Полисульфидная варка целлюлозы реферат

Обновлено: 05.07.2024

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Пермский государственный технический университет

студент группы МАХП-04 (дн)

Корзников Ярослав Владимирович

Кулинская Ирина Васильевна

Краткое описание получаемого продукта……………………………………3

Краткое описание технологии………………………………………………. 7

Приложение 1. Технологическая схема

Приложение 2. Построение схем

Краткое описание продукта

Целлюлоза — это высокомолекулярный полисахарид, имеющий общую формулу (С₆Н₁₀О₅)_n, которую, принимая во внимание три активных гидроксила в каждой структурной ее единице, можно записать в виде [С₆Н₇О₂(ОН)₃]_n. Молекулы целлюлозы построены в виде цепей. Целлюлоза обладает ориентированным аморфно-кристаллическим строением, которое объясняет все ее свойства — реакционную способность, набухание в воде (чем и вызывается увеличение размеров древесины при увлажнении) и др.

Гемицеллюлозы древесины состоят из различных полисахаридов с разной величиной молекулы. В их число входят пентозаны (C₅H₈O₄)_n и гексозаны (C₆H₁₀О₅)_n. Из пентозанов древесины известны ксилан и реже встречающийся арабан, из гексозанов — маннан, галактан, фруктан и глюкан. Все они построены из остатков соответствующих моносахаридов: ксилозы, арабинозы, маннозы, галактозы, фруктозы, глюкозы и при кислотном гидролизе переходят в них:

В состав целлюлозно-бумажного производства входит по лучение волокнистых полуфабрикатов — целлюлозы и древес ной массы — и их переработка в различные виды бумаги и картона.

При варке измельченной древесины, т. е. обработке ее раствором химических реагентов (варочным раствором) при повышенных температуре и давлении, происходит ее делигнификация - большая часть лигнина растворяется, клетки древесины разъединяются и получается волокнистая техническая целлюлоза.

Основными методами получения целлюлозы являются сульфатный и сульфитный; применяют также бисульфитный, нейтрально-сульфитный, различные комбинированные и ступенчатые методы варки. Перспективными являются окислительные методы — кислородно-содовый, кислородно-щелочной и. др., которые не связаны с использованием серосодержащих реагентов и поэтому оказывают меньшее влияние на окружающую среду.

Путем соответствующего подбора реагентов и условий варки регулируют выход технической целлюлозы и ее свойства, в первую очередь остаточное содержание лигнина. Чем полнее удален лигнин при варке, тем волокно светлее, но выход его меньше. Целлюлозу вырабатывают нормального выхода (40—50% от массы абсолютно сухого сырья), которая подразделяется на жесткую (содержащую 3—8% лигнина), среднежесткую (1,5—3%) и мягкую (менее 1,5% лигнина) и высокого выхода (50—60 %). Получают также полуцеллюлозу (выход 60—85%), содержащую половину или более исходного лигнина и требующую механического размола для превращения ее в волокнистую массу.

Техническая небеленая целлюлоза пригодна для изготовления многих видов продукции — газетной и мешочной бумаги, тарного картона и др. Для получения высших сортов писчей и печатной бумаги, где требуется повышенная белизна, используют среднежесткую и мягкую целлюлозу, которую отбеливают химическими реагентами, например хлором, двуокисью хлора, гипохлоритом кальция или натрия, перекисью водорода.

Особо очищенную (облагороженную) целлюлозу, содержащую 92—97 % альфа-целлюлозы (т. е. фракции целлюлозы, нерастворимой в 17,5 %-ном водном растворе едкого натра) используют для изготовления химических волокон, в том числе вискозного шелка и высокопрочного вискозного кордного волокна для производства автомобильных шин.

Древесную массу получают механическим разделением древесины на волокна. Большое количество волокнистой массы вырабатывают из вторичного сырья — макулатуры, доля которой в производстве бумаги и картона превышает 20% от всего используемого волокна. На некоторых предприятиях целлюлозу получают из тростника.

Производство сульфатной целлюлозы

Варят целлюлозу с варочным раствором ( сульфатным, или белым, щелоком), содержащим едкий натр, сернистый натрий, небольшое количество карбоната и сульфата натрия.

Едкий натр и сернистый натрий составляют активную часть белого щелока. Их суммарная концентрация в пересчете на колеблется от 70 до 120 г/л. Чем больше активной щелочи в варочном растворе и чем выше температура и в варочном котле, тем быстрее идет варка и полнее удаляется лигнин, но тем ниже выход волокна. Обычно температура варки 165-180 о С, давление в котле 0,7 – 1,2 МПа (1 МПа равен 9,81, округленно 10 кгс/см 2 ) Гидромодуль, т.е. объем жидкости в кубических метрах на 1т. абсолютно сухого сырья, составляет 44,5:1

В верхней зоне котла идет заварка, в средней варка, в нижней частичная промывка целлюлозы слабым щелоком. Целлюлозная масса концентрацией 14—16%, охладившаяся до 80—85 °С, непрерывно выгружается и поступает в выдувной резервуар. Щепа в каждой зоне находится 1,5 ч, а всего 4,5 ч.

По окончании варки щелок (7—10 м 3 /т целлюлозы) имеет 'почти черный цвет, поэтому его называют черным щелоком. В щелок переходит большая часть лигнина древесины в виде щелочного лигнина, а также часть гемицеллюлоз, которые в щелочной среде гидролизуются и окисляются, образуя в основном оксикислоты. Ацетильные группы древесины при варке отщепляются, образуя уксусную кислоту, находящуюся в щелоке в виде уксусно-кислого натрия.

