Общая характеристика отбелки. Современные технологии

Основной целью процесса отбелки является повышение белизны целлюлозы за счет удаления остаточного лигнина и придания целлюлозе определенных физико-химических свойств. Белизна целлюлозы определяется ее способностью отражать монохроматический свет по сравнению с известным стандартом, в качестве которого используют покрытые сульфатом бария пластины. Повышение этой способности достигается либо путем обесцвечивания окрашивающих веществ, либо путем их удаления. Окрашивающие вещества представляют собой остаточный лигнин, содержащий различные хромофорные группы, свойства которых зависят от способа варки целлюлозы, вида древесины. Так при сульфатной варке в результате отщепления метоксильных групп образуется деметилированный лигнин, который на воздухе превращается в темноокрашенный хинон..

При отбелке целлюлозы, предназначенной для изготовления бумаги, стремятся достичь высокую белизну при сохранении показателей механической прочности. При отбелке целлюлозы для химической переработки, кроме достижения высокой белизны, удаляют гемицеллюлозы для получения полуфабриката с высоким содержанием α-целлюлозы и пониженной вязкостью.

Все существующие способы отбелки в зависимости от используемых реагентов подразделяются на три группы:

с использованием хлора и его соединений;

без использования молекулярного хлора (ECF);

без использования хлора и его соединений (TCF).

Современные схемы отбелки – это многоступенчатые схемы, в которых используется сочетание последовательных обработок различными реагентами. Как правило, первые ступени отбелки – это делигнифицирующие ступени, на которых удаляется основная масса остаточного лигнина. В качестве делигнифицирующего реагента в прошлом веке использовался молекулярный хлор, в современных схемах отбелки используются кислородно-щелочная делигнификация, обработка озоном, пероксидом водорода, диоксидом хлора. Для добелки целлюлозы используются диоксид хлора и пероксид водорода.

60. Обработка озоном .Озон – является сильным окислителем и очень токсичным газом.. Химизм. О₃-сил. эл.фильн. ок-ль, кот. снач. разруш-т 2-ую св. в пропан. цепи с обр-ем СО гр и пироксильных с-й. Разруш-е бензол. кольца идет медленнее с обр-ем промеж. прод-в, кот. далее расщип-ся до альдегидов, кетонов, карб. к-т и слож. эфиров. Слож. эф. на послед. щел. обраб-ке гидр-ся и т.о. обесп-ся доп. дестр-я Л. Легко расщип-ся стр-ры, сод-ие в -пол. к кольцу СО и ОН гр. Трудно разруш-ся бифенильн. стр-ры и стр-ры типа фенилкумарана. О₃ не явл. селектив. реаг-ом и при обраб-ке им обр-ся перекисные R (НОО, НО), разруш-ие угл-ды. В усл. обраб-ки О₃ обр-ся гидроперекисные R Л, кот. выз-т дестр-ю Ц. При выс. сод-и Л он с одной стор. выст-т как протектор, перехват-ий гидроперекис. R, с др. стор.-поставщик гидроперекис. R.

Ф-ры. 1) Вид и сп-б получ-я Ц. Устойчивы к дейс. О₃ лист. СФАЦ и СФИЦ. Их м. пол-ть с увел-ой Б. Проис-т глуб. [O] ЭВ. 2) Конц. массы. Max поглащ-е обесп-ся при конц. ~30% при исп-и техн-и НС, эта техн-я треб-т слож. обор-я. 3) рН. Max Б и min знач. Каппа обесп-ся при рН до 2. При этом более выс. Б обесп-ся при исп-и конц. 30%. При рН=1,5-2 min потери . 4) Расход О₃. Отбелку ведут при малых расходах, т.к. выс. ст-ть О₃ и умен-ся . 5) t. Обраб-ку пров-т при низ. t, увел-е t прив-т к умен-ю  и Б. 6) Послед-ть. Д/уд-я прод-в со ступ. О₃-ой отбелки пров-т ступ. щел-я (Z-Щ)/без промывки. Налич-е промывки не вл-т на кон. рез-ты, а просто сокращ-т расход щел. Щел-е позв-т умен-ть Каппа и сокр-ть расход хим-в на добелку. 7) Вл-е катионов Ме переменной валент-ти. О₃ чувст-ен к присут-ю Fe, Mn, Cu. Перед ступ. О₃-ой обраб-ки пров-ся ступ. хелатир-я: КЩО-Z-Щ-Д-Щ-Д, КЩО-Z-ЩОП-Д.

Химизм и факторы КЩО

Химизм. Из-за присут-я сил.окис. эл.филов в усл. КЩО окис. дестр-и подверг-ся Л и угл-ды. [O] и дестр-я Л прот-т по радикально-цепному мех-му: RO^-+O₂=RO+O₂^-

В общ. виде: RO+O₂^- =ROO

Кроме окис. р-й, привод-их к дестр-и мол., в рез. рекомбин-и R проис-т сшивка феноксильных R с обр-ем св. 5-5. Л, остав-ся в Ц после КЩО им-т меньшее сод-е своб. фен. ОН и более выс. сод-е бифенильных стр-р. Предпол-ся, что в усл. КЩО возм. обр-е лигно-углеводных св. по сх., кот. затруд-т пр-с отбелки. Дестр-я угл-в под дейс. R-ов НОО, НО, О₂^- прот-т по мех-му статистич. дестр-и и по типу пилинга. При статист. дестр-и разрыв-ся гликоз. св. 1-4, обр-ся редуцир. и нередуцир-ие концевые зв. Доп. св. 1-4 ослаб-ся СО гр-ми, сод-ся в пироноз. кольце. Обр-е редуцир-го зв. инициирует дестр-ю угл-в по типу пилинга. В пироноз. кольце с нередуц. зв. возм. разрыв пироноз. кольца м/д 2 и 3 С-ат. и обр-е СООН гр. В этом случ. дестр-я прекращ-ся.

Др. вариант пр-са, прекращ-го дестр-ю, явл. обр-е циклич. стр-ры

Делигн-я на ступ. КЩО прот-т в 2 этапа: 1-быстрый (уд-ся наиб. НМ и щел.раств-ый Л, прот-т пр-сы дестр-и и [O] остат. ВМ Л); 2-медлен. раств-е остат. Л.

Ф-ры. 1) Расход щел. Д. обесп-ть вел. кон- го рН ~10, если такой уровень рН обесп-ся при данном расходе, то дальн. увел-е расхода щел. мало вл-т на кон. Каппа. 2) Расход О₂. Т.к. в р-циях учав-т только раств-ый О₂, то ф-ром, опред-им расход О₂, явл. Р в реакторе. Расход О₂ опр-т по ур-ю Мендел-Клайперона: PV=(G/MM)RT, V=(P32)/(GRTQ). Кол-во раств-го О₂ м. опр-ть по з-ну Генри: X=P/. 3) t. Явл. ускор-им ф-ром. Увел-е t от 100 до 115^оС обесп-т умен-е Каппа на 2 ед. 4) Конц. массы. ~30%. Все пр-сы, прот-ие с вол., явл. диффуз-ми и треб-т быстрой доставки хим-в к пов. вол., т.е. интенс. перемеш-я (опт. конц. 10-12%).