SU787519A1

SU787519A1 - Method of producing pulp

Info

Publication number: SU787519A1
Application number: SU782650472A
Authority: SU
Inventors: Ольга Петровна Гугнина; Лазарь Ошерович Иоффе; Маргарита Ивановна Буйницкая; Елена Дмитриевна Сапожникова; Ирина Васильевна Березина; Клавдий Александрович Хайдуков; Борис Николаевич Таборов; Николай Петрович Бессонов; Нина Ивановна Крохотина
Original assignee: Всесоюзное Научно-Производственное Объдинение Целлюлозно-Бумажной Промышленности
Priority date: 1978-07-31
Filing date: 1978-07-31
Publication date: 1980-12-15

Description

Изобретение относитс к производст ву полуфабрикатов, предназначенных дл получени различр1ых видов бумаги и картона, и найдет применение в целлюлозно-бумажной промышленности. Известен способ, заключающийс в том, что делигнификацию растительного сырь ведут кислородсодержащим газом в среде щелрчных соединений аммони ступенчато: после первой ступени кислородно-щелочной обработки провод т обработку кислородсодержащими окислител ми в щелочной среде при рН 8-13. В качестве кислородсодержащих окислителей используют газообразный кислород или перекись водорода ij. Известен также способ делигнификаций растительного сырь кислородсодер жащим газом в щелочной среде, в котором обработку сырь ведут при повышенной температуре в течение О,2-5 ч до образовани максимгшьного количества перекисных соединений в варочном щелоке,после чего температуру снижают на 10-50 С и продолжают обработку в течение 0,1-4 ч 2. Данные способы не позвол ют получать целлюлозный полуфабрикат с белизной выше 60%, при этом при его от белке дл достижени белизны выше 80% i необходимо примен ть хлорсодержащие реагенты и в св зи с этим невозможно создать замкнутую систему водопользовани . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату вл етс способ получени целлюлозы, заключающийс в двухступенчатой щелочной обработке исходного цел.гаолозосодержащего сырь при повьааенных температуре и давлении и последукйцей обработке полученного волокнистого полуфабриката озоном в одну или несколько ступеней или последовательно озоном и перекисью водорода З. Перед обработкой озоном целлюлозу обрабатывают 1%-ным раствором уксусной кислоты, содержащим 2% диметилсульфоксида . После ступени обработки озоном провод т щелочную экстракцию. Полученна целлюлоза имеет высокие показатели качества. Однако, выход целлюлозы по указанному способу невысокий(44-49%), а сам процесс сложный. Цель изобретени т- повышение выхода целлюлозы и упрощение процесса. Эта цель достигаетс тем, чтс щелочную обработку провод т раствором , содержащим соединени аммони , при этом обе ступени щелочной обработ ки осуществл ют в присутствии кислородсодержащего газа. Предложенны.й способ осуществл етс следувощим образом. Измельченное растительное сырье подвергают варке с кислородсодержащим газом в щелочной среде, содержащей гидроокись аммони при повышенной тем пературе 80-160С и давлении до 1,03 ,0 мПа. Процесс варки можно осуществл ть аппаратуре периодического и непрерыв кого действи при посто нном или периодическом вводе щелочного реагента дл поддержани оптимального рН, например 8,5-9,0. Особенно эффективным вл етс непр рывный способ варки в аппаратуре с пульсационным перемешиванием взаимодействующих фаз. Первую ступень варки целлюлозы мож но осуществл ть с добавлением катали заторов, например соединений марганц или ингибиторов деструкции, соединений магнил. Варку рекомендуетс прово дить в первой ступени при повышенной температуре ISO-IGO C, а во второй ступени снизить температуру до 80140°С и процесс вести до достижени оптимального количества перекисных соединений в варочном щелоке, повысив при этом рН варочного щелока до 8-13 предпочтительно до 9,1-9,5. Полученный волокнистый полуфабрикат отдел ют от отработанного щелока затем его промывают водой или отработанным раствором, полученным на по следунлцих ступен х обработок. Послед НИИ вариант вл етс предпочтительньл так как позвол ет создать технологический процесс с замкнутой системой водопользовани . Отделенный от вароч ного щелока полуфабрикат подвергают обработке озоном в одну или несколько ступеней или последовательно озоном , и перекисью водорода. Расход озона от 0,5 доЗ,0% к мавс абсолютно сухого .волокна, продолжительность 0,2-2 ч. Концентраци маесы 20-50%, обработку провод т без до полнительного нагрева. Возможно также проведение обработки озоном в газовой фазе, т.