способ отбелки целлюлозы

Формула изобретения

Способ отбелки целлюлозы, включающий обработку небеленой целлюлозы путем чередования щелочной и кислотной обработки при заданных режимах, при этом на I стадии целлюлозу с концентрацией массы 10 - 20% обрабатывают H₂O₂ в щелочной среде (pH 9,5 - 10,5) при 70 - 100^oC в течение 120 - 180 мин при расходе H₂O₂ 2% от массы абсолютно сухой целлюлозы, на II и IV стадиях целлюлозу с концентрацией массы 2 - 7% обрабатывают раствором КМnO₄ в кислой среде с расходом КМnO₄ 0,01 - 0,8% при 18 - 25^oC до полного поглощения реагентов КМnO₄ III и V стадии проводят при условиях и расходах I стадии, учитывая исходную жесткость целлюлозы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области целлюлозного производства и может быть использовано для получения беленой целлюлозы без применения хлорсодержащих реагентов, как молекулярного хлора, так и диоксида хлора (TCF- целлюлоза).

Известен способ отбелки небеленой целлюлозы с применением перманганата калия, озона и диоксида хлора с использованием больших расходов окислителей, вызывающих значительную деструкцию целлюлозного волокна [Igt Pulp Bleach Conf., Vancouver., June 15,1994: Pousters. - Monreal, 1994, - c 141- 145.- Kojim Yasuo. Cjorine free bleaching og KR wich permanganatea] .

Известен способ отбелки, включающий предварительную обработку раствором перманганата калия в течение 30-90 мин, в кислой среде при pH 1,2-2,1 и при мольном отношении кислота : перманганат (50-100):1 с расходом KMnO₄ 0,1-4% от массы абсолютно сухой целлюлозы и последовательную обработку диоксидом хлора и пероксидом водорода (RU патент N 2129179, кл. D 21 C 9/16, опубликованный 20.04.1999).

Недостатком способа является высокий расход перманганата калия, следствием чего является снижение механических показателей целлюлозы.

Известен способ отбелки небеленой целлюлозы, взятый в качестве наиболее близкого аналога, включающий предварительную обработку небеленой целлюлозы раствором перманганата калия в кислой среде при pH 1,2-2,1, при мольном отношении кислота : перманганат ( 12,5-100):1 и концентрации массы 2-7% (в качестве кислоты можно использовать серную кислоту, содержащуюся в кислотных реакторных остатках производства диоксида хлора), и с расходом KMnO₄ не более 1% от массы абсолютно сухой целлюлозы, которую выдерживали в растворе при температуре 15-25^oC до полного поглощения перманганата калия целлюлозной массой и подвергали четырехступенчатой отбелке по схеме: П-Д-П-Д, где П - обработка пероксидом водорода в щелочной среде с расходом последнего 1,5-2% от массы абсолютно сухой целлюлозы и с использованием стабилизатора при значении pH = 10-10.5, Д - диоксид хлора с расходом 1,1-1.3% от массы абсолютно сухой целлюлозы. После каждой ступени беленую массу отделяют от раствора и нейтрализуют (RU патент N 2128261, кл. D 21 C 9/16, опуб. 27.03.1999). Недостатком способа является использование хлорсодержащего реагента - диоксида хлора, производство которого связано с экологически небезопасным диоксидом серы, отходами, а также образованием хлорсодержащих органических соединений в процессе отбелки. Современными требованиями к отбелке предусматривается устранение из этого процесса каких-либо хлорсодержащих реагентов [Мюллер Л.Н. Тенденции в технологии отбелки// Целлюлоза, бумага, картон,- 1997 - N 3-4, - с.24 ].

Задачей настоящего изобретения является разработка TCF-технологии получения целлюлозы без использования хлорсодержащих реагентов.

