Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ ЛИСТВЕННИЦЫ

Изобретение относится к технологиям переработки древесной щепы с получением целлюлозных полуфабрикатов по бисульфитному способу варки и может найти применение в целлюлозно-бумажной промышленности при комплексной переработке древесины лиственницы сибирской.

Известно, что при варке целлюлозы из щепы лиственницы с удаленными из нее в максимально возможной степени арабиногалактаном и флавоноидами качество волокнистого полуфабриката по ряду показателей заметно повышается, а процесс варки облегчается. Важно также, что экстракт на водной основе с высоким содержанием арабиногалактана может найти нетривиальное применение, например, в качестве добавки в различные составы.

Известен способ переработки древесины лиственницы ее обработкой экстрагентом, в качестве которого используют водные растворы бисульфитов щелочного или щелочноземельного металла или аммония, с выделением в экстрагент растворимых компонентов древесины. Обработку ведут экстрагентом с рН 4,0-6,0 при гидромодуле 4-4,5 и температуре 25-100°С в течение 60-90 минут. Затем экстракт отделяют от древесного остатка и перерабатывают с получением целевого продукта - кверцетина (RU №2035460, МПК C07D 311/32, опубл. 20.09.1995 г.). В этом способе использование древесного остатка не предусматривается.

Известен также способ получения целлюлозы из древесины лиственницы по бисульфитному способу варки (А.с. №256502, МПК D21C 3/10, опубл. 01.04.1970 г.). По этому способу производят одноступенчатую варку с бисульфитным варочным раствором на магниевом основании при температуре 155-175°С, давлении 6-8 атм, гидромодуле 3,5-4,5 в течение 2,5-5,0 часов, концентрации всего SO₂ 4-7% и рН 3,5-5,5.

Однако в этом способе не производится предварительная обработка щепы экстракцией.

Наиболее близким по технической сущности и назначению к предлагаемому изобретению является способ комплексной переработки древесины лиственницы, включающий использование варочного котла периодического действия для сульфатной варки, загрузку котла щепой, заполнение его жидкой фазой, ступень водной экстракции щепы с заданной ее длительностью, выведением экстракта из котла, его переработку, заполнение котла варочным раствором, варку щепы в заданном режиме (А.с. №1595977, МПК D21C 3/02, D21C 1/02, опубл. 30.09.1990 г.).

Однако этот способ не обеспечивает удаление из щепы экстракцией арабиногалактана и флавоноидов в максимально возможной, но экономически и технологически оправданной степени. Кроме этого, концентрация арабиногалактана в экстракте недостаточно высокая для утилизации экстракта в целом, без выделения арабиногалактана. Не обеспечивается также возможность автоматического управления потоками жидких фаз в процессе переработки щепы.

Положительными результатами от использования предлагаемого изобретения являются повышение степени удаления из щепы экстракцией арабиногалактана и флавоноидов, получение экстракта с высокой концентрацией в нем этих компонентов, обеспечение возможности автоматического управления потоков жидких фаз в котле при переработке щепы.

Указанные результаты достигаются тем, что в способе комплексной переработки древесины лиственницы, включающем использование варочного котла периодического действия, загрузку котла щепой, заполнение его жидкой фазой, экстракцию щепы с заданной ее длительностью при повышенной температуре, выведение экстракта из котла, заполнение его варочным раствором, варку щепы в заданном режиме, согласно изобретению, экстракцию проводят раствором лигносульфонатов в трех последовательно связанных между собой по жидким фазам котлах для бисульфитной варки, при этом экстракт выводят из котлов путем его вытеснения бисульфитным варочным раствором, и варку, соответственно, производят по бисульфитному способу. Длительность заполнения котла жидкой фазой и, соответственно, равная ей длительность замены в котле одной жидкой фазы другой жидкой фазой равны длительности эффективной экстракции водным экстрагентом. Экстракцию щепы и заполнение котлов варочным раствором проводят в автоматически управляемом режиме по сигналам датчиков заполнения котлов жидкими фазами.

Способ осуществляют следующим образом. Сначала в лабораторных условиях проводят экстракцию щепы водой при температуре 90°С в течение 60 минут. По зависимости концентрации растворенных в экстракте веществ от времени определяют длительность эффективной экстракции водой τ_эф. Экстракцию считают эффективной до того момента, после которого при удвоении длительности экстракции количество добавленных веществ в экстракте не превышает 10% от их содержания в экстракте в этот момент. При экстракции водой τ_эф оказалась равной 26 минут.

