Відбілювання листової целюлози для паперового виробництва

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ Й НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІСТИТУТ»

КАФЕДРА ЕКОЛОГІЇ ТА ТЕХНОЛОГІЇ РОСЛИННИХ ПОЛІМЕРІВ

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

На тему:­­­­­­­­­­­­­­«Відбілювання листової целюлози

для паперового виробництва»

Перевірив старший

викладач: Виконала студентка: ф.ІХФ, ЗЛЦ-11,

КИЇВ-2006

Аннотация

В данном курсовом проекте изложены теоретические основы технологических процессов сульфатцеллюлозного производства, — сульфатной варки и промывки целлюлозы, выпарки,

сжига­ния и каустизации щелоков. Описаны типы применяемого оборудования и приведена технологическая схема, а также описан процесс работы котла периодической варки. Приведены расчеты материальных и тепловых балан­сов важнейших процессов, даны основные

производственно-технические и тех­нико-экономические показатели. Приведены допускаемые ГОСТы .

Кратко освещены вопросы производства целлюлозы на Украине, охраны окружаю­щей среды, автоматизации производства и организации труда на сульфатцеллюлозных предприятиях.

К курсовому проекту прилагается:

два чертежа: А1 , А2.

Страниц:

Таблиц:

Ключевые слова: ЦЕЛЛЮЛОЗА (ФРАНЦ . CELLULOSE),

ЛИГНИН, СУЛЬФАТНЫЙ ЩЕЛОК,

Введение

Задача: повышение белизны (в случае выработки целлю­лозы для производства бумаги и картона), придание целлюлозе определенных физико-химических свойств (при выработке целлюло­зы для химической переработки ).

В настоящее время применяется многоступенчатая (комбини­рованная) отбелка, при которой масса обрабатывается различными химическими реагентами. Это позволяет подучить целлюлозу необходимого качества.

ОТБЕЛКА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Схемой отбелки называется последовательность обработки целлюлозы отбеливающими реагентами. В зависимости от свойств получаемой целлюлозы схема может иметь от 3 до 11 ступеней.

3 Ступени - для производства полубеленой сульфатной целлюлозы.

4 ступени - для производства беленой сульфитной целлюлозы для бумаги.

5 - 6 ступеней - для производства беленой сульфатной целлюлозы для бумаги

7-II ступеней - для целлюлозы, идущей на химическую пере­работку (вискозной, кордной)

При отбелке сульфатной целлюлозы имеются особенности:

1) Целлюлоза имеет более темный цвет, меньшую начальную
белизну (25-30%); это обусловлено остаточным лигнином, (егохромофорными группами).

2) Целлюлоза труднее отбеливается. Для ее отбелки дотой же степени, что и сульфитной, требуется горячая нейтрали­зация после хлорирования, увеличение числа ступеней на I или 2.

3) увеличение расхода химикатов и продолжительности обработки.

I. Башни с движением массы сверху вниз.

Башня - металлический цилиндр, внутри она обрезинена (гуммиро­вана) или покрыта защитным слоем титанового листа.

На старых предприятиях отбелку ведут на периодических отбельных роллах. Совершенствование и интерификация отбелки.

Отбелка в газовой фазе

Отбелка - процесс длительный. Масса может находится в отдельном цехе до 16 часов, это недостаток отбелки. Который обуславливает большие габариты оборудования и соответствует зданию цеха.

Для устранения этого недостатка прорабатывается отбелка в газовой фазе, целлюлозу при высокой концентрации (30-351 обрабатывают газообразными реактивами. Она предусматривает следующие стадии:

1. Отбелка хлором 3-5 мин.),

2. Обработка аммиаком ( t =100°, 3-5 мин.).

3. Отбелка хлором ( Т = 15-20 mиh).

4. Обработка аммиаком Температура

5. Отбелке хлором (С =12-14%, Т = 60-70 мин.).

Суммарная продолжительность такой отбелки 60-75 мин.

Промывку между стадиями не делают.

Применение кислорода для отбелки.

Впервые отбелка целлюлозы с применением кислорода была проведена в 1954-1956г.г. в ЛТА В.М.Никитиным и Г.Л.Акимом. Впоследствии многие зарубежные фирмы стали проводить работу в этом направлении.

Сейчас известно несколько промыш­ленных установок для получения беленой целлюлозы с применением кислорода.

Метод заключается в следующем: обработка целлюлозы кислородом при температуре.

Расход кислорода от массы а. с .целлюлозы.

При этом в щелочной среде (расход щелочи - 3-4 от а.с.целлюлозы), в присутствии кислорода образуются перекисные радикалы, являются эффективными окислителями остаточного лигнина. К сожалению, при этом окисляется целлюлоза.

