FI67241B - Saett foer blekning av cellulosahaltiga material - Google Patents

Description

1 67241

Tapa valkaista selluloosapatoisia materiaaleja

Esillä olevan keksinnön kohteena on tapa valkaista selluloosaa sisältävää materiaalia kuten esim. puusta tai ruohosta valmistettua selluloosamassaa. Tavallinen tapa valkaista selluloosapitoista kemiallista tai puolikemial-lista massaa, joka sisältää ligniiniä, on käsitellä massaa useissa vaiheissa hapettavilla kloorikemikaaleilla, kuten alkuainekloorilla, hypokloriitilla ja klooridiok-sidilla, ja poistaa ligniiniaine, joka on muuttunut kemiallisesti, sekä uuttoaineet alkalisella käsittelyllä. Ensimmäisten kloori- ja/tai klooridioksidivaiheiden tarkoituksena on pääasiassa poistaa ligniini ja uuttoaineet massasta. Myös massan käsittely hapella kohotetuissa lämpötiloissa, ehdottomasti yli 80°C, ja tavallisesti yli 100°C:n lämpötiloissa sekä yleensä kohotetussa paineessa on tunnettu menetelmä valkaisussa, joka käsittää useita vaiheita.

Tämä käsittely on joko ensimmäinen vaihe ennen valkaisua kloorikemikaaleilla tai seuraa välittömästi ensimmäisten kloori- ja/tai klooridioksidivaiheiden jälkeen.

Tunnetaan myös menetelmä, jonka mukaisesti pieni määrä hapettavaa kemikaalia, hypokloriittia tai peroksidia, lisätään alkalivaiheessa. Nämä kemikaalit parantavat sekä massan että jätelipeän väriä tässä vaiheessa. Ne vaikuttavat ilmeisesti ligniinin kondensointireaktioita vastaan, jotka myös tapahtuvat alkalivaiheessa. Kondensointireak-tiot pelkistävät liuoksen ligniinistä tässä vaiheessa. On myös ehdotettu, että happea käytettäisiin viimeksi mainittuun tarkoitukseen, minkä mahdollistaa tekniikka, joka on kehitetty hapen tasaista sekoitusta varten massaan ennen alkalivaihetta ja massakonsentraationa, joka normaalisti esiintyy valkaisussa. Hapen käyttö ei edellyttäisi muutoksia alkalivaiheen lämpötilassa, käsittelyäjassa tai pehmeän massan konsentraatiossa, mutta sitä vastoin kylläkin suurempaa alkaliannosta. Tämä menetelmä ei tee massasta eri- 2 67241 tyisen vaaleaa# vaan normaalia suurempi ligniinimäärä poistetaan alkaliuutossa.

Hypokloriittia käytetään tavallisesti ensimmäisen alkali-uuttovaiheen jälkeen sekä täysvalkaistua että puolivalkais-tua massaa valmistettaessa. Hypokloriitti sekä poistaa ligniinijäännökset massasta että valkaisee massan. Hypokloriitti on kuitenkin kallis kemikaali, ja hypokloriitin ja massan orgaanisten aineosien välisissä reaktioissa voi muodostua myrkyllisiä klooraavia yhdisteitä, jotka voivat joutua ulos luontoon jätelipeän mukana. Jotta lisäksi voitaisiin säilyttää massan viskositeetti, on tavallisesti käytettävä alempaa lämpötilaa hypokloriittivaiheessa kuin edeltävässä tai seuraavassa vaiheessa, mikä suurentaa energian kulutusta valkaisussa.

