Лекция №21. Отбелка целлюлозы

отбеливающих реагентов.
3.Принципы построения схем отбелки

целлюлозы за счет удаления остаточного лигнина и придание целлюлозе определенных

физико-химических свойств;
Белизна целлюлозы определяется ее способностью отражать монохроматический свет по сравнению с известным стандартом, в качестве которого используют покрытые сульфатом бария пластины;
Увеличение этой способности достигается либо путем обесцвечивания окрашивающих веществ, либо путем их удаления;
Окрашивающие вещества представляют собой остаточный лигнин, содержащий различные хромофорные группы;
Свойства хромофоров зависят от способа варки целлюлозы, вида древесины.

(поглощенный) свет; 3 – рассеянный свет; 4 – проходящий свет;

5 – отраженный свет

для образцов целлюлозы
1 - небеленая сульфатная лиственная;
2 – полубеленая сульфатная

лиственная;
3 – небеленая сульфитная хвойная;
4 – беленая сульфитная хвойная;
5 – небеленая сульфатная хвойная;
6 – беленая сульфатная хвойная

абсорбции лигнина;
kc–коэффициент абсорбции углеводов;
ke–коэффициент абсорбции экстрактивных веществ.
Kp= xc·kc + xE·kE

+ xL·kL

экстрактивных, карбоксильных и карбонильных групп, гемицеллюлоз, ионов переходных металлов; остатков

отбеливающих реагентов.

фенольными структурами лигнина;
Щелочные нуклеофилы атакуют карбонильные группы.
Группа I (Сl2, O3,

пероксикислоты) реагируют со всеми ароматическими структурами лигнина, с фенольными группами и двойными связями;
Группа II (O2, ClO2) реагируют со структурами лигнина со свободными фенольными группами;
Группа III (Н2О2 в щелочной среде) реагирует с определенными функциональными группа лигнина - карбонильными

т.е. количеством окислительных эквивалентов которые каждый из реагентов может обеспечить
Окисление

органических веществ:
RCHO + 2OH- → RCOOH + H2O + 2 e-
при этом окислитель восстанавливается:
Cl2 + 2e- → 2 Cl-
ClO2 + 2 H2O +5 e- → Cl- + 4OH-
O2 + 2H2O + 4 e- → 4OH-
NaOCl + H2O +2 e- → NaCl + 2OH-
H2O2 + 2H+ +2 e- → 2HOH
O3 + 3H+ +6 e- → 3OH-

зеленовато-желтого цвета, в 2.5 раза тяжелее воздуха. При температуре 15…200С

и давлении 0.6 МПа легко превращается в жидкость. При атмосферном давлении жидкий хлор кипит и испаряется при температуре – 33.60С.
Хлор получают путем электролиза водных растворов NaCl или KCl. Кроме хлора при электролизе образуются гидроксиды натрия или калия, водород;
При растворении в воде хлор гидролизуется с образованием соляной и хлорноватистой кислот.
Cl2 + H2O ↔ H+ Cl- + HOCl

преобладает хлорноватистая кислота;
при подкислении раствора равновесие реакции смещается влево,

т.е. увеличивается содержание молекулярного хлора;
хлор токсичен и требует при работе с ним соблюдения специальных правил безопасности;
в присутствии влаги хлор вызывает сильную коррозию металлов, поэтому хлоропроводы, отбельные башни, ванны фильтров изготавливаются из титана.

гидроксида натрия хлором;
водные растворы гипохлоритов -равновесная система, в которой в

результате гидролиза присутствуют гипохлорит и хлорноватистая кислота.
Na+ + ClO- + H2O → Na+ + OH- + HOCl
состав раствора гипохлорита в значительной степени зависит от рН раствора.

молекулярный хлор, в интервале рН 2-3 появляется также хлорноватистая кислота,

при рН 4-6 присутствует только хлорноватистая кислота;
при рН более 7 увеличивается концентрация ионов гипохлорита;
при рН более 9 в растворе - только ионы гипохлорита;
растворы гипохлорита склоны к саморазложению:
факторы – повышенная температура, степень разбавления, действие солнечного света.
В результате разложения гипохлорита образуются хлораты (ClO3-) и хлориты (ClO2-).