Результат достигается за счет использования чередования щелочной и кислотной обработки при заданных режимах, при этом на 1 стадии целлюлозу с концентрацией массы 10-20% обрабатывают H₂O₂; в щелочной среде (pH 9,5-10,5) при 70-100^oC в течение 120-180 мин, при расходе H₂O₂ 2% от массы абсолютно сухой целлюлозы, на II и IV стадиях целлюлозу с концентрацией массы 2-7% обрабатывают раствором KMnO₄ в кислой среде с расходом KMnO₄ 0,01-0,8% при 18-25^oC до полного поглощения реагентов KMnO₄, III и V стадии проводят при условиях и расходах I стадии, учитывая исходную жесткость целлюлозы.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что не требуется тщательная промывка целлюлозы после сульфатной варки от остаточной щелочности, поскольку на первой стадии используется отбельный реагент - пероксид водорода в щелочной среде. Проведение стабилизированной пероксидной отбелки сульфатной целлюлозы на первой стадии возможно, вследствие значительного снижения степени делигнификации целлюлозы, например, при расходе пероксида водорода 2% степень делигнификации составляет около 50%, причем избирательность этого реагента более выражена, по сравнению с кислородно-щелочной обработкой.

Последующая обработка перманганатом калия проводится в условиях, указанных в [Способ отбелки целлюлозы/ Федорова Э.И., Смолева Л.Л., Демин В.А., Кулькова Е.В.; RU патент N 2123261, кл. D 21 C 9/16, оп. 27/03/1999], после чего целлюлоза снова подвергается обработке пероксидом водорода в условиях идентичных первой стадии отбелки. При этом для снижения расхода пероксида водорода можно применять окислительное щелочение (ЩОП).

Расход перманганата калия на следующей стадии отбелки зависит от жесткости целлюлозы и составляет 0,01-0,2%, после чего заключительная отбелка снова проводится пероксидом водорода в том же режиме. Таким образом, схема отбелки включает последовательную обработку целлюлозы пероксидом водорода и перманганатную обработку в кислой среде по схеме: П-Пм-П-Пм-П, где Пм - перманганат в кислой среде. Рассмотренная схема предусматривает замену перманганата калия на другие кислородсодержащие реагенты, например озон, что расширяет возможности TCF-технологии.

В этом состоит технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения.

Существенные признаки изобретения:

способ отбелки целлюлозы, включающий обработку целлюлозы с концентрацией массы 10-20% пероксидом водорода в щелочной среде (pH= 9,5-10,5) в присутствии стабилизатора (силиката натрия) и при выдерживании целлюлозной суспензии при 70-100^oC в течение 120-180 мин (расход пероксида водорода составляет 2,0%, силиката натрия 2,0-3%, а едкого натра - 1,3-1,5%), отделение массы от раствора, ее нейтрализацию и последующую обработку целлюлозы раствором перманганата калия в кислой среде с расходом перманганата 0,01- 0,8% от массы абсолютно сухой целлюлозы при мольном отношении кислота : перманганат калия (25-100):1, при t=18-25^oC до его полного поглощения, при концентрации массы 2-7%, отделение и промывку массы снова пероксидом водорода при условиях и расходах, рассмотренных выше, а затем перманганатную обработку уже проводят при небольших расходах этого реагента 0,01-0,2% (pH 1,2-2,1) до полного его поглощения при комнатной температуре, заключительная отбелка проводится аналогично 1-ой и 3-ей стадиям, расход пероксида водорода на этой стадии зависит от жесткости целлюлозы, 1-2% от массы абсолютно сухой целлюлозы. Отбеленную массу отделяют и тщательно промывают.

Пример 1 (по прототипу).

Небеленую целлюлозу из лиственных пород древесины жесткостью 95 перманганатных единиц, вязкостью 28 сПз подвергают предварительной обработке перманганатом калия в сернокислой среде с расходом 0,8% от массы абсолютно сухой целлюлозы (мольном отношении серная кислота/перманганат калия 100:1), концентрации суспензии 5%, при комнатной температуре в течение 45 минут (pH= 1.4). Затем целлюлозу тщательно промывают и последовательно подвергают обработке пероксидом водорода и диоксидом хлора при условиях : концентрация масс 7 и 10%, температуре 70 и 80^oC, продолжительности 120 и 180 минут соответственно. Отбелка осуществлялась в четыре ступени, при следующих расходах: 2-ая стадия - 1,5% H₂O₂, 1% NaOH, 3,5% Na₂SiO₃, 4-ой - 0,5% H₂О₂, 0,8% NaOH, 2% Na₂SiO₃, на 3-ей и 5-ой 0,6 и 0,7% ClO₂ соответственно. После каждой ступени целлюлозу промывают, после последней - высушивают.

Белизна целлюлозы составляет 85,1%, вязкость 8 сПз, выход 93%.

Пример 2.

Небеленую целлюлозу из лиственных пород жесткостью 83 перманганатных единицы, вязкостью 11 сПз подвергают пероксидной обработке при концентрации массы 10%, температуре 80^oC в течение 120 мин, с расходами 2% H₂O₂ от массы абсолютно сухой целлюлозы, 1,3% NaOH, 2% Na₂SiO₃, pH = 10,8. На второй стадии проводят перманганатную обработку с расходом KMnO₄ 0,4%, мольном соотношении перманганат калия/серная кислота 1:100, при концентрации массы 2,5%, pH = 1,1. После промывки целлюлозу подвергают пероксидной обработке в условиях, идентичных первой стадии отбелки, а затем, тщательно промыв целлюлозную массу, ее обрабатывают перманганатом калия при расходе 0,2% в условиях, аналогичных второй стадии. После промывки целлюлозу вновь обрабатывают пероксидом водорода при условиях, идентичных для стадий пероксидной отбелки (первой и третьей), промывают и высушивают.

Белизна 83,5%, выход 96,0%, вязкость 8.1 сПз.

Пример 3.

Небеленую целлюлозу обрабатывают по примеру 2, с расходом перманганата калия на второй стадии 0.8%. Другие условия также аналогичны примеру 2.

Белизна целлюлозы 85%, вязкость 8,0 сПз, выход 92,0%.

Пример 4.

Небеленую целлюлозу обрабатывают по примеру 2, при расходе перманганата калия на второй 0,4% и 0,1% на четвертой стадии соответственно при мольном отношении перманганат калия/серная кислота 1:50 (pH= 1,45). Другие условия аналогичны примеру 2.

Белизна 76,8%, вязкость 9.6 сПз, выход 95%.

Пример 5.

Небеленую целлюлозу обрабатывают по примеру 2, при расходе перманганата калия на второй 0,4% и 0.2% на четвертой стадиях соответственно при мольном отношении перманганат калия/серная кислота 1:50. Другие условия аналогичны примеру 2.

Белизна 81,4, вязкость 9,3 сПз, выход 95%

Пример 6.

Небеленую целлюлозу жесткостью 83 перманганатных единиц обрабатывали перманганатом калия при концентрации массы 2,5% в сернокислом растворе при мольном отношении перманганат калия/серная кислота 1:100 (pH = 1,55) при расходе 0,1% от массы абсолютно сухой целлюлозы, комнатной температуре до полного поглощения перманганата калия. На второй и четвертой стадиях проводили пероксидную обработку при идентичных примеру 2 условиях (общий расход H₂O₂ 4%). На третьей и пятой стадиях целлюлозу обрабатывали перманганатом калия при тех же условиях, что и на первой стадии, при расходах 0,2 и 0,01% соответственно.

Белизна 72-3%, вязкость 7,54 сПз, выход 92%.

Пример 7,

Небеленую целлюлозу жесткостью 83 перманганатных единиц обрабатывали по примеру 6 с использованием 0,4% перманганата калия при прочих идентичных условиях.

Белизна 77,2%, вязкость 7,4 сПз, выход 90%.

Пример 8,

Небеленую целлюлозу жесткостью 83 перманганатных единиц обрабатывали по примеру 6 с использованием 0,8% перманганата калия при прочих идентичных условиях.

Белизна 77,7%, вязкость 7,1 сПз, выход 90%.