Tässä esiteltävässä keksinnössä osoitetaan, että massassa jäljellä olevan ligniinin pääosa voidaan poistaa alkaliuu-ton jälkeen, koska massassa jäljellä oleva ligniini jossakin määrin on kondensoitunut eikä liukene alkaliin. Lisäksi voidaan parantaa massan vaaleutta käsittelemällä alkalista massaa hapella niin alhaisessa paineessa, että käsittely voidaan suorittaa normaalissa paineettomassa valkaisutor-nissa ja alemmassa lämpötilassa kuin muissa tunnetuissa valkaisumenetelmissä. Menetelmä eroaa myös menetelmästä, jossa käytetään happea lisäaineena alkaliuuttovaiheessa estämään ligniinin kondensoituminen, siten että ehdotettu happi-käsittely suoritetaan vasta alkaliuuttovaiheen jälkeen ja että käsittelyolosuhteet valitaan siten, että massan vaaleus saadaan huomattavasti paremmaksi käsittelyn kuluessa. On voitu todeta, että käytettäessä nyt kehitettyä menetelmää tapahtuu massassa vastaavia muutoksia kuin normaalitapauksissa käytetyssä vastaavan massan hypokloriittikäsittelyssä. Kun käytetään happikäsittelyä, ei jätelipeään kuitenkaan muodostu myrkyllisiä yhdisteitä. Koska jätelipeään ei myöskään kehity huomattavia määriä klorideja, sitä voidaan 3 67241 käyttää massan pesuun keiton jälkeen ja johtaa se kemikaalien talteenottojärjestelmään. Tämä johtaa säästöihin kemikaalikustannuksissa ja pienempään tehtaan poisteeseen, kun hypokloriittivaihe korvataan tällä uudella menettelytavalla.

Keksinnölle on tunnusomaista, että esitetty happikäsittely suoritetaan alkaliuuttovaiheen jälkeen, joka seuraa käsittelyä kloorikemikaaleilla. Happi sekoitetaan huolellisesti massaan ennen normaalisti paineetonta valkaisutomia, jossa massa virtaa alhaalta ylöspäin. Massakonsentraatio pidetään normaalien keskikonsentraatioarvojen puitteissa, ts. välillä 8-18 %. Sopivia alkalimääriä, 0,3-5 % massasta, lisätään massaan ennen hapen sekoitusta massaan. Myös sopiva määrä alkalista jätelipeää voidaan lisätä massaan. Käsiteltävän massan pienen ligniinipitoisuuden takia on tarvittava happimäärä tavallisesti pieni, alle lO kg/massatonni. Lämpötila (50-80°C) voidaan valita siten, että se sopii hyvin useissa vaiheissa tapahtuvan valkaisun happikäsittelyä edeltävän alkalivaiheen lämpötilaan ja sen jälkeen seuraavan klooridioksidivaiheen lämpötiloihin. Tämä johtaa edulliseen valkaisun lämpötalouteen. Käyttämällä keksinnön mukaista menetelmää saadaan ligniinipitoisuus alenemaan huomattavasti alemmalle tasolle verrattuna korkeassa lämpötilassa ja paineen alaisena suoritettuun happivalkaisuun ilman,että massan viskositeetti merkittävästi alenee.

Käyttämällä kuvattua menetelmää olemassa olevissa laitoksissa on siis mahdollista säästää kemikaalikustannuksissa. Uusissa laitoksissa laitteisto yksinkertaistuu, minkä vuoksi investointikustannukset jäävät pienemmiksi.

Seuraavat esimerkit havainnollistavat keksityllä menetelmällä saavutettuja tuloksia suoritettaessa kokeita mänty-sulfaattimassalla, jonka kappaluku oli 25 ja viskositeetti 3 950 dm /kg valkaisussa.

4 67241

Esimerkki 1

Yllä mainittua valkaisematonta sulfaattimassaa käsiteltiin normaaleissa klooraus- ja alkaliuutto-olosuhteissa. Saadulle massalle suoritettiin sekä normaali hypokloriittikäsitte-ly että happialkalikäsittely keksityn menetelmän mukaisesti. Olosuhteet happialkalikäsittelyn aikana olivat seuraavat:

Konsentraatio 10 %

Lämpötila 70°C

NaOH-annos 1,25 % massasta

Hapen paine käsittelylämpö- tilassa 0,33 MPa Käsittelyaika 150 min

Lisäksi saatua massaa vertailtiin sellaiseen massaan, jolle oli suoritettu alkalikäsittely happea lisäämällä, 60°C, 3,5 % NaOH, 60 min. Tulokset käyvät selville alla olevasta taulukosta .

