Способ получения волокнистого целлюлозного полуфабриката — SU 558995 (original) (raw)
Союз Советских Социалистических Республик(51 л С 3/О с присоединением заявки Лое -(45) Дата опубликования описания 03.08.77 осударстееннын комит Совета Министров ССС по делам нзооретеннй и открытий(71) Заявите,л енинградский 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 варкч 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 0 г 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 эпергетическим затратам при выпарке бисульфитных щелоков до концентрации, необходимой для их нормального сжигания в регенерациошсых агрегатах (обычно до 55-60% сухих веществ)а также к необходимости иметь повышенную поверхность теплообмена при выпарке иелоков. Использование бисульфитного способаварки без регенерации серы и основанияэкономически нецелесообразно и недоцустимо с точки зрения загрязнения окружающей 5 водной среды.Кроме того, можно использовать дляпроизводства кормовых дрожжей или спиртасахара, содержащиеся в отработанном бисульфитном щелоке и образовавшиеся в ре О эультате гидролиза полисахаридной частидревесины в процессе обычной бисульфитнойварки. Однако низкое содержание сахаров винвертированной форме, пригодной для переработки на спирт и дрожжи, делает такую 15 переработку экономически невыгодной и поэтому практически в промышленности онане имеет места,Известны способы варки с использованием отработанного сульфптного щелока при 20 получении варочного раствора для сульфит.ной варки, а также с использованием отработанного щелока от двухступенчатой варки.Однако бисульфитная варка с химическойи технологической точки зрения существен но отличается от сульфитной варки по рНзпри . ниемого для варки раствора (1,2-1,5- дл суиьфитной и 3-5 - для бисульфитной), по коиечным температурам варки (132- 14 ь С для сульфитной и 155 - 1 70 С,О о для бисульфитной), по содержанию всего 50 в исходном варочном растворе (5- 10% - для сульфитной, 3-5% - для бисупь фитиой) и т.д.дти отличия оисульфитной 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 заметно более высокими показателями механичео- кой прочности, чем при сульфитной варке.Еше более значительно отличаются ще 30 доки этих двух сравниваемых видов варки.Например, если содержание в конечном 20щелоке такого компонента как тиосульфат,сильно влияющего на результаты варки,при сульфатиом способе обычно колеблетсяв пределах 0,05-0, 11 г/100 мл (в ед.50;т)то при бисульфитном способе эта величина 25часто составляет около 0,40 г/100 мл(в ед. ЬОг )Существенна разница и по другим компонентам щелока (сахарам, сульфату, политиоиатам,и т.д.),Еше дальше по химизму и технологии,чем сульфитная варка, отстоят от бисульфитпой нейтрально-сульфитная варка и принципиально другой химизм имеют щелочнаяи сульфатная варки. 35Препятствием к использованию отработанных бисульфитных шелоков для бисульфитнойварки, по-видимому, являлась наряду с относительно высоким содержанием тиосульфата в используемом отработанном щелоке 40также возможность его значительного образования при повторной бисульфитной варке вследствие взаимодействия бисульфитас сахарами, а также вследствие каталитического воздействия тиосульфата на разложение бисульфита, Оба указанных процессаактивизируются высокой температурой бисульфитиой варки. Однако, как показалиспециальные исследования, роль этих отрицательных явлений невелика, если содержание тиосульфата в исходном растворе непревышает определенных пределов,Целью изобретения является сокращениеэнергетических затрат и поверхности теплообмена прп выпарке щелока, повышение теплотворной способности щелока а также увеличение содержания сахаров в щелоке.Это достигается тем, что варку ведут,на отработанном бисульфитном щелоке, предварительно донасьпценном двуокисью серы 6 О и основанием, с содержанием тиосульфатав варочном растворе 0,25 -0.40 г/100 мл,При бисульфитной варке волокнистогополуфабриката с выхсдом до 59% для вароки используют отработанный бисульфитныйшелок в количестве 50 - 70% от требуемго объема варочного раствора.