Способ отбелки лиственной сульфатной целлюлозы
Владельцы патента RU 2347864:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" (RU)
Способ касается отбелки лиственной сульфатной целлюлозы и может быть использован в целлюлозно-бумажной промышленности при производстве волокнистых полуфабрикатов для изготовления печатных видов бумаги. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Небеленую лиственную сульфатную целлюлозу дезинтегрируют в воде. Отжимают, помещают в отбельную ванну и проводят делигнификацию гипохлоритом натрия с его расходом 3% (в ед. активного хлора) от массы абсолютно сухого волокна. Затем целлюлозную массу промывают водой. Далее проводят двухступенчатую отбелку целлюлозы хлоритом натрия в кислой среде с промежуточной щелочной экстракцией. На первой ступени отбелки расход хлорита натрия составляет 1,5-2,5% (в ед. активного хлора), а на второй ступени отбелки - 0,4-0,5% (в ед. активного хлора) от массы абсолютно сухой целлюлозы. После первой ступени отбелки хлоритом натрия массу промывают водой и подвергают или окислительной щелочной обработке в присутствии пероксида водорода при его расходе 0,5%, расходе гидроксида натрия 2,0% от массы абсолютно сухого волокна, или щелочной отбелке пероксидом водорода при его расходе 1,0%, расходе гидроксида натрия - 0,5%, силиката натрия - 3,0% от массы абсолютно сухого волокна. После щелочной экстракции целлюлозу промывают и проводят вторую ступень отбелки хлоритом натрия. После чего массу промывают водой и проводят ее кислотную обработку соляной кислотой. Техническим результатом является улучшение качества беленой целлюлозы, повышение экономичности процесса и экологической безопасности. 1 табл.
Изобретение относится к способам отбелки лиственной сульфатной целлюлозы и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности при производстве волокнистых полуфабрикатов для изготовления печатных видов бумаги.
Известен способ отбелки небеленой сульфатной целлюлозы из лиственной древесины путем проведения последовательных процессов: щелочения в присутствии гипохлорита натрия, хлорирования, щелочения, гипохлоритной отбелки, двухступенчатой отбелки диоксидом хлора с промежуточной щелочной экстракцией и заключительной кисловки (а.с. №781243, кл. D21С 9/10, опубл. 23.11.80 г.).
Недостатками данного способа являются образование в процессе отбелки целлюлозы канцерогенных и мутагенных хлорорганических веществ, оказывающих вредное влияние на окружающую среду и здоровье человека; длительность процесса отбелки; большое количество стадий отбелки, требующих повышенного расхода свежей воды на промывку целлюлозы между ступенями отбелки, большого количества отбельного и вспомогательного оборудования, что, в свою очередь, требует больших производственных площадей.
Наиболее близким к предлагаемому способу отбелки лиственной сульфатной целлюлозы является способ отбелки Либерготта по схеме Д-(Щ+П)-Д. Согласно этому способу отбелку проводят газообразным диоксидом хлора в две ступени, между которыми проводят щелочную экстракцию в присутствии пероксида водорода с общим расходом NaOH 1,5-4% от массы абсолютно сухого волокна (Пономарев О.И. Научно-технический прогресс в ЦБП за рубежом. Обзорная информация ВНИПИЭИлеспрома, вып.8, М., 1982, с.20).
Недостатками данного способа являются высокий расход на отбелку целлюлозы дорогостоящих реагентов - диоксида хлора и пероксида водорода, что приводит к увеличению затрат на отбелку; недостаточно высокие стабильность белизны (потери белизны при термическом старении в течение 6 ч составляют 4-4,4%) и механическая прочность (разрывная длина 7000-7800 м); повышенное содержание в беленой целлюлозе смол и жиров, которые вызывают производственные смоляные затруднения при получении бумаги. Кроме этого, для отбелки газообразными реагентами необходимо привести целлюлозу в распушенное состояние, что требует высоких капитальных затрат и большого расхода электроэнергии.
Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым решением, - отбелка лиственной сульфатной целлюлозы с применением соединений диоксида хлора и промежуточная щелочная экстракция целлюлозы в присутствии пероксида водорода.
