SI9110206A - Postopek za beljenje celuloze za umetna vlakna brez klora - Google Patents

Abstract

Za beljenje celuloze za umetna vlakna predlagamo tristopenjski postopek, namreč beljenje s kisikom, ki je v danem primeru kombinirano z beljenjem z vodikovim peroksidom (EOP-stopnja), beljenjem z ozonom (Z-stopnja) ter beljenjem s peroksidom (P stopnja). V smislu izuma prevedemo vsebnost preostalega kisika v odpadnem zraku Z-stopnje v EOP-stopnji popolnoma do reakcije ter odpadno vodo Z-stopnje uporabimo za razrečenje med EOP- in Z-stopnjo in/ali za odstranitev pepela iz celuloze po beljenju. Pri tem je ugodno, da uravnamo temperaturo, porabo NaOH in razmerje O2/H2O2 v EOP-stopnji tako, da je poraba kisika pri konstantni pretvorbi prirejena vsebnosti preostalega kisika v odpadnem plinu Z-stopnje.ŕ

Description

LENZING AKTIENGESELLSCHAFT

Postopek za beljenje celuloze za umetna vlakna brez klora

Predloženi izum se nanaša na postopek za beljenje celuloze za umetna vlakna brez klora, z ozonom po tristopenjskem postopku, ki obstaja iz beljenja s kisikom, ki je v danem primeru kombinirano z beljenjem z vodikovim peroksidom (EOP-stopnja), beljenja z ozonom (Z-stopnja) in beljenja s peroksidom (P-stopnja).

Ker je klor strupen plin, ki se ga da težko kontrolirati, in klor vsebujoča belilna sredstva proizvajajo klorirane sestavine odpadnih voda, ki se jih v prihodnosti ne bo dalo več tolerirati, so razvili za beljenje celuloze postopke, ki uporabljajo kot okolju prijazno alternativo O₂, H₂O₂ ali O₃ v različnih kombinacijah in pri različnih pogojih.

Postopek uvodoma navedene vrste je znan iz primera 24, ki se sklicuje na primere 10, 2 in 1 v US-PS 4 216 054. Belijo celulozo iz Douglasove smreke s sorazmerno slabim rezultatom (stopnja beline 74,6).

CA-PS 11 03 409 opisuje postopek beljenja, ki uporablja tri ozonske stopnje zaporedno in vnaša ozon vsebujoči preostali plin iz tretje stopnje beljenja z ozonom v prvo stopnjo beljenja z ozonom, da izrabi preostalo vsebnost ozona. Preostali plin, ki nastane v prvi stopnji beljenja z ozonom, se ne uporablja več dalje.

Naloga predloženega izuma je, da postopek uvodoma navedene vrste v toliko izboljša, da je izvedljiv cenovno ugodneje, za okolje prijazneje in energetsko ceneje.

To nalogo rešimo pri postopku uvodoma navedene vrste v smislu izuma tako, da vsebnost preostalega kisika iz odpadnega plina Z-stopnje pri EOP-stopnji popolnoma dovedemo do reakcije in da uporabimo odpadno vodo Z-stopnje, katere pH-vrednost znaša prednostno pod 3, za razredčenje med EOP-in Z-stopnjo in/ali za odstranitev pepela iz celuloze po beljenju.

Presenetljivo smo namreč ugotovili, da je pri belilnem postopku uvodoma navedene vrste možno izbrati parametre postopka tako, da se vsebnost preostalega kisika v odpadnem plinu Z-stopnje v EOP-stopnji popolnoma dovede v reakcijo. S tem je možno recikliranje kemikalij v smislu izuma in rešena zgoraj omenjena naloga.

Pri izboru parametrov postopka je treba upoštevati naslednje:

V EOP-stopnji je treba kapa-število celuloze v toliko zmanjšati, da izhajamo v nadaljevanju z eno samo ozonsko stopnjo. Pri posamezni ozonski stopnji se ne sme premočno beliti, saj sicer trpi kakovost celuloze. Potrebo po ozonu v O₃-stopnji (Zstopnja) uravnamo z nastavitvijo temperature pri EOP-stopnji tako, da se da celokupno množino preostalega plina uporabiti v EOP-stopnji. Zaradi neznatne porabe ozona lahko temperaturo v Z-stopnji izberemo sorazmerno visoko, tako, da porabo energije za hlajenje in ponovno ogrevanje celuloze med stopnjami lahko vzdržujemo na nizki vrednosti. Aktiviranje preko temperature in NaOH množine v EOP-stopnji izberemo tako, da tam spravimo celokupno množino preostalega plina iz O₃-stopnje do reakcije.

