SU1730297A1

SU1730297A1 - Method of powdered cellulose

Info

Publication number: SU1730297A1
Application number: SU894747634A
Authority: SU
Inventors: Николай Сергеевич Ениколопов; Герман Николаевич Марченко; Виктор Юльевич Левин; Валентина Александровна Райнес; Александр Николаевич Крючков; Сергей Алексеевич Першин; Андрей Юрьевич Кармилов
Original assignee: Институт синтетических полимерных материалов АН СССР; Научно-Исследовательский Институт Химических Продуктов
Priority date: 1989-10-11
Filing date: 1989-10-11
Publication date: 1992-04-30

Abstract

Использование: целлюлозно-бумажна промышленность. Сущность изобретени : исходный материал режут на кусочки заданного размера. Измельчают кусочки сдвиговым деформированием. Перед измельчением кусочки с влажностью 2-50% гранулируют при Р 2,0-50,0 МПа и Т 25-125&deg;С до плотности гранул 0,2-0,8 г/см3. Измельчение осуществл ют при скорости сдвига, мен ющейс от 20-30 до 300-400 , с частотой изменени от 0,25 до 8,0 Гц. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.Use: pulp and paper industry. The essence of the invention: the source material is cut into pieces of a given size. Crushed pieces of shear deformation. Before grinding, pieces with a moisture content of 2-50% are granulated at P 2.0-50.0 MPa and T 25-125 ° C to a granule density of 0.2-0.8 g / cm3. Grinding is carried out at a shear rate varying from 20-30 to 300-400, with a frequency of change from 0.25 to 8.0 Hz. 1 hp f-ly, 1 tab.

Description

Изобретение относитс к целлюлозно- бумажной промышленности, в частности к способам производства порошковой целлюлозы .The invention relates to the pulp and paper industry, in particular to methods for producing powdered cellulose.

Известен способ обработки волокнистой массы путем одновременного ее сжати и сдвига, при котором волокнистую массу смешивают с химикатами и сыпучим материалом, а затем полученную смесь концентрацией 30-98% подвергают сжатию и сдвигу.A known method of treating the pulp by simultaneously compressing and shearing, in which the pulp is mixed with chemicals and granular material, and then the resulting mixture with a concentration of 30-98% is subjected to compression and shear.

Недостатком способа вл етс сложность технологического процесса, кроме того, способ не исключает загр знени окружающей среды.The disadvantage of this method is the complexity of the technological process, in addition, the method does not exclude pollution of the environment.

Наиболее близким к предлагаемому способу вл етс способ получени порошковой целлюлозы, включающий резку исходного материала на кусочки заданного размера и измельчение путем сдвигового деформировани .Closest to the proposed method is a method for producing powdered cellulose, including cutting the starting material into pieces of a given size and grinding by shear deformation.

При этом в качестве исходного материала используют рулонную бумагу или картон из сульфитной целлюлозы, а измельчение осуществл ют при давлении 0.2-50 МПа, напр жении сдвига 0,03-3 Н/мм2 и температуре , не превышающей температуры деструкции исходного материала.At the same time, roll paper or paperboard made of sulfite pulp is used as the starting material, and grinding is carried out at a pressure of 0.2-50 MPa, a shear stress of 0.03-3 N / mm2 and a temperature not exceeding the degradation temperature of the starting material.

Недостатком известного способа вл етс низка производительность, а также высокие энергозатраты и интенсивно протекающа в процессе измельчени деструкци целлюлозы. Кроме того, процесс измельчени целлюлозы в шнековых аппаратах по известному способу сопровождаетс локальными ударами измельчающих элементов о корпус аппарата и общей вибрацией установки, что приводит к нестационарности процесса измельчени и преждевременному износу оборудовани .The disadvantage of this method is low productivity, as well as high energy consumption and intensive destruction of cellulose in the grinding process. In addition, the process of pulverizing pulping in screw machines according to a known method is accompanied by local impacts of the pulverizing elements on the body of the apparatus and the overall vibration of the installation, which leads to non-stationarity of the pulverization process and premature wear of the equipment.

