3. Горячее облагораживание целлюлозы

Основной целью облагораживания считается удаление из целлюлозы гемицеллюлоз и низкомолекулярных фракций клетчатки, увеличение массовой доли альфа-целлюлозы; этот показатель служит мерой степени облагораживания.

Главная область применения облагороженной целлюлозы – химическая переработка. Требования к степени облагораживания зависят от назначения целлюлозы. В ходе процесса облагораживания решаются и другие технологические задачи: снижается содержание экстрактивных и зольных веществ, регулируется вязкость целлюлозы, достигается необходимая реакционная способность и однородность по степени полимеризации.

Пригодность облагороженной целлюлозы для химической переработки главным образом характеризуется реакционной способностью. Чем выше реакционная способность целлюлозы, тем легче и быстрее протекают реакции и тем однороднее получаются продукты реакции.

Для достижения целей облагораживания необходимо комбинированное воздействие на целлюлозу кислой и щелочной среды. Сульфатная варка хвойной древесины с предварительным гидролизом, которая является комбинацией кислой и щелочной ступеней, позволяет без облагораживания получить целлюлозу с массовой долей альфа-целлюлозы 94-95 %, пригодную для химической переработки на многие виды продукции. Для достижения более высокого содержания альфа-целлюлозы в схемы отбелки включаются ступени облагораживания[3].

В практике целлюлозных заводов нашли применение две разновидности щелочного облагораживания: горячее и холодное облагораживание.

Горячее облагораживание проводится при температуре 95-130 °С, расходе щелочи 90-100 кг/т, концентрация массы 8-12 % в течении 2-2,5 часов. В процессе облагораживания происходит интенсивное растворение гемицеллюлоз и выравнивание состава целлюлозы за счет растворения низкомолекулярных и деструкции высокомолекулярных фракций целлюлозы. Содержание альфа-целлюлозы в результате горячего щелочения не превышает 96 %[4].

С повышением температуры эффективность облагораживания существенно возрастает. При температуре 95-98 °С может быть достигнута степень облагораживания до 94 % альфа-целлюлозы. При необходимости в более высокой степени облагораживания температуру поднимают до 120-130 °С и проводят обработку при повышенном давлении.

Условия горячего облагораживания благоприятны для удаления смолы. В облагороженной целлюлозе содержание смолы жестко нормируется. Эффективными способами снижения смолистости целлюлозы являются выдерживание древесины на бирже перед варкой и удаление мелкого волокна в очистном цехе. Обессмоливающий эффект щелочной обработки усиливается добавлением небольшого количества окислителей (пероксида водорода, гипохлорита натрия, диоксида хлора), а также поверхностно-активных веществ (ПАВ), стабилизирующих образовавшуюся смоляную суспензию.

Разновидностью горячего облагораживания является кислородно-щелочное облагораживание, по технологии аналогичное ступени КЩО и способное заменить в схемах отбелки две ступени – делигнификацию и горячее облагораживание.

Выход облагороженной целлюлозы при кислородно-щелочном облагораживании несколько выше по сравнению с обычным горячим облагораживанием до сопоставимого содержания альфа-целлюлозы, и соответственно меньше химические потери целлюлозы.

В процессе кислородно-щелочного облагораживания эффективно снижается содержание смолы и золы, что для вискозной целлюлозы имеет большое значение[3].

Снижение выхода при горячем облагораживании линейно зависит от повышения содержания альфа-целлюлозы и практически не зависит от условий обработки. По некоторым данным, отношение потерь волокна к приросту содержания альфа-целлюлозы равно 3.

Для повышенного содержания альфа-целлюлозы более 96 % используется способ холодного облагораживания. Недостатком его являются, повышенный расход щелочи и снижение реакционной способности целлюлозы[4].