EOP-in Z-stopnji lahko pri postopku v smislu izuma s stališča bilance kemikalij smatramo kot enoto. Z-stopnja lahko poteka kot LC (low consistency)-stopnja, to je pod 4 mas.% ATS, ali kot MC (medium consistency)-stopnja, to je v območju 5 do 20 mas.% ATS, prednostno 7 do 15 % ATS, po A 2494/89.

Druga možnost je seveda posebno prikladna takrat, kadar potekata tudi EOP-stopnja in P-stopnja kot MC-stopnja, ker tedaj naravno odpade razredčenje pred Z-stopnjo in zgoščevanje pred P-stopnjo, oziroma ju je treba izvajati samo v bistveno neznatnejši meri.

Obstajajo pa različni parametri postopka, ki so primerni zato, da prilagodimo porabo po kisiku v EOP-stopnji vsebnosti preostalega kisika v odpadnem plinu iz Z-stopnje. Vendar pa je po eni izmed izvedb izuma prednostno, da uravnavamo temperaturo, porabo NaOH in razmerje O₂/H₂O, v EOP-stopnji tako, da je poraba kisika pri konstantni pretvorbi uglašena z vsebnostjo preostalega kisika v odpadnem plinu Z-stopnje.

Smotrno je, če temperatura v EOP-stopnji znaša 70 do 100 °C, prednostno 75°C, če znaša koncentracija NaOH v EOP-stopnji med 2,5 in 5 mas.%, z ozirom na celulozo, beljeno absolutno suho, in če znaša koncentracija O₂ v zmesi O₂ - H₂O₂ v EOP-stopnji 50 do 100 mas.% in koncentracija H₂O₂ znaša 0 do 50 mas.%.

Nadalje je smotrno, če izvajamo Z-stopnjo z zmesjo O₂/O₃ - z maksimalno 10 mas.% O₃ ter znaša temperatura Z-stopnje 40 do 70°C, prednostno 50 do 60°C.

Belilno zaporedje EOP-Z-P se prične z uvajanjem odpadnega plina iz Z-stopnje v zmes celuloze za umetna vlakna, NaOH in H₂O₂.

Na osnovi nastavljenih parametrov postopka dosežemo 50 %-no pretvorbo uporabljenega O₂ s celulozo. S tem je omogočeno, da pri celulozi za umetna vlakna zmanjšamo kapa-število. Kapa-vrednost celuloze za umetna vlakna naj bi znašala maksimalno 2,0, prednostno 1,8 do 2,5, ko jo uvedemo v Z-stopnjo.

S tem kapa-številom se posreči, da pri celulozah za umetna vlakna izhajamo z eno Z-stopnjo. Znano je, da nasprotno papirne celuloze rabijo mnogo več ozona.

Če vodimo Z-stopnjo kot LC-proces, zadošča 0,5 do 10 % O₃ in O₂. Neznatna množina O₃ omogoča temperature med 50 in 60°C, tako, da je v primeri s predhodno stopnjo temperatura neizpremenjena in da se ne pojavljajo izgube energije.

Tako odpadni plin kot tudi odpadna voda v celoti reagirata.

P-stopnja, ki sledi Z-stopnji, je prav tako prilagojena temperaturi predstopnje, poteka pa med 60 in 70°C in terja manj H_nO_n kot običajno.

If

Naslednji primeri naj izum še bliže pojasnijo.

PRIMER 1

Sortirano bukovo celulozo za umetna vlakna, nebeljeno, s kapa-številom 5,2, viskoznostjo 24,5 mPas in belino Elrepho 55,6 podvržemo tristopenjskem beljenju.

1. Belilna stopnja(EOP)

Surovo celulozo z gostoto 15 % in temperaturo 75°C smo belili z natrijevim lugom v množini 33 kg/t celuloze v absolutno suhem stanju (ustrezno 366 1 raztopine NaOH z 90g/l) in dodali

10,8 litrov 55 % H₂O₂ ter vodili v MC-črpalko (srednje konzistenčna črpalka). Na tlačni strani MC črpalke smo dovajali preko frite 5,5 Nm³ odpadnega plina na tono celuloze, beljene absolutno suhe, v 0₃-stopnjo, pri čemer so bili komprimirani na 7 bar. Pri deležu okoli 95 % O₂ v plinu to ustreza dodatku O₂ 7,5 kg O₂ na tono celuloze.

