Способ получения целлюлозы

Способ касается получения целлюлозы из льняного сырья и может быть использован в целлюлозно-бумажной промышленности для получения целлюлозы для химпереработки, а также, например, ваты, бумаги и картона. Способ осуществляют путем последовательного одновременного рыхления и очистки льна-зеленца или льняной соломы, промывки и резки материала. Затем его замачивают, термомеханохимически обрабатывают, промывают и отбеливают. Снова промывают, отжимают и сушат. После термомеханохимической обработки целлюлозосодержащего материала можно проводить дозревание в щелочном растворе. Техническим результатом является повышение экономичности способа получения целлюлозы из льняного сырья с высокой степенью закостренности. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

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 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 (pO₂<1 атм). Промывают водой, сушат. Выход целлюлозы составляет 46,2% (Акцептованная заявка Японии №52-6362, кл. 39 А4, 1977).

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

Известен 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-кратной отбелки NaOCl при рН=9-11,5, Т=90°С в течение 1 часа, промывки 2-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»).

Известен 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. D04H 1/02, опубл.1997).

Недостатками вышеперечисленных способов являются: проведение процесса щелочной варки в жестких условиях - при температуре Т=120-140°С, давлении Р=2-4 атм, использование для отбелки канцерогенного гипохлорита натрия.

Наиболее близким аналогом является способ получения целлюлозы путем одновременного рыхления и очистки целлюлозосодержащего материала, измельчения, замочки в растворе NaOH и очистки, щелочной варки в течение 1,5-3 часов при гидромодуле 1:(5-20), содержащем дополнительно ПАВ, промывки, отбелки в растворе Н₂О₂, промывки, отжима и сушки (Патент РФ по Заявке №2005127650 с решением о выдаче патента от 27.02.07).

Недостатком известного способа является невозможность получения целлюлозы из льняного сырья с высокой степенью закостренности, в частности из льняной соломы и льна-зеленца.

В основу предлагаемого изобретения положена задача создания эффективного экономичного способа получения целлюлозы из льняного сырья с высокой степенью закостренности и льна-зеленца, пригодной для химпереработки, производства ваты, в бумажной промышленности и т.д.

Поставленная задача решается так, что в способе получения целлюлозы путем последовательного одновременного рыхления и очистки целлюлозосодержащего материала, замочки, термохимической обработки, промывки, отбелки, промывки, отжима и сушки, перед замочкой дополнительно осуществляют промывку и резку материала, обработку проводят термомеханохимическую, причем в качестве целлюлозосодержащего материала берут лен-зеленец или льняную солому.

В варианте осуществления способа по п.1 дополнительно после термомеханохимической обработки материала его оставляют на дозревание в щелочном растворе.

В качестве целлюлозосодержащего материала используют льняное сырье: лен-зеленец - стебли, отобранные в период между цветением и ранней желтой спелостью растения льна (на 40-50 сутки) до начала интенсивного накопления лигнина (Живетин В.В., Гинзбург Л., Ольшанская О.М. Лен и его комплексное использование. - М.: Информ-Знание, 2002, - 400 с.) и/или солому масличных культур (лен-кудряш, лен-межеумок) после отделения семян.

Процесс по формуле изобретения осуществляют с использованием описанных ниже аппаратов и химреагентов следующим образом.

Рыхление и очистку льняного сырья проводят одновременно с помощью кипорыхлителей типов СРЦК, ВРП для удаления механических примесей, сорняков, цветков, семян.

Разрыхленное сырье по пневмотранспорту поступает в промывной аппарат, где технической водой с содержанием 0,5% поверхностно-активного вещества (ПАВ) удаляют пыль и грязь.

В качестве ПАВ используют синтанол-АЛМ-10 - моноалкиловый эфир полиэтиленгликоля на основе высших синтетических жирных спиртов по ТУ 6-14-864-88 или Неонол АФ_9-12- моноалкилфенол на основе тримеров пропилена по ТУ 2483-077-05766801-98.

Затем льняное сырье нарезают с помощью многодисковой мельницы типа ММДР-379 до длины сечки 10-15 мм.

Замочку проводят в шнековом аппарате с обратными зонами типа АШ-200 в щелочном растворе, приготовленном на оборотной воде с содержанием NaOH - 10-60 г/л и ПАВ - 0,5 г/л, в течение 15-60 минут при температуре 95-100°С. Гидравлический модуль равен 1:(10-20).

Приготовленную пульпу с концентрацией льняного сырья 5-10% подвергают термомеханохимической обработке в шнековом аппарате с кулачковыми зонами типа АШ-200 при температуре 95-100°С в течение 15-30 минут.

Отработанный щелочной раствор вместе с растворенными в нем нецеллюлозными компонентами льняного сырья отделяют от льняной целлюлозы сцеживанием для возможного повторного использования.

Полуцеллюлозную массу подвергают промывке в умягченной воде с целью удаления остатков щелочи из полуцеллюлозы. Операцию проводят в 2 ступени путем выдерживания в емкостях с водой при температуре 80-90°С в течение 20-30 минут на первой ступени и 40-50°С в течение 20-30 минут на второй ступени. Гидравлический модуль при промывке составляет 1:(10÷20) на каждой ступени.

Отбелку льняной целлюлозы проводят в растворе перекиси водорода с концентрацией 5-10 г/л при температуре 85-95°С в течение 90 минут. Гидравлический модуль - 1:(10÷20).

Промывку от отбельного раствора проводят умягченной водой также, как и при промывке после операции щелочной варки.

Операцию отжима осуществляют на центрифугах типа АГ или АОГ до влажности 40-50%.

Сушку целлюлозы проводят топочными газами при температуре 140-160°С на вибросушилке.

Подсохшую целлюлозу подают в циклон для отделения ее от воздуха и затем на упаковку.

По п.1 ф.из. после термомеханохимической обработки при необходимости улучшения физико-химических показателей целлюлозы проводят дозревание в том же щелочном растворе доукрепленным до концентрации NaOH 10-60 г/л при температуре 95-100°С в течение 30-60 минут и подают на промывку умягченной водой в 2 ступени, как описано выше.

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

Пример 1.

100 кг распакованного льна-зеленца подают в кипоразрыхлитель мощностью 22 кВт и производительностью 800 кг/ч, где подвергают растрепыванию и удалению случайных механических включений, сорняков, корешков и т.п. Разрыхленное сырье промывают в цилиндрической емкости 3 м³ технической воды, содержащей 5 г/л синтанола АЛМ-10.

Очищенное льняное сырье разрезают на многодисковой мельнице ММДР-379 (мощность 10 кВт, производительность 25 т/сут) до длины волокна 10-15 мм.

Затем нарезанный лен-зеленец и 2 м³ щелочного раствора с концентрацией NaOH 10 г/л в оборотной воде и 0,5 г/л синтанола АЛМ-10 подают в шнековый аппарат АШ-200 с обратными зонами (производительность 1000 кг/ч), разогретого до температуры 100°С, и проводят замочку в течение 60 минут. После чего приготовленную пульпу массонасосом (производительность - 470 м³/ч) транспортируют в шнековый аппарат АШ-200, содержащий кулачки, и проводят термомеханохимическую обработку в течение 30 минут при температуре 100°С.

По окончании термомеханохимической обработки и отделения отработанного раствора льняную целлюлозу двукратно промывают в емкости объемом 10 м³ умягченной водой в течение 30 минут при температуре 85±5°С и в течение 30 минут при температуре 35±5°С.Гидравлический модуль составляет 1:20.

Далее промытую льняную целлюлозу помещают в емкость объемом 10 м³ с раствором перекиси водорода концентрации 10 г/л для проведения отбелки при температуре 90°С в течение 1,5 часов. Гидравлический модуль при отбелке составляет 1:20.

Отбеленную 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 промывки составляет 1:20.

Суспензию льняной целлюлозы массонасосом подают на горизонтальную центрифугу (производительность 900 кг/ч). Целлюлозу отжимают до влажности 40%.

Сушку целлюлозы проводят путем подачи льняной целлюлозы в вибросушилку. Температура топочного газа составляет 140-160°С.Получают целлюлозу с выходом 60%, с массовой долей α-целлюлозы - 94%, динамической вязкостью 16 мПа·с.

Пример 2-3 ведут аналогично примеру 1, изменяя условия процесса. Данные по примерам представлены в таблице 1.

Пример 4.

Условия те же, что и в примере 1, но для повышения массовой доли α-целлюлозы вводят операцию дозревания после термомеханохимической обработки. Пульпа поступает в шнековый аппарат АШ-200 с обратными зонами (производительность 1000 кг/ч), где рабочий щелочной раствор доукрепляется до концентрации щелочи 10 г/л. Дозревание проводят в течение 60 минут при температуре 100°С.После промывки умягченной водой в две ступени и отбелки (концентрация Н₂О₂ - 5 г/л, температура - 95°С) остальное проводят по условиям примера 1. Получают целлюлозу с выходом 57% и содержанием золы 0,2%.

Пример 5-6. Целлюлозу получают аналогично примеру 4, изменяя условия процесса (см. таблицу 1).

Пример 7-12. Способ осуществляют аналогично примерам 1-6, только в качестве исходного сырья используют солому льна-кудряша (Таблица 1).

Физико-химические показатели целевого продукта определяют согласно ГОСТ 595-79 «Целлюлоза хлопковая» (см. таблицу 2).

Анализ данных таблиц 1 и 2 показывает, что предложенный способ является эффективным, так как позволяет получать целлюлозу, используемую для химпереработки, ваты, бумаги, картона и т.д. А использование в качестве исходного сырья соломы масличных культур (отходы производства льняного масла) или льна-зеленца (стебли, отобранные в период между цветением и ранней желтой спелостью растения льна (на 40-50 сутки), значительно снижает себестоимость целлюлозы.

Таблица 1
Технологические параметры способа	Единицы измерения	Примеры и значение параметров
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Сырье		Лен-зеленец	Солома льна-кудряша
1.Замочка с использованием - едкого натра	г/л	1	4	6	1	4	6	2	3	5	2	3	5
- синтанола АЛМ-10	г/л	0,5	0,5	-	0,5	0,5	-	0,5	0,5	-	0,5	-	0,5
- неонола АФ9-12	г/л	-	-	0,5	-	-	0,5	-	-	0,5	-	0,5	-
Температура	°С	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100
Длительность	мин	60	60	30	60	30	15	60	60	60	30	30	15
Гидравлический модуль		1:20	1:20	1:20	1:20	1:20	1:10	1:20	1:20	1:20	1:20	1:20	1:10
2. Термомеханохимическая обработка
Температура	°С	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100
Длительность	мин	30	30	30	30	30	30	15	15	15	15	15	15
3. Дозревание Температура	°С	-	-	-	100	100	100	-	-	-	100	100	100
Длительность	мин	-	-	-	60	30	30	-	-	-	45	15	15

Продолжение таблицы 1
4. Отбелка в растворе перекиси водорода	г/л	10	10	10	5	5	5	10	10	10	5	5	5
Температура	°С	90	90	90	95	95	95	90	90	90	95	95	95
Длительность	мин	90	90	90	90	90	90	90	90	90	90	90	90
Гидравлический модуль		1:20	1:20	1:20	1:20	1:20	1:10	1:20	1:20	1:20	1:20	1:20	1:10

Таблица 2
Наименование показателя качества льняной целлюлозы	Единицы измерения	Примеры и значения параметров
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1. Массовая доля α-целлюлозы	%	94,0	94,7	95	95,8	96	95,6	91	90	91,3	92,8	93	92,5
2. Динамическая вязкость	мПа·с	26	43	75	60	101	86	18	34	57	21	43	26
3. Массовая доля золы	%	0,3	0,28	1,17	0,2	0,21	0,20	0,41	0,39	0,33	0,21	0,3	0,26
4. Белизна	%	70	75	80	73	75	72	60	70	63	65	61	60

1. Способ получения целлюлозы путем последовательного одновременного рыхления и очистки целлюлозосодержащего материала, замочки, термохимической обработки, промывки, отбелки, промывки, отжима и сушки, отличающийся тем, что перед замочкой осуществляют дополнительно промывку и резку материала, обработку проводят термомеханохимическую, причем в качестве целлюлозосодержащего материала берут лен-зеленец или льняную солому.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно после термомеханохимической обработки материала его оставляют на дозревание в щелочном растворе.