Спосіб одержання целюлози

Изобретение относится к целлюлознобумажной промышленности и может быть использовано при производстве целлюлозы для различных видов бумаг, пороха и иных изделий. Известен способ получения целлюлозы путем сульфитной варки в широком диапазоне pH (от 1 до 10) при использовании растворимых оснований - натриевого или аммониевого (Бобров А.И., Мутовина М.Г., Бондарева Т.Д., Малышкина В.К. Производство волокнистых полуфабрикатов из лиственной древесины. - М.: Лесная пром-сть, 1984. - С.86). Однако этому способу присущи недостатки, заключающиеся в его высокой себестоимости, большого расхода энергии, экологической вредности, большой стоимости оборудования изза особых условий его эксплуатации. Известен способ сульфатной варки (прототип), при которой варочный раствор состоит из смеси едкого натра, сульфида натрия, углекислого натрия, а также из незначительных количеств сульфата натрия, сульфита натрия и тиосульфита (Бобров А.И., Мутовина Г.М., Бондарева Т.Д., Малышкина В.К. Производство волокнистых полуфабрикатов из лиственной древесины. - М.: Лесная пром-сть, 1984. - С.50). Однако и этому способу присущи недостатки, заключающиеся в высоких требованиях, предъявляемых к оборудованию, и, как следствие, в большой стоимости получаемого продукта, в больших затратах энергии, экологической вредности, в больших те хнических трудностях, а зачастую и невозможности применения способа для обработки другого целлюлозного сырья, невысокой возможности варьирования техпроцесса получения целлюлозы, и возникающие в связи с техническими особенностями получения целлюлозы по данному способу. Задачей настоящего изобретения является создание способа получения целлюлозы, при котором использовалась бы такая обработка, которая обеспечивала интенсификацию удаления инкрустирующих примесей и других веществ-сп утников целлюлозы, что позволило бы снизить стоимость получения конечного продукта. Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе получения целлюлозы путем обработки исходного сырья в водном растворе химических веществ промывки и сушки перед обработкой сырья погружают в воду и воздействуют на него электрическими разрядами в водной среде. При этом обработку сырья в водном растворе химических веществ совмещают с воздействием на него электрических разрядов в водной среде, а электрический разряд осуществляют в тонкостенной емкости с водой установленной в емкости с рифленой внутренней поверхностью с обрабатываемым сырьем. Обработку сырья в водной среде осуществляют при комнатной температуре. В процессе обработки сырья в водной среде осуществляют непрерывную смену воды. В отличие от прототипа, при котором целлюлозу получают путем химической варки с промежуточными промывками, что влечет за собой большие энергетические затраты, большой расход воды и химических веществ, требует применения весьма дорогого и громоздкого оборудования, а также большой экологической опасности такого способа получения, конечный продукт получают путем действия на исходное сырье электрических зарядов в водной среде. Благодаря этому сырье подвергается разнообразным воздействиям: высокоскоростным потокам жидкости, кавитации и пр., что позволяет деструктруировать и частично либо полностью устранить с целлюлозы вещества-спутники. В совокупности с обработкой в присутствии химических веществ, которые благодаря перечисленным выше воздействиям могут легко и быстро проникать во внутренние области обрабатываемого сырья, значительно интенсифицируется процесс обработки исходного сырья с целью получения целлюлозы. Становится возможным применение менее энергои химических режимов обработки, сокращение ее времени. В результате применения электрических разрядов в водной среде, становится возможным обработка любого типа целлюлозного сырья и выделения из него высококачественной целлюлозы, причем этот процесс характеризуется низкой себестоимостью обработки и более высокой экологической чистотой. Оборудования для него осуществления характеризуется простотой и надежностью, низкой материально- и энергоемкостью; оно также является универсальным по отношению ко всем видам целлюлозного сырья. Способ 1 (известный). В качестве известного способа был принят способ получения целлюлозы, который практикуется на Херсонском целлюлознобумажном заводе при обработке осиновой щепы, В качестве исходного сырья было взято 200г основой щепы. Как показали предварительные анализы, данное сырье имело в своем составе 49% a-целлюлозы. Щепу помещалив автоклав, доливали варочную жидкость (водный модуль был равен 3,5) с растворенным в ней NaOH в концентрации 10г/литр и Na2S в концентрации 2,5г/литр. После этого проводилась герметизация и осуществлялся процесс варки. Параметры процесса: давление (избыточное) - 7,5атм; температура - 175°C; время обработки - 45мин. После такой обработки процента-целлюлозы в сырье составлял 75%. После этого отваренное сырье разбавлялось водой до концентрации последнего в 2,5 - 3% по массе и осуществлялась интенсивная промывка. Следующей операцией была кислородная обработка. Для ее осуществления сырье помещалось в автоклав, к нему приливалась вода (m = 25), в которой был растворен NaOH в концентрации 3г/литр. После герметизации проводилась обработка (варка) в течении 80мин при температуре 110°C и давлении 2,5атм. На протяжении обработки в автоклав подавался кислород, причем ее суммарный объем (при нормальных условиях) равнялся 4,5 литра, что составляло 0,03 литра на 1г обрабатываемой