WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 17 |
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ Р.Е. СМИРНОВ ПРОИЗВОДСТВО СУЛЬФИТНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ Учебное пособие Санкт-Петербург 2010 НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Р.Е. Смирнов ПРОИЗВОДСТВО СУЛЬФИТНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ Учебное пособие Санкт-Петербург 2010 НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ ББК 35,77я73 С 506 УДК 676.163.02(075.8) Смирнов Р.Е. Производство сульфитных волокнистых полуфабрикатов: учебное пособие / ГОУВПО СПбГТУРП. - СПб., 2010. - 146 с.: ил. 27.

В учебном пособии изложены теоретические основы и технологические процессы производства сульфитных волокнистых полуфабрикатов. Описаны основные типы применяемого оборудования.

Приведены сведения и технологические схемы, позволяющие добиться улучшения качества продукции и экологической обстановки.

Настоящее учебное пособие предназначено для изучения курса «Технология сульфитных полуфабрикатов» студентами специальности 240406 «Технология химической переработки древесины».

Рецензенты: член редакционной коллегии Всероссийского научноисследовательского института ЦБП, зав. кафедрой технологии бумаги и картона СПбГТУРП д-р техн. наук, проф. А.С. Смолин;

д-р техн. наук, проф. кафедры ТЦБП ЛТА, Г.А.Пазухина Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия.

Смирнов Р.Е., 2010 © ГОУВПО Санкт-Петербургский © государственный технологический университет растительных полимеров, НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Учебное издание Рудольф Евгеньевич Смирнов ПРОИЗВОДСТВО СУЛЬФИТНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ Учебное пособие Редактор и корректор Н.П.Новикова Техн. редактор Л.Я.Титова Темплан 2010 г., поз. Подп. к печати 27.09.2010. Формат 60х84/16. Бумага тип. № 1.

Печать офсетная. Объем 9,5 уч.-изд. л.; 9,5 усл.-печ. л. Тираж 100 экз.

Изд. № 70. Цена «С». Заказ Ризограф ГОУВПО Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров, 198095, Санкт-Петербург, ул. Ивана Черных, 4.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Введение Сульфитный процесс варки целлюлозы был изобретен более 100 лет назад. До середины XX в. сульфитный процесс производства целлюлозы был преобладающим. Для структуры бумажной продукции того времени и техники ее производства сульфитная целлюлоза отвечала всем необходимым требованиям. Достаточная исходная белизна, хорошие бумагообразующие свойства, способность к размолу, легкая отбеливаемость делали ее наиболее пригодной для производства всех видов бумаги: писче-печатных (газетная, типографская, тетрадная), высококачественных (фотоподложка, документная, банкнотная, чертежная), специальных (жиропрочная, санитарногигиеническая), а также искусственных волокон и пленок. Дешевые исходные химикаты, довольно высокий выход из древесины, возможность простого получения из отходов ценных побочных продуктов при отсутствии требований охраны окружающей среды ставили этот процесс вне конкуренции с сульфатным способом производства.

В начале 1950-х гг. происходят существенные изменения в структуре потребления различных изделий для упаковки промышленных и продовольственных товаров и, прежде всего, транспортной картонной тары и бумажных мешков, для изготовления которых необходимы особо прочные волокна. Новые виды искусственных волокон требуют особой химической чистоты и реакционной способности исходной целлюлозы. Запасы ели и пихты для химической переработки в большинстве промышленно развитых стран сокращаются, и во многих регионах преобладающими становятся ресурсы сосны и лиственной древесины. Дефицит древесного сырья приводит к необходимости интеграции производств целлюлозного с лесопильным и деревообрабатывающим. Разработаны оборудование для непрерывной варки сульфатной целлюлозы, содорегенерационные агрегаты и известеобжиговые печи большой единичной мощности, технология непрерывной башенной отбелки с использованием диоксида хлора. Изменяются способы массовой печати, возрастают скорости печатных и конвертируемых машин. Разрабатываются общенациональные и региональные нормативы на содержание загрязнений в сточных водах и газовых выбросах. Все перечисленные факторы, а также удорожание энергетических ресурсов приводят к быстрому увеличению производства высококачественной, экономичной, экологически менее опасной сульфатной целлюлозы. И если ранее объем производства сульфитной целлюлозы доходил до 15-20 % от объема мирового производства полуфабрикатов, то сегодня он (в основном за счет увеличения выпуска сульфатной целлюлозы) снизился до 4-5 %.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Сульфитные полуфабрикаты различных видов в настоящее время производят на заводах России, Швеции, Финляндии, Австрии, Чехии, США, Канады, ЮАР, Ирана, Пакистана и других стран.

