Способ получения натронной целлюлозы
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 13.12.78 (21) 2696440/29-12 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.11.80. Бюллетень № 41 (45) Дата опубликования описания 07.11,80 (51) М.К .
Государственный комитет (53) УДК 676,1.022.16 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения
В. В. Домницкий, Ю. Н, Непенин и !О, А. Малков
Ленинградская ордена Ленина лесотехническая академия им. С. М. Кирова (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАТРОННОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Изобретение относится к технологии получения натрон ной целлюлозы, применяемой в целлюлозно-бумажной промышленности, и может быть использовано для получения самых различных целлюлоз для бумажной промышленности и химической переработки.
Известен способ производства патронной целлюлозы, согласно которому обработку измельченного целлюлозосодержащего сы- 1р рья проводят в водных растворах различных гидроокисей при рН от 7 и выше, при повышенных температуре и давлении (1).
Однако получение целлюлоз по известному способу с содержанием остаточного лигнина ниже 100 0 связано со значительными потерями углеводов и снижением прочности целлюлозы, Для устранения этого недостатка производят варку целлюлозы в растворе каустической соды с введением окислителей или восстановителей в варочный щелок, но широкого распространения это не получило вследствие применения дорогостоящих реагентов, например боргидрида натрия, и сложности аппаратурного оформления процесса.
Ближайшим к изобретению является способ получения натронной целлюлозы путем обработки исходного целлюлозосодержащего растительного сырья варочным раствором каустической соды при повышенной температуре, которая сопровождается пропусканием через реакционную массу электрического тока (2).
Электрическое воздействие по этому способу производят при помощи двух встроенных в варочный котел электродов. Плотность тока составляет 0,001 — 0,1 А/смз поверхности катода.
Однако выход целлюлозы в этом способе недостаточно высок и, кроме того, способ требует значительных энергозатрат изза высоких омических потерь в системе, Целью изобретения является увеличение выхода целевого продукта и сокращение энергетических затрат.
Поставленная цель достигается тем, что обработку сырья варочным раствором проводят в присутствии железосинеродистого калия K3 (Fe (GN) 6). Келезосинеродистый калий используют в количестве 0,1 — 50 0 от массы абсолютно сухого сырья.
Введение в варочную систему железосинеродистого калия увеличивает эффективность электрохимического воздействия на варку, так как в этом случае снижается гетерогенность системы и процессы окисления органических веществ древесного комплекса переносятся с поверхности электро777120
СульфатЭлектронатронный (по прототипу) Показатель
Натронный с катализатором ный
Таблица 2 натронный с катализатоэлектронатронный (по прототипу) Показатель натронны и ром
22,8 да непосредственно в реакционную массу.
Действие катализатора-переносчика заключается в повышении устойчивости углеводпого комплекса древесины к реакциям щелочной деструкции при варке целлюлозы, чем обеспечивается улучшение селективности процесса и увеличение выхода целевого продукта на 4 — 5% при одинаковой степени делигнификации растительного сырья.
Электрохимическая обработка варочного 10 щелока в системе циркуляции позволяет эффективно регенерировать активную форму катализатора-переносчика, непосредственно в процессе варки целлюлозы, при значительно меньших расходах электро- 15 энергии на омические потери, так как регенерация железосинеродистого калия в электрохимической ячейке достигает 99% выхода по току.
Технологический режим варки натронной целлюлозы, т. е. конечная температура, график изменения температуры варки во времени, расход активной щелочи по отношению к весу абсолюно сухого растительного
Выход, у, к абсолютно сухой древесине
Степень делигнификации, ед.
Пример 2. Варку щепы из березовой древесины проводят в автоклаве емкостью
1 л, в систему циркуляции щелока которого встроена электрохимическая ячейка, расход активности щелочи на варку составляет
18% к абсолютно сухой древесине в ед.
