Способ получения волокнистого целлюлозного полуфабриката

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 558995 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05.07.73 (21) 1945252/12 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— (43) Опубликовано25.05.77.Бюллетень № 19 (45) Дата опубликования описания03.08.77 г (51) М. Кл, 9 21 С 3/06

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изооретений и открытий (53) УДК 676.1.062 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. Г. Бутко, Э. И. Гермер и С. В. Рябченко (71) Заявите,ль

Ленинградский технологический институт целлюлозно-бумажной промышленности (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТОГО

ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ПОЛУФАБРИКАТА

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, а именно к получению волокнистого целлюлозного полуфабриката (полуцеллюлозы и целлюлозы) путем варки древесины бисульфитным способом.

Известен бисульфитный способ производства целлюлозы и полуцеллюлозы путем варки древесины с растворами бисульфита нат рия, магния или аммония, имеющими концентрацию всего Ь Оz обычно 3 - 5%, рН 3 — 5 и конечную температуру варки 155-170 С.

Недостатком бисульфитного способа варки является относительно низкое содержание в отработанных щелоках, идущих на регенерацию серы и основания, сухих веществ (в том числе наиболее полезных — органических веществ) .

Это приводит к значительным энергетическим затратам при выпарке бпсульфитных щелоков до копцептрации, необходимой для их нормального сжигания в регеперациошсых агрегатах (обычно до 55-60% сухих веществ), а также к необходимости иметь повышенную поверхность теплообмена при выПАРКЕ ИЕЛОКОВ.

Использование бисульфитного способа варки без регенерации серы и основания экономически нецелесообразно и недонустимо с точки зрения загрязнения окружающей

5 водной среды.

Кроме того, можно использовать для производства кормовых дрожжей или спирта сахара, содержащиеся в отработанном бисульфитном щелоке и образовавшиеся в реlO эультате гидролиза полисахаридной части древесины в процессе обычной бисульфитной варки. Однако низкое содержание сахаров в инвертированной форме, пригодной для пере работки на спирт и дрожжи, делает такую

15 переработку экономически невыгодной и поэтому практически в промышленности она не имеет места, Известны способы варки с использованием отработанного сульфптного щелока при

20 получении варочного раствора для сульфитной варки, а также с использованием отработанного щелока от двухступенчатой варки.

Однако бисульфптная варка с химической и технологической точки зрения существен25 но отличается от сульфитной варки по рН

558995 з при ..ниемого для варки раствора (1,2-1,5дл» <. уиьфитной и 3-5 - для бисульфитной), по коиечным температурам варки (13214, 5 С для сульфитной и 155 — 1 70 Сдля бисульфитной), по содержанию всего

50 в исходном варочном растворе (510 1 — для сульфитной, 3-5 /о - для бисуль фитиой) и т.д. ти отличия бисульфитной варки обуславливают иное воздействие варочного раствора на древесину, следствием чего является получение примерно за то же (или за более короткое) время волокнистого полуфабриката более высокого выхода (на 4-5% от веса абсолютно сухой древесины) и с замет но более высокими показателями механичео- кой прочности, чем при сульфитной варке.

Еще "îëåå значительно отличаются щепоки этих двух сравниваемых видов варки.

Например, если содержание в конечном 20 щелоке такого компонента как тиосульфат, сильно влияющего на результаты варки, при сульфатиом способе обычно колеблется в пределах 0,05-0,11 г/100 мл (в ед.50 ), то при бисульфитном способе эта величина 25 часто составляет около 0,40 г/100 мп (в ea SO@ ) °

Существенна разница и по другим компонентам щелока (сахарам, сульфату, политиоиатам,и т.д.), 30

Еше дальше по химизму и технологии, чем сульфитная варка, отстоят от бисульфитпой нейтрально-сульфитная варка и принципиально другой химизм имеют щелочная и сульфатная варки, 35

