Способ получения сульфатной целлюлозы
Союз Советских
С©циалистических еееслублик (6!) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 06.07.73 (2! ) 1943454/23-4 с присоединением заявки №(23) Приоритет (43) Опубликовано 25.09.75 Бюллетень № 35 (51) М. Кл. ф 21 с 3/02
Государственный ноинтет
Совета Министров СССР
ll0 делам изобретений и открытий (53) УДК661. 728,2 (088.&) (45) Дата бпубликования описания 01.12.75
Н. А. Ленюк и Т. И. Шибанова (72) Авторы изобретения
Пермский. политехнический инс гитут (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТНОЙ ИЕЛЛЮЛОЗЫ!
Изобретение относится к способу получения сульфатной предгидролизной целлюлозы, широко применяющейся для производства кордного, штапельного и других видов искусственного волокна. 5
Известен способ получения целлюлозы путем предварительного гидролиза исходно» го целлюлозосодержащего сырья при повышенной температуре с последующей варкой по сульфатному методу. 10
Существуют два способа предварительного гидролиза — кислотный и водный. При первом способе гидролиз проводят разбавленными растворами минеральных кислот .
H $0 „HC1 или водным раствором сер- 15
2 4 о нистого газа при 100-130 С, При втором способе древесину сначала обрабатывают водой или пропаривают при температуре о
160-17() С и гидромодуле 2-5. Практичес ки водный гидролиэ также протекает в кис,лой среде вследствие выделения из древесины при такой обработке различных органических кислот (рН гидролизата составляет 3-4)
В период предгидролиэа в раствор переходит
15-20% древесины, причем 75% составля- И ют углеводы. При ведении предгидролиза водным раствором Я 0 до начала сульфатной варки удаляется около 20-30% лигнина, содержащегося в щепе. Однако и в этом случае имеется опасность конденсации лигнина.
Известный способ обеспечивает низкий выход сульфатной предгидролизной целлюлозы — 29-35% к весу абсолютно сухой древесины для различных пород. Особенно низким выходом отличается- сульфатная предгидролизная целлюлоза иэ лиственных пород древесины.
С целью повышения выхода целевого продукта и улучшения его качества предложен способ получения сульфатной целлюлозы, заключающийся в том, что .предварительный гидролиэ ведут в присутствии добавки гипофосфита натрия в количестве
1-15% к весу абсолютно сухого исходного сырья.
При этом происходит преимущественное растворение пентозанов, защищаются от растворения целлюлоза и гексозанная часть гемицеллюлоз, заметно меньше раз485178
3 вивается процесс конденсации лигнина, что способствует более полному его удалению при дальнейшей сульфатной варке.
Вводя добавки гипофосфита натрия, предгидролиз можно осуществлять любьци из известных способов (кислотный, водным раствором QO, водный и др.).
Выход целлюлозы для сосны составляет 36-40,4%, для осины 37,7-41,4%.
Степень делигнификации„содержание 10
1 пентозанов, щелочеустойчивость целлюлозы и другие показатели качества зависят от количества вводимого гинофосфита натрия и Кислотности гидролизующего раствора.
Полученная целлюлоза содержит меньшее количество лицнина, экстрактивных веществ, пентозаиов, имеет более низкое медное число, т. е. она менее деструктирована, более щелочеустойчива,так как имеет меньшую растворимость в 10%- и 18ф-ном растворах щелочи.
Пример 1. В качестве сырья ис;пользуют приготовленные сосновую и осиновую щепы, соответствующие по своим размерам нормальной фракции производсч венной щепы - 20xl5x10x2 мм. Влнж— ность щепы 34-38%. Варку осуществляют в батарейном автоклаве.
Предгидролиз проводят 0,5- 0,75% и
1,04-ным раствором серной кислоты; вод- . о
30 ным раствором сернистого газа с содержанием 5,12% всей 80, а также во2 дой.
При этом в гидролизуюший раствор добавляют гипофосфит натрия в количестве
35 от 1 до 15% к весу абсолютно сухого .исходного сырья.
Температуру.. повышают в соответствии с графиком варки.
2 часа
Таблица 1.
Сульфатные варки сосновой древесины с кислотным предгидролизом
Показатели
Условия предгидролиза
Концентрация Н 8 О %
2 4
Температура
Продолжительность, час
0,5
0,75
125
0,8 0,5. 0,75 0,75 0,75
125 125 125 125 125
125
Гидромодуль
1:5 1:5 1:5 1:5 1:
1:5
1и
Расход g aH PO % к весу абсолютно сухого сырья
Зля сосны I
Кислотный предгидролиз
Подъем до 125оС 1 час
Выдержка при этой температуре
Водный предгидролиз
Подъем до 170 С 2 часа 15 мин
Выдержка при этой температуре 1 час 30 мин.
Предгидролиз водным раствором $0
Подъем до 105-110 С о
2 часа
Выдержка при этой температуре 1 час 45 мин
Для oc KHAKI
Кислотный предгидролиз проводят при таких же условиях, как и для сосны
Водный предгидролиз
Подъем температуры до
160 С 2 часа 15 мин
Выдержка при этой температуре 1 час 30 мин
По окончании предгидролиза гидролизат отбирают для анализа. Белый щелок заливают в автоклав и продолжают сульфитную варку.