Благодаря разработке новых методов сульфитной варки и регенерации отработанных сульфитных щелоков возможности развития сульфитного процесса расширяются. В практику внедрены методы варки сульфитной целлюлозы на растворимых основаниях (натриевом, магниевом), бисульфитные и нейтрально-сульфитные, а также ступенчатые методы варки целлюлозы.



Современные методы интенсификации процесса варки сульфитной целлюлозы позволяют увеличить производственную мощность завода, существенно повысить выход и качество вырабатываемой целлюлозы, снизить ее себестоимость, а также значительно расширить диапазон перерабатываемых пород древесины.

В настоящем, переработанном и дополненном, издании учебного пособия [1] рассмотрены химизм традиционной сульфитной, бисульфитной и нейтрально-сульфитной варки целлюлозы и полуцеллюлозы, ступенчатые способы варки и схемы регенерации диоксида серы и тепла. Заново написан раздел по утилизации отработанных сульфитных щелоков, включающий выпарку щелоков, сжигание и регенерацию химикатов, дополнен раздел по возможным решениям экологических проблем сульфитных способов варки.

1. Современные способы промышленного получения сульфитных полуфабрикатов Сульфитный варочный раствор характеризуется содержанием всего (общего) SO2, связанного SO2 (или основания), свободного SO2 и величиной pH.

Под связанным SO2 понимают количество SO2, находящееся в моносульфите, т.е. половину SO2, связанного в бисульфите, а под свободным SO— вторую половину SO2, дополнительно связанного в бисульфите, вместе с избытком гидратированного (молекулярно-растворенного) SO2. Весь (общий) SO2 — суммарное количество свободного и связанного SO2.

Основанием условно принято считать содержание кальция, магния, натрия или аммония, связанных с SO2, в пересчете на соответствующий оксид СаО, MgO, Na2O, (NH4)2O.

Состав сульфитной кислоты для ее характеристики по вышеуказанным представлениям можно представить в следующем виде (например, на натриевом основании):

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ бисульфит - 2 NaHSOмоносульфит Na2SO3 + H2SO3 + SO2 + H2O.

связанный полусвободный растворенный свободный SOвесь SOКислоту, полученную в кислотном отделе целлюлозного завода, называют сырой, в отличие от регенерационной, представляющей смесь сырой кислоты со сдувками, удаляемыми из котла в процессе варки. Сдувки состоят из избытка газообразного SO2, сопровождаемого некоторым количеством инертных газов (в основном азота), варочной жидкости, конденсата пара и летучих органических продуктов, образующихся при варке (метиловый спирт, цимол, муравьиная и уксусная кислоты, фурфурол, ацетон, углекислый газ и некоторые другие вещества).

Однако химизм основных реакций варочного процесса определяется наличием в кислоте основных ее компонентов, к числу которых относятся гидратированный SO2, сернистая кислота и бисульфит. Эти соединения образуют в растворе равновесную систему, которая может быть представлена следующей схемой на примере натриевого основания:

Na+ + SO2 + H2O H2SO3 HSO3 + H+ NaHSO3 Na+ + HSO3.