Для уменьшения разрушения целлюлозы добавляют ингабиторы соли.

Отбелка лиственной целлюлозы для бумажного производства

Отбелка целлюлозы из древесины лиственных пород по сравнению с отбелкой хвойной целлюлозы имеет некоторые осо­бенности. С одной стороны, остаточный лигнин в лиственной целлюлозе, состоящий наполовину из гваяциловых, наполовину из сирингиловых фенилпропановых: единиц, как правило, в меньшей степени конденсируется как при сульфитной, так и при сульфат­ной варке и несколько', легче поддается-действию реакций хлори-рования и окислений, происходящих при отбелке. С другой сторо­ны, экстрактивные вещества лиственной целлюлозы, в составе ко­торых превалируют жирные кислоты и нейтральные вещества, зна­чительно труднее поддаются действию . отбельных реагентов, а продукты их хлорирования с трудом растворяются. Эти обстоятельства зачастую являются причиной серьезных смо­ляных затруднений, сопровождающих отбелку лиственной цел­люлозы.

Сульфитная лиственная целлюлоза обладает различ­ной способностью отбеливаться в зависимости от породы древе­сины и степени и однородности провара. Жесткая лист­венная целлюлоза из березы в одну ступень хлорируется не пол­ностью и заметно хуже, чем жесткая хвойная целлюлоза, даже при большом расходе хлора. Мягкая и среднежесткая целлюлозы из березовой и осиновой древесины хлорируются в одну ступень нормально и примерно с таким же расходом хлора, как и еловая сульфитная целлюлЬза. Естественный цвет сульфитной небеленой березовой целлюлозы более темный, чем еловой__и осиновой, но разница невелика.

При получении полубеленой сульфитной целлюлозы из древесины лиственных пород применяются те же схемы отбел­ки, что и для полубеленой хвойной целлюлозы, а именно Х-—Щ—Г или Х- Щ—Г—Г, которые обеспечивают белизну порядка 70— 80%. Для достижения более высокой степени белизны (83—85%), соответствующей нормально отбеленной сульфитной целлюлозе, применяют схемы X — Г — Щ — Г, X — Щ — Г — Щ—Г или X — Щ — Г — Г с гипохлоридной отбелкой в качестве последней ступени. При этом иногда наблюдаются смоляные затруднения. В процессе хлорирования жиры и воскн, входящие .в состав экст­рактивных веществ, дают хлоропроизводиые, которые при щелоче­нии не омыляются и не удаляются из целлюлозы, в процессе же последующей гипохлоридной обработки они окисляются и раство­ряются, но под действием щелочной среды снова выпадают из раствора и осаждаются на металлических поверхностях и адсорбируются волокном . Для предупреждения этого явле­ния применяют предварительную слабую обработку небеленой целлюлозы гипохлоридом или диоксидом хлора с целью окисления экстрактивных веществ. Гипохлоридная обработка производится при концентрации массы 3—4% при обычной температуре в тече­ние 20—30 мин с расходом активного хлора 2—2,5% от массы во­локна. На разбавление массы после последней ступени гинохлоридной отбелки подают кислую оборотную воду.

Для производства высокобеленой лиственной суль­фитной целлюлозы с белизной 90% и выше используются четырех­ступенчатые схемы с отбелкой диоксидом хлора в последней,сту­пени: X—Щ—Г—Д или X—Г—Щ—Д. В последнем случае гипохлорнтная обработка непосредственно после хлорирования пресле­дует цель избежать смоляных затруднений после отбелки. Установили, что содер­жание вредной смолы в лиственной целлюлозе возрастает по мере углубления провара; поэтому в качестве исходной для отбелки следует выбирать не мягкую, а средней жесткости целлюлозу или даже жесткую. Для получения высокобеленой осиновой целлюло­зы рекомендовано исходить из небеленой целлюлозы жесткостью 90 — по перманганатному числу, а при выработке осиновой беленой целлюлозы с высокой впитываемостыо подвергать отбел­ке небеленую целлюлозу жесткостью 80-—90. Отбелку сульфитной целлюлозы из смешанной пихтово-ольховой древесины по схеме X-—Щ—Г. При хлориро­вании наблюдалось выравнивание жесткости хвойной и лиственной целлюлозы: хлор поглощался быстрее более жесткой хвойной целлюлозой, и перехлорирования лиственной целлюлозы не происходило. При жесткости исходной целлюлозы 80—90 по пермарганатному числу жесткость после хлорирования составляла 15—25. Хлорирование проводилось при концентрации массы 2,5— 3%, при температуре 20°С в течение 40 мин. Расход хлора состав­лял 60—70% от общего расхода на отбелку, расход NaOH на ще­лочение —-1,5% от волокна.

