SU598571A3 - Способ получени беленой целлюлозы - Google Patents

Description

i

Изобретение относитс  к производству беленой цеппюпозы, примен емой дл  изготовлени  различных сортов бумаги.

Известно, что дл  получени  цел;юлозы используют различные способы варки, выбор которых зависит как от исходного материала (вида древесины), так и назначени  целевой целлюлозы.

Основой щелочных способов варки древесины  вл етс  ее делигнификаци  и отбеливание в щелочной среде с помощью кислорода или воздуха.

Однако за счет высокой температуры и давлени , хот  и достиг тс  хороша  делигнификаци  и отбелка, но целева  целлюлоза имеет недостаточно высокие показатели прочности IJ.

Другой способ проведени  подобных процессов предусматривает -использование при кислородно-щелочной обработке катализаторов окислени  - протекторов, например, уг лекислого бари , кальци , цинка, барага , двуокиси титана и др. 2J.

Это обеспечивает лучшие показатели по белизне и делигнификации при сохранении

физической ff механической прочности волокон целлюлозы.

Однако при необходимости получени  белной целлюлозы сверх 45% отмечаютс  потери ее физической прочности.

Дл  достижени  высокобеленон целгаолозы предусматричают после каталитической кислородно-щелочной обработки дополнительную отбелку с помощью, например, гипохлоридов З J.

Другой способ, основанный на кислородно-щелочной обработке, предусматривает использование определенных количеств известных катализаторов - протекторов, что обеспечивает высокую делегнификацию растительного сырь  и хорошую белизну 4.

Но последнее не исключает необходимост проведени  дополнительной отбелки целлюлозы .

Нар ду с этим следует сказать, что существует способ получени  беленой целлюлозы , предусматривающий ее предварительную кислую обработку хлором (рН 1-1,8). (Xразуюшийс  хлорированный лигнин, соаепжашийс  в растительном материале, раствор етс  в последующем в водно-щелочном растворе при щепочно-кисдородной обработке при температуре до 135°С {б. Однако наличие большого копичества кислых сточных вод, содержащих соединени  хлора, создает необходимость сложной очистки , что снижает экономичность процесса. Кроме того, целева  целлюлоза не имеет вь)соких показателей по белизне, разрывной длине, сопротивлению продавливанию и раз- рыву.

Известный способ

Исходна  целлюлоза

а)Е епизна 21%

б)Число Каппа ЗО

в)Перманганатное число 2 Фаза IХлорирование Содержание СЕ 8,5

рН1-1,5

Езеппзна23%

Число Каппа15

Фаза I . Промывка Рециркулирование невозможно

Фаза yj . Кислород едкий натр

Содержание NaOH5,О

Еэепизна53

Число Каппа3

Таблица 1

Предложенный способ

Исходна  целлюлоза

а)Белизна 25%

б)Число Каппа 34

Предварительна  обработка кис Содержание 6021%

рН3,2

Белизна26,5%

Число Каппа33

Рециркулирование возможно Кислород - едкий натр

6,0

59,6

5 С цепью повыше)и  степени белизны без снижени  физико-механических показателей целлюлозы согласно изобретению предварительную кислую обработку ведут в среде водной серной кислоты или серного ангидрида при рН 2,5-4,8, преик шественно в течение 5-60 мин. В табл. 1 представлены сравнительные данные известного способа J5J и предложенного .

Из сравнени  двух способов видно, что хлорирование снижает число Каппа с ЗО до 15, а обработка 1%-ным сернистым ангидридом при рН 3-2 практически сохран ет чиспо .Каппа на исходном уровне.

Кроме того, в случае хлорировани  рециркулирование невозможно, в то врем  как в предложенном способе это осуществимо.

В предложенных услови х обеспечиваютс  по сравнению с известными способами хорощие показатели беленой целлюлозы (см. табп, 2).

24,1

23,9

576 70,4 91

Обработку ведут при комнатной температуре 60 мин.

В данном процессе целесообразно использовать 0,5-1% по весу сухой целлюлозы S0,j, так как ниже указанного предела получаютс  невысокие показатели целлюлозы, а выше - не вли ет на улучшение степени белизны.

Обработку кислородом или воздухом исходной целлюлозы преимущественно провод т при 90-135°е и давление 5-ЗО атм в среде гидроокиси натри  (2-12% по весу к сухой целлюлозе) в присутствии известных катализаторов - протекторов,

В зависимости от требований к целевому продукту процесс шепочно-кислородной обработки ведут 1О-1ОО мин до концентрации кислорода 4-ЗО%, лучше 8-18% в прису1 ствии углекислого магни , или окиси, или силиката магни .

Нар ду с этим можно отметить, что процесс можно вести и в отсутствии протекторов , причем при повышении степени растворимости кислорода улучшаютс  степень от белки и делигнификаци , но дл  предотвращени  потерь физической прочности целлюлозы следует добавл ть протектор.

Благодар  тому, что в процессе предваHjjSO в проиэSO 2 или

ри тельной обработк

Таблица

51,6

59,6

51,2

3,1

4,3

4,6 96 ЗО 0610 11500

475

5ОО

244 59,5 66,3 63,3 99 94 74

водственных водах не содержитс  вредных примесей (хлоридов), согласно предложенному способу возможно их рециркулирование, что повышгет экономичность способа отбелки целлюлозы . Приводимые ниже примеры характери ауют изобретение.

Концентраци  химикатов указана в процентах по весу по отношению к сухой целлюлозе. Концентраци  массы выражена в процентном соотношенин веса сухой целлюлозы к весу сырой цеппюпозы. Все испытани , указанные в приMepaxt были проведены согласно нормам TAPPI .Во всех случа х продолжительность нагревани  дл  достижени  максимальной температуры в течение обработки газообразным кислородом равна 6О мин, но указано, что продолжительность нагрева может быть повышена или понинжна.

Пример 1. Содержание лигнина, белизна и физическа  прочность нижеописаш1ых целлюлоз сопоставлены в табл. 3:

а)промышленна  крафт-целлюлоза, полученна  из древесных хвойных пород (соснова  целлюлоза), необработанна , небелена , число Каппа 23,9 (целлюлоза А);

б)целлюлоза А после обработки газообразным кислородом в щелочной среде, без протектора и без предварите ыюй обработки киспым агентом (целшопоза B) в)целлюлоза А после предварительной обработки газообразным кислородом в щелочной среде (как в б), но без протектора (целлюлоза В); г)целлюлоза А после предварительной кислой обработки с последующей обработкой газообразным кислородом в щелочной среде, без протектора (как в в), но в отличие от в с меньшей продолжительностью обработки газообразным кислородом (целлюлоза

бепизна, единицы Эльрефо

потер  белизны (18 час,. Т - 105°С)

Ш. Физические свойства

степень помопа (9.дОО оборотов пампен)

разрывна  дпина, м

Та блица

MgCOj MgCOj 51,2 58,4 56,3 51,6 59,6 0,60,4 0,4 0,5 0,4

330 545 505 424 588

9630 10330 10630 10610 115ОО д) целлюлоза Л после обработки газообразным кислородом в щелочной среде (как в б и в), но с протектором и без предваритепьной кислой обработки (целлюлоза Д); е) целлюлоза А после .предварительной кислой обработки (как в в) и последуюиюй обработки газообразным кислородом в щелочной среде с протектором (как в д) (целлюлоза Е). В качестве исходной целлюлозы берут крафт-целлюлозу хвойных пород (соснова  целлюлоза). Число Каппа 23,9, число двойных перегибов (под давпением 8ОО г) сопротивление |родавпиванию , кг/см сопрогивпениБ разаиранию, г 91

перманганатное число (AFKOR

23,9 Результаты, получаемые дл  цепгаопоз Б, BjF, показывают,  то физическа  прочность целлюлозы нарушаетс  1ФИ обработке газо разным кислородом без протектора. Подверг нутые предварительной кислой обработке цеп пюлозы В и Г обладают большей белизной, чем целлюлоза Б, не прошедша  предварител ную кислую обработку. Кроме того, результаты, полученные дл  целлюлоз В и Г, показывают, что продол ж тельность обработки газообразным кислородом вли ет на белизну и на свойства физической прочности, а предварительна  кис-ла  обработка целлюлоз Б и Г приводит к получению без значительно потери физичес кой прочности полубеленой целлюлозы с бо-члее высокой белизной j чем при обработке только газообразным кислородом. Анализ результатов свойств целлюлоз Д и Е показывает, что при обработке газос разным кислородом в присутствии протектора сохран етс  физическа  прочность целгаопозы , а белизна целлюлозы Е, подвергнутой предварительной кислотной обработке, выше, чем у целлюлозы Д, не подвергнутой yкaзaн ной обработке. Также можно отметить, что предвфитель на  кислотна  обработка оказывав т-вли н на стабильность белизны, высокие показатели которой мало измен ютс  от продолжительного нагрева (18 час при 1О5 С).

1}х)должечне таблиши 3 244 70,4 59,5 74

4,6 3,3 3,4 4,3

ЗД 173 173 475 5ОО 56 Д 58,1 63,3 66,3 7173 9499 Пример 2. Содержание лнгннна, белизна и физическа  прочность промышленной краф1 -цегтюлозы8 полученной на дрвве  ькхвойных пород (соснова  целлюлоза число Каппа 23,1) и подвергнутой предварительной киспотой к после.(1уюшей обработке газообразным киспородом в щелочной среде как без протектора, так и в его присутствии, показаны в габп, 4. В случае применени  силиката натрв  добавл ют только 4% NaOH дл  создани  щелочной среды, так как используемый свпикат натри  при гвдролизе также создает определенную щелочность. Реншмы обра&)тки 1. Предварительна  обработка 5,О% Конпентраци  массы 1% 50 Кислотна  среда 3,0 рН среды Комнатна  Температура 6О мин Продолжительность 11. Обработка газообрйзгым кислородом Концентраци  массы 6% NaOH Щелочна  среда 1 Температура 14 атм Давление 1ОО мин П родолжительность

11

Процент по отношению к сухой целлюлозе

Бепизна, ед. Эльферо

Степень помола (900О оборотов лампен)

Разрывна  длина, м

Число двойнь1Х перегибов (под давлением 8ОО г)

Сопротивление продавливанию, кг/см

Сопротивление раздираниЮ| г Пермангалагное число {AF NOR)

Пример 3, В табл. 5 показано вли ние продоп.житепьности отбепки газообразным кислородом, необходимой дл  получени  промышленной крафт-целпюлозы, полученной из древесных хвойных пород (соснова  целшолоза ), число Каппа 32 и белиЗна 50, при следующих обработках:

а) обработка газообразным кислородом в щелочной среде с протектором при давлении кислорода 14 атм, но без предварительной кислотной обработки (целлюлоза Ж); - б) обработка, как в а, но после пред598571

12

Таблица 4

-1 2 1

51,656,7, 55,360,3

320515 56О565

95809850 1О40010900

12ОО

793

614

63,165,3

64,5

991О2 101

3,8

4,14,3

варительной обработки серной кислотой рН 3,0 в течение 15 мин (целлюлоза 3);

в)обработка газообразным кислородом, как в а, после предварительной обработки серной кислотой рН 1,6 в .течение 15 мин (цеплюпоза M)jf

г)обработка, как в в, газообразным кислородом сернистым ангидридом, рН 3, в течение 6О мин (целлюлоза К);

д)обработка газообразным кислородом, как в т, за исключением того, что она проводитс  при давлении 28 атм (целлюлоза Л),

Таблица5

13

Продолжительность мин

, Обработка газообразным кислородом

8,0

Ко}щентраии  массы, %

6% Шепочна  среда NaOH

Температура, С

13О 14 Давление, атм 60 Продолжительность, мин

1% Протектор .

Потер  белизны (нагревание 18 час при 105 С)

0,5

Как видно из приведенных результатов, проведение предварительной киспотой обработки (целлюлозы 3, И, К) позвол ет сокра- 30 тить продолжительность кислородно-щелочной обработки (по сравнению с целлюлозой Ж) с во мин до 22-ЗО мин.

Использование серной кислоты (целлюлоза 3, И) сокращает врем  кислотой обработ- 35

ки до 15 мин.

Проведение процесса кислородно-щелочной

обработки при повышенном давлении (28 атм вместо 14 атм) также ведет к сокращению времени этой обработки (целлюлозы К и Л). 40

П р и м е- р 4. Рассмотрена возможность дальнейщего б&лени  уже отбеленной газообразным кислородом целлюлозы, получекк нои согласно насто щему изобретеншо. В 15 табл. 6 сравниваютс  степень белизны и степень сохранени  прочности крафт-целлю598571 4

Продолжение табл. 5

60

15

60

8,0

8,0

8,0

8,0

0,6

0,2

0,1

0,1

лозы, полученной из хвойных пород (соснова  целлюлоза, число Каппа 20) и прошедщей следующую обработку:

а)хлорирование, щелочное экстрагировгьние и гипохлорирование - обработка по схем С-Е-Н (целлюлоза М);

б)така  же обработка газообразным кнслородом в щелочной среде с протектором,

но без предварительной кислотной обработки, как дл  целлюлозы Д приведенного примера 1, с последующей гипохлоритной обработкой: (целлюлоза Н);

в)така  же предварительна  кислотна 

и така  же обработка газообразным кислородом в щелочной среде с проттектором, как дл  целлюлозы Е в примере 1, с последующей гипохлоритной обработкой (целлюлоза

О);

г)обработка аналогично в,но при больщем количестве гипохлорита (целлюлоза П).

