способ отбелки частиц высококонсистентной целлюлозы (варианты), реактор для отбелки частиц высококонсистентной целлюлозы и система для отбелки целлюлозы озоном

Формула изобретения

1. Способ отбелки частиц высококонсистентной целлюлозы газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, для увеличения степени белизны целлюлозы от первой степени GE до второй, более высокой степени белизны GE, отличающийся тем, что частицы высококонсистентной целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь, содержащую озон, вводят на первую ступень, частицы целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь смешивают на первой ступени с большими сдвиговыми усилиями для смешивания и контакта частиц целлюлозы с газообразной отбеливающей смесью для реакции части частиц целлюлозы с газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, на первой ступени, частицы целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь с непрореагировавшим озоном направляют с первой ступени на вторую ступень для удержания, частицы целлюлозы вступают в реакцию с непрореагировавшим озоном на второй, удерживающей ступени для дополнительного потребления озона из газообразной отбеливающей смеси, для получения отбеленной целлюлозы, имеющей вторую степень белизны GE, при этом, по существу, весь доступный озон из газообразной отбеливающей смеси десорбируется.

2. Способ отбелки частиц высококонсистентной целлюлозы газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, для увеличения белизны целлюлозы от первой степени GE до второй, более высокой степени белизны GE, отличающийся тем, что частицы высококонсистентной целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь, содержащую озон, вводят на первую ступень, частицы целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь смешивают на первой ступени для контакта, по существу, всех частиц целлюлозы с газообразной отбеливающей смесью для реакции по меньшей мере части частиц целлюлозы с газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, на первой ступени для потребления по меньшей мере примерно 50 - 90% озона, частицы целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь с непрореагировавшим озоном направляют с первой ступени на вторую ступень с, по существу, неподвижным слоем, на которой частицы целлюлозы, контактирующие с озоном, завершают реакцию с ним и частицы целлюлозы вступают в реакцию с непрореагировавшим озоном на второй ступени для потребления, по существу, всего оставшегося озона в смеси и десорбции озона из газообразной отбеливающей смеси и получают, по существу, равномерно отбеленную целлюлозу, имеющую вторую степень белизны GE.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что он дополнительно включает измельчение частиц целлюлозы до размера, достаточного для достижения, по существу, полного проникания газообразной отбеливающей смеси, содержащей озон, в большинство частиц целлюлозы.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что на первой ступени используют по меньшей мере примерно 60 - 75% от всего имеющегося озона, а на второй ступени - 20 - 40% озона.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что частицы целлюлозы имеют консистентность примерно 35-50% и их смешивают с газообразной отбеливающей смесью в течение примерно 40 - 180 с. перед прохождением на вторую ступень.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что частицы целлюлозы вступают в реакцию с непрореагировавшим озоном на второй ступени в течение примерно 5 - 30 мин для, по существу, полной отбелки частиц целлюлозы.

7. Способ отбелки частиц высококонсистентной древесной целлюлозы газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, для повышения белизны целлюлозы от первой степени белизны GE до второй, более высокой ступени GE, отличающийся тем, что вводят частицы целлюлозы, имеющей первую ступень белизны GE и консистентность, по меньшей мере 35 - 50% и газообразную отбеливающую смесь, содержащую озон, вместе в первую емкость реактора, частицы целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь, содержащую озон, смешивают с большими сдвиговыми усилиями в первой емкости в течение по меньшей мере примерно 40 с для контакта, по существу, всех частиц целлюлозы с озоном, частицы целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь, содержащую озон, удерживают в первой емкости в течение достаточного времени при смешивании с большими сдвиговыми усилиями для реакции части частиц целлюлозы с озоном для потребления по меньшей мере примерно 50 - 90% озона из газообразной отбеливающей смеси, частицы целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь направляют из первой емкости во вторую емкость реактора для образования, по существу, неподвижного слоя целлюлозы во второй емкости реактора, через слой целлюлозы направляют газообразную отбеливающую смесь, содержащую озон, для реакции частиц целлюлозы с непрореагировавшим озоном, принятым из первой емкости, для десорбции, по существу, всего озона из газообразной отбеливающей смеси посредством реакции с частицами целлюлозы в слое целлюлозы для получения целлюлозы, имеющей вторую степень белизны GE, извлекают газообразную отбеливающую смесь с десорбированным озоном из второй емкости реактора, гасят реакцию отбелки посредством добавления воды в целлюлозу во второй емкости реактора и удаляют целлюлозу со второй ступенью белизны GE из второй емкости реактора.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что количество озона, потребляемого в первой емкости реактора, составляет по меньшей мере примерно 60 - 75% от общего количества имеющегося озона, а количество потребляемого озона во второй емкости реактора составляет по меньшей мере примерно 20 - 40% от общего количества имеющегося озона.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя непрерывную передачу частиц целлюлозы в первой емкости реактора от входа до выхода во время осуществления смешения с высокими сдвигающими усилиями.

10. Реактор для отбелки частиц высококонсистентной целлюлозы газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, для отбелки целлюлозы от первой степени белизны GE до второй, более высокой степени белизны GE, отличающийся тем, что реактор содержит первую ступень реактора, имеющую емкость для смешения в качестве средства для смешения с высокими сдвиговыми усилиями и средство контактирования для осуществления контакта частиц целлюлозы, имеющих консистентность более 20%, с газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, для полного смешения и контактирования частиц целлюлозы с газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, за счет переворачивания частиц целлюлозы при перемещении частиц целлюлозы в реакторе так, что, по существу, все частицы целлюлозы должны подниматься, разбрасываться и перемешиваться в присутствии газообразной отбеливающей смеси для реакции по меньшей мере части частиц целлюлозы с озоном в первой ступени реактора, вторую ступень реактора, имеющую удерживающую емкость для приема частиц целлюлозы и газообразной отбеливающей смеси, содержащей озон, из средства для смешения и контактирования с высокими сдвигающими усилиями и для удержания частиц целлюлозы в слое целлюлозы для дополнительного реагирования частиц целлюлозы с непрореагировавшим озоном, принятым из первой ступени реактора в течение времени, достаточном для завершения реакции частиц целлюлозы с озоном, средство для смешения низкоконсистентной целлюлозы с веществами для подкисления и образования хелатных соединений, устройство для загущения для удаления влаги из низкоконсистентной целлюлозы для получения высококонсистентной целлюлозы с консистентностью свыше 20%, измельчающее устройство высококонсистентной целлюлозы до заданного размера частиц целлюлозы и объемного веса и наклонный шнековый конвейер для направления высококонсистентной целлюлозы в измельчающее устройство.

11. Реактор из п.10, отличающийся тем, что средство для смешения с высокими сдвигающими усилиями и средство контактирования имеет емкость с входом для приема частиц целлюлозы и средство для подачи частиц целлюлозы на выходе из емкости для смешения и контактирования для удаления частиц целлюлозы и озона после реакции по меньшей мере части частиц целлюлозы с озоном, а емкость для удержания имеет впускное отверстие, сообщающееся с выпускным отверстием емкости для смешения и контактирования.

12. Реактор по п.11, отличающийся тем, что средство для смешения с высокими сдвигающими усилиями и средство контактирования содержит корпус, определяющий вход и выход, сообщающиеся с внутренней камерой, содержащей два параллельных вращающихся вала с смонтированными на них шнековыми скребками, входящими в зацепление, для перемещения частиц целлюлозы от входа к выходу.

13. Реактор по п.11, отличающийся тем, что емкость для смешения содержит корпус, определяющий вход и имеющий внутреннюю камеру, содержащую вращающийся вал с множеством отдельных, радиально выступающих жестких элементов и множество взаимодействующих жестких элементов, выступающих внутрь от корпуса в сторону вращающегося вала.

14. Реактор по п.11, отличающийся тем, что емкость для смешения и контактирования содержит корпус, определяющий вход и имеющий внутреннюю камеру, содержащую вращающийся вал с непрерывным шнековым скребком, причем шнековый скребок имеет множество частей, вырезанных из скребка для образования в нем отверстий, причем вырезанные части изогнуты под определенным углом относительно вала.

15. Реактор по п.11, отличающийся тем, что дополнительно содержит измельчающее устройство, установленное на корпусе, для измельчения частиц целлюлозы и направления частиц целлюлозы во впускное отверстие емкости для смешения и контактирования.

