Глава 20 химическая переработка древесины

20.1. Целлюлозное производство

Целлюлоза, или клетчатка, - составная часть клеточных стенок растений, полисахарид, используется в производстве бумаги, картона, искусственного волокна, целлофана и т.д. Содержание целлюлозы в древесине 40-50 %.

Процесс получения целлюлозы заключается в химической обра­ботке растительного сырья с целью освобождения его от лигнина и других нецеллюлозосодержащих веществ.

Наиболее распространены два способа получения целлюлозы - сульфитный (кислотный) и щелочной.

Сульфитный способ заключается в обработке измельченной малосмолистой древесины ели и пихты при нагревании раствором кислых кальциевых солей сернистой кислоты (гидросульфита) в при­сутствии свободного сернистого ангидрида:

Ca(HS0₃)₂+S0₂

При этом нецеллюлозосодержащие вещества из древесины (около 50 % объема древесины) переходят в раствор (сульфитный щелок); целлюлоза же остается практически в неизменном состоянии. Далее целлюлозу отбеливают хлором, промывают водой и высуши­вают.

При щелочном производстве целлюлозы различают два метода: натронный и сульфатный. При натронном методе варки целлюлозы древесина обрабатывается раствором едкого натра (NaOH), а при сульфатном - еще дополнительно раствором сернистого натрия Na₂S. Сульфатный метод экономичнее натронного, поэтому имеет более широкое распространение. Щелочной способ получения целлюлозы пригоден для любого вида сырья, в том числе и для древесины, бога­той смолой.

В процессе варки лигнин и часть гемицеллюлоз переходят в так называемый черный щелок. Сульфатная целлюлоза отличается высо­кой механической прочностью и применяется для производства обер­точных и тарных видов бумаги и картона, а также различных техни­ческих сортов бумаги.

Получение сульфитного этилового спирта. Отработанный го­рячий сульфитный щелок нейтрализуют известковым молоком Са(ОЫ)2 и тонкоразмолотым известняком СаСОз. После отстаивания и охлаждения в щелок добавляют питательную соль (NKL^SO^ на­сыщают кислородом и добавляют дрожжи. В результате сахара пре­вращаются в этиловый спирт и углекислый газ. Получается так назы­ваемая бражка с содержанием спирта около 1 %, который отделяют в результате ректификации. Этиловый спирт получается с примесью метилового, и его используют только в технических целях. При про­изводстве 1 т целлюлозы получают 90 л товарного спирта. Углекис­лый газ превращают путем сжатия и охлаждения в сухой лед.

После получения спирта остаток бражки, называемый сульфит­но-спиртовой бардой, используют для получения кормовых белковых дрожжей, поскольку в барде после получения спирта остаются сахара, не способные к процессу брожения. Оставшаяся после выращивания дрожжей жидкость называется сульфитно-дрожжевой бражкой, кото­рую упаривают и используют в литейном производстве, изготовлении специальных кирпичей, при бурении скважин.

Получение сульфитного скипидара. При сульфитном произ­водстве целлюлозы улавливают только смесь цимола и терпеновых углеводородов, которая всплывает на поверхность жидкости и назы­вается сульфитным скипидаром. Выход скипидара составляет от 0,3 до 3 кг на 1 т целлюлозы. Сульфитный скипидар очищают гашеной известью и перегонкой водяным паром.

Получение сульфатного скипидара. Сульфатный скипидар выделяется при конденсации газообразных продуктов сульфатной варки целлюлозы. Выход его в зависимости от смолистости древеси­ны составляет 1-15 кг на 1 т целлюлозы. Сырой сульфатный скипидар из-за присутствия в нем сернистых соединений неприятно пахнет. Специальной обработкой получают очищенный сульфатный скипидар без неприятного запаха. Кубовый остаток от перегонки скипидара- сырца используют для получения цветных металлов методом флота­ции.

Получение сульфатного мыла и талловой канифоли. Суль­фатное мыло выделяют путем отстаивания черного щелока. В зави­симости от смолистости исходной древесины выход сырого сульфат­ного мыла составляет 10-120 кг на 1 т целлюлозы. Сырое сульфатное мыло перерабатывают на талловое масло-сырец путем разложения серной кислотой. Выход таллового масла составляет около 50 %. Да­лее талловое масло-сырец перегоняют в вакууме перегретым паром и получают перегнанное талловое масло, используемое для изготовле­ния мыла, лаков и красок.

При ректификации таллового масла в вакууме получается три продукта:

а) головная фракция, состоящая в основном из жирных кислот. Применяется в мыловаренной и лакокрасочной промышленности и при разделении полиметаллических руд;

б) вторая фракция на 88-93 % состоит из смоляных кислот. Сплавлением этой фракции получают талловую канифоль, которая по своим свойствам близка к живичной (см. табл. 7) и применяется для тех же целей, что и живичная;

в) кубовый остаток (пек), который омыляют щелочами и полу­чают клей, применяемый для проклейки низших сортов бумаги и кар­тона.

Из 1 т сырого таллового масла можно получить 350 кг талловой канифоли, 300 кг талловых жирных кислот, 150 кг клея.

Талловая канифоль является самой дешевой из всех видов ка­нифоли. По сравнению с живичной на получение 1 т талловой кани­фоли требуется в 22 раза меньше трудозатрат, а себестоимость ее состав­ляет всего около 4 % себестоимости живичной (Комшилов, 1965).