15.2. Виробництво целюлози

Целюлозу виділяють з деревини на целюлозно-паперових комбінатах такими методами: сульфітним, сульфатним, сульфітно-лужним і хлорно-лужним.

Найпоширенішими розчинниками для виділення целюлози є сірчистий розчин. Для його виготовлення газ після випалювання сульфідних руд очищають від селену, телуру та пилу, пропускаючи через башти, заповнені вапняком і зрошувані водою. У результаті реакції

СаСО₃ + 2SO₂ + Н₂О = Ca (HSO₃)₂ + СО₂

утворюється варильна кислота, що містить 2‑6 % SO₂ і 0,7‑2,0 % СаО.

Рис. 15.3. Варильний котел періодичної дії з примусовою циркуляцією варильної кислоти для виробництва сульфітної целюлози: 1 – бункер для тріски; 2 – паровий ущільнювач тріски; 3 – здувний вентиль; 4 – насос системи циркуляції варильної кислоти; 5 – теплообмінник; 6 – випускний шибер; 7 – подача варильної кислоти; 8 – пара

Для добування целюлози використовують стовбури висушеної деревини малосмольних порід – буку, ялини, ялиці. Для цього деревину подрібнюють на рубальних машинах на тріски завдовжки 15‑30 см і завтовшки до 3 мм, спочатку очистивши від сучків, кори та гнилі. На сучасних заводах поширене безперервне варіння. Застосована апаратура розрахована на випуск 300‑500 т на добу. За сульфітним методом технологічну тріску завантажують у стальні котли місткістю 340 м³ і заповнюють варильною кислотою (0,6‑0,7 м³ на 1 м³ місткості котла), нагріваючи суміш гострою парою при 105‑110 °С протягом 5‑7 год. (рис. 15.3). Періодично з котла випускають надлишок пари та газів.

Виділення целюлози полягає у тому, що сірчистий газ та гідросульфіт кальцію реагують з лігніном, утворюючи розчинний у воді лігнінсульфонат кальцію, а целюлоза залишається нерозчинною. Ця реакція найкраще відбувається у процесі варіння, що триває 5‑8 год при 135‑145 °С і тискові 0,5‑0,7 МПа. Після виділення з розчину лігнінсульфонату і промивання целюлози її відбілюють хлорними розчинами (хлорною водою, хлорним-вапном або гіпохлоритом кальцію), а далі обробляють 12 %-им розчином лугу (облаго­роджують і формують з неї аркуші паперу.

При сульфатному методі виробництва деревина вариться у лужному розчині (NaOH + Na₂S). Цим методом можна переробляти будь-яку деревину і відходи деревообробки. Він дає змогу звести до мінімуму скидання забруднених вод у природні водоймища. Схема установки безперервної дії сульфатного виробництва целюлози наведена на рис. 15.4.

Рис. 15.4. Схема установки безперервної дії сульфатного виробництва целюлози: 1 – технологічна тріска; 2, 5 – пара; 3,4 – варильний розчин; 6 – здувний газ; 7 – про­со­чування тріски; 8 – дозатор; 9 – здувна магістраль; 10 – циркуляція лужного розчину; 11 – відбір лужного розчину; 12 – целюлозна маса на промивання; 13 – пристрій для видування целюлозної маси; 14 – підігрівач варильного розчину; 15 – чорний лужок для розбавлення готової целюлози.

Технологічна тріска з бункера надходить у механічний дозатор, який подає її на просочування. Просочування здійснюється у два етапи: на першому тріску пропарюють під тиском 0,3‑0,5 МПа; на другому тріска пропарюється варильним розчином у верхній частині котла. На шляху у котлі зверху вниз тріска і лужок проходять зони з різною температурою нагріву. У середній частині котла тріска вариться 2-3 год. при кінцевій температурі 165-180 С. Відповідна температура нагріву у різних зонах котла підтримується за рахунок відбору лужного розчину з верхньої частини котла, його нагрівом і поверненням у нижню частину цієї ж зони.

Система безперервного варіння має ряд переваг порівняно з періодичною. Вона забезпечує однорідність якості целюлози, малі рівномірні витрати пари, менші затрати на обслуговування.

Целюлоза використовується у паперовому та картонному виробництві, у виробленні штучного волокна, шкіри, пластмас, лаків, кіноплівки, на заводах бездимного пороху тощо.