Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
4. Внутримолекулярные реакции между функциональными группами одной и той же макромолекулы (внутримолекулярная циклизация).
3. ПРОИЗВОДСТВО ЦЕЛЛЮЛОЗЫ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ
Целлюлоза — один из самых основных видов полимерных материалов.
Целлюлоза, иногда называемая клетчаткой, имеет волокнистое строение и является главной составной частью стенок растительных клеток и вместе с сопровождающими ее веществами (ин-крустами) составляет твердый остов всех растений. В наиболее чистом виде целлюлоза находится в волокнах хлопка (до 96—98%), тогда как в состав древесины кроме целлюлозы входит большое количество и других органических веществ: гемицеллюлозы, лигнина, смол, жиров, белковых веществ, красителей. На долю минеральных веществ приходится всего 0,3—1,1%. Анализы элементарного состава древесины показывают, что в среднем органическая часть абсолютно сухой древесины содержит около 50,0% углерода, 6,3% водорода, 43,6% кислорода и 0,1—0,2% азота. В сухой древесине находится от 40 до 60% так называемой а-целлюлозы, т. е. целлюлозы, не растворимой в 17,5—18%-ном водном растворе едкого натра при комнатной температуре.
Целлюлоза представляет собой высокомолекулярный полисахарид с большой и сложной цепной молекулой, насчитывающей тысячи звеньев. Ее молекулы имеют регулярное и строго линейное строение. Молекулярный вес технической целлюлозы колеблется от 50 ООО до 150 ООО и выше. Целлюлоза придает растительной ткани механическую прочность и эластичность, образуя как бы скелет растения.
Гемицеллюлозы — полисахариды (гексозаны, пентоза-ны, полиуроновые кислоты), сопровождающие целлюлозу, но отличающиеся от нее меньшей длиной цепи и меньшей химической стойкостью. Гемицеллюлоза легче гидролизуется разбавленными минеральными кислотами и щелочами и переходит в раствор. Гексозаны при этом дают гексозы —сахара, способные бродить и образовы-
вать спирт. Содержание гемицеллюлоз в зависимости от породы сильно различается: так, в хвойных породах ее содержится 17— 20%, а в лиственной древесине—30—35%. Это учитывается при организации технологического процесса.
Лигнин — сложная смесь органических веществ ароматического характера, содержащая большее количество углерода, чем целлюлоза (61—65%), и придающая стенкам клеток твердость и упругость. По сравнению с другими составными частями древесины лигнин наиболее реакционноспособен и легко поддается воздействию горячих щелочей, окислителей и пр. Содержание лигнина колеблется от 17 до 30%.
Производство целлюлозы из древесины основано на ее высокой стойкости к некоторым химическим соединениям, которые в то же время в определенных условиях переводят в раствор менее стойкие вещества, сопровождающие целлюлозу: лигнин, гемицеллюлозу и пр. В зависимости от применяемых соединений методы получения целлюлозы можно разделить на 3 основные группы: кислотные, щелочные и комбинированные. В настоящее время промышленность применяет следующие методы: сульфитный, сульфатный, сульфатный с предварительным кислотным или водным гидролизом древесины, сульфитно-щелочной, азотно-щелочной и др. Наибольшее распространение получили первые два метода. Основные стадии производства древесной целлюлозы: 1) подготовка древесины; 2) приготовление варочных растворов; 3) варка древесины и 4) обработка полученной целлюлозы: очистка, сортировка, обезвоживание, прессование, резка на листы и иногда отделка, облагораживание и отбеливание целлюлозы. На качество готовой целлюлозы влияет не только метод производства, но и порода дерева, его возраст, плотность и влажность древесины, наличие в ней гнили, сучков и других пороков и пр.
Хотя целлюлозу можно получать из любой породы дерева, но до сих пор преимущественно употребляется древесина малосмолистых пород: ели, пихты, бука, которые можно перерабатывать любым из применяющихся способов варки. Смолистые породы (сосна) перерабатываются больше щелочными методами. Волокна сосновой целлюлозы короче, чем еловой. Древесина лиственных_ пород содержит большое количество пентозанов и волокна ее очень коротки. Для получения качественной целлюлозы употребляется отсортированная, однородная и выдержанная в течение определенного времени балансовая древесина (баланс) — отрезки древесных стволов установленных размеров (от 0,75 до 3,2 м) и качества.
Подготовка древесины заключается в том, что баланс очищается от коры, сучков и гнили и измельчается на рубильных машинах в щепу длиной 15—30 и толщиной до 3 мм. Для приготовления варочной кислоты в сульфитном методе производства печные газы, полученные в результате обжига колчедана или сжигания серы, очищают от соединений селена, мышьяка, SO3, пыли, несгоревшей серы ит. п., присутствие которых нарушает нормальный ход варки целлюлозы и ухудшает ее качество. Особо вред-
Сдувяа \
H
о.
ной примесью является селен, который оказывает при варке каталитическое действие на окисление бисульфитных растворов с переходом S023 в SOi • Поэтому количество селена в колчедане должно быть не более 0,012% и в сере —0,03%. Очищенный и охлажденный до 30—35 °С газ пропускается через высокие башни, заполненные известняком и орошаемые водой. Происходит абсорбция SO2 и образуется раствор сернистой кислоты SO2+H2O-^-H2SO3, которая, взаимодействуя с известняком, образует раствор бисульфита кальция:
