Технология получения целлюлозы из льна
ВОТ ИЗ ТАКОГО СЫРЬЯ ИЗГОТОВЛЯЮТ БУМАГУ, ОБЁРТКУ И КАРТОН.
ЗАТО СКОЛЬКО ДЕРЕВЬЕВ ОСТАНУТСЯ НЕТРОНУТЫМИ В ЛЕСУ .
Завод по производству целлюлозы из конопли
Разработанный под руководством Украинской академии аграрных наук инновационный проект 100% безотходного экологически чистого производства бумаги, потребность в которой мирового рынка не ограничена, демонстрирует высокую рентабельность использования технической конопли в качестве целлюлозного сырья.
Вниманию инвестора предлагается проект производства целлюлозы из технической конопли, как альтернативного энергосберегающего и экологически чистого сырья для потребностей национальной и мировой бумажной индустрии.
Он подготовлен с целью ознакомления с возможностями обеспечения экологически чистым сырьем картонно-бумажной промышленности Украины, экспортом данного сырья в страны Западной Европы, Канаду и США.
Для осуществления проекта под руководством Украинской академии аграрных наук разработан бизнес-план, проведены все необходимые маркетинговые исследования, произведен расчет инвестиционных затрат.
Этот проект является инновационным и не имеет аналогов на мировом рынке.
Общая стоимость проекта составляет около $ 53 млн.Учитывая особенности национального налогообложения срок окупаемости проекта составляет около 4 лет.
Изобретение относится к химической промышленности, конкретно к технологии производства очищенной целлюлозы из льноволокна.
Известен способ очистки льняного волокна [патент РФ №2347861, опубликован 27.02.2009], включающий рыхление с одновременным укорочением волокна и отделение твердых частиц воздействием на волокно воздушного центробежного потока, отделение твердых частиц путем одновременного воздействия воздушного центробежного потока и многократного ударного воздействия с использованием колковых барабанов при скорости их вращения 700-1200 об/мин, после чего проводят повторное рыхление с одновременным укорочением волокна до средней массодлины 35-55 мм с повторным отделением твердых частиц с одновременным воздействием воздушного центробежного потока и многократного ударного воздействия с использованием колковых барабанов.
Недостатком способа является то, что в данном способе не ставится и не решается задача отбелки льняного волокна для последующего производства из него ваты.
Известен также способ получения льняной ваты [патент РФ №2501895, опубликован 20.12.2013], включающий подготовку волокна, его механическую обработку, беление с использованием химического раствора, промывку, отжим и сушку, формирование ленты, которую обрабатывают химическим раствором с последующей промывкой, отжимом и сушкой, а сухую беленую ленту подвергают механической обработке путем знакопеременной деформации на изгиб, двухстороннего скользящего изгиба с захлестыванием концевых участков ленты и последующей очисткой образованных при механической обработке короткоштапельных волокон от неволокнистых примесей.
Недостатком данного способа является увеличение состава оборудования технологической линии вследствие необходимости осуществления двухстороннего скользящего изгиба с захлестыванием концевых участков ленты, как следствие, повышение капитальных затрат на оборудование и эксплуатационных затрат.
пероксид водорода (в пересчете на активный кислород) 2,0-3,5
кальцинированная и/или каустическая сода
до общей щелочности 20,0-50,0.
При этом раствор для дополнительной окислительной обработки содержит компоненты в следующем соотношении (г/л):
пероксид водорода (в пересчете на активный кислород) 0,7-1,5
силикат или метасиликат натрия (в пересчете на SiO2) 1,4-2,5
кальцинированная и/или каустическая сода
до общей щелочности 3,0-5,0
Этот способ принят в качестве прототипа.
Недостатками способа являются:
1) использование раствора минеральной кислоты для предварительного удаления примесей, что повышает количество вредных отходов производства;
2) необходимость изменения температуры, жидкостного и силикатного модуля во время химической обработки льняных волокон, что при недостаточной автоматизации технологической линии снижает производительность оборудования.
Задача изобретения - повышение производительности оборудования с одновременным снижением количества вредных отходов производства в виде продуктов обработки льняного волокна раствором минеральной кислоты.
