Способ получения целлюлозы для химической переработки

 

Использование в производстве целлюлозы для химической переработки. Сущность изобретения: на стадии предварительного гидролиза добавляют тиосульфат натрия в количестве 0,1 - 1,0% от массы абсолютно сухого растительного сырья. 3 табл.

Изобретение относится к получению беленых волокнистых полуфабрикатов и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности и получении целлюлозы для химической переработки.

Известный способ получения целлюлозы для химической переработки включает предварительный водный или паровой гидролиз растительного сырья и последующую сульфатную варку. Недостатком известного способа является низкий выход целевого продукта и недостаточно высокая скорость делигнификации растительного сырья вследствие снижения реакционной способности лигнина по отношению к щелочным варочным растворам после гидролиза в кислой среде.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения целлюлозы для химической переработки путем предварительного гидролиза растительного сырья водным раствором гидролизующего реагента и последующей сульфатной варки, отличающийся тем, что с целью повышения выхода целлюлозы предварительный гидролиз проводят водным раствором Na₂SO₃ с расходом 1,25-5,0% в ед.SO₂ к массе абсолютно сухого растительного сырья [1] Недостатками известного способа являются невысокая степень делигнификации целлюлозы для химической переработки, достигаемая на стадии варки, и повышение выхода за счет снижения основного показателя качества целевого продукта содержания α целлюлозы. Это обусловлено тем, что водный раствор Na₂SO₃ имеет высокое значение рН (9.0), причем Na₂SO₃ сохраняет буферную емкость на стадии водного гидролиза. Введение Na₂SO₃ на стадии гидролиза приводит к нейтрализации образующихся гидролизующих реагентов уксусной кислоты и органических кислот, результатом чего является замедление гидролиза гемицеллюлоз и снижение химической однородности целлюлозы для химической переработки, критерием качества которой является содержание α -целлюлозы.

Целью предлагаемого изобретения является повышение степени делигнификации и содержания α -целлюлозы при получении целлюлозы для химической переработки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения целлюлозы для химической переработки, заключающемся в водном или паровом гидролизе растительного сырья и последующей щелочной варке, гидролиз осуществляется с добавлением тиосульфата натрия Na₂S₂О₃, расход которого составляет 0,1-1,0% к массе абсолютно сухого растительного сырья.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что в отличие от известного способа на стадии водного или парового гидролиза добавляют Na₂S₂O₃. Тиосульфат натрия при расходе 0,1-1,0% в отличие от сульфита натрия не приводит к замедлению гидролиза растительного сырья, предотвращается развитие процесса конденсации лигнина, протекающего по радикальному механизму. В результате повышение выхода целлюлозы достигается при реализации предлагаемого способа не за счет предотвращения гидролитической деструкции гемицеллюлоз (и снижения содержания α -целлюлозы в целевом продукте), а за счет предотвращения радикальных реакций деструкции целлюлозы.

Повышение степени делигнификации целлюлозы для химической переработки, полученной по предлагаемому способу, является результатом предотвращения снижения реакционной способности лигнина на стадии варки вследствие радикальных реакций конденсации на стадии гидролиза. Na₂S₂O₃ по механизму действия является восстановителем и ингибитором радикальных реакций конденсации лигнина и деструкции целлюлозы.

Изложенная совокупность признаков является необходимой и достаточной для достижения поставленной цели, что свидетельствует о соответствии предлагаемого способа критериям "новизна" и "существенные отличия".

П р и м е р 1.

Проводят варки в лабораторных автоклавах объемом 0,8 л, помещенных в термостатированную масляную баню с электрообогревом. В качестве сырья используют древесину сосны. Na₂SO₃ (1,5% в ед. SO₂) добавляют на гидролиз в расчете на массу абсолютной сухой древесины. В качестве варочного раствора используют сульфатный белый щелок с концентрацией активной щелочи 100 г/л ед. Na₂O сульфидностью 30% Варку проводят по следующему режиму: 1) Предварительный паровой гидролиз: подъем температуры от 100 до 172^оС 90 мин стоянка при температуре 172^оС 90 мин; гидромодуль гидролиза 1,7:1.

2) После окончания гидролиза отбирают гидролизат и проводят сульфатную варку по следующему режиму: пропитка при 130^оС 30 мин; подъем температуры от 130 до 172^оС 60 мин; стоянка при температуре 172^оС 90 мин;
гидромодуль сульфатной варки 4:1
расход активной щелочи 19% (ед.Na₂O).

Результаты варки по известному способу приведены в табл.1.