до температуры -11°С и атмосферном давлении превращается в жидкость красного

цвета;
газообразный диоксид хлора разлагается на хлор и кислород со взрывом, поэтому применяется в виде водных растворов концентрацией не более 10 г/л;
Водные растворы ClO2 наиболее устойчивы в кислой среде.
С увеличением рН диоксид хлора гидролизуется с образованием хлорноватой, хлористой и соляной кислот:

серы (метод Холста и Мэтисона);
метанол (способ Сольвея, R8/SVP-LITE);
соляная

кислота (способ Кестинга, R3H);
хлорид натрия (R3/SVP);
пероксид водорода SVP-HP(-А),

предварительно сжиженного воздуха путем низкотемпературной ректификации

,ММ 34.016) - прозрачная бесцветная жидкость;
используется только в водных растворах

и смешивается с водой в любых пропорциях;
в чистом виде и при низких рН является относительно стабильным соединением;
реакция разложения пероксида водорода с образованием кислорода и воды и выделением тепла происходит в присутствии металлов переменной валентности. Ускорению этой реакции способствуют нагрев, высокое значение рН и солнечный свет;
количество кислорода, выделяющегося при разложении, зависит от концентрации пероксида водорода.
 

газ.
Озон, используемый для отбелки, получают по месту использования из-за

его нестабильности из кислорода пропусканием коронного разряда
Генератор озона - два механических электрода, разделенных диэлектриком. Производительность современных генераторов составляет 100-1400 кг/сутки.
Установка для получения и использования озона состоит из:
- криогенной или абсорбционной установка для получения кислорода);
- генератора озона (низкочастотного 50-60 гц, средней частоты 60-1000 гц, высокочастотного – более 1000 гц);
-реактора для обработки целлюлозы озоном с узлом регулирования подачи газа;
-устройства для разрушения озона в отработанном газе.

реагентов подразделяются на три группы:
с использованием хлора и его соединений;
без

использования молекулярного хлора (ECF);
без использования хлора и его соединений (TCF).
cсовременные схемы отбелки – это многоступенчатые схемы, в которых используется сочетание последовательных обработок различными реагентами.
первые ступени отбелки – это делигнифицирующие ступени, на которых удаляется основная масса остаточного лигнина.
делигнифицирующий реагент прошлого века - молекулярный хлор;
в современных схемах отбелки - кислородно-щелочная делигнификация, обработка озоном, пероксидом водорода, диоксидом хлора.
для добелки целлюлозы - диоксид хлора и пероксид водорода

обусловлен цвет небеленой целлюлозы?
4.От чего зависит стабильность белизны?
5.Как рассчитываются окислительные

эквиваленты отбеливающих реагентов?
6.Почему диоксид хлора, озон синтезируют по месту использования?
7.Почему, не смотря на очевидные преимущества, молекулярный хлор и гипохлорит не используются в современных схемах отбелки?
8.Способ получения молекулярного хлора.
9.Объясните, почему рН на ступени хлорирования не более 1.5-2?
10.Как получают гипохлорит натрия?
11.Почему обработку гипохлоритом проводят при рН не ниже 10.5?
12.Какие факторы влияют на разложение гипохлорита?
13.Почему рН на ступени делигнификации диоксидом хлора 2-3, и что происходит с увеличением рН?

использоваться в качестве восстановителей?
15.Как можно увеличить растворимость кислорода в воде?
16.Способ

получения кислорода.
17.Какие факторы влияют на разложение пероксида водорода?
18.Основной способ получения пероксида водорода.
19.Почему озон получают по месту его использования?
20.Способ получения озона и используемый питающий газ?
21.Какие отбеливающие реагенты используются в схеме отбелки ECF?
22. Какие отбеливающие реагенты используются в схеме отбелки TCF?
23.Почему используются многоступенчатые схемы?