Влияние основных факторов на процесс сфа варки и показатели ц-зы

1.Влияние температуры Правило, установленное Брэем. В интервале температур 140…180⁰С повышение температуры на каждые 10⁰С приводит к сокращению продолжительности варки до одного и того же выхода в 2 раза. Более точно влияние температуры и продолжительности варки на выход и показатели целлюлозы позволяет сделать расчет фактора Н, который в виде основной составляющей входит в уравнение, описывающее влияние различных факторов варки на число каппа целлюлозы после варки.

Важным для практики является вопрос – существует ли критическая температура сульфатной варки, при превышении которой свойства целлюлозы при варке до одинакового выхода начнут ухудшаться. Считается установленным факт, что в интервале температур 140…185⁰С такой температуры не существует. При варках в интервале температур 150…180⁰С было установлено, что полуфабрикаты с одинаковым выходом имели одинаковую степень провара, а при варках до одного и того же числа каппа – одинаковый выход. Дальнейшее повышение температуры до 190…200⁰С приводит к снижению выхода целлюлозы на 1…3 % при значительном увеличении количества непровара (на 3…7%). Показатели механической прочности целлюлоз с одинаковыми значениями числа каппа, оказались практически равными.

Для повышения селективности делигнификации необходимо снижение конечной температуры варки до 150…160⁰С. Варка при высоких температурах (165…172⁰С) используется при получении целлюлоз с высоким выходом.

2.Влияние расхода и концентрации активной щелочи. При обычной варке концентрация активной щелочи в щелоке изменяется от начальной, более высокой, до конечной, относительно низкой, так как щелочь расходуется в основном на нейтрализацию кислых органических веществ. Чем глубже степень провара (ниже число каппа), тем выше должен быть теоретический расход активной щелочи на варку. Как правило, на варку расход щелочи задается с некоторым избытком, величина которого зависит от степени провара целлюлозы. Для «мягких» целлюлоз этот избыток составляет порядка 50 %, для «жестких» - 10…15 % и играет роль фактора, ускоряющего варку и позволяющего получить целлюлозу с заданным числом каппа за приемлемое время.

Начальная концентрация активной щелочи в варочном щелоке связана с расходом активной щелочи на варку через гидромодуль варки:

С0=А/V

V= G*ГМ где:А – расход активной щелочи на варку, кг/т, с₀ – начальная концентрация активной щелочи в варочном растворе; V – общий объем жидкости в котле, м³/т;

G – масса абсолютно-сухой др-ны на 1 т в.с. ц., т/т;

ГМ – гидромодуль варки.

Изменять начальную концентрацию активной щелочи в лабораторных условиях можно, меняя гидромодуль варки. Повышение концентрации активной щелочи в 2 раза в интервале 30…60 г/л позволяет сократить продолжительность варки до одного и того же значения каппа в 2 раза.

Также в лабораторных условиях было показано, что в интервале выходов 40…48 % увеличение расхода активной щелочи в 2 раза (при постоянной начальной концентрации 60 г/л) сокращает продолжительность варки до одинакового выхода в 2 раза.

В производственных условиях варка ведется при одинаковом гидромодуле, и поэтому возможно влиять на скорость варки, меняя расход активной щелочи, так как при этом неизбежно меняется начальная концентрация активной щелочи.

Увеличение расхода активной щелочи ведет к повышению концентрации активной щелочи в течение всей варки, и позволяет существенно сократить продолжительность варки при данной температуре, или понизить температуру варки и сохранить производительность варочной установки.

Увеличение же начальной концентрации активной щелочи при увеличении расхода активной щелочи на варку, усиливает разрушение глюкуроноксилана, но при этом уменьшается деструкция глюкоманнана, что в большей степени сказывается на снижении выхода при варке лиственных пород древесины.

Изменение начальной и конечной концентрации активной щелочи в варочном растворе может существенно повысить избирательность делигнификации. Достигается практически постоянный уровень концентрации активной щелочи в течение всей варки путем распределенной (дробной) подачи белого щелока по ходу варки, что позволяет получить целлюлозу с более низким значением числа каппа при сохранении выхода целлюлозы. Этот способ варки получил название модифицированной сульфатной варки (МСС).

