WWW.NEW.PDFM.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Собрание документов
 

«Белизна является одним из важнейших показателей различных видов бумаги для печати, газетной, санитарно-гигиенической, для письма и т.д. Белизна механической массы в ...»

Лекция 6. Отбелка механической массы

6. Отбелка механических масс

Белизна является одним из важнейших показателей различных видов бумаги для печати, газетной, санитарно-гигиенической, для письма и т.д. Белизна механической массы в композиции с целлюлозой оказывает большое влияние на белизну бумаги, что обусловлено высоким коэффициентом светорассеяния .

6.1. Механическая масса как объект отбелки

Белизна небеленой механической массы. Механическая древесная масса,

являющаяся сложным гетерогенным веществом, по-своему химическому составу подобна исходной древесине, так как в данном полуфабрикате в процессе получения остаются почти все неволокнистые вещества, в том числе и лигнин. В результате термогидролитической, химикотермогидролитической обработки, дефибрирования и размола только небольшая часть (2...10 % в зависимости от вида древесины) вещества древесины растворяется в воде и при этом теряется. Следовательно, механическая масса, по существу, имеет состав древесины. Присутствующие в древесине компоненты (лигнино-углеводные компоненты, экстрактивные вещества, таннины и т.д.) определяют цвет (белизну) полученной из нее механической массы .

Естественная белизна древесины, которая зависит от ее породы, возраста, наличия пороков и т.д., существенно влияет на белизну и способность к отбелке механической массы .

Основное влияние на белизну полуфабрикатов оказывают следующие факторы:

- породный состав и качество древесного сырья;



- способ получения механической древесной массы;

-температура на всех этапах технологического процесса .

Породный состав древесного сырья является важным фактором формирования белизны .

Наибольшую белизну имеют волокнистые полуфабрикаты из древесины ели и осины. Обе породы при благоприятных условиях поставки и хранения обеспечивают получение дефибрерной массы с белизной до 65 % и термомеханической массы с белизной до 59 %. Из сосновой и березовой древесины получается масса значительно меньшей белизны. В частности, белизна ТММ из березы составляет всего 45 % .

Лекция 6. Отбелка механической массы Совместный размол древесины разных пород приводит к снижению белизны в сравнении с этим показателем для каждого из полуфабрикатов, полученных при раздельном размоле сырья .

Попадание частиц коры негативно влияет на белизну небеленой механической массы, при этом потери белизны составляют 4 % с увеличением содержания коры в щепе на 1 % соответственно .

При переработке свежесрубленной древесины всегда получают более светлую древесную массу. Длительное хранение древесины снижает белизну, даже если отсутствуют признаки гниения; появление окрашенной гнили, естественно, приводит к резкому ухудшению белизны вырабатываемых полуфабрикатов и к затруднениям при их последующей отбелке. Каждый месяц хранения сопровождается потерей белизны в среднем на 2 % .

Механическая масса значительно темнее древесного сырья, из которого она изготовлена, следовательно, способ получения полуфабриката также сильно влияет на показатель белизны .

Белизна различных видов небеленой механической массы варьируется от 40 до 65 % в зависимости от белизны древесины и условий ее переработки. Различные виды небеленой механической массы условно можно расположить в следующем порядке по мере снижения их белизны: ДДМДМДХТММТММХММ .

ДДМ имеет самую высокую белизну в небеленом состоянии (60...65%) из «чисто» механических видов массы. Ниже белизна небеленой ДМД (60...62 %), так как древесина при обработке подвергается термическому воздействию.

Более низкая белизна ТММ (57...60%) по сравнению с ДДМ обусловлена, по меньшей мере, тремя обстоятельствами:

Хранение древесного сырья в виде щепы приводит к снижению белизны в значительно большей степени, чем при хранении древесины в виде балансов .

Технологическая щепа, полученная с лесопильных предприятий, содержит значительно больше коры, чем щепа из балансовой древесины на предприятиях по производству механической массы .

Термогидролитическая обработка щепы способствует пожелтению 3 .

древесного сырья .

Лекция 6. Отбелка механической массы

Термогидролитическая обработка щепы при получении ТММ является основной причиной того, что данный полуфабрикат имеет белизну на 3...6 % ниже, чем ДДМ, полученная из той же древесины .

