Основные технологии получения целлюлозы

Пылевые выбросы наиболе значительные при регенерации извести из каустизационного шлама. Применяемые уловители типа скрубберов Вентури и струйных, в особенности при двухступенчатой их установке, способны свести эти выбросы к допустимому минимуму. Для улавливания щелочного уноса из дымовых газов СРК наиболее эффективны электрофильтры при двух- или трехступенчатой установке.

Из сточных вод целлюлозных заводов наиболее загрязненными являются стоки отбельных цехов, а среди них — фильтраты от промывки массы после хлорирования, щелочения и облагораживания.

Стоки от хлорирования содержат очень токсичные вещества — хлор-фенолы, продукты хлорирования и окисления лигнина и большие количества свободной соляной кислоты. Чрезвычайно загрязненными являются и сточные воды от стадии щелочной обработки (в особенности, если при щелочении не добавляют кислород или пероксид водорода) и процесса облагораживания. Понятно поэтому стремление современной технологии к поиску ≪ бесхлорных≫ схем отбелки — с использованием КЩО, отбелки озоном, пероксидом водорода и оксидами азота.

Из нашего очень краткого обзора можно заключить что в  настоящее время экологически наиболее трудная обстановка, в частности  в нашей стране, сложилась вокруг сульфитцеллюлозного производства в связи с неудовлетворительным решением вопроса об использовании сульфитных щелоков. Для спасения существующих сульфитных заводов от ликвидации специалистами предлагаются следующие основные решения:

- перевод на магниевое основание с регенерацией щелоков;

- перевод на совместную систему регенерации щелоков на натриевом основании для заводов, расположенных на одной площадке с сульфатцеллюлозными;

- транспортировка избытка лигносульфонатов на натриевом основании для использования на сульфатцеллюлозные заводы, имеющие запас мощности в системах регенерации;

- установка энергетических котлов для сжигания щелоков на аммониевом основании.

 

 

 

3. Обзор новых технологических процессов

В ведущую роль на этот период сохранит сульфатный способ производства целлюлозы, несмотря на экологическое неблагополучие, связанное с выделением в окружающую среду дурнопахнущих метилсернистых соединений. Конкурентоспособным признается натронный способ с добавкой антрахинона, который обеспечивает получение целлюлозы с таким же выходом и такими же свойствами, как при обычном сульфатном способе, но без выделения вредных выбросов.

Сульфитный способ несомненно сохранит за собой право на существование и у нас в стране, и в Канаде, и в особенности в среднеевропейских странах, где проблема защиты воздушной среды от вредных выбросов стоит очень остро, например, в Германии. Необходимой предпосылкой, конечно, является решение вопроса о полном использовании лигносульфонатов и регенерации серы и основания из щелоков. Сульфитный способ дает возможность получать легкобелимую целлюлозу с повышенным выходом из древесины, что обеспечивает более низкую себестоимость ее по сравнению с сульфатной. При производстве целлюлозы для химической переработки, в частности вискозной ацетатной, преимущество сульфитного способа несомненно.

Вполне вероятно, что наряду с обычным сульфитным несколько  более широко в ближайшие годы будут использоваться ступенчатые и комбинированные разновидности сульфитных способов. Свое место сохранят, очевидно, бисульфитный и нейтрально-сульфитный способы, конечно, обязательно сопровождаемые регенерацией химикатов из щелоков, будь то магниевое или натриевое основание. Перспективным следует признать способ щелочной моносульфитной варки с добавкой антрахинона, который, несмотря на сложность регенерации щелоков, со временем может стать соперником сульфатного способа, будучи свободен от главного недостатка последнего —

выделения дурнопахнущих  и токсичных соединений. Особенно большой интерес вызывает разновидность этого способа — с добавкой в варочный щелок 15—25% по массе метанола. Этим, способом можно перерабатывать древесину любых пород, получая глубоко проваренную целлюлозу, поддающуюся ≪бесхлорной≫ отбелке.

Что касается новых способов производства целлюлозы, то речь может идти главным образом о кислородно-щелочных и органосольволизных или органосольвентных способах. Кислородно-щелочной способ, является экологически безвредным и промышленное его осуществление чрезвычайно желательно, но из-за больших практических затруднений (недостаточной селективности процесса, ярко выраженного топохимического его характера) сделать это до сих пор не удалось. Решит ли проблему применение пульсациинного варочного аппарата, покажет ближайшее будущее. Во всяком случае больших надежд связывать с этим способом не приходится. Это относится к любым разновидностям кислородно-щелочных способов получения целлюлозы: кислородно-натронному, кислородно-содовому, кислородно-аммониевому (оксиаммонолизу).

Иное дело — кислородно-щелочная делигнификация небеленой целлюлозы, используемая как дополнительная обработка после натронной или сульфатной варки. Этот процесс, конечно, будет быстро развиваться, особенно при получении целлюлозы из древесины лиственных пород. При комбинировании его с натронной варкой в первой ступени и ≪бесхлорной≫ отбелкой получается технологическая линия, которую условно можно считать экологически чистой. Число подобных предприятий несомненно будет год от году возрастать. Значительно перспективнее, чем кислородно-щелочные способы, выглядят; разнообразные способы варки с применением органических растворителей.