Кроме того, раствор для окислительной обработки содержит компоненты в следующем соотношении (г/л):
пероксид водорода 16-18
метилсиликат натрия 4-5
комплексообразующее соединение 1,5-1,7
поверхностно-активные вещества 2,7-2,9
Кроме того, раствор для окислительной варки содержит компоненты в следующем соотношении (г/л):
пероксид водорода 31-32
метилсиликат натрия 7-9
комплексообразующее соединение 3,0-3,3
поверхностно-активные вещества 2,7-2,9
сульфат магния 0,19-0,21
каустическая сода 3,1-3,3.
Ниже приводится пример конкретной практической реализации способа согласно изобретению.
пероксид водорода 16-18
метилсиликат натрия 4-5
комплексообразующее соединение 1,5-1,7
поверхностно-активные вещества 2,7-2,9
Затем волокно промывают горячей водой с температурой 80°C в течение 30 минут.
Затем осуществляют окислительную варку при температуре 98÷100°C в течение 90 минут в растворе, содержащем следующие компоненты (г/л):
пероксид водорода 31-32
метилсиликат натрия 7-9
комплексообразующее соединение 3,0-3,3
поверхностно-активные вещества 2,7-2,9
сульфат магния 0,19-0,21
каустическая сода 3,1-3,3.
Затем волокно промывают горячей водой с температурой 80°C в течение 40 минут.
Далее выполняют промывку теплой водой с температурой 60°C с добавлением поверхностно-активных веществ в течение 40 минут и производят сушку на центрифуге.
Показатели качества полученной таким способом очищенной целлюлозы представлены в таблице 1:
Технологическая схема производства целлюлозы из конопли включает:
дробление с\х отходов – мочка в растворах → удаление лигноподобных веществ и кислот при циркуляции воды→ транспортёр → спиральный нагреватель ( добавляем реактивы кислоты)→возгонка( добавляем реактивы кислоты) → машина для разделения волокна (добавляем реактивы кислоты отбеливания массы)→ спиральный транспортер→ высококонцентрированный массоизготовитель (добавляем метилцеллюлозу и диспергатор)→ спиральный транспортер→машина насыпной целлюлозы →средне-концентрированный массоизготовитель (добавляем реактивы отбеливания (оптические отбеливатели))→прессовочный фильтр→продажа.
Подготовку сырья - измельчение соломы, сена, тонких веток диаметром до 5 мм, стеблей хлопчатника, конопли, кукурузы проводят на установке KPA-5 IN, которая производится в контейнерном исполнении и может размещаться вне помещений. Ее размеры 12*2,3*2,4 м., транспортируется в рабочем состоянии 18*2,3 м; дополнительно к KPA-5 IN требуются: вспомогательные механизмы (4 шт.), транспортёр (2 шт.), пульт управления (1 шт.), сито (1 шт.). Суммарное потребление мощности 30 кВт, производительность 5 тонн/смена, персонал 1 человек смена, производственная площадь* 40 м, малая механизация 1 самоходная тележка, грузоподъемностью до 1 тонны.
На этапе переработки растительной органики , когда сырье, перед подачей в агрегат для разделения на волокна, замачивается в ванной с обеззараживающими и отбеливающими веществами, требуются: перекачивающие насосы для агрессивных сред (2 шт.), химический очиститель HI-1UB-I-3 (размер 1,4*1,5*0,9 м), установка термоистирания LU-XR -136 (размер 1,5*0,9*1,1 м), вспомогательные механизмы (10 шт.), транспортёры размером 3,5*0,5*1,3 м (6 шт.), баки диаметром 2,25, высотой 4,3 м (2 шт.). Данное оборудование с производительностью 5 тонн/смена устанавливается только в отапливаемых помещениях площадью 100 кв. м. Суммарно оно потребляет электроэнергии 150 кВт, и для обслуживания необходим персонал из 4 человек.
Получение беленой целлюлозы проводят с помощью рафинёра EB-IL-81 однодискового, рафинёра EB-IL- 60 двухдискового. Также нужны: установка тонкодисперсной очистки LU-EIJ-5\10, сушка LU-4000, вспомогательные механизмы (19 шт.), насосы перекачки органических смесей (5 шт.), бункера для реактивов (4 шт.), дозатор электронный (1 шт.), транспортёры (7 шт.), упаковщик (1 шт.), пресс (1 шт.), тепловой узел (1 шт). Производительность участка -5 тонн/сутки. Минимальная производственная площадь - 20х20 метров.