Применение сульфита натрия при производстве ХТММ повышает белизну полуфабриката до 60...67 %. Низкая белизна ХММ (45...55 %) объясняется конденсацией лигнина и другими химическими реакциями, увеличивающими количество окрашенных структур .

Повышение температуры обработки на всех стадиях производства оказывает отрицательное влияние на белизну полуфабрикатов. Особенно сильно это проявляется при температуре от 120 °С и выше .

Природа окраски механической массы. Ощущение цвета возникает при воздействии на зрительный нерв электромагнитных излучений с длинами волн от 400 до 760 нм. Тело воспринимается как белое, если оно в одинаковой степени отражает свет всей видимой области спектра; как черное – при полном поглощении света в видимой области; как серое – при частичном, но одинаковом поглощении света во всей видимой области; как окрашенное – при избирательном поглощении излучения части видимой области спектра .

Отражение света небеленой древесной массой несколько выше в красной области спектра (600...700 нм), оно постепенно понижается к синей и фиолетовой областям. Поэтому цвет небеленой древесной массы имеет ярко выраженный желтый оттенок .

Группы атомов, обусловливающие поглощение света, называются хромофорами, а содержащие их вещества – хромогенами. Такие соединения не являются еще красителями, так как цвет их обычно слабый. После введения в хромогены групп, названных ауксохромами, цвет соединения становится интенсивнее .

Особую роль в окраске органических соединений играет сопряжение связей .

Сопряженными называют кратные (двойные или тройные) связи, разделенные одинарной связью. При наличии в молекулах органических соединений только простых или изолированных двойных связей, независимо от их числа, поглощение света происходит в далекой ультрафиолетовой части спектра и смещается в длинноволновую область лишь при наличии открытых или замкнутых систем (цепочек) сопряженных двойных связей .

Основные (по массовой доле) компоненты древесины – полисахариды – почти не поглощают видимого света, они практически бесцветны. Окраска древесЛекция 6. Отбелка механической массы ных материалов обусловлена присутствием хромофорных и ауксохромных группировок в структуре лигнина и некоторых экстрактивных веществ .

В соответствии с современными представлениями макромолекула лигнина состоит из гваяцилпропановых звеньев. Спектроскопическими исследованиями установлено, что гваяцилпропан и его олигомеры имеют сравнительно простой электронный спектр, относящийся к орбитам бензольного кольца, с типичным максимумом поглощения, близким к 280 нм, и другим максимумом, близким к 210 нм, без поглощения в видимой области, т.е. эти вещества бесцветны. Отсюда предполагается, что основная макромолекула лигнина бесцветна, но природный лигнин поглощает свет в видимой области спектра, поэтому он окрашен. Основная причина видимой окраски лигнина заключается в том, что некоторые гваяциловые единицы содержат в боковой цепи функциональные группы с хромогенными свойствами, которые, будучи соединенными с бензольным кольцом сопряженной связью, увеличивают поглощение света в ультрафиолетовой области спектра .

Ауксохромные группы в соответствующем положении по отношению к хромогенам могут еще более увеличивать поглощение света и сдвигать его к видимой области. Наиболее важными хромогенными группами в боковой цепи звеньев, образующих лигнин, являются сопряженные с ядром карбонильные группы, двойные связи и сочетание этих двух хромогенов (I, II, III, IV) (рис. 6.1).

Ауксохромный эффект может быть усилен фенольными группами, которые могут также превратиться в независимые хромогенные группы, например, хинон (V), полухинон (VI), хинонметид (VII):

Рис. 6.1. Хромогенные группы лигнина Лекция 6. Отбелка механической массы

Экстрактивные вещества, содержащие хромофорные системы, также могут влиять на окраску древесины. К таким экстрактивным веществам относятся полифенолы, в том числе флавоноиды – кверцетин, дигидрокверцетин, аромадендрин, таксифолин и др., имеющие интенсивную желтую окраску .

Принцип отбелки механической массы. Целью отбелки механической массы, также, как и отбелки целлюлозы, является повышение белизны. Однако способы повышения белизны механических масс и целлюлозы различны .

При отбелке целлюлозы удаляют лигнин путем окисления его до низкомолекулярных веществ, которые являются растворимыми либо в воде, либо в растворе щелочи .

