Способ получения порошковой целлюлозы

 

Использование: целлюлозно-бумажная промышленность. Сущность изобретения: 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°С до плотности гранул 0,2-0,8 г/см3. Измельчение осуществляют при скорости сдвига, меняющейся от 20-30 до 300-400 , с частотой изменения от 0,25 до 8,0 Гц. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК (я)5 D 21 В 1/060 21 С 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4747634/12 (22) 11.10.89 (46) 30.04;92. Бюл. ¹ 16 (71) Институт синтетических полимерных материалов АН СССР и Научно-.исследовательский институт химических продуктов (72) Н,С. Ениколопов, Г.Н. Марченко.

В,Ю. Левин, В.А. Райнес, А.Н. Крючков, С.А. Першин и А.Ю. Кармилов (53) 676,1.021.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1353857, кл. D 21 В 1/34, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N 1437449, кл. 0 21 В 1/06, 1987.

Изобретение относится к целл юлознобумажной промышленности, в частности к способам производства порошковой целлюлозы.

Известен способ обработки волокнистой массы путем одновременного ее сжатия и сдвига, при котором волокнистую массу смешивают с химикатами и сыпучим материалом, а затем полученную смесь концентрацией 30 — 98% подвергают сжатию и сдвигу.

Недостатком способа является сложность технологического процесса, кроме того, способ не исключает загрязнения окружающей среды.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения порошковой целлюлозы, включающий резку исходного материала на кусочки заданного размера и измельчение путем сдвигового деформирования.

„„5U„„1730297 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВОЙ

ЦЕЛЛЮЛОЗЫ (57) Использование: целлюлозно-бумажная промышленность. Сущность изобретения: исходный материал режут на кусочки заданного размера. Измельчают кусочки сдвиговым деформированием. Перед измельчением кусочки с влажностью 2 — 50% гранулируют при P = 2,0 — 50,0 МПа и Т = 25 — 125 С до плотности гранул 0,2 — 0,8 г/см . ИзмельЭ чение осуществляют при скорости сдвига, меняющейся от 20 — 30 до 300-400 с 1, с частотой изменения от 0,25 до 8,0 Гц. 1 з,п. ф-лы, 1 табл.

При этом в качестве исходного материала используют рулонную бумагу или картон из сульфитной целлюлозы, а измельчение осуществляют при давлении 0,2-50 МПа, напряжении сдвига 0,03 — 3 Н/мм и температуре, не превышающей температуры деструкции исходного материала.

Недостатком известного способа является низкая производительность, а также высокие энергоэатраты и интенсивно протекающая в процессе измельчения деструкция целлюлозы. Кроме того, процесс измельчения целлюлозы в шнековых аппаратах по известному способу сопровождается локальными ударами измельчающих элементов о корпус аппарата и общей вибрацией установки, что приводит к нестационарности процесса измельчения и преждевременному износу оборудования.

Указанные недостатки являются следствием заложенного в способе воздействия на целлюлозу давления в процессе сдвигового

1730297 деформирования, Данное воздействие приводит к комкованию целлюлозы и резкому уменьшению ее пластических свойств. При этом процесс комкования сопровождается уменьшением степени заполнения аппарата и приводит к тому, что сдвиговому деформированию подвергается не весь объем деформируемого материала, а отдельные его конгломераты.

Кроме того, образование конгломератов увеличивает сопротивление течению материала, что приводит к увеличению энергозатрат и к большим локальным разогревам материала, вызывающим деструкцию измельчаемой целлюлозы, и биениям шнековых элементов машины. Биение шнековых элементов сопровождается износом установки, нестационарностью процесса и вследствие этого уменьшением производител ьности.

Цель изобретения — улучшение качества порошковой целлюлозы за счет уменьшения деструкции при одновременном увеличении производительности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения порошковой целлюлозы, включающем резку исходного материала на кусочки заданного размера и измельчение путем сдвигoBolO деформирования, перед измельчением кусочки исходного 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/см, а измельчение осуществз ляют при скорости сдвига, меняющейся от

20 — 30 с до 300-400 с с частотой изменения 0,25-8,0 Гц.

В качестве исходного материала используют рулонную бумагу или картон.

Установлено, что на качество порошковой целлюлозы влияют такие технологические параметры процесса измельчения, как скорость вращения шнеков, зазор между корпусом и элементами, осуществляющими сдвиговое деформирование. Влияние этих параметров учитывает скорость сдвига, а частота изменения скорости сдвига учитывает форму многогранных симметричных элементов и их взаимное расположение.

Перечисленные диапазоны вышеуказанных величин обеспечивают достижение поставленной цели в предлагаемой совокупности признаков.

Изменение скорости сдвига от 20 — 30 с до 300 — 400 с с частотой изменения скорости сдвига от 0,25 до 8,0 Гц также приводит к улучшению реологических характеристик целлюлозной массы и способствует интенсивному теплообмену в объеме деформирумого материала, что приводит к уменьшению

10 степени деструкции целлюлозы при измельчении и увеличению производительности.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Исходный материал режут на кусочки заданного размера, увлажняют водой до необходимой степени влажности и гранулируют на валковом грануляторе. Давление, необходимое для гранулирования, определяется типом целлюлозы и ее влажностью и составляет 2,0 — 50,0 МПа, После гранулирования при температуре 25 — 125 С плотность полученных частиц составляет

0,2 — 0,8 г/см . Полученные частицы подают з

15 через загрузочное устройство в двухшнековую установку экструзионного типа, где проводят измельчение при температуре от

25 до 130 С и скорости сдвига, меняющейся от 20-30 с до 300 — 400 с с частотой изме20 нения скорости сдвига 0,25 — 8,0 Гц.

Необходимая температура создается и поддерживается с помощью имеющихся в шнековой установке систем нагрева — охлаждения. Постепенным увеличением

25 температуры обеспечивают сохранение реологических свойств материала постоянными в процессе измельчения за счет постепенного удаления излишней влаги, что связано с особенностями реологического

30 поведения целлюлозы в зависимости от ее дисперсности. Проведение процесса измельчения при последовательных нагреве и охлаждении целлюлозы до температуры от 40 до 60 С снижает вероятность термо35 окислительной деструкции ее кислородом воздуха после окончания сдвигового деформи рова ния.

Сдвиговое деформирование осуществляют многогранными симметричными эле40 ментами, расположенными на шнеках установки.

Пример 1. Исходный материал режут, затем кусочки материала со степенью полимеризации 800 и влажностью 5 гра45 нулируют на валковом грануляторе при давлении 5 МПа и температуре 100 С, получая гранулированный материал с плотностью частиц 0,2 г/см . Полученный гранулированный материал подают через загрузочное ус50 тройство в измельчающую установку экструзионного типа с двумя шнеками (диаметр шнеков 130 мм), вращающимися в одном направлении. В установке проводят измельчение при температуре 110 С со ско55 ростью сдвига, меняющейся от 30 до 350 с

-1 с частотой изменения 0,25 Гц. Необходимая температура создается и поддерживается с помощью имеющихся в экструзионной установке систем нагрева — охлаждения. Сдвиговое деформирование осуществляется

1730297

Параметры проведения процесса

Характеристика исходного

Пример

Характе ристика продуктав стеПроизводительность, кг/ч сы ья

Измельчение путем сдвигового деформирования

Содержание влаги, Oj . Степень полимеризации

Гранулирование материала

Т, С ВеличиПлотность частиц, г/см

Р, МПа

Частота изменения скорости сдвига, Г пень полимеризации на изменяющейся скооо сти . сдвига, с 1

50 50

125

800

30-350

25-300

30-375

30-400

20-400

25-300

40,0

70,2

205,1

210,2

240,6

160,3

0,25

2,5

5,0

6,0

7,5

8,0

110 .

125

0,20

0,32

0,74

0,72.

0,80

0,26

720

50 многогранными симметричными элементами, расположенными на шнеках установки.

После измельчения получают порошковую целлюлозу. Качество полученной целлюлозы приведено в таблице.

Примеры 2 — 17 осуществляют аналогично примеру 1. Условия проведения процесса и результаты приведены в таблице.

Параметры проведения процесса, выходящие за заявленные границы значений, выделены звездочкой.

Примеры 18 — 20 осуществляют по способу прототипа.

Анализ таблицы показывает, что повышение температуры измельчения выше

130 С, увеличение частоты изменения скорости сдвига выше 8 Гц и увеличение скорости сдвига выше 400 с приводит к процессам деструкции целлюлозы, что проявляется в снижении степени полимеризации порошковой целлюлозы, Снижение величины скорости сдвига менее 20 с и частоты изменения скорости сдвига менее 0,25 Гц приводит к существенному понижению производительности процесса.

Уменьшение содержания влажности менее 2О/ или уменьшение давления гранулирования менее 2,0 МПа приводит к снижению плотности получаемых частиц, что приводит к снижению производительности процесса.

Увеличение содержания влажности вы. ше 50 приводит к некоторому уменьшению плотности частиц получаемого гранулированного материала и также снижает производительность процесса измельчения, Увеличение давления гранулирования не приводит к заметному увеличению плотности получаемых частиц, однако усложняет условия проведения процесса.

Увеличение температуры выше 125 С при гранулировании приводит к деструкции целлюлозного материала, а уменьшение ее ниже 25 С усложняет процесс, так как требуется дополнительное охлаждение

10 материала, Анализ предлагаемого способа получения порошковой целлюлозы и способа-прототипа показывает, что предлагаемый способ позволяет повысить производитель15 ность процесса измельчения целлюлозы и степень полимеризации целлюлозы, Формула изобретения

1. Способ получения порошковой цел20 люлозы, включающий резку исходного материала на кусочки заданного размера и измельчение путем сдвигового деформирования, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества целевого продукта за

25 счет уменьшения степени деструкции при одновременном увеличении производительности процесса, перед измельчением кусочки исходного материала с влажностью

2 — 50 гранулируют при Р =-2,0 — 50,0 МПа

30 и Т = 25 — 125 С до плотности гранул 0,2—

0,8 г/см, а измельчение осуществляют при з скорости сдвига, меняющейся от 20 — 30 с

-1 до 300 — 400 с, с частотой изменения 0,258,0 Гц.

35 2, Способ по п. 1, отличающийся тем, что измельчение осуществляют при температуре от 25 до 130 С.

1730297

Продолжение таблицы

Производительность, кг/ч

Параметры проведения процесса

Характеристика исходного

Пример сы ья

Содержание влаги, %

Измельчение путем сдвигового деформирования

Степень полимеризации

Гранулирование материала

Т, С

Т ОС

Плотность час-. тиц, г/см

Р, МПа

30-350

25-300

25-300

25-300

20-400

20-400

20-600

10 †3

3,5

2,0

4.0

6,0

6,0

8,5

6,0

6,0

800

0,15

32,4

600

15

Составитель С. Першин

Техред М.Моргентал Корректор О, Кравцова

Редактор Н. Шитев

Заказ 1496 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

8

11

12

13

14

Прототип

16.

Прототип

800

0,32

0,18

0,19

0,58

0.80

0,80

0,80

0,80

0,12

Величина изменяющейся скорости сдвига, с 1

Частота изменения скорости сдвига, Гц

80,0

35,2

36,2

110,4

244,2

250,1

248,2

160,4

30.2

Характе ристика продуктав степень полимеризации

200