Massan käsittely D/CE D/C E H D/C 0/E d/C E 0/E Kappaluku 6,4 2,5 3,9 3,0

Viskositeetti dm^/kg 810 810 780 810

Vaaleus % ISO 37,9 62,7 47,9 51,4

Alkalikulutus % 2,15 0,42

Tulokset osoittavat, että keksityllä menetelmällä voidaan huomattavasti pienentää massan ligniinipitoisuutta sekä parantaa massan vaaleutta samassa määrin kuin hypokloriitti-käsittelyllä. Verrattuna alkaliuuttoon, johon on lisätty happea, saavutettiin nyt kehitetyllä menetelmällä parempia tuloksia ligniinin poiston ja vaaleuden kohdalla. Massan viskositeetti ei myöskään alene kuten vertailuraenetelmällä suoritetuissa kokeissa.

Esimerkki 2

Esimerkin 1 mukaiset happialkalikäsittelyt toistettiin lukuunottamatta käsittelyaikaa, joka muutettiin 120 minuutiksi, ja muutettua alkaliannosta.

5 67241

Tulokset olivat seuraavat:

Alkaliannos % 0,75 2,25

Kappaluku 3,4 2,9 3

Viskositeetti dm /kg 820 800

Vaaleus % ISO 51,2 53,7

Alkalikulutus % massassa 0,54

Tulokset osoittavat, että alkaliannoksen suurentaminen yli 1,25 %:lla ei enää merkittävästi paranna käsittelyn tuloksia ja sinänsä pieni alkalikulutus ei myöskään.suurene paljonkaan.

Esimerkki 3

Esimerkin 1 mukainen happialkalikäsittely toistettiin lukuunottamatta käsittelyaikaa, joka muutettiin 120 minuutiksi, ja muutettua hapen painetta.

Tulokset olivat seuraavat:

Hapen paine MPa 0,1 0,23

Kappaluku 3,3 3,2

Viskositeetti dm^/kg 810 810

Vaaleus % ISO 49,1 49,3

Voidaan todeta, että hapen paineen alennus pienentää käsittelyn tehoa vain jonkin verran. Lisäksi on otettava huomioon, että hapen siirto pehmeään massaan ei tapahdu yhtä tehokkaalla tavalla laboratoriokokeissa kuin teollisessa mittakaavassa nykyaikaista tekniikkaa käyttäen. Tulokset osoittavat selvästi, että kehitetty menetelmä on sopiva paineet-tomissa valkaisutorneissa, joissa pehmeä massa virtaa ylöspäin .

Esimerkki 4

Happialkalikäsittely suoritettiin 80°C:n lämpötilassa, jolloin reaktioaika oli 120 min ja olosuhteet muuten samanlaiset kuin esimerkissä 1. Näissä kokeissa tutkittiin myös 6 67241 magnesiumglukonaatin vaikutusta, kun oli tehty lisäys 0,2 % massasta magnesiumina laskettuna.

Tulokset olivat seuraavat:

Magnesiumlisäys - 0,2 % mg

Kappaluku 2,8 3,0

Viskositeetti dm^/kg 800 810

Vaaleus % ISO 54,8 52,2

Tulokset osoittavat, ettei magnesiumlisäys ole tarpeellinen tässä menetelmässä.

