中等稠度纸浆的氧化去木质作用制造技术

一种用于将中等稠度的纸浆氧化去木质的方法，它包括下列步骤： 提供稠度为约１０－１６％的纸浆； 调节纸浆的ｐＨ值至少为１１； 在搅拌混合的同时向纸浆中加入氧气，使之在约１７０－２４０华氏度的第一种反应温度下与纸浆反应第一反应时间； 将纸浆的ｐＨ值调节到至少为１１，并且在第一反应过程结束时系统中残余的碱量至少为４．０ｇｐｌ；以及 在１７０－２４０华氏度的第二反应温度下将纸浆反应第二反应时间。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于使软木纸浆去木质的方法和装置，特别是涉及用于中等稠度的纸浆氧化去木质的改进方法。该方法采用两阶段反应设计。已知的用于将中等稠度的纸浆氧化去木质的方法和装置包括采用高剪切混合器以及上流加压反应器，反应时间为20-60分钟。这些方法是在10.5-13的碱性pH值下、在10-14％稠度(o.d)下操作进行的。将氧气与湍流状态的纸浆接触，持续时间低于1秒钟。这些方法均需要采用两个加压反应器的方法和装置，每一个均采用高剪切混合器，以两次混合氧气，从而改进总的效果。至今，采用上述方法和装置一般可以导致纸浆卡伯值降低量(即去木质作用)为40-45％，有些双反应器系统声称可以达到45％以上。但是，许多系统都低于40％卡伯值降低量。已知的方法和装置的缺点在于较低的卡伯值降低量使得中等稠度的氧化去木质作用本身不适合作为对采用臭氧和过氧化物漂白剂的总游离氯(TCF)漂白设备的预处理。据报道TCF漂白设备需要进入的卡伯值低于15，优选地低于12。这些低卡伯值是出于质量、经济、工艺设计等等的原因而要求的。除了中等稠度的氧化去木质作用以外，用来使软木达到这些低卡伯值结果的工艺技术是醌(AQ)蒸煮。人们还声称(US5173153和5085734)采用所说的OM工艺的高稠度氧化去木质作用可以降低60％，因此，是优选的氧化去木质技术。上述技术需要在TCF漂白设备之前投入较高的成本或者对纸浆处理采用高稠度氧化去木质处理，因此，它们不能采用许多纸浆研磨操作以廉价地改进其工艺，在大多数情况下，它们还需要装配足够数量的有较高操作复杂性程度的装置。此外，由于为了达到TCF漂白所需的卡伯值而延长蒸煮时间，结果造成产品产率下降。人们已经认识到氧化去木质反应是在两种不同的反应动力学水平下进行。第一种反应很快地发生，它使木质粉碎(去木质作用)。它是一种自由基漂白反应，取决于碱浓度或pH值。当该反应进行并产生有机酸时也会消耗碱，从而使反应过程中的pH值下降1-2个点。这与操作系统的现场观察是一致的。第二个反应缓慢地发生，其速度估计比第一种反应慢20倍，该反应用于使发色结构破坏(亮度显示)。它是一种离子漂白反应，与碱浓度或pH值有关。当该反应进行并产生有机酸时也消耗碱，从而使反应过程中的pH值下降1-2个点。本专利技术的目的在于提供一种用于将中等稠度的软木浆去木质至约45-60％的方法。本专利技术可以用来改进现有的中等稠度氧化去木质系统以及用于新的系统。这样可以使许多泵送操作在TCF工艺可以接受的卡伯降低范围中操作，而投资成本较低。它们还可以采用工业上所熟悉并得到证实的方法以及简单操作的一种方法。其目的在于提供一种可以在整套去木质系统中的一个中间步骤中采用的方法和装置，由此可以使纸浆研磨装置满足短期环境目的，同时为未来的需要着想。更进一步地说，本专利技术的目的在于限定一种用于中等稠度的纸浆氧化去木质的方法，它包括下列步骤(1)提供稠度为约10-16％的纸浆；(2)加入碱从而使纸浆的pH值至少为11，更优选地为12；(3)将纸浆在高剪切混合器中导入到氧气中，并在其中在约20-180psig压力下搅拌混合；(4)在约170-240华氏度，更优选地为190-220华氏度的第一反应温度下反应，第一反应时间为3-10分钟，优选地为4-8分钟，更优选地为4-6分钟，最优选地为约5分钟；(5)将纸浆的pH值调节到至少为11，优选地为至少12，同时确保系统中残余的碱至少为4.0gpl，并且任选地加入另外的氧气；(6)将温度升高到约170-240华氏度，更优选地为190-220华氏度并且在混合器中搅拌混合纸浆并且保持最终反应时间30-180分钟，优选地为40-120分钟，更优选地为50-70分钟，最优选地为约60分钟。用于本申请中时，卡伯值是残留在纸浆中的可氧化材料量的测定值，而ISO值是材料的亮度的测定值(它还是仍然存在的使产物呈棕色的木质素量的测定值)。该增亮反应主要发生在该反应的第二阶段中。较为需要的是使卡伯值降低到最小，同时使产物的ISO值达到最大。参照下列描述并结合附图，本专利技术的上述以及进一步地目的和特点将变得显而易见。附图说明图1是碱加入浓度的作用对时间的曲线图；图2是两次加入碱的作用对一次加入的随时间的曲线图；图3是根据本专利技术的一种实施方案的新型装置的方框图4是可以在整套去木质系统中用作一个中间步骤的新型装置的方框图；以及图5是表示根据本专利技术的一种实施方案的新方法的步骤的流程图。本专利技术的一个特别新颖的地方在于对上述与氧化去木质作用有关的两个特定的反应/动力学阶段的论述。在已知的系统中人们预测第一反应在10-20分钟内发生并且低估了其碱消耗作用。事实上，该第一反应在搅拌纸浆时在1-5分钟内发生。搅拌是该第一反应得以有效进行的一个重要方面。它促进了纸浆/水界面层的湍流，从而使氧更有效地向木质素中进行质量传递。这与在先前的中间工厂和工业操作中所进行的观测结果一致。它使得卡伯值降低20-30％，并且使pH值降低0.5-1个点。在该初始反应自身消耗以后，重要的是立刻补充消耗的碱量和/或氧，从而使第二种离子反应的动力学有效地进行并且完全去木质化，使卡伯值降低45-60％。搅拌对于第二离子反应的进行同等重要，但是不需要是第一反应的强度。如前所说，在氧的存在下，pH或碱的浓度对两个反应的动力学是关键的。由于第一反应的效果，残余的碱的浓度不足以保持第二反应的动力学，第二反应的卡伯值将达到最小而随后的保持就被浪费。如图5中所示，该方法的基本步骤需要在170-240华氏度，更优选地在190-240华氏度下稠度约为10-16％的纸浆泵送。该浆料必须完全用碱浸渍，使浆料的pH值至少为11，优选地为至少12。而后将浆料导入高剪切气体混合器中进行强烈搅拌并在其中在约20-180psig压力下与氧混合并将纸浆保持3-10分钟，优选地为4-8分钟，更优选地为5-6分钟反应时间。在下一个步骤中，通过加入碱(NaOH)，将浆料的pH升高到至少11，更优选地为12，同时不断地测定残余碱量，使之优选地至少为4.0gpl，并将其输送到接触混合器中。该浆料必须与氧气接触，混合器中氧气与纸浆的接触发生的停留时间为1秒钟以下-5秒钟。而后使反应继续进行至少40-80分钟，优选地为50-70分钟，更优选地为55-65分钟。为了完全去木质化，两次碱加入时间必须使反应的选择性达到最佳。还有一个关键之处在于将残余碱的浓度开始时保持在4.0gpl以上，以使第二个反应有效地进行。由于该自由基反应也会使最高粘度发生下降，因此重要的是不要使该反应进行太长。向该反应中加入过量的碱以使第二反应保持足够的残余pH值，这将会对第一反应的选择性产生严重的影响。该新方法可以采用如图3所示的装置10来进行。如图中所示，装置10包括两个混合器，即高剪切混合器12和接触气体混合器14，它们串联安装，在两个混合器之间有3-5分钟纸浆停留时间。根据该优选的方法，每一个混合器的停留时间为1秒以下到几分钟(如5分钟)。装置10以及用它进行的方法的操作压力约为20-180psig。将纸浆源18供入高剪切混合器12中；其稠度为约10-16％，温度为约170-240华氏度，更优选地为190-210华氏度。碱源20与混合器12相通，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·J·米勒，
申请(专利权)人：贝洛特工艺技术公司，
类型：发明
国别省市：