Получение лиственной целлюлозы высокого выхода бисульфитным способом

УДК

676.16.022.32

DOI:

https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-3-161-169

Аннотация

Представлены результаты разработки технологического режима получения бисульфитной лиственной целлюлозы высокого выхода на магниевом основании для производства различных видов тарного картона. Надежная и эффективная технология регенерации химикатов и тепла, реализуемая при бисульфитном способе варки, дает возможность применять его в условиях самостоятельного сульфитного производства. Исследовано влияние продолжительности стоянки на конечной температуре на выход целлюлозы и число каппа: стоянка на конечной температуре 160 °С более 40 мин приводит к нарушению избирательности варочного процесса; стоянка до 70 мин сопровождается снижением выхода целлюлозы на 6 % при постоянном значении числа каппа полуфабриката. В процессе варки использован гидромодуль 5, расход SO2 – 15,0 %, рН варочного раствора – 4,3…4,5, продолжительность пропитки при 120 °С – 35 мин, варки при температуре 160 °С – 40 мин. Режим позволяет получить полуфабрикат высокого выхода 60…65 % c числом каппа 58…60 ед. без стадии горячего размола. В соответствии со стандартами Российской Федерации оценены характеристики механической прочности образцов, полученных в ходе эксперимента. Сопротивления продавливанию и плоскостному сжатию, разрывная длина и разрушающее усилие сопоставимы с показателями промышленного образца лиственной нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы при выходе полуфабриката 75…78 %. Показано, что присутствие коры в технологической щепе в количестве 7,5 % сопровождается снижением выхода бисульфитной лиственной полуцеллюлозы на 4,5 % и механической прочности – на 7,8 %.
Финансирование: Работа выполнена в Инновационно-технологическом центре «Современные технологии переработки биоресурсов Севера» Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова, г. Архангельск.

Сведения об авторах

Т.А. Королева^1,2, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: ABB-5651-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9477-5864
Л.А. Миловидова¹, канд. техн. наук, вед. инж. отдела планирования и сопровождения научных исследований; ResearcherID:AAH-5551-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8035-5300
А.А. Дряхлицын¹, инж. отдела планирования и сопровождения научных исследований; ResearcherID: AAH-5772-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8218-8569
¹Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163000; e-mail: tataak@mail.ru, l.milovidova@narfu.ru
²Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лавёрова РАН, наб. Северной Двины, д. 23, г. Архангельск, Россия, 163000; e-mail: tataak@mail.ru

Ключевые слова

лиственная древесина, бисульфитная целлюлоза, технологический процесс, свойства целлюлозы, нейтрально-сульфитная целлюлоза, тарный картон, флютинг

Для цитирования

Королева Т.А., Миловидова Л.А., Дряхлицын А .A. Получение лиственной целлюлозы высокого выхода бисульфитным способом // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 3. С. 161–169. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-3-161-169