Esimerkki 5

Esimerkissä 1 mainittuja esivalkaistuja massoja valkaistiin edelleen sekvenssillä D-E-D. Kemikaalien kulutukset ja vaaleudet olivat:

Esivalkaisu D/CE D/C E H D/C 0/E D/C E 0/E

Vaaleus, % ISO 88,45 89,3 89,4 89,4

Viskositeetti, dm3/kg - 770 - 770 C102~annostus, % aRt. Cl2 4,1 2,3 3,2 2,6

Kokonaisk1oorian- nostus, % akt. Cl2 9,1 8,7 8,3 7,7

Tulokset osoittavat, että keksityllä menetelmällä saadaan yhtä hyvä loppuvaaleus kuin tavanomaisessa 6-vaihevalkai-sussa. Tämä saadaan käytännöllisesti katsoen samalla kloo-ridioksidiannostuksella ja huomattavasti pienemmällä kloo-rikemikaalien kokonaisannostuksella. Keksitty menetelmä säästää huomattavasti klooridioksidia verrattuna hapella vahvistettuun alkaliuuttoon.

Kuudessa vaiheessa valkaistut massat jauhettiin PFI-myllys-sä. Massojen ominaisuudet jauhettaessa arvoihin 20 ja 30° SR olivat seuraavat: 7 67241

Esivalkaisu D/C E H D/C E 0/E

°SR 20 30 20 30

Jauhatusaika, min 1,1 2,5 1,4 2,6

Vetoindeksi, Nm/g 65,0 78,0 70,5 83,5

Puhkaisuindeksi, kPa Ttr/g 4,70 6,05 5,10 6,05

Repäisyindeksi, mNm2/g 13,5 10,9 13,2 11,0

Hajaheiiastusker- roin, mVk? 22,0 20,0 22,0 20,0

Voidaan siis todeta, että valkaistun massan lujuusominaisuudet ovat happialkalikäsittelyssä yhtä hyvät kuin hypoklo-riittivaihetta käytettäessä? vetolujuus on jopa parempi ensin mainitussa tapauksessa.

Claims (8)

1. Tapa valkaista ja delignifioida selluloosaa sisältäviä materiaaleja, kuten esimerkiksi puusta tai ruohosta valmistettua selluloosaa, jolloin yhtenä vaiheena on kloorikemikaa-leilla suoritetun käsittelyn jälkeen suoritettu alkalin lisääminen yhdessä hapen kanssa huolellisesti sekoittaen niin, että muodostuu pieniä kuplia, tunnettu siitä, että käsittely alkalilla ja hapella suoritetaan kloorikemi-kaaliolla suoritettua käsittelyä seuraavan alkaliuuttovaiheen jälkeen poistaen ligniiniä selluloosapitoisesta materiaalista ja että näin saatu massa tämän jälkeen johdetaan paineetto-maan ylävirtausvalkaisutorniin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että selluloosaa sisältävän aineen selluloosapitoisuus massassa on 5-20 paino-%, sopivimmin 11-15 %.

3. Patenttivaatimusten 1-2 mukainen tapa, tunnettu siitä, että alkali- tai maa-alkalimetallihydroksidia käytetään alkalina tai näitä sisältävää prosessiliuosta, 0,3- 5.0 %, sopivimmin 0,5-2,0 % laskettuna NaOH:na selluloosa-pitoisen massan painosta.

4. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen tapa, tunnettu siitä, että massaan sekoitetaan happimäärä, joka on 0,05- 2.0 % selluloosapitoisen aineen painosta.

5. Patenttivaatimusten 1-4 mukainen tapa, tunnettu siitä, että käsittelylämpötila valkaisutornissa on 50-80°C, sopivimmin 65-75°C.

6. Patenttivaatimusten 1-5 mukainen tapa, tunnettu siitä, että massan edeltäviä käsittelyjä kloorikemikaaleilla ja massan alkaliuutto on suoritettu normaalia lievemmissä olosuhteissa.

7. Patenttivaatimusten 1-6 mukainen tapa, tunnettu siitä, että massaa on, ennen käsittelyä kloorikemikaaleilla, käsitelty olosuhteissa, jotka normaalisti vallitsevat happi-valkaisussa.

8. Patenttivaatimusten 1-7 mukainen tapa, tunnettu siitä, että käsittelyn jälkeen saatu jätelipeä otetaan talteen, jolloin sen sisältämät orgaaniset aineet poltetaan ja sen sisältämä alkali käytetään uudelleen.