Черный щелок упаривают в многокорпусных вакуум-выпарных установках, добавляют сульфат натрия для возмещения потерь щелочи, -происходящих в производстве (отсюда и название способа), а затем щелок сжигают в топках специальных паровых котлов — содорегенерационных котлоагрегатов (СРК). При этом сгорает органическая часть щелока, а сульфат натрия превращается в сернистый натрий; едкий натр переходит в углекислый натрий.

Плав растворяют в слабом белом щелоке или в воде и получают зеленый щелок, который обрабатывают гашеной известью для перевода углекислого натрия в едкий натр. Получается белый щелок, который снова используют для варки целлюлозы.

Смоляные и жирные кислоты, содержащиеся в древесине, при варке превращаются в натриевые соли. Эти соли при отстаивании собираются на поверхности черного щелока, образуя сульфатное мыло.

Путем подкисления черного щелока серной кислотой или двуокисью углерода из него можно выделить щелочной лигнин, применяемый в производстве пластических масс, резинотехнических изделий и др. Из черного щелока можно получить другие лесохимические продукты. Например, из подкисленного упаренного черного щелока можно извлечь метилэтилкетоном уксусную и муравьиную кислоты, различные оксикислоты.

Производство древесной массы.

Существуют два основных способа получения древесной массы. Путем истирания еловых или пихтовых балансов длиной 1 —1,2 м дефибрерными камнями в дефибрерах получают дефибрерную древесную массу, а путем размола древесной щепы любых пород на дисковых мельницах (рафинерах) — рафинерную. Преимущественное развитие в последнее время получает производство рафинерной древесной массы. Качество ее значительно улучшается,

если перед размолом щепу пропарить; получаемый продукт называют термомеханической древесной массой. Наиболее высокое качество у химико-термомеханической древесной массы, для получения которой щепу перед размолом пропитывают некоторыми химикатами и пропаривают.

Выход обычной древесной массы 95—96 % от древесины химико-термомеханической около 90%. Древесная масса применяется при изготовлении большинства видов бумаги и картона, составляя около 40 % от всех используемых волокнистых полуфабрикатов.

Краткое описание технологии

Порядок варки целлюлозы в котлах периодического действия следующий.

В котел загружают щепу в количестве 0,3— 0,35 м 3 на 1 м 3 вместимости котла, а при применении пропарки щепы или специальных уплотнителей — 0,4 м 3 или даже больше. Затем заливают варочный раствор, закрывают котел и начинают нагревать его содержимое, для чего щелок непрерывно прокачивают циркуляционным насосом через подогреватель. Температуру в котле поднимают до заданной конечной величины (этот период называют заваркой), потом следует стоянка при этой температуре (собственно варка). Заварку ведут медленно, чтобы щепа хорошо пропиталась варочным щелоком; в этот период для; удаления воздуха и образующихся летучих продуктов (скипидара, метилового спирта и др.) производят сдувку парогазовой смеси — терпентинную сдувку. Парогазовая смесь поступает в щелокоуловитель и далее подвергается дробной конденсации. От конденсата во флорентине отделяют сырой сульфатный скипидар в количестве 8—12 кг из сосновой древесины, 1—2 кг из еловой древесины в расчете на 1 т выработанной целлюлозы.

При производстве вискозной и кордной целлюлозы щепу в котле сначала подвергают предгидролизу с целью удаления гемицеллюлоз. Для этого ее обрабатывают 0,3—0,5%-ной серной кислотой при 120—130 °С или водой, при 160—170 °С. Предгидролизат отбирают из котла и направляют на производство дрожжей, после чего в котел заливают варочный раствор и начинают варку. По окончании варки, обычно не снижая давления в котле, целлюлозную массу выдувают из него в выдувной резервуар, осматривают котел и готовят к новой загрузке.

Полный оборот котла продолжается 5—8 ч, в том числе загрузка щепы и заливка щелока примерно 1 —1,5 ч, заварка 2—4,5 ч, варка до 1 ч, конечная сдувка, выгрузка целлюлозы и осмотр котла около 1 ч.

Стационарный варочный котел (рис. 2.2) стальной, облицован внутри легированной сталью. Общая высота 13—17 м, диаметр цилиндрической части 3,6—4,5 м, загрузочной горловины 800 мм, выгрузочной — 700 мм, вместимость 100—200 м 3 . Щелок забирается из средней части котла и возвращается циркуляционным насосом в верхнюю и нижнюю его части.

Выгруженную из котла целлюлозу промывают водой в диффузорах или на барабанных фильтрах и затем подвергают многоступенчатой очистке от сучков, непровара, частичек коры, песка и др. Сначала производят грубое сортирование на вибрационных или центробежных сучколовителях, потом тонкое сортирование в центробежных сортировках, вихревых очистителях (центриклинерах) и др.

Щепу из бункера подают при помощи питателя низкого давления в пропарочную цистерну, где из щепы удаляются вода и скипидар. Пропаренная щепа перемещается винтовым конвейером к роторному питателю высокого давления, который подает ее в котел и одновременно служит запорным клапаном. Выходящая из питателя высокого давления щепа транспортируется щелоком к загрузочному устройству котла, оснащенному вертикальным вращающимся винтом. Варочный щелок подают насосом в верхнюю часть котла. Щепа опускается в котле под собственной тяжестью.

В верхней зоне котла идет заварка, в средней варка, в нижней частичная промывка целлюлозы слабым щелоком. Целлюлозная масса концентрацией 14—16%, охладившаяся до 80—85 °С, непрерывно выгружается и поступает в'выдувной резервуар. Щепа в каждой зоне находится 1,5 ч, а всего 4,5 ч.

