Способ получения целлюлозы

Способ относится к целлюлозной промышленности, а именно к производству целлюлозы из растительного целлюлозосодержащего сырья, и может быть использован для производства целлюлозы из льняного сырья, предназначенной для химпереработки, а также для производства ваты, бумаги. Целлюлозосодержащий материал одновременно рыхлят и очищают, и подвергают одновременной щелочной варке и отбелке в растворе NaOH, H₂O₂ и ПАВ. Затем осуществляют промывку водой в две ступени при гидромодуле 1:(5-20), отжим и сушку. Перед промывкой осуществляют кисловку раствором HNO₃ при температуре 75-95°С в течение 1-2 часов, а перед сушкой материал измельчают. Техническим результатом является упрощение процесса и повышение его экологической безопасности. 2 н.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к целлюлозной промышленности, а именно к производству целлюлозы из растительного целлюлозосодержащего материала, и может быть использовано для производства целлюлозы из льняного сырья, предназначенной для химпереработки, производства ваты в бумажной промышленности, строительстве и т.д.

Известен способ получения целлюлозы из злаковых растений, заключающийся в том, что растительное целлюлозосодержащее сырье разрезают на кусочки длиной 3-4 см. Сечку равномерно обрызгивают 15-40%-ным раствором NaOH или КОН при гидромодуле 2:5 и тщательно перемешивают. Массу загружают в закрытую емкость и обрабатывают сжатым воздухом (РО₂≤1 атм). Промывают водой, сушат. Выход целлюлозы составляет 46,2% (JP №52-6362, кл. 39 А 4, 1977 г.).

Однако известным способом невозможно получить качественную целлюлозу из льняного растительного сырья с высоким выходом целевого продукта.

Известен также способ получения целлюлозы путем рыхления растительного сырья, щелочной варки с использованием NaOH, поверхностно-активного вещества (ПАВ), Т=120-130°С, в течение 1 часа, промывки 1-5 кратным количеством осветленной воды, гидроциклонной очистки осветленной водой, измельчения, тонкой гидроциклонной очистки осветленной водой, 2-х кратной отбелки NaOCl при РН 9-11,5, Т=90°С в течение 1 часа, промывки 2-х кратной умягченной водой, кисловки раствором H₂SO₄ при 15-40°С в течение 1 часа, промывки умягченной водой, отжима, сушки воздухом (Постоянный технологический регламент №4-2 «Производство простых и сложных эфиров целлюлозы» утвержден 18 января 1995 г. ген. директором Энгельского АООТ «Химволокно»).

Недостатками известного способа являются: проведение процесса щелочной варки в жестких условиях - при температуре Т=120-130°С, давлении Р=2-3,5 атм, использование для отбелки канцерогенного гипохлорита натрия, и дефицитность хлопкового сырья.

Наиболее близким аналогом является способ получения целлюлозы, включающий механическую обработку целлюлозосодержащего материала путем одновременного его рыхления и очистки, варку в щелочном растворе при температуре 130-140°С под давлением 3-4 атм в течение 180-210 мин, промывку, отбелку в кислом растворе гипохлоритом натрия, отжим, рыхление и сушку (RU 2078163, кл. D04Н 1/02, оп. 1997).

В основу предлагаемого изобретения положена задача создания эффективного экономичного способа получения целлюлозы, пригодной для химпереработки, за счет применения безавтоклавной низкотемпературной щелочной варки и снижения экологического ущерба в результате отказа от хлорсодержащих отбеливающих реагентов.

Техническим результатом является упрощение процесса и повышение его экологической безопасности.

Данный технический результат достигается тем, что в способе получения целлюлозы путем одновременного рыхления и очистки целлюлозосодержащего материала, варки в щелочном растворе, промывки, отбелки и сушки, согласно изобретению щелочную варку проводят одновременно с отбелкой в растворе NaOH, Н₂O₂ и ПАВ, промывку водой в две ступени при гидромодуле 1:(5-20), а перед сушкой проводят отжим. Перед промывкой осуществляют кисловку раствором HNO₃ при Т=75-95°С в течение 1-2 часов, а перед сушкой материал измельчают.

