способ получения древесной массы

Формула изобретения

Способ получения древесной массы, включающий разволокнение древесной щепы, обработку разволокненной массы щелочным раствором, содержащим пероксид водорода, гидроксид натрия, силикат натрия и комплексообразователь, выдержку массы и ее промывку, сгущение и последующий размол, отличающийся тем, что обработке указанным щелочным раствором подвергают древесную щепу в процессе ее разволокнения, при этом на стадии разволокнения пероксид водорода берут в количестве 20 - 40% от общего его расхода, а остальную часть пероксида водорода в количестве 60 - 80% вводят в разволокненную обработанную массу перед выдержкой ее.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области целлюлозно-бумажной промышленности и может найти применение в производстве беленой древесной массы из лиственной или хвойной щепы для последующего использования ее в различных композициях для изготовления бумажной и картонной продукции.

Известен способ получения древесной массы, когда щепу в процессе размола подвергают химической обработке. В качестве реагента используют щелочной раствор пероксида водорода, содержащий кроме того гидроксид натрия, силикат натрия и комплексообразователь. Расход каждого из указанных компонентов в процентном выражении составляет: пероксида водорода от 0,2 до 5%, гидроксида натрия от 1 до 2%, силиката натрия от 1 до 8% и комплексообразователя от 0,05 до 1% (все от массы абсолютно сухого волокна). Сразу после размола волокнистая масса разбавляется водой до концентрации 2 - 4% и проходит стадии сортирования, очистки и сгущения. Обработка древесной цепы в зоне размола щелочным раствором пероксида водорода позволяет улучшить бумагообразующие свойства готовой массы как по белизне, так и по механической прочности [1].

Однако данный способ не лишен недостатков. Поскольку реакция отбелки в зоне размола проходит за считанные секунды, то незначительное нарушение соотношения расхода отбеливающих реагентов приводит к отрицательному эффекту по белизне готовой массы. Кроме того, за короткий промежуток времени воздействия щелочных реагентов в одну стадию на компоненты древесины, хотя и при высокой температуре в зоне размола, волокна фибриллируются в недостаточной степени, а следовательно механическая прочность массы повышается несущественно.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения древесной массы, включающий разволокнение древесной щепы, обработку волокон щелочным раствором, содержащим пероксид водорода, гидроксид натрия, силикат натрия и комплексообразователь, выдержку массы в реакторе, промывку массы, сгущение и последующий размол [2].

Сущность данного способа состоит в том, что древесную щепу подают в рафинер первой ступени размола, где она разделяется на отдельные волокна и пучки волокон (стадия разволокнения). Полученную волокнистую массу смешивают с щелочным пероксидным раствором, содержащим: пероксид водорода, гидроксид натрия, силикат натрия, и комплексообразователь. Массу концентрацией 15 - 25% направляют в реактор, где выдерживают ее в течение 0,5 - 2 ч при температуре 32 - 96^oC. По истечении указанного времени массу разбавляют водой до концентрации 3 - 4% и подают на стадию сгущения в обезвоживающий пресс, где сгущают до концентрации около 20% и подают на стадию размола в рафинер второй стадии. Размолотую массу сортируют и направляют на выработку бумажной продукции.

Обработка древесного волокна между ступенями разволокнения и размола с использованием для этой цели щелочного раствора пероксида водорода благоприятно отражается на развитии бумагообразующих свойств целевого продукта. Это проявляется в том, что снижается содержание в массе костры и увеличивается механическая прочность бумаги из данной массы.

Недостатки способа связаны с тем, что при достаточно большом расходе на обработку волокон отбеливающих химикатов, а том числе пероксида водорода и гидроксида натрия, прирост механической прочности по разрывной длине недостаточно существенен, а прирост степени белизны практически отсутствует.

Новым техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение механической прочности и степени белизны целевого продукта.

Достигается технический результат тем, что в способе получения древесной массы, включающем разволокнение древесной щепы, обработку волокон щелочным раствором, содержащим пероксид водорода, гидроксид натрия, силикат натрия т комплексообразователь, выдержку массы в реакторе, промывку массы, сгущение и последующий размол, согласно изобретению, обработке указанным щелочным раствором подвергают древесную щепу в процессе ее разволокнения, при этом на стадии разволокнения пероксид водорода берут в количестве 20 - 40% от общего его расхода, а остальную часть пероксида водорода в количестве 60 - 80% вводят в разволокненную обработанную массу перед выдержкой ее в реакторе.

Разволокнение древесины в рафинере является сложным и многофакторным процессом. Для получения большого количества цельных, но в достаточной степени фибриллированных волокон, необходимо древесную щепу перед или во время размола подвергнуть термохимической обработке. За счет пропарки щепы острым паром компоненты древесины размягчаются, волокна становятся более эластичными и при последующем отделении друг от друга в меньшей степени подвержены рубке и ломке. Однако, в процессе пропарки от компонентов древесины отделяются ацетильные и метоксильные группы, которые вызывают пониженную кислотность среды. Добавление в зону разволокнения щелочного реагента направлено на то, чтобы устранить кислый гидролиз древесины, вызванный процессом пропарки. Кроме того, в щелочной среде идет разрыв эфирных связей в лигнине, что обусловливает в большей степени эластичность волокон, а значит и получение большего количества их в не поврежденном состоянии. Целесообразность использования гидроксида натрия на стадии разволокнения щепы связано с тем, чтобы процесс пластификации древесины прошел за счет набухания волокон, а не за счет растворения компонентов древесины. За короткое время нахождения древесины в зоне разволокнения, но при достаточно высокой температуре и интенсивном перемешивании, превалирует процесс набухания перед процессом растворения. Однако, щелочная среда вызывает развитие конденсационных процессов в лигнине и связанную с этим потерю белизны целевого продукта. Добавление небольшого количества пероксида водорода устраняет указанный недостаток. Введение в зону разволокнения всего количества пероксида водорода приводит к необоснованно повышенному его расходу. Поскольку высокая концентрация пероксида водорода и высокая температура в зоне разволокнения в значительной степени способствуют разложению пероксида водорода, не позволяющему осуществлять отбелку в оптимальном режиме, добавление же значительной части пероксида водорода в массу уже после разволокнения щепы и последующей выдержке массы при умеренной температуре способствует протеканию процесса отбелки в оптимальном направлении.

Предложенный способ получения древесной массы осуществляют следующим образом: щепу из лиственной древесины промывают водой для отделения от нее опилок и минеральных включений и подают в пропарочную камеру, где подвергают щепу термообработке насыщенным паром при температуре 105 - 120^oC в течение 2 - 5 мин. Стадия термообработки является предпочтительной, но необязательной. После термообработки щепу направляют на стадию разволокнения в рафинер первой ступени размола, одновременно сюда же подают щелочной раствор, содержащий пероксид водорода, гидроксид натрия, силикат натрия и комплексообразователь. Расход химикатов составляет: гидроксид натрия 10 - 30 кг/т абсолютно сухого волокна (а.с.в.), силикат натрия 15 - 20 кг/т а.с.в., комплексообразователь 2 - 4 кг/т а.с.в., пероксид водорода 8 - 16 кг/т а.с.в. Расход последнего (H₂O₂ составляет 20 - 40% от его общего расхода. После разволокнения полученную массу смешивают с остальной частью пероксида водорода в количестве 24 - 32 кг/т а.с.в., что составляет 60 - 80% от его общего расхода. Образовавшуюся смесь направляют в реактор, где ее выдерживают при температуре 70 - 90^oC в течение 30 - 60 мин. По истечении указанного времени массу разбавляют водой до концентрации 3 - 4% и перекачивают на обезвоживающий пресс, где ее сгущают до концентрации 20 - 25%, и масса поступает в рафинер второй ступени размола. После размола массу сортируют, очищают, анализируют и направляют на переработку в бумажное производство.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами выполнения:

Пример 1. Способ получения древесной массы осуществляют следующим образом. Березовую щепу стандартных размеров промывают водой и загружают в пропарочную камеру, где подвергают ее обработке насыщенным паром при температуре 110^oC в течение 3 мин. Пропаренную щепу подают на стадию разволокнения в рафинер первой ступени размола, работающего под давлением. Одновременно со щепой в зону размола вводят водный раствор, содержащий гидроксид натрия, силикат натрия, трилон Б и пероксид водорода, с расходом каждого из них соответственно: 10, 15, 2, 8 кг/т а.с.в., что для пероксида водорода соответствует 20% от его общего расхода. Образовавшуюся волокнистую массу направляют в циклон, где от нее отделяется пар, а затем в смеситель, где она смешивается с остальной частью пероксида водорода в количестве 32 кг/т а.с.в., что составляет 80% от его общего расхода. Полученную смесь волокнистой массы и щелочного раствора пероксида водорода подают в реактор и выдерживают ее при температуре 90^oC в течение 40 мин. По истечении указанного времени массу разбавляют водой до концентрации 3% и перекачивают на обезвоживающий пресс, где ее сгущают до концентрации 25% и подают в рафинер второй ступени размола. Прошедшую ступень размола массу сортируют, очищают и анализируют.

Результаты эксперимента приведены в таблице.

Пример 2. Способ получения древесной массы осуществляют аналогично примеру 1. Отличия состоят в том, что на стадии разволокнения в зону размола рафинера первой ступени вводят гидроксид натрия в количестве 20 кг/т а.с.с., а пероксида водорода в количестве 12 кг/т а.с.в, что составляет 30% от его общего расхода. Остальные 70% пероксида водорода, что соответствует расходу 28 кг/т а. с. в., смешивают с щелочной массой, образовавшейся после стадии разволокнения.

Результаты эксперимента приведены в таблице.

Пример 3. Способ получения древесной массы осуществляют аналогично примеру 1. Отличия состоят в том, что на стадии разволокнения в зону размола рафинера первой ступени вводят гидроксид натрия в количестве 30 кг/т а.с.в., что составляет 40% от его общего расхода. Остальные 60% пероксида водорода в количестве 24 кг/т а.с.в. смешивают с щелочной массой, образовавшейся после первой ступени размола.

Результаты эксперимента приведены в таблице.

Пример 4. (аналог). Способ получения древесной массы осуществляют аналогично примеру 1. Отличия состоят в том, что в зоне размола рафинера первой ступени вводят все химикаты в полном объеме, с расходом каждого из них: гидроксид натрия - 30 кг/т а.с.в., силикат натрия - 15 кг/т а.с.в., трилон Б - 2 кг/т а.с.в., пероксид водорода - 40 кг/т а.с.в.

Результаты эксперимента приведены в таблице.

Пример 5 (прототип). Способ получения древесной массы осуществляют следующим образом. Березовую щепу стандартных размеров промывают водой и загружают в пропарочную камеру, где подвергают ее обработке насыщенным паром при температуре 110^oC в течение 3 мин. Пропаренную щепу подают на стадию разволокнения в рафинер первой ступени размола, работающего под давлением. Образовавшуюся волокнистую массу направляют в циклон, где от нее отделяется пар, а затем в смеситель, куда кроме того вводят раствор, содержащий гидроксид натрия, силикат натрия, трилон Б и пероксид водорода, с расходом каждого из них соответственно: 20, 15, 2, 40 кг/т а.с.в. Полученную смесь волокнистой массы и щелочного раствора пероксида водорода подают в реактор и выдерживают ее при температуре 90^oC в течение 40 мин. По истечении указанного времени массу разбавляют водой до концентрации 3% и перекачивают на обезвоживающий пресс, где ее сгущают до концентрации 25% и подают на размол в рафинер второй ступени. Прошедшую размол массу сортируют, очищают и анализируют.

Результаты эксперимента приведены в таблице.

Анализ приведенных в таблице данных свидетельствует о том, что предлагаемый способ получения древесной массы позволяет существенно повысить механическую прочность целевого продукта, разрывная длина увеличивается на 15 - 40%, а содержание костры уменьшается более чем в 3 раза. Повышенное содержание в массе волокон первой фракции обусловливает хорошее обезвоживание бумаги при отливе. Дробное введение пероксида водорода в массу способствует повышению белизны готового продукта.