П р и м е р 2.

Проводят варку по предлагаемому способу по режиму, описанному в примере 1. Na₂S₂O₃ (0,5% в собств,ед.) добавляют на гидролиз в расчете на массу абсолютно сухой древесины сосны. Результаты варки по предлагаемому способу представлены в табл.1.

П р и м е р 3.

Проводят варки по предлагаемому способу по режиму, описанному в примере 1. Na₂S₂O₃ (0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,5% в собств.ед.) добавляют на гидролиз в расчете на массу абсолютно сухой древесины сосны. Результаты варок по предлагаемому способу представлены в табл.2.

П р и м е р 4.

Проводят варки в лабораторных автоклавах объемом 0,8 л, помещенных в термостатированную масляную баню с электрообогревом. В качестве сырья используют древесину осины. Варочный раствор имеет следующий состав: концентрация активной щелочи 81,5 г/л ед. Na₂O, сульфидность 26,0%
Варку без добавок на стадии гидролиза проводят по следующему режиму:
1) Предварительный водный гидролиз:
подъем температуры от 120 до 170^о 90 мин.

стоянка при температуре 170^оС 90 мин;
гидромодуль гидролиза 4:1.

2) После окончания гидролиза отбирают гидролизат и проводят сульфатную варку:
пропитка при 130^оС 30 мин;
подъем температуры от 130 до 170^оС 60 мин;
стоянка при температуре 170^оС 90 мин;
гидромодуль сульфатной варки 4:1.

Результаты варки по известному способу без добавок представлены в табл. 3.

П р и м е р 5. Проводят варки по известному способу (прототип) по режиму, описанному в примере 4. Na₂SO₃ добавляют на гидролиз в количестве 1,52% в ед. SO₂ (3,0% в собственных ед.) в расчете на массу абсолютной сухой древесины осины. Результаты варки представлены в табл.3.

П р и м е р 6. Проводят варки по предлагаемому способу по режиму, описанному в примере 4. Na₂S₂O₃ (0,25% в собств.ед.) добавляют на гидролиз в расчете на массу абсолютно сухой древесины осины. Результаты варки представлены в табл.3.

Данные примеров 1 и 2 показывают, что предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет увеличить степень делигнификации целлюлозы и содержание α -целлюлозы. Сопоставительный анализ показывает, что при реализации способа-прототипа присутствие Na₂SO₃ на стадии гидролиза растительного сырья приводит к повышению выхода целлюлозы за счет замедления гидролиза по сравнению с предлагаемым способом (рН гидролизата составляет 3,62 и 4,17 соответственно). Результатом замедления гидролиза является снижение однородности целлюлозы, в результате чего содержание α -целлюлозы составляет лишь 93,9% (по известному способу 95,0%).

Результаты, представленные в табл.2 (пример 3), показывают, что при расходе Na₂S₂O₃ на гидролиз 0,05% не достигается высокая степень делигнификации целлюлозы для химической переработки (23,1 ед.Каппа). Увеличение расхода Na₂S₂O₃ выше 1,0% приводит к снижению содержания α -целлюлозы (94,3%).

Таким образом, интервал концентраций Na₂S₂O₃, при котором достигается положительный эффект ускорения делигнификации и повышения химической однородности целлюлозы для химической переработки, составляет 0,1-1,0% к массе абсолютно сухого растительного сырья.

Данные, представленные в табл.3 (примеры 4-6), показывают, что при получении целлюлозы для химической переработки из лиственной древесины (осина) так же, как из хвойной, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет увеличить степень делигнификации и содержание α -целлюлозы. Данные рН гидролизата также подтверждают замедление гидролиза в присутствии Na₂SO₃ (способ-прототип) по сравнению с предлагаемым и традиционным (пример 4) способами получения целлюлозы для химической переработки. Причем при использовании в качестве растительного сырья древесины осины предлагаемый способ позволяет увеличить по сравнению с прототипом и выход целлюлозы.

Таким образом, использование предлагаемого способа получения целлюлозы для химической переработки позволяет увеличить по сравнению со способом-прототипом степень делигнификации и химическую однородность целлюлозы (содержание α -целлюлозы).

Формула изобретения

Способ получения целлюлозы для химической переработки путем предварительного гидролиза растительного сырья водными растворами и последующей щелочной варки, отличающийся тем, что на стадии предварительного гидролиза добавляют тиосульфат натрия в количестве 0,1 1,0% от массы абсолютно сухого растительного сырья.

РИСУНКИ

Рисунок 1