По окончании варки щелок (7—10 м 3 /т целлюлозы) имеет почти черный цвет, поэтому его называют черным щелоком. I В щелок переходит большая часть лигнина древесины в виде щелочного лигнина, а также часть гемицеллюлоз, которые в щелочной среде гидролизуются и окисляются, образуя в основном оксикислоты. Ацетильные группы древесины при варке отщепляются, образуя уксусную кислоту, находящуюся в щелоке в виде уксусно-кислого натрия.

Черный щелок упаривают в многокорпусных вакуум-выпарных установках, добавляют сульфат натрия для возмещения потерь щелочи, происходящих в производстве (отсюда и название способа), а затем щелок сжигают в топках специальных паровых котлов — содорегенерационных котлоагрегатов (СРК). При этом сгорает органическая часть щелока, а сульфат натрия превращается в сернистый натрий; едкий натр переходит в углекислый натрий.

Очистка и обезвреживание промышленных стоков и газовых выбросов

В процессах производства лесохимических продуктов образуются различные сточные воды — отбросные воды ректификационных аппаратов, промывные, подсмольные и подскипидарные воды и др. Все они объединяются общим названием промышленных стоков (промстоков). Они подразделяются на сильно загрязненные, частично загрязненные и условно чистые воды.

К условно чистым водам относится охлаждающая вода от теплообменных аппаратов, не содержащая вредных примесей и используемая в основном повторно в виде оборотной воды. Доля оборотной воды на лесохимических предприятиях доходит до 90 % от общего количества стоков. К числу сточных вод относятся также загрязненные хозяйственно-бытовые стоки и ливневые воды.

Особенно много сильно загрязненных стоков получается при извлечении уксусной кислоты из жижки и при выработке этилацетата (табл.1). Они содержат кислоты, спирты, эфиры, альдегиды и кетоны, смолистые вещества, соли металлов и др. В меньших количествах загрязненные промышленные стоки образуются в канифольно-скипидарном производстве.

На всех стадиях производства лесохимических продуктов образуются также и газовые выбросы. Их количество и состав не постоянны, так как зависят от многих причин.

Способ касается сульфатной варки целлюлозы с использованием полисульфидной варки и может быть использован в целлюлозно-бумажной промышленности. Способ включает пропитку целлюлозы полисульфидным щелоком, взятым в количестве более 75% от дозы щелочи, требуемой для процесса варки. На первой ступени варки в сущности весь полисульфид полностью реагирует с лигноцеллюлозным материалом. Из варочного сосуда удаляют первое количество варочного щелока с относительно высокой концентрацией эффективной щелочи (ЭЩ). В конце первой ступени добавляют второе количество варочного щелока с относительно низкой концентрацией ЭЩ. Нагревают содержимое варочного котла до температуры варки. Удаляют второе количество варочного щелока после достижения максимальной температуры варки. По выбору добавляют первое количество варочного щелока в варочный сосуд на ступень в процессе варки, где концентрация ЭЩ относительно низкая. Предложены также варианты данного способа. Техническим результатом является максимальное повышение выхода продукта. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил., 3 табл.

Настоящее изобретение относится к сульфатной варке целлюлозы с применением модифицированной технологии варки в сочетании с технологией полисульфидной варки целлюлозы в варочном котле с целью получения более высокого выхода продукта по сравнению с получаемым ранее при модифицированной варке или полисульфидной варке.

Полисульфид является добавкой при варке, которая коммерчески используется для увеличения выхода продукта варки. Повышенный выход продукта улучшает экономику варки путем уменьшения количества используемой древесины и/или увеличивая пропускную способность. Полисульфид производят в коммерческих масштабах способом каталитического окисления части ионов сульфида, содержащихся в щелочном растворе для сульфатной варки, часто называемом "белый щелок" в области сульфатной варки. Этот процесс окисления в настоящее время является наиболее коммерчески действенной технологией, которая преобразует сульфид в белом щелоке в полисульфид, придавая получаемой жидкости оранжевый цвет. Полисульфидный щелок также в данной области называют "оранжевый щелок".

Выяснено, что полисульфид эффективно увеличивает выход при варке только когда его применяют в начале варки, например до ступени пропитки, температура на которой обычно ниже ~140°С (~284°F) и время выдержки обычно составляет 15-45 минут. При или выше ~140°С (~284°F) полисульфид начинает быстро разлагаться и теряет свою эффективность как вещество, повышающее выход при варке. Выявлено, что увеличение выхода при варке возрастает пропорционально количеству полисульфида, добавленного в начале варки (приблизительно до 7% полисульфида от загрузки древесины). Таким образом, при полисульфидной варке весь полисульфидный щелок (оранжевый щелок) наиболее предпочтительно добавлять в начале варки, чтобы максимально увеличить выход. Этот прием хорошо работает при традиционной сульфатной варке целлюлозы. В известной сульфатной варке, которая была единственной коммерческой технологией до конца 1970-х годов, общее количество загружаемой щелочи при варке добавляли в начале варки.

В модифицированной технологии сульфатной варки целлюлозы, разработанной в конце 1970-х годов, общую загрузку щелочи делят по меньшей мере на две или больше частей. Обычно в начале модифицированной варки добавляют приблизительно только 45-75% от общего количества щелочи. Путем разделения общего количества щелочи на несколько частей, добавляемых на разных ступенях варки, профиль концентрации щелочи в модифицированной варке даже больше повышает пропускную способность, чем при традиционной сульфатной варке. Особую важность имеет концентрация эффективной щелочи (ЭЩ) на ранней ступени варки, когда температуру поднимают с температуры пропитки - обычно Изобретение относится к технологии целлюлозно-бумажного производства и может быть использовано на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности при получении сульфатной целлюлозы с пониженным содержанием смолистых веществ из лиственных пород древесины.

Изобретение относится к новой добавке для варки древесины, которая может быть использована при варке древесины для улучшения удаления экстрактивных веществ при производстве целлюлозной массы.

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности при производстве целлюлозы сульфатным или натронным способом.

Изобретение относится к области химической переработки древесины, а именно древесины лиственницы, и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности для получения целлюлозных полуфабрикатов.

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и предназначено для получения высокооблагороженной целлюлозы, используемой для производства химических волокон и пленок.

Изобретение относится к способу непрерывного перемещения жидкостей при вываривании пульпы в автоклаве. .

Изобретение относится к технологии изготовления целлюлозы и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности. .

Изобретение относится к технике для производства целлюлозы и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности. .

Изобретение относится к области производства целлюлозы из растительных материалов, в частности рисовой соломы, и может найти применение в целлюлозно-бумажной промышленности.

Изобретение относится к области целлюлозно-бумажного производства, может быть использовано при получении волокнистых полуфабрикатов из сельскохозяйственных отходов переработки крупяных и злаковых культур (солома, плодовые оболочки).

Изобретение относится к целлюлозной промышленности, а именно к производству целлюлозы из растительного целлюлозосодержащего материала, и может быть использовано для производства целлюлозы, предназначенной для химпереработки, в бумажной промышленности и т.д.

Изобретение относится к технологии целлюлозно-бумажного производства и может быть использовано на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности при получении сульфатной целлюлозы с пониженным содержанием смолистых веществ из лиственных пород древесины.

Изобретение относится к технологии производства целлюлозы и может быть использовано на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности, вырабатывающих сульфитную целлюлозу для изготовления бумаги, картона, а также для химической переработки.

Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к получению полисульфида и целлюлозной массы. .

Изобретение относится к способам обработки белого сульфатного щелока с целью получения раствора для полисульфидной варки древесины и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности.

Изобретение относится к способу и оборудованию для выпаривания горячего черного щелока, полученного от процесса варки во время производства целлюлозной массы, где черный щелок вводится в многоступенчатую линию выпаривания, по меньшей мере, с пятью стадиями выпаривания.

Современные разновидности сульфитных методов варки, в которых для делигнификации растительного сырья используется сернистая кислота и ее соли, многочисленны. Поэтому, название сульфитный следует сохранять за классическим сульфитным методом варки, занимающим второе место по объему производимой целлюлозы.

Содержание

Введение. 3
Глава 1. Производство сульфитной целлюлозы. 5
1.1. Общая схема производства сульфитной целлюлозы. 5
1.2. Техника сульфитной варки. 8
1.3. Влияние основных факторов сульфитной варки на скорость
процесса, выход и качество целлюлозы. 12
1.4. Регенерация сернистого газа и тепла сдувок. 13
1.5. Технико-экономические показатели варки. 15
Заключение. 18
Список использованной литературы. 19

Вложенные файлы: 1 файл

Реферат по органической химии.doc

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Московский государственный университет леса

Кафедра химической технологии древесины и полимеров

по дисциплине: Органическая химия

Производство сульфитной целлюлозы

Выполнил студент группы ЛХ–21:

Иванов Иван Иванович

Москва, 2012 год

Глава 1. Производство сульфитной целлюлозы. 5

1.1. Общая схема производства сульфитной целлюлозы. 5

1.2. Техника сульфитной варки. 8

1.3. Влияние основных факторов сульфитной варки на скорость

процесса, выход и качество целлюлозы. 12

1.4. Регенерация сернистого газа и тепла сдувок. 13

1.5. Технико-экономические показатели варки. 15

Список использованной литературы. 19

Лес – богатство, принадлежащее всему человечеству. Запасы древесины в лесах РФ все ещё огромны, несмотря на их интенсивное освоение. Велико значение леса как источника получения древесины и разнообразных даров леса. Неоценимы водоохранные и почвозащитные, санитарно-гигиенические и эстетические свойства лесов, зеленых зон городов и лесопарков, а также их быстрорастущая рекреационная роль.

Начало использованию древесины для химической переработки положили древнейшие промыслы – углежжение и смолокурение. По мере развития химии и химической технологии древесина приобрела все большую значимость в качестве сырья для химической переработки. Одновременно сложилась теоретическая основа современной технологии химической переработки древесины – химия древесины – наука, на базе которой выросли целлюлозно-бумажная, гидролизная и лесохимическая промышленности, представляющие неотъемлемые отрасли экономики. Проблема обеспечения всевозрастающих объемов производства промышленной продукции технологическим сырьем выгодно отличает древесное сырье перед другими природными сырьевыми источниками органических веществ (углем, нефтью, природным газом). Особенность древесного сырья – его быстрая естественная и непрерывная возобновляемость. Ежегодно за счет процесса фотосинтеза в ценные компоненты древесины превращается огромное количество углерода воздуха.

Химической переработкой древесины заняты целлюлозно-бумажная, гидролизная и лесохимическая промышленности. Органически объединяемые видом перерабатываемого сырья – древесиной, они основаны на различии в поведении ее основных компонентов по отношению к различным физико-химическим воздействиям в определенных условиях. Крупнейшей отраслью химической переработки древесины является целлюлозно-бумажная промышленность, занимающая первое место по количеству перерабатываемой древесины среди отраслей по химической переработке. В настоящее время почти все виды бумаги и картона вырабатываются из древесной целлюлозы и других древесных волокнистых полуфабрикатов. Древесная целлюлоза – сырье для производства искусственного ацетатного и вискозного волокон, часть ее используется при изготовлении пластичных масс, бездымного пороха, лаков и др.

Гидролизное производство, являющееся одной из отраслей микробиологической промышленности, получило особенно широкое развитие. Оно позволяет перерабатывать низкокачественную древесину и миллионы тонн разнообразных древесных и сельскохозяйственных отходов в важнейший продукт – кормовые белковые дрожжи, а также вырабатывать этиловый спирт, фурфурол, ксилит.

Лесохимическая промышленность объединяет несколько производств. Пиролиз (сухая перегонка) древесины дает древесный уголь, метиловый спирт, уксусную кислоту, фенольные смолы, различные органические растворители. Канифольно-скипидарное производство позволяет получить канифоль и скипидар, которые используются в лакокрасочной, парфюмерной и фармацевтической промышленности. Использование живых элементов дерева – возникло на базе переработки практически не используемой древесной зелени. Получаемая из хвои хлорофиллокаротиновая паста и другие препараты используются в медицине и парфюмерии. Производство витаминной муки из древесной зелени – кормового средства для животноводства – обеспечило бы рациональную утилизацию огромного количества веток, хвои и листьев.

В связи с ростом цен на нефтехимические продукты и прогнозируемыми трудностями с сырьем древесину рассматривают как основной источник углеродсодержащего сырья для химического синтеза. Пока большая стоимость доставки древесины и отсутствие достаточно рентабельных способов ее химической переработки являются сдерживающими факторами. Решение задач существенного снижения стоимости доставки древесины и разработки технологий, способных конкурировать с нефтехимическим синтезом, в перспективе откроет новое направление в технологии химической переработки — органический синтез на основе органических веществ древесины.

Глава 1. Производство сульфитной целлюлозы.

1.1. Общая схема производства сульфитной целлюлозы.

Состав и характеристика сульфитной кислоты. Сульфитная кислота представляет собой водный раствор кислого сернистокислого кальция (бисульфита кальция), содержащий большой избыток растворенного сернистого ангидрида (двуокиси серы SO₂).

Условно состав сульфитной кислоты представляется выражением:

бисульфит кальция растворенный SO₂

связанный SO₂ свободный SO₂

Концентрацию компонентов в кислоте выражают в процентах через сернистый ангидрид SO₂. Общее содержание сернистого ангидрида в кислоте называют весь SO₂ . Весь SO2 разделяют на связанный SO₂ и свободный SO₂. Под связанным SO₂ понимают количество SO₂, связанное в моносульфите кальция (CaSO₃ или CaO + SO₂). Окись кальция (СаО) называется основанием. Принимается, что содержание СаО в кислоте эквивалентно связанному SO₂. Содержащийся в сернистой кислоте и растворенный SO₂ объединяются под названием свободный SO₂. Крепость кислоты определяется содержанием всего SO₂.

Кислоту, получаемую в кислотном отделе сульфитцеллюлозного завода, называют сырой сульфитной кислотой. Состав сырой кислоты для различных сульфитцеллюлозных заводов колеблется в пределах 2,8 – 4 % всего SO₂, в том числе 0,9 – 1,5 % связанного SO₂.

Варку сульфитной целлюлозы проводят не с сырой, а с варочной кислотой, представляющей собой смесь сырой кислоты с продуктами сдувок из котлов, удаляемыми в процессе варки. Сырую кислоту в варочную превращают в отделе регенерации. Поглощая продукты сдувок, сырая кислота обогащается растворенным SO₂ , т. е. укрепляется и превращается в варочную кислоту, содержащую значительно больше сернистого ангидрида, чем требуется для химических реакций варки. Крепость варочной кислоты составляет 6 —– 8% всего SO₂ , pH=l,5. Пример характеристики варочной кислоты одного из сульфитцеллюлозных заводов следующий: 6 – 6,5 % всего SO₂ и 1,1 % связанного SO₂. Укрепление кислоты повышением содержания в ней свободного SO2 положительно сказывается как на скорости варки, так и на качестве целлюлозы.

Рассмотренная кислота, содержащая бисульфит кальция в качестве основания, называется сульфитной кислотой на кальциевом основании. Варка с такой кислотой относится к классическому сульфитному методу. Главное условие возможности осуществления классического метода заключается в обеспечении высокого содержания растворенного SO₂ в варочной кислоте. При недостатке растворенного SO₂ бисульфит кальция, который существует только в присутствии свободной H₂SO₃, легко разлагается (особенно при повышенной температуре) на нерастворимый моносульфит кальция и сернистую кислоту:

Опасность разложения бисульфита кальция ограничивает возможность повышения конечной температуры варки (не более 155°С), что удлиняет варку (12 – 18 ч), а невозможность повышения рН кислоты (начальный 1,5 – 2) позволяет варить только еловую древесину.

В настоящее время более широкое применение для варки нашла сульфитная кислота, в качестве основания содержащая MgO, Na₂O или (NH₄)₂O*, образующих с SO₂ водорастворимые MgSO₃, Na₂SO₃ и (NH₄)₂SO₃ вместо нерастворимого CaSO₃. Высокая стабильность кислоты на растворимых основаниях позволяет применять повышенные температуры варки, а хорошая растворимость бисульфитов магния Mg(HSO₃)₂ , натрия NaHSO₃ и аммония NH₄HSO₃ дает возможность в нужных случаях без осложнений увеличивать содержание основания в кислоте и поднимать рН варочного раствора вплоть до применения чисто бисульфитных (рН 4,5), а для натриевого и аммониевого оснований – нейтрально-сульфитных (рН 8—10) методов варки. Благодаря применению варочных растворов с широким интервалом значений рН (от 1 до 10) стало возможным в качестве сырья использовать все древесные породы и получать волокнистые полуфабрикаты с любыми степенью делигнификации и выходом из древесины.

