högre när massakoncentrationen är 15 vikt% än när den är 10 vikt%.

Beträffande kappatalet är detta lägre vid en massa- koncentration av 10 vikt% än vid 15 vikt%. Sålunda är ligninnedbrytningen bättre vid en massakoncentration av 10 vikt%.

Dessutom är viskositeten högre vid en massakoncentra- tion av 10 vikt% än vid 15 vikt%. 10 15 20 25 30 35 510 820 8 Sålunda är undertryckandet av cellulosanedbrytningen större vid en massakoncentration av 10 vikt%.

EXEMPEL 2 Genom användning av samma massa och reaktor vid samma betingelser som i Exempel 1, men genom ändring av ozonför- brukningsgraden till mellan O och 1,4 vikt%, mättes det I Fig 1 visas förhållandet mellan kappatalet och ozonförbruknings- kappatal som motsvarade ozonförbrukningsgraden. graden i fallet med en massakoncentration av 10 vikt% respektive 15 vikt%. I Fig 1 indikerar vita cirklar fallet när massakoncentrationen är 10 vikt%, och svarta cirklar indikerar fallet när massakoncentrationen är 15 vikt%.

Fig 1 indikerar att inom ett område för ozonförbruknings- graden av 0 - 0,7 vikt% erhålls ingen skillnad i kappa- talet mellan en massakoncentration av 10 vikt% respektive 15 vikt%, och att vid en ozonförbrukningsgrad av ca över 0,7 vikt% kan massa blekas med en lägre ozonförbruknings grad vid en massakoncentration av 10 vikt% än vid 15 vikt%.

Med basis på ovannämnda Exempel 1 och 2 kan egen- skaperna med föreliggande uppfinning förklaras enligt föl- jande. Under inledningsskedet av massablekningsförfarandet med ozon enligt föreliggande uppfinning underlättas ozon- blekningsreaktionen vid en högre hastighet på grund av användning av en massa med medelhög koncentration, som justeras och prepareras till en högre koncentration. Under detta steg är emellertid ligninhalten i massan större, varför ozon med en större ligninselektivitet oftast för- brukas med lignin med resultat att cellulosaangreppet inte blir distinkt.

Under det senare steget av ozonblekningsförfarandet enligt föreliggande uppfinning är ligninet i massan redan nedbrutet av ozon, vilket resulterar i en lägre lignin- halt. Om massan har en högre koncentration vid detta steg, sker ozonreaktionen med en högre hastighet, vilket resul- terar i en högre halt av ozon som kan reagera med cellu- losa och nedbryta densamma utan påverkan av ligninet, 10 15 20 25 30 35 510 820 9 vilket försämrar massaprodukternas hållfasthet. Därför görs hastigheten för reaktionen mellan massa och ozon långsammare genom justering av koncentrationen hos massan med medelhög koncentration till lägre koncentration, var- igenom cellulosanedbrytningen undertrycks, vilket leder till större möjligheter för reaktion mellan lignin och ozon.

Enligt föreliggande uppfinning underkastas dessutom massan med medelhög koncentration efter blekningsförfaran- det med ozon ett dehydratiseringsförfarande, varefter mas- san späds med vatten så att massakoncentrationen blir lägre än den före dehydratiseringen, och den utspädda massan med medelhög koncentration underkastas på nytt blekningsförfar- andet. Blekningsförfarandet med ozon skapar nedbrytnings- material frán lignin och liknande, vilket material finns i vattnet i massan. Upprepning av ett sådant ozonförfarande leder sålunda till ineffektiv förbrukning av ozon, eftersom ozon reagerar vidare med sådant nedbrytningsmaterial. Såsom beskrivits ovan enligt föreliggande uppfinning kan det involverade vattnet avlägsnas genom massadehydratisering, varigenom nedbrytningsmaterialet i vattnet kan avlägsnas.

På så sätt kan ozon effektivt utnyttjas.

EXEMPEL 3 En syreblekt kraftmassa av oblekt bredbladsträ (euka- lyptus) [med ett kappatal (som visar cellulosamaterialets ligninhalt) av 9,4, en ljushet av 39,9% och en viskositet av 29,1 x 10-3 koncentration av 15 vikt%. Råmaterialmassan fylldes i en Ns/m2 (29,1 cP)], justerades till en massa- första ozonblekningsreaktor av 3,6 liter med omrörarfunk- tion, till vilken kontinuerligt sattes 2,1 vikt% luftad ozon för blekningsförfarandet. Ozongastillstàndet var följande: en gasflödeshastighet av 2,0 Nl/min, en massa- satsmängd av 300 g (absolut torr) och ett gastryck av 0,2 kg/cmz (manometertryck). Reaktionen avslutades när ozon- förbrukningsgraden (vikten av förbrukad ozon i reaktorn per vikt absolut torr massa) uppnådde 0,7 vikt%. 51Û 820 10 15 20 25 30 35 10 Massan som tömts ut fràn reaktorn dehydratiserades i en dehydratiseringsapparat till en massakoncentration av ca 20 vikt%, följt av tillsättning av destillerat vatten för justering av massans koncentration till 10 vikt%.

Massan sattes pá nytt till reaktorn, följt av bleknings- förfarandet. Ozon förbrukades tills ozonförbrukningsgraden var 1,4 vikt%.

Kappatalet, ljusheten och viskositeten för den resul- terande massan visas i Tabell 2. 0zonreaktionseffektivitet i Tabell 2 beräknades under de separata perioderna av ozonförbrukningsgrader mellan O och 0,7 vikt% respektive mellan 0,7 och 1,4 vikt% enligt den i Exempel 1 ovan be- skrivna definitionen.

[TABELL 2] Ozonförbrukningsgrad (vikt%) O - 0,7 0 - 0,7 Massakoncentration (vikt%) 15 10 Ozonreaktionseffektivitet (%) 88 41 Kappatal 2,2 Ljushet (%) 60 viskositet [Ns/mz (CPU 17 x 1o'3 (17) Enligt Tabell 2 är medelvärdet av ozonreaktionseffek- tiviteten under inledningssteget av ozonblekningsförfaran- det och under det senare steget vid ozonblekningsförfaran- det större än de i fallet med ett massablekningsförfarande med ozon och en massakoncentration av 10 vikt% i Exempel 1.

Beträffande kappatalet, ljusheten och viskositeten i föreliggande exempel är de nästan liknande de i fallet med ett massablekningsförfarande med ozon vid en massakoncen- tration av 10 vikt% i Exempel 1.

Med hjälp av förfarandet enligt föreliggande uppfin- ning har det sålunda visat sig vara möjligt att upprätt- hålla en större ozonreaktionseffektivitet under inled- 10 15 20 25 30 35 510 820 ll ningssteget vid ozonblekningsförfarandet och förhindra cellulosaangrepp under det senare steget vid bleknings- förfarandet.

Föreliggande uppfinning har beskrivits i detalj, men är inte begränsad till de ovan angivna exemplen. Olika modifieringar därav är möjliga.

Vid utövandet av föreliggande uppfinning är t ex ök- ning eller minskning av ozonförbrukningsgraden möjlig vid betingelser som är tillfredsställande för den erforderliga Beträffande råmaterialets massakoncentra- före- blekningsgraden. tion kan massa med medelhög koncentration användas, trädesvis massa av 10-20 vikt%.

Före eller efter ozonblekningsförfarandet enligt föreliggande uppfinning kan vid behov blekning med väte- peroxid eller klor utföras.

Claims (1)

10 15 20 25 510 820 /Q PATENTKRAV

1. Förfarande för blekning av massa med medelhög koncentration med ozon, varvid massan med medelhög kon- centration innehåller lignin och inledningsvis har en koncentration av 10-20 vikt% fastämnen, varvid förfaran- det inbegriper stegen att: a) bringa ozon i kontakt med massan med medelhög koncentration för reduktion av ligninhalten däri, b) efter ozonkontaktsteget avvattna massan för sepa- ration av vatten innehållande nedbrytningsprodukter som bildats på grund av ozonets verkan på massan, c) efter avvattningen späda ut massan till en kon- centration inom ovannämnda område som är lägre än kon- centrationen för massan vid det senast föregående steget a), d) upprepa stegen a), b) och c), varvid massa med medelhög koncentration inom ovannämnda område används vid varje steg och har en lägre koncentration än den vid det senast föregående steget a), varvid i varje på varandra följande ozonkontaktsteg reaktionshastigheten för reaktionen mellan ozon och lig- nin är lägre än vid det föregående ozonkontaktsteget, och varvid cellulosanedbrytning på grund av reaktionen med ozon undviks och inget cellulosaskyddsämne används vid förfarandet.