«Целлюлозно-бумажное производство Вологодской области. Сокольский цбк» (стр. 4 из 8)
Зола состоит из двух основных частей—растворимой и нерастворимой в воде. Растворимая часть золы составляет от 10 до 25%. В состав растворимой в воде золы входят главным образом К2СО3 и Na2СО3 (60—70% от растворимой части - золы). В нерастворимой части золы содержатся в основном углекислые, кремнекислые и фосфорнокислые соли кальция, магния и железа. Из них примерно половину составляет CaCO3. Сплавная древесина, долго пролежавшая в воде, дает при сжигании золу с малым содержанием растворимых солей K2CO3 и Na2CO3.
7. Получение целлюлозы, древесной массы и бумаги.
Для выделения целлюлозы из древесины, содержащей (как было сказано выше) 32-56% целлюлозы, 5-10% других гексозанов, 10-20% пентозанов, 18-28% лигнина, 2-5% смол и ряд других примесей, применяют жесткие условия обработки: Чаще всего используют: 1) сульфитную, 2) бисульфитную, 3) сульфатную варку древесной щепы.
На Сокольском ЦБК применяется сульфитная варка. Для производства сульфитной целлюлозы используются хвойные породы древесины (ель и пихта), допускается добавление лиственных пород в количестве до 10%.
Древесина после распиловки и окорки на слешерной установке поступает в рубительные машины, где из древесины образуется щепа. Щепа подается в варочные котлы. При сульфитной варке древесину обрабатывают раствором, содержащим 3,85% оксида серы (IV), около 1,5% оксида серы (IV), связывается в виде гидросульфита натрия. В настоящее время переходят на 100%-связанный оксид серы (IV), чтобы исключить загрязнение атмосферы газом. При сульфитной варке происходит сульфирование лигнина с последующим переходом его в раствор. Одновременно часть гемицеллюлоз гидролизуется. Образующиеся олиго- и моносахариды, а также часть смолистых веществ растворяются в варочном щелоке. На Сокольском ЦБК вырабатывается целлюлоза сульфитная небеленая марки Ж-4, применяющаяся для выработки различных видов бумаги.
Одновременно на Сокольском ЦБК используют механическое истирание древесины в шахтах на дефибрерах. Продуктом является уже не целлюлоза, а древесная масса (диаметр частиц 2-3 мм). Этот процесс получения сырья для изготовления бумаги примерно вдвое более экономичен по расходу сырья (на получение 1 т древесной массы расходуется 2,56 м3 древесины, а на получение 1 т целлюлозы - 5,02 м3 древесины) и в несколько раз дешевле на единицу продукции.
В процессе изготовления высококачественной бумаги сырьем является и целлюлоза и древесная масса в определенных соотношениях (50% целлюлозы, 50% древесной массы (обойная, тетрадная) , 70% древесной массы, 30% целлюлозы (газетная) и др.).
На Сокольском ЦБК вырабатывают различные виды бумаги: двухслойную обойную, мундштучную, телеграфную, обложечную, билетную, обойную однослойную, оберточно-упаковочную, спичечную, подпергамент, сангигиеническую, газетную, бумагу для гофрирования, картон для плоских слоев гофрированного картона.
В производстве древесной массы, целлюлозы и бумаги на Сокольском ЦБК функционируют следующие производственные подразделения:
склад сырья, ДПЦ (древесноподготовительный цех), кислотный цех, варочный цех, цех по производству бумаги, спиртодрожжевой цех, склады готовой продукции. На схеме 1 показана взаимосвязь этих подразделений в производстве бумаги.
 | ||||
 | ||||
 | ||||
Но сейчас целлюлозу получают и бисульфитным способом. Совместно с ЦНИИБ (центральным научно-исследовательским институтом бумаги) проведено 40 варок с добавлением (до 40%) осиновой щепы. Варка ведется на натриевом основании. В дальнейшем намереваются перейти на бисульфитную варку на магниевом основании с полной регенерацией химикатов (используется бисульфит магния Mg(HSO3)2, который получают следующим образом:
гашением окиси магния получают гидроксид магния:
MgO + H2O → Mg(OH)2 – ΔH
Далее через магнезиальное молоко (суспензия Mg(OH)2) пропускают сернистый газ:
Mg(OH)2 + 2SO2 → Mg(HSO3)2 – ΔH).