При исходном содержании в щепе арабиногалактана 9,8 масс.% за эти 26 минут из щепы экстрагировалось 46% арабиногалактана, то есть 45 г в расчете на 1 кг щепы.

При промышленном исполнении способа длительность заполнения котлов жидкой фазой и длительность вытеснения из котла одной фазы другой принимают равной τ_эф. По этой величине рассчитывают скорость подачи жидких фаз в первый котел.

В процессах экстракции при заполнении котлов экстрагентом и варочным раствором они заполняются до уровня перелива жидких фаз в трубопроводы, соединяющие выход жидкой фазы из одного котла с входом жидкой фазы в следующий. Эти трубопроводы в верхней части имеют запорные элементы, открытые при экстракции и заполнении котлов жидкими фазами и закрытые при варке. Непосредственно ниже запорных элементов расположены датчики заполнения котлов, определяемого, например, как появление жидкой фазы с известными характеристиками в датчике данного котла. Это может быть датчик электропроводности, значения рН, плотности или какой-либо другой характеристики жидкой фазы.

При заполнении первого котла его датчик срабатывает и его первый сигнал подтверждает заполнение котла раствором лигносульфонатов. Подача экстрагента в первый котел продолжается, первый его объем вытесняется во второй котел. При заполнении второго котла по первому сигналу его датчика подача экстрагента прекращается, в первый котел подается варочный раствор. При его заполнении второй сигнал датчика первого котла подтверждает его заполнение этой жидкой фазой, а первый сигнал датчика третьего котла подтверждает его заполнение экстрагентом. В этот момент вся щепа в первом котле подверглась экстракции в течение 2 τ_эф, во втором котле - в течение τ_эф. При заполнении второго котла варочным раствором второй сигнал его датчика подтверждает это заполнение. В этот момент вся щепа во втором котле подверглась экстракции в течение 2 τ_эф, а половина поданного в систему котлов экстрагента оказалась вытесненной через трубопровод в хранилище экстракта. При заполнении третьего котла варочным раствором по сигналу его датчика подача этого раствора прекращается, запорные элементы переводятся в закрытое состояние, обеспечивающее герметичность котлов при варке в условиях высокого давления. В этот момент вся щепа в котлах прошла экстракцию в течение 2 τ_эф, весь экстракт оказался в хранилище. В течение всего процесса экстракции и заполнения котлов варочным раствором температуру в котлах поддерживают на уровне 90°С. Эти процессы проводят в автоматически управляемом режиме с использованием сигналов датчиков.

В результате обработки щепы экстрагентом из нее удаляется и переводится в экстракт не менее 80% арабиногалактана, то есть 78,4 г из 1 кг щепы. С учетом количества загруженной в котлы щепы и значения гидромодуля, можно оценить содержание в экстрагенте арабиногалактана и других растворенных веществ.

Пример.

После заполнения содержащих щепу котлов варочным раствором переходят к варке целлюлозы. Ее проводят по известной технологии и известному режиму, для которых и был приготовлен варочный раствор. В наших испытаниях варку проводят по упомянутому выше бисульфитному способу (А.с. №256502, МПК D21C 3/10, опубл. 01.04.1970 г.). Состав варочного раствора, мас.%: всего SO₂ 5,17, связанного SO₂ 2,64, свободного 2,53, MgO 1,65, остальное - вода. Исходное значение рН бисульфитного варочного раствора при 20°С 4,5. Гидромодуль при варке 4,0.

Варку осуществляют по следующему графику: подъем температуры до 165°С в течение 3,5 ч, варка при температуре 165°С - 3,0 ч, давление при варке 6,5 атм.

Получают целлюлозу с выходом 42%, непровара нет. Содержание лигнина в целлюлозе 2,4%, смол и жиров 0,51%, разрывная длина 8320 м, сопротивление продавливанию 6,4 кгс/см², сопротивление излому 4820 двойных перегибов.

Таким образом, в процессе комплексной переработки щепы лиственницы получена целлюлоза хорошего качества и концентрированный экстракт. Смесь лигносульфонатов и арабиногалактана можно совместно перерабатывать с получением, например, металлопроизводных этих веществ, или добавок для модификации буровых глинистых растворов.