Реферат
Современные
методы отбеливания целлюлозы и
древесной массы.
Выполнил
студент группы 51-7 Федоренко Д.Е.
Использование: изобретение относится
к способу увеличения степени
белизны древесной массы и
жесткой древесной целлюлозы
с высоким выходом и может
быть использовано в целлюлозно-бумажной
промышленности. Сущность изобретения:
способ увеличения степени белизны
включает подачу целлюлозной массы
в количестве, обеспечивающем ее концентрацию
5-45% в бессиликатный отбелочный раствор,
содержащий 0,2-0,6% по массе силикатного
заменителя в расчете на высушенную
в печи целлюлозную массу, 2-6% по массе
пероксида водорода в расчете
на высушенную в печи целлюлозную
массу и щелочь, выдержку в отбелочном
растворе при температуре 35-85oC в
течение 2-6 ч и отделение отбеленной
массы от части отбелочного раствора.
Отбелочный раствор в качестве щелочи
содержит от 2 до 6% по массе карбоната
натрия в расчете на высушенную в
печи целлюлозную массу. Приводится
двухстадийный способ отбеливания,
согласно которому отбелочный раствор
первой стадии содержит в качестве
щелочи от 2 до 6% по массе карбоната
натрия в расчете на высушенную в
печи целлюлозную массу, а отбелочный
раствор второй стадии содержит в
качестве щелочи от 3 до 4% по массе карбоната
натрия в расчете на высушенную в
печи целлюлозную массу. 2 с. и 8 з.п. ф-лы,
8 табл.
Изобретение относится к
способу увеличения степени белизны
древесной массы и жесткой
древесной целлюлозы с высоким
выходом раствора, содержащим перкислородное
соединение и кальцинированную
соду в отсутствии силикатов.
Отбеливание древесной массы и
целлюлозы с высоким выходом
перекисью водорода является хорошо
известным технологическим процессом,
который применяют в промышленности
в течение многих лет.
Пероксид водорода является
чувствительным к каталитическому
разложению ионами тяжелых металлов
и ферментов: его чувствительность
имеет склонность к уменьшению
при возрастании щелочности. Необходимо
регулировать и поддерживать pH при
таком значении, которое дает
возможность эффективного отбеливания
и в то же время сводит
к минимуму разложение.
Таким образом, пероксидные
растворы должны иметь буферную
добавку и быть стабилизированными.
Наиболее распространенным буфером
является силикат натрия, который
способен действовать как стабилизатор.
Обычно для образования коллоидной
суспензии силиката магния добавляют
незначительное количество иона
магния, который, как полагают, инактивирует
металлические катализаторы посредством
адсорбции.
Изобретение направлено на
целлюлозу с высоким содержанием
целлюлозы и повышенной степенью
белизны (от 20 до 25 делений), и на
сведение к минимуму воздействия
на окружающую среду целлюлозных
заводов посредством полного
рецикла технологической воды (отсутствие
вытекающего жидкого потока). Однако
было обнаружено, что рецикл технологической
воды, содержащей силикат натрия,
приводит к образованию диоксида
кремния в большом количестве,
что является крайне нежелательным.
Поэтому были предприняты попытки
избежать добавления силиката
натрия к технологическому отбелочному
раствору.
Долгое время считали, что
для стабилизации растворов, содержащих
пероксид водорода, являются полезными
хелатообразователи. Например, в патенте
США N 3860391 отбеливание целлюлозных
текстильных волокон и смесей
с синтетическими волокнами осуществляют
посредством использования пероксида
в системе, не содержащей силиката,
в присутствии алифатического
оксисоединения, соединения аминоалкиленфосфоновой
кислоты и, альтернативно, при
добавлении эритрита полиаминокарбоновой
кислоты.
Другие более поздние патенты
США, в которых используют такие
фосфонаты, которые указывались
выше, но в пероксидной отбеливающей
системе, включают патент США
N 4239643 и выделенный из него
патент США N 4294575.
Хотя сочетания хелатоообразователей
являются полезными при стабилизации
пероксидных отбеливающих систем,
железо, марганец и медь являются
катализаторами разложения пероксида
и их присутствие также снижает
степень белизны конечных древесных
масс, согласно патенту США N 4732650.
Несмотря на то что можно
было ожидать, что хелатные
соединения могут связать незначительные
количества металлических ионов,
присутствие значительных количеств
ионов магния и/или кальция
приводит к подавлению способности
хелатных соединений образовывать
комплексы с присутствующими
ионами железа, марганца и меди.
В соответствии с патентом
США N 4614646 было обнаружено, что
определенные сочетания аминофосфорных
кислот с поликарбоновыми кислотами
или амидами поликарбоновых кислот,
или сульфокислотной производной
полиамида обеспечивают стабилизацию
в присутствии значительных количеств
ионов магния и/или кальция.
В патенте США N 4732650 представлен
двухступенчатый способ отбеливания
в присутствии перкислородного
соединения без использования
силикатов, в котором используют
стадии контактирования пульпы
с (1) полиаминокарбоновой кислотой
перед или во время стадии
сгущения или обезвоживания, и
затем с (2) пероксидным раствором
вместе со стабилизирующими компонентами:
хелатом аминофосфорной кислоты
и полимером ненасыщенной карбоновой
кислоты или амидом (необязательно
замещенным группой алкилсульфоновой
кислоты).
Хотя эти "силикатные заменители"
являются эффективными для стабилизации
отбелочного раствора, содержащего
пероксид водорода, они не обладают
буферными свойствами силиката натрия,
в особенности для древесной массы и целлюлозы
с высоким выходом. Отбелочный раствор
должен быть достаточно щелочным для поддержания
соответствующей концентрации пергидроксильных
ионов, но не настолько щелочным,чтобы
вызвать чрезмерное разложение пероксида.
Для таких целлюлозных масс оптимальный
баланс является в особенности важным,
потому что окислительные реакции приводят
к получению кислотных функциональных
групп, потребляющих щелочь, а лигнин и
экстрактивные вещества являются восприимчивыми
к разрушению как посредством щелочи,
так и свободного кислорода. Если присутствует
недостаточное количество щелочи, pH может
упасть до значения, когда отбеливание
прекращается. Альтернативно, если концентрация
щелочи является слишком высокой, может
произойти разложение пероксида.
Щелочность отбелочного раствора
обеспечивается силикатом натрия и
каустической содой (едким натром).
Коммерческий силикат натрия "42o
Baume" содержит приблизительно 11,5 мас.
свободного NaOH. Обычно для обеспечения
части щелочности и буферирования
отбелочного раствора используют от
3 до 6 мас. силиката натрия в пересчете
на сухую целлюлозную массу. Дополнительную
щелочность обеспечивают путем добавления
свободной каустической соды (гидроксида
натрия). Однако цена и доступность
каустической соды приводит к использованию
в качестве альтернативы, например,
карбоната натрия, который является
привлекательным с экономической
точки зрения и с точки зрения
охраны окружающей среды.
Suess et al, в материалах Pulping Conference Ta, 1991
(с. 979-986) описывают, что система
карбонат натрия силикат натрия
может заменить систему гидроксид
натрия силикат натрия при
низких степенях применения пероксида
водорода (от 1 до 2% H2O2) при отбеливании
древесной массы. Однако, было
установлено, что при более
высоких степенях применения
пероксида водорода (выше 2% ) пульпа,
отбеленная карбонатом натрия, имела
степень белизны на одно деление
меньше, чем пульпа, отбеленная гидроксидом
натрия. В любом случае силикат
натрия считают значительным
фактором в процессе осветления,
хотя думается, что частичное
замещение силиката натрия карбонатом
натрия является возможным.
Из заявки ФРГ N 3720806, кл. D 21
C 9/16, 1988 известно, что свободный от
силиката отбелочный раствор,
содержащий либо гидроокись калия
и поли- a -гидроксиакриловую кислоту,
является эффективным для отбелки
древесной целлюлозной массы.
Однако эти отбелочные растворы
имеют недостаток в том, что
они требуют использования дорогостоящих
гидроокиси натрия (каустина) или
гидроокси калия (поташа) и не
предусматривают щелочной буфер
силиката натрия.
Задача, на решение которой
направлено изобретение, состоит
в устранении этого недостатка.
Достигается это тем, что
в способе увеличения степени
белизны древесной массы и
жесткой древесной целлюлозы
с высоким выходом, использующем
не содержащую силикат отбелочную
водную систему, представляющую
собой пероксид водорода в
щелочной среде, который состоит из введения,
в расчете на высушенное в печи основание,
достаточного количества целлюлозной
массы в отбелочный раствор для обеспечения
консистенции (концентрации) примерно
от 5 до 45% примерно от 0,2 до 0,6% силикатного
заменителя, примерно от 2 до 7% пероксида
водорода и щелочи; выдерживания отбелочного
раствора при температуре примерно от
35 до 85oC в течение примерно от 2 до 6 ч; и
отделения целлюлозной массы, по крайней
мере, от части отбелочного раствора с
получением беленой целлюлозы и остаточного
раствора, и усовершенствование состоит
в том, что отбелочный раствор содержит
в качестве щелочи примерно от 2 до 6 мас.
карбоната натрия по отношению к сухой
целлюлозной массе.
Раствор не содержащий силиката
следует отнести к раствору
стадии отбеливания целлюлозной
массы или к раствору, содержащему
от примерно 2 до примерно 6% карбоната
натрия, от примерно 0,2% до примерно
0,6% силикатного заменителя и от
примерно 2% до примерно 7% пероксида
водорода в расчете на высушенную
в печи целлюлозную массу, но
при этом раствор по существу
не будет содержать силикат
натрия или гидроксид натрия.
Раствор, не содержащий силикат,
может содержать поверхностно-активные
вещества и другие активирующие
вещества.
Термин "силикатный заместитель"
определяют как включающий только
органические хелатообразователи
в виде смесей двух или нескольких
хелатообразователей или в виде
смесей хелатообразователей с
полиоксисоединениями или олигомерами,
или полимерами окси- и карбоксисоединений,
которые представлены в патенте
США N 4732650. Хелатообразователи включают
такие соединения как поликарбоновые
кислоты, диэтиленпентауксусную
кислоту (ДТРА); фосфононые кислоты,
например 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновую
кислоту, аминофосфоновые кислоты,
например, этилендиаминтетра (фосфоновую)
кислоту; и аминокарбоновые кислоты,
например, нитрилотриуксусную кислоту
(NTA) и этилендиаминтетрауксусную
кислоту (EDTA). Другие компоненты
силикатных заменителей могут
включать пентаэритрол, эритрол,
полиамино-карбоновые кислоты или
соли. Например, в патенте США
N 4732650 в качестве силикатного
заменителя представлено сочетание
хелата аминофосфоновой кислоты
или ее соли, по крайней мере,
одного полимера (i) ненасыщенной
карбоновой кислоты или ее
соли, (ii) амида ненасыщенной карбоновой
кислоты, или (iii) амида ненасыщенной
карбоновой кислоты, где атомы
водорода амида замещены группой
алкилсульфоновой кислоты или
ее соли.
Целлюлозная масса может
представлять целлюлозу с высоким
содержанием a -целлюлозы или жесткую
древесную целлюлозу. Жесткими
древесными целлюлозами обычно
считают двудольные растения
в противоположность хвойным
древесинам (односемядольным растениям).
В особенности желательные жесткие
древесные целлюлозы включают, но
не ограничиваются лишь ими,
осиновую, хлопковую, кленовую, ольховую
и т.п.
Термин "Целлюлоза с высоким
выходом" для целей изобретения
является синонимом древесной
массы и целлюлозы с высоким
выходом, которая обычно включает
целлюлозную массу, содержащую
большую долю (от 80 до 100%) лигнина,
первоначально содержащегося в
древесине. Такая целлюлозная
масса включает сырую древесную
массу, рефинерную древесную массу,
термомеханическую древесную массу
(ТМР), сульфитную целлюлозу с
высоким выходом (HNS) и химико-термомеханическую
древесную массу (СТМР). Может
быть использована любая подходящая
консистенция целлюлозной массы.
Обычно максимальной консистенцией,
используемой на практике, является
консистенция до 45% а консистенция
менее 5% является обычно неэкономичной.
Способ изобретения можно
осуществить на практике в
виде одноступенчатого отбеливания
с использованием в качестве
исходного материала небеленой
целлюлозной массы или при
использовании в качестве исходного
материала предварительно беленой
целлюлозы с высоким выходом.
Ясно, что способ изобретения
можно использовать в виде
двух последовательных стадий, в
котором жесткую древесную целлюлозу
отбеливают на первой стадии
и впоследствии на второй стадии
отбеливания без силиката до
высокой степени белизны. Остаточный
отбелочный раствор с первой (или
второй) стадии может быть введен
в виде части состава отбелочного
раствора или первой стадии, или
второй стадии.
Степень белизны целлюлозной
массы является хорошо известной
мерой отражательной способности,
однако, существует по крайней
мере 3 различные шкалы: ISO, Elrephi и
GE. Разница в степени белизны
по этим шкалам является приблизительно
одинаковой.
Карбонат натрия является
полностью признанным в качестве
источника щелочи и часто является
альтернативой гидроксиду натрия.
Однако до сих пор не было
возможным заменить карбонатом
натрия (кальцинированной содой)
гидроксид натрия (каустическую
соду) на стадиях отбеливания
в присутствии перкислородного
соединения. К удивлению было
обнаружено, что отбеливающие системы,
содержащие пероксид водорода, в
которых используют только карбонат
натрия и силикатные заменители,
могут полностью заменить обычные
отбеливающие системы, в которых
используют гидроксид натрия
и силикат натрия. Хотя в примерах
настоящего изобретения используют
коммерческий "природный" карбонат
натрия ясно, что в равной степени
можно эффективно использовать
регенерированный карбонат натрия
или типа Sotvay.