Задачами изобретения являются повышение экономичности процесса отбелки за счет снижения расходов дорогостоящих реагентов, экологичности процесса за счет замены газообразного диоксида хлора водным раствором его соли - хлорита натрия, а также улучшение качества беленой целлюлозы (повышение механической прочности и стабильности белизны, снижение массовой доли смол и жиров).
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе отбелки лиственной сульфатной целлюлозы, включающем ее обработку в кислой среде соединениями диоксида хлора в две ступени с проведением между ступенями щелочной экстракции в присутствии пероксида водорода, в качестве соединения диоксида хлора используют водный раствор его соли - хлорита натрия с его общим расходом 2,0-2,9% (в ед. активного хлора) от массы абсолютно сухого волокна, перед отбелкой хлоритом натрия проводят делигнификацию гипохлоритом натрия с его расходом 3% (в ед. активного хлора) от массы абсолютно сухого волокна, а щелочную экстракцию проводят путем окислительной щелочной обработки с расходом пероксида водорода 0,5% от массы абсолютно сухого волокна или щелочной отбелки пероксидом водорода при его расходе 1,0%, расходе гидроксида натрия - 0,5%, силиката натрия - 3,0% от массы абсолютно сухого волокна.
Признаки, отличительные от прототипа, - в качестве соединения диоксида хлора используют водный раствор его соли - хлорита натрия с его общим расходом 2,0-2,9% (в ед. активного хлора) от массы абсолютно сухого волокна, перед отбелкой хлоритом натрия проводят делигнификацию гипохлоритом натрия с его расходом 3% (в ед. активного хлора) от массы абсолютно сухого волокна, а щелочную экстракцию проводят путем окислительной щелочной обработки с расходом пероксида водорода 0,5% от массы абсолютно сухого волокна или щелочной отбелки пероксидом водорода при его расходе 1,0%, расходе гидроксида натрия - 0,5%, силиката натрия - 3,0% от массы абсолютно сухого волокна.
Предлагаемый способ отбелки целлюлозы осуществляется следующим образом.
Небеленую лиственную сульфатную целлюлозу дезинтегрируют в воде, отжимают, помещают в отбельную ванну и проводят делигнификацию. Для этого добавляют в ванну необходимое количество гидроксида натрия и гипохлорита натрия. Делигнификацию гипохлоритом натрия (стадия Г) проводят при температуре 35-38°С в течение 3 ч и концентрации массы 10%. После завершения процесса делигнификации целлюлозную массу промывают водой.
Далее проводят двухступенчатую отбелку целлюлозы хлоритом натрия в кислой среде с промежуточной щелочной экстракцией: окислительной щелочной обработкой в присутствии пероксида водорода (стадия ЩП) или щелочной отбелкой пероксидом водорода (стадия П).
На первой ступени отбелки (стадия Хт1) расход хлорита натрия составляет 1,5-2,5% (в ед. активного хлора), на второй ступени отбелки (стадия Хт2) - 0,4-0,5% (в ед. активного хлора) от массы абсолютно сухой целлюлозы. Концентрация массы на обеих ступенях отбелки составляет 10%, температура 70°С, продолжительность каждой стадии 2 часа.
После первой ступени отбелки хлоритом натрия массу промывают водой и подвергают или окислительной щелочной обработке в присутствии пероксида водорода при его расходе 0,5%, расходе гидроксида натрия 2,0% от массы абсолютно сухого волокна, или щелочной отбелке пероксидом водорода при его расходе 1,0%, расходе гидроксида натрия - 0,5%, силиката натрия - 3,0% от массы абсолютно сухого волокна в течение 2,0 ч при температуре 70°С и концентрации массы 10%. После щелочной экстракции целлюлозу промывают и проводят вторую ступень отбелки хлоритом натрия. После чего массу промывают водой и проводят ее кислотную обработку соляной кислотой при расходе 1,0% в течение 40 мин при комнатной температуре.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Небеленую лиственную сульфатную целлюлозу массой 40 г абсолютно сухого волокна жесткостью 102 п.ед. дезинтегрировали в воде, отжимали на воронке Бюхнера и помещали в фарфоровый стакан, который обогревался в термостате для поддержания постоянной температуры. Массу нагревали до температуры 35-38°С и приливали раствор, содержащий гипохлорит натрия - 3,0% и гидроксид натрия - 2,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы. Делигнификацию гипохлоритом натрия проводили в течение 3 ч при температуре 35-38°С.