Препятствием к использованию отработанных бисульфитных щелоков для бисульфитной варки, по-видимому, являлась наряду с относительно высоким содержанием тиосульфата в используемом отработанном щелоке 40 также возможность его значительного образования при повторной бисульфитной варке вследствие взаимодействия бисульфита с сахарами, а также вследствие каталити ческого воздействия тиосульфата на разло- 45 жение бисульфита. Оба указанных процесса активизируются высокой температурой бисульфитиой варки. Однако, как показали специальные исследования, роль этих отрицательных явлений невелика, если содержание тиосульфата в исходном растворе не превышает определенных пределов. (елью изобретения является сокращение энергетических затрат и поверхности теплообмена при выпарке щелока, повышение теп- >5 лотворной способности щелока, а также уве личение содержания сахаров в щелоке.

Это достигается тем, что варку ведут ,на отработанном бисульфитном щелоке, предварительно донасыщенном двуокисью серы и основанием, с содержанием тиосульфата в варочном растворе 0,25 -0.40 г/100 мл, При бисульфитной варке волокнистого полуфабриката с выхсдом до 59% для варо ки используют отработанный бисульфитный щелок в количестве 50- 70% or требуем го объел4а варочного раствора.

При бисульфитной варке волокнистого полуфабриката с выходом выше 59!о варку проводят на донасышенном отработаннол ще-, локе.

Ятработанный щелок от обычной бисуль фитной варки целлюлозы или полуцеллюлозы, проведенной с исходным варочным раствором, приготовленным из одних химикатов и воды (без каких-либо особых добавок), после донаоыщения варочными химикатами (сернистым ангидридом и основанием) до содержа ния всего SO и рН, соответствующего данному режиму бисульфитной варки, используется в качестве исходного варочного раствора для поспедующей бисульфитной варки.

Варка бисульфитной полуцеллюлозы (обычно выход 60% и более) может быть пров . дена исключительно на донасыщенном отработанном щелоке. Для варки бисульфитной целлюлозы (обычно выход 54-59% от веса абсолютно сухой древесины) для приготовления варочного раствора отработанных щелок используется лишь в количестве 5070% от требуемого объема варочного раствора. Далее также следует донасыщение полученной смеси до требуемых параметров.

Возможно использование отработанного бисульфитного щелока от варки. полуцеллюлозы для последующей бисульфитной варки целлюлозы и наоборот.

Кратность использования отработанного щелока лимитируется лишь содержанием в нем тиосульфата. Последнее не должно прввышать величину, отрицательно влияющую на выход и свойства получаемой целлюлозы. Обычно эта величина составляет 0,250,40 г/100 мл 6 03 (в ед. SO )

Предлагаемый способ был апробировак в лабораторных условиях.

Пример 1 . В качестве исходного варочного раствора был взят отработанный щелок от бисульфитной варки полуцеллюлозы с выходом 65,2% от веса абсолютно сухой древесины и числом Каппа 91,7. Соотав отработанного щелока: весь 60 1,95 г/100 мл; л.о. ЯО,— 0,31 г/100мл

S О (в ед. S0 ) - 0,24 г/100 мл;

S40 и 6 0 —; 5 0 (в ед. 50 ) — 0,17 г/100 мл; PB (после осаждекиг лигнина раствором гексаминоко бальтихлорида) - 0,53;: .рН - 4,55. Этот щелок был получен в результате варки ело. вой древесины при жидкостном модуле 4,8

55d995

2800 — 3500

95-100 rc

8, с варочным раствором иа натриевом оскс . ванин, приготовлеином из чистых химикатов Л и воды (4,0 г/100 мл всего QO, рН4,0)

Отработанный щелок доиасищался варочни ми химикатами ($0< и Иабй) "до указы ного содержании всего фД и рН для чкотого варочного "растВОра Йзатем исщщь@9» вался в качестве исходного растворе Лид бисульфитных варок еловой попуцелле»лозь»

В результате двух бисульфитиь»х варок на таком донасыщенном отработанном щелс " ке была получена полуцеллюаоза с выходом

64,9%, (число Каппа 95,5 ) и 64,4%. (чио ло Каппа 92).

Варка с чистым раствором для получения 1 отработанного щелока и варки на полученном отработанном щелоке проводилась по одина- .ковому режиму, типичному для бисульфитной варки: заварка от 90 до 120 С» 30 мин;проо питка при 120 С - 60 мин; подъем до о

165 С - 60 мин; продолжительность стоянки на 165 С - 35 - 53 мин. (см. табл.1).

Было проведено сравнение выхода и механических свойств полученных полуцеллюлоз и полуцеллюлоз, сваренных точно при тех же условиях, но с варочным раствором, приготовленным только из одних чистых химикатов (S0 и Йо ОН) и воды.

Сопоставление проводилось для полуцеллюлозы той же степени провара (число Каппа), которая была у полуцеллюлоз, сваренных на отработанном щелоке (см. табл. 1).

Из данных, представленных в табл. 1, хорошо видно, что по предлагаемому способу получается полуцеллюлоза, не уступающая по качеству и выходу полуцеллюлозе, полученной при варках с чистым бисульфичным раствором.

Для иллюстрации увеличения содержания в щелоке сухих веществ и инвертированных сахаров (в виде PB) при варке на отработанном щелоке сравнено содержание указанных компонентов в исходном отработанном щело- „ ке (от варки полуцеллюлозы с выходом

65,2% и числом Каппа 9, 7) и конечном щелоке, полученном от варки полуцеллюлозы на этом отработанном щелоке (выход пслуцеллюлозы 64,4%) (см. табл. 2).

»»з сопоставления результатов табл. 1 и

2 видно, что по предлагаемому способу получается качественная бисульфитная полуцеллюлоза при одновременном значительном увеличении в конечном целоке содержания сухих веществ, сахаров (в виде редуцирующих веществ). Кроме того, при варке по предлагаемому способу имело место сокращение продолжительности стоянки на конеч-! ной температуре варки (ка 20-28%).

6

П р и и е р 2. В каЧестве исходиогО раствора для варки целлюлозы был взят оъ» работаииый щелок от полупроизводственной варки еловой реллюлозы с числом Каппа

41„6 и выходом 55.,6% от веса абсопютиосукой древескны. остав етого щелока: весь SOä 1,16г/

ДОО мл; д.о. ВО - 0,45 г/100; 5а0 (в ед б ) - 0,36 г/100 ыц S О 4--2

4 б б к„ е М сутствовали; 604 (в ед, . 0 )

0,19 г/100 мл; PB - 0,93 г/100 мл (после осаждения лигнина раствором гекса минокобальтихлорида); рН - 3,84. Этот щелок был взят в количестве 50 и 70% от полного объема варочного раствора, необходимого для варки с жидкостным модулем

4,8, и после разбавления водой до требуемого объема был донасыщен свежими химикатами до содержания всего SO 4,0 г/100 мл.

После этого с полученными растворами, содержащими указанное выше количество о».. работанного щелока, были проведены варки еловой древесины. Режим варок был такой,!. же, как в примере 1, кроме продолжительности стоянки на конечной температуре, которая была соответственно больше, чтобы получить полуфабрикат более высокой сте пени провара (83 и 100 мин соответствен- но при использовании 70 и 50% отработанного щелока) .

В табл. 3 приведены степень провара, I выход и показатели механической прочности (при 60 ШР) полученных целлюлоз. о

Согласно зарубежным и отечественным данным, бисульфитная целлюлоза обычно име ет (при 60 ШР):

Разрывную длину 9000-10000 м

Число двойных перегибов

Сопротивление продавливанию 6- 8 кг/см

Сопротивление раздиранию

Таким образом, по данному способу в обеих варках получена высококачественная бисульфитная целлюлоза.

Следует отметить, что в данном случае способ проверялся в наиболее трудных уоловиях, так как в качестве используемого отработанного щелока был взят щелок, соответствующий несколько переваренной целлюлозе (число Каппа 41,6 при числе Каппа у обычной бисульфитной целлюлозы 4555). Это приводит к повышенному образо558995

7 ван1по тиосульфата в процессе варки с использованием отработанного щелока, что может отрицательно сказаться на качестве получаемой целлюлозы.

