Комплексная химическая переработка древесины - Ковернинский И.Н.
ISBN 5-261-00054-3
Скачать (прямая ссылка):
Отбелку полуфабрикатов осуществляют двумя методами: обесцвечиванием хромофорных групп изменением структуры лигнинных компонентов; удалением лигнина из волокон. Применение первого метода характерно для отбелки древесной массы и полуцеллюлозы, где существенное снижение выхода удалением лигнина лишило бы основного преимущества (высокого выхода полуфабриката), связанного с производством этих полуфабрикатов. Второй метод широко применяется для отбелки целлюлозы известных методов варки различного целевого назначения.
77
По существу происходящих процессов отбелку часто рассматривают как продолжение варки. Основное отличие состоит в проведении делигнификации в более мягких условиях, чем при варке, и применении избирательных белящих реагентов. Выяснено, что для приобретения целлюлозой белого цвета достаточно удаления из нее лигнина. Однако целлюлоза получается еще качественнее, если в процессе отбелки одновременно удается освободиться от таннидов и красителей.
С химической стороны,основу процесса отбелки составляют реакции окисления лигнина кислородом и его хлорирования. Превалирование реакции хлорирования лигнина (образование хлорлигнина) наблюдается только при использовании газообразного хлора или хлорной воды, во всех остальных случаях протекает преимущественно окисление. Механизм разрушения лигнина представляется в виде цепного процесса. Вначале происходит окисление и разрыв боковых цепей лигнина (фрагментация), затем процесс распространяется на ароматические ядра с их частичным разрушением. Одновременно идет хлорирование ароматических ядер лигнина. Образующиеся в процессе отбелки окисленные и хлорированные лигнины и продукты их разрушения затем легко растворяются щелочью и удаляются из целлюлозы, а целлюлоза приобретает белый цвет. Следует помнить, что, воздействуя на лигнин, белящие реагенты частично разрушают гемицеллюлозы и целлюлозу, поэтому в процессе отбелки имеет место снижение выхода волокна как за счет удаления лигнина, так и из-за разрушения и удаления части гемицеллюлоз и целлюлозы.
Характеристика белящих реагентов. С начала XIX в. до настоящего времени основными отбеливающими веществами являются хлор и его соединения - гипохлориты, диоксид хлора, а также перекиси. Объясняется это высоким избирательным разрушающим действием хлора и его соединений на лигнин и другие окрашивающие вещества, превращающим их в легкоудаляемые соединения последующим растворением щелочью или водой, в то время как целлюлоза практически не затрагивается. В последнее десятилетие промышленное значение для отбелки приобрел кислород, явившийся основой перспективных методов отбелки: кислородно-щелочного и электрохимического.
X л о р Cl2- ядовитый газ желто-зеленого цвета, обладающий резким запахом и удушающими свойствами, в 2,5 раза тяжелее воздуха, хорошо растворяется в воде, образуя хлорную воду. При O0C и давлении 0,37 МПа превращается в жидкость. На целлюлозные заводы хлор поступает в жидком виде в стальных баллонах или вагонах-цистернах, где находится под давлением 1,5 МПа. В производство хлор подается в газообразном виде.
78
Гипохлориты кальция Ca (OCl)2 и н а т р и я NaOCl - растворы, получаемые насыщением хлором соответственно известкового молока Ca(OH)2 и едкого натра или кальцинированной соды в хлораторах. Растворы гипохлоритов, как и других соединений хлора, характеризуются содержанием активного хлора, Содержание его в гипохлорите кальция 20..3O г/л, в гипохлорите натрия 25...4O г/л.
Диоксид хлора ClO2 - ядовитый газ оранжево-желтого цвета. Под влиянием температуры выше 650C, искр, прямых солнечных лучей разлагается со взрывом: 2ClO2 -> Cl2+ 2O2 Готовят его непосредственно на целлюлозных заводах восстановлением хлоратов натрия NaClO3 или кальция Са(С10з)2 в сильнокислой среде различными восстановителями (метанолом, сульфатом хрома, диоксидом серы и т. п.): 2NaClO3 + +SO2 -» 2C102t + Na2SO4 •
Перекись водорода H2O2 имеет вид сиропообразной жидкости, легко разлагающейся на воду и кислород: 2H2O2 -> 2H2O + O2. Для повышения стабильности перекиси к ней добавляют стабилизаторы (силикат натрия, соли магния, фенол, формальдегид и др.). Перекись водорода взрывоопасна. Ее поставляют в алюминиевых бочках при концентрации 30...60 %.
Перекись натрия Na2O2 - желтоватый порошок, легко поглощающий воду и углекислый газ из воздуха. Воспламеняет многие органические вещества, взрывоопасна.
Кислород O2. В связи с развитием методов щелочной делигнификации и отбелки к числу отбеливающих реагентов добавился молекулярный кислород, применяемый в газообразном состоянии. Кислород - газ, не имеющий вкуса и запаха. При атмосферном давлении и температуре-183°С кислород - прозрачная голубая жидкость, несколько тяжелее воды. Кислород-высокоактивный газ, который легко вступает в реакцию с другими элементами с образованием оксидов, не горюч, но способствует горению. Масла, нефть и смазочные материалы обладают уникальным сродством к кислороду и самовозгораются при контакте с ним.
Ступени отбелки. Достичь высокой белизны целлюлозы одноразовой обработкой каким-либо белящим реагентом невозможно. Для придания требуемых свойств и одновременно для рационального использования реагентов отбелку проводят по многоступенчатой схеме. Причем из-за специфических особенностей действия, свойств и стоимости конкретных белящих реагентов, а также вида отбеливаемого волокнистого полуфабриката сочетание их в технологической схеме различно, т. е. носит комбинированный характер. Следовательно, отбелку проводят по многоступенчатым комбинированным схемам. К основным факторам, влияющим на качество и выход беленой целлюлозы при обработке волокнистой массы на каждой ступени, относятся: качество исходной небеленой целлюлозы, расход и вид белящего реагента, продолжительность и температура обработки, pH среды и концентрация массы.