В случае кислотного предгидролиза перед сульфатной варкой проводят промывку щепы водой в течение 4 час.
Расход активной щелочи на варку 23% к весу абс9лютно сухой исходной щепы, сульфидность щелока — 25%, гидромодуль
1:5. Режим сульфатной варки не изменяется при проведении различного рода предгидролиза, за исключением температуры о варки, которая для. сосны 170 С, а для осины 160 С.
Результаты испытаний и анализа качества полученной целлюлозы представлены в табл 1-4, 485178
Таблица 2
Сульфатные варки сосновой древесины с водным предгидролизом
Варка
Показатели
170
170
1:4
1:4
1:4
3-453-45
3-45
23
23
25
Показатели гидролизата
4,5
3,5
4,0 рН гидролизата
РВ, %
0,93 .
1,04
1,27
Показатели целлюлозы
36,43 37, 10
33,94
116
125
129
Жесткость, перм. ед.
Медное число, %
0,4Q
0,49
0,5Q
Содержание лигнина, % к весу абсолютно сухой древесины 4-,10
4,00 3,40
Содержание пентозанов, % к весу абсолютно сухой древесины 5,35
4,99 4,75
4,80 4,25
270 230
5,95
315
Содержание { -целлюлозы, % 96,5
97,4 97,2
Условия предгидролиза о
Температура, С
Гидромодуль
Продолжительность, час-мин
Расход МаН PÎ % к весу
2 2 абсолютной сухой щепы
Условия варки
Расход активной Яа О, %
2 к весу абсолютной сухой дреЬ весины
Продолжительность, час
Гидро модуль
Сульфидность щелока, %
Выход, % к весу абсолютно сухой щепы
Непровар, % к весу абсолютно сухой щепы
Содержание смол, % к весу абсолютно сухой древесинй
P&CTBOpHM0CTb, %: в 10 %-ной ЯаОН в 18% ной ЯаОН
0,89 0,54 0,45
485178
Таблица 3
По азатели
Варка
Концентрация раствора Я02, % 5, 12
Гидромодуль 1:5 о
Температура, С.
0/
Расход аН PO,/ê весу
2 I абсолютно сухой щепы
1:5
1:5
110
1:5
110
110
110
Условия варки
Расход активной Ма О, % к
Я, весу абсолютно сухой щепы
Гидро модуль о
Температура, С
170
170
170
Показатели гидролизата
3,10
3,100,88
3,32
3,40
1,38
3,50 рН гидролизата
РВ, Ь
0>98
1,61
Выход, % к весу абсолютно сухой щепы
37,7
36,1
Непровар, % к весу абсолютно сухой древесины
Нет
Нет
Нет
Нет
Нет
105
122
128
0,38
0,36
0,69
0 44
1,14
0,44
0,40
1,22
Содержание лигнина, % к весу абсолютно сухой щепы
2,10
4 64
Содержанке пеытозанов, % к весу абсолютно сухой щепы
5,24
6,07
5,30
2,45
5,55 .3,00
5,75
4,05 б -целлюлоСодержание зы, %
97,4
96,2
95,8
Условия предгидролиза
Показатели целлюлозы
Жесткость, перм. ед.
Медное число, %
Содержание смол, %
Растворимость, %: в 10%-ой ИаОН в 18 ной Я а0Н
Сульфатные варки сосновой древесины с предгидролизом водным раствором Я О
485178
Показатели
Варка
19
18
Условия предгидролиза
0 О
160 160
Концентрация Н Я. О, %
Температура, С о
О
1,0
1,0
160
160
125
125
1:5 - 1:5
Гидромодуль
1:5
1:5
Расход ЯаН РО, % к
2 весу абсолютно сухой древесины
Условия варки
160 170
Температура, . С о
Продолжительность, час
160
170
160
1:4
1:4
l:5
Гидро модуль
Расход активной Иа О, %
2 к весу абсолютно сухой щепы
20а
23
23
25
Сульфицность щелока, %
Жказатели гидролизата
1,9
3,28 2,8
0,72 1,75
3,60 3,41
0,87 0,86
3,90 рН гидролизата
РВ гидролизата, %
0,59
О,:97
Показатели целлюлозы
Выход, % к весу абсолютно сухой щепы
41,4 28
33,5
41,3
34,8
37,7
Непровар, % к весу абсолютно сухой древесины
Нет 5,06
117 114
7,56
Нет
Нет
Нет
119
121
Жесткость, перм. ед.
