Непенин Н.Н., Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы. В 3-х т. Том 3. Очистка, сушка и отбелка целлюлозы. Прочие способы получения целлюлозы

Подождите немного. Документ загружается.

Опыты

переработки

тростника

по

хлорно-щслочном^

способх,

прове-

денные УкрНИИБе [7], дали

неудовлетворительные

результаты:

целлюло;а

по-

лучалась

жесткая,

большим

содержанием

непровара. Очевидно,

ич-за

отно-

сительно

большой

толщины

стенок

стебля

тростник

требует более

эффективной

щелочной

обрабожи

перед

хлорированием,

чем

солома.

нас в

стране

нет

со.юменно-целлюлозных

заводов,

работающих

по

члорно-

щелочному

способ},

и в

ближайшем

будущем

строительство

их не

предполагает-

ся.

Одним

из

важных

нерешенных

вопросов

является

использование

обезвре-

живание

сточных

вод,

содержащих щелочь

хлор

относительно

большом

количестве.

За

бежом

делались попытки использования

их для

орошения

сельскохозяйственных полей [21,

с.

85], однако

современных

условиях

это

совершенно неприемлемо.

7.3. КИСЛОРОДНО-ЩЕЛОЧНЫЕ СПОСОБЫ

ПОЛУЧЕНИЯ

ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

-<*

7.3.1.

Кислородно-щелочная

варка

<|К

конце

1960-х

годов

связи

развитием технологии кисло-

родно-щелочной

отбелки целлюлозы начались серьезные исследо-

вания

способа кислородно-щелочной

делигнифика-

ции

[1]. Кислородно-щелочная варка древесной щепы протекает

гораздо труднее,

чем

кислородно-щелочная

отбелка

волокнистой

целлюлозы.

Дело

том,

что

из-за

плохой

растворимости

мед-

ленной

диффузии кислорода

концентрация

его на

поверхности раз-

дела

фаз

оказывается

недостаточной,

чтобы

обеспечить

расход

иа

реакции

лигнином,

окислительные

процессы

охватывают

лишь

поверхностные

слон

щепы

|44].

Окислительный

потенциал

синглет-

ного

кислорад

щелочном

растворе

недостаточно

высок,

чтобы

обеспечить

успешное

окислительное

разрушение

молекул

природ-

ного

лигнина,

особенности

древесине хвойных пород.

уело

виях

варки,

при

более высоких температурах

концентрация:,

щелочи,

чем при

отбелке, плохая селективность действия

кисло-

рода сказывается особенно резко: окислительная деструкция угле-

водов

целлюлозы

проявляет

себя

существенным

падением

вяз-

кости

механической

прочности

целлюлозы. Чтобы уменьшить

окислительную

деструкцию углеводов, прибегают

методу

и н-

ж.екционной

варки,

подавая порциями

не

только

кислород,

но

необходимую

для

нейтрализации кислых продуктов щелочь.

Другим

широко используемым методом

является

применение вмес-

то

гидроксида

натрия

менее

активных

щелочных

реаген-

тов—

карбоната, бикарбоната

т. п.

Чтобы обеспечить более эффективную диффузию

Кислорода

древесную

ткань,

вместо

обычной щепы применяют

тонкую

стружку

или

опилки. Оптимальной температурой

кислородно-ще-

лочной

варки является

140—160°С.

Применение

более

высоких

температур приводит

существенному ухудшению

физико-stexafito*

ческих

свойств целлюлозы.

Рабочее

давление

Парогазовом'

про-

Заказ

97 481

странстве

при

кислородно-щелочной варке варьирует

от 0,5 до

5 МПа

[1].

Для

повышения селективности

делигнификации

предотвра-

щения деструкции целлюлозы предлагались различные

добав-

ки.

Установлено,

что

соединения магния,

противоположность

процессу

КЩО,

малоэффективны. Некоторый

эффект

дают

добав-

ки

соединений марганца, моноэтаноламина,

также

предвари-

тельная обработка щепы перед варкой

пероксидом

водорода

или

кислородом

при

температуре около

60°С

[1].

качестве

примера получения

целлюлозы

нормального

выхода

можно

упомянуть

работу

Канадского

НИИ

целлюлозы

бумаги,

при

которой

варили

щепу

из

черной

ели

толщиной

1—3

мм с

расходом

11,6—14,2%

NaOH

•от

массы

древесины

при

гидромодуле

10 : 1.