В качестве целлюлозосодержащего материала используют льняное сырье: лен трепаный по ГОСТ 10330-76, или волокно льняное короткое по ГОСТ 9394-76.

В качестве кислоты используют серную или азотную кислоту.

Процесс ведут с использованием описанных ниже аппаратов и химреагентов следующим образом.

Рыхление и очистку короткого льняного сырья с длиной волокна 30-40 мм проводят одновременно с помощью кипорыхлителей типов СРЦК, ВРП для удаления механических примесей, сорняков, огрубевших стеблей, цветков, семян и аэроциклона для удаления пыли.

Одновременную щелочную варку и отбелку перекисью водорода Н₂О₂ льняного целлюлозосодержащего материала проводят в роторно-пульсационном аппарате. Процесс представляет собой механо-химическую переработку предварительно очищенного льняного сырья в виде водной суспензии не более 2%, содержащей 10-80 г/л NaOH, 5-10 г/л Н₂О₂, 0,5-1,5 г/л ПАВ, в течение 5-7 минут. При частоте вращения ротора 3800-4200 об/мин, суспензия разогревается до 60-70°С.

В качестве ПАВ используют синтанол-АЛМ-10 - моноалкиловый эфир полиэтиленгликоля на основе высших синтетических жирных спиртов по ТУ 6-14-864-88.

Далее проводят операцию гидроциклонной очистки 0,5-2,0% суспензии сырья в растворе NaOH с концентрацией 0,3-1,0 г/л и с использованием оборотной воды на гидроциклонах типа ГЦ-70 и ГЦ-100. Давление суспензии на входе в гидроциклоны 4,0±0,2 кг/см².

Целлюлозную массу подвергают промывке в умягченной воде с целью удаления остатков щелочи и перекиси водорода из целлюлозы. Операцию проводят в 2 ступени путем выдерживания в емкостях с водой при температуре 80-90°С в течение 0,3-0,5 часов на первой ступени и 40-50°С в течение 0,3-0,5 часов на второй ступени. Гидравлический модуль при промывке составляет 1:(5÷20) на каждой ступени.

Операцию отжима осуществляют на центрифугах типа АГ или АОГ.

Сушку целлюлозы проводят путем подачи льняной целлюлозы с влажностью 60-80% вместе с сушильным агентом в двух- или трехрюмочную аэрофонтанную сушилку.

Подсушенную целлюлозу с влажностью не более 10% подают в циклон для отделения ее от воздуха и затем на упаковку.

После отбелки целлюлозы при необходимости уменьшения массовой доли золы проводят операцию кисловки в растворе кислоты с концентрацией 1-7 г/л при температуре 75-95°С в течение 1-2 часов и подают на промывку умягченной водой в 2 ступени, как описано выше.

Промытую влажную целлюлозу при необходимости дополнительно измельчают в многодисковой мельнице до требуемого размера волокна и подают на аэрофонтанную сушилку.

Для доказательства соответствия заявленного способа критерию «промышленная применимость» приводим конкретные примеры осуществления способа.

Пример 1.

100 кг распакованного льняного сырья с длиной волокна 30-40 мм пластами подают в рыхлительную машину барабанного типа мощностью 22 кВт и производительностью 800 кг/ч, где подвергают растрепыванию и удалению случайных механических включений, сора, семян, земли, удаление пыли осуществляют с помощью аэроциклона.

Далее массу ковшовым элеватором подают в смесительную емкость объемом 10 м³ для создания водной суспензии с концентрацией пульпы 2 г/л, содержащей 60 г/л NaOH, 7 г/л Н₂O₂, 1 г/л синтанола АЛМ-10. Готовую суспензию массонасосом переносят в роторно-пульсационный аппарат (производительность (по воде) - 10 м³/ч, частота вращения ротора - 3500 об/мин), где время химической обработки составляет 5-7 мин.

Суспензию льняной целлюлозы массонасосом подают на тонкую гидроциклонную очистку, осуществляемую по трехступенчатой схеме. На первой ступени очистку проводят в гидроциклоне ГЦ-70 (производительность - 140 л/мин). Давление суспензии на входе в гидроциклон составляет 4±0,2 кгс/см².

Концентрация суспензии сырья на выходе из гидроциклона ГЦ-70 4-6 г/л, концентрация суспензии отходов 15-20 г/л. Суспензию очищенного сырья после первой ступени очистки подают в смесительную емкость, а затем при концентрации 4-6 г/л - массонасосом в гидроциклон второй ступени очистки ГЦ-100 (производительность - 100 л/мин). Давление составляет 1,2-1,8 кгс/см². Концентрация суспензии на выходе из гидроциклона второй ступени очистки - 4-6 г/л, концентрация суспензии отходов - 20±5 г/л.

Очищенную суспензию сырья со второй ступени очистки возвращают в смесительную емкость и затем при концентрации 4-6 г/л подают массонасосом в гидроциклон третьей ступени ГЦ-100. Давление суспензии на входе в гидроциклон третьей ступени очистки - 1,7±0,2 кгс/см². Концентрация суспензии на выходе 3-й ступени очистки - 2,5-3,5 г/л.

Полученную целлюлозу промывают умягченной водой в емкости объемом 10 м³ сначала в течение 30 минут при температуре 85±5°С, затем в течение 30 минут при температуре 35±5°С. Гидравлический модуль на обеих стадиях этой операции помывки 1:10.

Суспензию льняной целлюлозы массонасосом подают на горизонтальную центрифугу (производительность 800 кг/ч). Целлюлозу отжимают до влажности не более 80%.

Сушку целлюлозы проводят путем подачи льняной целлюлозы вместе с сушильным агентом в двухрюмочную аэрофонтанную сушилку. Температура сушильного агента, подаваемого в сушилку, 250-400°С. Аэрофонтанная сушилка двухрюмочная работает под вакуумом 300-400 мм вод.ст. Диаметр каждой рюмки 3000 мм, высота - 4700 мм, температура в первой рюмке не выше 160°С, во второй - не выше 140°С. Подсохшую целлюлозу подают в циклон для отделения ее от воздуха и затем на упаковку.

В результате получают целлюлозу с выходом 65% и следующими физико-химическими показателями: массовая доля α-целлюлозы - 98%, динамическая вязкость - 213 мПа·с, массовая доля золы - 0,36%.

Пример 2.

Условия те же, что и в примере 1. Отличие состоит в том, что для снижения содержания массовой доли золы в льняной целлюлозе вводят после гидроциклонной очистки кисловку. Операцию кисловки осуществляют в емкости объемом 10 м³ в растворе азотной кислоты с концентрацией 5 г/л при температуре 90°С в течение 1,5 часов. Гидравлический модуль составляет 1:10. После промывки умягченной водой в две ступени по условиям примера 1 получают целлюлозу с выходом 63% и содержанием золы 0,2%.

Пример 3.

Условия те же, что и в примерах 1, 2. Отличие состоит в том, что перед сушкой полученную целлюлозу дополнительно измельчают на многодисковой мельнице ММДР-379 (мощность 10 кВт, производительность 25 т/сут). В результате получают льняную целлюлозу с выходом 62% и длиной волокна до 5 мм.

Данные примеров показывают, что предложенный способ является эффективным, более простым и экономичным за счет применения безавтоклавной низкотемпературной щелочной варки и снижения экологического ущерба в результате отказа от хлорсодержащих отбеливающих реагентов и позволяет получить целлюлозу с достаточно высоким выходом целевого продукта, пригодного для химпереработки с целью дальнейшего получения эфиров целлюлозы, ваты, бумаги, картона и основан на использовании доступного льняного сырья.

1. Способ получения целлюлозы путем одновременного рыхления и очистки целлюлозосодержащего материала, варки в щелочном растворе, промывки, отбелки, сушки, отличающийся тем, что щелочную варку проводят одновременно с отбелкой в растворе NaOH, Н₂О₂ и ПАВ, промывку водой в две ступени при гидромодуле 1:(5÷20), а перед сушкой проводят отжим.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед промывкой осуществляют кисловку раствором HNO₃ при Т=75-95°С в течение 1-2 ч.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что перед сушкой материал измельчают.