0/
Медное число уэ Содержание смол, % к весу абсолютно сухой древесины
126
2,2(0,33 4,12
0,26
0,32
0,32
0,57 1,11
0,66
° 1,01 0,46
0,48
Содержание лигнина, % к весу абсолютно сухой древесины
2,9
3,9
3,6
8,51 5,7
Содержание пентозанов, % к весу абсолютно сухой древесины 6,85
6,26
2,85 7,67
3,05
Растворимость, %: в 1 0%-ной Щ аО Н в 15 /о-ной ЯаОН
3,30 .2,35
4,70 4,20
3,85 2,85
5,10
4,05
6,30 5,30
4 65 4,11
Содержание, С(-целлюлозы, %
97,7
96,8 94,5
95,0 96,2 96,6 габлица 4
Сульфатные варки основной древесины с кислотным и водным предгидролизом и с добавками ИаН РО
485178 Пример 2. Сосновую щепу обычных размеров обрабатывают водным р.-::створом сернистого газа, содержащего 5,12% всей
ЯО и 5% гипофосфита натрии к весу
1 о абсолютно сухой древесины при 105-110 С в течение 3 час 45 мин. Затем гидролизат удаляют, а щепу запивают белым щелоком и ведут супьфатную варку при гидромодуле
1;5 в течение 3 час при 170 С. Расход о активной щелочи к весу абсолютно сухой щепы составляет 23% в ед. Ц а 0Ä супьфидность щелока — 25%. Выход целлюлозы 40,4%. Аналогичная варка без добавок гипофосфита натрия дала целлюлозу с выходом 35,5% к весу абсолютно сухоТаблица5
Показатели целлюлозы
Сосна
Осина
Водный предгидролиз
Предварительный гидролиз водным раствором с добавкой 5%,без
ИаН РО и абсолютно сухой щепе без добавок с добавкой 5%
ЯаН РО к абсолютно сухой щепе добавок
40,4
35,5
41,4
Нет
105
Нет
Нет
125
117
4,64
2,10
8,51
3,90
2,85
5,24
0,57
0,33
1,22
0,44
Медное число, %
Растворимость, %: в 10%-ной КаОН
4,70
3,85
5,75 4,05 в 18%-ной И аО Н
2,45.Добавки гинофосфита натрия в гидролизующий раствор в сравнительно небольшом количестве — 35% к весу абсолютно. сухогс сырья (см. табл, 3-4) вызывают энаВыхon, % к абсолютно сухому сырью
Непровар, % к абсолютно сухому сырью о
; Хесткость, Ее
:.:одержание пигнина, % к абсолютно сухому сырью
Содержание пентозанов, % к абсолютно сухому сырью.Содержание смол, % к абсолютно сухому сырью
12 го сырья. Сравнительно качественные показатели целлюлоз представлены в табл. 5.
Пример 3. Осиновую щепу нормальных размеров подвергают водному предгидролиэу при гидромодуле 1:5 и температуре
160 С в течение 3 час 45 мин. Перед началом йредгидролиза в воду добавляют
5% гипосфосфита натриа к весу исходной абсолютно сухой древесины. По окончании гидролиэа оттягивают гидролизат и заливают в котел белый щелок на варку, которую ведут в лечение 3 час при 160 С. Выход целлюлозы 41„4% от абсолютно сухой исходной древе ины. (Сравнительные качественные показате- ли целлюлозы представлены в табл. 5. чительное повышение выхода Чульфатной
-npeäãèäðoëèýíîé целлюлозы при варке хвойных и лиственных пород древесины.
При этом уменьшаются жесткость, со485178
45
Составитель C 1 отова
Редактор H.Äæàðàãåòòè Техред И.Карандашова Корректор H.A
Заказ 33 $ Изд hb ®
""Раж 474 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
Москва, 113035, Раушская наб., 4
Предприятие «Патент», Москва, Г-59, Бережковская наб., 24
13 . держание лигнина, смол и пентозанов в целлюлозе (см. табл. 1-,4), увеличиваются содержание Я -целлюлозы, устойчивость целлюлозы по отношению к щелочам. Применяя при предгидролиэе гипофосфит натрия, можно получить после варки целлюлозу с повышенным (до 98,4%>cM. табл. 1) содержанием ф -целлюлозы, Действие Я аН РО благоприятно по отношению к.качеству и выходу сульфатной предгидролизной целлюлозы с применением кислотного и водного предгидролизов.
Особенно сильное повышение выхода сульфатной предгидролиэной целлюлозы наблюдается при варке лиственных пород древесины, При добавке Й аН РО в количестве 3% от абсолютно сухой древесины выход целлюлозы увеличивается на 6,5% (см.
14 табл. 4), содержание лигнина пентозанов и смол уменьшается более чем в два раза, растворимость целлюлозы в 10%- и 18%-ной NaOH уменьшается в среднем на
5 1%, увеличивается содержание Q -целлюлозы на 1,6% (,см. табл. 4).
Предмет изобретения
Способ получения сульфатной целлюлозы путем предварительного гидролиза исходного целлюлозосодержашего сырья при по вышенной температуре с последующей вар» кой цо сульфатному методу, о т л и ч аю .ш и и с я тем, что, с целью увеличе . йия выхода целевого продукта и улучшения его качества, предварительный гидролиз ведут в присутствии добавки гипофосфита натрия в количестве 1-5% к весу абсолютно сухо1. о исходного сырья.