Второе интересное направление  в разработке новых методов делигнификации представляют собой биологические , или энзимные способы .

Давно известно, что некоторые  грибы, в частности грибы белой  гнили, способны разрушать древесный лигнин, не затрагивая целлюлозу. В последние годы в Швеции, Финляндии, Японии активно ведутся работы, направленные на изучение и отбор штаммов этих грибов с целью практического их использования для делигнификации древесины и технической целлюлозы. Эрикссон и Юнсруд методами классической генетики выделили штаммы грибов белой гнили с высокой способностью разлагать лигнин и скрестили их с естественными штаммами. С помощью полученных мутантов за 2—3 нед удалось удалить из древесины березы 20—28% лигнина, из древесины ели и сосны — за 4 нед 6—10% лигнина. В японском Институте промышленных исследований были изучены 48 видов белой гнили. Оказалось, что наибольшей активностью обладает грибок Coriolus hirstus, который способен обесцвечивать лигносульфонаты. При рН 4 и температуре 33—36°С, в присутствии питательного раствора, содержащего глюкозу и фосфат аммония, грибок за 10 сут разлагал 29% лигнина тополя и 22% лигнина бамбука. За 2 мес. воздействия разрушалось 63% лигнина тополя и 80% лигнина багассы.

Конечно, трудно рассчитывать на то, что в ближайшие годы будут  найдены методы ускорения деятельности грибов, которые позволят надеяться  на возможность получения технической  целлюлозы из древесины или других растительных материалов микробиологическим путем. Но вполне возможно использовать эти методы для частичной делигнификации щепы при ее хранении на складах. Кроме того, биологический способ делигнификации можно использовать для обработки целлюлозы при отбелке.

Цианобактерии — одноклеточные, нитчатые и колониальные микроорганизмы. Цианобактерия имеет генетическую способность синтезировать целлюлозу. Эта информация может со временем привести к появлению генетически  модифицированной бактерии, «занятой»  на производстве бумаги и других получаемых из дерева материалов, а следовательно  — к сокращению объемов вырубки  лесов. Ученые из университета штата  Техас обнаружили способность к  биосинтезу целлюлозы у девяти разновидностей цианобактерии.

4.4. Novacell - современный способ производства целлюлозы

Поскольку серосодержащие соединения от производства загрязняют окружающую среду, будущее за бессернистыми способами производства.

Научно-исследовательские  центры Швеции, Франции, Германии, Финляндии и других стран, например, разрабатывают новый способ производства целлюлозы под названием novacell. Это бессернистый способ, он призван заменить существующие технологии сульфатной, сульфитной и нейтрально-сульфитной варки.

Отличительной особенностью является отсутствие в технологическом процессе серы и ее соединений в качестве активных реагентов. А что присутствует? Кислород, озон, пероксид водорода. Преимущества в том, что выход по сравнению с сульфатной на 2–4% больше, при широких возможностях использования различных пород древесины. Налицо большой диапазон качественных показателей. Упрощается схема регенерации химикатов. Резко сокращается опасность коррозии оборудования. Расширяется диапазон использования бессернистого лигнина.

Процесс может быть применен как на новых, так и на существующих заводах с использованием стандартного оборудования и при минимальных капитальных затратах, что для России особенно привлекательно. Один из европейских заводов в июне 2004 года уже переведен на производство по способу novacell. В 2005 году завершилось испытание еще на двух европейских заводах — одного сульфатного и одного сульфитного. Это уже реальная перспектива, на что можно было бы ориентироваться.

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Технология целлюлозы. В 3-х т. Т. I Непенин Ю.Н. Производство сульфитной целлюлозы. Изд. 2-е, перераб. -М., 1976. 614 с.
2. Технология целлюлозы. В 3-х т. Т. II. Непенин Ю. Н. Производство сульфатной целлюлозы. 2-е изд., перераб. -М:есная промышленность, 1990.— 600с.
3. Технология целлюлозы. В 3-х т. Т. III. Непенин Н. Н., Непенин Ю. Н. Очистка, сушка и отбелка целлюлозы. Прочие способы получения целлюлозы: Учебное пособие для вузов 2-е изд., перераб.— М.: Экология, 1994, — 592 с.
4. Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: материалы III Всероссийской конференции. 23-27 апреля 2007 г. : в 3 кн./ под рел. Н.Г. Базарновой, В.И. Маркина. – Барнаул: Изд-во Алт. Ун-та, 2007.  – Кн.1. – 271с.
5. Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: материалы III Всероссийской конференции. 23-27 апреля 2007 г. : в 3 кн./ под рел. Н.Г. Базарновой, В.И. Маркина. – Барнаул: Изд-во Алт. Ун-та, 2007.  – Кн.1. – 299с.
6. Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья : материалы IV Всероссийской конференции. 21–23 апреля 2009 г. : в 2 кн. / под ред.

Н.Г. Базарновой, В.И. Маркина. – Барнаул : Изд-во Алт. ун-та, 2009. –  Кн. 1. – 306с.