Таким образом, в растворе одновременно присутствуют молекулы сернистого ангидрида (гидратированный SO2), недиссоциированная сернистая кислота и бисульфит, ионы основания, бисульфит-ионы и ионы водорода.

Многочисленные способы сульфитной варки можно условно разделить на 4 группы:

1. одноступенчатые варки в кислой среде при исходном рН раствора 1,4–2,(традиционные сульфитные варки);

2. одноступенчатые варки в слабокислой среде при исходном рН раствора 3,5–5,0 (бисульфитные варки);

3. одноступенчатые варки в нейтральной и щелочной средах при исходном рН 7–10 и 9–12 (нейтрально-сульфитные и сульфитно-щелочные варки);

4. варки, проводимые в несколько ступеней (ступенчатые варки).

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Традиционный ( кислый) сульфитный способ варки К нему относятся сульфитные варки с кислотой на кальциевом, магниевом, натриевом, аммониевом* и на смешанных основаниях со значительным избытком растворенного диоксида серы (pH 1,4–2,8), например, при современных способах сульфитной варки применяют следующие варочные растворы:

При сульфитных варках, проводимых в кислой среде (pH 1,4 – 2,8):

водный раствор SO2 и бисульфита кальция Ca(HSO3)2 + SO2 + H2O;

водный раствор SO2 и бисульфита магния Mg(HSO3)2 + SO2 + H2O;

водный раствор SO2 и бисульфита натрия NaHSO3 + SO2 + H2O;

водный раствор SO2 и бисульфита аммония NН4HSO3 + SO2 + H2O;

водный раствор SO2 и смесь бисульфитов, например, кальция и натрия, магния и аммония, натрия и аммония.

Основным недостатком сульфитной варки на кальциевом основании является низкая растворимость бисульфита кальция в воде. Бисульфит кальция может находиться в растворе только в присутствии достаточного избытка свободной сернистой кислоты. При его уменьшении бисульфит кальция разлагается на нерастворимый моносульфит кальция и сернистую кислоту, что создает затруднения при пропитке щепы варочным раствором. Вследствие того, что растворенный SO2 проникает в щепу быстрее, чем основание, а сернистая кислота при повышении температуры распадается на SO2 и Н2О, при использовании кислоты на кальциевом основании с относительно невысокой концентрацией растворенного SO2 во время заварки моносульфит кальция выпадает в осадок, что затрудняет пропитку щепы.

По этой причине во внутренних слоях щепы может оказаться недостаточное количество основания для нейтрализации образующихся лигносульфоновых кислот, что приводит к их конденсации, замедлению делигнификации древесины, усилению гидролиза гемицеллюлоз.





Из-за низкой растворимости солей кальция на этом основании могут быть переработаны на целлюлозу только малосмолистые древесные породы хвойных (ель, пихта) и лиственные породы. Этот весьма серьезный недостаток кальциевого основания исключается при использовании растворимых оснований.

* Из-за возможной эвтрификации водоемов, куда попадают очищенные по применяемым схемам очистки стоки целлюлозного производства, установлены очень низкие ПДК в них солевого аммония 0,5 мг/л. Поскольку досNH+ тичь таких значений пока не удается, аммониевые основания для варки целлюлозы не применяются.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Замена кальциевого основания в варочном растворе натриевым или аммониевым, не изменяя принципиальной сущности процесса варки, значительно улучшает его результаты. Так, продолжительность варки сокращается на 15–20 %, выход целлюлозы из древесины увеличивается на 4–6 %, количество непровара и отходов сортирования снижается на 50–70 %, прочностные свойства целлюлозы повышаются на 20–30 %, расход серы сокращается на 5– 10 %, расход хлора на отбелку и гидроксида натрия на облагораживание уменьшается на 25–30 % [2].

Замена части кальциевого основания растворимым улучшает результаты варки пропорционально количеству одновалентного основания.

