Химическая переработка древесины

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:

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.

Получение сульфитного этилового спирта. Отработанный горячий сульфитный щелок нейтрализуют известковым молоком Са (ОН)₂ и тонкоразмолотым известняком СаС0₃. После отстаивания и охлаждения в щелок добавляют питательную соль (NH₄)₂S0₄, 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 сульфитноспиртовой 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.

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 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:

• — головная фракция, состоящая в основном из жирных кислот. Применяется в мыловаренной и лакокрасочной промышленности и при разделении полиметаллических руд;
• — вторая фракция, на 88—93% состоящая из смоляных кислот. Сплавлением этой фракции получают талловую канифоль, которая по своим свойствам близка к живичной (см. табл. 2.2) и применяется для тех же целей, что и живичная;
• — 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 канифоли.