Производство целлюлозы

Введение

Целлюлоза представляет собой наиболее распространенное органическое вещество в природе. Она является составной частью клеточной стенки всех высших, большинства низших растений (водорослей, грибов, лишайников и т.д.) и некоторых микроорганизмов.
Целлюлоза является основным химическим компонентом древесины хвойных и лиственных пород, содержание ее в древесине 40 ÷ 60 %. Такие растения, как камыш, тростник содержат до 42 % целлюлозы, солома и стебли кукурузы – приблизительно 30 %, хлопчатник – 92 ÷ 93 %.
Свойства целлюлозы – физические, физико-химические и химические - зависят от химического строения и от физической структуры целлюлозы (формы макромолекул, межмолекулярного взаимодействия, надмолекулярной структуры).
Целлюлоза – это линейный гомополисахарид. Макромолекулы целлюлозы представляют собой длинные, не имеющие разветвлений цепи. Макромолекулы построены из мономерных звеньев ангидро β-D- глюкопиранозы (остатков β-D-глюкозы), соединенных гликозидными связями 1 – 4 (ангидро – потерявший воду).
Целлюлозная промышленность связана с механической и химической переработкой древесины и является наиболее сложной ветвью лесного комплекса. Производство целлюлозы сопровождается большим потреблением материальных ресурсов: сырья, воды и энергии.
Все способы получения целлюлозы основаны на том, что лигнин разрушается многими химическими реагентами быстрее, чем целлюлоза. В основу классификации способов делигнификации, предложенной профессором Ю.Н. Непениным, положены вид и свойства применяемых варочных реагентов и последовательность обработки растительного сырья (если используются несколько реагентов).
Актуальность темы реферата заключается в том, что роль целлюлозного производства в развитии человеческого общества исключительно велика и многогранна, целлюлозное производство превратилось в высокоразвитую отрасль промышленного производства, играющую важную роль в народном хозяйстве. В настоящее время сульфатный метод является самым распространённым способом производства целлюлозы в мире.
Цель работы – более полное изучение производства целлюлозы.
Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач: рассмотреть немного истории о получении целлюлозы, структурную схему производства сульфатной целлюлозы, а также подготовку черного щелока к выпарке и другие моменты.
Структура реферата включает в себя несколько частей: введение, основную часть (две главы), заключение и библиографический список, состоящий из пяти источников литературы.
1. Структурная схема производства сульфатной целлюлозы
1.1 Немного истории
Волокнистые полуфабрикаты с использованием щелочной обработки растительного сырья получали еще в древнем Китае.
Первые патенты на получение целлюлозы натронным способом были получены в 1853-54 гг., а первый завод, производящий натронную целлюлозу, был построен в США в 1860 г.
В 1879 г. немецкий инженер Даль предложил добавлять перед сжиганием упаренных щелоков, в процессе их регенерации, сульфат натрия. При сжигании сульфат восстанавливался до сульфида натрия, который становился вторым после NaOH компонентом варочного раствора. Способ получения целлюлозы с варочным раствором, содержащим NaOH и Na2S, был назван сульфатным, а получаемая целлюлоза – сульфатной целлюлозой.
Доля сульфатной целлюлозы в мировом производстве волокнистых полуфабрикатов долгое время оставалась низкой (25 % в 1925 г.) в основном из-за темного цвета целлюлозы. Но впоследствии потребность в сульфатной целлюлозе возросла, что было связанно с ростом производства тароупаковочных видов бумаги и картона, электроизоляционных и других видов бумаги, которые не могли производиться из сульфитной целлюлозы

. Сейчас сульфатным способом производится более 97 % всей целлюлозы в мире.
1.2 Общая схема производства сульфатной целлюлозы
Структурная технологическая схема производства сульфатной целлюлозы представлена на Рисунке 1.1.1
Рисунок 1.1 – Структурная технологическая схема производства сульфатной целлюлозы
В варочный котел (непрерывного или периодического действия) загружают технологическую щепу и закачивают белый щелок. Температуру в котле поднимают, прокачивая щелок через теплообменник, обогреваемый паром. В процессе подъема температуры, начиная со 120°C, проводят терпентинную (скипидарную) сдувку, с которой из котла уходят пары скипидара, воздух, оставшийся в котле, некоторое количество органических веществ и водяных паров. Сдувки направляют на установку для утилизации тепла и получения скипидара. По достижении конечной температуры (160 – 170°C) устраивают стоянку – выдерживают при этой температуре котел в течение 0,5 – 2 ч, необходимых для получения целлюлозы.
Во время стоянки основная масса лигнина растворяется в белом щелоке. Оставшаяся часть древесины представляет собой целлюлозу, содержащую некоторое количество гемицеллюлоз и лигнина. Белый щелок после варки превращается в черный щелок, так как вещества древесины, перешедшие в раствор (лигнин, гемицеллюлозы), придают ему темно-коричневый цвет. Целлюлозная масса вместе с черным щелоком после варки поступает в выдувной резервуар, а затем направляется на сортирование (для отделения от целлюлозной массы отходов) и промывку (для отделения черного щелока от сваренной целлюлозы). Промытая целлюлоза может использоваться в небеленом виде (например, для производства мешочной бумаги) или после отбелки для производства высококачественных видов бумаги и картона.
Черный щелок после промывки направляется на регенерацию, которая включает три процесса: выпаривание, сжигание и каустизацию. Сжигание щелока возможно при концентрации сухих веществ не менее 60%. Поэтому вначале щелок поступает на выпарную станцию, где концентрируется с 12 – 17 до 60 – 80%. Чем выше будет концентрация сухих веществ в щелоке, тем легче он будет гореть. Сжигание упаренного щелока проводится в содорегенерационном котлоагрегате (СРК). Перед сжиганием к упаренному щелоку для восполнения потерь щелочи и серы в производственном цикле добавляют свежий сульфат натрия (Na2SO4).2
В процессе сжигания щелока его органические вещества (продукты разрушения лигнина, гемицеллюлоз, смолистые вещества) полностью сгорают до простейших газообразных продуктов реакции (углекислого газа, паров воды и др.), а минеральная часть черного щелока, в которой содержатся химикаты, затраченные на варку, образует зольный остаток, так называемый жидкий плав. При горении органических веществ за счет выделения тепла в СРК развиваются высокие температуры (1000 – 1200°C). В этих условиях добавленный к упаренному щелоку перед сжиганием сульфат натрия Na2SO4 восстанавливается углеродом до сульфида натрия (Na2S), а большинство других соединений натрия под действием CO2 превращается (карбонизируется) в Na2CO3. Плав содержит главным образом Na2CO3 и Na2S. Тепло, выделяющееся при сжигании щелока, используется для получения пара и электроэнергии.
Жидкий плав, получаемый после сжигания, растворяют в воде (или в слабом белом щелоке). Этот раствор называют зеленым щелоком (зеленый оттенок ему придают примеси соединений железа). Зеленый щелок содержит в основном Na2CO3 и Na2S и не может непосредственно использоваться для варки, поскольку Na2CO3 не растворяет лигнин