Указанные недостатки вл ютс следствием заложенного в способе воздействи на целлюлозу давлени в процессе сдвиговогоThese drawbacks are a consequence of the pressure exerted on the cellulose pressure during the shearing process.

ЁYo

VI со о го ю VIVI Coll. VI

деформировани . Данное воздействие приводит к комкованию целлюлозы и резкому уменьшению ее пластических свойств. При этом процесс комковани сопровождаетс уменьшением степени заполнени аппара- та и приводит к тому, что сдвиговому деформированию подвергаетс не весь объем деформируемого материала, а отдельные его конгломераты.warping. This effect leads to clumping of cellulose and a sharp decrease in its plastic properties. In this case, the lumping process is accompanied by a decrease in the degree of filling of the apparatus and leads to the fact that not all of the deformable material, but its individual conglomerates, are subjected to shear deformation.

Кроме того, образование конгломера- тов увеличивает сопротивление течению материала, что приводит к увеличению энергозатрат и к большим локальным разо- гревам материала, вызывающим деструкцию измельчаемой целлюлозы, и биени м шнековых элементов машины. Биение шне- ковых элементов сопровождаетс износом установки, нестационарностью процесса и вследствие этого уменьшением производительности .In addition, the formation of conglomerates increases the flow resistance of the material, which leads to an increase in energy consumption and to large local heating of the material, which causes destruction of the pulverized cellulose, and beats of the screw elements of the machine. The beating of screw elements is accompanied by wear of the installation, non-stationarity of the process and, consequently, a decrease in productivity.

Цель изобретени -улучшение качества порошковой целлюлозы за счет уменьшени деструкции при одновременном увеличении производительности процесса.The purpose of the invention is to improve the quality of powdered cellulose by reducing the degradation while increasing the productivity of the process.

Поставленна цель достигаетс тем, что в способе получени порошковой целлюлозы , включающем резку исходного материала на кусочки заданного размера и измельчение путем сдвигового деформировани , перед измельчением кусочки исход- ного материала с влажностью 2-50% гранулируют при давлении 0,2-50,0 МПа и температуре 25-125°С до плотности гранул 0,2-0,8 г/см3, а измельчение осуществл ют при скорости сдвига, мен ющейс от 20-30 до 300-400 с частотой изменени 0,25-8,0 Гц.The goal is achieved by the fact that in the method of obtaining powdered cellulose, including cutting the starting material into pieces of a given size and grinding by shearing, before grinding, the pieces of starting material with a humidity of 2-50% are granulated at a pressure of 0.2-50.0 MPa and a temperature of 25-125 ° C to a granule density of 0.2-0.8 g / cm3, and grinding is carried out at a shear rate varying from 20-30 to 300-400 with a frequency of change of 0.25-8.0 Hz .

В качестве исходного материала используют рулонную бумагу или картон.As the source material using roll paper or cardboard.

Установлено, что на качество порошке- вой целлюлозы вли ют такие технологические параметры процесса измельчени , как скорость вращени шнеков, зазор между корпусом и элементами, осуществл ющими сдвиговое деформирование. Вли ние этих параметров учитывает скорость сдвига, а частота изменени скорости сдвига учитывает форму многогранных симметричных элементов и их взаимное расположение. Перечисленные диапазоны вышеуказанных величин обеспечивают достижение поставленной цели в предлагаемой совокупности признаков.It has been established that the quality of the pulp powder is influenced by such technological parameters of the grinding process as the speed of rotation of the screws, the gap between the casing and the elements that carry out shear deformation. The effect of these parameters takes into account the shear rate, and the frequency of the shear rate changes takes into account the shape of polyhedral symmetric elements and their mutual arrangement. The listed ranges of the above values ensure the achievement of the goal in the proposed set of features.

Изменение скорости сдвига от 20-30 с до 300-400 с частотой изменени ско- рости сдвига от 0,25 до 8,0 Гц также приводит к улучшению реологических характеристик целлюлозной массы и способствует интенсивному теплообмену в обьеме деформиру- мого материала, что приводит к уменьшениюA change in the shear rate from 20–30 s to 300–400 with a frequency of change in the shear rate from 0.25 to 8.0 Hz also leads to an improvement in the rheological characteristics of the pulp and promotes intensive heat exchange in the volume of the deformable material, which leads to decrease

-1-one

5 five

10 15 2010 15 20

25 30 35 40 45 50 25 30 35 40 45 50

55 55

степени деструкции целлюлозы при измельчении и увеличению производительности.the degree of destruction of cellulose during grinding and increase productivity.

Предлагаемый способ осуществл ют следующим образом.The proposed method is carried out as follows.

Исходный материал режут на кусочки заданного размера, увлажн ют водой до необходимой степени влажности и гранулируют на валковом гранул торе. Давление, необходимое дл гранулировани , определ етс типом целлюлозы и ее влажностью и составл ет 2,0-50,0 МПа. После гранулировани при температуре 25-125 С плотность полученных частиц составл ет 0,2-0,8 г/см3. Полученные частицы подают через загрузочное устройство в двухшнеко- вую установку экструзионного типа, где провод т измельчение при температуре от 25 до 130°С и скорости сдвига, мен ющейс от 20-30 до 300-400 с частотой изменени скорости сдвига 0,25-8,0 Гц.The source material is cut into pieces of a given size, moistened with water to the required degree of moisture, and granulated on a roller granulator. The pressure required for granulation is determined by the type of cellulose and its moisture content and is 2.0-50.0 MPa. After granulation at a temperature of 25-125 ° C, the density of the particles obtained is 0.2-0.8 g / cm3. The obtained particles are fed through a loading device to a twin-screw extrusion type plant, where grinding is carried out at a temperature of from 25 to 130 ° C and shear rates varying from 20-30 to 300-400 with a frequency of change of shear rate 0.25-8 0 Hz.

Необходима температура создаетс и поддерживаетс с помощью имеющихс в шнековой установке систем нагрева - охлаждени . Постепенным увеличением температуры обеспечивают сохранение реологических свойств материала посто нными в процессе измельчени за счет постепенного удалени излишней влаги, что св зано с особенност ми реологического поведени целлюлозы в зависимости от ее дисперсности. Проведение процесса измельчени при последовательных нагреве и охлаждении целлюлозы до температуры от 40 до 60°С снижает веро тность термоокислительной деструкции ее кислородом воздуха после окончани сдвигового деформировани .The required temperature is created and maintained by the heating-cooling systems present in the auger installation. A gradual increase in temperature ensures that the rheological properties of the material are kept constant during the grinding process due to the gradual removal of excess moisture, which is due to the rheological behavior of the cellulose, depending on its dispersity. Carrying out the grinding process with successive heating and cooling of the cellulose to a temperature of from 40 to 60 ° C reduces the likelihood of thermo-oxidative destruction of its oxygen in the air after the end of shear deformation.

Сдвиговое деформирование осуществл ют многогранными симметричными элементами , расположенными на шнеках установки.Shear deformation is carried out by multifaceted symmetric elements located on the installation screws.

П р и м е р 1. Исходный материал режут , затем кусочки материала со степенью полимеризации 800 и влажностью 5% гранулируют на валковом гранул торе при давлении 5 МПа и температуре 100°С, получа гранулированный материал с плотностью частиц 0,2 г/см3. Полученный гранулированный материал подают через загрузочное устройство в измельчающую установку экструзионного типа с двум шнеками (диаметр шнеков 130 мм), вращающимис в одном направлении. В установке провод т измельчение при температуре 110°С со скоростью сдвига, мен ющейс от 30 до 350 с частотой изменени 0,25 Гц. Необходима температура создаетс и поддерживаетс с помощью имеющихс в экструзионной установке систем нагрева - охлаждени . Сдвиговое деформирование осуществл етс EXAMPLE 1 The raw material is cut, then pieces of material with a degree of polymerization of 800 and a moisture content of 5% are granulated on a roll granulator at a pressure of 5 MPa and a temperature of 100 ° C to obtain a granular material with a particle density of 0.2 g / cm3 . The obtained granular material is fed through a loading device to an extrusion type grinding plant with two screws (screw diameter 130 mm) rotating in one direction. The installation is comminuted at a temperature of 110 ° C with a shear rate varying from 30 to 350 with a frequency of 0.25 Hz. The required temperature is created and maintained using existing heating / cooling systems in the extrusion installation. Shear deformation is carried out

многогранными симметричными элементами , расположенными на шнеках установки. После измельчени получают порошковую целлюлозу. Качество полученной целлюлозы приведено в таблице.multifaceted symmetric elements located on the installation screws. After grinding, powdered cellulose is obtained. The quality of the pulp obtained is given in the table.

Примеры 2-17 осуществл ют аналогично примеру 1. Услови проведени процесса и результаты приведены в таблице. Параметры проведени процесса, выход щие за за вленные границы значений, выделены звездочкой.Examples 2-17 are carried out analogously to example 1. The process conditions and results are shown in the table. Process parameters beyond the specified bounds of values are indicated by an asterisk.

Примеры 18-20 осуществл ют по способу прототипа.Examples 18-20 are carried out according to the method of the prototype.

Анализ таблицы показывает, что повышение температуры измельчени выше 130°С, увеличение частоты изменени скорости сдвига выше 8 Гц и увеличение скорости сдвига выше 400 приводит к процессам деструкции целлюлозы, что про вл етс в снижении степени полимеризации порошковой целлюлозы.Analysis of the table shows that increasing the grinding temperature above 130 ° C, increasing the frequency of changing the shear rate above 8 Hz and increasing the shear rate above 400 leads to processes of cellulose destruction, which manifests itself in a decrease in the degree of polymerization of powdered cellulose.

Снижение величины скорости сдвига менее 20 с и частоты изменени скорости сдвига менее 0,25 Гц приводит к существенному понижению производительности процесса .A decrease in the shear rate of less than 20 s and a frequency of change in the shear rate of less than 0.25 Hz leads to a significant decrease in the productivity of the process.

Уменьшение содержани влажности менее 2% или уменьшение давлени гранулировани менее 2,0 МПа приводит к снижению плотности получаемых частиц, что приводит к снижению производительности процесса.A decrease in the moisture content of less than 2% or a decrease in granulation pressure of less than 2.0 MPa leads to a decrease in the density of the particles produced, which leads to a decrease in the productivity of the process.

Увеличение содержани влажности выше 50% приводит к некоторому уменьшению плотности частиц получаемого гранулированного материала и также снижает производительность процесса измельчени .Increasing the moisture content above 50% leads to a slight decrease in the density of the particles of the resulting granulated material and also reduces the productivity of the grinding process.

00

5five

00

5five

00

5five

Увеличение давлени гранулировани не приводит к заметному увеличению плотности получаемых частиц, однако усложн ет услови проведени процесса.Increasing the granulation pressure does not lead to a noticeable increase in the density of the particles produced, but complicates the process conditions.

Увеличение температуры выше 125°С при гранулировании приводит к деструкции целлюлозного материала, а уменьшение ее ниже 25°С усложн ет процесс, так как требуетс дополнительное охлаждение материала.Increasing the temperature above 125 ° C during granulation leads to the destruction of the cellulosic material, and reducing it below 25 ° C complicates the process, since additional cooling of the material is required.

Анализ предлагаемого способа получени порошковой целлюлозы и способа-прототипа показывает, что предлагаемый способ позвол ет повысить производительность процесса измельчени целлюлозы и степень полимеризации целлюлозы.The analysis of the proposed method for producing powdered cellulose and the prototype method shows that the proposed method improves the productivity of the pulp milling process and the degree of polymerization of cellulose.

Claims

1. A method for producing powdered cellulose, including cutting the starting material into pieces of a given size and grinding by shear deformation, characterized in that, in order to improve the quality of the target product by reducing the degree of destruction while simultaneously increasing the productivity of the process, before grinding the pieces of starting material with moisture 2-50% granulate at P 2.0-50.0 MPa and T 25-125 ° C to a granule density of 0.2-0.8 g / cm3, and grinding is carried out at a shear rate varying from 20-30 up to 300-400, with frequency Changing 0.25- 8.0 Hz.

2. A method according to claim 1, characterized in that the grinding is carried out at a temperature of from 25 to 130 ° C.

Table continuation