После делигнификации целлюлозу промывали водой на воронке Бюхнера и помещали в фарфоровый стакан, который обогревался в термостате. При достижении температуры отбелки 70°С в массу приливали отбельный раствор, состоящий из хлорита натрия в количестве 1,5% и соляной кислоты - 2,0% от массы абсолютно сухого волокна. Отбелку проводили в течение 2,0 ч при температуре 70°С и концентрации массы 10%.
После первой ступени отбелки хлоритом натрия целлюлозную массу промывали аналогичным образом и подвергали окислительной щелочной обработке в присутствии пероксида водорода. Для этого промытую целлюлозную массу подогревали до температуры 70°С, затем приливали раствор, содержащий гидроксид натрия в количестве 2,0% и пероксид водорода - 0,5% от массы абсолютно сухого волокна. Окислительную щелочную обработку проводили в течение 2 ч при температуре 70°С и концентрации массы 10%.
Далее целлюлозу промывали и проводили вторую ступень отбелки хлоритом натрия. Промытую целлюлозную массу подогревали до температуры 70°С и приливали отбельный раствор, состоящий из хлорита натрия в количестве 0,5% (ед. активного хлора) и соляной кислоты - 2,0% от массы абсолютно сухого волокна. Отбелку проводили в течение 2,0 ч, при температуре 70°С и концентрации массы 10%.
По окончании отбелки массу промывали водой на воронке Бюхнера и проводили кислотную обработку массы соляной кислотой при расходе 1,0% в течение 40 мин при комнатной температуре.
Пример 2. Небеленую сульфатную целлюлозу из лиственной древесины массой 40 г абсолютно сухого волокна жесткостью 102 п.ед. отбеливали аналогичным образом, как в примере 1, с расходом хлорита натрия на первой ступени 2,0% (в ед. активного хлора) от массы абсолютно сухого волокна.
Пример 3. Небеленую лиственную сульфатную целлюлозу массой 40 г абсолютно сухого волокна жесткостью 102 п.ед. отбеливали аналогичным образом, как в примере 1, с расходом хлорита натрия на первой ступени 2,5% (в ед. активного хлора), на второй ступени - 0,4% (в ед. активного хлора) от массы абсолютно сухого волокна.
Пример 4. Небеленую лиственную сульфатную целлюлозу массой 40 г абсолютно сухого волокна жесткостью 102 п.ед. отбеливали аналогичным образом, как в примере 1. После первой ступени отбелки хлоритом натрия целлюлозную массу подвергали щелочной отбелке пероксидом водорода при его расходе 1,0%, расходе гидроксида натрия - 0,5%, силиката натрия - 3,0% от массы абсолютно сухого волокна в течение 2,0 ч при температуре 70°С и концентрации массы 10%.
Пример 5. Небеленую лиственную сульфатную целлюлозу массой 40 г абсолютно сухого волокна жесткостью 102 п.ед. отбеливали аналогично примеру 2. После первой ступени отбелки хлоритом натрия целлюлозную массу подвергали щелочной отбелке пероксидом водорода аналогично примеру 4.
Пример 6. Небеленую лиственную сульфатную целлюлозу массой 40 г абсолютно сухого волокна жесткостью 102 п.ед. отбеливали аналогично примеру 3. После первой ступени отбелки хлоритом натрия целлюлозную массу подвергали щелочной отбелке пероксидом водорода аналогично примеру 4.
Результат отбелки и качественные показатели беленой целлюлозы приведены в таблице.
Из данных таблицы видно, что, используя в схемах отбелки делигнификацию гипохлоритом натрия, двухступенчатую отбелку хлоритом натрия с промежуточной щелочной экстракцией путем окислительной щелочной обработки в присутствии пероксида водорода или щелочной отбелки пероксидом вордорода, можно получить беленую сульфатную лиственную целлюлозу с белизной 84-88% и достаточно высокой механической прочностью. При этом наблюдается снижение массовой доли смол и жиров в беленой целлюлозе примерно в три раза, что является важным для целлюлозы из лиственной древесины.
