479

Для проведения щелочной обработки хорошо просепарированную массу помещают в толстостенный фарфоровый стакан и нагревают на водяной бане или в термостате до температуры щелочения (при горячем щелочении температура может составлять 40…60 °С, при горячем облагораживании – 90…95 °С и т.д.). Затем в массу при энергичном перемешивании добавляют вычисленное количество щелочи и воды (при этом щелочь переносят в массу количественно, используя для ополаскивания емкости, в которой находилась щелочь, рассчитанный объем воды). Массу выдерживают при заданной температуре в течение необходимого по режиму времени.

Контроль процесса щелочной обработки заключается в определении рН в начале и конце процесса и остаточной щелочности по следующей методике. 20 мл фильтрата переносят в коническую колбу, добавляют около 100 мл дистиллированной воды, 2…3 капли фенолфталеина и титруют 0,1 н. раствором HCl до обесцвечивания.

Содержание NaOH рассчитывают по формуле

x 0,004 1000a ,

V

где а – объем 0,1 н. раствораHCl, израсходованного натитрование, мл; V – объем фильтрата, взятого на титрование, мл;

0,004 – количество NaOH, соответствующее 1 мл 0,1 н. раствора

HCl, г.

По окончании обработки щелочью целлюлозу промывают на фарфоровой воронке с полотняным фильтром до отрицательной реакции промывных вод на фенолфталеин, отжимают, взвешивают и проводят добелку.

3.4.3. Кислородно-щелочная отбелка

Кислородно-щелочная обработка может применяться как часть общего процесса отбелки, заменяющая хлорирование и щелочную обработку, а в некоторых случаях и гипохлоритную отбелку.

101

Расчеты количества щелочи и общего объема жидкости при ки- слородно-щелочной отбелке аналогичны расчетам, приведенным в пп. 3.4.2 «Щелочная обработка». Обычно кислородно-щелочную отбелку проводят при температуре около 130 °С и давлении 0,7…1,0 МПа (7…10 кгс/см2). Расход щелочи определяется исходной жесткостьюцеллюлозыисоставляет 2…6 % NaOH отмассы волокна.

Кислородно-щелочная отбелка проводится в 1,5…2,0-литровом автоклаве из нержавеющей стали с электрообогревом. Автоклав имеет специальное устройство, обеспечивающее интенсивное перемешивание в течение всего времени обработки.

Масса при концентрации 9…10 % тщательно перемешивается с необходимым количеством щелочи и суспензией MgCO3 (расход MgCO3 – 1 % от массы волокна). Перед загрузкой массы в автоклав отбирается проба щелока и определяется рН. Затем масса помещается в автоклав, крышка автоклава закрывается и закрепляется болтами. После этого включается мешальное устройство и обогрев. До подъема на конечную температуру кислород продувается через автоклав при открытом верхнем сдувочном вентиле. Это обеспечивает вытеснение воздуха из автоклава и массы. После достижения конечной температуры верхний сдувочный вентиль закрывается, в автоклаве создается рабочее давление 1,0 МПа, которое и поддерживается в течение всего времени опыта.

По окончании необходимого времени обработки выключается обогрев, давление снижается до атмосферного, автоклав открывается и масса выгружается. Перед промывкой массы отбирается щелок для определения рН и остаточной щелочи. Затем масса промывается на воронке с полотняным фильтром до нейтральной реакции промывных вод по фенолфталеину. Влажная целлюлоза измельчается, определяется ее масса и влажность. Затем рассчитывается выход целлюлозы от исходной (см. пп. 3.4.1 «Хлорирование целлюлозы») и определяются показатели целлюлозы, необходимые для дальнейшего исследования (жесткость, белизна и т.п.).

102

3.4.4. Гипохлоритная отбелка

Перед гипохлоритной отбелкой студент проводит анализ гипохлорита на содержание активного хлора и щелочность раствора. Расход хлора на отбелку, рН, температуру, продолжительность и количество ступеней отбелки студент выбирает в зависимости от вида целлюлозы (сульфитная, сульфатная, бисульфитная и др.), ее исходной жесткости, условий предыдущих ступеней отбелки и показателей конечного продукта, т.е. задачи исследования.

В случае проведения многоступенчатой отбелки расход хлора по ступеням, в том числе на гипохлоритную отбелку, устанавливается перед процессом хлорирования.

Гипохлоритная отбелка проводится на водяной бане в фарфоровом стакане при периодическом перемешивании массы.

Расчеты расхода раствора гипохлорита, общего объема массы и количества воды, добавляемой в отбельную ванну для обеспечения необходимой концентрации массы при отбелке, выполняются аналогичнорасчетам, приведенным впп. 3.4.1 «Хлорированиецеллюлозы».

Для проведения процесса гипохлоритной отбелки хорошо просепарированную массу помещают в фарфоровый стакан, добавляют необходимое количество воды, доводят температуру массы до заданной по режиму и добавляют раствор гипохлорита. Массу хорошо перемешивают и сразу же отбирают пробу (через тигель Гуча пипеткой с резиновой грушей) для определения рН. В случае необходимости добавляют раствор едкого натра для поддержания рН в нужном интервале. Далее через каждые 30 мин отбирают пробы на определение остаточного хлора (по методике, приведенной в пп. 3.4.1), рН и замеряют температуру отбельной ванны. Все параметры поддерживают на необходимом уровне. Результаты анализов записывают в табл. 8.

Затем по полученным данным строят график изменения расхода хлора от времени. На оси абсцисс откладывают время, на оси ординат – остаточный хлор в процентах от заданного (пример расчета израсходованного хлора приведен в пп. 3.4.1).

103

По окончании отбелки массу промывают на воронке с полотняным фильтром до нейтральной реакции на активный хлор по йодокрахмальной бумажке. Целлюлозу отжимают, взвешивают, определяют влажность и рассчитывают выход целлюлозы по методике, приведенной в пп. 3.4.1.

3.4.5. Отбелка диоксидом хлора

Расчеты для проведения отбелки диоксидом хлора выполняются аналогично расчетам, приведенным в пп. 3.4.1.

Отбелка проводится в банках с притертыми пробками в термостате или на водяной бане в вытяжном шкафу. Просепарированную и отжатую массу помещают в банку, заливают необходимое по расчету количество воды, доводят температуру до 50…60 °С (отбелку проводят в термостате), приливают необходимое количество диоксида хлора и массу хорошо перемешивают.

Контроль процесса отбелки заключается в определении остаточного хлора и рН (в процессе отбелки отбирают 2...3 пробы).

В конце отбелки перед промывкой, если в отбельной ванне остается неизрасходованный хлор, в массу добавляют водный раствор SO2 – «антихлор» и лишь после этого промывают целлюлозу на воронке с полотняным фильтром до нейтральной реакции промывных вод. По окончании промывки массу отжимают, взвешивают и делают необходимые анализы.

104

Расчеты количества израсходованного хлора, определение выхода беленой целлюлозы аналогичны расчетам, приводимым в пп. 3.4.1.

3.4.6. Отбелка пероксидом водорода

Пероксид водорода применяется для отбелки сульфитной и сульфатной целлюлозы, предназначенной для производства бумаги, а также полуфабрикатов высокого выхода – моносульфитной полуцеллюлозы, различных видов древесной массы. При отбелке целлюлозы для химической переработки пероксид водорода не применяется, так как пероксидная отбелка проводится в присутствии силиката натрия и сульфата магния. Использовать пероксид водорода можно как в схеме многоступенчатой отбелки, преимущественно на последних ступенях, так и самостоятельно для одноступенчатой отбелки полуфабрикатов высокого выхода, а также целлюлозы при получении полубеленого продукта.

необходимые для отбелки.

Например, необходимо отбелить 50 г абсолютно сухой целлюлозы. Расход пероксида водорода 1,5 % от массы волокна (в расчете на 100%-ную), едкого натра – 1,5 %, жидкого стекла – 4 %. Концентрация массы 7 %.

Общий объем отбельной ванны и необходимое количество воды

или 1,1112,5 2,3 мл (1,111 г/см3 – плотность 30%-ного пероксида во-

дорода).