3.Влияние сульфидности. В производственных условиях сульфидность белого щелока колеблется от 15 до 35 %. Увеличение концентрации сульфида натрия в щелоке в этом интервале облегчает делигнификацию, ускоряя растворение лигнина при сохранении скорости растворения углеводной части древесины. Продолжительность варки сокращается, увеличивается выход целлюлозы и улучшаются ее механические показатели. Дальнейшее увеличение сульфидности более 40 % приводит к увеличению числа каппа из-за снижения концентрации эффективной щелочи.

К недостаткам варки со щелоком с повышенной сульфидностью следует отнести усиление коррозирующего действия щелока и увеличение выбросов метилсернистых соединений.

Кроме сульфида натрия в белом щелоке можно обнаружить сульфит натрия, который образует с лигнином в твердой фазе продукты типа лигносульфоновых кислот, которые легче растворяются в щелочи, чем неизмененный лигнин. Однако делигнифицирующее действие эквивалентного количества сульфита натрия при щелочных варках значительно слабее, чем сульфида натрия. Действие тиосульфата натрия еще слабее.

4.Влияние качества щепы и породы древесины. Щепа для сульфатной варки должна содержать не менее 90 % щепы нормальных размеров (длина 15…25 мм, толщина 3…5 мм), не смотря на то, что пропитка при щелочных варках происходит довольно быстро и равномерно. Варка толстой и длинной щепы приводит к снижению выхода сортированной целлюлозы вследствие перевара опилок и мелочи и увеличения количества непровара. Наиболее равномерной получается щепа при рубке древесины на специальных многоножевых рубительных машинах фирмы Коне.

При варке щепы из древесных отходов (так называемой технологической щепы из отходов лесопиления) получается целлюлоза с более низким выходом из 1 м³ котла, а при варке опилок – и с худшими показателями механической прочности. Это связано с меньшей плотностью заболонной древесины и некоторыми отличиями в химическом составе.

Установлена возможность использования в качестве сырья для получения целлюлозы сухостойной древесины пихты, пораженной черным еловым усачом. При продолжительности усыхания 10…15 лет выход сульфатной целлюлозы на 1.0…1.5% ниже выхода из здоровой древесины, но показатели механической прочности остаются на том же уровне.

Варка неокоренной древесины применялась некоторыми предприятиями ЦБП для производства целлюлозы, используемой для оберточной бумаги, картона. При достаточно большом расходе щелочи пробковый слой сосновой коры растворяется, а лубяной слой дает небольшое количество волокнистой целлюлозы с выходом 15…20% от массы коры. Длина волокон составляет от 0.56 до 2…4 мм (в среднем, 1.16 мм). Механическая прочность целлюлозы из коры значительно уступает прочности обычной целлюлозы. При варке щепы с повышенным содержанием коры во избежание ухудшения степени провара расход активной щелочи на варку следует увеличить примерно на 0.4% на каждый % коры. Однако, неизбежно повышение сорности целлюлозы.

Из еловой и сосновой щепы получается равноценная по качеству сульфатная целлюлоза. Однако, выход еловой целлюлозы из древесины, по сравнению с сосновой, из-за меньшего содержания экстрактивных веществ на 1.0…1.5% выше.

Сосновая целлюлоза труднее размалывается и имеет более низкие показатели разрывной длины и сопротивления изгибу.

Древесина кедра требует увеличения расхода активной щелочи на варку на 18…20 %, тщательной пропитки и медленной заварки.

Выход и качество целлюлозы из лиственницы даурской зависит от содержания в ней водорастворимых экстрактивных веществ. Жесткую целлюлозу удовлетворительного качества можно получить при расходе активной щелочи 15.5% - выход целлюлозы 44 %, разрывная длина 10.7 км, сопротивление излому 4800 двойных перегибов. При увеличении расхода активной щелочи до 20.0…22.5 % можно получить целлюлозу с выходом 36…39%, пригодную для отбелки. Конечная температура варки должна быть увеличена на 2…4⁰С. Показатели механической прочности лиственничной целлюлозы оказались несколько худшими по сравнению с показателями сосновой целлюлозы.

При сульфатной варке древесины лиственных пород получается целлюлоза с выходом на 1…2 % выше, чем из древесины ели, довольно высокими показателями механической прочности при меньшем расходе активной щелочи на варку. При варке смеси хвойных и лиственных пород (50:50) выход целлюлозы из древесины уменьшается, содержание остаточного лигнина растет. Однако, если при варке лиственных пород (и наоборот) доля хвойной древесины не превышает 10 %, варка происходит без отклонений от нормы.