В качестве примера в табл. 4 приводят« ся данные по увеличению содержания сухих веществ и РВ в конечном щелоке от варки целлюлозы с использованием 40% исходного отработанного щелока. Естественно, что при использовании 70% отработанного шело- 10 ка увеличение содержания указанных веществ в конечном щелоке будет соответственно выше.

Результаты, представпенные в табл. 4, Таблица 1

Показатели механической прочности

П родолжительность

Выход, % от абсоСопротивление

Вид

BQPKH

Число

Каппа стоянки на конечной

Разрывная длина, м лютно сухой древесины излому, число двойных перегибов продавлираздиранию, гс температуре 165 С, мин ванию, кг/см

На отрабьтанном щелоке

96

64,9

13600 2070 8,31

На чистом варочном растворе

64,8

13850 2050

8,40

На отработанном щелоке 92

64,4

13100 2312

8,74

На чистом варочном растворе

64,4

13900 2350

8,68

Таблица 2

Содержание

В, г/100 мл

6,9

0„53

13 1

Конечный щелок от варки полу0еллюлозы с выходом 64,4% на исходном отработан : ном щелоке

23,4

9,2

14,2

1,31

Исходныи отработанный щелок от варки полуцеллюлозы с выходом

65,2% показывают, что даже использование 50% отработанного щелока от объема всегo раствора, необходимого для варки целлюлозы, дает весьма заметный рост содержания в щелоке сухих веществ и PB.

Кроме того, необходимо отметить, что при варках целлюлозы с использов..нием

50-70% отработанного щелока (см. табл.3) имело место некоторое сокращение продолжительности стоянки на конечной темпера«. туре варки (в 1,12 — 1,21 раза) по сравнению с аналогичными варками на чистых варочных растворах, что также является положительным фактором.

558995

Продолжение табл. 2

Увеличение при варке на отработанном щелоке, % от величины данного показателя в иоходном отработанном щелоке

78,3

48,4

106

147

Таблица 3

С использованием 50% отработанного щелока

10 750 5230

7,5

110

42,6

54,5

С использованием 70% отработанного щелока

51,6

56,8

10200 3010

8,0

Таблица 4

Исходный отработанный щелок от полупроизводственной варки целлюлозы с выходом 55,6%

14,7

8,7

0,93

4,41

В неорганическую асть входят собственно неорганические вещества (бисульфит, тиосуль фат и т.д.), а также та доля этих веществ, которая вси;уняла во взаимодействие с растворенными веществами древесины.

558995

Продолжение табл. 4

Конечный щелок от варки целлюлозы с выходом 54,5% с использованием 50% исходного отработан1 ного щелока

4,95

2,00

13,3

8,0

21,3

Увеличение при варке на отработанном щелоке, % от величины данного показателя в исходном отработанном щелоке

12,2

125

52,9

33,4

44,9

См. ссылку к табл. 2.

Составитепь A. Моносов

Редактор A. Бер Техред A. Демьянова Корректор H. Ковапева

Заказ 1456/87 Тираж 496 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по депам изобретений и открытий

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

Фипиап ППП "Патент", г. Ужгород, уп. Проектная, 4

Формула изобретения зо

1. Способ получения волокнистого целлюлозного полуфабриката путем бисульфит»

:ной варки древесной (цепы, о т л и ч а ю- 35 шийся тем, что, с целью сокрашения энергетических затрат и поверхности, тепло-обмена при выпарке щелока, повышения теплотворной способности щелока, а также увеличения содержания сахаров в щелоке варку @ ведут на отработанном бисульфитном щелоке, предварительно донасыщенном двуокисью серы и основанием, с содержанием тиосульфата в варочном растворе О, 25-0,40 г/100 мл, 2. Способ по п. 3., о т л и ч а юшийся тем, что при варке волокнистого полуфабриката с выходом до 59% используют отработанный бисульфитный щелок в количестве 50- 70% от требуемого объема варочного раствора.

3. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что при варке волокнистого полуфабриката с выходом выше 59% ва ку проводят на целиком донасышенном щелоке.