Лекция

1. Отбелка и облагораживание волокнистых полуфабрикатов.

2. Представления о химизме процесса отбелки.

3. Другие промышленные методы получения волокнистых полуфабрикатов.

Производство технической целлюлозы и др волокнистых полуфабрикатов – это наиболее важная отрасль химической переработки растительного сырья. Мировой рост производства Ц. и бумаги ежегодно составляет 2-4% в год. Годовая потребность в древесине( или в др растительном сырье) для производства волокнистых полуфабрикатов составляет около 500 млн м³, что составляет только 1/3 заготавливаемой для этих целей древесины.

Крупнейшие производители волокнистых полуфабрикатов – США, Канада, Япония, Россия, Швеция, Финляндия, Бразилия, Франция.

В странах с высоким жизненным уровнем потребление бумаги увеличивается. На производство бумаги влияют следующие факторы: скорость роста национального продукта в промышленных и развивающихся странах; затраты на производства Ц.; технико-экономические; затраты на средства защиты окружающей среды и др факторы.

Оказывает влияние расширение ассортимента бумаги и видов волокнистых полуфабрикатов для производства бумаги и картона, разного типа и качества.

Что такое волокнистые полуфабрикаты? Это древесная масса, полуцеллюлоза и техническая Ц.

В производстве волокнистых полуфабрикатов (ВП) отличаются общие тенденции в развитии. Расширяется сырьевая база в результате использования возрастающей древесины лиственных пород умеренной климатической зоны и тропиков. Все большее значение приобретает использование различных древесных отходов, бумажной и картонной макулатуры. Причем значение ее возрастает благодаря усовершенствованию технологий вторичных ВП.

ВП обычно имеют низкую белизну. Белизна оценивается путем сравнения с эталоном – сульфатом бария (BaSO₄), белизна которого принята за 100%. Белизна выражается в процентах к белизне сульфата бария.

Белизна небеленых Ц. обычно составляет 20-65%. Для сульфатной Ц. (цвет коричневый) белизна составляет 18-28%, а для сульфитной(белая) – 55-65%. Полуфабрикаты с такой белизной непригодны для производства белой бумаги и химической переработки. Процесс придания волокнистому полуфабрикату стабильной белизны называется отбелкой, а продукт полученный в результате отбелки – беленым.(н/р целлюлоза беленая)

Темную окраску полуфабрикатам придают неудаленные производные лигнина, которые получаются в результате его структурно-химический превращений в процессе варки, а так же смолы, танины и др вещ-ва. Отбелку полуфабрикатов осуществляют двумя методами: обесцвечивание хромофорных групп путем изменения структуры лигнинных компонентов; удаление производных лигнина из волокна.

С начала 19 века и до настоящего времени основным отбеливающим веществом являются хлор и его соединения – гипохлориты, двуокись хлора, а так же перекиси.

Хлор и его соединения действуют разрушающе на лигнин и другие окрашивающие вещества. Затем они превращаются в легкоудаляемые соединения путем растворения щелочью или водой, при этом целлюлоза практически не затрагивается.

В последнее время для отбелки промышленное значение приобрел кислород, нашли развитие перспективные методы отбелки: кислородно-щелочной или электрохимический. Применяют при отбеливании:

- хлорирование газообразным хлором Cl₂;

- гипохлорирование Ca(OCl)₂, NaOCl

- двуокись хлора ClO₂

-перекись водорода H₂O₂

Хлорировании является наиболее дешевым методом отбелки.

Облагораживание целлюлозы

Техническая небеленая Ц. содержит макроэлементы различной длины, т.е. имеют молекулярную неоднородность. Поэтому производят разделение технической Ц. на фракции.

Фракционирование – это и есть процесс облагораживания технических Ц.

Основную массу Ц. ( 86-88%) составляет α – целлюлоза. Это наиболее длинноволокнистая фракция, нерастворимая в 17,5%-ном растворе едкого натра. Остальные 2 фракции β- и γ – целлюлозы низкомолекулярные и при нагревании с щелочью растворяются.