Применение вместо кальциевого полурастворимого магниевого основания (сульфитные соли растворимы только в кислой среде до рН 5,5) менее эффективно, но все же способствует повышению выхода и качества, особенно жесткой, целлюлозы. Важнейшим преимуществом использования магниевого основания является сравнительная легкость регенерации затраченных на варку химикатов: при сжигании в котлах упаренного отработанного щелока сразу получаются исходные химикаты.

Бисульфитные варки Для варки древесины бисульфитным способом в слабокислой среде (pH 3,5 – 5) обычно используются водные растворы бисульфита магния, натрия и аммония.

водный раствор бисульфита магния Mg(HSO3)2 + H2O;

водный раствор бисульфита натрия NaHSO3 + H2O;

водный раствор бисульфита аммония (см. стр. 6) NН4HSO3 + H2O.

Расход бисульфита 16-18 % от массы древесины (9-12 % SO2 от массы древесины) для целлюлозы и 14-16 % бисульфита от массы древесины (8-9 % SO2 от массы древесины) для целлюлозы высокого выхода и полуцеллюлозы.

При обычно применяемых модулях периодической варки (4-5) : 1 концентрация бисульфита составит, соответственно, 4,0-4,5 % (2-3 % SO2) для целлюлозы и 3-4 % бисульфита (2-2,5 % SO2) для полуцеллюлозы.

Бисульфитную варку можно проводить как в периодически действующих котлах, так и в непрерывно действующих варочных аппаратах Камюр и Пандия [3]. При такой варке и модуле (2-2,5) : 1 концентрации SO2, соответственно, составляют 4,5-6 % SO2 для целлюлозы и 4-4,5 % SO2 – для полуцеллюлозы.

Особенности бисульфитного способа варки заключаются в следующем:

- растворы бисульфитов на магниевом, натриевом и аммониевом основаниях имеют pH 3,5-5,0, т.е. не содержат свободного (гидратированного) SO2, не имеют его запаха;

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ - при указанных pH практически исключается возможность конденсации лигнина, поэтому процесс варки может быть проведен непрерывно;

- растворами бисульфитов древесина пропитывается медленнее, чем обычными сульфитными, поэтому для повышения равномерности провара целлюлозы желательны принудительная пропитка и уменьшение длины щепы;

- вследствие пониженной кислотности растворов бисульфита, по сравнению с традиционной сульфитной варкой, растворение лигнина замедляется, поэтому варку необходимо проводить при более высокой температуре (150165 °C), чем при обычном сульфитном.

При бисульфитной варке образуются органические кислоты (преимущественно, уксусная), которые реагируют с бисульфитом. В результате они нейтрализуются с одновременным образованием сернистой кислоты и понижением pH раствора. Далее сернистая кислота разлагается с выделением в газовую фазу диоксида серы. Поэтому для поддержания pH раствора на постоянном уровне необходимо иметь давление в котле на 0,03-0,07 МПа выше парциального давления водяных паров, что способствует частичному сохранению SO2 в растворе.

При бисульфитном способе варки выход целлюлозы из древесины выше, чем при обычном сульфитном. Это может быть объяснено тем, что при высоком начальном значении pH линейные молекулы глюкоманнана адсорбируются поверхностью микрофибрилл целлюлозы, что препятствует процессу их гидролиза, Таким образом, повышение содержания гемицеллюлоз обеспечивает увеличение выхода целлюлозы.

Небеленая бисульфитная целлюлоза имеет более высокие белизну и прочностные свойства, чем небеленые сульфитные целлюлозы, полученные при варке на растворимых основаниях. Бисульфитная целлюлоза отличается хорошими бумагообразующими свойствами и широко используется для различных видов бумаги и картона.

Высокая температура варки и относительно низкая кислотность раствора приводят, с одной стороны, к большому разрушению уже образовавшихся сахаров, а с другой – к значительному количеству неинвертированных сахаров, что создает значительные трудности при биохимической переработке отработанных щелоков, делая ее нецелесообразной.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 17 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.