Suspenzijo snovi smo zatem obdelali v high-shear-MC-mešalniku. V ta mešalnik smo ponovno dovajali 5,5 Nm³ odpadnega plina iz Z-stopnje.

To zmes smo preko predreakcijske cevi s tremi minutami zadrževalnega časa uvajali v navzgor usmerjen belilni stolp, kije dopuščal reakcijski čas 2 uri 45 minut.

Zatem smo iz celuloze na dveh vakuumskih bobnastih filtrih in polžni stiskalnici odstranili floto, ki se je drži. Filtrat iz polžne stiskalnice (3,3 m³/t celuloze) smo v protitoku uporabili skupaj z nadaljnimi 3,3 m³ sveže vode preko pralnih cevi na filtrih za izpiranje. ^S

S tem se je dalo organsko spremno obremenitev zmanjšati na 3 kg OTS na tono celuloze. Stopnja beline je znašala 75,4 %; kapa-število 1,89; viskoznost 24,0 mPas.

2. Belilna stopnja (Z)

Po polžni stiskalnici smo celulozo razrečili z reciklirano vodo iz vakuumskega bobnastega filtra po Z-stopnji na gostoto 2 % ter z žveplovo kislino nastavili pH 3. V OZONbelilni napravi znane zgradbe (Waagner-Biro) smo transportirali suspenzijo kisika z gostoto 2 % krogotočno preko injektorja. Stopenjsko smo preko tega injektorja uvajali 1,45 g ozona na kg celuloze. Zadrževalni čas v reaktorju je znašal 20 minut, temperatura pa51°C.

Zatem smo celulozo ponovno izprali. Kisli filtrat smo uporabili za odstranitev pepela iz celuloze pred zadnjim filtrom.

Analitske vrednosti celuloze so bile:

stopnja beline 78,3 %: kapa-število 0,97; viskoznost 22,0.

3. Belilna stopnja (P)

3. stopnja poteka ob dodatku 4 kg NaOH/t celuloze in 7 kg H₂O₂ (50 %-ne) pri 65°C in 13 % gostote pri zadrževalnem času 4 ur.

Pri nadaljnem poteku smo izpirali na dveh vakuumskih bobnastih filtrih. Pred drugim filtrom smo filtrat Z-stopnje nakisali, da smo znižali vsebnost pepela celuloze na 0,06 %.

Analiza finalnega produkta:

Stopnja beline: 89,7 %

Viskoznost: 21,8 mPas

Kapa-število: 0,76

PRIMERA 2 in 3

V laboratoriju smo delali s kontinuirno poskusno aparaturo za O₃-beljenje, pri čemer smo preko injektorja uvajali O₃-vsebujoč kisik v 2 % suspenzijo celuloze. Odpadni plin smo zbirali v tlačni posodi, komprimirali z vtiskavanjem vode ter uporabili za diskontinuirne poskuse 1. belilne stopnje (EOP) v mešanem laboratorijskem avtoklavu.

3. belilno stopnjo (P) smo izvedli prav tako diskontinuirno.

PRIMER 2

PODATKI ZA SUROVINE (Bukova celuloza za umetna vlakna)

Stopnja beline 52,8 %

Viskoznost 24,6 mPas

Kapa-število 8,05

Vsebnost alfa-celuloze 89,4 %

1. BELILNA STOPNJA

Temperatura 85 °C

NaOH-poraba 40 kg/t cel.

abs.suho belj.