16. Реактор по п.11, отличающийся тем, что вторая ступень реактора имеет средство для протягивания газообразной отбеливающей смеси через слой целлюлозы для десорбции, по существу, всего озона из газообразной отбеливающей смеси при реакции с целлюлозой, и средство для отделения уловленных частиц целлюлозы от газообразной отбеливающей смеси после десорбции.

17. Реактор по п.11, отличающийся тем, что первая ступень реактора включает в себя корпус, определяющий вход и выход, и средство для передачи частиц целлюлозы от входа к выходу одновременно со смешением с высокими сдвигающими усилиями и контактированием частиц целлюлозы с газообразной отбеливающей смесью.

18. Реактор по п.17, отличающийся тем, что первая ступень имеет заданную длину между входом и выходом, а средство для передачи имеет средство для вращения его со скоростью, достаточной для того, чтобы примерно между 50 - 90% озона в газообразной отбеливающей смеси расходовалось в реакции с частицами целлюлозы внутри первой ступени реактора.

19. Реактор по п.18, отличающийся тем, что вторая ступень реактора имеет вертикальную, обычно цилиндрическую емкость, имеющую верхнюю часть и нижнюю часть, причем верхняя часть соединена с выходом корпуса первой ступени реактора для приема частиц целлюлозы и газообразной отбеливающей смеси.

20. Реактор по п. 19, отличающийся тем, что в качестве первой ступени реактора используют паровой смеситель, экструдер, шнековый дефибратор или шнековый конвейер с нарезанными и отбортованными скребками.

21. Реактор по п.19, отличающийся тем, что корпус первой ступени реактора дополнительно образует по меньшей мере одну внутреннюю камеру, сообщающуюся входом и выходом, средство для передачи содержит по меньшей мере один вращающийся центральный вал, проходящий по длине внутренней камеры, и выступающие средства, установленные на валу для подъема, отбрасывания и перемешивания частиц целлюлозы во время их перемещения от входа к выходу.

22. Реактор по п.21, отличающийся тем, что выступающее средство выполнено в виде непрерывного скребкового шнека, окружающего вал и имеющего множество частей, которые вырезаны из скребка для образования в нем отверстий, причем вырезанные части согнуты под определенным углом относительно вала.

23. Система для отбелки целлюлозы озоном, отличающаяся тем, что в комбинации содержатся средства для смешения низкоконсистентной целлюлозы с веществами для подкисления и образования хелатных соединений, загущающие средства для обезвоживания низкоконсистентной целлюлозы и получения высококонсистентной целлюлозы с консистентностью свыше 20%, насос для передачи низкоконсистентной целлюлозы в загущающие средства, средство для измельчения высококонсистентной целлюлозы до заданного размера частиц, средство для ввода газообразной отбеливающей смеси, содержащей озон, в средство для измельчения с целлюлозой, первое реакторное средство для перемешивания с большими сдвигающими усилиями и контактирования частиц высококонсистентной целлюлозы с озонсодержащей отбеливающей смесью для смешения и контакта частиц целлюлозы с озоном для взаимодействия части частиц целлюлозы с озоном, при этом первое реакторное средство содержит корпус с входом и выходом и средство для передачи частиц целлюлозы от входа к выходу при смешивании и контакте частиц целлюлозы с газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, причем первое реакторное средство имеет один вращаемый вал, проходящий по длине корпуса, и выступающие средства, установленные на вращаемом валу для подъема, отбрасывания и перемешивания частиц целлюлозы во время из движения от входа к выходу, имеет средства для вращения вала со скоростью, достаточной, чтобы примерно 50 - 90% озона в газообразной отбеливающей смеси использовалось в реакции с частицами целлюлозы внутри корпуса, и второе реакторное средство для приема частиц целлюлозы и газообразной отбеливающей смеси для удержания частиц целлюлозы в слое целлюлозы для реагирования с неконтактируемым и непрореагировавшим озоном в газообразной отбеливающей смеси, содержащее цилиндрический корпус с верхней частью и днищем, причем верхняя часть расположена смежно с корпусом первого реакторного средства и образует вход, сообщающийся непосредственно с выходом первого реакторного средства для приема смешанной целлюлозы и газообразной отбеливающей смеси, причем второе реакторное средство имеет средство для протягивания газообразной отбеливающей смеси через слой целлюлозы для десорбции, по существу, всего оставшегося озона из смеси и средство для отделения уловленных частиц целлюлозы от газообразной отбеливающей смеси.

24. Система по п.23, отличающаяся тем, что выступающим средством является непрерывный скребковой шнек, окружающий вал и имеющий множество частей, которые вырезаны из скребка для образования отверстий, причем вырезанная часть согнута под заданным углом относительно вала.

25. Система по п.23, отличающаяся тем, что первым реакторным средством является паровой смеситель, экструдер, шнековый дефибратор или шнековый конвейер с нарезанными и отбортованными скребками.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается способа отбелки целлюлозы газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, реактора для отбелки частиц высококонсистентной целлюлозы и системы для отбелки целлюлозы озоном. В частности, настоящее изобретение включает в себя первую ступень, во время которой высококонсистентную целлюлозу и газообразную отбеливающую смесь, содержащую озон, подвергают смешению с большими сдвиговыми усилиями, при этом происходит реакция отбелки, а на второй ступени смешанную высококонсистентную целлюлозу удерживают в слое для дальнейшей реакции и десорбции озона из газообразной отбеливающей смеси.

Раньше для отбелки высококонсистентной целлюлозы пытались применять озон для исключения использования хлора в качестве отбеливающего вещества для целлюлозы или других лигноцеллюлозных материалов. Возможно покажется, что озон является идеальным материалом для отбелки лигноцеллюлозных материалов, однако, исключительные свойства озона и относительно высокая стоимость ограничивали создание удовлетворительных способов отбелки лигноцеллюлозных материалов вообще и особенно древесины южных пород дерева.

Озон легко реагирует с лигнином, эффективно снижая содержание лигнина в целлюлозе. Однако, при многих условиях он будет также агрессивно атаковать углевод, который содержат целлюлозные волокна древесины, в результате чего будет значительно снижаться прочность целлюлозы. Кроме того, озон очень чувствителен к рабочим условиям, например, к значению pH, что касается его окислительной устойчивости и химической стойкости. Изменения в этих технологических условиях могут значительно изменить реакционную способность озона относительно лигноцеллюлозных материалов.

С того момента, когда была признана способность озона к делигнификации целлюлозы, началась значительная и непрерывная работа по созданию пригодного для промышленных целей способа, применяющего озон в отбелке лигноцеллюлозных материалов. Кроме того, были опубликованы статьи и патенты в этой области и также были доклады, в которых сообщалось о попытках проводить отбелку целлюлозы озоном на экспериментальной основе. Например, в патенте США N 2466633 (Брабендер и др. ) описан способ отбелки, в котором озон пропускают через волокнистую массу, имеющую содержание влаги (отрегулировано до концентрации в абсолютно сухой целлюлозе) между 25 и 55%, а pH регулируют до значения 4-7.

В патенте США N 3814664 (Карлсмит) раскрыто устройство для газообразной реакции, включающее в себя расположенную по периферии камеру для приема газа, который может применяться для отбелки целлюлозы. Отбеливаемую целлюлозу подают по уплотняющему наклонному конвейеру с пробкой для образования газового затвора. Затем пробка разрушается шнековым дезинтегратором, и в этой точке озон из герметичной емкости для газа смешивается с целлюлозой. Целлюлоза делается ворсистой, и волокна удавливаются газом, который затем направляется в слой волокнистой массы в герметичный сосуд для реакции целлюлозы и озона. Газ-носитель удаляют через кольцеобразную разгрузочную камеру, а целлюлозу выдерживают по крайней мере в течение двадцати минут для завершения реакции отбелки. Разбавляющую жидкость подают в нижнюю часть бака с целлюлозой и после завершения реакции целлюлозу разгружают из бака.

В двух других патентах Карлсмита раскрыты сосуды для содержания газообразных реакционных слоев. В патенте США N 3785577 описано, что волокнистую массу сначала подают в сосуд по уплотняющему шнеку и затем по питающему шнеку в устройство для разбивания спрессованной волокнистой массы и направления ее поперек сечения сосуда. Реактивный газ подают в сосуд по отдельному трубопроводу. Прореагированную волокнистую массу удаляют со дна сосуда шнековым механизмом, который заставляет волокнистую массу двигаться через заслонку для повторного уплотнения прореагированной волокнистой массы. Патент США N 3964962 представляет собой усовершенствование патентов США NN 3814664 и 3785577. На сосуде для приема выпущенного газа предусмотрена зона для выпуска газа. Также предусмотрены система для направления, по крайней мере, части выпущенного газа назад в верхнюю часть сосуда для пополнения подаваемого нового реактивного газа.