Аналогично рассчитывается расход жидкого стекла (плотность раствора жидкого стекла – в табл. П2 приложения).

105

Расчет расхода щелочи рассмотрен в пп. 3.4.2 «Щелочная обработка».

Перед проведением отбелки массу с необходимым количеством воды нагревают в термостате до температуры 60 °С, затем добавляют пероксид водорода, хорошо перемешивают и далее приливают необходимое количество едкого натра и жидкого стекла. При подаче отбельных реагентов непосредственно в отбельную ванну отбелку можно проводить без добавок сульфата магния. Добавление сульфата магния обязательно при приготовлении отбельного раствора предварительным смешением отдельных компонентов. В этом случае порядок введения компонентов следующий: MgSO4 разводят в воде, добавляют жидкое стекло и NaOH, тщательно перемешивают и приливают пероксид водорода.

Массу после смешивания с отбельным раствором нагревают до 60…70 °С и выдерживают необходимое по режиму время. В процессе отбелки определяют концентрацию пероксида водорода и расход его в процентах от заданного на отбелку, рН. По окончании массу промывают и проводят необходимые расчеты и анализы.

Определение остаточного пероксида водорода в отбельной ванне проводится по следующей методике. В коническую колбу наливают 20 мл 10%-ной H2SO4, приливают 1 мл отбеливающего раствора и титруют 0,1 н. KМnO4.

Концентрация пероксида водорода (г/л)

С = 1,7а,

где а – расход 0,1 н. раствора KМnO4 на титрование, мл.

3.4.7. Отбелка дитионитом натрия

Дитионит натрия или цинка применяется для отбелки различных видов древесной массы.

Отбелка дитионитом проводится аналогично отбелке пероксидом водорода, но имеет ряд особенностей:

– дитионит в присутствии воздуха интенсивно разлагается, поэтому раствор дитионита следует готовить непосредственно перед

106

подачей в массу, а при приготовлении добиваться быстрого растворения порошка интенсивным перемешиванием при уменьшении доступа воздуха к раствору, как только дитионит растворится, перемешивание прекращают;

–готовить раствор дитионита рекомендуется следующим образом: приготовить раствор комплексообразующего вещества, например триполифосфата (расход его 0,2…0,5 % от массы волокна, применяется для связывания железа), в растворе триполифосфата растворить дитионит натрия, а рН раствора поддерживать на желательном уровне (около 6) щелочью;

–перед введением отбеливающего раствора из массы надо удалить воздух. С этой целью концентрацию массы поддерживают на уровне 4…5 % (при более высокой концентрации масса удерживает воздух и ее трудно хорошо и быстро перемешивать с отбеливающим раствором, при низкой концентрации эффективность отбелки падает)

ипредварительно подогревают ее дотемпературыотбелки (65…75 °С);

–химикаты для отбелки должны быть быстро и тщательно смешаны с массой, массу не рекомендуется перемешивать продолжительное время после введения химикатов;

–отбелку следует проводить по возможности без доступа воз-

духа;

–промывать массу после отбелки дитионитом можно только дистиллированной водой. Промывка водопроводной водой ухудшает результаты отбелки (в производственных условиях беленая древесная масса обычно промывке не подвергается).

3.4.8. Кисловка

Обработка целлюлозы водным раствором SO2 или разбавленной соляной кислотой является заключительным этапом процесса отбелки целлюлозы. Кисловка обязательна в случае проведения последней ступени отбелки целлюлозы в щелочной среде.

Проводят кисловку в фарфоровых стаканах при комнатной температуре под вытяжным шкафом. Концентрацию водного раствора SO2 определяют по методике, приведенной в пп. 2.2.4. Необходимые

107

для проведения кисловки расчеты выполняют аналогично приведенным выше. После кисловки массу промывают и определяют необходимые показатели целлюлозы.

3.5. Определение белизны полуфабрикатов

Для определения белизны изготовляют отливки диаметром 90 мм и минимальной массой 1 м2 200 г, что соответствует 1,3 г абсолютно сухой целлюлозы в одной отливке.