Суммарное потребление электроэнергии на данном этапе - 140 кВт/смена, расход воды - 250 куб. м/ день, персонал - 4 человека.
Для о чистки и сушки целлюлозы нужны: машина, отделяющая бумагу от воды, аэрационный станок высокой производительности (с трубопроводом), биохимические жгуты (225 куб.м, включая опорную раму), вентилятор, распределительное устройство, вентиль короба, фильтр-пресс 80/870 (по 1 шт.), оборудование, отсасывающее воду из отстойного бассейна (3 шт.), насос для откачки загрязняющих веществ, дозаторная машина (по 1 шт.) и 1 человек для обслуживания техники.
Характеристика процесса:
степень выхода целлюлозы 22-25°SR. Ее влажный вес не меньше 3,5 г, а степень белизны, которую можно регулировать 70-80%. Получаемая целлюлоза подходит для производства лёгкой бумаги, бумаги для стаканов. Для производства писчей бумаги, бумаги для журналов дополнительно требуется низко-концентрированный массоизготовитель, со степенью выхода целлюлозы 40-45°SR, влажным весом 4г.
Расход сырья и энергии для производства 1 тонны целлюлозы:
2 тонны рисовых, 3 тонны конопляных или 4 тонны пшеничных отходов, 800-1000 кВТ/ч или 0,5-0,7т газа, 4 тонны пара в час, 200 кг флокулянтов/ сутки.
Способ касается получения целлюлозы из льняного сырья и может быть использован в целлюлозно-бумажной промышленности для получения целлюлозы для химпереработки, а также, например, ваты, бумаги и картона. Способ осуществляют путем последовательного одновременного рыхления и очистки льна-зеленца или льняной соломы, промывки и резки материала. Затем его замачивают, термомеханохимически обрабатывают, промывают и отбеливают. Снова промывают, отжимают и сушат. После термомеханохимической обработки целлюлозосодержащего материала можно проводить дозревание в щелочном растворе. Техническим результатом является повышение экономичности способа получения целлюлозы из льняного сырья с высокой степенью закостренности. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Формула изобретения
1. Способ получения целлюлозы путем последовательного одновременного рыхления и очистки целлюлозосодержащего материала, замочки, термохимической обработки, промывки, отбелки, промывки, отжима и сушки, отличающийся тем, что перед замочкой осуществляют дополнительно промывку и резку материала, обработку проводят термомеханохимическую, причем в качестве целлюлозосодержащего материала берут лен-зеленец или льняную солому.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно после термомеханохимической обработки материала его оставляют на дозревание в щелочном растворе.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к целлюлозной промышленности, а именно к производству целлюлозы из растительного целлюлозосодержащего материала, и может быть использовано для производства целлюлозы из льняного сырья, предназначенной для химпереработки, производства ваты, в бумажной промышленности и т.д.
Известен способ получения целлюлозы, включающий механическую обработку целлюлозосодержащего материала путем одновременного его рыхления и очистки, варку в щелочном растворе при температуре 130-140°С под давлением 3-4 атм в течение 180-210 мин, промывку, отбелку в кислом растворе гипохлоритом натрия, отжим, рыхление и сушку (RU 2078163, кл. D04H 1/02, опубл.1997).
Недостатками вышеперечисленных способов являются: проведение процесса щелочной варки в жестких условиях - при температуре Т=120-140°С, давлении Р=2-4 атм, использование для отбелки канцерогенного гипохлорита натрия.
Наиболее близким аналогом является способ получения целлюлозы путем одновременного рыхления и очистки целлюлозосодержащего материала, измельчения, замочки в растворе NaOH и очистки, щелочной варки в течение 1,5-3 часов при гидромодуле 1:(5-20), содержащем дополнительно ПАВ, промывки, отбелки в растворе Н 2 О 2 , промывки, отжима и сушки (Патент РФ по Заявке №2005127650 с решением о выдаче патента от 27.02.07).