При бисульфитной варке волокнистогополуфабриката с выходом выше 59% варкупроводят на донасышенном отработанном ще-,локе,Ятработанный щелок от обычной бисульфитной 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 содержания всего 50 и рН, соответствующего данному режиму бисульфитной варки, используется в качестве исходного варочного раствора для последующей бисульфитной варки.Варка бисульфитной полуцеллюлозы (обычно выход 60% и более) может быть провдена исключительно на донасышенном отработанном щелоке. Для варки бисульфитнойцеллюлозы (обычно выход 54-59% от весаабсолютно сухой древесины) для приготовления варочного раствора отработанных ще.лок используется лишь в количестве 5070% от требуемого объема варочного раствора. Далее также следует донасыщениеполученной смеси до требуемых параметров.Возможно использование отработанногобисульфитного щелока от варки. полуцеллюлозы для последующей бисульфитной варкицеллюлозы и наоборот.Кратность использования отработанногощелока лимитируется лишь содержанием внем тиосульфата. Последнее не должно превышать величину, отрицательно влияющуюна выход и свойства получаемой целлюлозы. Обычно эта величина составляет 0,250,40 г/100 мл 50 (в ед. 50 )Предлагаемый способ был апробирозакв лабораторных условиях,П р и м е р 1 . В качестве исходноговарочного раствора был взят отработанныйщелок от бисульфитной варки полуцеллюлозы с выходом 65,2% от веса абсолютно сухой древесины и числом Каппа 91,7. Соотав отработанного щелока: весь б 0 -1,95 г/100 мл; л.о. 50, - 0,31 г/100 мл50 (в ед. 50 ) - 0,24 г/100 мл;Ь О и б О - отсутствовали; 5 О,(в ед. 50 ) - 0,17 г/100 мл; РВ (послеосаждекиг лигнина раствором гексаминокобальтихлорида) - 0,53;:.рН - 4,55. Этотщелок был получен в результате варки еловой древесины при жидкостном модуле 4,8, с варочным раствором на натриевом оснванин, приготовленном из чистых химикатса Ли воды (4 0 г/100 мл всего 0рН 40)е 1Отработанный щелок донасищался варс чними химикатами (ЯО и Иабй) "до укааайного содержания всего фб н РН для чнОтого ВаРОЧНОРО "РаотВОРа И ЗатЭМ НСФЖЬ 39 ффвался в качестве исходного растворе йлзбисульфитных варок еловой попуцеллкаозы,В результате двух бисульфитных варок Она таком донасыщенном отработанном щелюке была получена полуцеллюаоза с выходом64,9%, (число Каппа 95,5) н 64,4%. (чиоло Каппа 92).Варка с чистым раствором для получения 15отработанного щелока и варки на полученномотработанном щелоке проводилась по одина- "ковому режиму, типичному для бисульфитной варки;заварка от 90 до 120 С 30 мин;проопитка при 120 С - 60 мин; подъем до165 С - 60 мин; продолжительность стояноки на 165 С - 35 - 53 мин. (см. табл.1).Было проведено сравнение выхода и механических свойств полученных полуцеллюлоз и полуцеллюлоз, сваренных точно притех же условиях, но с варочным раствором,приготовленным только из одних чистых химикатов ( 0 и Й 010 Н) 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 споссЭ 5бу получается полуцеллюлоза, не уступающая по качеству и выходу полуцеллюлозе,полученной при варках с чистым бисульфигным раствором,40Для иллюстрации увеличения содержанияв щелоке сухих веществ и инвертированныхсахаров (в виде РВ) при варке на отработанном щелоке сравнено содержание указанныхкомпонентов в исхОднОм Отработанном щелсф 4ке (От варки полуцеллюлозы с выходом65,2% и числом Каппа 9, 7) и конечномщелоке, полученном От варки полуцеллюлозы на этом отработанном щелоке (выходпслуцеллюлозы 64,4%) (см. табл. 2).из сопоставления результатов табл. 1 и 2 видно, что по предлагаемому способу пе лучается качественная бисульфитная полу- целлюлоза при одновременном значительном увеличении в конечном щелоке содержания сухих веществ, сахаров (в виде редуцирующих веществ). Кроме того, при варке по предлагаемому способу имело место сокращение продолжительности стоянки на конечной температуре варки (ка 2 О%).606П р и и е р 2. В качестве исходногоРаствора длн варки целлюлозы был взят оъыработанный щелок от полупроизводственнойварки еловой реллюлозы с числом Каппа41,6 и выходом 55.,6% от веса абсолютносукой дреаескны.