Гипохлоритная добелка происходила при концентрации массы 6% н температуре 37°С с расходом хлора от I до 2%. Белизна целлюлозы после отбелки равнялась 84—89%, разрывная длина 8140—8600 м, число двойных перегибов 280—500.

Сульфитная осиновая целлю­лоза хорошо поддастся одноступенчатой КЩО. При отбелке жесткой целлю­лозы (110—115 по перманганатному числу) наилучшие, результаты дал режим обработки при концентрации щелочи 0,75%, NaOH в течение 30 мин при температуре 95°С. Кислород подавался с началом подъема температуры под давлением 1 МПа. Полученная после КЩО целлюлоза имела белизну до 86%, разрывную длину до м, сопротивление излому до 300 л перегибов.

Лиственная бисульфитная целлюлоза, в отличие от хвойной, содержит в

1,5—2 раза больше экстрактивных веществ, которые оказывают неблагоприятное влияние на процесс и резуль­таты отбелки. Хлорирование бисульфитиой лиственной целлюлозы сопровождается агломерацией жиров и нейтральных веществ, которые очень плохо растворяются при щелочении и, оставаясь в беленой целлюлозе, вызывают смоляные затруднения. Воспрепятствовать этому, однако, можно достаточно перед хлорированием производить обработку небеленой цел­люлозы гипохлорйтом нлн диоксидом хлора, так же, как это де­лается при отбелке сульфитной лиственной целлюлозы. Иногда заменяют хлорирование обработкой диоксидом хлора, несмотря на удорожание процесса. Расход хлора на единицу числа Каппа на отбелку лиственной бисульфитной целлюлозы несколько выше, чем хвойной, а расход щелочи на щелочение (рис. 173) выше на 1 —1,5% NaOH от массы целлюлозы.

Расход хлора на отбелку б е р е з о в о й бисульфитной целлюлозы при одной и той же жесткости примерно на 1 % боль­ше, чем осиновой. Выход беленой бисульфитной целлюлозы из лиственной древесины выше, чем из хвойной. Например, при же­сткости небеленой целлюлозы 40 по перманганатному числу вы­ход беленой целлюлозы из ели составил 46%, из осины — 50%, из березы — 51%. Выход беленой целлюлозы из древеси­ны мало изменяется в зависимости от степени провара небеленой целлюлозы, поэтому нецелесообразно белить очень мягкую целлю­лозу. Оптимальным со­держанием лигнина в буковой целлюлозе, предназначенной для отбелки, является 1,8—2%. В этом случае при отбелке по схеме X—Щ—Г степень белизны достигала 92%, а при отбелке по схем£ X—Щ~Г—Д — даже 93,8%, при расходе 0,4—0,7% С1О₂ от не­беленой целлюлозы. Но целлюлоза имела сравнительно низкие показатели механической прочности. Максимальная прочность на­блюдалась у беленой целлюлозы, полученной из буковой

Mg-бисульфитной небеленой целлюлозы с содержанием лигнина 4,5—5%.

В работе целлюлозно-бумажной лаборатории , в которой исследовалась отбелка Na-бисульфитиой целлюлозы из березы ло схеме X—Щ—X—Щ—Г—Д, было установлено, что оптимальные результаты в отношении белизны и прочности получаются при со­держании лигнина в исходной небеленой целлюлозе 5,2%. Расход хлора на гипохлоритную отбелку при этом составлял 1—1,5%, на добелку С1О₂ — 0,5%.

На основании своих работ А. И. Бобров [4, с. 126] рекомендует для Промышленного использования при отбелке березовой и осиновой

Mg-бисульфитной целлюлозы схему Г—X—Щ—Д— Щ—Д режим, указанный в табл. Режим гарантирует полу­чение беленой целлюлозы с белизной до 93% при потере прочно­сти не более 15% по сравнению с небеленой целлюлозой.

Т а б л и ц а

На отечественных предприятиях беленая бисульфитная целлю­лоза, в частности из древесины лиственных пород, до сих пор не производится, хотя такие предположения были еще в 1970-х годах [24]. На зарубежных заводах при отбелке магнефитной лиственной целлюлозы для писчих и печатных бумаг часто ограни­чиваются трехступенчатой схемой X—Щ—Г. Примерный режим такой отбелки для американских условий показан ниже в сопоставлении с отбелкой еловой бисульфитной целлюлозы той же жесткости (15 единиц по числу Каппа).

При получении высокобеленой лиственной целлюлозы с белиз­ной до 93% применяют пяти и шести ступенчатые с схе­мы: Х-Щ—Д—Щ—Д,

X—X—Щ—Д—Щ--Д, X—Щ—Х--Щ— Г—Д. Потребность в химикатах для отбелки лиственной бисуль­фитной целлюлозы выше по сравнению с сульфитной лиственной целлюлозой, по так как бисульфитная целлюлоза вырабатывается с высоким выходом из древесины, себестоимость бисульфит­ной беленой целлюлозы получается ниже .

Производство сульфатной беленой целлюлозы из листвен­ной древесины получило очень большое развитие за последние 20 лет, в том числе в нашей стране. Несмотря на то, что щелочная варка достаточно полно освобождает целлюлозу от экстрактивных веществ, содержащихся в древесине, в сульфатной лиственной цел­люлозе все же сохраняются в некотором количестве вещества, вызывающие смоляные затруднения .

С целью уменьшения содержания экстрактивных веществ, иногда вводят предваритель­ную обработку небеленой лиственной целлюлозы гипохлорнтом или диоксидом хлора так же, как это делается при отбелке би­сульфитной и сульфитной целлюлоз. Сульфатная целлюлозл из древесины мягких лиственных пород — осины, тополя, ольхи и др.—отбеливается легче, чем хвойная сульфатная целлюлоза: расход хлора на ее отбелку меньше, и схемы отбелки проще. Цел­люлоза из древесины твердых лиственных пород — березы, граба, дуба, бука и др. — требует применения практически таких же схем, как и сульфатная целлюлоза из древесины хвойных по­род. Механическая прочность беленой целлюлозы также зависит от. породы древесины: березовая целлюлоза уступает хвойной лишь по показателям сопротивления изгибу и раздиранию, в то время как осиновая — по всем показателям.

Сложность схем отбелки лиственной сульфатной целлюлозы определяется назначением беленой целлюлозы и ее степенью бе­лизны. По американским данным , при получении по-л у беленой лиственной целлюлозы с белизной до 75% доста­точна простая трехступенчатая схема X—Щ—Г. Чтобы получить беленую целлюлозу с белизной 75—80%, применяют схемы X—Щ—Д, Г—X—Щ—Г, X—Щ—Г—Г—.

Для получения нор­мально отбеленной целлюлозы с белизной 80—85% при­годны трехступенчатая схема X—Щ—Д, четырехступенчатые X—Г—Щ—Д и X—Щ—Г—Д и более сложные пятиступенчатые X—Щ—Д—Щ—Д и X—Щ—Г—Д—П (последняя с пероксидной добелкой). Для достижения высокой белизны (порядка 85—90%) применяют четырех- и пятиступенчатые схемы X—Щ—Г—Д, Х-Г—Щ—Д, X—Щ—Д—Щ—Д, X—Щ-Г—Д—П. И, наконец, для производства супер-беленой целлюлозы с белизной вы­ше 90% рекомендуется шестиступенчатая схема X—Щ—Г—Ш,— Д—П. Из этого перечня видно, насколько богаты современные технические возможности получения беленых целлюлоз из суль­фатной лиственной целлюлозы.

В качестве простой схемы упомянем четырех ступенчатую:X—Щ—Г—Г для отбелки осиновой сульфатной цел­люлозы, применяемую на двух отечественных заводах. Хлориро­вание ведут при концентрации массы 3,5%, с расходом хлора от 3 до 7,5% от целлюлозы (в зависимости от ее жесткости); жест­кость после хлорирования составляет 25—29 перм. ед.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Непснин Ю. Н. Технология целлюлозы. Т. 2-3: Производство сульфатной целлюлозы.— М„ 1903.— С. 936.

2. Никитин В. М., Оболенская А. В. Карбоксильные группы в щелочно млигнине//Труды ЛТА им. С. М. Кирова.—1956.—Вып. 75.—С. 79—82.

3. Жудро С.Г. Проектирование целлюлозно-бумажных предприятий. - ' М., 1981. - 304 с.

4. Непенин Н.Н. Технология целлюлозы. Т. I. Производство сульфит­ной целлюлозы. - М., 1976. - 624 с.

5. Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы, Т. 2. Производство сульфат­ной целлюлозы. - М., 1963. - 935 о.

6. Иванов С.Н. Технология бумаги. - М., 1970. - 696 с.

7. Бумагоделательное оборудование: Каталог-справочник. - М., 1969. - 216 с; 1973. - 32 с.

8. Чигаев и др. Оборудование целлюлозно-бумажного производства.

В 2-х томах. Т. I. Оборудование для производства волокнистых полуфабри­катов. - М., 1981. - 368 о.; Т. 2. Бумагоделательные машины. - М., 1981. - 264 с.