Способ изготовления целлюлозы

 

Способ относится к технологии изготовления целлюлозы и может быть использован в целлюлозно-бумажной промышленности. Способ изготовления целлюлозы из лигноцеллюлозного материала путем его высокотемпературной обработки в среде сульфатного щелока при воздействии на щелок электрическим током. Воздействие электрическим током осуществляют в виде импульсных высоковольтных электрических разрядов. Воздействие электрическим током в виде импульсных высоковольтных электрических разрядов осуществляют на смесь сульфатного щелока и лигноцеллюлозного материала. В сульфатный щелок подают воздух под давлением. В сульфатный щелок подают кислород под давлением. Способ обеспечивает уменьшение затрат электроэнергии и исключение необходимости использования катализаторов. 3 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технологии изготовления целлюлозы и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности.

Известны способы изготовления целлюлозы из лигноцеллюлозного материала путем его высокотемпературной обработки в среде сульфатного щелока, предварительно окисленного кислородом воздуха или чистым кислородом. При этом происходит образование полисульфидов в щелоке, что повышает выход конечного продукта за счет сохранения гемицеллюлозной части лигноцеллюлозного материала; кроме того, улучшаются физико-химические показатели получаемой целлюлозы, см. Ю.Н.Непенин "Технология целлюлозы", т. 2, "Производство сульфатной целлюлозы", М., 1990 г., с. 218.

Недостатком этого способа является образование довольно большого количества сульфита и тиосульфата, что не обеспечивает значительного повышения выхода целлюлозы.

Известны способы изготовления целлюлозы из лигноцеллюлозного материала путем его высокотемпературной обработки в среде сульфатного щелока при воздействии на щелок постоянным электрическим током. При этом происходит электрохимическое окисление варочного раствора. Продукты окисления сульфида - элементарная сера и полисульфиды - являются активной формой "сернистого" катализатора сульфатной варки, см., например, "Химия древесины", изд. Академии наук Латвийской ССР, Рига, 1979 г., N 5, с. 37-38, 39-41.

Недостатком этого способа являются большие затраты электроэнергии; кроме того, для обеспечения эффективного окисления варочного щелока необходимо использование дорогостоящих катализаторов, например ферроцианида калия. Катализаторы в процессе реализации технологии должны регенерироваться, при этом часть их попадает в промышленные стоки и требует соответствующей очистки или загрязняет окружающую среду.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи уменьшения затрат электроэнергии и исключения необходимости использования катализаторов.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в способе изготовления целлюлозы из лигноцеллюлозного материала путем его высокотемпературной обработки в среде сульфатного щелока при воздействии на щелок электрическим током, это воздействие электрическим током осуществляют в виде импульсных высоковольтных электрических разрядов; воздействию может подвергаться смесь сульфатного щелока и лигноцеллюлозного материала; в сульфатный щелок может подаваться воздух или чистый кислород под давлением.

Заявителю не известны какие-либо источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных заявленному. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

Реализация отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, приведенными в ограничительной части формулы изобретения), обеспечивает появление у объекта новых свойств.

При воздействии на жидкую среду - сульфатный щелок - импульсными высоковольтными электрическими разрядами в жидкости на первой стадии процесса происходит миркоэлектролиз и осуществляется начальное окисление сульфидов. Затем в жидкости происходит тепловой пробой, при котором возникает электрическая дуга и образуется озон, который интенсифицирует окислительный процесс. В месте теплового пробоя возникает парогазовый пузырь. Этот пузырь сначала увеличивается в объеме, поскольку внутри него растет давление, а затем через некоторое время схлопывается. Происходит гидравлический удар, акустические волны распределяются по всему объему жидкости и улучшают циркуляцию и массообмен варочной среды. Это дополнительно повышает интенсивность процесса окисления. Акустические волны способствуют улучшению пропитки лигноцеллюлозного материала, находящегося в сульфатном щелоке.

Таким образом за счет реализации отличительных признаков изобретения достигается весьма высокая интенсивность процесса окисления сульфатного щелока с образованием полисульфидного раствора, раствора, при которой обеспечивается высокий выход конечного продукта без применения каких-либо катализаторов. Кроме того, ввиду указанного многофакторного воздействия на окислительный процесс, высокая его интенсивность достигается при существенно меньшем расходе электроэнергии.

Заявителем не выявлены какие-либо источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. На основании этого можно сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена схема, иллюстрирующая реализацию способа.

В варочном реакторе 1 находится сульфатный щелок 2 с лигноцеллюлозным материалом - древесной щепой 3. Зарядное устройство 4 обеспечивает заряд конденсатора 5. Импульсный высоковольтный электрический разряд конденсатора 5 обеспечивается управляемым коммутатором 6. Разряд происходит в искровом промежутке 7, находящимся внутри варочного реактора 1.

Способ осуществляется следующим образом.

Зарядное устройство 4 заряжает конденсатор 5 до напряжения 20 - 25 кВ. Управляемый коммутатор 6 автоматически через заданные интервалы времени соединяет конденсатор 5 с искровым промежутком 7. При этом возникает сначала микроэлектрогидролиз сульфатного щелока с образованием первичных соединений полисульфидов. Затем происходит тепловой пробой и появляется электрическая дуга, образуется озон, который дополнительно интенсивно окисляет сульфиды и переводит их в полисульфиды и другие серосодержащие соединения. В месте теплового пробоя возникает пузырь, содержащий водяной пар, кислород, озон, водород, и другие газы. Давление внутри парогазового пузыря возрастает до некоторого предела, после чего пузырь схлопывается и происходит гидравлический удар. Возникающие при этом акустические волны распределяются по всему объему варочного реактора 1, что улучшает циркуляцию щелока и пропитку щепы.

Воздействие электрическим током в виде импульсных высоковольтных электрических разрядов может осуществляться как в объеме варочного реактора 1, как это описано в приведенном выше примере, так и в отдельной емкости, содержащей щелок без лигноцеллюлозного материал. Кроме того, это воздействие может быть осуществлено в циркуляционном контуре варочного реактора (на схеме не показан).

Показатели качества целлюлозы, полученной в результате реализации способа по изобретению, приведены в таблице.

При этом расход электроэнергии составил 200 Дж/л. Использовался сульфатный щелок с исходным содержанием NaOH - 80,3 г/л Na₂S - 27,3 г/л, Na₂CO₃ - 5 г/л, Na₂S₂O₃ - 6,6 г/л, Na₂SO₃ - 8,1 г/л.

В качестве сырья использована сосновая щепа производственной рубки Братского региона. Варка производилась при температуре 170^oC в течение 180 мин. Гидромодуль варки - 1:4. Расход активной щелочи - 17% от массы абсолютно сухой древесины.

Реализация способа обеспечивает высокий выход целлюлозы при уменьшении расхода электроэнергии. При этом исключается необходимость применения катализаторов, так как достигается весьма высокая интенсивность процесса окисления сульфатного щелока. Для осуществления способа используется обычное оборудование, оснастка и сырье. Таким образом, можно сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Способ изготовления целлюлозы из лигноцеллюлозного материала путем его высокотемпературной обработки в среде сульфатного щелока при воздействии на щелок электрическим током, отличающийся тем, что воздействие электрическим током осуществляют в виде импульсных высоковольтных электрических разрядов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрическим током в виде импульсных высоковольтных электрических разрядов воздействуют на смесь сульфатного щелока и лигноцеллюлозного материала.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в сульфатный щелок подают воздух под давлением.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в сульфатный щелок подают кислород под давлением.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2