Давление

кислорода

составляло

2,8

МПа, максимальная

температура

150—160°С.

течение

1,5

поднималась,

температура

и в

продолжение

1,5 ч

масса

выдерживалась

на

максимальной

температуре. Средний

выход

целлюлозы

составил

52% от

исходной

древесины,

при

среднем

содержании лигнина

4%. По

свойствам

целлюлоза

была

близка

сульфитной.

Самуэльсон

Технологическом институте

в г.

Гетеборге проводил

кислородно-щелочные варки

березы,

бука, сосны,

ели в

виде щепы толщиной

1—1,5

мм с

растворами NaOH,

и их

смесью

NaHCO

при

расходах

щелочи

до 40% от

древесины

(в

единицах NaOH). Первоначально

на

варку

задавали

не

более

75% от

общего

расхода

щелочи, остальное количество

добав-

ляли

во

время варки. Давление кислорода было равно

0,8—1,2

МПа, конечная

температура

колебалась

от 100 до

175°С,

продолжительность

варки

—

от 6 до

10 ч. При

таком режиме варки

удавалось

получить

целлюлозу

выходом

46—56%

от

древесины, содержащую

от 1,5 до 3%

лигнина.

И Е.

Аракин

во

ВНПОбумпроме

[3]

подвергал

одноступенчатой

кислородно-содовой

варке

2%-ным

раствором

осиновую

стружку,

с до-

бавкой

0,5%-ного

раствора моноэтаноламина. Жидкостный модуль

составлял

около

10:

давление

кислорода

достигало

МПа.

Варка

происходила

тече-

ние

3—4

ч при

140—150°С

или же в

течение

60—75

мин при

170—180°С.

В ре-

зультате варок получена

целлюлоза

выходом

60—62%

от

древесины,

содер-

жащая

около

лигнина, пригодная

для

изготовления бумаги

Механизм кислородного окисления лигнина

деструкции

целлюлозы

при

кислородно-щелочной варке [42] остается

в об-

щих

чертах таким

же, как и при

кислородно-щелочной отбелке

(см.

п.

3.4.3

главе

3).

Превращения

лигнина

при

кис-

лородно-щелочной

варке

основном сводятся

следующим

[6, с.

35]:

активация макромолекул щелочью (образование кар-

бионов

фенилпропановых

единицах), расщепление эфирных

алкиларильных связей, элиминирование боковых пропановых

цепей,

раскрытие бензольных колец, полимеризационные реакции.

окислительным реа'кциям можно отнести реакции присоедине-

ния

кислорода карбанионами

гидроперекисного

аниона

карбо-

нильными

группами,

также

окисление

ендиолов.

Наименее ста-

бильными

действию кислорода

щелочной

среде

являются

эпок-

4»2

сидные,

диоксиэтановые

хинонные

структуры.

основе окисли-

тельно-щелочной

делигнификации

лежат

процессы нуклеофильного

или

электрофильного присоединения

нуклеофильного замещения,

но

наряду

этим значительна

роль

свободнорадикальных

реак-

ций.

частности,

последние

несомненно

участвуют

полимериза-

ционных

процессах, идущих параллельно

окислительной дегра-

дацией лигнина

[6, с.

52].

Основными реакциями, ведущими

деструкции поли-

сахаридов,

при

кислородно-щелочной варке являются,

как

при

щелочной

варке,

отщеплени'е концевых

редуцирующих

групп

(peeling-реакция),

стабилизация этих групп

превращением

их

карбоксильные (stopping-реакция)

щелочной гидролиз цепе-

видных

молекул (статистическая деструкция). Однако присутст-

вие

кислорода вносит особенности

в эти

процессы

[6, с.

67].

Преж-

де

всего

под

действием возникающих

щелочном растворе окис-

лителей

(НОО~,

ООг,

НОО',

ОО',

и т. д.)

концевые группы

полисахапидов

превращаются

соответствующий

озон

типа

—СО—СОН

(дикарбонил),

который

значительной степени

оп-

ределяет

развитие реакций отщепления

стабилизации. Напри-

мер, если звено

озоновой группировкой отщепилось

перешло

раствор,

то оно

может подвергаться окислению

образованием

СО

гликолевой кислоты

СН

ОН—СООН

дигидроксибутировой

кислоты

СООН—СН

—НСОН—СН

ОН.