Na O. Продолжительность подъема температуры до конечной (1?О С) 90 мин. Стоянка на конечной температуре 90 мин, РасВыход, у, к абсолютно сухой древесине
Степень делигнификации, ед. Каппа сырья, концентрация щелочи в растворе, не отличаются от принятых на производстве и описанных в литературе режимов (1).
Предлагаемый способ производства натронной целлюлозы был проверен в лабораторных условиях.
Пример 1. Варку щепы из осиновой древесины проводят в автоклаве объемом
5 л, в системе циркуляции щелока которого встроена электрохимическая ячейка. Расход активной щелочи на варку составляет 20% к абсолютно сухой древесине в ед. ИазО.
Продолжительность подъема температуры до конечной (170 С) 90 мин. Стоянка на конечной температуре 120 мин. Расход электроэнергии на электрохимическую обработку щелока составляет 10 Вт. Концентрация активной щелочи 30 г/л ед. МазО, Расход катализатора-переносчика — железосинеродистого калия — 0,1% к массе абсолютно сухой древесины.
В табл. 1 приведены результаты варки целлюлозы по предлагаемому способу в сравнении с натронным и сульфатным.
Способ получения целлюлозы ход электроэнергии на электрохимическую обработку щелока составляет 15 Вт.
Концентрация активной щелочи 40 г/л ед. Na O.
Расход катализатора-переносчика — 5% к массе абсолютно сухой древесины.
В табл. 2 приведены результаты варки целлюлозы по предлагаемому способу в сравнении с натронным и способом — прототипом из одного вида сырья.
Способ получения целлюлозы
Способ получения целлюлозы
Показатель предлагаемый натронный сульфатный
Разрывная длина, м
Сопротивление излому, число двойных перегибов
Сопротивление продавливанию, кПа
Составитель А. Моносов
Корректор В. Ахрем
Техред И. Заболотиова
Редактор Г. Бельская
Заказ 2702/7 Изд. № 591 Тираж 431 Подписное
НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4(5
Типография, пр. Сапунова, 2
Как видно из приведенных примеров, выход целлюлозы, полученной по предлагаемому способу, в среднем на 3 — 4% выше выхода целлюлозы по способу — прототипу и на 4 — 5% — по натронному способу.
Применение добавок железосинеродистого калия Кз(Ге(СИ)а) к варочному щелоку менее 0,1% к абсолютно сухой древесине ухудшает выход целевого продукта вследствие недостаточной концентрации катализатора-переносчика в зоне реакции, а
Расчеты показывают, что только за счет снижения расхода электроэнергии на оми-. ческие потери, при создании оптимальных условий регенерации катализатора-переносчика в предлагаемом способе обеспечивается снижение себестоимости одной тонны целлюлозы на 2 — 2,5 руб, Кроме того, снижение себестоимости обеспечивается за счет увеличения выхода целлюлозы и снижения расхода сырья.
1. Способ получения натронной целлюлозы путем обработки исходного целлюлозосодержащего растительного сырья варочным раствором каустической соды при повышенной температуре с одновременным увеличение добавок более 5% к абсолютно сухой древесине не приводит к заметному улучшению селективности варочного процесса и в то же время может вызвать за5 труднения в системе регенерации химикатов.
В табл. 3 приведены показатели механической прочности полученных целлюлоз при одинаковой степени делигнификации (20 ед.
10 Каппа) . пропусканием электрического тока через реакционную массу, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода целе15 вого продукта и сокращения энергетических затрат, обработку сырья варочным раствором проводят в присутствии железосинеродистого калия.
2. Способ по и. 1, отличающийся
20 тем, что железосинеродистый калий используют в количестве 0,1 — 5% от массы абсолютно сухого сырья.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
25 1. Непенин Ю. Н. Технология целлюлозы, т. II. М., Гослесбумиздат, 1965, с. 48 — 60.
2. Авторское свидетельство СССР № 418105, кл. D 21С 3/02, 1971 (прототип).
Источник
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Натронный способ
Натронный способ , связанный со значительным расходом щелочи, в настоящее время почти не применяется. Выделение целлюлозы из древесины обработкой в щелочной среде производится исключительно сульфатным способом. [1]
Натронный способ , связанный со значительным расходом щелочи, в настоящее время почти не применяется. Выделение целлюлозы из древесины обработкой в щелочной среде производится исключительно сульфатным методом. [2]
Натронный способ имеет некоторое преимущество перед сульфитным, в более совершенном удалении смол, при переработке хвойных пород, но дает меньшие выхода готовой пеллюг лозы и по стоимости несколько дороже, имея в виду яеобхо — димость применять в качестве добавки дорого стоялую соду. [3]
Натронный способ получения целлюлозы заключается в обработке древесины разбавленным раствором щелочи ( NaOH) под давлением при повышенной температуре. Большая часть лигнина, пентоза-нов, жиров и смол переходит при этом в раствор. Остающаяся целлюлоза, однако, содержит еще значительное количество примесей, которые удаляются при последующих процессах отбелки и облагораживания. При щелочных способах варки часть щелочи расходуется на взаимодействие с лигнином, органическими кислотами и оксикислотами, образующимися при распаде пентозанов и других полисахаридов древесины. Потери щелочи при варке восполняются добавлением соды. [4]
Натронный способ получения целлюлозы заключается в обработке древесины разбавленным раствором щелочи ( NaOH) под давлением при повышенной температуре. Большая часть лигнина, пентоза-нов, жиров и смол переходит при этом в раствор. Остающаяся целлюлоза, однако, содержит еще значительное количество примесей, которые удаляются при последующих процессах отбелки и облагораживания. [5]
Натронный способ переработки древесины заключается в обработке ее 15 — 20 % — ным раствором едкого натра в котлах емкостью 125 — 140 м3 с принудительной циркуляцией и подогревом щелочи. [6]
В настоящее время натронный способ выделения целлюлозы из древесины, связанный с значительным расходом щелочи, почти не применяется. [7]
Так же как в натронном способе , плав растворяется в воде и каустифицируется гашеной известью. При этом получается раствор едкого натра, содержащий до 17 % Na2S, который возвращается в варочное отделение. [8]
Из щелочных методов можно отметить натронный способ , при котором варочный щелок содержит NaOH и потери щелочи возмещаются добавкой соды. [9]
Сульфатный метод получения целлюлозы представляет собой видоизмененный натронный способ . По этому способу при регенерации раствора едкого натра в плавильную печь добавляют рассчитанное количество сульфата натрия для возмещения потерь едкого натра. [10]
Щелочная деструкция особенно значительна при натронном способе варкп древесины и достаточно интенсивна при сульфатной варке, а также в любом процессе, в котором целлюлоза подвергается действию реагентов с высокой концентрацией гидроксильных ионов при повышенных температурах. В этих условиях всегда происходит отщепление элементарного звена от конца макромолекулы, содержащего группу, обладающую восстановительной способностью. Ниже подробно описан механизм этого процесса ступенчатой деполимеризации. Он заключается в образовании D-глюкоизосахариновой кислоты в концевом элементарном звене, сопровождающемся отрывом этого звена. В результате отщепления этого звена следующие элементарные звенья макромолекулы становятся доступными для щелочной деструкции и этот процесс последовательно повторяется. Деполимеризация протекает до тех пор, пока не происходит реакция обрыва для данной макромолекулы, вызывающая необратимую ее стабилизацию. [11]
Метокоильные группы в условиях варки по натронному способу образуют метиловый алкоголь. [12]
Древесная масса, полуцеллюлоза, полученные натронным способом , и большинство полуцеллюлоз на мо-иосульфитной основе с выходом более 65 — 68 % нельзя подвергать делигнифицирующей отбелке, применяемой для целлюлозы. В этих полуфабрикатах содержится большое количество лигнина, для удаления которого требуется повышенный расход химикатов, а это крайне неэкономично. К окислителям относятся гипохлориты, перекиси, перуксусная кислота; к восстановителям — гидросульфит натрия или цинка, боргидрид натрия, бисульфит натрия. [13]
Для получения целлюлозы из материалов с повышенным содержанием примесей часто пользуются натронным способом . Лигнин при этом растворяется с разложением, гемицеллюлозы гид-ролизуются, смолы растворяются в виде натриевых солей смоляных кислот, а жиры омыляются. [14]
Для получения целлюлозы из материалов с повышенным содержанием примесей часто пользуются натронным способом . Он Заключается в обработке древесины 6 8 % раствором NaOH при 150 — 180 С в течение 6 час под давлением 6 — 8 ат. Лигнин при этом растворяется с разложением, гемицеллюлозы гидролизуются, смолы растворяются в виде натриевых солей смоляных кислот, а жиры омыляются. [15]
Источник
Получение и использование целлюлозы в бумажной промышленности
Получение целлюлозы
Промышленным методом целлюлозу получают методом варки щепы на целлюлозных комбинатах. По типу применяемых реагентов различают следующие способы варки целлюлозы:
Кислые:
Сульфитный. Варочный раствор содержит сернистую кислоту и её соль, например, гидросульфит натрия. Этот метод применяется для получения целлюлозы из малосмолистых пород древесины: ели, пихты.
В настоящее время сульфитным способом варки получают 5-6% мирового объема целлюлозы. Выход целлюлозы при сульфитной варке:
- Лиственная – 47-48%
- Хвойная – до 52%
Щелочные:
Натронный. Используется раствор гидроксида натрия. Натронным способом можно получать целлюлозу из лиственных пород древесины и однолетних растений. Преимущество данного метода — отсутствие неприятного запаха соединений серы, недостатки — высокая стоимость получаемой целлюлозы.
Сульфатный. Наиболее распространённый метод на сегодняшний день. В качестве реагента используют раствор, содержащий гидроксид и сульфид натрия, и называемый белым щёлоком. Своё название метод получил от сульфата натрия, из которого на целлюлозных комбинатах получают сульфид для белого щёлока. Метод пригоден для получения целлюлозы из любого вида растительного сырья.
В настоящее время сульфатным способом варки получают 90% мирового объема целлюлозы. Выход целлюлозы при сульфатной варке:
Доминирующее положение сульфатного процесса по сравнению с другими способами варки, помимо высоких прочностных характеристик сульфатной целлюлозы, объясняется следующими преимуществами:
- Более низкие требования к породному составу и качеству древесного сырья; использование лиственной и хвойной древесины, а также, отчасти, древесных отходов;
- Малое время варки;
- Отработанные процессы регенерации тепла и варочного раствора, минимизация отходов, а также производство ценных побочных продуктов.
- Образование характерных дурнопахнующих газовых выбросов;
- Более низкий выход хвойной целлюлозы;
- Тёмный цвет небелёной целлюлозы и трудности её последующей отбелки;
- Высокие первоначальные капитальные затраты на новое производство.
У сульфатной целлюлозы также более высокие бумагообразующие свойства: её волокна более гибки, она обладает лучшими механическими показателями. Бумага из неё более плотная, термостойкая, менее подвержена деформации. В то же время, именно эти свойства затрудняют набухание и размол сульфатного волокна при переработке.
Использование целлюлозы в бумажной промышленности
Целлюлоза сульфатная хвойная небелёная предназначена для производства высокопрочных тарных и упаковочных видов бумаги и картона: мешочная бумага, электротехническая бумага (кабельная бумага, электроизоляционная бумага и пр.), картоны технического назначения.
Целлюлоза сульфатная хвойная белёная предназначена для производства пергамина, жиропрочного пергамента, упаковочной бумаги; производства санитарно-гигиенической продукции (подгузники и т.д.).
Сульфатная целлюлоза беленая хвойная+лиственная предназначена для произсодства бумаги для печати (офсетной, писчей), ватманов, акварельной бумаги, обойной бумаги.
Полуцеллюлоза сульфатная лиственная небелёная (нейтральная) предназначена для производства бумаги для гофрирования, упаковочного картона.
Источник
