Черьопкіна Романія Іванівна. Розробка способів отримання целюлози підвищеного виходу з деревини тополі

Краткое описание

Черьопкіна Романія Іванівна. Розробка способів отримання целюлози підвищеного виходу з деревини тополі : Дис... канд. наук: 05.17.22 2007

Черьопкіна Р. І. Розробка способів отримання целюлози підвищеного виходу з деревини тополі. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.22. - технологія та обладнання хімічної переробки деревини. - Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, Київ 2006.
Розроблено науково обгрунтовані і експериментально підтверджені варіанти нейтрально-сульфітного та кисло-бісульфітного способів варіння, що забезпечують одержання якісної целюлози з виходом до 60 - 66% з деревини канадської тополі.
Вивчено вплив температурних режимів, концентрації SO2у розчині, рН середовища і тривалості варіння на процес делігніфікації деревини, вихід целюлози і її якість.
Показано позитивний вплив антрахінону на процес делігніфікації деревини при нейтрально-сульфітному варінні, проведеного в слабколужному середовищі.
Вивчено вплив повторного використання відпрацьованого щолоку при нейтрально-сульфітному варінні та можливість його використання як технічних лігносульфонатів.
Вивчено можливість вибілювання целюлоз, отриманих нейтрально-сульфітним та кисло-бісульфітним способами, перекисом водню. Досліджено паперотворні властивості невибілених та вибілених целюлоз.
Показано придатність целюлоз, отриманих нейтрально-сульфітним та кисло-бісульфітним способами, для виробництва паперу для офсетного друку та підпергаменту.
Запропоновано принципові технологічні схеми отримання целюлози підвищеного виходу з деревини тополі нейтрально-сульфітним без просочування та кисло-бісульфітним способами.
Наведено техніко-економічне обгрунтування практичної реалізації розроблених нейтрально-сульфітного та кисло-бісульфітного способів отримання целюлози підвищеного виходу з деревини канадської тополі.

1. Вперше розроблено науково обгрунтовані, економічно ефективні і екологічно безпечні способи одержання з деревини канадської тополі целюлози підвищеного виходу, яка придатна для виготовлення паперово-картонної продукції. Установлено, що доцільно використати нові варіанти нейтрально-сульфітного та кисло-бісульфітного варіння, які забезпечують найбільш високий вихід целюлози з деревини та раціональне використання відпрацьованих щолоків.
2. Визначено вплив температурних режимів, концентрації SO2у розчині, рН середовища та тривалості варіння на процес делігніфікації деревини тополі і властивості отриманої з неї целюлози за нейтрально-сульфітного і кисло-бісульфітного способів.
Рис. 8. Принципова технологічна схема одержання целюлози і використання щолоків
3. Вперше встановлено, що з деревини тополі нейтрально-сульфітним способом за режимами варіння без попереднього просочення можна одержувати не тільки напівцелюлозу, але і целюлозу з виходом до 66% та з вмістом у ній лігніну не більше 6 8%, яка легко розділяється на окремі волокна без додаткового розмелювання і має високі показники механічної міцності: розривна довжина до 10 12 тис. м, опір зламу під час подвійних перегинів 850 1200 ч.п.п., опір роздиранню до 400 500 мН, опір продавлюванню до 500 700 кПа. Визначені параметри процесу нейтрально-сульфітного варіння деревини тополі для одержання целюлози: концентрація SO2у варильному розчині 30 35 г/дм3, рН розчину 7.5 9.5, температура варіння 175 180оС, тривалість процесу 120 240 хвилин.
4. Вперше показано, що добавка антрахінону в кількості не більше 0.05 - 0.1% від маси абс. сух. деревини за нейтрально-сульфітного варіння в слабколужному середовищі сприяє прискоренню процесу варіння, підвищенню виходу целюлози на 1.5 - 4.0%, збільшенню її білості до 10% та підвищенню фізико-механічних показників у порівнянні з варінням без антрахінону.
5. Встановлено, що під час нейтрально-сульфітного варіння до свіжого розчину можна додавати до 30 - 40% відпрацьованого щолоку без погіршення якості целюлози. Відпрацьований щолок за сухості 50% може бути використаний у ливарному виробництві як ефективне в’яжуче замість дефіцитних в Україні технічних лігносульфонатів.
6. Розроблено і захищено патентом України новий варіант сульфітного варіння, названий кисло-бісульфітним способом, що забезпечує одержання целюлози з виходом до 60% від абс. сух. деревини із залишковим вмістом у ній лігніну не більше 2 - 3%, білістю до 70% та показниками механічної міцності: розривна довжина до 8 - 11 тис. м, опір зламу під час подвійних перегинів 900 - 1200 ч.п.п., опір роздиранню 300 - 400 мН, опір продавлюванню 300 - 500 кПа.
Визначено режим проведення кисло-бісульфітного варіння: вміст SO2у варильному розчині 50 60 г/дм3, температура 150 155оС, рН варильного розчину 1.9 2.2, тривалість процесу варіння з врахуванням заварювання та просочування не більше 4 4.5 години.
7. Розраховано рівняння регресії, що адекватно описують експериментальні дані, які можуть бути використані як математична модель нейтрально-сульфітного та кисло-бісульфітного варіння целюлози із заданими показниками якості у виробництві, наукових дослідженнях і навчальному процесі. Шляхом багатокритеріальної оптимізації параметрів процесу варіння визначені оптимальні області процесу.
8. Вивчено можливість вибілювання нейтрально-сульфітної та кисло-бісульфітної целюлози перекисом водню без використання хлору і хлоромістких сполук. Встановлено, що ці целюлози легко піддаються вибілюванню перекисом водню в один ступінь і за витрати Н2О21.5 % від маси волокна їх білість може бути підвищена приблизно на 15%.
9. Встановлено, що целюлоза, отримана нейтрально-сульфітним та кисло-бісульфітним способами, характеризуються високими паперотворними властивостями за порівняно невисокого ступеня млива 30 40оШР та близькими показниками механічної міцності для невибіленої і вибіленої целюлози.
10. Показано, що нейтрально-сульфітна та кисло-бісульфітна целюлоза із тополі може бути використана у композиції із хвойною сульфітною вибіленою целюлозою в кількості 80% або 100% у виробництві паперу для офсетного друку та повністю замінити її у виробництві підпергаменту.
11. Показано економічну доцільність використання в Україні деревини канадської тополі та організації на її основі нейтрально-сульфітного і кисло-бісульфітного способів виробництва целюлози продуктивністю 100 тис т/рік з терміном окупності 5 - 7 років і очікуваним економічним ефектом від впровадження нейтрально-сульфітного способу близько 83 млн грн на рік, а кисло-бісульфітного - 31 млн грн на рік.