Сырую сульфитную кислоту готовят по следующей схеме: получение SO₂ , очистка и охлаждение SO₂, поглощение SO₂ с получением кислоты.

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

При сжигании серы образуется газообразный сернистый ангидрид (сернистый газ) по реакции S + O₂ → SO₂. Для сжигания серы применяют серные печи. Печные газы при концентрации в них сернистого ангидрида 16 – 18 % и температуре 1200—1300 °С выводятся из печи и направляются на охлаждение и очистку. Серный колчедан (пирит) представляет собой природный минерал состава FeS₂ с содержанием 40 – 45 % серы. Флотационный колчедан получается в виде отходов при обогащении руд цветных металлов. Он поступает на целлюлозные заводы с содержанием серы от 38 до 47 %.

Обжиг колчедана представляется следующей реакцией:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃+8SO₂ . Концентрация SO₂ в газах составляет 9 – 11 %, т. е. в 2 раза меньше, чем при сжигании серы. Это объясняется затратой кислорода на образование окиси железа.

Обжиг колчедана в виде кусков ведут в специальных печах, среди которых наиболее эффективными являются печи с так называемым кипящим слоем УРКС (универсальная 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 сутки. Основное преимущество перед другими конструкциями печей – использование сырья с низким содержанием серы, но получение газов с высокой концентрацией SO₂ (14 – 15%).

Очистка и охлаждение печных газов. Полученный при сжигании серы и обжиге серного колчедана печной газ содержит вредные примеси: пыль, серный ангидрид, селен, соединения мышьяка, несгоревшую серу. Для получения качественной сырой кислоты печные газы должны быть полностью освобождены от примесей и охлаждены до 30 – 35°С. Это диктуется способностью примесей разлагать кислоту и плохой поглощаемостью

водой горячего газа.

Поглощение сернистого ангидрида. На стадии поглощения SO2 получают сырую кислоту для сульфитных методов варки. В зависимости от метода варки поглощение SO₂ проводят растворами определенных химикатов в аппаратах той или иной конструкции.

Кислоту на кальциевом основании для сульфитной варки получают преимущественно башенным методом. Поглощение SO₂ происходит в высокой деревянной или железобетонной кислотной башне, представляющей собой несколько расширяющийся книзу цилиндр (высота 35 – 40 м, диаметр внизу 2 – 2,5 м, наверху – 1,5 – 2 м). Башня полностью загружена камнями известняка (с содержанием СаСO₃ 96 – 97%), удерживаемого колосниковой решеткой, под которой находится бак для сбора сырой кислоты.

Сверху башня орошается холодной водой, стекающей по известковым камням навстречу движущемуся снизу от колосниковой решетки сернистому газу. Сернистый газ растворяется в воде, Образуя сернистую кислоту:

Кислота, стекая по известняку, реагирует с ним, образуя бисульфит:

некоторое количество SO₂, и сырая кислота собирается в баке под колосниковой решеткой.

Работающие периодически однобашенные установки применяются редко. Чаще используются непрерывно работающие двухбашенные установки производительностью до 300 м 3 кислоты в сутки на 1 м 2 сечения башни.

т ир о в о ч но в ы х од с у л ь ф а т н ой ц е лл ю л о зы с р е д н ей ж ес т к о с ти с о с т а в л я ет :

и с к л ю ч и т е л ь но в б е л е ном в и де д ля п ро и з в о д с т ва пи с ч их и п е ч а т н ых в и д ов

э к оно м ии т е пла на его в ып а р ку . У с т а н о в л е но , ч то д о б а в ка ч е р н о го щ е ло ка

т е л ь ное в ли я ние на п роц есс в а р ки о к а з ы в а ют по л и с у л ь ф и ды и а н т р а х ин он .

ли с у л ь ф и д ной к и с л о ты . П о л и с у л ь ф и д н ый ион с о д е рж ит с у л ь ф и д н ую се ру

с у л ь ф и д ной се ры . П о ли с у л ь ф и ды — н е у с т ой ч и в ые с о е д ин е ния и р а з л ага -

ли с у л ь ф и д ов я в л я ют ся с у л ь ф ид и т ио с ул ь ф ат н а т рия . П ри в а р ке ц е лл ю ло зы

г л а в ным о б р а з ом к о н ц е в ы ми к а р б они л ь ны ми г р у пп ами у г л е в о д ов , а 6 0 %

поли с у л ь ф и д ов р а з л ага ю т ся до с у л ь ф и да и т ио с у л ь ф а та . Э фф е кт и с пол ь зо -

в а ния поли с у л ь ф и д ов з а к л ю ч ае т ся в у в е ли ч е нии в ы х о да ц е лл ю ло зы , б л аго -

д а ря пр е в р а щ е нию к о н ц е в ых а л ь д ег и д ных г р упп у г л е в о д ов в к а р б о к с и ль -

О б р а з о в а в ш ий ся при р а з лож е н ии по л и с у л ь ф и д ов с у л ь ф ид з а т ем у ч а ст -

в у ет в р еа к ци ях с л и г нином . П о э т о му м ожно с ч и т а ть поли с у л ь ф и д н ую в ар -

а к т и в ир о в а нн ых г р а н у л и ро в а н н ых у г л ей с г и д ро ф о б ным по к ры т и ем в т е че -

нии 4 - 5 м и н ут при 70 - 8 0 ºС о к оло 75 % с у л ь ф и да пр е в р а щ ае т ся в п о ли с у ль -

ф и ды . П о л у ч е н ный п о ли с у л ь ф и д ный ( о р а нж е в ый щ е л ок ) з а т ем и с по л ь з у ет -

ся д ля в а р ки . П ри п ол у ч е н ии ор а нж е в о го щ е ло ка пр о и с х о д ят с л е д у ю щ ие

Б е лый щ е лок , н а п р а в л яем ый из о т д е ла к а у с т и з а ц ии на о к и с л е ние , д ол -

ж ен б ы ть т щ а т е л ь но о ч и щ ен от в з в е ш е н н ых ч а с т иц во и з б е ж а ние б ы с т ро го

з аг р я з н е ния к а т а ли з а т ора . П о э т о му его про п у с к а ют ч е р ез с п е ци а л ь ные по -

лиро в о ч ные ф ил ь т ры , а з а т ем по д а ют в б а т а р ею р еа к т ор ов д ля о к и с л е ния .

с р а в н е н ию с с у л ь ф а т ной в а р к ой . Д ополни т е л ь н ая щ е ло чь н е й т р а ли з у ет

в но вь в о з ни к аем ые к а р б о к с и л ь ные г р уппы у г л е в о д ов . Н е д о с т а т к ом поли -

с у л ь ф и д ной ц е лл ю л о зы я в л яе т ся ее б о л ее ни з к ая п ро ч но с ть на р а з д ир а ние

г о д а ря н е о б х о д и м о с ти з а щ и ты а т м о с ф е рно го в о з д у ха от з аг р я з н е ний . Как

и з в ес т но при с у л ь ф а т ной в а р ке о б р а з у ют ся т о к с и ч ные и д у рн о п а х н у щ ие

ф и д но с ть б е ло го щ е л о ка . П о э т о му о к и с л е ние ч ас ти с ул ь ф и да и п е р е в од его

в поли с у л ь ф и ды , н а р я ду с у в е ли ч е ни ем в ы х о да ц е лл ю ло зы , по з в ол яет со -

к р а т и ть о б р а з о в а ние м е т ил се рни с т ых с о е д ин е ний и у ме н ь ш и ть з а т р а ты на

в а р ки , б ыл о т к р ыт в 1975 г о ду аме р и к а н с к им х и м и к ом Х ол т оном . А н т р а хи -

нон ш иро ко и с п ол ь з у е т ся на с у л ь ф ат - ц е лл ю ло з н ых з а в о д ах Я пон ии , С ША ,

А н т р а х и н он я в л я е т ся с л а б ым о к и с ли т е л ем . П ри о к и с л е нии в щ е ло ч ном

р ас тв оре у с т а н а в л и в ае т ся о к и с л и т е л ь но - в о сс т а н о в и т е л ь ное р а в н о в ес ие ме -

А н т р а х и н он о к и с л яет к о нц е в ые а л ь д ег и д ные г р у ппы по л и с а х а ри д ов до

щ е ло ч ес т ой к их к а р б о к с и л ь н ых г р упп , в о сс т а н а в л и в аясь при э т ом до а н т ра -

Д о б а в ка а н т р а х ин о на з н а ч и т е л ь но э ф ф е к т и в н ей при н а т ронн ой в а р ке ,

0 , 01 - 0 , 05 % а н т р а х ин о на к массе д р е в е с ины , при в а р ке д р е в ес ины х в ойн ых

в а ра с о с т а в л я ет 15 - 30 % . В ы х од ц е л л ю ло зы у в е л и ч и в ае т ся за с ч ет у с к оре -

ния д е ли г ни ф и к а ции , с о к р а щ е н ия про д олжи т е л ь но с ти в а р ки , а т а к же в не -

к о т ор ой с т е п е ни п у т ем в о з д е й с т в ия на к онц е в ые р е д у ц и р у ю щ ие г р у ппы

поли с а х а ри д ов . П о в ы ш е н ие в ы х о да с у л ь ф а т н ых ц е л л ю лоз о д ин а к о в ой же -

с т к о с ти в р е з у л ь т а те д о б а в ки а н т р а х ин о на с о с т а в л яет 1 , 5 - 2 , 0 % . П о к а з а т е ли

ме х а н и ч ес к ой пр о ч но с ти ц е л л ю лоз , п о лу ч е нн ых с д о б а в к ой а н т р а х и нона ,

по ч ти т а к ие же к ак у с у л ь ф а т н ой ц е лл ю ло зы . О д н а ко с опро т и в л е ние р а з ди -

В х о де в а р ки б ол ь ш ая ч ас ть а н т р а х и н о на р а з л агае т ся . П о э т о му в с т ро -

г ом см ы с ле а н т р а х и н он не я в л яе т ся к а т а ли з а т ором д е ли г ни ф и к а ц ии . В на -

с у л ь ф а т ном , поли с у л ь ф и д ном и н е й т р а л ь но - с ул ь ф и т ном ме т о д ах в а р ки .

ро ш ка к р ем о в о го ц в е та . Он н е р ас т в ор им в в о де , по э т о му п е р ед по д а ч ей на

ц е н т р а ци ей 15 - 2 0 % , а з а т ем э ту с у с п е н з ию д о з и р у ют и по д а ют в в а р о ч ный

т ой ч и в ых п е н т о з а н ов , к о т орые не р ас т в ор я ют ся п ри по с л е д у ю щ ей о т б е л ке .

П о э т о му с у л ь ф а т н ая ц е л л ю ло за п о с ле о б ы ч ной в а р ки не п ри г о д на д ля хи -

м и ч ес к ой п е р е р а б о т ки . Д ля у с т р а н е ния э т о го н е д о с т а т ка д р е в ес и ну по д в ер -

Во в р емя п е р в ой с т уп е ни , к о т ор ая н а з ы в ае т ся пр е д в а р и т е л ь ным г и д ро -

л а б л е ние с в я з ей ме ж ду ц е лл ю л о з ой и п е н т о з а н ами . К ро ме т о го , ч ас т и ч но

р а з р ы х л яе т ся к л е т о ч н ая с т е н ка , ч то о б л ег ч ает р ас т в ор е ние п е н т о з а нов при

по с л е д у ю щ ей с у л ь ф а т н ой в а р ке и п о в ы ш ает р еа к ци о н н ую с по с о б но с ть

д р е в ес ины . На в т орой с т у п е ни про в о д и т ся о б ы ч н ая с у л ь ф а т н ая в а р ка .

Р а з ли ч а ют п р е д в а ри т е л ь н ый г и д ролиз ( пр е д г и д ролиз ) к и с л о т ный , ко -

про в о д и м ый в о д ой при 16 0 - 170 º C , под д а в л е ни ем 0 , 6 - 0 , 7 М Па в т е ч е нии 1-

2 ч ас ов . В о д н ый пр е д г и д ролиз при ме н я е т ся в про м ы ш л е нно с ти з н а ч и т е ль -

р е х о д ят ор га н и ч ес к ие к и с л о ты — у к с у с н ая , м у р а вь и н ая . О ни и я в л я ют ся

к а т а ли з а т о р ами , у с к ор я ю щ и ми г и д ролиз гем иц е лл ю лоз . П ри пр е д г и д роли зе

к а ч ес тве с ы р ья и с пол ь з у ют с о с ну и ли с тв е н н и цу . В а р ку с пр е д г и д роли з ом

о с у щ ес т в л я ют и с к л ю ч и т е л ь но в к о т л ах п е рио д и ч ес к о го д е й с тв ия . П о с ле

о т б е л ки и о б л аг ор а жи в а н ия ц е л л ю ло за и меет с о д е рж а ние α - ц е л л ю ло зы 95-

пр е д г и д роли з ной ц е л л ю ло зы по с ле в а р ки з н а ч и т е л ь но ниже , ч ем о б ы ч н ой

с у л ь ф а т н ой ц е лл ю л о зы и с о с т а в л яет 3 1 - 32 % из д р е в ес и ны ли с т в е нн и цы и

и з в о д с т ве ц е лл ю ло зы у д е л яе т ся по в ы ш е нное в ни ма ние . Как и з в ес т но с у ль -

ф а т н ая ц е лл ю ло за т р у д но б е ли т ся , д ля ее о т б е л ки и с пол ь з у е т ся х лор , в

с т о ч н ых в о д ах о т б е л ь н ых ц е хов при с у т с т в у ют т о к с и ч ные х ло р ир о в а нные

ор га ни ч ес к ие с о е д ин е н ия . В н а с т о ящее в р емя с ниж е ние уро в ня з аг р я з н е ния

с т о ч н ых в од с т и м у ли р у е т ся г о с у д а р с т в ами , к о т орые у с т а н а в ли в а ют ж е ст -

к ие нор мы по с б ро су в р е д н ых в е щ ес тв , и т р е б о в а ни ями р ын ка к э к оло г и че -

с к ой б е з оп ас но с ти про д у к ции . В е д у щ ие с т р а ны прои з в о д и т е ли ц е лл ю л о зы

мы , р ег л аме н т и р у ю щ ие с б рос в в о д о е мы с т о ч н ых в од , с о д е рж а щ их х ло ри -

ро в а нные ор га н и ч ес к ие с о е д ин е ния . С о к р а т и ть по с т у пл е ние э т их в е щ ес тв в

о к р у ж а ю щ ую с р е ду м о ж но т о л ь ко п у т ем о т к а за от и с по л ь з о в а н ия м ол е ку -

л я рно го х лора при о т б е л ке ц е л л ю ло зы . П о э т о му в с т р а н ах с р а з в и т ой ц ел -

л ю ло з но - б у ма жной про м ы ш л е н но с т ью пр о в о д я т ся и сс л е д о в а ния , н а пр ав -

б и ть проц есс д е ли г ни ф и к а ции , о б ес п е ч и ть п ол у ч е ние б е ли м ых ц е л л ю лоз с

ния пр о ч но с ти . М я г к ая с у л ь ф а т н ая ц е л л ю ло за з н а ч и т е л ь но л ег че п о дд ае т ся

о т б е л ке . П ри э т ом в о з м о жно ч ас т и ч но и ли полно с т ью о т к а з а т ь ся от х л ора и

его с о е д ин е ний , с у щ ес т в е нно с о к р а т и ть с б рос х л орир о в а нн ых ор га н и че -

с ложн ая н а у ч но - т е х н и ч ес к ая з а д а ча . На рис . 8 пр е д с т а в л е ны к ин е т и ч ес к ие

во . П ри в а р ке б ол ее т ол с т ой щ е пы п е р е х од от о б ъ ем ной к о с т а т о ч н ой с та -

т о го ч т о бы о б ес п е ч и ть з а д а нную ни з к ую ж ес т к о с ть ц е л л ю ло зы пр и х о д и т ся

п е р е в а ри в а ть в н е ш ние с л ои щ е пы , ч то в ы з ы в ает с н и ж е ние в ы х о да , в я з к о с ти

д лины ее ма к р о м ол е к ул . П ри с у л ь ф а т н ой в а р ке д ес т р у к ции и р ас т в ор е н ию

по д в е р га ю т ся не т ол ь ко ли г нин , но и у г л е в о ды . З а д а ч ей проц есса д е ли г ни -

Читайте также: