Целлюлоза. Промышленные способы получения целлюлозы и бумаги.

     Получение сернистого ангидрида. Сернистый ангидрид получают сжиганием серосодержащего сырья: серы, серного и флотационного колчеданов.

     При сжигании серы появляется газообразный сернистый ангидрид (сернистый газ) по реакции S + 02 -» S02. Для сжигания серы используют серные печи разных конструкций. Печные газы при концентрации в их сернистого ангидрида 16 - 18 % и температуре 1200 - 1300 °С выводятся из печи и направляются на остывание и чистку. Серный колчедан (пирит) представляет собой природный минерал состава FeS2 с содержанием 40 - 45 % серы. Флотационный колчедан выходит в виде отходов при обогащении руд цветных металлов. Он поступает на целлюлозные фабрики с содержанием серы от 38 до 47 %. Обжиг колчедана осуществляется по последующей реакции; 4FeS2 + 1102 = 2Fe203 + 8802. Концентрация S02 в газах составляет 9 - 11 %, т. е. в 2 раза меньше, чем при сжигании серы. Это разъясняется издержкой кислорода на образование оксида железа. Обжиг колчедана в виде кусков ведут в особых печах, посреди которых более действенными являются печи с так именуемым кипящим слоем УРКС (всепригодная с кипящим слоем). Печные газы отводятся с температурой 800 - 900 °С, концентрацией сернистого газа 14 -  15 % и содержат около 10 - 27 % пылевидного огарка. Производительность печей 60 -  140 т колчедана в день. Основное преимущество перед иными конструкциями печей - внедрение сырья с низким содержанием серы, но получение газов с высочайшей концентрацией S02 (14 -  15 %).

     Чистка  и остывание печных газов. Приобретенный  при сжигании серы и обжиге серного  колчедана печной газ содержит вредные примеси: пыль, серный ангидрид, селен, соединения мышьяка, несгоревшую серу. Для получения высококачественной сырой кислоты печные газы должны быть стопроцентно освобождены от примесей и охлаждены до 30 - 35 °С. Это диктуется способностью примесей разлагать кислоту и нехороший поглощаемостью водой жаркого газа.

     Поглощение  сернистого ангидрида. На стадии поглощения S02 получают сырую кислоту для сульфитных способов варки. Зависимо от способа варки поглощение S02 проводят смесями определенных химикатов в аппаратах той либо другой конструкции.

     Кислоту на кальциевом основании для сульфитной варки получают в большей степени башенным способом. Поглощение S02 происходит в высокой древесной либо железобетонной кислотной башне, представляющей собой несколько расширяющийся - книзу цилиндр (высота 35 - 40 м, диаметр понизу 2 - 2,5 м, наверху 1,5 - 2 м).Поглощение S02 надлежащими смесями производят в абсорбционных аппаратах (абсорберах) разных конструкций и размеров. Почаще всего используют насадочные и барботажные абсорберы, представляющие собой цилиндрические колонны из кислотоупорной стали диаметром 0,9 - 1,5 м и высотой 10 - 20 м.

     Полученную  в кислотном цехе сырую кислоту  перекачивают в баки либо цистерны для хранения. Во время хранения кислота осветляется (отстаивается от взвешенных в ней примесей: известняка, моносульфита и др.) для увеличения ее стабильности. Для осветления кислоты используют особые методы: осветляют на песочных фильтрах, добавляют полиакриламид (ПАА), выполняющий роль интенсификатора осаждения частицу.

     Осветленную сырую кислоту превращают в варочную и употребляют для варки сульфитной целлюлозы. Обычно припас кислоты поддерживается на уровне полуторасуточного расхода, при этом часть этого припаса хранят в виде сырой, а часть - в виде варочной кислоты.

     В сульфатно-целлюлозном производстве щелочь, используемая на варку, в итоге регенерации химикатов из отработанного темного щелока безпрерывно находится в кругообороте.

     Утраты  щелочи, имеющие место в производстве, восполняются в кругообороте добавкой свежайшего сульфата натрия в СРК. Обычно регенерируется 70 - 80 % щелочи, а на некоторых современных сульфатно-целлюлозных заводах процент регенерации добивается 85, т. е. из каждых 100 кг щелочи, данной на варку, более 85 кг ворачивается на варку и лишь 15 кг составляют невозвратные потери. Расход свежайшего сульфата натрия на восполнение обозначенных утрат равен от 90 до 180 кг на 1 т целлюлозы.