Присутствуя

на

конце

цепи,

«зоновая

группировка

под

действием

окислителей может пре-

вратиться

устойчивую

альдоновокислую

группу,

тогда

проис-

ходит'стабилизация.

По

этой причине реакция стабилизации

более

успешно конкурирует

отщеплением: если

при

нормальной

ще-

лочной

варке

на

один случай стабилизации приходится

среднем

случаев отщепления,

то при

кислородно-щелочной

варке

эта

цифра уменьшается

до 10 и

ниже.

За

этот счет несколько снижа-

ются''Массовые

потери

углеводов

улучшается

избиратель-

ность

делигнификации

по

сравнению

натронной

даже

суль-

фатной

варкой.

Однако щелочной гидролиз полисахаридов,

т. е.

собст-

венно

щелочная деструкция, происходит

гораздо

интенсивнее

присутствии окислителей,

и это

является основной причиной сни-

жения

вязкости

ухудшения механической

прочности

волокна.

Эта

реакция,

как

считается, имеет

свободнорадикальный

ме-

ханизм

состоит

том,

что

благодаря возникновению

своб^д-

норадикального центра

на

пятом

или

шестом углеродном атоме

образуется карбонильная группа внутри цепи,

что и

приводит

ослаблению

разрыву гликозидной связи. Таким образом, при-

сутствие окислителей инициирует щелочной гидролиз полисаха-

ридов.

Для

и.ишсфаапи

влияния

замены

1идроксида

натрия

на

карбонат

на

рис.

216

приведены

ре^лыаш,

полученные

pa6oie

В. М.

Крюкова

и др.

[19],

которые проводили

кислородно-щелочные

варки целлюлозы

выходом

66% из

483

ociiHoooii

щепы. Температура варки составляла

170—180°С,

жидкостный

модуль

4: 1,

расход

щелочи

16%

продолжительность

варки

не

более

мин.

Как

нидно

на

рис. 216, оптимальным

точки зрения получения целлюлозы

высокого

выхода

максимальными показателями механической прочности оказался

состав

щелока

70%

NaOH

30%

7800

<.J

Эхбийалентиое

соотношение

барочнвм

е,

uc.

2Ш.

Влияние соотношения

:NaOH

варочном

щелоке

на

показа-

тели

механической прочности полуцеллюлозы

из

осины:

(—разрывная

длина;

2 —

сопротивление

излому;

3 —

сопротивление

продзвлиааиик»;

4 —

сопротивление

раздиранию

7.3.2.

Двухступенчатый процесс

Одноступенчатая

кислородно-щелочная варка себя

не

оправ-

дывает из-за неравномерности провара, которая ощущается

даже

при

варке стружки

очень тонкой щепы лиственных пород.

По-

пытки

осуществить одноступенчатый варочный процесс прекраще-

ны

аг

всем мире,

усилия исследователей направлены

на

отыска-

ние

оптимальных

режимов двухступенчатой варки.

При

этом

первая

ступень

проводится

по

нормальному

натронному

или

содово.-натронному способу

до

получения полуцеллюлозы,

вторая

ступень

—

как

кислородно-щелочная обработка

тем

же

реагентом, которая должна

давать

целлюлозу

нормального

выхо-

да и

нормальной

степени

провара.

Для

того чтобы облегчить

за-

дачу

КЩО,

во

многих

работах предлагается подвергать размолу

полученную после первой ступени

полуцеллюлозу.

Проведение первой ступени варки предлагается проводить

непрерывно действующих варочных установках типа

Пандия

или

Камюр

горячей промывкой.

М. А.

Иванов

и др.

[35,

с. 17]

провели модельные опыты

по

сопоставлению результа-

тов

двухступенчатых варок осиновой щепы,

при

которых первая

484

ступень велась применительно

режиму

этих

двух

типах

уста-

новок.

Варка

первой ступени типа

П;шдия

Кямют

Выход

целлюлозы,

% от

древесины

....

56—60

Разрывная длина,

8500—8900

9100--I020J

Сопротивление

продавливанию,

кПа-м'/г

. .

-4,7—5,8

6,1-6,8

•Сопротивление

излому,

число

двойных пере-

гибов

800—1400

1470—1720

Сопротивление

раздиранию,

мН-м

/г

. . .

6,8—86

7.2—9,0

Белизна,

24—19

50—ь4

Из

приведенных данных

следует,

что

варка

первой ступени

но

типу Камюр

дает

после

КЩО

целлюлозу

лучшими физико-

механическими

свойствами

лучшей белизной. Однако варка

по-

луцеллюлозы,

даже

лиственной,

установках

типа Камюр

связана

затруднениями.