Другие способы отбелки целлюлозы озоном описаны Ротенбергом C., Робинсоном Д. и Д. Джонсонбаухом в "Отбелке оксицеллюлозы озоном", Tappi 182 -185 (1975) - Z, ZEZ, ZP и ZP (Pa - надуксусная кислота); и Н. Сателэндом "Отбелка целлюлозы кислородом и озоном" Pulp and Paper Magazine of Canada T153-58 (1974) - OZ EP, OP и ZP. Также в патенте США N 4196043 (Singh) раскрыт многоступенчатый способ отбелки, применяющий озон и перекись для исключения использования соединений хлора, и включающий в себя рециркуляцию сточных вод.

В общем известны различные устройства для отбелки, применяющие центральный вал с прикрепленными к нему лопастями (см. например, патенты США N 1591070, Вулф. N 1642978 и 1643566, Торн, 2431478, Хилл и 4298426 Торрегросса и др.). Также патенты США NN 3630928 Лиеберготт и др. N 3725193, де Монтигню и др. раскрывают устройство для применения с целлюлозой, имеющей консистентность свыше 15%, причем, это устройство включает в себя вращающийся вал, имеющий радиально разнесенные разбивные лопасти для измельчения целлюлозы. В патенте США N 4093506 (Рихтер) раскрыты способ и устройство для непрерывного распределения и смешения высококонсистентной целлюлозы с обрабатывающей жидкостью, например, хлором или двуокисью хлора. Устройство состоит из концентрично расположенного корпуса, имеющего цилиндрическую часть, обычно сходящуюся на конус открытую часть, проходящую наружу от одного конца цилиндрической части, и закрытую стенку, проходящую внутрь от другого конца цилиндрической части. Роторный вал, установленный внутри корпуса, включает в себя втулку, к которой прикреплено множество лопастей. Каждая лопасть соединена с передающей лопаткой или крылом. Вращение вала позволяет обрабатывающей жидкости распределяться и смешиваться с целлюлозой по возможности равномерно.

В патенте США N 4278496 (Фрицволд) раскрыт вертикальный озонизатор для обработки высококонсистентной (35-50%) целлюлозы. Газ кислород/озон и целлюлоза (при pH = 5) передаются в верхнюю часть реактора для распределения по всему поперечному сечению. Таким образом, газ входит в тесный контакт с частицами целлюлозы. Смесь целлюлозы и газа распределяется слоями на опорных средствах в ряде последовательно расположенных камер. Опорное средство имеет отверстия или щели такой формы, что целлюлозы образует мостики из массы поперек, при этом газ проходит через весь реактор в контакте с целлюлозой.

Перемещение целлюлозы через реактор происходит за счет повторного, но контролируемого разбивания опорными средствами во время вращения измельчающих средств, которые прикреплены к центральному валу и вращаются вместе с ним. Это позволяет целлюлозе проходить через отверстия в смежно расположенные камеры. В патенте США N 4123317 Фрицволд и др. более конкретно раскрыли реактор, описанный в их патенте N 4278496. Этот реактор также применяют для обработки целлюлозы смесью газа кислорода и озона.

В каждом из патентов США NN 4468286 и 4426256 (Джонсон) раскрыты способ и устройство для непрерывной обработки бумажной целлюлозы озоном. Целлюлозу и озон направляют по различным путям отдельно или вместе.

В патенте США N 4363697 описаны определенные шнековые и скребковые конвейеры, которые усовершенствовали, включив в них лопасти, нарезанные и отогнутые шнековые скребки или их комбинации, для применения в отбелке кислородом целлюлозы низкой консистентности.

В патенте Франции N 1441787 и в Европейской заявке N 0276608 раскрыты способы отбелки целлюлозы озоном. В Европейской заявке N 0308314 раскрыт реактор для отбелки целлюлозы озоном, применяющий скребковый шнековый конвейер закрытого типа, в который накачивают газ озон через центральный вал для его распределения через реактор. Целлюлоза имеет консистентность 20-50%, а концентрация озона в обрабатывающем газе составляет между 4 и 10%, таким образом, достигается 2-8% использование озона на сухие волокна целлюлозы.

В общем, в известных технических решениях не раскрыт успешный реактор или способ для отбелки озоном целлюлозы, который обеспечивал бы получение по существу равномерно отбеленной целлюлозы в промышленности. В медленно перемещаемых слоях удерживающего типа, например, в описанных устройствах Карлсмита часть целлюлозы изолируется от газообразной отбеливающей смеси по отношению к другой целлюлозы из-за различий в высоте слоя и объемном весе в различных местах внутри слоя. Это вызывает неравномерное прохождение отбеливающей газообразной смеси через слой волокон, что, в свою очередь, приводит к неравномерному контакту между озоном и целлюлозой и к неравномерной отбелке. Также смешение целлюлозы от низкой до средней консистентности нежелательно из-за необходимости очень большого количества озона для достижения одинакового уровня отбелки, поскольку озон диффундирует через воду.

Настоящее изобретение касается нового устройства и способа для отбелки газообразной отбеливающей смесью, которые устраняют проблемы известных способов и устройств для получения высококачественной, равномерно отбеленной высококонсистентной целлюлозы.

Техническим результатом изобретения является получение равномерно отбеленной высококонсистентной целлюлозы. В этой связи одним из отличий настоящего изобретения является смещение с большими сдвиговыми усилиями высококонсистентной целлюлозы в присутствии газообразной отбеливающей смеси, содержащей озон, для обеспечения примерно одинакового и равномерного доступа озона ко всем частицам высококонсистентной целлюлозы.

Термин "отбелка" в данном изобретении предназначен для обозначения реакции высококонсистентной целлюлозы с отбеливающей газообразной смесью для достижения увеличения белизны, удаления лигнина и достижения числа KN без вредного влияния на вязкость целлюлозы.

Наиболее близким решением является способ отбелки частиц высококонсистентной целлюлозы газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, для увеличения степени белизны целлюлозы от первой степени GE до второй, более высокой степени белизны GE, описанный в патенте EP N 0308314.

Известен реактор для отбелки частиц высококонсистентной целлюлозы газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, описанный в патенте EP N 0030158.

Техническим результатом данного изобретения является получение равномерно отбеленной целлюлозы.

В этой связи существенным является смешение с большими сдвиговыми усилиями целлюлозы в присутствии газообразной отбеливающей смеси, содержащей озон, для обеспечения примерно одинакового и равномерного доступа озона ко всем частицам целлюлозы.

Термин "отбелка" в этой заявке предназначен для обозначения реакции целлюлозы с отбеливающим агентом для достижения увеличения белизны, удаления лигнина и достижения числа KNo без вредного влияния на вязкость целлюлозы.

Технический результат достигается в настоящем изобретении следующим.

Способ отбелки частиц высококонсистентной целлюлозы газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, для увеличения степени белизны целлюлозы от первой степени GE до второй, более высокой степени белизны GE.

При этом частицы высококонсистентной целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь, содержащую озон, вводят на первую ступень, частицы целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь смешивают на первой ступени с большими сдвиговыми усилиями для смешения и контакта частиц целлюлозы с газообразной отбеливающей смесью для реакции части частиц целлюлозы с газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, на первой ступени. Частицы целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь с непрореагировавшим озоном направляют с первой ступени на вторую ступень для удержания, и частицы целлюлозы вступают в реакцию с непрореагировавшим озоном на второй, удерживающей ступени для дополнительного потребления озона из газообразной отбеливающей смеси, для получения отбеленной целлюлозы, имеющей вторую ступень белизны GE, при этом по существу, весь доступный озон из газообразной отбеливающей смеси десорбируется.

