способ получения целлюлозы из технической конопли

Формула изобретения

Способ получения целлюлозы из технической конопли, включающий в себя варку с использованием щелочной варочной жидкости концентрацией не более 18 мас.% гидроокиси натрия в варочном котле, отделение полученной целлюлозы от жидкости, отличающийся тем, что варку проводят с добавлением антрахинона в количестве не более 0,1% от массы сырья, полученную целлюлозу отбеливают кислородом и/или озоном, варочную жидкость обрабатывают с помощью полупроницаемых мембран обратного или прямого осмоса, регенерированную щелочную варочную жидкость возвращают на стадию варки в варочном котле, при этом температуру варки поддерживают в интервале 125-145°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства целлюлозы и может быть использовано для получения целлюлозы повышенного качества из недорогого и быстро воспроизводимого травянистого сырья с минимизацией экологической нагрузки на окружающую среду.

Известен способ получения целлюлозной массы из стеблей кукурузы [1]. В данном способе применяется волокно кукурузы малой длины, не обеспечивающее получение прочной по сопротивлению разрыву бумаги. Кроме того, кукуруза не выращивается в большинстве областей Российской Федерации, тем более в районах расположения наиболее крупных целлюлозно-бумажных предприятий (север Европейской части России, Сибирь, Байкал).

Издавна в России и затем в СССР выращивалась техническая конопля для последующего производства товарного волокна. Волокно использовалось для приготовления канатов, веревок, парусины.

В настоящее время выведены сорта конопли, не обладающие, в отличие от конопли индийской, наркотическими свойствами. В то же время техническая конопля обладает уникальной способностью десятикратного превышения прироста волокна по сравнению с древесной массой с единицы посадочной площади.

Известен также наиболее близкий к заявляемому способ получения целлюлозы из технической конопли, включающий сушку сырья, его размол и классификацию полученных частиц, варку с использованием щелочной варочной жидкости концентрацией не более 18% массовых гидроокиси натрия в варочном котле, отделение полученной целлюлозы от варочной жидкости [2]. Недостатками способа являются существенное содержание лигнина в целлюлозе, высокие энергозатраты на создание необходимой температуры варки и большое количество отработанной щелочной варочной жидкости в качестве отходов производства.

Задачей изобретения является уменьшение содержания лигнина в получаемой целлюлозе и повышение за счет этого качества изделий из целлюлозы, снижение энергозатрат на проведение процесса варки и значительное уменьшение экологической нагрузки на окружающую среду за счет резкого сокращения отходов производства.

Поставленная задача решается тем, что варку проводят с добавлением антрахинона в количестве не более 0,1% от массы сырья, полученную целлюлозу отбеливают кислородом и(или) озоном, щелочную варочную жидкость обрабатывают с помощью полупроницаемых мембран обратного или прямого осмоса, регенерированную варочную жидкость возвращают на стадию варки в варочном котле, при этом температуру варки поддерживают в интервале 125-145°С.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 (прототип).

Варку конопли проводили в варочном котле при следующих условиях. Расход активной щелочи к конопле 16-18% массовых NaOH, отношение массы варочного раствора к массе образца (гидромодуль) - 6, максимальная температура варки 145°С, продолжительность варки 2 часа. Выход технической целлюлозы составляет 45,1%. При этом вся варочная жидкость уходит в сточные воды, то есть варочный щелок полностью теряется и не может быть повторно использован.

Пример 2.

Варку конопли проводили в варочном котле при следующих условиях. Расход активной щелочи к конопле 15-16% массовых NaOH, гидромодуль - 6, расход антрахинона 0,1% к конопле, максимальная температура варки 125°С, продолжительность варки 2 часа. Выход технической целлюлозы составляет 55,3%.

Пример 3.

То же, что в примере 2, но при максимальной температуре варки 145°С. Выход технической целлюлозы составляет 61,5%.

Пример 4.

Целлюлозу, полученную по примерам 2 или 3, подвергали отбеливанию с помощью кислорода и(или) озона. Результаты отбеливания приведены в таблице 1.

Таблица 1.
Зависимость белизны волокнистой массы от способа отбеливания
Реагент отбелки	Концентрация массы целлюлозы, %	Расход О2 и О3, кг/т	Белизна, %
О2	18-25	1,5	30
2,0	40
3,0	49
О 3	18-25	1,5	52
2,0	60
3,0	66
О 2+О3 в соотношении 1:1	18-25	1,5	42
2,0	53
3,0	60

В таблице 2 представлены результаты обработки щелочной варочной жидкости с помощью полупроницаемых мембран обратного или прямого осмоса. Такая обработка позволяет минимизировать потери варочного щелока, резко уменьшить объем сточных вод и экологическую нагрузку на окружающую среду, а также снизить затраты на обработку сточных вод.

Таблица 2.
Очистка варочного щелока.
Мембрана	Давление, атм	Концентрация NaOH, %	Потери варочного щелока при гидромодуле 6,%
Исходного щелока	Фильтрата	Концентрата
№ 1 обратного осмоса	50	12	-	24,1	1,2
15	-	26,0	1,4
№ 1 обратного осмоса	75	12		26,1	1,0
15	-	28,1	1,3
№ 2 прямого осмоса	4	12	10,8	-	7,2
15	14,0	-	6,0
№ 2 Прямого осмоса	5	12	11,0	-	6,0
15	14,1	-	5,4

Обработанную щелочную варочную жидкость (мембраны прямого осмоса) с добавлением свежей воды или очищенную воду с добавлением свежего варочного щелока (мембраны обратного осмоса) направляют в качестве регенерированной варочной жидкости на стадию варки целлюлозы в варочном котле.

Предлагаемый способ позволяет повысить качество изделий из целлюлозы и улучшить экономические и экологические показатели процесса получения целлюлозы.

Литература

1. Патент РФ № 2249636, МПК 7 D21C 5/00, 3/00, D21H 11/12, 29.06.2000.

2. CORREIA, F., D.N.ROY and K.GOEL, «Chemistry and Delignification Kinetics of Canadian Indastrial Hemp (Cannabis sativa L.)», J. Wood Chem. Technol. 21(2):97-111 (2001).