Беленая техническая Ц. с содержанием α – Ц. 86-88% успешно применяется для производства бумаги, но она малопригодна для химической переработки.

В Ц. для производства вискозного и штапельного волокна содержание α – Ц. должно быть не менее 92%, а для корда и ацетатного шелка не менее 95,5-96,7%. Такое высокое содержание α – Ц. достигается в процессе облагораживания Ц. за счет растворения низкомолекулярных фракций (с СП меньше 250) целлюлозы и вместе с ней значительной части гемицеллюлоз, остаточного лигнина, смол, жиров.

Потери волокна при получении Ц., пригодной для химической переработки, составляет 28-30%.

На практике применяют два метода облагораживания – холодное и горячее:

-холодное облагораживание проводят обработкой Ц. 9-12%-ным раствором едкого натра при температуре 18-20⁰С в течении 30-60 мин.

-горячее облагораживание проводят обработкой 0,5-2% раствором едкого натра при температуре 95-130⁰С в течении 2-3 часов.

Наиболее широко применяют горячий метод. Облагораживание применяют между определенными ступенями отбелки.

Современные представления о химизме процесса отбелки

По существу происходящие процессов отбелку рассматривают как продолжение варки. Отличие заключается в том, что отбелка (или продолжение делигнификации) проводится в более мягких условиях, чем при варке и применяются в этом процессе белящие реагенты.

Главная цель отбелки – увеличение белизны волокнистого полуфабриката. Хромофорные компоненты, поглощающие свет, представляют собой группировки деградированного и химически изменного лигнина. Поэтому отбелку можно проводить либо стабилизацией хромофорных групп без потери вещества (с сохранением лигнина), либо с разрушением лигнина.

Наряду с лигнином при отбелке удаляются и другие компоненты ( экстрактивные и минеральные вещества, полиозы)

Следовательно, отбелку можно рассматривать и как процесс облагораживания. А этот процесс особенно необходим в производстве Ц. для химической переработки – а именно чистой Ц. с высоким содержанием α – Ц.

В качестве меры белизны используют коэффициент отражения листом целлюлозы синего цвета (λ=357, 360нм) выраженной в % по отношению в коэффициенту отражения оксида магния в качестве эталона (100%ная белизна)

Лекция

Техника и технология гидролизных производств

1.Гидролиз растительного сырья.

Гидролизное производство основано на свойстве растительных полисахаридов подвергаться гидролитическому расщеплению до моносахаридов, под действием воды в присутствии минеральных кислот.

Впервые гидролиз полисахаридов обнаружил русский академик Кирхгоф в 1811г. Во Франции этот процесс изучал Мельсенс в 1885г.

В США в 1896-1918 гг, а в Германии в 1926-1932 гг по методу гидролиза было организовано промышленое производство этилового спирта из древесины.

В России первый опытный завод по получению этилового спирта из древесины был пущен в 1934г. Далее гидролизное производство в нашей стране успешно развивалось. Во-многом этому способствовало наличие доступного растительного сырья и потребность в этиловом спирте для производства дивинила, из которого по методу С.В. Лебедева получали каучук.

Наличие в растительных тканях гидролизного сырья двух типов полисахаридов – пентозанов и гексозанов. И, следовательно, существует возможность получения пентозных или гексозных моносахаридов. Поэтому в гидролизной промышленности определились производства следующих профилей:

- дрожжевое, основанное на переработке всех сахаров в кормовых дрожжи;

- спиртодрожжевое, в котором из гексозных сахаров вырабатывается этиловый спирт, а из пентозных – дрожжи;

- фурфурольно-дрожжевое, в котором вначале сырье обрабатывают с целью получения из гемицеллюлозной части фурфурола, а целлюлозную часть направляют на гидролиз с целью получения дрожжей;

- ксилозно-дрожжевое производство, где вначале гидролизуют пентозаны для получения ксилозы, а затем гексозаны перерабатывают в дрожжи.