Второй вариант способа отбелки частиц высококонсистентной целлюлозы газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, для увеличения белизны целлюлозы от первой степени GE до второй, более высокой степени белизны GE, причем частицы высококонсистентной целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь, содержащую озон, вводят на первую ступень. Частицы целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь смешивают на первой ступени для контакта по существу, всех частиц целлюлозы с газообразной отбеливающей смесью для реакции, по меньшей мере, части частиц целлюлозы с газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, на первой ступени для потребления, по меньшей мере, примерно 50-90% озона. Частицы целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь с непрореагировавшим озоном направляют с первой ступени на вторую ступень с, по существу, неподвижным слоем, на которой частицы целлюлозы, контактирующие с озоном, завершают реакцию с ним. Частицы целлюлозы вступают в реакцию с непрореагировавшим озоном на второй ступени для потребления, по существу, всего оставшегося озона в смеси и десорбции озона из газообразной отбеливающей смеси и получают, по существу, равномерно отбеленную целлюлозу, имеющую вторую степень белизны GE. Способ дополнительно включает измельчение частиц целлюлозы до размера, достаточного для достижения, по существу, полного проникания газообразной отбеливающей смеси, содержащей озон, в большинство частиц целлюлозы.

На первой ступени используют, по меньшей мере, примерно 60-75% от всего имеющегося озона, а на второй ступени 20-40% озона.

Частицы целлюлозы имеют консистентность примерно 35-50%, и их смешивают с газообразной отбеливающей смесью в течение примерно 40-180 сек, перед прохождением на вторую ступень.

Частицы целлюлозы вступают в реакцию с непрореагировавшим озоном на второй ступени в течение примерно 5-30 мин для, по существу, полной отбелки частиц целлюлозы.

Способ отбелки частиц высококонсистентной древесной целлюлозы газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, для повышения белизны целлюлозы от первой степени GE до второй, более высокой степени GE, вводят частицы целлюлозы, имеющую первую степень белизны GE и консистентность, по меньшей мере, 35-50% и газообразную отбеливающую смесь, содержащую озон, вместе в первую емкость реактора. Частицы целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь, содержащую озон, смешивают с большими сдвиговыми усилиями в первой емкости в течение по меньшей мере примерно 40 сек, для контакта, по существу, всех частиц целлюлозы с озоном. Частицы целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь, содержащую озон, удерживают в первой емкости в течение достаточного времени при смешивании с большими сдвиговыми усилиями для реакции части частиц целлюлозы с озоном, для потребления по меньшей мере примерно 50-90% озона из газообразной отбеливающей смеси. Частицы целлюлозы и газообразную отбеливающую смесь направляют из первой емкости во вторую емкость реактора для образования, по существу, неподвижного слоя целлюлозы во второй емкости реактора. Через слой целлюлозы направляют газообразную отбеливающую смесь, содержащую озон, для реакции частиц целлюлозы с непрореагировавшим озоном, принятым из первой емкости для десорбции, по существу, всего озона из газообразной отбеливающей смеси посредством реакции с частицами целлюлозы в слое целлюлозы для получения целлюлозы, имеющей вторую степень белизны GE. Извлекают газообразную отбеливающую смесь с десорбированным озоном из второй емкости реактора. Гасят реакцию отбелки посредством добавления воды в целлюлозу во второй емкости реактора и удаляют целлюлозу со второй степенью белизны GE из второй емкости реактора.

Количество озона, потребляемого в первой емкости реактора, составляет, по меньшей мере, примерно 60-75% от общего количества имеющегося озона. Количество потребляемого озона во второй емкости реактора составляет по меньшей мере примерно 20-40% от общего количества имеющегося озона.

Способ дополнительно включает в себя непрерывную передачу частиц целлюлозы в первой емкости реактора от входа до выхода во время осуществления смешения с высокими сдвиговыми усилиями.

Реактор для отбелки частиц высококонсистентной целлюлозы газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон для отбелки целлюлозы от первой степени белизны GE до второй более высокой степени белизны содержит первую ступень реактора, имеющую емкость для смешения в качестве средства для смешения с высокими сдвиговыми усилиями и средство контактирования для осуществления контакта частиц целлюлозы, имеющих консистентность более 20%, с газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, для полного и однородного смешения и контактирования частиц целлюлозы с газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, за счет переворачивания частиц целлюлозы при перемешивании частиц целлюлозы через, по существу, всю первую ступень реактора так, что по существу, все частицы целлюлозы должны подниматься, разбрасываться и перемешиваться в присутствии газообразной отбеливающей смеси для реакции по меньшей мере части частиц целлюлозы с озоном в первой ступени реактора. Реактор имеет вторую ступень, имеющую удерживающую емкость для приема частиц целлюлозы и газообразной отбеливающей смеси, содержащей озон, из средства для смешения и контактирования с высокими сдвигающими усилиями и для удержания частиц целлюлозы в слое целлюлозы, для дополнительного реагирования частиц целлюлозы с непрореагировавшим озоном, принятым из первой ступени реактора в течение времени, достаточного для завершения реакции частиц целлюлозы с озоном. Реактор имеет также средство для смешения низкоконсистентной целлюлозы с веществами для подкисления и образования хелатных соединений, устройство для загущения для удаления влаги из низкоконсистентной целлюлозы для получения высококонсистентной целлюлозы с консистентностью свыше 20%, измельчающее устройство высококонсистентной целлюлозы до заданного размера частиц целлюлозы и объемного веса, наклонный шнековый конвейер для направления высококонстистентной целлюлозы в измельчающее устройство.

Средство для смешения с высокими сдвигающими усилиями и средство контактирования имеет емкость с входом для приема частиц целлюлозы и средство для подачи частиц целлюлозы на выход из емкости для смешения и контактирования для удаления частиц целлюлозы и озона после реакции по меньшей мере части частиц целлюлозы с озоном, а емкость для удержания имеет впускное отверстие, сообщающееся с выпускным отверстием емкости для смешения и контактирования.

Средство для смешения с высокими сдвигающими усилиями и средство контактирования содержит корпус, определяющий вход и выход, сообщающиеся с внутренней камерой, содержащей два параллельных вращающихся вала с монтированными на них шнековыми скребками, входящими в зацепление для перемещения частиц целлюлозы от входа к выходу.

Емкость для смешения содержит корпус, определяющий вход и имеющий внутреннюю камеру, содержащую вращающийся вал с множеством отдельных, радиально выступающих жестких элементов и множество взаимодействующих жестких элементов, выступающих внутрь от корпуса в сторону вращающегося вала.

Емкость для смещения и контактирования содержит корпус, определяющий вход и имеющий внутреннюю камеру, содержащую вращающийся вал с непрерывным шнековым скребком, причем шнековый скребок имеет множество частиц, вырезанных из скребка для образования в нем отверстий и при этом вырезанные части скребка изогнуты под определенным углом относительно вала.

Реактор дополнительно содержит измельчающее устройство, установленное на корпусе, для измельчения частиц целлюлозы и направления частиц целлюлозы во впускное отверстие емкости для смешения и контактирования.

Вторая ступень реактора имеет средство для протягивания газообразной отбеливающей смеси через слой целлюлозы для десорбции, по существу, всего озона из газообразной отбеливающей смеси при реакции с целлюлозой и средство для отделения уловленных частиц целлюлозы от газообразной отбеливающей смеси после десорбции.

Правая ступень реактора, включает в себя корпус, определяющий вход и выход, средство для передачи частиц целлюлозы от входа к выходу одновременно со смещением с высокими сдвигающими усилиями и контактированием частиц целлюлозы с газообразной отбеливающей смесью.

Первая ступень имеет заданную длину между входом и выходом, а средство для передачи имеет средство для вращения его со скоростью, достаточной для того, чтобы примерно между 50-90% озона в газообразной отбеливающей смеси расходовалось в реакции с частицами целлюлозы внутри первой ступени реактора.

Вторая ступень реактора имеет вертикальную, обычно цилиндрическую емкость, имеющую верхнюю часть и нижнюю часть, причем верхняя часть соединена с выходом корпуса первой ступени реактора для приема частиц целлюлозы и газообразной отбеливающей смеси.

В качестве первой ступени реактора используют паровой смеситель, экструдер, шнековый дефибратор или шнековый конвейер с нарезанными и отбортованными скребками.

Корпус первой ступени реактора дополнительно образует по меньшей мере одну внутреннюю камеру, сообщающуюся со входом и выходом, а средство для передачи содержит по меньшей мере один вращающийся центральный вал, проходящий по длине внутренней камеры, и выступающие средства, установленные на валу для подъема, отбрасывания и перемешивания частиц целлюлозы во время их перемешивания от входа к выходу.

Выступающее средство выполнено в виде непрерывного скребкового шнека, окружающего вал и имеющий множество частей, которые вырезаны из скребка для образования в них отверстий, причем вырезанные части согнуты под определенным углом относительно вала.