Основная цель отбелки механической массы – придание ей стабильного белого цвета за счет обесцвечивания компонентов, в частности экстрактивных веществ и лигнина, исключая распад его на низкомолекулярные фракции и удаление из полуфабриката. При этом должны сохраняться высокий выход и относительно низкая загруженность сточной воды.

Процесс отбелки механической массы с сохранением лигнина имеет и отрицательные последствия:

невозможность отбелки данного полуфабриката до высокой степени белизны, сопоставимой с беленой целлюлозой;

низкая стабильность белизны и пожелтение бумаги, содержащей в композиции данный полуфабрикат .

Отбелка механической массы сводится к разрушению или модификации хромофорных и ауксохромных структур с таким расчетом, чтобы полоса поглощения света сместилась в ультрафиолетовую невидимую область спектра.

Этого можно достичь следующими способами:

разрушение сопряженных связей между отдельными хромогенами;

–  –  –

Окисление и восстановление – простейшие реакции, которые могут вызвать эти изменения в окрашивающих веществах .

Простейшими и наиболее доступными для промышленного использования реагентами, позволяющими осуществить реакции отбелки, являются:

восстановители (дитиониты, диоксид серы, сернистая кислота, ее кислые и средние соли, боргидрид натрия);

Лекция 6. Отбелка механической массы окислители (гипохлориты, пероксиды, надкислоты) .

Примеры модификации хромофоров под действием отбеливающих реагентов представлены на рис. 6.2 .

–  –  –

Современные системы отбелки механической массы позволяют получить полуфабрикат белизной 80...82 % из хвойных и 85...87 % из лиственных пород древесины .

Реверсия белизны. Один из недостатков механической массы – постепенное уменьшение белизны и пожелтение при хранении.

Под действием внешних факторов (свет, влага, тепло, химические реагенты) происходит старение бумаги, в состав которой входит как небеленая, так и беленая механическая масса:

бумага желтеет и темнеет, становится хрупкой, ломкой. Принцип изменения белизны механической массы представлен на рис. 6.3 .

Рис. 6.3. Изменение белизны в процессе производства механической массы Лекция 6. Отбелка механической массы Пожелтение механической массы связано со значительным уменьшением ее отражающей способности в фиолетовой части спектра, вследствие чего беленый полуфабрикат по истечении некоторого времени приобретает ярко выраженный желтый оттенок .

Пожелтение механической массы обусловлено многими причинами: климатическими условиями, условиями хранения, составом исходной древесины, условиями получения, отбелки и выработки механической массы .

Количественной характеристикой устойчивости белизны волокнистых полуфабрикатов служит показатель реверсии белизны PC (Post Color number) при искусственном ускоренном старении в лабораторных условиях, %:

где К – коэффициент светопоглощения;

S – коэффициент светорассеяния .

Для искусственного старения используют разные способы воздействия: облучение в видимой и ультрафиолетовой областях спектра солнечным светом, ртутной, дуговой, ксеноновой лампой, нагревание в сухой или влажной атмосфере и др. В России при использовании стандартного метода принято выдерживать образец в климатической камере при 105 °С в течение 72 ч .

Беленая механическая масса значительно восприимчивее к влиянию тепла и света по сравнению с беленой целлюлозой, так как при отбелке пероксидом, дитионитом и другими отбеливающими реагентами лигнин не удаляется и не изменяется. Это один из главных недостатков беленой механической массы, препятствующих использованию ее во многих видах бумаги .

Углеводная часть полуфабрикатов в процессе облучения претерпевает некоторые химические превращения: повышается медное число, что связано с разрушением углеводов, увеличивается их растворимость в щелочах. Облучение ультрафиолетовым светом разрушает связи между гемицеллюлозами и лигнином, при этом появляются окрашенные вещества из фракции лигнина, происходит частичная деградация углеводов. Можно предположить, что гемицеллюлозы представляют собой защитную среду для лигнина от воздействия света и воздуха. Ес

<

Лекция 6. Отбелка механической массы

ли волокна механической массы защитить углеводами, то эффект пожелтения массы значительно уменьшается .

Следует учитывать и роль экстрактивных веществ в процессе пожелтения беленой механической массы. Отмечено, что механическая масса желтеет в большей степени, чем лигнин. Следовательно, экстрактивные вещества даже в большей степени, чем лигнин, могут вызвать пожелтение беленой массы, если учесть их низкое содержание в полуфабрикате .