Литература

1. Бобров А.И., Мутовина М.Г., Бондарева Т.А., Малышкина В.К. Производство волокнистых полуфабрикатов из лиственной древесины. М.: Лесн. пром-сть, 1984. 245 с. Bobrov A.I., Mutovina M.G., Bondareva T.A., Malyshkina V.K. Production of Fibrous Semi-Finished Products from Hardwood. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1984. 245 p.
2. Галеева Н.А. Производство полуцеллюлозы и целлюлозы высокого выхода. М.: Лесн. пром-сть, 1970. 317 с. Galeyeva N.A. Semi-Chemical Pulp and High Yield Pulp Production. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1970. 317 p.
3. ГОСТ 10070–74. Целлюлоза и полуцеллюлоза. Метод определения числа Каппа. Дата введения 1975-01-01. М.: Изд-во стандартов, 1999. 6 с. State Standard. GOST 10070–74. Pulp and Semi-Pulp. Method for Determinating Kappa Number. Moscow, Izdatel’stvo standartov, 1999. 6 p.
4. ГОСТ 20682–75. Бумага для гофрирования. Метод определения сопротивления плоскостному сжатию гофрированного образца (СМТ). Дата введения 1976–01–01. М.: Изд-во стандартов, 1989. 6 с. State Standard. GOST 20682–75. Paper for Corrugation. Method for Determining the Resistance of Corrugated Paper to Flat Compression (Concoro Medium Test). Moscow, Izdatel’stvo standartov, 1989. 6 p.
5. ГОСТ 13525.1–79. Полуфабрикаты волокнистые, бумага и картон. Методы определения прочности на разрыв и удлинения при растяжении. Дата введения 1980– 07–01. М.: Стандартинформ, 2007. 5 с. State Standard. GOST 13525.1–79. Fibre Semimanufactures, Paper and Board. Tensile Strength and Elongation Tests. Moscow, Standartinform Publ., 2007. 5 p.
6. ГОСТ 15815–83. Щепа технологическая. Технические условия.Дата введения 1985–01–01. М.: Изд-во стандартов, 1992. 14 с. State Standard. GOST 15815–83. Technological Chips. Specifications. Moscow, Izdatel’stvo standartov, 1992. 14 p.
7. ГОСТ 13525.8–86. Полуфабрикаты волокнистые, бумага и картон. Метод определения сопротивления продавливанию. Дата введения 1988–01–01. М.: Изд-во стандартов, 2007. 6 с. State Standard. GOST 13525.8–86. Fibre Intermediate Products, Paper and Board. Method for Determination of Resistance to Bursting. Moscow, Standartinform Publ., 2007. 6 p.
8. ГОСТ 10711–97. Бумага и картон. Метод определения разрушающего усилия при сжатии кольца (RCT). Дата введения 2003–01–01. М.: Изд-во стандартов, 2003. 6 с. State Standard. GOST 10711 – 97. Paper and Board. Method for Determination of Breaking Force by Ring Compression (RCT). Moscow, Izdatel’stvo standartov, 2003. 6 p.
9. Дьякова Е.В. Влияние характеристик волокон и их относительного содержания в бумажной массе на деформационные и прочностные свойства тарного картона: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Архангельск, 2004. 19 с. D’yakova E.V. Influence of Characteristics of Fibers and Their Relative Content in the Paper Pulp on the Deformation and Strength Properties of Containerboard: Cand. Eng. Sci. Diss. Abs. Arkhangelsk, 2004. 19 p.
10. Лавров И.В. Совершенствование технологии бумаги для гофрирования на основе композиции первичных и вторичных волокон: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Архангельск, 2012. 20 с. Lavrov I.V. Improving the Technology of Paper for Corrugation Based on the Composition of Primary and Secondary Fibers: Cand. Eng. Sci. Diss. Abs. Arkhangelsk, 2012. 20 p.
11. Непенин Н.Н. Технология целлюлозы: в 3 т. / под ред. Ю.Н. Непенина. Т. 1: Производство сульфитной целлюлозы. М.: Лесн. пром-сть, 1976. 624 с. Nepinin N.N. Technology of Pulp: in 3 Vol. Ed. by N.N. Nepinin. Vol. 1: Production of Sulfite Pulp. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1976. 624 p.
12. Непенин Ю.Н., Жалина В.А., Курятников А.Б. Сравнительная оценка различных способов производства полуцеллюлозы из лиственной древесины // Изв. вузов. Лесн. журн. 1987. № 1. С. 75–78. Nepenin Yu.N., Zhalina V.A., Kuryatnikov A.B. Comparative Evaluation of Different Methods of Hardwood Semichemical Pulp Production. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 1987, no. 1, pp. 75–78. URL: http://lesnoizhurnal.ru/apxiv/1987/№1-1987.pdf
13. Непенин Ю.Н., Жалина В.А., Кенин В.Г., Курятников А.Б. Современные способы производства полуцеллюлозы. М.: ВНИПИЭИ леспром, 1985. 36 с. (Целлюлоза, бумага и картон: обзор. информ.; вып. 3). Nepinin Yu.N., Zhalina V.A., Kenin V.G., Kuryatnikov A.B. Modern Methods of Semichemical Pulp Production. Moscow, VNIPIEIlesprom Publ., 1985. 36 p.
14. Annergren G., Germgård U. Sulfite Pulping: Process Aspects for Sulfite Pulping. Appita, 2014, no. 67, pp. 270–276.
15. Atalla R.H., Ranua J., Malcolm E. Raman Spectroscopic Studies of the Structure of Cellulose: A Comparison of Kraft and Sulfite Pulps. Tappi Journal, 1984, vol. 67, no. 2, pp. 96–99.
16. Dorland R.M., Leask R.A., Mckinney J.W. Pulp Production with Sodium Bisulfite: The Cooking of Spruce. Pulp and Paper Journal, 1958, no. 10, pp. 236–237.
17. FAOSTAT. Materials of the Official Site of the Food and Agriculture Organization of the United Nations. Available at: http://www.fao.org/faostat/en/#home (accessed 03.03.20).
18. Lundberg U. The European Containerboard Market. Paper 360°, 2020. Available at: https://paper360.tappi.org/2018/09/25/the-european-containerboard-market/ (accessed 03.03.20).
19. Santos R.B., Hart P.W. Effect of Eucalyptus Bark Contamination during Pulping of Mixed Southern Hardwoods. Tappi Journal, 2016, vol. 15, no. 11, pp. 707–715. DOI: https://doi.org/10.32964/TJ15.11.707
20. Tripathi S.K., Alam I., Bhardwaj N.K. Effect of Bark Content in Mixed Hardwood Chips on Pulp and Papermaking Properties. Nordic Pulp & Paper Research, 2020, vol. 35, iss. 3, pp. 235–331. DOI: https://doi.org/10.1515/npprj-2020-0017
21. Yorston F.N. Studies on Sulfite Pulping. Dominion Forest Service Bulletin, 1942, no. 97, pp. 20–29.

Ссылка на английскую версию:

Production of High-Yield Hardwood Pulp by Bisulfite Minimizing the Chlorine Content Cooking

PRODUCTION OF HIGH-YIELD HARDWOOD PULP BY BISULFITE COOKING

Tatiana A. Koroleva^1,2, Candidate of Engineering, Assoc. Prof.; ResearcherID: ABB-5651-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9477-5864
Lyubov A. Milovidova¹, Candidate of Engineering, Leading Engineer of Research Planning and Support Department; ResearcherID: AAH-5551-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8035-5300
Andrey A. Dryakhlitsyn¹, Engineer of Research Planning and Support Department; ResearcherID: AAH-5772-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8218-8569
¹Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation; е-mail: tataak@mail.ru, l.milovidova@narfu.ru
²N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 23, Arkhangelsk, 163000, Russian Federation; е-mail: tataak@mail.ru

Abstract. The article presents the results of the development of a technological mode for obtaining bisulfite hardwood pulp of high yield on a magnesium base for the production of various types of containerboard. The reliable and effective chemical and heat recovery technology implemented in the bisulfite method allows to use it in independent sulfite process. The effect of the duration of stay at the final temperature on the pulp yield and kappa number was studied when developing the technological mode of cooking. It was found that the increase in the duration of stay at the final temperature of 160 °C more than 40 min leads to violations of the selectivity of the cooking process. Increasing the duration of stay at the final temperature up to 70 min is accompanied by a decrease in pulp yield by 6 % at a constant value of the kappa number of the semi-finished product. Technological cooking mode: hydromodule 5, SO2 consumption 15.0 %, cooking solution pH 4.3–4.5, impregnation time at 120 °C – 35 min, cooking duration at 160 °C – 40 min. The mode allows to get a semi-finished product with a high yield of 60–65 % with a kappa number of 58–60 units without a hot grinding stage. An assessment of the mechanical strength characteristics of the laboratory samples of bisulfite pulp was carried out in accordance with the standards of the Russian Federation. The obtained values of bursting strength, resistance to flat compression, breaking strength, and breaking stress were comparable with the values of the industrial sample of hardwood neutral sulfite semi-chemical pulp with a semi-finished product yield of 75–78 %. It is shown  hat the presence of bark in the technological chips in the amount of 7.5 % is accompanied by a decrease in the yield of bisulfite hardwood pulp by 4.5 % and mechanical strength by 7.8 %.
For citation: Koroleva T.A., Milovidova L.A., Dryakhlitsyn A.A. Production of High-Yield Hardwood Pulp by Bisulfite Cooking. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 3, pp. 161–169. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-3-161-169
Funding: The research was carried out at the Innovative facilities Engineering and Innovation Center “Advanced Northern Bioresources Processing Technologies” of the Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Arkhangelsk, Russia.

Keywords: hardwood, bisulfite pulp, technological process, pulp properties, neutral sulfite pulp, containerboard, fluting