Таким образом, предлагаемый способ отбелки целлюлозы по сравнению с прототипом позволяет:
- повысить экономичность процесса за счет снижения расхода дорогостоящих реагентов на стадии добелки целлюлозы и включения в схему отбелки стадии делигнификации гипохлоритом натрия, который является дешевым отбеливающим реагентом, а также повысить экологичность процесса путем замены газообразного диоксида хлора водным раствором его соли - хлорита натрия;
- получить беленую целлюлозу с более высокой степенью и стабильностью белизны, высокими показателями механической прочности и незначительным содержанием смол и жиров, что решает проблему смоляных затруднений при производстве бумаги из лиственной древесины.
| Таблица | |||||||||
| Пример | Схема отбелки | Расход NaClO2, % (в ед. активного хлора) от массы абсолютного сухого волокна | Показатели беленой целлюлозы | ||||||
| I ступень | II ступень | Выход, % от небеленой | Жесткость, п.ед. | Белизна, % | Потери белизны при термическом старении в течение 6 ч, % | Массовая доля смол и жиров, % | |||
| после отбелки | после термического старения в течение 6 ч | ||||||||
| Небеленая целлюлоза | - | - | 100 | 102 | 46,0 | - | 0,59 | ||
| 1 | 1,5 | 0,5 | 93,4 | 26 | 84,0 | 83,2 | 1,0 | 0,24 | |
| 2 | Г-Хт1-ЩП-Хт2-К | 2,0 | 0,5 | 92,6 | 19 | 86,0 | 85,0 | 1,2 | 0,19 |
| 3 | 2,5 | 0,4 | 91,3 | 17 | 87,0 | 85,8 | 1,4 | 0,17 | |
| 4 | 1,5 | 0,5 | 91,8 | 24 | 85,0 | 84,3 | 0,8 | 0,21 | |
| 5 | Г-Хт1-П-Хт2-К | 2,0 | 0,5 | 90,6 | 18 | 87,0 | 86,0 | 1,1 | 0,17 |
| 6 | 2,5 | 0,4 | 89,7 | 15 | 88,0 | 87,0 | 1,1 | 0,16 |
| Продолжение таблицы | |||||||
| Пример | Схема отбелки | Расход NaClO2, % (в ед. активного хлора) от массы абсолютного сухого волокна | Механические показатели беленой целлюлозы | ||||
| I ступень | II ступень | Разрывная длина, м | Сопротивление | ||||
| продавливанию, кПа | излому, ч.д.п. | раздиранию, мН | |||||
| Небеленая целлюлоза | - | - | 9760 | 480 | 890 | 590 | |
| 1 | Г-Хт1-ЩП-Хт2-К | 1,5 | 0,5 | 8620 | 440 | 560 | 560 |
| 2 | 2,0 | 0,5 | 8560 | 400 | 520 | 530 | |
| 3 | 2,5 | 0,4 | 8410 | 380 | 480 | 510 | |
| 4 | Г-Хт1-П-Хт2-К | 1,5 | 0,5 | 8760 | 420 | 640 | 640 |
| 5 | 2,0 | 0,5 | 8620 | 380 | 610 | 620 | |
| 6 | 2,5 | 0,4 | 8510 | 360 | 550 | 610 |
Способ отбелки лиственной сульфатной целлюлозы путем ее обработки в две ступени соединениями диоксида хлора с проведением между ступенями щелочной экстракции в присутствии пероксида водорода, отличающийся тем, что в качестве соединения диоксида хлора используют водный раствор его соли - хлорита натрия с его общим расходом 2,0-2,9% (в ед. активного хлора) от массы абсолютно сухого волокна, перед отбелкой хлоритом натрия проводят делигнификацию гипохлоритом натрия с его расходом 3% (в ед. активного хлора) от массы абсолютно сухого волокна, а щелочную экстракцию проводят путем окислительной щелочной обработки с расходом пероксида водорода 0,5% от массы абсолютно сухого волокна или щелочной отбелки пероксидом водорода при его расходе 1,0%, расходе гидроксида натрия 0,5%, силиката натрия 3,0% от массы абсолютно сухого волокна.
