авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Влияние условий варки на свойства и белимость лиственной сульфатной целлюлозы

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Севастьянова Юлия Вениаминовна

Влияние УСЛОВИЙ ВАРКИ

НА свойства И БЕЛИМОСТЬ

ЛИСТВЕННОЙ СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

05.21.03 – Технология и оборудование химической

переработки биомассы дерева; химия древесины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Архангельск

2006

Работа выполнена на кафедре технологии целлюлозно-бумажного производства Архангельского государственного технического университета

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ

Комаров Валерий Иванович

Официальные оппоненты – доктор химических наук

Карманов Анатолий Петрович,

кандидат технических наук

Филиппов Илья Борисович

Ведущая организация – Институт экологических проблем Севера УрО РАН, г. Архангельск

Защита состоится 8 декабря 2006 года в 10 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212. 008. 02 в Архангельском государственном техническом университете по адресу: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Архангельского государственного технического университета.

Автореферат разослан ноября 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат химических наук, доцент Т.Э. Скребец

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Лиственная сульфатная беленая целлюлоза в настоящее время является одним из основных полуфабрикатов в производстве писчих и печатных видов бумаги. Развитие технологии производства сульфатной целлюлозы предусматривает снижение расхода диоксида хлора, используемого при отбелке, что позволяет уменьшить содержание остаточного общего органического хлора в беленой целлюлозе и количество адсорбируемых органических галогенов в сточных водах. Снижение расхода диоксида хлора может быть достигнуто как введением в схему отбелки кислородсодержащих белящих реагентов, так и повышением белимости целлюлозы путем оптимизации условий варки. Белимость целлюлозы, определяемая расходом белящих реагентов на единицу Каппа небеленой целлюлозы, обусловлена реакционной способностью остаточного лигнина, а для лиственной целлюлозы также содержанием групп гексенуроновых кислот.

Имеющиеся данные о влиянии структуры остаточного лигнина и содержания групп гексенуроновых кислот на белимость относятся к сульфатной хвойной целлюлозе, подвергнутой кислородно-щелочной обработке, и целлюлозе, полученной из тропических пород древесины. Действие этих факторов рассматривается независимо друг от друга. Влияние условий варки на белимость целлюлозы, полученной из лиственных пород древесины (береза и осина) Северо-Западного региона России, до настоящего времени, вообще не проводились.

В связи с этим становятся актуальными исследования влияния условий варки на белимость, содержание групп гексенуроновых кислот, содержание и структуру остаточного лигнина, физико-механические и деформационные свойства сульфатной целлюлозы из древесины лиственных пород, произрастающих в северной климатической зоне России.

Цель и задачи исследования. Цель работы установить параметры варки, обеспечивающие получение сульфатной лиственной целлюлозы повышенной белимости, которая, в свою очередь, обусловлена структурой остаточного лигнина и уровнем содержания групп гексенуроновых кислот. Для достижения данной цели, решались следующие задачи:

1. Исследовать влияние основных параметров варки (температура, начальная концентрация активной щелочи, продолжительность, сульфидность) на белимость лиственной сульфатной целлюлозы в интервале значений числа Каппа 14…22.

2. Изучить влияние содержания остаточного лигнина и групп гексенуроновых кислот на белимость лиственной сульфатной целлюлозы.

3. Проанализировать совместное влияние условий варки на соотношение числа Каппа, содержание остаточного лигнина и групп гексенуроновых кислот.

4. Исследовать влияние основных параметров варки на структуру остаточных лигнинов, выделенных из образцов лиственной сульфатной целлюлозы, обладающих различной белимостью.

5. Дать качественную оценку влияния основных параметров варки и породного состава лиственной древесины на деформационные и прочностные свойства небеленой целлюлозы.

Научная новизна. Показано, что для получения лиственной сульфатной целлюлозы, обладающей повышенной белимостью, следует одновременно рассматривать влияние двух параметров: концентрации активной щелочи и температуры варки. В исследованном диапазоне их значений повышение белимости обеспечивается при варке в интервале температур 155…160 °С и начальной концентрации активной щелочи не менее 52 г/л.

Установлено, что повышение белимости лиственной сульфатной целлюлозы связано с изменениями структуры остаточного лигнина: снижением содержания карбонильных групп (в том числе в структурах хинонов) и структур дибензодиоксинов.

Выявлено, что условия варки, обеспечивающие повышенную реакционную способность остаточного лигнина, одновременно приводят к повышению содержания групп гексенуроновых кислот. Поэтому нецелесообразно уменьшать их содержание в лиственной небеленой целлюлозе в процессе варки.

Практическая ценность. Показано, что основное влияние на белимость лиственной сульфатной целлюлозы оказывает структура остаточного лигнина, а не содержание групп гексенуроновых кислот. Установлено, что при оптимизации режима варки следует одновременно рассматривать влияние двух параметров: концентрации активной щелочи и температуры варки, которые обеспечивают высокую реакционную способность остаточного лигнина и тем самым максимально возможную в данных условиях белимость. Выявлены оптимальные значения температуры варки, концентрации активной щелочи (в исследованном диапазоне). Оптимальные условия варки позволяют повысить конечную белизну целлюлозы на 1,5 % без изменения условий отбелки.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и получили положительную оценку на международных конференциях: “Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения” (г. Архангельск, 2002 г.); “Проблемы развития российской целлюлозно-бумажной промышленности” (г. Москва, 2003 г.); “Физикохимия лигнина” (г. Архангельск, 2006 г.); на VIII Международной научно-технической конференции PАP-FOR (г. Санкт-Петербург, 2004 г.), а также ежегодных научно-технических конференциях Архангельского ГТУ (2001 2005 г.);

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, методической части, экспериментальной части, включающей 4 главы, общих выводов, библиографического списка. Содержание работы изложено на 115 страницах, включая 20 рисунков и 21 таблицу, библиографический список содержит 132 наименования.

Автором выносятся на защиту следующие основные положения диссертационной работы:

        1. Результаты исследования влияния температуры варки и начальной концентрации активной щелочи на содержание групп гексенуроновых кислот, структуру остаточного лигнина и белимость лиственной сульфатной целлюлозы.
        2. Материалы о влиянии параметров варки и породного состава лиственной древесины на деформационные и прочностные характеристики сульфатной целлюлозы.
        3. Данные о преимущественной зависимости белимости лиственной сульфатной целлюлозы с низким значением числа Каппа от структуры остаточного лигнина, а не от содержания групп гексенуроновых кислот.
        4. Режим сульфатной варки лиственной целлюлозы, обеспечивающий её высокую белимость, при содержании групп гексенуроновых кислот на уровне 30…45 ммоль/кг.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. В этом разделе диссертационной работы обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель работы и задачи, подлежащие решению, указаны положения, выносимые на защиту.

Обзор литературы. Дана краткая характеристика строения, свойств и особенностей химического состава лиственной древесины. Представлены сведения о влиянии параметров сульфатной варки на структуру остаточного лигнина и содержание групп гексенуроновых кислот, определяющих белимость лиственной сульфатной целлюлозы. Установлено, что влияние факторов варки на изменение содержания групп гексенуроновых кислот исследовано для целлюлозы, полученной из тропических пород древесины; на структуру остаточного лигнина - из хвойных. Согласно литературным данным, повышению реакционной способности хвойного лигнина способствует увеличение как концентрации остаточной эффективной щелочи в варочном растворе, так и температуры варки. Эти же факторы приводят к снижению содержания групп гексенуроновых кислот в сульфатной целлюлозе из лиственных пород древесины.

Методическая часть. Основным объектом исследований являлись образцы лиственной сульфатной целлюлозы, полученные при различных условиях варки щепы, приготовленной в производственных условиях из древесины березы и осины, произрастающих в Северо-Западном регионе России. Избирательность процесса варки оценивали по соотношению выхода и числа Каппа целлюлозы. В небеленой сульфатной целлюлозе определяли число Каппа, вязкость целлюлозы, содержание остаточного лигнина, групп гексенуроновых кислот, экстрактивных веществ по стандартным методикам ГОСТ, SCAN, ISO. Характеристики физико-механических свойств образцов целлюлозы определяли по ГОСТ. Для исследования структуры остаточного лигнина лиственной сульфатной целлюлозы, полученной при различных условиях варки, выделяли образцы остаточного лигнина уксусно-кислотным методом. Для этих образцов записывали спектры 13С ЯМР и 1Н ЯМР на приборе Bruker AVANCE.

Экспериментальная часть состоит из четырех глав.

  1. Влияние основных параметров сульфатной варки на свойства

и белимость лиственной сульфатной целлюлозы

    1. Влияние основных параметров варки на свойства

лиственной сульфатной целлюлозы

На первом этапе эксперимента детально исследовали влияние параметров сульфатной варки на основные характеристики лиственной целлюлозы: выход, число Каппа, вязкость. Первая серия варок проводилась при следующих условиях: гидромодуль 4, сульфидность белого щелока 25 %, начальная температура варки 70 °С, конечная температура 160, 165, 170 °С, начальная концентрация активной щелочи 40, 45, 52 и 55 г/л, продолжительность стоянки на конечной температуре 30, 60, 90 и 120 мин. На рисунках 1 3 представлено изменение выхода, числа Каппа и вязкости лиственной целлюлозы в зависимости от параметров сульфатной варки.