Часть хромофоров не восстанавливается и не окисляется любыми применяемыми реагентами. Наименьшая устойчивость белизны свойственна полуфабрикатам, отбеленным с применением восстановителей. В присутствии кислорода восстановленные хромофорные структуры вновь окисляются, приобретая окраску. Снижению белизны способствует воздействие электромагнитного излучения (особенно ультрафиолетового) и присутствие даже незначительного количества ионов железа, меди, марганца и др. металлов .

Несколько более высокую стабильность белизны приобретают полуфабрикаты, отбеленные с применением окислителей. Последние разрушают как простые, так и конденсированные хромофорные структуры, исключая возможность их реверсии в окрашенную форму под действием атмосферного кислорода .

Однако часть гваяциловых структур может окисляться до хинонов; остающиеся хромофорные структуры под влиянием воды, ионов металлов и т.д. могут конденсироваться и превращаться в более глубоко окрашенные полимерные соединения .

Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, что отбелка механической массы не устраняет ее способности к пожелтению при хранении и значительно не повышает стабильность белизны .

В настоящее время влияние низкой стабильности белизны механической массы на белизну бумаги и картона уменьшается технологическими приемами, из которых наибольшего внимания заслуживает использование данного полуфабриката в среднем или нижнем слое бумаги и картона, а также нанесение на поверхность бумаги мелованного покрытия массой 3...4 г/м2, значительно повышающего белизну бумаги и картона. Кроме того, для этой цели используют в композиции наполнители высокой степени белизны, например, диоксид титана и высшие сорта каолина, а также сочетают окислительную отбелку с боргидридом .

Влияние ионов металлов на белизну механической массы. Механическая масса и оборотная вода содержат значительное количество ионов металЛекция 6. Отбелка механической массы лов, в основном железа, меди, марганца, свинца, цинка, щелочных и щелочноземельных металлов. Некоторые из них оказывают заметное влияние на процесс отбелки, величину и стабильность белизны .

Ионы металлов с массой образуют окрашенные комплексы, вследствие чего снижается эффективность отбелки и увеличивается расход отбеливающего реагента. Кроме того, основные отбеливающие реагенты (например, пероксид водорода) каталитически разлагаются в присутствии ионов тяжелых металлов .

Основные источники ионов металлов в массе:

- зольные компоненты древесины;

- конструкционные материалы оборудования и трубопроводов;

- производственная вода и используемые химические реагенты .

Благодаря присутствию слабокислых групп (главным образом, фенольных гидроксилов лигнина) механическая масса проявляет катионообменные свойства с небольшой обменной емкостью и явно выраженным сродством к трехвалентным металлам, менее выраженным сродством к двухвалентным тяжелым металлам и незначительным сродством к щелочным и щелочноземельным металлам .

Ионы железа способствуют значительному потемнению механической массы. Они могут гидролизоваться с образованием окрашенных гидроксидов. Кроме того, железо образует темноокрашенные комплексы с участием фенольных компонентов механической массы. Белизна, потерянная под влиянием солей железа, практически не поддается восстановлению при отбелке .

Ионы марганца не приводят к заметному снижению белизны механической массы, так как его комплексы с компонентами древесины окрашены слабо. Однако марганец является сильным катализатором разложения пероксида водорода на воду и кислород и главной причиной чрезмерно высокого расхода реагентов при пероксидной отбелке .

Ионы меди образуют окрашенные комплексы с фенольными компонентами древесины и снижают эффективность отбелки восстановителями, но в гораздо меньшей степени, чем ионы железа. Медь также служит катализатором разложения пероксида водорода, но менее активным, чем марганец .

Ионы свинца могут оказаться существенной помехой при отбелке дитионитом натрия. Одним из продуктов разложения дитионита является сульфид-ион, в результате чего возможно образование нерастворимого в воде и оседающего на волокнах механической массы черного сульфида свинца .

Лекция 6. Отбелка механической массы Ионы алюминия оказывают очень слабое отрицательное влияние на белизну механической массы .

Ионы кальция, магния и других щелочноземельных металлов благоприятно влияют на процесс отбелки, белизну и стабильность белизны механической массы с применением как окисляющих, так и восстанавливающих реагентов .

Ионы натрия и других щелочных металлов не влияют на эффективность отбелки и стабильность белизны механической массы .

Отрицательное действие ионов металлов на отбелку можно в значительной степени понизить обработкой массы комплексообразующими агентами одновременно с отбелкой или перед добавлением отбеливающего реагента .

Для отбелки механической массы в качестве комплексообразующих агентов используют комплексообразователи (конденсированные фосфаты или полифосфаты и аминополикарбоновые кислоты и их соли). Они известны также под названием хелатных агентов, секвестрантов, комплексных средств, пассиваторов .

Эти вещества образуют прочные, хорошо растворимые в воде комплексные соединения с большинством катионов. При отбелке механической массы нашли применение следующие комплексообразователи: пиро- (Na2P4О7) и триполифосфат натрия (Na5P3O10), этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТК), этилендиаминтетраацетат натрия (трилон Б), диэтилентриаминпентаацетат натрия (ДТПКNа5,) .

Ионы двухвалентных тяжелых металлов (медь, марганец) хорошо связываются всеми комплексообразователями, их отрицательное влияние на отбелку успешно нейтрализуется в широком диапазоне рН .

Труднее нейтрализуется влияние ионов трехвалентных металлов (железо, алюминий). Для их связывания лучше использовать азотсодержащие комплексообразователи. Процесс деионизации массы в этом случае протекает тем эффективнее, чем ниже рН .

Расход комплексообразователя зависит от степени загрязнения механической массы катионами металлов. Он не превышает 5 кг/т волокна, в большинстве же случаев составляет 1...2 кг/т. Наибольший эффект достигается при введении комплексообразователей не на стадии отбелки, а перед отбелкой (иногда при размоле щепы). После этого массу сгущают, и основная часть комплексных соединений металлов уходит с фильтратом. Далее целесообразно проводить отЛекция 6. Отбелка механической массы белку при высокой концентрации массы (без разбавления). Прирост белизны за счет добавок комплексообразователей составляет 2...3 % и более .

6.2. Отбелка дитионитом натрия Получение и свойства дитионита натрия. Дитиониты (техническое название гидросульфиты), являющиеся солями дитионистой кислоты H2S2O4, относятся к числу сильных восстановителей. Особенности дитионитов как отбеливающих реагентов:

- очень высокая скорость протекания процесса отбелки;

высокий эффект отбелки механической массы из темной или окрашенной древесины .

Для отбелки механических масс широко применяют дитионит натрия .

Раствор дитионита натрия либо готовят непосредственно на предприятии, либо доставляют на предприятие в сухом виде. Существует несколько способов приготовления дитионита натрия.

Наиболее удобным является восстановление бисульфита боргидридом натрия по следующей схеме:

8 NaHSO3 + NaBH4 4 Na2S2O4 + NaBO2 + 6 H2O .

Растворы дитионита натрия менее устойчивы в кислой среде, критическая величина рН равна 5,0. Перед их растворением рекомендуется добавлять в воду едкий натр (до 7,5 г/л) или кальцинированную соду (до 10,0 г/л) .

Безводный дитионит достаточно устойчив и может сохраняться в герметично закупоренной таре несколько месяцев, влажный – разлагается на воздухе со значительным экзотеримическим эффектом. При повышении температуры до 250 °С происходит самовоспламенение .

В отсутствии контакта с воздухом нейтральный водный раствор дитионита разлагается: при комнатной температуре – медленно, при нагревании – быстро:

Этот процесс может оказаться причиной больших потерь дитионита в производстве, если не принимать специальных мер. Таким образом, хранение раствора дитионита натрия на предприятии представляет определенные сложности. Небольшие (до трехчасовых) запасы, необходимые для стабильной работы отбельного цеха, хранят под тонким слоем органического растворителя (например, ксилола), чистого минерального масла или вытесняют воздух из аккумуляторных баков азотом .

Лекция 6. Отбелка механической массы

Условия отбелки. Тщательное перемешивание массы с отбеливающим реагентом является важным требованием при отбелке дитионитом. Фактически перемешивание массы с дитионитом и составляет суть процесса отбелки. Перемешивание позволяет достигнуть равномерной белизны и сэкономить отбеливающий реагент .

Трудность применения дитионита натрия, как уже было отмечено, состоит в исключении доступа воздуха в систему отбельного отдела, включая деаэрацию массы, так как в присутствии воздуха идет быстрое разложение дитионита, которое имеет место в кислой среде и при нагревании .