щВ табл. 3 приведены степень провара,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 мЧисло двойных перегибовСопротивление продавливанию 6- 8 кг/см2Сопротивление раз- диранию 2800- 3500 95-100 гс Таким образом, по данному способу в обеих варках получена высококачественная гбисульфитная целлюлоза.Следует отметить, что в данном случае способ проверялся в наиболее трудных условиях, 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 45- 55). Это приводит к повышенному образоСостав этого щелока: весьЬОд - 1,16 г/ ДОО мл; л.о. 0 - 0,45 г/100 мл; 80 (в ед; бб) - 0,36 г/100 мл; б О и. 3ф4 бб отсутствовали; 0, (в ед. 50 ) 0,19 г/100 мл; РВ - 0,93 г/100 мл (после осаждения лигнина раствором Рексам минокобальтихлорида)3 рН - 3,84. Этот ще лок 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 ЬО 4,0 г/100 мл. После этого с полученными растворами, содержащими указанное выше количество огработанного щелока, были проведены варки еловой древесины. Режим варок был такой 4 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% отработыного щелока) .558995 7ван 1 по 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 О ка увеличение содержания указанных веществ в конечном щелоке будет соответственно выше. Результаты, представпенные в табл. 4,Таблица 1. Показатели механической прочности П родолжи- тельность Выход, % от абсоСопротивление Видварки Число Каппа стоянки наконечной Разрыв- излому,ная дли- числона, . двойныхм перегибов лютно сухой древесины продавлираздиранию, гс температуре 165 С,мин ванию, кг/см2 На отработанном ще- локе 35 64,9 13600 2070 8 э 31 На чистом варочном растворе 64,8 13850 2050 8,40 На отработанном щелоке 92 64,4 13100 2312 8,74 42 На чистом варочном растворе 64,4 13900 2350 8,68 73 Таб а 2 СодержаниеВ, г/100 мл 6 0 3,Конечный щелок от варки полуОеллюлозы с выходом 64,4% на исходном отработан"ном щелоке Исходныи отработанныйщелок от варки полуцеллюлозы с выходом65,2% показывают, что даже использование 50% отработанного щелока от объема всего раствора, необходимого для варки целлюлозы, дает весьма заметный рост содержания в щелоке сухих веществ и РВ.Кроме того, необходимо отметить, что при варках целлюлозы с использованием 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 10 Продолжение табл. 2 Увеличение при варкена отработанном щелоке, % от величины данного показателя в иоходном отработанномщелоке 78,3 48,4 106 147 Таблица 3 С использованием 50% отработанного щелока 10 750 5230 7,5 110 42,6 С использованием 70% отработанного щелока 51,6 10200 3010 8,0 Таблица 4 Исходный отработанный щелок от полупроизводственной варки целлюлозы с выходом 55,6% 14,7 60 8,7 0,93 4,41 В неорганическую асть входят собственно неорганические вещества (бисульфит, тиосульфат и т.д.), а также та доля этих веществ, которая вс 1 упила во взаимодействие с растворенными веществами древесины.12 Продолжение табл. 4 Конечный щелок от варки целлюлозы с выходом 54,5% с использованием 50% исходного отработан 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 33,4Заказ 1456/87 Тираж 496 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССРпо депам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушсквя 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 щепы о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью сокрашения энергетических затрат и поверхности, тепло-. обмена при выпарке щелока, повышения теплотворной способности щелока, а также увеличения содержания сахаров в щелокеварку а 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 и. 3., о т л и ч а ющ и й с я 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 поп.1, отличающ и й с я тем, что при варке волокнисто. го полуфабриката с выходом выше 59% ва ку проводят на целиком донасыщенном щелоке.