Недостатком известного способа является невозможность получения целлюлозы из льняного сырья с высокой степенью закостренности, в частности из льняной соломы и льна-зеленца.
В основу предлагаемого изобретения положена задача создания эффективного экономичного способа получения целлюлозы из льняного сырья с высокой степенью закостренности и льна-зеленца, пригодной для химпереработки, производства ваты, в бумажной промышленности и т.д.
Поставленная задача решается так, что в способе получения целлюлозы путем последовательного одновременного рыхления и очистки целлюлозосодержащего материала, замочки, термохимической обработки, промывки, отбелки, промывки, отжима и сушки, перед замочкой дополнительно осуществляют промывку и резку материала, обработку проводят термомеханохимическую, причем в качестве целлюлозосодержащего материала берут лен-зеленец или льняную солому.
В варианте осуществления способа по п.1 дополнительно после термомеханохимической обработки материала его оставляют на дозревание в щелочном растворе.
В качестве целлюлозосодержащего материала используют льняное сырье: лен-зеленец - стебли, отобранные в период между цветением и ранней желтой спелостью растения льна (на 40-50 сутки) до начала интенсивного накопления лигнина (Живетин В.В., Гинзбург Л., Ольшанская О.М. Лен и его комплексное использование. - М.: Информ-Знание, 2002, - 400 с.) и/или солому масличных культур (лен-кудряш, лен-межеумок) после отделения семян.
Процесс по формуле изобретения осуществляют с использованием описанных ниже аппаратов и химреагентов следующим образом.
Рыхление и очистку льняного сырья проводят одновременно с помощью кипорыхлителей типов СРЦК, ВРП для удаления механических примесей, сорняков, цветков, семян.
Разрыхленное сырье по пневмотранспорту поступает в промывной аппарат, где технической водой с содержанием 0,5% поверхностно-активного вещества (ПАВ) удаляют пыль и грязь.
В качестве ПАВ используют синтанол-АЛМ-10 - моноалкиловый эфир полиэтиленгликоля на основе высших синтетических жирных спиртов по ТУ 6-14-864-88 или Неонол АФ 9-12 - моноалкилфенол на основе тримеров пропилена по ТУ 2483-077-05766801-98.
Затем льняное сырье нарезают с помощью многодисковой мельницы типа ММДР-379 до длины сечки 10-15 мм.
Замочку проводят в шнековом аппарате с обратными зонами типа АШ-200 в щелочном растворе, приготовленном на оборотной воде с содержанием NaOH - 10-60 г/л и ПАВ - 0,5 г/л, в течение 15-60 минут при температуре 95-100°С. Гидравлический модуль равен 1:(10-20).
Приготовленную пульпу с концентрацией льняного сырья 5-10% подвергают термомеханохимической обработке в шнековом аппарате с кулачковыми зонами типа АШ-200 при температуре 95-100°С в течение 15-30 минут.
Отработанный щелочной раствор вместе с растворенными в нем нецеллюлозными компонентами льняного сырья отделяют от льняной целлюлозы сцеживанием для возможного повторного использования.
Полуцеллюлозную массу подвергают промывке в умягченной воде с целью удаления остатков щелочи из полуцеллюлозы. Операцию проводят в 2 ступени путем выдерживания в емкостях с водой при температуре 80-90°С в течение 20-30 минут на первой ступени и 40-50°С в течение 20-30 минут на второй ступени. Гидравлический модуль при промывке составляет 1:(10÷20) на каждой ступени.
Отбелку льняной целлюлозы проводят в растворе перекиси водорода с концентрацией 5-10 г/л при температуре 85-95°С в течение 90 минут. Гидравлический модуль - 1:(10÷20).
Промывку от отбельного раствора проводят умягченной водой также, как и при промывке после операции щелочной варки.
Операцию отжима осуществляют на центрифугах типа АГ или АОГ до влажности 40-50%.
Сушку целлюлозы проводят топочными газами при температуре 140-160°С на вибросушилке.
Подсохшую целлюлозу подают в циклон для отделения ее от воздуха и затем на упаковку.