При

двухступенчатом процессе кислородно-щелочная варка

теряет

свое

самостоятельное значение

превращается

кисло-

родно-щелочную делигнификаци

ию,

выполняющую

промежуточную

роль

между

варкой

отбелкой.

Такая

обработка

может проводиться

в том же

варочном котле,

что и

первая

сту-

пень,

или же в

отдельном реакторе. Последний вариант обязате-

лен, если полуцеллюлоза перед второй ступенью

подвергается

размолу.

Если применяется промежуточная промывка,

то

необходимо

задавать щелочь

на

каждую ступень особо. Если промывку

не

производить,

тогда возможны

два

варианта:

или

задать

щелочь

на

первую ступень

количестве, необходимом

для

обеих ступеней

обработки,

или

же

распределить

расход

щелочи

по

обеим ступе-

ням

соответствии

потребностью

каждой

из

них.

Установлено,

что

раздельный ввод щелочи

по

ступеням

оказывает положитель-

ное

влияние

на

выход

качество целлюлозы

[1].

Ег,:п

обеих

ступенях

применяется

качестве

реаген-

т a

NaOH,

то

выход после первой ступени может составлять

от

53 до 65% от

древесины (хвойных

пород),

после

второй

—

44—

46%,

такая целлюлоза

при

числе Каппа

22—25

может

исполь-

зоваться

для

отбелки.

Расход

щелочи

на

первую ступень состав-

ляет

13—15%

NaOH

от

древесины,

на

вторую

—

от 2,5 до 7%

NaOH

от

волокна.

промежутке

между

ступенями производится

размол

полуцеллюлозы

дисковой

мельнице

расходом

энергии

250

кВт-ч/т

целлюлозы. Температура

натронной

варки

среднем

состав,

яст

170°С,

температура

при КЩО

110°С,

давление

кисло-

рода

поддерживается

на

уровне

1,4

МПа.

Продолжительность

об-

работки

первой ступени

120

мин,

во

второй

—

мин.

Это до-

вольно типичные

условия

двухступенчатого

процесса,

обес-

печивающие

получение белимой целлюлозы

удовлетворительны-

ми

физико-механическими свойствами.

При

использовании

на

обеих

ступенях

'для

вар-

485

ки

древесины хвойных пород возможен такой режим:

на

первой

ступени расходуется

от 50 до 65%

щелочи

от

массы щепы

(в

еди-

ницах

карбоната),

на

второй

—

от 0 до

27%.

На

второй

ступени,

после

промежуточного горячего размола массы

дисковой мель-

нице,'

можно

продолжать

обработку кислородом

присутствии

черного

щелока после первой ступени. Выход полуцеллюлозы пос-

ле

первой ступени составляет

72—75%,

выход

целлюлозы

'пос-

ле

второй ступени

45—46%,

и она

пригодна

для

отбелки (число

Каппа

20—25)

или

может использоваться

для

выработки бумаги

картона

небеленом виде (число Каппа

50—70).

При

примене-

нии

карбоната

необходимо вести

КЩО при

более

высоких темпе-

ратурах

(от 130 до

170°С)

и при

более

высоких давлениях

кисло-

рода

(до 2,5

МПа

выше). Заметное положительное влияние

на

выход

физико-механические свойства целлюлозы оказывает

добавка

соединений магния

(1%

MgCO

от

массы

волокна'при

варке

NaOH). Кислородно-щелочную обработку (КЩО)

лррво-

дят при

концентрации массы

от 3 до

20%; оптимальной можно

считать концентрацию около

8—10%.

Применение высоких кон-

центраций, порядка

25—35%,

не

оправдывается,

так как за

счет

экзотермического

тепла окислительных реакций температура под-

нимается

настолько,

что это

усиливает деструкцию

целлюло^

зы

[1].

результате

двухступенчатой

варки

может

быть получе-

на

целлюлоза нормального выхода

из

древесины лиственных

хвойных пород

различной степенью провара, начиная

от

жест-

кой

целлюлозы

числом Каппа

70—100

для

покровных

слоев

тар-

ного

картона

кончая

мягкой целлюлозой

числом Каппа

от 10

до 40 для

отбелки. Выход целлюлозы

из

древесины после двух-

ступенчатой обработки оказывается

на

1—5%

выше,

чем при

сульфатной

варке

до той же

степени провара,

за

счет

более

вы-

сокого содержания

гемицеллюлоз.

Последнее определяет большую

скорость размола кислородно-щелочных целлюлоз.

По

разрывной

длине кислородно-щелочная целлюлоза превосходит сульфатную

гой

же

степени провара,

но

остальным

физико-механическим

показателям

уступает

ей.

Белизна кислородно-щелочной целлю-

лозы

на

15—30%

выше,

чем

сульфатной.

Отбелка

ее

может

осуществляться

как по

обычным многоступенчатым

схемам,

так

применением кислорода, озона

HzOz-

Для

получения беленой

лиственной

целлюлозы

белизной

87—88%

достаточно трехсту-

пенчатой

схемы

Д—Щ—Д.

Хвойная

целлюлоза

может

отбели-

ваться

по

пятиступенчатой схеме

X—Щ—Д—Щ—Д

или

шестисту-

пенчатой

X—Щ—Г—Д—Щ—Д.

Расход

реагентов

для

отбелки

меньше,

чем для

сульфатной целлюлозы.

Чрезвычайно привлекательна кислородно-щелочная варка

экологической точки зрения: дурнопахнущие газовые

вы-

бросы полностью отсутствуют, сточные воды

не

содержат токсич-

ных

веществ.

При

производстве беленой целлюлозы

кислород'но-

щелочной

способ

по

сравнению

сульфатным обеспечивает сокра-

486'

шенпе

объема сточных

вод на

70%, цветности

их на

90%,

по

БПКб

на 55% и

токсичности стоков

в 100 раз

[1].

Однако,

не-

смотря

на эти

преимущества, кислородно-щелочная варка

до сих

пор

не

получила реализации

промышленном масштабе. Причи-

на

этого

заключается

необходимости установки

дорогостоящих

реакторов

для

КЩО.

Имеют значение

также

недостаточно высо-

кие

показатели механической прочности целлюлозы

по

сравнению

сульфатной,

особенности беленой.

7.3.3.

Оксиаммонолиз

пульсационный

методы

варки

Для

уменьшения деструкции целлюлозы

при

кислородной

де-

лигнификации,

кроме замены гидроксида натрия

на

карбонат,

некоторые исследователи пытались использовать

гидроксид

ам-

мония.

Этот способ получил

литературе название оксиаммо-

нолиза,

но

правильнее называть

его

кислородно-аммиачным

или

кислородно-аммониевым. Свойства гидроксида аммония

от-

личаются

от

свойств нелетучих оснований:

ростом температуры

щелочность

его

снижается

более

резко. Например, 0,34

раствор

при

температуре

20°С

имеет

рН

равный 10,1,

а при

тем-

пературе

150°С

—

только 7,3. Поэтому кислородно-аммиачная вар-

ка

протекает медленнее,

чем

кислородно-щелочная, требуя

при-

мерно

в 1,5

раза большей продолжительности [17,

с.

12].

Оксиаммонолиз

наряду

окислительными

реакциями,

характеризующими

кислородно-щелочную

варк\,

сопровождается

образованием

азотсодер-

жащих

соединений

лигнина,

дальнейшее превращение которых

процес-

се

варки приводит

появлению

высокомолекулярных

конденсированных про-

дуктов,

затрудняющих

делигнификацию

вызывающих потемнение целлюлозы.

Вполне возможно,

что

азот фиксируется

лигнине

прочпосрязанной

форме,

виде

ароматич(.ски\

алифатических

ipyim

[31]

Алифатические

амины

могут

получаться

из

эпоксидов,

большом

количестве

возникающих

при

щелочно-кис-

лороднои

парке

Ароматические

амины

\ioiyT

возникать

результате

замещения

меюкси.ьныч

ip>nn

на

амино]

р\

пны

метоксихинонах.

Предполагают,

что де-

метоксилиронапие

происходит

по

радикальном)

механизму. Ароматические

амиигсодержащие

<J>pai

менты

щелочной среде способны участвовать

реак-

циях

чоиденсации

друг

друтм,

также

включением

цепь

фенольных

хинонных

структур

[6, с

55]. Фенолы способны

окислительному сочетанию

присутствии

аммиака

окислителен

В. М

Никитин

[30,

281] предполагает,

что при

оксиаммонолизе

происходят

не

только окислительные,

но и

восстанови-

тельные

реакции,

том

числе

взаимодействие

аммиака

карбоксильными

ip\n-

пами

образованием оксимов,

1Ифаюнов

и т п.

соединений.

Впервые способ окислительного аммонолиза

был

запатентован

1966

г. в США для

получения целлюлозы

из ба-

гассы,

причем

было

сделано

заключение,

что для

древесины

этот

способ непригоден.

Л. О.

Иоффе

сотрудниками [18] показал,

что

это

заключение неправильно.

При

варке

под

давлением

2—4

МПа

487

°г

ДЗЖе

6ЛОВОЙ

СТ

РУ™.

ПРИ

конечной температуре

С и

концентрации аммиака

растворе

0,12—0

15%

уда-

™м

™Тп

оУ

довлетв

°Р

ите

льно

проваренную

целлюлозу

выхо-

дом

50—Ь0%

от

древесины

за

приемлемое

время

(25—5

ч) Со-

держание

остаточного

лигнина

целлюлозе,

однако,

довольно

значительно

(4-6%)

при

невысокой

СП (от 600 до

900)

целлю-

лоза

имеет

темный

цвет

из-за

присутствия

в ней

азотопроизвод-

ных

лигнина.

Чтобы

улучшить

результаты,

был

разработан

ва-

риант

двухступенчатого

процесса,

при

котором

первая

-L

ii Т

Рис.

217.

Схема

устройства

пуль-

сационного

варочного аппарата:

—

колонка;

2 —

пульсатор;

3 —

пор-

шень;

4 —

тарелки;

5 —

щелевые

отвер-

стия;

6 —

направляющие

заслонки

Г/1

SUIT.

ЩСГЬ!

ММ

Рис.

218

Неравномерность

дели-

тнификацнн

при

кислородко-ще-

лочнои

варке

автоклаве:

—гидромоду.in

ЮЛ. 2 —

гидромо-

ду

н.

'О

ступень варки проводится

как

оксиаммонолиз

до

получения полу-

целлюлозы

выходом около

70% от

древесчпы.

во

вюрон

civ-

пени

варка

ведется

как

кислородно-содовая

или

пероксидная

об-

работка.

При

выходе

целлюлозы

55—60%

из

еловой

60—65%

из

осиновой

стружки

она

содержала

3—4%

лигнина, имела

более

488

высокую

СП

(800—1100)

степень белизны

40—50%.

Отработан-

ный

черный

щелок

предлагалось использовать после выпарки

либо

для

выращивания

белковых

дрожжей,

либо

как

удобрение

сельском хозяйстве, что,

по

мысли авторов, полностью решало

проблему

его

утилизации

без

регенерации химикатов.

последующие

годы группа сотрудников

ВНПОбумпрома

под

руководством

Л. О.

Иоффе

и Ю. С.

Иванова продолжала

работу

над

совершенствованием технического оформления оксиаммоно-

лизной варки. Усилия были направлены

основном

на то,

чтобы

заменить

стружку

щепой

разработать непрерывный вариант

процесса.

Эти

стремления привели

созданию

пульсацион-

ного

варочного

аппарата, принцип

устройства

которого показан

на

рис.

217

[17,

с.

14]. Аппарат

представляет

собой вертикальную

цилиндрической формы колонку, разделенную

по

высоте

тарел-

ками

со

щелевидными отверстиями, прикрытыми косо поставлен-

ными

обращенными

вверх

вниз заслонками. Каждые

две со-

седние

тарелки

имеют различно направленные заслонки

(левые

правые), благодаря чему варочный

раствор

плавающая

в нем

щепа

приобретают вращательное движение

промежутке

между

тарелками, направление которого

на

каждом

этаже

меняется.

рабочем

состоянии

колонка плотностью заполнена жидкостью,

проходящей через

нее

сверху вниз.

нижней выпускной камере

варочного аппарата подсоединен гидравлический цилиндр

порш-

нем, совершающим возвратно-поступательные движения

от

при-

вода,

что

вызывает гидравлические микроудары внутри аппарата.

Под

действием этих пульсаций

наружной поверхности щепок

отслаиваются проварившиеся целлюлозные волокна, обнажая

глубже

расположенные слои, которые,

свою очередь, подверга-

ются

действию кислорода

аммиака. Таким путем удается пре-

одолеть

основную трудность

делигнификации,

обусловленную рез-

ко

выраженным

топохимическим

характером процесса.

Через

сис-

тему

циркуляции жидкости, снабженную фильтром

(на

рис.

217

не

показан), волокно непрерывно удаляется

из

варочного аппа-

рата

накапливается

на

фильтре

виде сваренной

массы.

Щепа

аммиачная

вода,

также газообразный кислород

под

давлени-

ем

непрерывно вводятся

аппарат, причем подогрев варочного

раствора производится

системе циркуляции. Давление

вароч-

ном

аппарате

доходит

до 4

МПа,

температуру поддерживают

на

уровне

140—150°С.

Недостаток

пульсационного

варочного

аппарата

заключается

невозмож-

ности

регулирования степени провара волокна,

так как

отслаивание волокон

от

щепы происходит самопроизвольно

зависимости

от

степени размягчения

поверхностных

слоев, которая

отдельных щепок может

быть

одинаковой

при

различном

остаточном содержании

лигнина.

Однако

пульсационный

аппарат

обеспечивает

лучшую равномерность провара,

чем

кислородно-щелочная

или

кислородно-аммониевая

нарка

щепы

обычном котле

или

автоклаве, которая

характеризуется

очень

большой

разницей

степени провара отдельных

слоев

489

щепы

на

различной

глубине

от

поверхности

(рис.

21) Ю С.

Иванов

указывает

[по 17, с.

15],

что при

непрерывном

выводе проварившихся волокон

из

зоны

варки достигается достаточная равномерность провара промышленной щепы

при

соблюдении следующих условий

пульсациошюй

варки-

давление

1,5—2

МПа,

тем-

пература

140—150°С,

жидкостный

модуль

от

7 . 1 до 10: 1, рН

варочного

раство-

ра

8—9.

пульсационном

аппарате можно проводить

как

кислородно-аммоние-

вые,

так и

кислородно-содовые

варки.

После

успешных

испытании

лабораюрною

п\лосационного

аппарата

на

Сясьском

ЦБК

была сооружена

опытная

по

л>

заводская

установка,

на

которой были

проведены

многочасовые

варки

осиновой

еловой щепы

по

кислородно-содовому

кислородно-аммониевомх

способам, давшие целлюлозу

удовлетворительными

физико-механическими

показателями.

74.

ОРГАНОСОЛЬВОЛИЗНЫЕ СПОСОБЫ

ПОЛУЧЕНИЯ

ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

7.4.1.

Гидротропный

способ

Гидротропными

растворами называются концентрирован-

ные

водные растворы

органических

солей,

которых хорошо рас-

творяются вещества, плохо растворимые

воде

при той же

тем-

пературе. Сильнее всего этот эффект проявляется

очень

хорошо

растворимых

нейтральных солей органических

кислот.

Типичные

гидротропные

растворы образуют натриевые

калиевые соли

то-

луолсульфоновой, ксилолсульфоновой

цимолсульфоновой,

так-

же

бензойной, тиоциановой

салициловой кислот.

Лигнин

гемицеллюлозы

растворяются гидротропными

раство-

рителями

значительно легче,

чем

целлюлоза.

На

этом основан

гидротропный

способ получения целлюлозы

из

древесины,

бамбука,

багассы,

соломы

других растительных материалов.

Наиболее пригодны

для

этой цели такие растворители,

как

натрие-

вые

соли ксилолсульфоновой, цимолсульфоновой

бензойной кис-

лот. Впервые гидротропный метод получения целлюлозы

был за-

патентован

1933

г.

американским

исследователем

Мак-Ки

[43],

который

применял нейтральный

30—40%-ный

водный раствор кси-

лолсульфоната

натрия. Варка древесины тополя

этим

реагентом

при

150°С

течение

—12

привела

получению целлюлозы

выходом

52% от

древесины. Целлюлоза содержала

от 89 до

93%

альфа-целлюлозы, медное число

ее

составляло

1,9—2,3

зольность около

0,01%.

Варка багассы протекала быстрее;

за

3 ч

обработки

при

160°С

была получена целлюлоза

выходом

48%, которая была подвергнута многоступенчатой отбелке;

выход

беленой целлюлозы составил

42% от

исходного сырья.

Большое преимущество

гидротропного'способа

барки состоит

том,

что

варочный

раствор

можно применять

для

варки

мно-

гократно:

30—40%-ный

раствор ксилолсульфоната

способен

эффекгивне

растворять

лигнин

при

6—7-

кратной последователь-

490