WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ Ю.С. ИВАНОВ ПРОИЗВОДСТВО СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛЮЛОЗЫ ЧАСТЬ 1 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 Ю.С. ИВАНОВ ПРОИЗВОДСТВО СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛЮЛОЗЫ ЧАСТЬ 1 Учебное пособие Санкт-Петербург 2010 НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ ББК 37.185 И201 УДК 676.02(0.75.8) Иванов Ю.С. Производство сульфатной целлюлюлозы. Часть 1: учебное пособие / ГОУВПО СПбГТУРП. - СПб., 2010.

В первой части учебного пособия представлены сведения о технической целлюлозе, древесном сырье, его свойствах, подготовке древесины для производства целлюлозы, даны теоретические основы технологического процесса варки сульфатной целлюлозы. Представлены основные типы применяемого оборудования, технологические схемы непрерывного и периодического варочного процесса, а также современные направления их совершенствования.

Пособие предназначено для изучения курсов «Технология целлюлозы» студентами специальностей 240406, 150405, 220301, 080502 очной и заочной форм обучения.

Рецензенты:

Заведующий кафедрой технологии бумаги и картона СПбГТУРП, д-р техн. наук, проф. А.С. Смолин.

Зам. генерального директора ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт целлюлозно-бумажной промышленности» канд. техн. наук, проф. И.И. Скопин.

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия.

Иванов Ю.С., ГОУВПО Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров, НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЕ Понятие о технической целлюлозе Природная целлюлоза представляет собой полисахарид, построенный из звеньев ангидро-D-глюкопиранозы, соединённых между собой гликозидной связью. Средняя степень полимеризации (число элементарных звеньев в макромолекуле целлюлозы) природной целлюлозы составляет у хлопка 15-20 тыс., у льна 8 тыс., у древесины 5-10 тыс.

Клеточные стенки растений построены главным образом из целлюлозы, поэтому растительное сырьё является единственным источником промышленного производства целлюлозы. Для выделения целлюлозы из растительного сырья необходимо освободить её от других компонентов растительной ткани – лигнина, гемицеллюлоз, смол, жиров, таннинов – путём химической обработки. Основным веществом, от которого хотят освободиться при получении целлюлозы, является лигнин. Поэтому процесс получения целлюлозы называют делигнификацией, а продукт делигнификации растительного сырья – технической целлюлозой.

В зависимости от того, насколько полно в процессе химической обработки был растворён лигнин, меняются свойства технической целлюлозы.

Таким образом, показатели качества технической целлюлозы зависят как от выбора сырья, так и от методов и условий его обработки, позволяющих обеспечить разную степень удаления лигнина и других сопровождающих целлюлозу веществ.

Промышленное значение в производстве целлюлозы имеют лишь некоторые виды растений. Из хвойных пород древесины чаще используются ель, сосна, пихта, лиственница, из лиственных – тополь, осина, берёза, бук, эвкалипт. Кроме древесины перерабатывают солому культурных злаков – ржаную, пшеничную, рисовую, кукурузную. В странах Юго-Восточной Азии и Южной Америки для производства целлюлозы используют бамбук, тростник и багассу (отжатые после экстракции стебли сахарного тростника). К недревесному сырью относятся также хлопок, лён, конопля, джут. Их перерабатывают главным образом в виде текстильных отходов (тряпья).

Классификация технических целлюлоз по выходу и степени провара Техническую целлюлозу в промышленных условиях получают путём обработки измельченного растительного сырья различными химическими реагентами при повышенных температуре и давлении. Этот процесс называется варкой. В зависимости от условий и продолжительности обработки варка приводит к получению технической целлюлозы с различным выходом НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ (выходом называется отношение массы полученной абсолютно-сухой целлюлозы к массе исходной абсолютно-сухой древесины, выраженное в процентах).

В зависимости от величины выхода технические целлюлозы можно разделить на три основные группы: продукт с выходом от 60 до 80 % называется полуцеллюлозой, с выходом от 50 до 60 % – целлюлозой высокого выхода, с выходом от 40 до 50 % – целлюлозой нормального выхода.

Характерным признаком полуцеллюлозы является высокое содержание лигнина (15-20 %). Лигнин срединной пластинки растворяется не полностью, поэтому волокна полуцеллюлозы можно превратить в волокнистую массу только с помощью механического размола.

Целлюлоза высокого выхода может быть разделена на волокна с помощью простого размыва струёй воды. Однако и она содержит много лигнина, гемицеллюлоз и других сопутствующих веществ.



Целлюлозы нормального выхода могут иметь различную степень провара, т. е. различное содержание остаточного лигнина. По степени провара целлюлозы нормального выхода разделяются на несколько групп. Жёсткие целлюлозы содержат от 4,5 до 8 % лигнина, среднежёсткие – от 3 до 4,5 %, мягкие – менее 3 %.

Выход целлюлозы при глубоком проваре снижается из-за растворения лигнина и других компонентов растительной ткани, главным образом гемицеллюлоз. При получении мягких целлюлоз неизбежно частичное разрушение самой клетчатки (целлюлозы).

