Способ получения сульфатной беленой целлюлозы

 

Сущность изобретения: водяные пары и дурнопахнущие вещества, отделенные от горячего черного щелока при охлаждении последнего в испарительном циклоне, смешивают с целлюлозной суспензией и окислителем на стадии кислородно-щелочной делигнификации небеленой целлюлозы или кислородно-щелочной делигнификации с добавлением пероксида водорода, или окислительного щелочения хлорированной целлюлозной массы. Реализация предлагаемого способа позволяет снизить расход пара как на обезвреживание дурнопахнующих веществ, так и сократить его расход при отбелке целлюлозы. При этом достигается высокая степень обезвреживания дурнопахнущих веществ путем окисления до нетоксичных и нелетучих кислородных производных серы. 2 табл.

Изобретение относится к получению беленых волокнистых полуфабрикатов и может быть использовано при получении сульфатной беленой целлюлозы различного назначения в варочных аппаратах периодического действия.

Известен способ получения сульфатной целлюлозы, включающий варку целлюлозы в аппаратах периодического действия, выдувку массы в выдувной резервуар, промывку и отбелку целлюлозы [1].

Недостатком данного способа является периодическая выдувка целлюлозосодержащей суспензии при высокой температуре и давлении (160-170^оС и 0,6-0,6 МПа). В процессе выдувки происходит интенсивное вскипание жидкости в выдувном резервуаре, сопровождающееся выделением водяных паров и токсичных веществ (метилмеркаптана диметилсульфида, диметилдисульфида и других) в атмосферу даже при использовании установки утилизации тепла типа "Розенблад". Кроме того, во время выдувки происходит механо-химическая деструкция целлюлозы, а при вынужденных простоях варочного котла с полученной целлюлозной массой ухудшаются ее прочностные свойства вследствие медленного снижения температуры.

Наиболее близким по технической сущности изобретению является способ получения сульфатной беленой целлюлозы в варочных аппаратах периодического действия, включающий варку целлюлозы, вытеснение горячего черного щелока, разгрузку охлажденной массы с помощью пара, воздуха или насоса и отбелку целлюлозы [2].

Известный способ имеет два существенных недостатка. Во-первых, для охлаждения вытесненного из варочного котла черного щелока используют спиральные и трубчатые теплообменники закрытого типа, работающие под давлением 0,5-0,7 МПа. При этом требуется уменьшить температуру черного щелока 150-170 до 80-90^оС, что усложняет контроль за процессом регенерации его тепла и требует применения сложной автоматизируемой системы управления. В теплообменниках происходит неизбежное засорение внутренних поверхностей отложениями минеральных солей и органических веществ, вследствие чего требуется их периодическая чистка. Во-вторых, образующиеся при варке дурнопахнущие и токсичные соединения с вытесненным и охлажденным черным щелоком поступают на упаривание, в процессе которого переходят в конденсат вторичного пара и в атмосферу. Для обезвреживания загрязненных конденсатов требуется сложная и энергоемкая установка их отделения отгонкой с водяным паром, сбора, транспортировки и сжигания.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса за счет сокращения расход пара на варку и отбелку целлюлозы и выпарку щелоков, предотвращения выбросов дурнопахнущих веществ при сохранении показателей качества целлюлозы, а также упрощение системы регенерации тепла горячего черного щелока.

Это достигается тем, что в отличие от известного способа получения сульфатной целлюлозы, вытесненный из варочного котла, горячий черный щелок направляют в испарительный циклон для его охлаждения и отделения водяных паров с летучими дурнопахнущими веществами, которые направляют в установки кислородно-щелочной делигнификации небеленой целлюлозы или кислородно-щелочной делигнификации с добавлением пероксида водорода или окислительного щелочения хлорированной целлюлозной массы.

Реализация данного способа позволяет повысить на 1,5-2,0% (абсолютных) содержание сухих веществ в черном щелоке, направляемом на выпарку (что эквивалентно экономии 7-8% потребления пара на выпарку), отделить от черного щелока до 92% летучих дурнопахнущих соединений и практически полностью окислить их до нетоксичных и нелетучих кислородсодержащих соединений серы (сульфита, тиосульфата натрия и др.) на стадиях кислородно-щелочной делигнификации целлюлозы или окислительного щелочения. Полученный фильтрат после кислородно-щелочной делигнифиации можно в дальнейшем использовать для промывки небеленой целлюлозы.

Кроме обезвреживания дурнопахнущих соединений предлагаемый способ позволяет использовать тепло водяных паров, образующихся при самоиспарении черного щелока, на стадии кислородно-щелочной делигнификации небеленой целлюлозы или окислительного щелочения хлорированной массы.

П р и м е р 1. Варку кордной целлюлозы с предварительным водным гидролизом щепы, приготовленной из древесины сосны, проводят в лабораторном автоклаве объемом 5 л, снабженном электрообогревом и системой принудительной циркуляции по следующему режиму. Гидромодуль гидролизной и сульфатной варки 4: 1. На стадии гидролизной варки: подъем температуры от 80 до 170^оС - 90 мин, стоянка при 170^оС - 80 мин. После отбора гидролизата в автоклав закачивают белый и черный щелок до требуемого гидромодуля и проводят сульфатную варку: расход щелочи - 18,5% (ед. Na₂O), пропитка при 130^оС - 30 мин, подъем температуры от 130 до 170^оС - 60 мин, стоянка при 170^оС - 90 мин.