По п.1 ф.из. после термомеханохимической обработки при необходимости улучшения физико-химических показателей целлюлозы проводят дозревание в том же щелочном растворе доукрепленным до концентрации NaOH 10-60 г/л при температуре 95-100°С в течение 30-60 минут и подают на промывку умягченной водой в 2 ступени, как описано выше.
100 кг распакованного льна-зеленца подают в кипоразрыхлитель мощностью 22 кВт и производительностью 800 кг/ч, где подвергают растрепыванию и удалению случайных механических включений, сорняков, корешков и т.п. Разрыхленное сырье промывают в цилиндрической емкости 3 м 3 технической воды, содержащей 5 г/л синтанола АЛМ-10.
Очищенное льняное сырье разрезают на многодисковой мельнице ММДР-379 (мощность 10 кВт, производительность 25 т/сут) до длины волокна 10-15 мм.
Затем нарезанный лен-зеленец и 2 м 3 щелочного раствора с концентрацией NaOH 10 г/л в оборотной воде и 0,5 г/л синтанола АЛМ-10 подают в шнековый аппарат АШ-200 с обратными зонами (производительность 1000 кг/ч), разогретого до температуры 100°С, и проводят замочку в течение 60 минут. После чего приготовленную пульпу массонасосом (производительность - 470 м 3 /ч) транспортируют в шнековый аппарат АШ-200, содержащий кулачки, и проводят термомеханохимическую обработку в течение 30 минут при температуре 100°С.
По окончании термомеханохимической обработки и отделения отработанного раствора льняную целлюлозу двукратно промывают в емкости объемом 10 м 3 умягченной водой в течение 30 минут при температуре 85±5°С и в течение 30 минут при температуре 35±5°С.Гидравлический модуль составляет 1:20.
Далее промытую льняную целлюлозу помещают в емкость объемом 10 м 3 с раствором перекиси водорода концентрации 10 г/л для проведения отбелки при температуре 90°С в течение 1,5 часов. Гидравлический модуль при отбелке составляет 1:20.
Отбеленную целлюлозу промывают умягченной водой в емкости объемом 10 м 3 сначала в течение 30 минут при температуре 85±5°С, затем в течение 30 минут при температуре 35±5°С. Гидравлический модуль на обеих стадиях этой операции промывки составляет 1:20.
Суспензию льняной целлюлозы массонасосом подают на горизонтальную центрифугу (производительность 900 кг/ч). Целлюлозу отжимают до влажности 40%.
Сушку целлюлозы проводят путем подачи льняной целлюлозы в вибросушилку. Температура топочного газа составляет 140-160°С.Получают целлюлозу с выходом 60%, с массовой долей -целлюлозы - 94%, динамической вязкостью 16 мПа·с.
Пример 2-3 ведут аналогично примеру 1, изменяя условия процесса. Данные по примерам представлены в таблице 1.
Условия те же, что и в примере 1, но для повышения массовой доли -целлюлозы вводят операцию дозревания после термомеханохимической обработки. Пульпа поступает в шнековый аппарат АШ-200 с обратными зонами (производительность 1000 кг/ч), где рабочий щелочной раствор доукрепляется до концентрации щелочи 10 г/л. Дозревание проводят в течение 60 минут при температуре 100°С.После промывки умягченной водой в две ступени и отбелки (концентрация Н 2 О 2 - 5 г/л, температура - 95°С) остальное проводят по условиям примера 1. Получают целлюлозу с выходом 57% и содержанием золы 0,2%.
Пример 5-6. Целлюлозу получают аналогично примеру 4, изменяя условия процесса (см. таблицу 1).
Пример 7-12. Способ осуществляют аналогично примерам 1-6, только в качестве исходного сырья используют солому льна-кудряша (Таблица 1).
Анализ данных таблиц 1 и 2 показывает, что предложенный способ является эффективным, так как позволяет получать целлюлозу, используемую для химпереработки, ваты, бумаги, картона и т.д. А использование в качестве исходного сырья соломы масличных культур (отходы производства льняного масла) или льна-зеленца (стебли, отобранные в период между цветением и ранней желтой спелостью растения льна (на 40-50 сутки), значительно снижает себестоимость целлюлозы.
Читайте также: