Комплексная химическая переработка древесины - Ковернинский И.Н.
ISBN 5-261-00054-3
Скачать (прямая ссылка):
Влияние основных факторов сульфитной варки на скорость процесса, выход и качество целлюлозы. К числу основных факторов сульфитной варки, оказывающих влияние на продолжительность процесса, выход и качество целлюлозы, а также выход Сахаров в щелоке, следует отнести: температуру варки; состав кислоты, т. е. содержание в ней свободного SO2 и основания; вид основания; качество щепы. Влияние всех факторов необходимо сопоставлять при соблюдении одного непременного ус
Пар для подогрева
Жидкая SO2
и вода
Рис. 1.12. Устройство пропиточной камеры:
1 - корпус; 2 - сепаратор; 3 - винтовой транспортер; 4 - варочный котел
59
ловия — одинаковой степени провара целлюлозы. Степень провара целлюлозы, определяющая полноту извлечения лигнина, сказывается на всех показателях варки. При переходе от жестких целлюлоз (низкая степень провара) к мягким (высокая степень провара) увеличивается продолжительность варки.
Температура варки - один из главнейших факторов сульфитной варки. Повышение температуры ускоряет все реакции и процессы, сопровождающие варку: пропитку, сульфонирование лигнина, гидролиз образующихся лигносульфоновых кислот, а также углеводов. При повышении температуры варки одновременно с сокращением ее продолжительности снижается выход целлюлозы одинаковой степени провара. Объясняется это тем, что с повышением температуры ухудшается избирательность варки (гидролиз углеводов ускоряется в относительно большей степени, особенно гемицеллюлоз, чем делигнификация).
Повышение концентрации в кислоте свободного SO2 ускоряет процесс пропитки, повышает концентрацию водородных ионов в варочном растворе и тем самым ускоряет реакцию сульфонирования и все гидролитические реакции. В результате следует ожидать значительного ускорения процесса варки в целом. Ускорение делигнификации и растворения углеводов при повышении крепости кислоты происходит примерно в одинаковой степени, т. е. избирательность варки не изменяется. Вследствие более быстрой и равномерной пропитки при варке с крепкой кислотой несколько повышается выход целлюлозы и улучшаются показатели ее механической прочности.
Присутствие основания в кислоте обусловливает повышенную концентрацию гидросульфитных ионов и обеспечивает полноту реакции сульфонирования лигнина, устраняет этим опасность конденсации лигнина, позволяет применять высокие температуры варки с целью ее ускорения. На скорость процесса делигнификации повышение содержания основания в кислоте действует одновременно в двух противоположных направлениях: с одной стороны, за счет повышения концентрации гидросульфитных ионов ускоряется сульфонирование и затормаживаются реакции конденсации лигнина, а с другой - за счет снижения концентрации водородных ионов замедляется скорость сульфонирования, гидролиза и сульфитация лигносульфоновой кислоты. Если повысить концентрацию основания в кислоте умеренной крепости, не изменяя содержания всего SO2, то результатом будет явное замедление варки. Если же одновременно с повышением содержания связанного SO2 повышать и содержание растворенно
60
го SO2 в кислоте таким образом, чтобы концентрация Н+~ионов оставалась на неизменном уровне, происходит некоторое ускорение варки. Варка с повышенным содержанием основания повышает выход целлюлозы, ее белизну и некоторые механические показатели (сопротивление разрыву и продавливанию), при этом снижается содержание редуцирующих веществ (PB) в отработанном щелоке.
Кроме концентрации основания в кислоте во время варки, на ее результат оказывают влияние валентность и природа катиона, т. е. вид основания. Варка на магниевом основании не дает заметных преимуществ в отношении продолжительности и выхода целлюлозы по сравнению с варкой на кальциевом основании. Основным преимуществом варки на магниевом основании является большая гибкость процесса, позволяющая применять в зависимости от назначения продукта различные температуры варки и в широких пределах изменять содержание основания вплоть до использования чистых гидросульфитных растворов с pH 5...6.
Использование для варки кислоты с одновалентными растворимыми основаниями (натриевым и аммониевым) дает более существенные преимущества по сравнению с кислотой на магниевом основании. Одновалентные катионы поглощаются при пропитке практически равномерно всем объемом щепы, но в меньшей концентрации, чем двухвалентные, и степень нейтрализации лигносульфоновой кислоты в твердой фазе получается гораздо более низкой. Благодаря этому щепа равномернее пропитывается, в твердой фазе создается более низкий pH, лигнин быстрее гидроли-зуется и переходит в раствор при более низкой степени сульфонирования. Таким образом, обеспечивается сокращение продолжительности варки до одной и той же степени делигнификации с кислотой на одновалентных основаниях в пределах 15...20 %; несколько снижается расход древесины (до 5 %); на 5...10 % увеличивается производительность.
Сульфитный метод варки предъявляет к качеству щепы высокие требования. Высокая влажность щепы требует применения крепкой кислоты, но провар целлюлозы равномерный. Пересушенная щепа дает неравномерно проваренную костричную целлюлозу. Оптимальной считается влажность щепы 25...3O %. Степень измельчения щепы при сульфитной варке является своего рода компромиссом. При малых размерах щепы улучшается пропитка и нагрев, но ухудшаются механические свойства целлюлозы как результат повреждения древесных волокон. Напротив, варка более крупной щепы дает.целлюлозу с высокими прочностными свойствами, но с неравномерным проваром и повышенным содержанием непровара.
