способ получения целлюлозосодержащего материала

Формула изобретения

Способ получения целлюлозосодержащего материала путем щелочной обработки целлюлозосодержащего сырья под воздействием температуры и давления в присутствии дисперсии, содержащей частицы антрахинонсодержащей добавки и черный щелок, отличающийся тем, что дисперсию готовят путем совместного размола частиц антрахинонсодержащей добавки в среде черного щелока при соотношении плотностей черный щелок:антрахинонсодержащая добавка 0,71-0,9:1 соответственно до достижения плотности дисперсии 1,07-1,20.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности при производстве целлюлозы сульфатным или натронным способом.

Известен способ получения целлюлозосодержащего материала путем варки лигноуглеводного материала щелочным варочным раствором под воздействием температуры и давления в присутствии суспензии антрахинона и/или их производных в водно-щелочной среде (DE 2816473, кл. D 21 C 5/00, опубл. 1979).

Наиболее близким аналогом является способ получения целлюлозосодержащего материала с использованием суспензии для варки целлюлозы, содержащей частицы антрахинона и черный щелок для исключения агрегирования и снижения осаждения частиц, при этом частицы антрахинона находятся в суспензии при следующем гранулометрическом и количественном составе, мас.%: частицы с размером 0,04-0,06 мм - 12-13; 0,06-0,10 мм - 38-39; 0,1-0,2 мм - остальное, а соотношение компонентов в суспензии антрахинон: черный щелок составляет соответственно 17-51:49-83 мас.% (SU 1327943, кл. В 01 F 3/12, опубл. 1987).

Недостатками этих способов являются низкая стабильность суспензии в состоянии покоя, высокая зависимость стабильности суспензии от гранулометрического состава частиц антрахинона, для поддержания суспензии во взвешенном состоянии требуется постоянное перемешивание. Это связано с тем, что при перемешивании антрахинона в смесителе не достигается эффективного размола частиц антрахинона с образованием устойчивой к разрушению системы.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности варочного процесса целлюлозы.

Данный технический результат достигается тем, что в способе получения целлюлозосодержащего материала путем щелочной обработки целлюлозосодержащего сырья под воздействием температуры и давления в присутствии дисперсии, содержащей частицы антрахинонсодержащей добавки и черный щелок, согласно изобретению дисперсию готовят путем совместного размола частиц антрахинонсодержащей добавки в среде черного щелока при их соотношении соответственно 0,71-0,9:1 до достижения плотности дисперсии 1,07-1,20. При этом достигается равномерное распределение частиц антрахинонсодержащей добавки (АХД) в варочном объеме и у поверхности лигноуглеводного материала, что улучшает реакционную способность системы (лигноуглеводный материал - АХД - варочный раствор) и приводит к повышению эффективности варочного процесса, проходящего на границе раздела фаз, с целью получения целлюлозы равномерного провара, снижения энергетических затрат на приготовление, перемешивание и транспортировку суспензии, исключения закупорки труб, насосов и транспортного оборудования. При приготовлении суспензии осуществляется мокрый размол с изменением гранулометрического состава АХД вместо перемешивания и при мокром размоле в черном щелоке происходит измельчение АХД режуще-истирающим способом до образования конечной суспензии с плотностью 1,07-1,20 и модификация поверхности частиц АХД поверхностно-активными веществами, содержащимися в черном щелоке, с образованием устойчивой к разрушению дисперсной системы.

Черный щелок, определенной плотности, содержит поверхностно-активные вещества и является побочным продуктом сульфатной варки [Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы, т. 2, М.: Лесная промышленность, 1990 г.]. Черный щелок представляет собой смесь органических (2/3) и неорганических (1/3) веществ. Органические вещества состоят из продуктов деструкции лигнина, продуктов разрушения углеводов, натриевых солей смоляных и жирных кислот, сульфатного мыла. Неорганические вещества состоят из едкого натра, солей натрия (карбонатов, сульфатов, тиосульфатов).

В качестве АХД используют продукты с содержанием антрахинона до 70% с исходным размером частиц 10-2,5·10⁴ м (ТУ-6-36-1095-89).

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими примерами. Сульфатные варки сосновой щепы проводили в автоклаве при следующих условиях:

расход активной щелочи к абсолютно сухой древесине 12-22% (в единицах Ма₂О), сульфидность 15-30, гидромодуль 4-4,5, максимальная температура варки 170-175°С, продолжительность достижения максимальной температуры 90-210 мин, продолжительность варки 180-240 мин. АХД используют в виде дисперсии, полученной при размоле АХД в механической мельнице при скорости вращения 120-180 об/мин. В качестве дисперсионной среды используют черный щелок плотностью 1,083-1,083-1,197 (при температуре 20°С). Продолжительность размола 10-50 мин. Температура в зоне размола 60-80°С.

Выход технической целлюлозы и определение содержания непровара рассчитывают в процентах от загруженной абсолютно сухой древесины. Степень делигнификации определяют по стандартной методике СТ СЭВ 6600-89, ИСО 302-81. Разрывную длину по ГОСТ 13525.1-79. Сопротивление раздиранию по ГОСТ 13525.3-97 (ИСО 1974-90). Сопротивление продавливанию по ГОСТ 13 525.8-86.

Пример 1, 2.

Сульфатные варки сосновой щепы проводили в автоклаве при условиях: расход активной щелочи к абсолютно сухой древесине 15% (в единицах Na₂O), сульфидность 19, гидромодуль 4, максимальная температура варки 174°С, продолжительность достижения максимальной температуры 210 мин, продолжительность варки определялась выходом целлюлозы 50% (пример 1). При этих же условиях проводили варку с АХД. АХД использовали в виде дисперсии, полученной путем перемешивания с черным щелоком плотностью 1,197 г/см³ (пример 2).

Пример 3-7.

Сульфатные варки сосновой щепы проводили в автоклаве при условиях: расход активной щелочи к абсолютно сухой древесине 15% (в единицах Na₂О), сульфидность 16, гидромодуль 4, максимальная температура варки 174°С, продолжительность достижения максимальной температуры 210 мин, продолжительность варки определялась выходом целлюлозы 50%. АХД использовали в виде дисперсии, полученной при размоле АХД в механической мельнице при скорости вращения 150 об/мин. В качестве дисперсионной среды использовали "черный" щелок плотностью 1,083-1,197 (при температуре 20°С). Продолжительность размола дисперсии 30 мин при температуре 70°С.

Результаты всех варок представлены в таблице.

Из представленных в таблице данных видно, что механический размол АХД в черном щелоке при соотношении плотностей черного щелока: АХД от 0,71-0,9 (примеры 4-6) позволяет, при практически одинаковом выходе, снизить степень делигнификации, сократить количество непровара и повысить физико-механические показатели целлюлозы. По нашему мнению, это может быть связано с тем, что измельчение АХД режуще-истирающим способом в среде черного щелока, содержащего поверхностно-активные вещества, приводит к образованию устойчивой к разрушению дисперсной системы, которая доставляет и равномерно распределяет АХД по всему варочному объему. Также, вероятно, что при взаимодействии частиц АХД с черным щелоком, содержащим углеводные компоненты, происходит частичное растворение АХД с образованием водорастворимых производных АХД, которые способствуют процессу делигнификации.

Размол при соотношении плотностей черного щелока: АХД 0,67 и 0,92 (примеры 5 и 7) не позволяют получать высокого каталитического эффекта от размола. Это связано с тем, что механический размол при низкой или высокой концентрации диспергируемой фазы в дисперсионной среде не является достаточно эффективным.

Таким образом, модификация частиц АХД при "мокром" механическом размоле в черном щелоке определенной концентрации приводит к повышению избирательности процесса делигнификации, повышению качества получаемого продукта, снижению сульфидности при варке и сокращению сернистых выбросов в атмосферу.

Таблица Влияние параметров подготовки катализатора на процесс сульфатной варки, расход катализатора 0,1% от массы а.с.д.
№ примера	Соотношение плотностей ч.щ./ ахд	Плотность получаемой дисперсии, г/см3	Общий выход целлюлозы, % от а.с.д.	Степень делигнификации, ед. Каппа	Непровар в целлюлозе, % от а.с.ц.	Остаточная щелочность, %	Разрывная длина, м	Сопротивление раздиранию, кг	Сопротивление продавливанию, кг
1	-	-	49,5	65,3	7,8	2,6	9100	75	4,7
2	АХД	-	50,0	50,8	3,4	4,1	9900	77	5,0
3	0,67	1,01	49,2	48,3	2,4	4,0	10000	77	5,0
4	0,71	1,07	50,1	38,6	2,2	5,9	10500	79	5,2
5	0,86	1,12	50,1	37,5	2,0	5,6	10500	78	5,2
6	0,90	1,20	50,2	37,9	1,7	5,2	10600	78	5,3
7	0,92	1,25	50,0	48,8	2,4	4,1	10000	77	5,0