Система для отбелки целлюлозы озоном, в которой в комбинации содержатся средства для смешения низкоконсистентной целлюлозы с веществами для подкисления и образования хелатных соединений, загущающие средства для обезвоживания низкоконсистентной целлюлозы и получения высококонсистентной целлюлозы с консистентностью свыше 20%, насос для передачи низкоконсистентной целлюлозы в загущающее средство, средство для измельчения высококонсистентной целлюлозы до заданного размера частиц, средство для ввода газообразной отбеливающей смеси, содержащей озон, в средство для измельчения и в целлюлозу, первое реакторное средство для перемешивания с большими сдвигающими усилиями и контактирование частиц высококонсистентной целлюлозы с озонсодержащей отбеливающей смесью для смешения и контакта частиц целлюлозы с озоном для взаимодействия части частиц целлюлозы с озоном, при этом первое реакторное средство содержит корпус со входом и выходом и средство для передачи частиц целлюлозы от входа к выходу при смешивании и контакте частиц целлюлозы с газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, причем первое реакторное средство имеет один вращаемый вал, проходящий по длине корпуса, и выступающие средства, установленные на вращаемом валу для подъема, отбрасывания и перемешивания частиц целлюлозы во время их движения от входа к выходу, имеет средства для вращения вала со скоростью, достаточной, чтобы примерно 50-90% озона в газообразной отбеливающей смеси использовалось в реакции с частицами целлюлозы внутри корпуса, и второе реакторное средство для приема частиц целлюлозы и газообразной отбеливающей смеси для удержания частиц целлюлозы в слое целлюлозы для реагирования с неконтактируемым и непрореагировавшим озоном в газообразной отбеливающей смеси, содержащее цилиндрический корпус с верхней частью и днищем, причем верхняя часть расположена смежно с корпусом первого реакторного средства и образует вход, сообщающийся непосредственно с выходом первого реакторного средства для приема смешанной целлюлозы и газообразной отбеливающей смеси, причем второе реакторное средство имеет средство для протягивания газообразной отбеливающей смеси через слой целлюлозы для десорбции, по существу, всего оставшегося озона из смеси, и средство для отделения уловленных частиц целлюлозы от газообразной отбеливающей смеси.

Выступающим средством является непрерывный скребковый шнек, окружающий вал и имеющий множество частей, которые вырезаны из скребка для образования отверстий, причем вырезанная часть согнута под заданным углом относительно вала.

Первым реакторным средством является паровой смеситель, экструдер, шнековый дефибратор или шнековый конвейер с нарезанными и отбортованными скребками.

На фиг. 1 показана технологическая схема, поясняющая общее расположение элементов; на фиг. 2 - схематический вид конкретного исполнения настоящего изобретения; на фиг. 3 - вид сбоку в разрезе парового смесителя, который можно применять в качестве реактора первой ступени в соответствии с изобретением; на фиг. 4 - вид сверху, частично в разрезе шнекового дефибратора Troropulper^TM который можно применять в качестве реактора первой ступени в соответствии с изобретением; на фиг. 5 и 6 - вид в разрезе слоя целлюлозы в удерживающей емкости, представленной на фиг. 2, на уровнях A и B соответственно, показывающий точки взятия пробы для сравнивания равномерности белизны, как в примере 2; на фиг. 7 и 8 - показывают значения степени белизны, измеренной прибором Дженерал Электрик, в точках, указанных на фиг. 5 и 6 для двухступенчатого реактора в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 9 и 10 - показывают значения степени белизны, GE в точках, указанных на фиг. 5 и 6 для обычного реактора со слоем; на фиг. 11 и 12 - вид в разрезе слоя целлюлозы и удерживающей емкости, представленной на фиг. 2, на уровнях A и B соответственно, показывающей точки взятия пробы слоя целлюлозы для сравнения равномерности белизны, как в примере 3; на фиг. 13 и 14 - показывают величины степени белизны, GE в точках, указанных на фиг. 11 и 12, для двухступенчатого реактора в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 15 и 16 - показывают степень белизны GE в точках, указанных на фиг. 11 и 12 для обычного реактора со слоем; на фиг. 17 - вид сбоку в разрезе экструдера, который можно применять в качестве первой ступени реактора согласно изобретению; и на фиг. 18 - частичный вид в разрезе альтернативной конфигурации зоны выпуска газа для второй ступени реактора в соответствии с настоящим изобретением.

Способ отбелки частиц высококонсистентной целлюлозы, реактор для отбелки частиц высококонсистентной целлюлозы и система для осуществления.

Фиг. 1 показывает способ и реактор в соответствии с изобретением в общих терминах. Целлюлозу 10 направляют через множество стадий предварительной обработки в реакторе. Во время предварительной обработки промытая низкоконсистентная целлюлоза сначала входит в средство для смешения 11, где ее доводят до кондиционного состояния посредством обработки кислотой 12 и веществом 13, образующим хелатные соединения. Подкисленная и хелатированная целлюлоза 14 предпочтительно имеет требуемое значение pH примерно 2 для повышения эффективности использования озона целлюлозой. Целлюлозой 14 является низкоконсистентная целлюлоза на этой ступени, и ее накачивают в устройство 15 для загущения, например, в двухвалковый пресс. Устройство 15 для загущения удаляет лишнюю жидкость 16 из низкоконсистентной целлюлозы и повышает консистентность до заданного уровня, свыше 20%. Предпочтительная консистентность обычно находится между 38 и 48%. Значительная часть избыточной жидкости 16 может рециркулировать в средство для смешения 11, хотя часть (показана пунктирной линией) может выпускаться для поддержания баланса жидкости в системе.

Высококонсистентную целлюлозу 17 направляют в измельчающее устройство 18, например, в устройство для мелкого измельчения по наклонному шнековому конвейеру 19 с пробкой для образования известным способом газового затвора. В соответствии с настоящим изобретением конструкция измельчающего устройства и наклонного шнекового конвейера подобна описанию в патенте США N 3964962 за исключением, что измельченная целлюлоза падает в реактор первой ступени, как описано здесь, а не в обычный реактор со слоем. Измельчение в измельчающем устройстве 18 образует дискретные частицы целлюлозы достаточного размера и с достаточным объемным весом, чтобы газообразная отбеливающая смесь, содержащая озон, могла полностью проникать в большую часть частиц высококонсистентной целлюлозы в реакторе первой ступени. Было обнаружено, что наиболее предпочтительным является размер частиц целлюлозы меньше примерно 5 мм. Однако, достаточный размер частиц целлюлозы зависит также от объемного веса, и обычно, если объемный вес достаточно низкий, то подходящим размером частиц будет 10 мм или меньше.

Газообразную отбеливающую смесь 20, содержащую озон, сначала добавляют в высококонсистентную целлюлозу 17 или сразу под измельчающее устройство 18. Затем высококонсистентная целлюлоза 17 и газообразная отбеливающая смесь 20 проходят параллельно в реактор первой ступени 21.

Газ озон, который используют в процессе отбелки, можно применять в виде смеси озона с кислородом и/или инертного газа, либо в виде смеси озона с воздухом. Количество озона, которое можно удовлетворительно включать в газообразную отбеливающую смесь, ограничено стабильностью озона в смеси. Предпочтительной смесью является смесь из примерно 3-6% озона, остальное главным образом кислород. Это количество определяют по крайней мере частично по содержанию лигнина, который необходимо удалять во время процесса отбелки озоном, уравновешенное в зависимости от относительной степени делигнификации высококонсистентной целлюлозы, которая может допускаться во время отбелки озоном. Предпочтительно применяют такое количество озона, которое будет вступать в реакцию с примерно 50-70% лигнина, присутствующего в высококонсистентной целлюлозе.

Первая ступень 21 содержит емкость для смещения с большими сдвигающими усилиями и контактирования, в которой происходит смещение с высокими сдвиговыми усилиями высококонсистентной целлюлозы 17 и озон-содержащей газообразной отбеливающей смеси. Смещение с высокими сдвиговыми усилиями включает в себя поворачивание целлюлозы с завихрением, когда она перемещается через средство для смещения или реактор, таким образом, по существу, вся высококонсистентная целлюлоза поднимается в одной или другой точке, разбрасывается и перемешивается в присутствии газообразной отбеливающей смеси, содержащей озон.

Однако, необязательно флюидизировать частицы высококонсистентной целлюлозы в газообразной отбеливающей смеси, поскольку было обнаружено, что такое смешение с высокими сдвиговыми усилиями является достаточным для получения равномерно отбеленной высококонсистентной целлюлозы.

Реакция между озоном и лигнином во время отбелки является контактной реакцией. Реакция на любой отдельной частице высококонсистентной целлюлозы начинается почти сразу, когда соприкасается лигнин и озон, причем она сравнительно быстро завершается. Однако имеется незначительная задержка от того момента, когда сама частица высококонсистентной целлюлозы подвергается действию озон-содержащей газообразной отбеливающей смеси до того момента, когда лигнин действительно контактирует с лигнином. Задержка возникает вследствие того факта, что лигнин находится главным образом внутри частицы высококонсистентной целлюлозы и требуется время, чтобы озон мог пройти через наружные волокна высококонсистентной целлюлозы и воду, удерживаемую волокнами высококонсистентной целлюлозы в лигнин. По этим причинам важно полное и равномерное смешение высококонсистентной целлюлозы с озоном в реакторе первой ступени для достижения равномерной белизны отбеленной высококонсистентной целлюлозы.

Устройства, пригодные для применения в качестве емкости для смешения с высокими сдвиговыми усилиями и контактирования, включают в себя паровой смеситель, экструдер, шнековый дефибратор, например, устройство "Frotopulper^TM" и шнековый конвейер с нарезанными и изогнутыми скребками.

Конкретная конструкция в соответствии с настоящим изобретением схематически показана на фиг. 2. Доведенную до кондиционного состояния высококонсистентную целлюлозу и параллельный поток газообразной отбеливающей смеси, содержащей озон (показано вместе в позиции 32) вводят на первую ступень 21 реактора, который в конкретном исполнении содержит шнековый конвейер с нарезанными и изогнутыми скребками, как показано. Измельчающее устройство 18, применяемое в предварительной обработке можно установить на входном конце шнекового конвейера с нарезанными и изогнутыми скребками, например, посредством закрепления болтами прямо на фланце 35.

Шнековый конвейер также служит в качестве емкости реактора первой ступени, где частицы 36 волокон высококонсистентной целлюлозы смешивают и равномерно контактируют с газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон для контакта, по существу, всех частиц высококонсистентной целлюлозы с озоном. Для этой конструкции единственный вращающийся вал установлен в корпусе с непрерывным шнековым скребком на валу, имеющем множество частей. В скребке вырезаны участки для образования в нем отверстий, а нарезанные участки согнули под определенным углом относительно вала.

Типичная конструкция шнекового конвейера с нарезанными и согнутыми скребками показана в позиции 40A или 40B (на фиг. 2). Целлюлозу удалили в верхней секции шнека для того, чтобы ясно показать конструкцию нарезанного и отбортованного скребка. Открытые части 42 скребка позволяют свободно проходить через них газообразной отбеливающей смеси, тогда как изогнутые части 46 обеспечивают распределение газа в радиальном направлении и соответствующий подъем с высокими сдвиговыми усилиями, поднимание, отбрасывание и/или перемешивание высококонсистентной целлюлозы в газе для получения требуемого равномерного контакта озона на высококонсистентной целлюлозе. Также скребки шнекового конвейера заставляют газообразную отбеливающую смесь течь и окружать частицы волокон высококонсистентной целлюлозы так, чтобы все поверхности частиц подвергались действию озона для, по существу, полного проникновения озона в них. Это позволяет частицам волокон высококонсистентной целлюлозы практически равномерно контактировать и отбеливаться озоном на первой ступени.

В предпочтительной конструкции, показанной на фиг. 2, шнековый конвейер реактора включает в себя два отдельные скребка 40A и 40B. Высококонсистентная целлюлоза движется в направлении стрелки 47 до тех пор, пока она не достигнет конца верхней секции 40A, с которой она проходит по каналу в форме желоба 48 на нижнюю секцию 40B. Нижняя секция 40B перемещает высококонсистентную целлюлозу в направлении стрелки 49 в сторону второй ступени 22. Валы скребков 40A и 40B приводятся во вращение отдельными двигателями 46A и 46B соответственно. Либо можно применять один двигатель с валами, соединенными вместе. В конце нижнего скребка 40B высококонсистентная целлюлоза падает через выпускное отверстие 50 на вторую ступень реактора, обозначенную в позиции 22.

Степень отбелки, которую осуществляют на первой ступени, можно регулировать путем изменения таких параметров как, например, концентрация озона, время нахождения целлюлозы на первой ступени и количество высококонсистентной целлюлозы на первой ступени. Обычно степень отбелки измеряют по проценту имеющегося озона, который расходуется на первой ступени. Этот процент будет находиться в пределах примерно 50-90%, обычно по крайней мере, около 60%, а чаще около 70% озона, расходуемого реактором на первой ступени.

Время нахождения частиц высококонсистентной целлюлозы на первой ступени зависит главным образом от размера и типа применяемого шнекового конвейера для этой ступени. Для описанного оборудования время нахождения целлюлозы на первой ступени обычно составляет от примерно 40-180 с, предпочтительно между примерно 80-120 с.

Все количество удаляемого лигнина, как это видно по конечному значению KNo, должно быть таким, чтобы озон не реагировал чрезмерно с высококонсистентной целлюлозой для снижения, по существу, степени полимеризации ее. Предпочтительно количество озона, добавленного на основе сухой массы высококонсистентной целлюлозы обычно составляет примерно 0,2%-2% для достижения требуемых уровней содержания лигнина. Если в системе присутствует значительное количество растворенных твердых частиц, то возможно потребуется более высокое количество озона. Поскольку озон относительно дорогостоящий, то целесообразно и эффективно с экономической точки зрения применять наименьшее количество, необходимое для достижения требуемой отбелки и для потребления по возможности больше озона.

С первой ступени 21 реактора высококонсистентная целлюлоза и газообразная отбеливающая смесь, содержащая озон, проходят на вторую ступень 22 реактора, как показано на фиг. 2. Вторая ступень 22 реактора содержит удерживающую емкость 52, которая принимает высококонсистентную целлюлозу 56, контактирующую с озоном, и непрореагировавший озон, оставляющий первую ступень. Высококонсистентная целлюлоза 56 падает в удерживающую емкость 52, образуя, по существу, неподвижный слой 60 целлюлозы.

Термин "удерживающий" означает неподвижный или очень медленно перемещаемый аксиально, таким образом материал в удерживающей емкости содержится с очень небольшим движением. Таким образом в этой удерживающей емкости 52 не происходит смешения или другого значительного перемешивания с высокими сдвигающими усилиями в сравнении со смешением на первой ступени 21. Такое перемешивание не требуется на второй ступени, поскольку высококонсистентная целлюлоза и озон, по существу, равномерно смешаны, и они контактируют.

Озон, оставляющий первую ступень 21, проходит через неподвижный слой 60 для достижения максимального времени контакта с высококонсистентной целлюлозой для десорбции столько остаточного озона (т.е. озона, не контактирующего с частицами высококонсистентной целлюлозы на первой ступени), сколько это возможно посредством обеспечения дополнительных возможностей для реакции с частицами высококонсистентной целлюлозы. Для обеспечения равномерной отбелки высококонсистентную целлюлозу можно удерживать в неподвижном слое 60 только в течение минимального времени. Это минимальное время должно быть достаточно продолжительным, чтобы позволить любым частицам высококонсистентной целлюлозы контактировать с озоном на первой, но не полностью реагировать для завершения их реакции. Время нахождения увеличивается для обеспечения десорбции оставшегося озона. Затем десорбированный газ озон 24 удаляют со второй ступени 22 реактора.

Благодаря смешению с высокими сдвигающими усилиями и начальной реакции на первой ступени 21 достигается равномерная белизна к концу второй ступени 22. Последующая реакция, дозавершение которой происходит на второй ступени, обеспечивает экономичный способ за счет полного использования имеющегося озона.

Время нахождения на второй ступени можно регулировать путем регулирования высоты верхней части 62 неподвижного слоя 60 над уровнем 64 воды и скорости удаления отбеленной высококонсистентной целлюлозы 30. Время нахождения в неподвижном слое 60 в течение свыше, чем примерно 17 мин, обычно не потребуется для целей отбелки высококонсистентной целлюлозы или десорбции. Более продолжительное время нахождения можно применять не для целей реакции, например, когда удерживающую емкость используют в качестве накопителя высококонсистентной целлюлозы. Время нахождения между примерно 5 и 30 мин, а лучше примерно 10-15 мин будет обеспечивать удовлетворительные результаты общей отбелки и равномерности.

Как показано на фиг. 2, воду для разбавления вводят через впускное отверстие (не показано), и она заполняет днище удерживающей емкости 52, чтобы служить в качестве газового затвора для озона на нижнем конце второй ступени 22. Таким образом, уровень 64 воды определяет нижний уровень второй ступени 22 реактора. Вода также уменьшает консистентность высококонсистентной целлюлозы до низкого уровня для упрощения движения отбеленной целлюлозы 30 через последующие стадии обработки.

Газообразную отбеливающую смесь, по существу, свободную от озона и содержащую в основном кислород и некоторое количество побочных продуктов реакции по отбелке, принимают зоны 70 удаления для регенерации и втягивания газа в выпускную трубу 73. Из этой точки восстановленный газ 24 можно направлять в поток для рециркуляции газа.

В альтернативном варианте зоны 70 удаления газа имеют достаточно большую площадь сечения для уменьшения скорости газа ниже скорости улавливания типичных волокон целлюлозы, как показано на фиг. 12. Любые волокна, которые остаются уловленными, можно удалить при помощи сит 72 для удержания волокон, когда газ втягивается в выпускные трубы 73.

Вместо предпочтительного шнекового конвейера с нарезанными и отбортованными скребками можно также применять смесительное устройство типа, показанного на фиг. 3, шнековый дефибратор типа, показанного на фиг. 4, либо устройство, иногда называемое экструдером типа, показанного на фиг. 11, для первой ступени 21 в соответствии с настоящим изобретением.

Смеситель 75 на фиг. 3 обычно включает в себя цилиндрический корпус 77 с центральным валом 78, имеющим множество выступающих от него роторных элементов 79. Смеситель такого типа обычно применяют для нагрева паром высококонсистентной целлюлозы, и в общем он известен, как паровой смеситель.

Каждый роторный элемент предпочтительно имеет трапецеидальную форму, которая более широкая на части, прикрепленной к валу 78, чем на противоположном конце. Кроме того, каждый роторный элемент 79 установлен на валу под углом относительно продольной оси вала и радиально разнесен от смежных элементов по периферии вала и вдоль оси вала. Количество роторных элементов в каждом расположении по периферии может быть одинаковое или, как показано, различное. Фиг. 3 показывает применение альтернативных смежных продольных расположений с двумя или четырьмя роторными элементами.

Корпус 77 смесителя также включает в себя множество элементов 76, установленных с центрированием по периферии на внутренней поверхности корпуса 77, которые проходят в сторону вала 78 и разнесены между рядами роторных элементов 79 по периферии. Для удобства эти элементы 76 имеют примерно одинаковый размер и форму, что и роторные элементы 79.

Можно также применять в соответствии с изобретением другие паровые смесители, например, те которые описаны в патентах США N 4295925, или 4298426. Также для достижения требуемого смешения с высокими сдвиговыми усилиями можно выбрать точное количество, конфигурацию, расположение и форму элементов 76, 77 можно применять цилиндрические, в форме усеченного конуса или другие формы. Можно применять элементы одинаковой формы и размера или их комбинации. Точная конфигурация или расположение элементов 76, 77 может изменяться при условии, что высококонсистентная целлюлоза соответственно смешана с газообразной отбеливающей смесью, содержащей озон, и что заклинивание целлюлозы, по существу, исключено. Конструкция, показанная на фиг. 3 достигает такого распределения с элементами 76, препятствующими заклиниванию высококонсистентной целлюлозы, во время вращения вала 78. Можно также применять другие расположения.

Другим устройством, которое можно применять в качестве реактора 21 первой ступени в соответствии с настоящим изобретением, является шнековый дефибратор 85 высококонсистентной целлюлозы, показанный на фиг. 4. Шнековый дебифратор, как он применяется здесь, предназначен только для иллюстрации известных в технике устройств как таковых. Это не означает, что устройство должно разбивать высококонсистентную целлюлозу на волокна, когда его применяют в соединения с настоящим изобретением. Шнековый дефибратор 85 включает в себя наружный корпус 88 для размещения двух параллельных вращающихся валов 86, 89, имеющих зацепляющиеся шнековые скребки 87, 90 противоположного направления. Таким образом, вал 86 вращается в направлении, противоположном направлению вращения вала 89 для достижения соответствующего зацепления шнековых скребков. Наружный корпус 88 включает в себя вход 91 и выход 93 для высококонсистентной целлюлозы. Таким образом, частицы высококонсистентной целлюлозы, вводимые во вход 91, подвергаются высокому сдвигающему усилию, когда они проходят через устройство в сторону выхода 93.

Один тип полезного дефибратора известен в технике, как устройство Frotopulper^TM. Однако, также можно применять другие шнековые дефибраторы, например, те, которые раскрыты в патенте США N 3533563, в качестве реактора 21 первой ступени в соответствии с этим изобретением.

Для первой ступени реактора в соответствии с настоящим изобретением можно применять устройства, известные в технике как экструдеры, которые показаны в позиции 94 на фиг. 11. Экструдеры, предназначенные для применения в соответствии с настоящим изобретением, включают в себя устройства, содержащие входящие в зацепление двухзаходные шнеки 95, расположенные в газонепроницаемом корпусе 96. Шнеки могут быть снабжены чередующимися зонами расширения и уплотнения высококонсистентной целлюлозы, как показано на фиг. 11 в позициях 97 и 98 соответственно. Такое устройство раскрыто в Европейской заявке N 0276608.

Общим отличительным признаком каждого из упомянутых устройств является их способность подвергать высококонсистентную целлюлозы смешению с высокими сдвиговыми усилиями посредством подъема, разбрасывания и/или перемешивания высококонсистентной целлюлозы в присутствии газообразной отбеливающей смеси, содержащей озон для получения, по существу, однородной смеси озона и высококонсистентной целлюлозы.

Хотя реактор в соответствии с настоящим изобретением можно применять для отбелки различной высококонсистентной целлюлозы, однако, требуемым диапазоном свойств исходной высококонсистентной целлюлозы будут число KNo 10 или меньше, вязкость свыше примерно 13 сантипуаз и консистентность свыше 20%, но меньше, чем 60%. После отбелки, как было описано, высококонсистентная целлюлоза, выходящая из реактора, имеет степень белизны, измеренную прибором Дженерал Электрик по крайней мере примерно 45% и в общем примерно 45% - 70%, причем для мягкой древесины она обычно свыше 45%, а для твердой древесины свыше 55%. Высококонсистентная целлюлоза (твердой или мягкой древесины) имеет вязкость свыше примерно 10 и число K No примерно 5 или меньше.

Смешение с высокими сдвиговыми усилиями в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает высокое проникновение и, по существу, равномерный контакт озона с высококонсистентной целлюлозой до ввода в неподвижный слой 60. Также настоящее изобретение позволяет свыше примерно 50% и предпочтительно 60-75% или больше частиц высококонсистентной целлюлозы вступать в реакцию с озоном для завершения ее на первой ступени. Поскольку большинство частиц высококонсистентной целлюлозы практически отбеливаются на первой ступени, то общая белизна высококонсистентной целлюлозы, выходящей с первой ступени, приближается к 60-75% требуемой конечной белизны. Даже если остаточный озон не полностью равномерно смешивается с частицами высококонсистентной целлюлозы в слое, общая белизна конечной отбеленной высококонсистентной целлюлозы является более равномерной в сравнении с известными способами обработки в слое, поскольку высококонсистентная целлюлоза, выходящая на вторую стадию, уже отбеливается примерно на 70% в сторону требуемого уровня. По этой причине желательна наибольшая реакция озона и частиц высококонсистентной целлюлозы на первой ступени реактора для достижения наивысшей равномерной отбелки высококонсистентной целлюлозы. Путем сравнения, когда озон добавляют в обычный слой, то высококонсистентная целлюлоза должна быть полностью отбелена в слое, и изменения в отбелке из-за неравномерного смешения озона и высококонсистентной целлюлозы вызывают значительные изменения и неравномерность в окончательной белизне высококонсистентной целлюлозе.

Сущность изобретения дополнительно описана в связи со следующими примерами, которые представлены только для целей иллюстрации без какого-либо ограничения объема изобретения. Если это не указано особо, то процентное содержание всех химических веществ вычислено на основе сухих волокон (ОД). Также специалист в данной области техники поймет, что целевые значения белизны необязательно должны точно достигаться, поскольку могут быть приемлемыми значения степени белизны, измеренные прибором Дженерал Электрик, 2% от целевого значения. Такие средние величины степени белизны могут слегка изменяться в зависимости от места, откуда были взяты образцы, например, между образцами неподвижного слоя и выходом из реактора. Такое различие является следствиями того факта, что невозможно получить образцы для определения степени белизны по всему поперечному сечению слоя. Этих различий не было бы, если было бы можно точно и полно брать образцы.

В примерах, которые следуют, первая ступень реактора содержит шнековый конвейер с нарезанными и изогнутыми скребками, имеющий два скребка, как показано на фиг. 2. Диаметр скребков равнялся примерно 19"" (482 мм), причем, каждый скребок имел длину примерно 9 (2,743 м). Для этого конвейер применяли конструкцию с половиной шага. Уровень заполнения высококонсистентной целлюлозы в реакторе /конвейере первой ступени составлял обычно примерно 25%. Вторая ступень реактора была, по существу, такой же, которая показана на фиг. 2. Также в измельчающем устройстве 18 применяли частицы измельченной целлюлозы размером до примерно 4 мм.

Пример 1. В этом примере в качестве целлюлозы применяли измельченную и отбеленную кислородом жесткую основную целлюлозу, имеющую число K No примерно 8 или меньше. В результате предварительной обработки в средстве для смешения получили вязкость свыше примерно 14 сантипуаз, консистентность примерно 42%, начальная степень белизны высококонсистентной целлюлозы примерно 41% G EB и pH слегка меньше, чем 2. Производительность реактора была примерно 15 тонн высококонсистентной целлюлозы в день (tpd). Конвейер первой ступени вращался со скоростью примерно 20 об/мин для достижения времени нахождения высококонсистентной целлюлозы на первой ступени примерно 115 сек. Неподвижный слой 60 высококонсистентной целлюлозы на второй ступени поддерживали на высоте примерно 3 фута (0,914 м) над зоной выпуска газа, в результате время нахождения составило примерно 17 мин. Параллельно поток газообразной отбеливающей смеси, содержащей озон, проходил со скоростью примерно 50-60 ст.куб. фут./мин. при содержании озона в нем примерно 3,5-4 мас.%.

Для высококонсистентной целлюлозы, выходящей со второй ступени реактора, была выбрана степень белизны 56% GE. При указанных условиях реактор в соответствии с настоящим изобретением обеспечивал среднюю степень белизны примерно 56,6% GE на выходе из реактора. Для достижения этой улучшенной белизны на первой ступени реактора расходовалось примерно 71% имеющегося озона, а на второй ступени реактора - дополнительные 22% озона, причем общее потребление озона составило примерно 93%.

Пример 2. В этом примере применяли, по существу, те же условия, которые описаны в первом абзаце примера 1, за исключением, что производительность в этом примере составила примерно 8-10 т/день. Также степень белизны высококонсистентной целлюлозы на входе была слегка меньше, чем примерно 39% GE.

Снова для разгружаемой высококонсистентной целлюлозы была выбрана степень белизны 56% GE. При этих условиях согласно настоящему изобретению достигалась средняя степень белизны, производимой высококонсистентной целлюлозы примерно 54,1% GE. Среднее число K No на выходе уменьшалось до примерно 3,9. Количество озона, потребляемого на первой и второй ступенях, было также примерно одинаковое, что и в примере 1.

Помимо взятия образцов на выходе из реактора были также взяты образцы неподвижного слоя для определения равномерности отбелки во всем неподвижном слое. Были взяты семнадцать образцов из неподвижного слоя поперек его поперечного сечения на двух различных уровнях.

Уровень A, расположенный примерно в точке A на фиг. 2, находится примерно на расстоянии 3 футов (0,914 м) над зоной выпуска газа приблизительно вдоль верхней поверхности неподвижного слоя. Это соответствует точкам 1 - 10 взятия образца, показанным на фиг. 5.

Уровень B, расположенный примерно в точке B на фиг. 2, находится примерно на расстоянии 1 1/2 фута (0,457 м) над зоной выпуска газа. Это соответствует точкам 11-17 взятия образца, показанным на фиг. 6.

Для целей сравнения применяли обычный реактор со слоем, например, тот, который раскрыт в патенте США N 3964962, для отбелки озоном высококонсистентной целлюлозы в общем одинакового качества со степенью белизны на выходе примерно 35,1% GE, скоростью потока газа 173 ст.куб. фут./мин при 2,5% концентрации озона, 38% консистентности и высотой слоя примерно 8,8 футов. Производительность обычного реактора со слоем составила примерно 15 т/день. Рабочие параметры обычного реактора, содержащего слой, были выбраны на основе знаний специалистов в данной области техники для достижения оптимальных результатов с применяемым реактором. Образцы брали примерно в одном месте в слое, как показано на фиг. 5 и 6.

Фиг. 7 и 8 показывают распределение белизны в неподвижном слое на второй ступени реактора в соответствии с настоящим изобретением для точек взятия образцов, показанных на фиг. 5 и 6 соответственно. Фиг. 9 и 10 показывают те же данные для обычного реактора со слоем. Данные суммированы и сравнены в табл. 1. Как это видно из сравнения фиг. 6 и 7 и из табл. 1, настоящее изобретение обеспечивает макроскопическую равномерность при применении двухступенчатого реактора и способа для отбелки, которые описаны здесь.

Пример 3. Этот пример аналогичен предшествующим примерам, за исключением, что применяли целлюлозу твердой древесины. Целлюлоза твердой древесины имела число K No примерно 5 или меньше. Предварительная обработка в реакторе обеспечила вязкость свыше 10 сантипауз, консистентность 42% и начальную степень белизны 47% GE. Снова целлюлозу подкислили до значения pH слегка меньше, чем примерно 2. В этом примере производительность высококонсистентность целлюлозы составила 8 т/день. Конвейер на первой ступени реактора вращался со скоростью примерно 21 об/мин для достижения времени нахождения на первой ступени слегка меньше, чем примерно 115 сек. На второй ступени поддерживали высоту неподвижного слоя также на уровне 3 фута (0,914 м) для времени нахождения примерно 17 мин. Параллельный поток газообразной отбеливающей смеси проходил со скоростью примерно 30 ст.куб.фут./мин при концентрации озона на входе между примерно 4-5 мас.%.

Была выбрана степень белизны высококонсистентной целлюлозы 63% GE, причем для поддержания этой степени белизны концентрацию озона слегка изменили в указанном пределе. При этих условиях средняя степень белизны высококонсистентной целлюлозы на выходе из реактора составила примерно 65,6% GE. Среднее число K No при разгрузке высококонсистентной целлюлозы уменьшилось до 1,65. Примерно 63-65% имеющегося озона расходывалось на первой ступени реактора, дополнительные 25-32% на второй ступени, и общий расход примерно 90-95% всего имеющегося озона в течение всего эксперимента из газообразной отбеливающей смеси.

Как и в примере 2, были взяты образцы из неподвижного слоя для определения степени белизны, и их сравнили с результатами, полученными в реакторе, содержащем обычный слой. Рабочие условия в реакторе с обычным слоем были: начальная степень белизны примерно 32,6% GE, скорость потока газа озона 176 ст.куб.фут./мин при 2,5 мас.% - концентрация озона, 42% - консистентность и высота слоя - 8,5 футов (4,591 м). Производительность реактора с обычным слоем была примерно 15 т/день.

Фиг. 11 и 12 показывают двадцать семь точек взятия образцов из неподвижного слоя на уровнях примерно на 3 и 1^1/2 соответственно (0,941 м и 0,458 м) выше зоны выпуска газа, как показано в позициях A и B на фиг. 2. Фиг. 13 и 14 показывают распределение степени белизны на второй ступени реактора в соответствии с настоящим изобретением для точек взятия образцов, показанных на фиг. 11 и 12 соответственно. (На фиг. 13 показано, что образцы были взяты вдоль верхней части неподвижного слоя). Фиг. 15 и 16 показывают те же данные для реактора с обычным слоем. Данные суммировали и сравнили в табл. 2. Снова сравнение фиг. 13 - 16 табл. 2 показывают явное улучшение равномерности белизны в соответствии с настоящим изобретением в сравнении с реактором с обычным слоем.