Электрохимический способ получения целлюлозы

 

Сущность изобретения: в качестве варочного раствора используют раствор хлорида натрия с концентрацией 25-310 г/дм3 Процесс ведут при пропускании постоянного тока плотностью м 0.15-0.19 А/см и перемешивании 2 табл.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4879345/12 (22) 1505.90 (46) 15.1 2.93 Бюл. Мя 45 — 46 (71) Научная часть Стерлитамакского производственного объединения "Каустик"; Стерлитамакский городской центр научно-технического творчества молодежи (72) жарков Ви (73) Жарков Валерий Иванович (В) RU (1Ц 2004663 С1 (51) 21 С 3 18 (54) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦН1ЛЮЛОЗЫ (57) Сущность изобретения: в качестве варочного раствора используют раствор хлорида натрия с концентрацией 25-310 г/дм . Процесс ведут при пропуска нии постоянного тока плотностью

0.15-0.19 А/см и перемешивании. 2 табл. г

2004663

Изобретение относится к целлюлознобумажной промышленности, а именно к способу получения целлюлозы.

Наиболее близким по техническому решению (прототипом) является способ получения бумажной массы из соломы с использованием раствора щелочи и нагревания электрическим током, В данном способе варку бумажной массы (целлюлозы) производят из соломы при помощи переменного тока с использованием раствора щелочи с добавлением NaCI. такой раствор называется эпектрощелоком, Суть способа заключается в следующем. Переменный электрический ток пропускают через массу соломы. погруженную в раствор щелочи с добавлением в него NaCI.

При этом одновременно идет сильный разогрев массы и электропиэ раствора NaCI с 20 образованием гипохпорита натрия и озона, за счет чего достигается варка и отбеливание массы, Электрический ток применяют переменным, чтобы избежать отложений солей жесткости на электродах. Процесс 25 варки длится 30 мин. Получаемая бумага имеет высокую прочность.

Недостатком этого способа является то, что в качестве исходного раствора для варки бумажной массы берется дорогостоящий 30 реагент — раствор щелочи (ее еще нужно получить из раствора NaCI путем электролиза, затратив при этом большое количество электроэнергии), в массу добавляют NaCI (поваренную соль) с целью получения гипо- 35 хлорита натрия, т.е. требуется дополнительный реагент, процесс ведется при высокой температуре раствора сильноедкого вещества. что создает опасность производства.

Электроток применяется для разогрева рас- 40 твора и массы, а потом для электролиза, причем применяется переменный ток, все это ведет к большим затратам электроэнергии, кроме того, данный способ предлагает варку бумаги только из соломы. 45

Целью изобретения является упрощение и удешевление способа получения целлюлозы.

Поставленная цель достигается тем, что варка целлюлозы ведется способом элект- 50 рохимического окисления, т.е. методом электролиза. Электрохимическое окисле.ние целлюпозосодержащего материала осуществляют в беэдиафрагменном электролизере специальной конструкции, 55

Это аппарат скрубберного типа, оборудованный мешалкой и электродами типа ORTa (окиснорутениевые). Электролиз осуществляется постоянным током плотностью 0,150,19 А/см в растворе хлорида натрия с концентрацией 25 — 310 г/дм при интенсивз ном перемешивании, Сущность способа заключается в следующем.

В аппарат загружается (до 20 объема аппарата) тонкослойная древесная стружка толщиной 0,1 — 0,5 мм ипи расщепленная солома. заливается (до 807 объема аппарата) раствор хлорида натрия концентрацией 25—

310 г/дм, После загрузки аппарата включают мешалку и подают на электроды постоянный ток.

Под воздействием постоянного тока происходит эпектролиз хлорида натрия. На аноде выделяется хлор, на катоде — натрий, взаимодействуя с водой, которая тоже распадается на водород и гидроксильную группу ОН, эти вещества образуют сложный

"букет" веществ, таких как гипохлорит натрия, хлорноватистую кислоту, соляную кислоту, хлор, щелочь, водород, кислород, хлораты, хлориды, которые находятся в постоянном взаимодействии между собой и органическим веществом древесины. Подвергаясь воздействию этих веществ и электромагнитному полю, образующемуся вокруг электродов, лигнин и другие инкрустирующие вещества, содержащиеся в сырье, расщепляются до простых радикалов и CG, выходят в раствор, освобождая целлюлозу, которая тут же отбеливается.