     Что касается расхода тепла на создание 1 т целлюлозы, то его оценивают отношением издержек пара на одну варку к выходу целлюлозы из котла и выражают в тоннах. Расход пара зависит от огромного количества ранее рассмотренных причин и составляет 1,5 - 2 т/т целлюлозы.

     Следует отметить, что расход пара на создание 1 т сульфатной целлюлозы в целом несколько ниже, чем на создание 1 т сульфитной целлюлозы, за счет экзотермических реакций щелочной делигнификации, дающих около 10 % всего нужного тепла. Вместе с ним наличие массивных содорегенерационных котлоагрегатов с паропроизводительностью 100 -  200 т/ч обеспечивает потребность современных сульфатно-целлюлозных заводов в энергии за счет собственных энергетических ресурсов (СРК) практически на 100 %. 

     2.3 Остальные промышленные способы получения целлюлозы

     В связи с все вырастающими требованиями к охране окружающей среды, недостатком растительного сырья и энергетическим кризисом, исследованиям в области химии и химической технологии целлюлозы и древесины уделяется огромное внимание⁶.

       Исследовали и отыскали обширное применение следующие способы варок:

1. бисульфитный,
2. нейтрально-сульфитный,
3. ступенчатые
4. комбинированные.

       Осваиваются индустрией и исследуются в лабораториях почти все новейшие действенные способы варок:

     - полисульфидный и сульфатный с добавлением антрахинона;

     - варки без серосодержащих реагентов, обеспечивающие устранение вредных дурно-пахнущих газовых и сточных выбросов;

     - кислородно-щелочной;

     -способ окислительного аммонолиза;

     - гидротропный и др.

     1. Бисульфитная варка. Более всего распространены процессы, в которых варочными смесями являются незапятнанные гидросульфиты NaHS03 (метод Арбайсо) и Mg(HS03)2 (способ Магнефит), не имеющие растворенного S02. Их исходный рН составляет 3,5 - 5. Варку древесной породы проводят при температуре 155 -  165 °С с гидросульфитами, содержащими 4 - 5 % всего S02. Длительность варки составляет 5 - 5,5 ч.

       Бисульфитные способы разрешают перерабатывать фактически все древесные породы, включая смолистую сосновую древесную породу.

     Принципиальным  преимуществом бисульфитного метода является способность получаемых полуфабрикатов делиться на волокна без применения размалывающего оборудования при относительно больших выходах (60 - 62 % из хвойных и 53 - 56 % из лиственных пород древесной породы). Бисульфитный способ содержит в себе достоинства сульфитного и сульфатного способов. Он обеспечивает получение крепких и светлых волокнистых полуфабрикатов высочайшего выхода в купе с возможностью утилизации гемицеллюлозной части отработанных щелоков при биохимической переработке на спирт и кормовые дрожжи.

     Бисульфитную целлюлозу варят как повторяющимся, так и непрерывным способами в установках «Камюр».

     2. Нейтрально-сульфитная варка. В качестве варочного раствора используется сульфит натрия Na2S03 с добавкой некого количества соды (Na2S03+ Na2C03).

     Исходный  рН раствора около 7. Количество сульфита, содержащегося в свежайшем щелоке, по отношению к полностью сухой древесине колеблется в границах 7 -  14 % при варке полуцеллюлозы и в границах 15 - 20 % при варке белимой ЦВВ. Содержание в щелоке карбоната натрия (соды), выполняющего роль щелочного буфера, составляет 2,5 - 4 %. Конечная температура варки 160 - 185 °С, рабочее давление 0,65 - 1,25 МПа. Сырьем служит древесная порода лиственных пород, из которой вырабатывается полуцеллюлоза и ЦВВ.

     Нейтрально-сульфитная варка осуществляется повторяющимся  и непрерывным способами.

     3. В группу ступенчатых способов следует отнести такие способы, в которых применяется не одна, а, как правило, две последовательные обработки сырья различными, но близкими по своей природе реагентами. Сюда прежде всего относятся ступенчатые модификации различных сульфитных способов: бисульфитно - сульфитный, моносульфитно - сульфитный, моносульфитный -бисульфитный, бисульфитно - моносульфитный и сульфитно - сульфитный способы. Наибольшее промышленное значение имеет из них первые два.

     В эту же группу ступенчатых способов будут относится ступенчатые модификации сульфатного способа: сульфидно - сульфатный, сероводородно - сульфатный, сульфатно - сульфатный и некоторые другие.

     4. К группе комбинированных способов получения целлюлозы следует отнести двух- и трехступенчатые способы с применением разнохарактерных реагентов на различных ступенях обработки. В эту группу входят: сульфитно - содовый, бисульфитно - содовый, бисульфитно - сульфитно - содовый, предгидролизно - сульфатный, сульфитно - сульфатный, сульфитно - натронный, натронно - сульфитный, хлорно - щелочной и ряд других модификаций. Наибольшее промышленное значение из этих способов имеют сульфитно - содовый, предгидролизно - сульфатный и хлорно - щелочной. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ГЛАВА 3. ПРОИЗВОДСТВО БУМАЖНОЙ МАССЫ

     Сырьем  для бумажной массы служат древесина и другие богатые целлюлозой материалы.⁷ Нередко предприятия по производству целлюлозы и бумаги составляют одно целое. Перерабатывающие цеха или заводы превращают бумажную массу в бумагу и картон, из которых изготавливаются такие предметы, как конверты, вощеная бумага, упаковка для пищевых продуктов, наклейки, коробки и многое другое.

3.1 Источники сырья для получения бумажной массы

     Бумага  и картон могут изготавливаться  из любого богатого целлюлозой материала.

       Все шире используется макулатура; предварительно из нее удаляются типографская краска и другие примеси. Затем ее обычно смешивают со свежей целлюлозой, чтобы придать дополнительную прочность на случай использования для изготовления более высоких сортов бумаги, например книжной; без обесцвечивания макулатуру используют главным образом при производстве картона для коробок и другой тары.

       В некоторой степени используются  также отходы тряпья, что позволяет  получить высокосортную писчую  бумагу, бумагу для облигаций  и денежных знаков, пигментную  бумагу и другие специальные ее виды. Грубый картон делается из соломенной целлюлозы. В специальных изделиях могут быть применены асбест и натуральные и синтетические волокна, такие, как лен, пенька, искусственный шелк, найлон и стекло.

     Древесная масса. Древесина является предпочтительным материалом для изготовления бумажной массы; она содержит примерно 90% волокнистого материала, используемого в производстве бумаги. В зависимости от региона и возможностей предприятия на целлюлозно-бумажный завод могут завозиться или сплавляться балансы, имеющие длину от высоты дерева до заготовок размером 1,2 м. Горбыли и отходы лесопиления тоже годятся для получения целлюлозы; при этом на лесопильном или целлюлозно-бумажном заводе их предварительно превращают в щепу.

     Процессы получения бумажной массы из древесины.

     Поскольку бумага может быть сделана почти  из любого волокнистого материала, существует много разнообразных методов получения бумажной массы, которые различаются в соответствии с требованиями к конечному продукту.

     Степень <чистоты> бумажной массы зависит от глубины химической обработки. В зависимости от используемых химикатов этот процесс подходит к любым породам дерева; химические требования здесь ниже, чем при химическом процессе, а выход - вес массы на корд древесины - выше. Поскольку клубочки волокон удаляются не полностью, качество получаемой таким способом бумажной массы при увеличении выхода снижается до качества массы, получаемой в механическом процессе.

3.2 Подготовка бумажной массы

     Поскольку после варки древесины целлюлоза приобретает коричневый цвет, ее необходимо отбеливать. Целлюлоза обычно отбеливается путем удаления остаточного лингина и других компонентов древесины. Чистые целлюлозные волокна обычно бесцветны и прозрачны, а сама беленая целлюлоза имеет красивый белый оттенок. Учитывая, что для многих пищевых продуктов - чая, масла, шоколада, табака, - необходима чистая, не содержащая посторонних запахов и примесей целлюлоза, это очень важное свойство.

     Процесс отбеливания не зависит от процесса получения бумажной массы.

       Однако существуют его разновидности,  определяемые породой дерева, применяемыми  химикатами и конечным продуктом. Хлор в той или другой форме является основным отбеливающим реагентом. Перекиси и бисульфиты используются для осветления при механическом получении бумажной массы. До и после отбеливания эта масса просеивается и промывается в разной последовательности до тех пор, пока не будет состоять полностью из отдельных волокон, свободных от следов химикатов. После этого полученная масса, особенно если она содержит продукты, полученные из тряпья и сульфитной бумажной массы, должна быть дополнительно расплющена. С этой целью волокна пропускаются между неподвижными ножами и ножами, смонтированными на вращающемся валу. При этом происходит трепание волокон, и их поверхностные характеристики изменяются, что позволяет получить более прочную бумагу. Далее добавляются красители, минеральные пигменты и органические материалы (клеи), которые придают влагопрочность, водонепроницаемость и облегчают адгезию типографской краски. Когда расплющивание не требуется, эти добавки могут быть введены в бумажную массу при ее подаче на бумагоделательную машину.