Таблицаб Процент гипохлорита, выраженный активным хлором Белизна (ед. а)небелена  2S;5 б)после киспотной предварнтепьной обработки в)nociss Обработки газообразным кислородом г)после обработки гипо75 ,9 хпоритом д)nolBpa белизны (нагревание 18 час при 105°С) Физические свойства а) cTesTBHb помопа (900О

Как видно из этих данных, предвфитепьна  кнсло1 на  о6работк:а ведёт к получению лучшей белизны (целлюлоза О и Н).

Гипохлоритла  обработка .позвол ет достиг путь степень белизны не выше 67, в то speм , как и в случае предварительной киспотной обработки, достигаетс  степень отбелки - 76 при меньчжм расходе; гипохлорита, что создает экономию дорогосто щих отбелиьаю1лих хикткатов.

Продолжение табл. 6 2,35

Датюе, едкий натр, использованный дд  отбелки газообразным кислородом целлюло3 Н, О и П, может быть легко рекуперирован , так как он не содержит хлоридов.

Пример 5. В табл. 7 даны сравнительные данные по белизне и физической прочности промышленной крафт-целлюпозы, полученной из хвойных пород (соснова  целлюлоза , число Каппа 512,6) и ппошедшей опвдуюшую ооработку; 1,0 25,5 О Oj о 67,О a)така  же обработка газообразным лородом в щелочной среде с протектором без предварительной , как дл  целтдюлозы -Д в примере 1, и далее обрабо ка двуокисью хлора, щелочное экстрагирова- 5 ние и повторна  обработка -двуокисью хлора ( схема Д-Е-Д) (целлюлоза Р); б) шгалогично а, но с предварительной кислотной обработкой, как в примере 1 дл  целпюлозы Е (целлюлоза С);j0 b)аналогично б, но кислотную обраТ . Белизна (в ед. Эльфер jie белена  S02

30

Н Д Е Д

11-Физические свойства после схемы Д-Е-Д)

Степень помопа (9000 оротов лампен)

Разрьшна  длина, м

Число двойных перегибов (под Р 8ОО г)

Сопротивление продавпива кг/см

Сопротивление раздиранию

Потер  белизны (нагрев 18 час при )

Ш Расход химикатов С

78,275,9

77,9

83,8 79,9

77,3

86,688,786,788,0

53551О61551О

9760899О847О 9 26О

42О

221

397

49,6

55,845,1

87

10310О

6,5

2.7

3,2

5,65 ботку ведут между ступен ми обработки газообразным кнспородом н двуокисью хлора (целлюлоза Т); г) аналогично в , но вместо киспотн ой обработки ведует гипохлоритную (целлюлоза У)} д) хлорирование, щелочное экстрагировашю гипохлорирование, обработка двуокисью, щелочное экстрагирование и-обработка двуокисью хлора (схема С-Е-Н-Д-Е-Д) (иелпюлоза Ф). Таблица 7

0,80

1,5 0,45 Как видно из этой таблицы, по схеме - 50э-А-Е-Д целлюлоза У имеет высокие показатели физической прочности, белизны и на нее затрачиваетс  малое количество химикатов по сравнению с обычной схемой С-Е-Н-Д-Е-Д (целлюлоза Ф). Использование предварительной кислотной обработки позвол ет достигать стабильной белизны, немного измен ющейс  при длительном нагревании {18 час, 105 С).

С Е Н

Д Е Д

Белизна (ед. небелена 

50,

Ог

SOg

Н

Д

Продолжение табл. 7

3,0 ,

1,3 2,35

0,75 0,75 0,80

1,5

1,5

1,5

0,25 0,25 О,45 20 25

0,7 1,5 0,3

25,8 65,6 66,9

8О,9 Пример 6, В табл. 8 приведены сравнительные данные по белизне и физической прочности промышленной крафт-цеплюлозы , полученной из лиственных пород древесины (эвкалипт - акаци ) и прошедшей следующую обработку: а) по схеме С-Е-Н-Д-Е-Д (делгаолоза X)i. б) аналогично примеру 1 дл  целлюлозы Е с последующей кислотной обработкой и далее по схеме Д-Е-Д. Таблица8

Продолжение табл. 8