Комплексная химическая переработка древесины - Ковернинский И.Н.
ISBN 5-261-00054-3
Скачать (прямая ссылка):
Степень активности (активность) =
Активная щелочь Вся щелочь ч Сульфид натрия
УТЬ J —
Активная щелочь
100.
32
реагентов до момента удаления его основной массы, после чего целлюлоза становится более доступной действию реагентов и также начинает разрушаться. По мере уменьшения содержания лигнина в клеточной стенке скорость его удаления замедляется, а скорость разрушения целлюлозы увеличивается и может достичь скорости удаления лигнина. Момент равенства наступает при достижении содержания лигнина в клеточной стенке 1...2% по отношению к начальному содержанию в древесине. Очевидно, что дальнейшее продолжение варочного процесса приводит лишь к значительному разрушению целлюлозы и ухудшению ее свойств. Поэтому варку заканчивают до достижения указанного момента, обычно руководствуясь заданной жесткостью (остаточным содержанием лигнина) получаемого волокнистого полуфабриката.
Многообразие связей в полимолекуле лигнина, возникающих между отдельными структурными элементами при образовании его полимолекулы, обусловливает их различную устойчивость к действию химических реагентов. Для действия водных растворов щелочей и кислот при повышенной температуре наиболее уязвимы преимущественно простые эфирные связи ?-?-4, по которым полимолекулы лигнина распадаются на отдельные фрагменты, способные растворяться и переходить из клеточной стенки в варочный раствор. Такой тип реакций относится к реакциям гидролитической деструкции, обусловливающим растворение и удаление лигнина.
В образующихся фрагментах освобождаются фенольные гидро-ксильные группы и появляются активные группировки бензилового спирта со свободным фенольным гидроксилом, которые способны к реакциям конденсации лигнина (объединению фрагментов лигнина между собой) под действием тех же катализаторов - кислот и щелочей. Реакции конденсации приводят к образованию новых прочных углерод-углеродных связей, увеличивающих молекулярную массу лигнина и резко снижающих его растворимость и реакционную способность.
Повышение температуры и концентрации щелочи или кислоты усиливает реакции конденсации, которые при высокой температуре становятся преобладающими над реакциями гидролитической деструкции лигнина. Следовательно, в противоположность реакциям гидролитической деструкции реакции конденсации препятствуют растворению и удалению лигнина.
Таким образом, в условиях щелочной (сульфатной) или кислотной (сульфитной, бисульфитной) варок одновременно протекают два конкурирующих процесса: гидролитическая деструкция лигнина и его конденса
33
ция. Выделить целлюлозу из растительной ткани можно только лишь при обеспечении преимущественного протекания процесса деструкции и растворения лигнина. Для этого необходимо более полно блокировать образующиеся активные группировки бензилового спирта. Эту роль выполняют сульфид натрия (ионы гидросульфида SH-) в сульфатном и гидросульфит (ионы гидросульфита HSOl) в сульфитном варочных процессах.
Присоединение ионов SH" (сульфидирование) и HSO3- (суль-фонирование), проникающих в толщу клеточных стенок с варочным раствором, к активным группам лигнина с варочным раствором начинается и продолжается в твердой фазе. Этому способствуют высокая концентрация активных реагентов в исходном варочном растворе и умеренная температура в начале варки. Достигнув определенной степени сульфидирования (сульфонирования), лигнин начинает растворяться и переходить в варочный раствор. Интенсивному удалению лигнина из древесной ткани способствует высокая температура варки, которая в этот момент достигает своего максимального значения. На более ранних стадиях варки лигнин удаляется преимущественно из вторичной стенки, а затем происходит удаление лигнина межклеточного вещества. К концу варки лигнин межклеточного вещества почти полностью растворяется, древесная ткань распадается на отдельные клетки, в стенках которых еще остается некоторое количество лигнина - остаточный лигнин.
Целлюлоза и гемицеллюлозы не остаются безучастными в варочных процессах. Гемицеллюлозы большей частью (особенно легкогидролизуе-мые) разрушаются и переходят в варочный раствор. Частично также разрушается и целлюлоза, но варку всегда стремятся вести так, чтобы целлюлоза выделялась полнее и в менее поврежденном виде. В целлюлозах, предназначенных для производства бумаги, стремятся по возможности больше сохранить гемицеллюлозы.
Влияние основных факторов на сульфатную варку. Под факторами понимают физические свойства растворов и сырья, изменяя которые можно управлять скоростью делигнификации и качеством получаемого полуфабриката. К основным факторам варки относятся: температура, расход активной щелочи на варку и концентрация ее в варочном растворе, сульфидность белого щелока, порода и качество древесины.
Температура варки - это легко изменяемый и наиболее действенный фактор, влияющий на скорость делигнификации и, следовательно, определяющий продолжительность варки. В практике руководствуются следующим правилом: при повышении температуры варки на каждые 10 0C про
34
должительность варки до одинакового выхода полуфабриката из древесины сокращается вдвое. Интервал температур, используемый при сульфатных варках, равен 165...185 0C Температура ниже этого интервала существенно удлиняет варку, а выше значительно снижает выход и качество целлюлозы.