е. при концентрации 20-50%. Обработку перекисью водорода осуществл ют в щелочной среде в одну ил две ступени с промежуточной промывко Последовательность и число ступеней обработки волокнистого полуфабриката озоном и перекисью водорода может быть изменена в зависимости от требу мого качества целлюлозы. Присутствие соединений аммони по ле кислородно-щелочной обработки в присутствии аммиака оказывает, повидимому , ингибирующее действие на деструкцию целлюлозы на последующих ступен х отработки озоном и перекисью водорода, способствует повышению выхода и улучшению качества целлюлозы и позвол ет исключить применение силиката натри на стадии обработки перекисью водорода. Способ апробирован в лабораторных услови х. Пример 1. Осиновую щепу производственной рубки после пропитки водным раствором аммиака под давлением кислорода 1,5 МПа при 100 С в течение 0,5 ч подвергают варке в пульсационном автоклаве При жидкостном модуле 10:1, первую ступень провод т при 150С в течение 2-х ч, за- тем в течение 15 мин снижают темпе- ратуру до и ведут вторую ступень при этой температуре в, течение 4-х ч. На прот жении всей варки поддерживают рН 8,8-9,1 добавлением 10% раствора ЫНдОН. Продолжительность заварки от 100 до 150С - 40 мин, интенсивность пульсации 3500 мм/мин, максимальное давление - 2,0 мПа (20 кгс/см) и проток газа /v-1 л/мин. Полуфабрикат отбирают периодически в ходе варки, использу поток газа . Выход волокнистого полуфабриката после 2-х ступеней обработки составл ет 57,6%, содержание лигнина - 3,85%, белизна - 25%. Показатели механической прочности: разрывна длина - 8000 м, сопротивление излому - 650 ч.дв.п., сопротивление продавливанию - 400 кПа, сопротивление раздиранию - 0,52 Н, в зкость - 12 мПас (в медно-аммиачном растворе при концентрации 0,7%). 100 г массы в расчете на абсолютно сухой полуфабрикат помещают в реактор озонатора. Концентраци массы - 2%. Озонирование провод т озоном, получаемым из воздуха, при комнатной температуре и концентрации 16,8 мг/л. Расход озона к массе абсолютно сухого полуфабриката - 2,3%, продолжительность 2 ч. После озонировани целлюлозу промывают водой при комнатной температуре. Выход целлюлозы составл ет 55,3%, содержание лигнина - 1,6%,белизна - 44%, в зкость - 11,4 мПас. Показатели механической прочности после озонировани значительно повышаютс : разрывна длина - 8600 м, сопротивление.излому - 1244 ч.дв.п., сопротивление раздиранию - 0,54 Н. Пример 2. 1и11 ступени обработки провод т аналогично как в примере 1. 100 г абсолютно сухого волокнистого полуфабриката с концентрацией массы 2% помещают в реактор озонатора . . Концентраци озона в озоно-воздушной смеси 23,4-36,2 мг/л, производительность озонатора 260 л/ч.The invention relates to the manufacture of semi-finished products for the production of various types of paper and cardboard, and will find application in the pulp and paper industry. The known method is that the delignification of plant materials is carried out with oxygen-containing gas in ammonium alkaline compounds in steps: after the first stage of oxygen-alkali treatment, the treatment with oxygen-containing oxidants is carried out in an alkaline medium at pH 8-13. Gaseous oxygen or hydrogen peroxide ij is used as oxygen-containing oxidizing agents. There is also known a method for delignification of plant materials with an oxygen-containing gas in an alkaline environment, in which the processing of the raw material is carried out at an elevated temperature for about 2-5 hours until a maximum amount of peroxide compounds is formed in the cooking liquor, after which the temperature is reduced by 10-50 ° C and the temperature is reduced processing for 0.1-4 hours 2. These methods do not allow to obtain a cellulosic semi-finished product with a whiteness above 60%, while at the same time it needs protein to achieve a whiteness above 80% i you must use chlorine-containing reagents and therefore It is impossible to create a closed system of water use. The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method for producing cellulose, consisting in a two-stage alkaline treatment of the original cello-containing raw material with increased temperature and pressure and subsequent processing of the obtained fibrous semi-finished product with ozone in one or several stages or successively with ozone and hydrogen peroxide. Before treatment with ozone, the cellulose is treated with a 1% solution of acetic acid containing 2% dimethyl sulfoxide. After the ozone treatment stage, alkaline extraction is carried out. The resulting pulp has high quality. However, the yield of pulp by this method is low (44-49%), and the process itself is complex. The purpose of the invention is to increase the yield of pulp and simplify the process. This goal is achieved in that the alkaline treatment is carried out with a solution containing ammonium compounds, with both stages of the alkali treatment being carried out in the presence of an oxygen-containing gas. The proposed method is carried out in a sensitive manner. The crushed vegetable raw materials are cooked with an oxygen-containing gas in an alkaline medium containing ammonium hydroxide at an elevated temperature of 80-160 ° C and pressure up to 1.03, 0 MPa. The cooking process can be carried out with a batch and continuous apparatus with constant or periodic addition of an alkaline reagent to maintain an optimum pH, e.g. 8.5-9.0. Especially effective is the continuous cooking method in the apparatus with pulsation mixing of the interacting phases. The first step of pulping can be carried out with the addition of catalysts, for example, manganese compounds or degradation inhibitors, and magnesium compounds. Cooking is recommended in the first stage at elevated temperatures of ISO-IGO C, and in the second stage the temperature is reduced to 80140 ° C and the process is carried out until the optimum amount of peroxide compounds in the cooking liquor is reached, raising the pH of the cooking liquor to 8-13, preferably to 9.1-9.5. The obtained fibrous semi-finished product is separated from the spent liquor, then it is washed with water or with the spent solution obtained in the following treatment steps. The last research institute is the preferred option as it allows you to create a process with a closed water system. The semi-finished product separated from the cooking liquor is subjected to ozone treatment in one or several stages or sequentially with ozone and hydrogen peroxide. Ozone consumption from 0.5 to 50%, 0% to the mavs of absolutely dry fiber, duration 0.2-2 hours. The concentration of oil is 20-50%, the treatment is carried out without additional heating. It is also possible to carry out the treatment with ozone in the gas phase, i.e. at a concentration of 20-50%. Hydrogen peroxide treatment is carried out in an alkaline medium in one or two stages with intermediate washing. The sequence and number of processing stages of the fibrous semi-finished product with ozone and hydrogen peroxide can be changed depending on the required quality of pulp. The presence of ammonium compounds after oxygen-alkali treatment in the presence of ammonia apparently has an inhibitory effect on the destruction of cellulose in subsequent stages of ozone and hydrogen peroxide, contributes to higher yields and improved quality of cellulose and eliminates the use of sodium silicate at the hydrogen peroxide treatment stage . The method was tested in laboratory conditions. Example 1. Aspen wood chips of the production cutting after impregnation with an aqueous solution of ammonia under an oxygen pressure of 1.5 MPa at 100 ° C for 0.5 h are subjected to cooking in a pulsating autoclave. With a liquid modulus of 10: 1, the first step is carried out at 150 ° C for 2- x h, then within 15 minutes, the temperature is reduced to and the second stage is maintained at this temperature for 4 hours. During the entire cooking, the pH is maintained at 8.8-9.1 by adding a 10% solution of NdOH. The duration of welding from 100 to 150 ° C is 40 minutes, the ripple intensity is 3500 mm / min, the maximum pressure is 2.0 MPa (20 kgf / cm) and the gas flow / v-1 l / min. The semifinished product is taken periodically during cooking using a gas stream. The output of the fibrous semi-finished product after 2 processing steps is 57.6%, the lignin content is 3.85%, and the whiteness is 25%. Indicators of mechanical strength: discontinuous length - 8000 m, fracture resistance - 650 p. Dv.p., bursting resistance - 400 kPa, tearing resistance - 0.52 N, viscosity - 12 mPas (in a copper-ammonia solution at a concentration of 0, 7%). 100 g of mass per absolutely dry semi-finished product is placed in an ozonizer reactor. Mass concentration 2%. Ozonation is carried out with ozone obtained from air at room temperature and a concentration of 16.8 mg / l. Ozone consumption to the weight of absolutely dry semi-finished product - 2.3%, duration 2 hours. After ozonation, the pulp is washed with water at room temperature. The pulp yield is 55.3%, the lignin content is 1.6%, the whiteness is 44%, and the viscosity is 11.4 mPas. Indicators of mechanical strength after ozonation are significantly increased: discontinuous length — 8600 m, resistance. 1246 part d.v. resistance, tear resistance — 0.54 N. Example 2. The processing steps 1 and 11 are carried out in the same way as in example 1. 100 g absolutely dry fibrous semi-finished product with a mass concentration of 2% is placed in an ozonizer reactor. . The ozone concentration in the ozone-air mixture is 23.4-36.2 mg / l, the productivity of the ozonizer is 260 l / h.

Расход озона составил к массе абсолютно сухого полуфабриката 1,9%, продолжител| ность обработки - 2 ч при комнатной температуре.Ozone consumption amounted to a mass of absolutely dry semi-finished product of 1.9%, the duration | The processing time is 2 hours at room temperature.

После озонировани целлюлозу промывают водой и провод т обработку перекисью водорода при ее )асходе 1,5% к массе абсолютно сухого волокна, рН - 10,5-11, температуре 90°С и продолжительности 2 ч. Содержание лигнина после обработок озоном и перекисью 1,62 и 0,35% соответственно, а белизны 41 и 62%. В зкость полуфабриката в процессе обработок озоном уменьшаетс незначительно с 12 до 10,8 мПас.After ozonation, the cellulose is washed with water and is treated with hydrogen peroxide at its flow rate of 1.5% by weight of absolutely dry fiber, pH 10.5–11, temperature 90 ° C and duration 2 hours. Lignin content after treatments with ozone and peroxide 1 , 62 and 0.35%, respectively, and whiteness 41 and 62%. The viscosity of the semifinished product during the ozone treatment process decreases slightly from 12 to 10.8 mPas.

Показатели механической прочности составили- 8450 м, сопротивление излому - 1200 ч.ДБ.п., сопротивление раздиранию - 0,52 Н.Indicators of mechanical strength amounted to 8450 m, fracture resistance - 1200 p. DBp., Tearing resistance - 0.52 N.

ПримерЗ. I и II ступени обработки провод т аналогично как в примере 1.Example The first and second stages of processing are carried out similarly as in example 1.

100 г абсолютно сухого волокнистого полуфабриката подвергают обработке озоном в жидкой фазе. Концентраци массы в реакторе - 2,0%. Концентраци озона в озоно-воздушной смеси - 12 мг/л начальна температура обработки , конечна - . Обработку целлюлозы озоном провод т в 2 ступени . Продолжительность 1 ступени озонировани - 1,5 ч, II ступени - 0,5 ч Между I и II ступен ми озонировани провод т.промывку целлюлозы в начале обработанным раствором от второй ступени озонировани , а затем водой.100 g of absolutely dry fibrous semi-finished product is treated with ozone in the liquid phase. The mass concentration in the reactor is 2.0%. The ozone concentration in the ozone-air mixture is 12 mg / l, the initial treatment temperature, final -. The treatment of pulp with ozone is carried out in 2 steps. Duration of the 1 stage of ozonization - 1.5 hours, II stage - 0.5 hours. Between the I and II stages of ozonation, the wire, such as washing the pulp at the beginning with the treated solution from the second stage of ozonation, and then water.

Расход озона на 1 ступени - 1,8%, на II ступени - 0,57%. Обработка целлюлозного полуфабриката озоном в 2 стпени по сравнению с одноступенчатой при одном и том же расходе озона позвол ет получить целлюлозу белизной 55-60%, вместо 41-44% при одноступенчатой обработке.Ozone consumption at 1 stage - 1.8%, at stage II - 0.57%. The treatment of the cellulosic semi-finished product with ozone in 2 stages compared to a single stage with the same ozone consumption allows to obtain a cellulose with a whiteness of 55-60%, instead of 41-44% with a single-stage treatment.

Последующую обработку целлюлозы провод т перекисью водорода с расходом 1,5% к массе абсолютно сухого волокна при , продолжительности 3 ч рН среды 10,5. При обработке перекисью водорода в одну ступень белизна целлюлозы составл ет 77-80%, а при двухступенчатой обработке перекисью водорода - 84-85%.The subsequent processing of cellulose is carried out with hydrogen peroxide at a rate of 1.5% by weight of absolutely dry fiber with a duration of 3 hours and a pH of 10.5. When processing in one step hydrogen peroxide, the whiteness of cellulose is 77-80%, and in two-step treatment with hydrogen peroxide - 84-85%.

Показатели механической прочности после обработки волокнистого полуфабриката озоном повышаютс : так, если до обработки озоном разрывна длина составл ла 8000 м, сопротивление изло му - 770 ч.дв.п.., сопротивление продавливанию - 420 , раздиранию - 0,54 Н. После обработки озоном и перекисью водорода белена целлюлоза имела разрывную длину 8300 м, сопротивление излому - 1220 ч.дв.п., сопротивле ние раздиранию - 0,52 Н, сопротивление продавливанию - 400 кПа.Indicators of mechanical strength after treatment of the fiber semi-finished product with ozone are increased: so, if before the treatment with ozone, the breaking length was 8000 m, the resistance to kink was 770 parts of dr .., the resistance to bursting was 420, the tearing was 0.54 N. Ozone and hydrogen peroxide henbane cellulose had a breaking length of 8300 m, fracture resistance — 1220 ppm, tearing resistance — 0.52 N, and pushing resistance — 400 kPa.

Пример 4. 1и11 ступени обработки провод т аналогично как,в примере 1.Example 4. The 1 and 11 processing steps are carried out in the same way as in example 1.

100 г абсолютно сухого волокнистог полуфабриката подвергают обработке озном в газовой фазе при концентрации массы 36,5% и расходе озона 2,0% к массе абсолютно сухого волокна в течение 30 мин при комнатной температуре . Полученный после обработки озоном волокнистый полуфабрикат имеет белизну 54%, в зкость - 11 мПас. Показатели механической прочности полуфабриката остаютс практически без изменений .100 g of absolutely dry fibrous semi-finished product is subjected to ozone treatment in the gas phase at a mass concentration of 36.5% and ozone consumption of 2.0% by weight of absolutely dry fiber for 30 minutes at room temperature. The semi-finished fibrous semi-finished product obtained after treatment with ozone has a whiteness of 54%, and a viscosity of 11 mPas. The mechanical strength of the semi-finished product remains almost unchanged.

Пример 5. Березовую щепу производственной рубки подвергают первой ступени варки в пульсационном автоклаве при жидкостном модуле 10:1, а по массообмену 7,5:1 в растворе аммиака , как описано в примере 1, но при 140°С и в течение 3 ч. Затем жидкость отдел ют от полупроваренной щепы и провод т вторую ступень варки при той же температуре, но при постепенном введении кОН дл поддержани рН 8,59 , в течение 5 ч при периодическом отборе образующейс целлюлозы с помощью газа. В результате двухступенчатой варки получают полуфабрикат с выходом 57,7%, содержащий около 6% лигнина и 23% белизны. Третью ступень делигнификации провод т озоном при его расходе 2,4% от веса абсолютно сухого полуфабриката в течение 2 ч при комнатной температуре. Выход целлюлозы составл ет 54,9%, содержание лигнина - 1,3%, белизны - 52%.Example 5. Birch chips of the production house are subjected to the first stage of cooking in a pulsating autoclave with a liquid module of 10: 1, and 7.5: 1 in mass transfer in an ammonia solution, as described in Example 1, but at 140 ° C and for 3 hours. The liquid is then separated from the semi-steamed chips and the second cooking stage is carried out at the same temperature, but with the gradual introduction of KOH to maintain a pH of 8.59, for 5 hours with periodic selection of the formed cellulose using gas. As a result of two-stage cooking, a semi-finished product is obtained with a yield of 57.7%, containing about 6% lignin and 23% whiteness. The third stage of delignification is carried out with ozone at its consumption of 2.4% by weight of the absolutely dry semi-finished product for 2 hours at room temperature. The pulp yield is 54.9%, the lignin content is 1.3%, and the whiteness is 52%.

.Отработанные растворы после всех 3-х ступеней делигнификации могут быть использованы в качестве сырь дл выращивани дрожжей и производства удобрений.. The processed solutions after all 3 levels of delignification can be used as a raw material for growing yeast and producing fertilizer.

Данные, приведенные в примерах показывают , что получаема целлюлоза имеет высокие показатели качества, а выход на 7-t0% вь ле, чем при известном способе. При этом сам способ значительно упрс цаетс и не требует введени добавок ингибиторов деструкции и жидкого стекла. Отсутствие токсичны реагентов и силикатов позвол ет создать замкнутую систему водопользовани при применении минимальных количеств свежей воды.The data given in the examples show that the resulting cellulose has high quality indicators, and the yield is 7-t0% higher than with the known method. At the same time, the method itself is considerably prevented and does not require the introduction of additions of degradation inhibitors and liquid glass. The absence of toxic reagents and silicates allows you to create a closed system of water use with the use of minimal amounts of fresh water.

Claims

Invention Formula

The method of producing cellulose by two-step alkaline treatment of the initial cellulose-containing raw material at elevated temperature and pressure and subsequent processing of the obtained fibrous semi-finished product with ozone in one or several steps or successively with ozone and hydrogen peroxide, characterized in that, in order to increase the yield of cellulose and simplify the process, alkaline ob-: treatment is carried out with a solution containing compounds of 1mmonium, while both stages of alkaline treatment are carried out in the presence of oxygen-containing about gas.

Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate 429156, cl. .D 21 C 3/02, 1972.

2. Authors certificate of the USSR 587190, cl. About 21 3/02, 1973.

3.Rothenberg S., Robinson, ON, Dohnsonbaugh, O.K., Bleaching of oxygen pu) ps with ozone, NAPPJ, 1975, 58, No. 8, 182-185.