Изготовляют отливки следующим образом. Отбирают 6,5…7,0 г целлюлозы в пересчете на абсолютно сухое вещество, заливают 1000 мл дистиллированной воды и разбивают дезинтегратором до состояния, при котором волокна полностью разделены без заметного их укорочения.

Из полученной суспензии изготовляют четыре отливки следующим образом: суспензию перемешивают и отфильтровывают на воронке Бюхнера через предварительно смоченный фильтр марки «красная лента». Для получения равномерной отливки воронку располагают горизонтально на колбе для фильтрования под вакуумом, а под фильтр подкладывают белую льняную прокладку. Избегают избыточного прохождения воздуха через отливку и после исчезновения зеркала отлива отсасывание прекращают. Извлекают отливку из воронки и укладывают ее верхней стороной на фильтр марки «синяя лента». Осторожно отделяют фильтр, использованный при фильтрации, и заменяют его другим фильтром марки «синяя лента». Маркируют верхнюю и нижнюю стороны отливки.

Отливки прессуют на прессе при давлении 300 кПа в течение 1 мин, при этом под пресс закладывают многослойный набор, включающий:

–диск из нержавеющей стали или текстолита;

–два сухих листа промокательной бумаги;

–отливку между двумя фильтрами;

–два сухих листа промокательной бумаги;

–диск из нержавеющей стали или текстолита;

108

–два сухих листа промокательной бумаги;

–следующую отливку между двумя фильтрами и т.д.

После прессования отделяют от отливки фильтры, а затем отливки, прикрытые этими фильтрами, развешивают и высушивают прикомнатнойтемпературе втечение1,5…3,0 чдо85…95 % сухости.

Высушенные отливки, защищенные фильтрами, прессуют на прессе при давлении 300…500 кПа в течение 0,5 мин.

Отливки складывают в стопу и тщательно предохраняют от загрязнения, воздействия света и тепла. Белизну отливок измеряют сразу после их изготовления, но не позднее чемчерез4 ч после сушки.

Определяют белизну на фотоэлектрическом приборе − лейкометре предприятия Цейсс (Германия) согласно прилагаемой инструкции. Определение белизны образцов, не содержащих оптических отбеливателей, производят при синем светофильтре прибора.

Белизну целлюлозы выражают в процентах. За результат принимают среднее арифметическое результатов измерения белизны четырех отливок, округленное до первого десятичного знака. Допускаемые расхождения результатов измерения белизны при испытаниях одних и тех же образцов на разных приборах не должны превы-

шать 1,0 %.

109

4. АНАЛИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

4.1. Определение влажности

Методы определения влажности древесины, целлюлозы и других волокнистых полуфабрикатов являются общими. При анализе влажности древесины или другого растительного сырья чаще всего применяется метод высушивания.

В основе метода лежит уменьшение массы растительного сырья при высушивании до постоянной массы. Постоянной масса считается тогда, когда разница двух последовательных взвешиваний станет менее 0,0002 г. Существует несколько разновидностей метода высушивания.

Высушивание в сушильном шкафу. Чистый, пустой и предва-

рительно высушенный в сушильном шкафу бюкс с крышкой взвешивают на аналитических весах, а затем в него помещают около 1 г целлюлозы. Бюкс с навеской взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Сушат бюкс с навеской в сушильном шкафу при температуре 100…105 °С в течение 3…4 ч. После этого бюкс с высушенным сырьем закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе 20 мин и затем взвешивают. Перед взвешиванием крышку бюкса на короткое время приоткрывают, чтобы уравнять давление воздуха. Высушивание бюкса повторяют в течение 1 часа (с последующим охлаждением и взвешиванием) до тех пор, пока масса не станет постоянной. После достижения постоянной массы бюкса с навеской необходимо взвесить пустой бюкс без навески.

Высушивание лампой инфракрасного излучения. В подготов-

ленный бюкс кладут около 5 г измельченной на кусочки целлюлозы. Открытый бюкс с материалом помещают под лампу инфракрасного света на расстоянии 8 см от нее и сушат в течение 7…8 мин, 1…2 раза перемешивая содержимое. Затем бюкс закрывают, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Повторные сушки проводят в течение 3 мин.

110