целлюлозы. После этой операции процент a-целлюлозы в конечном продукте составил 89%. Далее следовала промывка, первая гипохлоритная отбелка, промывка, вторая гипохлоритная отбелка, промывка, кисловка, промывка, сушка. В результате анализов было установлено, что полученный продукт имеет в своем составе 97,1% a-целлюлозы. Остальные параметры приведены в таблице. Способ 2. Способ осуществлялся аналогично способу 1, но с некоторыми изменениями. Перед обработкой по способу 1 исходное сырье погружалось в воду, где на него воздействовали электрическими разрядами в водной среде. Параметры обработки были следующими: разрядный ток - 50кА; частота разряда - 1Гц, время обработки - 5мин. Благодаря такой предварительной обработке, после первого этапа обработки, варки в щелочи (NaOH и Na2S), удалось повысить содержание а -целлюлозы в обработанном продукте до 86%. После кислородной обработки содержание aцеллюлозы составляло 96%. Такое высокое содержание a-целлюлозы на последующих этапах обработки позволило отказаться от ряда технологических операций. После кислородной обработки следовала промывка, гипохлоритная отделка, промывка, кисловка, промывка, сушка. Результаты анализов приведены в таблице. Способ 3. Этот способ походил на способ 1. Однако во время щелочной варки и кислородной обработки сырье подвергалось воздействию электрических разрядов. В связи с высоким содержанием aцеллюлозы в конечном продукте после кислородной обработки (98%), применялась только одна гипохлоритная отбелка с последующей промывкой, кисловкой, промывкой, сушкой. Параметры электрических разрядов: разрядный ток - 50кА, частота разряда - 1Гц. Время обработки равнялось времени нахождения обрабатываемого сырья в автоклаве. Сам разряд осуществлялся в тонкостенной емкости, помещенной в автоклав и заполненный водой. Вода автоклава (варочная жидкость) и вода в тонкостенной емкости, где осуществлялся разряд, между собой не контактировали и не смешивались. Результаты анализов полученного сырья приведены в таблице. Способ 4. Способ аналогичен способу 3. Отличие состояло лишь в сокращении времени щелочной варки с 45мин до 30 и времени кислородной обработки с 80мин до 40. Результаты анализов в таблице. Способ 5. Аналогичен способу 3. Отличие состояло лишь в сокращении времени щелочной варки с 45мин до 15 и времени кислородной обработки с 80мин до 25. Результаты анализов - в таблице. Способ 6. Аналогичен способу 3. Отличие состояло в снижении температуры воды и давления при щелочной варке со 175°C и 7,5атм (избыточное давление) до 100°C и атмосферном давлении. Также были изменены и параметры кислородной обработки, которая проводилась при атмосферном давлении и температуре 80°C. Результаты анализов полученного по этому способу продукта приведены в таблице. Способ 7. Способ аналогичен способу 3. Отличие состояло лишь в проведении щелочной обработки и кислородной обработки при атмосферном давлении и комнатной температуре. В таблице приведены результаты анализа полученного продукта. Способ 8. Способ во всем отличен способу 7. Исключением является только выполнение внутренней поверхности автоклава рифленой при осуществлении щелочной варки и кислородной обработки. Результаты анализов полученного в ходе обработки сырья приведены в таблице. Способ 9. Способ аналогичен способу 7. Исключение составляет выполнение внутренней поверхности автоклава рифленой при осуществлении как щелочной обработки, так и кислородной, а также сокращение времени щелочной обработки до 30мин, а кислородной - до 40. Полученные результаты приведены в таблице. Способ 10. Аналогичен способу 9. В дополнение к описанной технологии проводилась смена воды при щелочной и кислородной обработке. Полученные данные приведены в таблице. Проанализировав данные, приведенные в таблице, можно делать вывод о несомненном преимуществе предлагаемого способа получения целлюлозы перед известными, в частности, применяемым нас Херсонском ЦБК. Используя в качестве исходного сырья осиновую щепу, по известному способу удалось получить лишь целлюлозу 2 - го сорта, тогда как предлагаемый позволил получить целлюлозу высшего сорта, Немаловажен и тот факт, что полученная по предлагаемому способу целлюлоза в некоторых случаях по своим параметрам превосходила требования к целлюлозе высшего сорта, которые предъявляются ГОСТ 595 - 79. Так, в некоторых случаях содержание a-целлюлозы составляло 99,2 - 99,7%, смачиваемость достигала значений 162 - 165, массовая доля золы - 0,08, белизна - 89%. Выше были и остальные показатели. Данная технология обладает большой универсальностью и гибкостью. Она может быть оперативно переналажена не только при обработке различных партий сырья, но и допускает переработку при использовании аналогичного оборудования волокнистого сырья различных видов: хлопкового, лубоволокнистого, различных пород древесины (хвойных, лиственных), соломы и пр. Это позволяет сделать вывод о несомненном преимуществе предлагаемой технологии. Для ее осуществления требуется стандартное оборудование, в основном уже установленное на целлюлозно-бумажных комбинатах. Предлагаемый способ полностью вписывается в существующие технологические линии, Для его осуществления не требуется перестройки потока. Все изложенное выше позволяет утверждать, что при реализации предлагаемого способа возможно добиться повышения качества получаемой целлюлозы при снижении затрат на ее получение. Это позволяет сделать заключение о несомненной экономической выгоде проекта.