Целлюлоза, выгруженная из окислительного аппарата. промывается от соли и йодается на сушку. Раствор хлорида натрия из аппарата и вода после промывки целлюлозы донасыщается солью до нужной концентрации, возвращается на электролиз, Выделяющийся иэ аппарата избыток газа при окислении нейтрализуется в санитарной колонне слабым раствором каустика, который хлорируются до гипохлорита натрия и может быть использован.

Экспериментальные данные показали, что для окисления 1 кг древесных стружек до целлюлозы в среднем расходуется 0,95 кАчас электроэнергии. На расход электроэнергии в основном влияют такие факторы; толщина древесных стружек, скорость перемешивания, концентрация раствора хлорида натрия. плотность зл.тока. порода древесины. температура раствора в момент окисления.

Самыми оптимальными параметрами режима при ведении процесса электрохимического окисления определены следующие величины; концентрация раствора 25--310 г/дм

2004663

0,15-0,19 А/см

0,1 — 0,5 мм

2100

87

15 электроэнергии. При повышении концент- 20 рации рассола более 310 г/дм возникнет з опасность засоления и замыкания электродов, так как при концентрации рассола свыше 320 г/дм соль начинает выпадать в х осадок и кристаллизоваться, 25 ж

Плотность эл. тока 0,15 — 0,19 А/см на 5 электродах типа QRTa в бездиафрагменном электролизере наиболее оптимальная, так как снижение плотности тока менее 0,15 3

А/см увеличивает время окисления древес- 30 А ной массы, снижает производительность е аппарата, повышение плотности тока свы- к ше 0,19 А/см убыстряет износ покрытия

2 электродов окисью рутения, а увеличение Ц толщины покрытия электродов с целью до- 35 стижения высокой плотности тока приводит к удорожанию аппарата.

Температуру раствора в аппарате в момент окисления можно держать в пределах

16 — 80 С, при такой температуре хорошее 40 растворение хлора в электролите и взаимодействие его с другими компонентами раствора, это температура окружающей среды и разогрев от реакции окисления, чтобы . иметь температуру ниже 16 С потребуются 45 дополнительные затраты и оборудование, что повлечет и удорожание процесса. Ведение процесса свыше 80 С снижает производительносгь аппарата, так как из раствора начинает выделяться хлор и уходить в боль- 50 шом количестве с абгазами, и

Изобретение осуществляется следующим образом. с

Пример 1. Навеску в 25 r воздушно- в сухих сосновых стружек толщиной 0,3 мм 55 р загружают в окислительный аппарат, зали- г вают 500 мм раствора хлорида.натрия кон- н центрацией 150 г/дм, Включают н з перемешивание, подают на электроды по- А стоянный ток силой 2,5 А, напряжением 2 В, 2400

70 плотность эл. тока толщина стружки температура раствора в момент окисления 16-80 С, Стружка толщиной 0,1 — 0.5 мм легко окисляется до целлюлозы, и ее производство вполне достижимо на существующем деревообрабатывающем оборудовании.

Переработка древесины в стружку менее 0,1 мм повлечет ее удорожание. Толщина стружки более 0,5 мм требует большой затраты эл. энергии для окисления ее в целлюлозу.

Концентоация раствора хлорида натрия

25 †3 г/дм позволяет достичь достаточную плотность тока при небольшом напряжении, При концентрации рассола менее 25 г/дм увеличивается удельное сопротивление электролита, увеличивается расход плотностью 0,15 А/см . Чере.. 12 ч обрзбот2 ки стружки окисляются до целлюлозы, которая имеет такие показатели:

Механическая пр-..ность при размоле в

QPA (60 + 2о)ШР— разрывная длина, м, не менее 7800 — излом, число двойных перегибов, не менее

Степень белизны,, не менее 88 рН водной вытяжки 6 — 7

Содержание альфа целлюлозы, 7, не менее

Сортность — число соринок на 1 м, площадью: — св, 0,1 до 1,0 мм включ., 2 не более 50 — св. 1,0 до 20 мм включ... г не более нет

Что соответствует качеству целлюлозы марки ХБ-1, ГОСТ 9671-84.

Пример 2, Навеску 25 г воздушно-суой расщепленной соломы пшеницы загруают в окислительный аппарат, заливают

00 мл раствора хлорида натрия концентрацией 310 г/дм, включают перемешивание, подают на электроды постоянный ток силой

2 ,5 А напряжением 2 В, плотностью — 0,19

/см, Через 7 ч обработки солома окислятся до целлюлозы, которая имеет такие поазатели;

Механическая плотность при размоле в

ПА(60 2 )ШГ; — разрывная длина, м, не более 8700 — излом — число двойных перегибов, не менее

Степень белизны., не менее 87

Массовая доля альфа целлюлозы,, не менее 88 рН водной вытяжки 6 — 7

Сорность — число соринок на 1 м площадью: св. 0,1 до 1,0 мм включ., не более св. 1,0 до 2,0 мм включ., не более нет

Что соответствует качеству целлюлозы о ГОСТ 14940-75Е, Пример 3. Навеску воздушно-сухих тружек березы толщиной 0,3 мм загружают окислительный аппарат, заливают 500 мл аствора хлорида натрия концентрацией 50

/дм, включают перемешивание, подают а электроды постоянный ток силой 2 А, апряжением 2,5 В, плотностью — 0,15

/см, Через 11 ч обработки стружки окис2

2004663 ляются до целлюлозы по качеству соответствующей марками ГОСТ 14910-75 г.

Пример 4, Навеску 27 г воздушно-су.хих липовых стружек толщиной 0,3 мм загружают в окислительный аппарат, 5 заливают 500 мл раствора хлорида натрия, концентрацией 25 rläì, включают перемешивание, подают на электроды постоянный . электрический ток силой 2,7 А, напряжением -4 В. плотностью -0,17 А/см . После 7 ч 10 обработки стружки окислились до целлюлозы, которая по качеству соответствует ГОСТ

14940- 75, Пример 5, Навеску 25 r воздушно-сухих осиновых стружек толщиной 0,3 мм за- 15 гружают в окислительный аппарат, заливают 500 мл раствора хлорида натрия концентрацией 100 гlдм, включают перемешивание, подают на электроды постоянный эл,ток силой 2,7 А, напряжением -3 В, 20 плотностью 0,17 А/см . После 8 ч обработки стружки окислились до целлюлозы, по качеству соответствующей ГОСТ 14910-75, Экспериментальные данные показали, если дозировать расход электроэнергии в 25 кА,час на кг загруженной в аппарат древесной массы можно регулировать глубину окисления и получать продукт заданного качества, т,е. полуцеллюлозу высокого выхода, целлюлозу нормального выхода, B табл. 1 приведены дополнительные примеры по заявляемому способу получения целлюлозы, В табл, 2 приведены показатели получаемой целлюлозы.

На основании приведенных данных можно сделать вывод, что предлагаемый способ получения целлюлозы является новым техническим решением и имеет следующие преимущества перед существующими: упрощается технология процесса получения целлюлозы; снижается себестоимость полученного продукта за счет исключения из производства дорогостоящих реагентов; значительно снижается экологическая вредность производства; упрощение процесса позволяет полностью автоматизировать производство; снижаются энергозатраты (56) Заявка Японии ¹ 54-55605, кл, О 21 С 3/00, 1979.

Таблица 1

2004663

1пбпицэ 2 рН подмой вытяжки чпскап прочно ть пси рэт мохе е PA 60 2

Степень бепизны.

Масс. допя цеппю позы.$

Масс. допп гемнцеппюпозы. ф

Масс, доля пигнина, $ хачестап цеппюпоэы

Гпубина окиспен, аА. час/кг

Вид дре аесины а ит нэпом чиспо деойных перегибое

НМ сопpcтие.. не к паап. см

53. 1

65.0

54.2

60. 7

5.6

5-6

81

36.3

29.5

19.4

18.5 0.90

0.94 Сосна береза

103

400

88.0

87.1

27.5

15.8

0.98.0

200

5-6

5-6

60,0

72.0

53.2

70.4

34.0

2t.4

17,4

12.1

0.82

0.84

4800

11.2

9100

6.7

89.0

85.8

20,7

0,86

65.0

75.0

4.2

2.5

tOO

800

7800

5.6

5-6

Осина

36.9

21.4

52.1

70.4

14,5

12,3.0,77

0.83

6-7

950

8300

88.0

87.5

20.8

9.0

0.88

Составитель В. Жарков

Редактор Н. Сильнягина Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор В. Петраш

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3383

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 попуцеппюпоэа цепяюпоэа высокого выхода цеппюпоэа нормапьного аыхода попуцеппюпоэа цеппюпоэа высокого

° маада цеппюпоэа нормаль. ного выхода иопуцеппюпоаа цеппюпоза высокого выхода цеппюпозанормапьного аыхо а

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ путем пропускания электрического тока через суспенэию целлюлозосодержащего сырья в варочном растворе при перемешивании, отличающийся тем, что в качестве варочно20 го раствора используют раствор хлорида ,натрия с концентрацией 25 - 310 г/дм, при этом пропускают постоянный ток плотностью 0,15 - 0,19 А/см,