O₂-poraba 18 kg/t

H₂O₂-poraba 6,3 kg/t

Zadrževalni čas 3 h

Gostota 14 %

PODATKI ZA CELULOZO oo 1. BELILNI STOPNJI

Kapa-število 2,2

Belina 74,2 %

Viskoznost (TAPPI) 25,2 mPas

2. BELILNA STOPNJA

Temperatura 50 °C pH 2,8

O₃-poraba 1,85 kg/t

Gostota 2 %

PODATKI ZA CELULOZO po 2. BELILNI STOPNJI

Kapa-število 0,85

PRIMER 3

58,3 % 23,9 mPas 5,85 89,6 % °C 30 kg/t cel.

kg/t 5,0 kg/t 3 h 14 %

2,4

75,1 % 22,8 mPas °C 2,8

1,3 kg/t 2 %

1,1

Viskoznost	22,8 mPas	21,4 mPas
3. BELILNA STOPNJA
Temperatura	64 °C	66 °C
Zadrževalni čas	4 h	4 h
Gostota	13 %	13 %
NaOH-poraba	0,35 %	0,6%
h2o2	0,35 %	0,6%
PODATKI ZA FINALNI PRODUKT
Kapa-število	0,70	0,70
Belina	90,1 %	89,8 %
Viskoznost	22,2 mPas	20,9 mPas
Vsebnost alfa-celuloze	90,8 %	90,6 %

PRIMER 4

Celulozo po 1. belilni stopnji iz primera 1 smo odvzeli ter v laboratoriju dalje predelali. (Belina 75,4 %, kapa-število 1,89, viskoznost 24,0 mPas)

Celulozo smo stisnili na 20 % gostote ter razrečili z razrečeno žveplovo kislino na 11 % gostote, tako, daje pH vrednost znašala 2,9.

V high-shear mešalniku smo to suspenzijo celuloze fluidizirali ter vtisnili v komprimiran plinast kisik, kije vseboval O₃.

Mešalni čas je znašal 15 s, reakcijski čas 180 s, tlak O₃ 5,1 bar, teperatura pa 50 °C.

Specifična poraba O₃ je znašala 1,50 g O₃/kg celuloze, beljene absolutno suhe, poraba O₃ pa 1,40 g.

Analizni podatki pri tem dobljene celuloze so bili:

Belina : 80,4 %

Viskoznost : 21,4 mPas

Kapa-število : 0,92

To celulozo smo podvrgli laboratorijskemu beljenju (P-stopnja):

Temperatura :

Zadrževalni čas :

Gostota :

NaOH-poraba :

H₂O₂-poraba :

Podatki za finalni produkt: Kapa-število :

Belina :

Viskoznost :

°C 4 h 13 % 0,38 % 0,38 %

0,72 90,0 % 20,8 mPas

Claims (7)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Postopek za beljenje celuloze za umetna vlakna brez klora, z ozonom po tristopenjskem postopku, ki obstaja iz beljenja s kisikom, ki je v danem primeru kombinirano z beljenjem z vodikovim peroksidom (EOP-stopnja), beljenjem z ozonom (Zstopnja) in beljenjem s peroksidom (P-stopnja), označen s tem, da preostalo vsebnost kisika iz odpadnega zraka Z-stopnje v EOP-stopnji popolnoma dovedemo do reakcije in da uporabimo odpadno vodo Z-stopnje, katere pH-vrednost znaša prednostno pod 3, za razrečenje med EOP- in Z-stopnjo in/ali za odstranitev pepela iz celuloze po beljenju.
2. 2. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da uravnamo temperaturo, porabo NaOH in razmerje O₂/H₂O₂ v EOP-stopnji tako, da je poraba kisika pri konstantni pretvorbi prirejena vsebnosti preostalega kisika v odpadnem zraku Z-stopnje.
3. 3. Postopek po zahtevku 2, označen s tem, da znaša temperatura v EOP-stopnji 70 do 100 °C, prednostno 75 °C.
4. 4. Postopek po zahtevku 2 ali 3, označen s tem, da znaša koncentracija NaOH v EOPstopnji med 2,5 in 5 mas.%, z ozirom na celulozo, beljeno absolutno suho.
5. 5. Postopek po enem izmed zahtevkov 1 do 4, označen s tem, da znaša koncentracija O_n v zmesi O₂/H₂O₂ v EOP-stopnji 50 do 100 mas.% ter koncentracija H₂O₂ 0 do 50mas.%.
6. 6. Postopek po enem izmed zahtevkov 1 do 5, označen s tem, da poteka Z-stopnja z O₂/O₃ zmesjo z maksimalno 10 mas.% O₃.
7. 7. Postopek po enem izmed zahtevkov 1 do 6, označen s tem, da znaša temperatura v Z-stopnji 40 - 70 °C, prednostno 50 - 60 °C.