Сохранение гемицеллюлоз желательно, если целлюлоза предназначена для изготовления бумаги и картона. Поэтому «идеальный» с этой точки зрения процесс делигнификации должен обеспечивать только удаление лигнина. В промышленных условиях наряду с растворением лигнина всегда происходит растворение углеводов (гемицеллюлоз и целлюлозы). Избирательностью или селективностью процесса делигнификации называют соотношение количеств растворенного лигнина и углеводов. Чем это соотношение больше, тем «селективнее» растворяется лигнин, тем выше выход технической целлюлозы.

Область применения целлюлозы После варки растительного сырья получают небелёную целлюлозу, которая обладает довольно низкой белизной. Кроме того, небелёная целлюлоза содержит сопровождающие клетчатку примеси. Для переработки часто необходимо получить продукт белого цвета, который более полно освобождён от лигнина, смол и других примесей, является химически более чистым и обладает определёнными физико-химическими свойствами. Поэтому полученную небелёную целлюлозу подвергают отбелке, т. е. обрабатывают НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ отбеливающими реагентами. Иногда одновременно с отбелкой для глубокого удаления гемицеллюлоз проводят дополнительную щелочную обработку.

В результате получают облагороженную целлюлозу.

Полуцеллюлоза, целлюлоза высокого выхода, небелёная целлюлоза различной степени провара, белёная и облагороженная целлюлозы – это полуфабрикаты для производства бумаги и картона.

Свойства целлюлозы и возможность её использования в производстве бумаги и картона определяются природой исходного растительного сырья (хвойная или лиственная древесина, солома, тростник и т.п.), выходом и степенью провара целлюлозы, способом варки.

Целлюлоза применяется не только для производства бумаги и картона, но и для химической переработки на искусственные волокна (вискозные, ацетатные волокна и др.). В процессе химической переработки получают различные производные целлюлозы (простые и сложные эфиры и др.), которые растворяют в органических растворителях. Поэтому целлюлозу для химической переработки часто называют «растворимой целлюлозой». С этой целью обычно используют белёную и облагороженную целлюлозы с определёнными физико-химическими свойствами.

Целлюлоза, предназначенная для производства бумаги, характеризуется бумагообразующими свойствами – т. е. способностью к размолу, развитию в процессе размола механических прочностных характеристик бумажного листа, его непрозрачностью, белизной, отсутствием сора и т.п.

Свойства и основные показатели качества технической целлюлозы Содержание лигнина определяется прямыми или косвенными методами. В России и других странах в качестве стандартного применяют перманганатный метод. Содержание лигнина или отвечающая ему степень делигнификации – один из основных показателей, определяющих качество небелёной целлюлозы для бумаги. В белёных целлюлозах содержание лигнина не определяют, так как оно составляет десятые доли процента.

Содержание пентозанов в небелёной целлюлозе зависит от степени провара. В хвойной сульфатной небелёной целлюлозе содержится 10-11 % пентозанов, в сульфитной небелёной – 4-7 %. В целлюлозе из древесины лиственных пород и в соломенной целлюлозе содержание пентозанов более высокое, что связано с бльшим их содержанием в исходном сырье.

Присутствие пентозанов желательно, если целлюлоза предназначена для бумажного производства, так как способствует повышению механической прочности бумаги, улучшает проклейку и способность полуфабрикатов к размолу. В целлюлозе для химической переработки, напротив, присутствие пентозанов вызывает осложнения – помутнение растворов эфиров целлюлозы, ломкость, хрупкость и помутнение лаков и плёнок. Поэтому в НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ растворимых целлюлозах содержание пентозанов должно быть снижено до минимума.

Содержание смолы определяется путем экстрагирования целлюлозы органическими растворителями (эфиром, спиртом, ацетоном и др.). В сульфитной целлюлозе содержится 1-1,5 % смолы, в сульфатной – 0,2-0,3 %.

При производстве бумаги имеет значение «вредная смолистость», вызывающая отложения на сетке бумагоделательной машины и размольной аппаратуре. Повышенное содержание смолы в целлюлозе увеличивает опасность «смоляных затруднений». Присутствие смолы в целлюлозах, предназначенных для химической переработки, также нежелательно. Для некоторых видов целлюлозы снижения содержания смолы добиваются, применяя особые методы обработки.

Зольность целлюлозы обусловлена присутствием минеральных веществ в исходном сырье и в химикатах, которые применяются для варки. Содержание золы в древесных целлюлозах составляет 0,3-0,5 %. Для производства бумаги (кроме некоторых специальных видов) зольность не имеет особого значения. Однако для «растворимых целлюлоз» зольность – одна из важнейших характеристик. В этом случае, кроме общего содержания золы, определяют и её состав.





Альфа-целлюлоза – это высокомолекулярная часть целлюлозы, не растворимая в 17,5 %-м растворе NaOH. Если альфа-целлюлоза определяется в небелёных целлюлозах, то необходима поправка на содержание лигнина. В целлюлозах для химической переработки содержание альфа-целлюлозы – важнейший показатель. Высокое содержание альфа-целлюлозы, необходимое для этих целлюлоз, достигается путём облагораживания.

Медное число является характеристикой восстановительной способности целлюлозы, которая определяется присутствием продуктов ее гидролиза и окисления. Для мягких целлюлоз медное число выше, чем для жёстких, а для белёных выше, чем для небелёных.

Вязкость растворов целлюлозы характеризует длину макромолекул.

Это важный показатель, который определяет поведение целлюлозы при её химической переработке. Для целлюлоз, используемых в производстве бумаги, вязкость также является одной из важнейших характеристик. Между прочностными показателями целлюлозы и вязкостью имеется несомненная связь. Как правило, снижение вязкости целлюлозы в процессе варки и отбелки сопровождается ухудшением её прочностных характеристик.

Механические прочностные свойства целлюлозы определяются по стандартным методикам на специальной аппаратуре при постоянных значениях температуры и влажности воздуха. Испытуемые образцы готовят в виде отливок постоянной массы квадратного метра (75 г/м2). Чаще всего определяют следующие механические свойства целлюлозы: сопротивление разрыву (разрывную длину), сопротивление излому, продавливанию и разНАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ диранию. Разрывная длина прочных сульфатных целлюлоз может составлять 8000-10000 м, сопротивление излому – 1500-2000 двойных перегибов.

Способность целлюлозных волокон давать прочный лист бумаги зависит от многих факторов: прочности и длины индивидуальных волокон, их гибкости, эластичности, межволоконных сил связи, однородности бумажного листа и др. В производственных условиях развитие прочностных свойств достигается в процессе размола волокон, осуществляемого в присутствии воды. Механические свойства целлюлозы определяются после размола до степени помола 60 °ШР в стандартной аппаратуре.

Сорность целлюлозы выражается числом соринок, подсчитанных с обеих сторон смоченного образца целлюлозной папки при просвечивании его источником света определенной силы, на 1 м2 поверхности. Сорность целлюлозы обусловлена присутствием частичек коры, луба, непроварившейся древесины, а также частичек смолы, угольной пыли, минеральных включений. Требования к сорности целлюлозы определяются стандартами.

Для белёной целлюлозы допустимо колебание сорности от 160 до 450, для небелёной - от 2000 до 4000 соринок на 1 м2. Целлюлоза для химической переработки должна иметь более высокую чистоту. Для некоторых видов облагороженных целлюлоз допускается только несколько десятков соринок на 1 м2.

Белизна целлюлозы определяется с помощью лейкометра при синем светофильтре. Испытуемый образец сравнивают с эталоном (BaSO4), белизна которого принята за 100 %. У белёных целлюлоз для производства бумаги белизна колеблется от 80 до 90 %.

Кроме представленных выше, в отдельных случаях применяются показатели, характеризующие углеводный состав целлюлозы, её впитывающую способность, способность к набуханию, прозрачность и фильтруемость растворов целлюлозы т.п.

Способы получения целлюлозы Все способы получения целлюлозы основаны на том, что лигнин разрушается многими химическими реагентами быстрее, чем целлюлоза. В основу классификации способов делигнификации, предложенной профессором Ю.Н.Непениным, положены вид и свойства применяемых варочных реагентов и последовательность обработки растительного сырья (если используются несколько реагентов). Основные способы получения целлюлозы представлены в табл. 1.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Таблица Способы получения целлюлозы Группа Способ Основные реагенты pH Продукция способов Кислотные Сульфитный NaHSO3+SO2+H2O 1,5-2,0 Целлюлоза Бисульфитный NaHSO3+H2O 3,0-5,0 для бумаги и химичесАзотнокислый HNO3 (7-15 %) 1,0-1,кой переработки Щелочные Натронный NaOH+H2O Целлюлоза Сульфатный NaOH+Na2S+H2O 13-14 для бумаги Полисульфидный NaOH+Na2S+Na2Sn+H2O Нейтраль- Моносульфитный Na2SO3+ Na2CO3+H2O 6-9 Полуцелные люлоза Окисли- Кислородно- Na2CO3/O2+H2O 7-9 Целлюлоза тельные щелочной для бумаги Ступенча- Бисульфит- I - NaHSO3+H2O 3,0-5,0 Целлюлоза тые сульфитный для бумаги II - NaHSO3+SO2+H2O 1,5-2,Моносульфит- I - Na2SO3+Na2CO3+H2O 6-сульфитный II - NaHSO3+SO2+H2O 1,5-2,Комбини- Сульфитно- I - NaHSO3+SO2+H2O 3-5 Целлюлоза рованные содовый II - Na2CO3+H2O 11,0 для химической пеПредгидролизно- I - H2O реработки сульфатный II - NaOH+Na2S+H2O 13-Некоторые из перечисленных способов, например, натронный и азотнокислый, уже давно не применяются в промышленности, другие, в частности, кислородно-щелочной, апробированы в лабораторных условиях, но не нашли пока практического использования. Из промышленных способов получения целлюлозы наибольшее распространение получили сульфитный (кислотный) и сульфатный (щелочной).

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |










© 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.