а б
в г

Рисунок 1 - Влияние продолжительности и температуры варки на изменение выхода лиственной сульфатной целлюлозы: а – концентрация активной щелочи 40, б – 45, в – 52, г – 55 г/л в ед. NaO2; 1 – температура варки 160, 2 – 165, 3 – 170 °С

Повышение температуры варки и начальной концентрации активной щелочи приводит к снижению выхода, при этом снижение числа Каппа целлюлозы наблюдается только при температуре 160 С. При температуре варки 165…170 °С основное снижение числа Каппа достигается уже впервые 30 минут стоянки на конечной температуре, и далее процесс делигнификации практически прекращается, что проявляется в нарушении избирательности варочного процесса (рисунок 3).


а б
в г

Рисунок 2 - Влияние температуры и продолжительности варки на изменение числа Каппа лиственной сульфатной целлюлозы (обозначения см. на рисунке 1)


а б
в

Рисунок 3 – Влияние температуры и концентрации активной щелочи на избирательность варки лиственной сульфатной целлюлозы: а – температура варки 160, б – 165, в - 170 С; 1 – концентрация активной щелочи 40, 2 – 45, 3 – 52, 4 – 55 г/л

Повышение температуры варки на каждые 5 С приводит к уменьшению выхода целлюлозы на 1,0…1,5 % при одинаковых числах Каппа, что подтверждается снижением вязкости образцов (рисунок 4). Повышение начальной концентрации активной щелочи от 45 до 52 г/л в интервале температур от 160 до 165 °С не вызывает значительного снижения выхода целлюлозы и практически не влияет на вязкость целлюлозы, которая заметно снижается только при повышении температуры варки до 170 °С (от 1050 до 650 мл/г).

Проведенный эксперимент показал, что наилучшие характеристики лиственной сульфатной целлюлозы обеспечиваются при температуре варки 160 С и начальной концентрации активной щелочи 52…55 г/л.

Температура 160 С была нижней границей исследуемого интервала. Лабораторные варки выполнялись в стационарных автоклавах без циркуляции варочного раствора. Для подтверждения полученных данных был проведен дополнительный эксперимент при следующих параметрах: интервал конечных температур варки 155…165 С, гидромодуль варки 3, продолжительность стоянки при конечной температуре 60, 90 минут, начальная концентрация активной щелочи 53,3; 56,7; 60,0 г/л. Результаты варок подтвердили ранее полученные данные.

а б
в г

Рисунок 4 - Влияние продолжительности и температуры варки на вязкость лиственной сульфатной целлюлозы (обозначения см. на рисунке 1)

Одним из основных параметров сульфатной варки является сульфидность белого щелока. Для изучения её влияния на основные показатели лиственной сульфатной целлюлозы были проведены варки по следующему режиму: гидромодуль 4, температура 160 °С, концентрация активной щелочи 45 и 52 г/л, продолжительность подъема температуры от 70 до 160 °С 120 минут, продолжительность стоянки на конечной температуре 90 минут, сульфидность белого щелока 15…35 %. Результаты варок приведены в таблице 1.

Как следует из представленных данных, повышение сульфидности белого щелока от 15 до 25 % при концентрации активной щелочи 52 г/л способствует ускорению делигнификации, что проявляется в снижении числа Каппа полученной целлюлозы.

С дальнейшим увеличением сульфидности число Каппа несколько возрастает, но в общем его значения для всего интервала изменения сульфидности были близкими. При варках с пониженной начальной концентрацией активной щелочи (45 г/л) повышение сульфидности до 35 % приводит к снижению выхода сортированной целлюлозы, увеличению числа Каппа до 21,0 и содержания непровара.

Таблица 1 - Результаты варок лиственной сульфатной целлюлозы при различной сульфидности белого щелока

ач, г/л S, % Выход целлюлозы, % Число Каппа Скон, г/л
общий сортированной
45 15 50,3 50,3 18,7 17,3
20 53,0 52,5 17,4 17,0
25 53,3 52,2 17,2 14,0
30 53,0 52,8 17,2 13,0
35 52,0 50,9 21,0 10,6
52 15 50,5 50,3 14,4 18,2
20 51,0 51,0 14,8 16,3
25 51,3 50,9 15,8 16,6
30 52,5 52,5 16,8 17,9
35 51,8 51,8 16,3 17,0


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.