Бисульфитные варочные растворы не содержат растворенного SO2 и начальный рН их обычно составляет 3,5—5,0. Растворы химически чистых бисульфитов 1 н. концентрации при 25°С имеют рН равный 4,5. При этом значении рН SO2 практически присутствует в виде ионов бисульфита, что создает при варке условия, в максимальной степени благоприятствующие процессу сульфонирования лигнина. Напротив, явления конденсации лигнина оказываются подавленными.
Бисульфитный способ варки при рН 3,5 – 5,0 позволяет перерабатывать практически любые древесные породы. Содержащиеся в ядровой древесине сосны, лиственницы и некоторых других хвойных пород вредные фенольные вещества в условиях бисульфитной варки не проявляют тормозящего действия. В результате бисульфитной варки получается целлюлоза, способная разделяться на волокна при относительно высоком выходе из древесины (60 – 62% для хвойных и 54 – 57% для лиственных пород) и имеющая более высокие прочностные свойства, чем сульфитная и моносульфитная целлюлоза той же степени провара. Однако бисульфитная целлюлоза обладает более трудной размалываемостью. По прочности на разрыв бисульфитная целлюлоза не уступает сульфатной целлюлозе, а при выходе 65 – 70% превосходит ее. В небеленом виде бисульфитная целлюлоза обладает особенно высоким сопротивлением растяжению даже при выходе 70% и более.
Белизна бисульфитных целлюлоз из хвойных и лиственных пород не уступает белизне сульфитных целлюлоз, а в области высоких выходов и низких степеней провара превышает белизну сульфитной. В беленом виде бисульфитная целлюлоза отличается повышенной непрозрачностью и является хорошим полуфабрикатом для выработки писчих, журнальных и книжных бумаг.
Недостатком бисульфитного способа является низкая концентрация РВ (содержание сахаров) в отработанном («красном») щелоке и невозможность биохимической его переработки без дополнительной инверсии. Низкий выход РВ в бисульфитном щелоке является результатом не только недостаточно глубокого гидролиза полисахаридов, но и повышенного разрушения сахаров в растворе с образованием альдоновых и углесульфоновых кислот (как следствия высокой концентрации ионов бисульфита). Поэтому на Сокольском ЦБК при переходе на этот способ варки спирт, как побочный продукт получать не будут, а отработанный щелок, будут сжигать (регенерация химикатов).
Для варки бисульфитной целлюлозы никакого переоборудования варочного отдела не требуется и схема 1 практически не изменится, за исключением упразднения спирто-дрожжевого цеха (при варке на магниевом основании).
8. Химико-технологические процессы в производстве целлюлозы и бумаги.
1. Получение древесной щепы.
Древесина поступает со склада в древесный цех, где подвергается распиловке и рубке. Полученная древесная щепа сортируется по размеру.
2. Получение варочной кислоты.
Сырьем для получения варочной кислоты являются газовая или природная сера и кальцинированная сода из нефелинового сырья. Варочную кислоту получают в кислотном цехе. В основе ее получения лежат следующие химические реакции:
а. Получение оксида серы (IV).
Реакцию горения серы за счет кислорода воздуха можно представить уравнением:
S + O2 → SO2 + 296 кДж.
С помощью спектрального анализа установлено, что на самом деле процесс окисления серы в двуокись представляет собой цепную реакцию и происходит с образованием ряда промежуточных продуктов: моноокиси серы S2O2 , молекулярной серы S2, свободных атомов серы S и свободных радикалов моноокиси серы SO·. Дальнейший ход процесса можно представить следующим образом:
2S2O2 + O2 → 2SO2 + S2;
S2 + O2 → 2SO·;
SO· + O2 → SO2 + O·;
SO· + O· → SO2.
Параллельно может происходить образование серного ангидрида:
SO· + S2O2 → SO3 + S2.
При высокой температуре в зоне горения (выше 900°С) SO3 диссоциирует на двуокись серы и кислород: