Способ получения целлюлозы

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик («)787518 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 05.0279 (21) 2720779/29-12 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 151280. Бюллетень ¹ 46

Дата опубликования описания 181280 (5! )М. Кл.

0 21 С 3/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 676.1.02 (088. 8) (72) Авторы изобретения

A.Ä. Алексеев, И.И. Савина, Ю.Н. Жидков, А.С. Воложинская, И.В. Латош и В.М. Резников (71) Заявитель

Белорусский технологический институт им. С.М. Кирова (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛПОЛОЗЫ

Изобретение относится к способу получения целлюлозы, предназначенной для производства различных видов бумаг и картонов.

При натронном, сульфатном и сульфитном способах варки древесины на целлюлозу применяются, как правило, сернистые соединения, выделяющие дурнопахнущие вещества, которые отравляют атмосферу и загрязняют промышленные стоки.

Известен способ получения целлюлозы (без сернистых соединений), заключающийся в том, что исходное целлюлозосодержащее растительное сырье, 15 например древесную щепу, варят 3-4 ч при 50-80 С с перуксусной кислотой при гидромодуле 1:5, затем варочный раствор удаляют, добавляют щелочь и щепу вновь варят при 90-95 С тече- 20

0 ние 2 ч при гидромодуле 1: 6 11.

Недостатками этого способа является повышенный расход реагентов, а также взрывоопасность надкислоты, что усложняет технологический процесс.

Наиболее близок к предлагаемому способ окислительной делигнификации растительного сырья путем обработки его перекисью водорода, осуществляемой в присуствии катализатора — не- 30 органической кислоты или ее соли, координирующим атомом которой является металл переменной валентности, преимущественно W, Ио, V, Сг, Тi, Nb (2).

К недостаткам этого способа относятся сравнительно высокий расход перекиси водорода на делигнификацию и необходимость проведения ее в аппаратуре, футерованной специальными материалами, не содержащими катализаторов разложения перекиси водорода.

Цель изобретения — повышение эффективности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения целлюлозы путем обработки древесной щепы перекисью водорода с использованием катализатора — молибдата аммония или вольфрамовой кислоты и последующего удаления отработанных реагентов, обработку древесной щепы осуществляют в присутствии стабилизатора перекиси водорода — двухлористого олова и динатрийфосфата или гидрофосфата натрия, а после удаления отработанных реагентов проводят натронную варку при 160-175оC и гидромодуле от 1:4 до 1:5.

Древесную щепу помещают в варочный .аппарат, изготовленный из нержавеющей

787518 стали, заливают водой, содержащей

0,05-0,10Ъ катализатора, нагревают до 110-120 С и вводят 0,25-15Ъ перекиси водорода от веса абсолютно сухой древесины. Варку проводят при гидромодуле 1:5 и 100-130 С в течение 0,52,5 ч. После окисления отработанный раствор сливают, в варочный аппарат закачивают белый щелок с расходом 2025Ъ NaOH до гидромодуля 1:5, повышают температуру варочного раствора до 160175 С и выдерживают в течение 0,51,5 ч.

Использование катализатора(молибдата аммония или вольфрамовой кислоты) интенсифицирует электрофильное окисление лигнина перекисью водорода 15 в кислой среде, что позволяет растворить окисленный лигнин при последующей щелочной варке. Применение стабилизато ра замедляет разложение перекиси по радикально-цепному механизму, что сни-20 жает окислительную деструкцию углеводов и позволяет вести варку в котлах из нержавеющей стали.

Пример 1 . В автоклав из нержавеющей стали помещают березовую щепу производственной рубки и заливают ее водным раствором молибденовокислогО аммония (МНд) Мо70, . 4Н О до гидромодуля 1:4. Расход каталйзатора—

0,1Ъ от веса абсолютно сухой древесины. Автоклав нагревают в течение

40 мин до 120 С и пропитывают щепу при слабой сдувке 15 мин. Затем порциями через 20-40 мин с расходом 15Ъ в автоклав вводят перекись водорода.

При этом общее время окислительной 35 варки щепы при 110-120 С составляет

2 ч. С выходом 89Ъ получается неразбиваемая на волокна щепа.

Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1. После окис- 40 лительной варки отработанный раствор сливают, а в автоклав вводят 25Ъ гидроокиси натрия при гидромодуле 1:5.

В течение 20-25 мин содержимое автоклава нагревают до 165 С и выдерживают

1 ч. После этого щелок сливают, целлюлозу охлаждают, промывают и сортируют, получается целлюлоза с выходом 39Ъ.

Двухступенчатая перекисно-щелочная варка позволяет получить целлюлозу, близкую по физико-механическим показа-50 телям сульфатной целлюлозе, не требует значительного расхода перекиси водорода, часть которой теряется, раз лагаясь при температуре окислительной вА >ки. Без последующей щелочной обработки получить целлюлозу из щепы при расходе Н 0 на окисление в количестве 15Ъ от древесины и 0,1Ъ катализатора невозможно.

H p и м е р 3 . Процесс осущест- щ вляют аналогично примеру 2. Пропитку щепы проводят водным раствором при модуле 1:4, содержащим 0,1Ъ молибдата аммония, 0,013Ъ двухлористого олова и 0,1Ъ динатрийфосфата в расчете на абсолютно сухую древесину. Затем пор-. циями в течение 1,5 ч вводят 7,5Ъ перекиси водорода и 0,013Ъ двухлористого олова. Окислительную варку ведут 2 ч при 120 С. После этого окислительный раствор сливают, в автоклав вводят 23Ъ гидроокиси натрия при гидромодуле

1:5, температуру повышают до 160170 С и выдерживают в течение 75 мин.

При этом получают целлюлозу с выходом

46Ъ.

Варка с таким же расходом перекиси водорода, но без применения стабилизаторов ее разложения, приводит к почти полному непровару щепы.

Таким образом, добавка стабилизатора позволяет получить целлюлозу при вдвое меньшем расходе перекиси водорода.

Для подтверждения положительного эффекта действия катализатора и перекиси водорода проведены холостые опыты.

Пример 4. Условия те же, что и в примере 3, но окислительную обработку проводят без катализатора. В результате получена сортированная целлюлоза с выходом 16Ъ, выход непровара 41Ъ.

П р е р 5. Условия те же, что и в примере 3, но первая ступень обработки осуществляется водным раствором, не содержащим ни перекиси водорода, ни катализатора. Получают сплошной непровар с выходом 61Ъ.

Таким образом, только натронной варкой в указанных условиях получить целлюлозу нельзя, а окислительная обработка без катализатора приводит к низкому выходу целлюлозы.

Пример 6. Варка проведена с древесиной ели. Еловую щепу производственной рубки пропитывают 20 мин при

120 С и гидромодуле 1: 5 раствором, содержащим 0,15Ъ молибдата аммония, 0,1Ъ динатрийфосфата и 0,013Ъ двухло-., ристого олова в расчете на абсолютно сухую древесину. После этого порциями в течение 1,5 ч вводят 13Ъ перекиси водорода и 0,012Ъ двухлористого олова.

Окислительную обработку щепы проводят в течение 2,5 ч при 110-120 С, затем раствор сливают, а в автоклав вводят

24Ъ гидроокиси натрия при гидромодуле 1:5. Температуру повышают до 170 С о и выдерживают в течение 1,5 ч. Получается целлюлоза с выходом 40,2Ъ (непровара 0,65Ъ).

Пример 7. В автоклав помещают березовую щепу производственной рубки и заливают ее до гидромодуля 1:5 водным раствором, содержащим 0,25Ъ от абсолютно сухой древесины перекиси водорода, 0,05Ъ катализатора — вольфрамовой кислоты, 0,012Ъ двухлористого олова и 0,1Ъ дигидрофосфата натрия.

Содержимое автоклава нагревают в течение 30 мин до 120 С и выдерживают

"5-20 мин до исчезновения перекиси.

787518

Пок пол

Выход целлюлозы, Ъ от абсолютно сухой древесины

50,7

40,2

51,8

46

39

93

Жесткость, п.е.

Степень полимеризации

1260

1150 1450 1700

8,0

10,4

7,10 9,4

Сопротивление излому, число двойных перегибов

3300 2240

2000 2700 1470

1,16 1,27

0,88 1,20

460 340

370 400

ВНИИПИ Заказ 8293/28 Тираж 430 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4

Далее отработанный раствор сливают и проводят щелочную варку аналогично примеру 3. Получается целлюлоза с выходом 51,8Ъ.

Пример 8.;Варка проведена. с древесиной ели. Еловую щепу производственной рубки заливают до гидромодуля 1:5 водным раствором, содержащим 2,0Ъ от абсолютно сухой древесины перекиси водорода, 0 1Ъ вольфрамовой кислоты, 0,012Ъ хлорида олова и 0,1Ъ дигидрофосфата натрия. АвтоРазрывная длина, км 10i 0

Сопротивление раздиранию, Н О, 48

Сопротивление продавливанию, кПа 240

Таким образом, применение вольфрамовой кислоты позволяет получить целлюлозу с более высоким выходом при значительно меньшем расходе перекиси водорода по сравнению с варками, где в качестве катализатора используется молибдат аммония.

Использование предлагаемого способа варки целлюлозы обеспечивает снижение расхода перекиси водорода при сохранении высокой степени делигнификации, возможность варки технологической щепы, технологичность применяемых компонентов и способа получения волокнистого полуфабриката.

Кроме того, использование предлагаемого изобретения полностью ликвидирует образование вредных серусодержащих веществ при варке древесины, что в значительной степени облегчает очистку сточных вод и газовых выбросов целлюлозного производства., Формула изобретения

Способ получения целлюлозы путем обработки древесной щепы при повыаеу клав нагревают в течение 30 мин до

120О С и выдерживают 55-60 мин до исчезновения перекиси. Затем отработан" ный раствор сливают и проводят щелочную варку, как и в примере б. Получается целлюлоза с выходом 50,7Ъ (н» провара 1,3Ъ).

Физико-химические и физико-механн ческие характеристики целлюлоз перекисно-щелочных-варок по примерам 2,3.

E-8 представлены в таблице.,ной температуре перекисью водорода с использованием катализатора — молибдата аммония или вольфрамовой кислоты и последущего удаления отработанных реагентов, о т л и ч а ю щ и й4О с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса, обработку древесной щепы осуществляют в присутстствии стабилизатора перекиси водорода — двухлористого олова и динатрий45 фосфата или гидрофосфата натрия, а после удаления отработанных реагентов проводят натронную варку при температуре 160-175 С и гидромодуле от 1: 4 до 1г5.

Источники информации, принятые so внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 368364, кл. 0 21 С 3/04, 1973.

2..Авторское свидетельство СССР по заявке М 2471163/29-12, кл. 0 21 С 3/02, 1977 (прототип).