С целью моделирования процесса по известному способу используют три варочных автоклава. В первом автоклаве проводят варку, по окончании которой горячий черный щелок с температурой 170^оС вытесняют теплым черным щелоком с температурой 70^оС (автоклав N 2) в автоклав N 3 с помощью газообразного азота до тех пор, пока температура в автоклаве N 1 с целлюлозной массой не достигает 90^оС. Затем горячий черный щелок с температурой 155^оС подают из автоклава N 3 в испарительный циклон. Пары самоиспарения черного щелока из циклона направляют на охлаждение и сбор в емкость объемом 2 л через прямой водяной холодильник. Методом газожидкостной хроматографии определяют содержание наиболее токсичного из компонентов дурнопахнущих газов - метилмеркаптана в конденсате и охлажденном черном щелоке. Полученные экспериментальные данные показывают, что при испарения 1,1 м³ водяных паров на 1 т целлюлозы с ними удаляются 168 мг метилмеркаптана, а при испарении 1,87 м³ паров на 1 т целлюлозы - 259 мг метилмеркаптана - наиболее опасного из образующихся при варке компонентов парогазовых выбросов. В последнем случае это составит 91,8% от его общего количества, находящегося в щелоке после варки.

П р и м е р 2. Варку кордной целлюлозы проводят в условиях, аналогичных указанным в примере 1. Вытесненный из автоклава 1 в автоклав 3 горячий черный щелок направляют в испарительный циклон. Образующиеся в циклоне водяные пары самоиспарения вместе с дурнопахнущими соединениями подают в реактор с небеленой кордной целлюлозой. Затем в реактор закачивают кислород и проводят кислородно-щелочную делигнификацию по следующему режиму: концентрация целлюлозной массы 8,0%, концентрация щелочи 2,5%, температура 70^оС. Обработку массы проводят под давлением кислорода 0,15 МПа в течение 60 мин, затем давление в реакторе снижают до атмосферного и выдерживают целлюлозную массу в течение 150 мин. Анализ содержания дурнопахнущих летучих веществ в конденсате паров самоиспарения черного щелока и в фильтрате после кислородно-щелочной делигнификации проводят методом газожидкостной хроматографии. Данные по степени обезвреживания дурнопахнущих веществ после стадии кислородно-щелочной делигнификации представлены в табл.1 (графа 3).

Добелку кордной целлюлозы проводят по схеме: X/Д - ЩО₂ - Д - Г - К, где Х/Д - хлорирование с добавлением ClO₂; ЩО₂ - окислительное щелочение; Д - обработка двуокисью хлора; Г - обработка гипохлоритом натрия; К - обработка водным раствором SO₂.

П р и м е р 3. Варку кордной целлюлозы проводят в условиях, аналогичных описанным в примере 1. Пары самоиспарения черного щелока подают на стадию кислородно-щелочной делигнификации небеленой кордной целлюлозы с добавлением пероксида водорода. Расход Н₂О₂ составляет 5 кг на 1 т целлюлозы.

Результаты анализа и степени обезвреживания дурнопахнущих веществ представлены в табл.2, графа 4.

Добелку кордной целлюлозы проводят по схеме: X/Д - ЩО₂ - Д - Г - К.

П р и м е р 4. Варку кордной целлюлозы проводят в условиях, аналогичных описанным в примере 1. Пары самоиспарения вытесненного из варочного котла черного щелока вместе с дурнопахнущими летучими соединениями направляют в реактор перед проведением окислительного щелочения хлорированной целлюлозной массы. Условия окислительного щелочения: концентрация целлюлозной массы 8% , концентрация щелочи 3,0%, температура 70^оС. Обработку массы проводят под давлением кислорода 0,25 МПа в течение 60 мин, затем давление в реакторе снижают до атмосферного и выдерживают в нем целлюлозную массу при 70^оС в течение 150 мин.

Данные показателей качества целлюлозы после стадии кислородно-щелочной делигнификации (КШД) и окислительного щелочения (ЩО₂) представлены в табл. 1.

Показатели небеленой кордной целлюлозы: 95,0 ед. Каппа; 29,5 МПа. Полученные результаты доказывают, что добавление летучих компонентов с парами самоиспарения черного щелока при отбелке не приводит к ухудшению показателей качества кордной целлюлозы.

Результаты анализа и степень обезвреживания дурнопахнущих веществ представлены в табл.2.

Добелку кордной целлюлозы проводят по схеме: X/Д - ЩО₂ - Г - Д - Д - Г - К.

Полученная кордная целлюлоза после отбелки с добавлением паров самоиспарения черного щелока и дурнопахнущих веществ не имеет значительных различий по сравнению с целлюлозой, отбеленной без паров самоиспарения и по всем показателям качества соответствует требованиям ГОСТ 16762-82 "Целлюлоза сульфатная предгидролизная для кордных нитей и высокомодульных волокон".

Таким образом, реализация предлагаемого способа позволяет в отличие от известного не только избежать расхода пара на обезвреживание дурнопахнущих веществ, но и сократить его расход при отбелке целлюлозы. При этом достигается высокая степень обезвреживания дурнопахнущих веществ (самым опасным из которых является метилмеркаптан) путем окисления до нетоксичных и нелетучих кислородных производных серы.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТНОЙ БЕЛЕНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ, включающий периодическую варку целлюлозы, вытеснение горячего черного щелока, охлаждение его в испарительном циклоне с отделением водяного пара и дурнопахнущих веществ и отбелку целлюлозы, отличающийся тем, что, с целью предотвращения выбросов дурнопахнущих веществ и повышения эффективности процесса при сохранении показателей качества получаемой целлюлозы, водяной пар и дурнопахнущие вещества, отделенные от вытесненного горячего щелока, подают на стадию отбелки целлюлозы и смешивают с целлюлозной суспензией и окислителем на стадии кислородно-щелочной делигнификации небеленой целлюлозы, или кислородно-щелочной делигнификации с добавлением перикиси водорода, или окислительного щелочения хлорированной целлюлозной массы.

РИСУНКИ

Рисунок 1