К основным технологическим факторам, влияющим на процесс отбелки, относятся: расход дитионита натрия, величина рН массы, температура обработки, концентрация массы .

Расход дитионита обычно не превышает 1,0 % к массе абс. сухого волокна. Этого количества достаточно для повышения белизны механической массы на 8...10%. В диапазоне от 0 до 0,5 % наблюдается наибольший прирост белизны на единицу израсходованного реагента. Увеличение дозировки до 1,0 % сопровождается менее эффективным приростом белизны, дальнейшее повышение расхода считается неэффективным и экономически нецелесообразным .

рН среды при отбелке дитионитом натрия должен быть в интервале 5,0...8,5 .

Понижение рН вызывает ускоренное разложение отбеливающего реагента. С ростом рН падает скорость отбелки вплоть до полного прекращения процесса .

Накопление продуктов окисления дитионита в ходе отбелки, как в результате реакций с компонентами древесины, так и вследствие побочных реакций с кислородом воздуха, приводит к постепенному снижению рН. Для поддержания кислотности на оптимальном уровне рекомендуется регулировать ее добавками щелочи к отбеливающему раствору или к волокнистой массе .

Температура обработки оказывает значительное влияние не только на скорость, но и на эффективность отбелки, так как с повышением температуры возрастает окислительно-восстановительный потенциал системы «дитионитмеханическая масса» .

Оптимальной считается отбелка в течение 20...40 мин при температуре 65...75 °С, однако в зависимости от конкретных условий отбелку можно проводить при любой температуре в диапазоне от 35 до 95 °С. Если требуется повысить белизну на 7…8 единиц и механическая масса имеет температуру не ниже 45 °С, в дополнительном подогреве нет необходимости. Расходование Лекция 6. Отбелка механической массы пара для нагревания массы может быть оправданным только в тех случаях, когда прирост белизны должен составить более 8 единиц .

Концентрация массы зависит от конструктивного оформления процесса отбелки. Решающим обстоятельством при выборе величины этого фактора является возможность быстрого и качественного перемешивания волокнистой суспензии с дитионитом натрия без контакта с воздухом. На большинстве предприятий отбелку проводят при концентрации 4...6 %, при которой обеспечивается выполнение названных условий с использованием обычного оборудования отбельных цехов .

Повышение концентрации волокнистой массы при отбелке дает целый ряд преимуществ:

- значительно растет скорость и сокращается продолжительность процесса;

- уменьшаются потери дитионита на побочные реакции из-за меньшего количества кислорода, растворенного в воде;

- снижается расход пара на нагревание массы;

- сокращаются габариты оборудования .

Для отбелки при концентрациях 8...10 % применяют современное оборудование серии МС, которое не только надежно предохраняет массу от контакта с воздухом, но в некоторых случаях способствует ее деаэрации .

6.3. Отбелка пероксидом водорода Свойства пероксида водорода. В качестве окисляющего отбеливающего вещества чаще всего применяют пероксид водорода Н2О2. Окислительный потенциал этого реагента при обычных условиях отбелки сравнительно невелик. Благодаря этому происходит окисление только хромофорных групп, без разрушения и растворения компонентов лигно-углеводного комплекса древесины .

К достоинствам пероксида водорода как реагента, используемого для отбелки механической массы, следует отнести его способность отбеливать мелкие частицы коры, содержащейся в полуфабрикате .

Пероксид водорода в чистом виде представляет собой бесцветную сиропообразную жидкость. Он используется только в водных растворах и смешивается с водой в любых пропорциях .

В чистом виде и при низкой величине рН пероксид водорода является относительно стабильным соединением (скорость распада при температуре 30 °С не превышает 0,5 % в год). Реакция разложения пероксида водорода происходит при Лекция 6. Отбелка механической массы загрязнении металлами. Ускорению этой реакции способствуют нагрев, высокие значения рН и свет .

Гомогенное разложение пероксида водорода вызывают соли меди, хрома, железа, ванадия, вольфрама, молибдена и платины. При загрязнении пероксида водорода растворимыми солями этих металлов очень быстрое разложение может произойти уже при низких концентрациях загрязнений (всего несколько мг/кг) .

Гетерогенное разложение пероксида водорода имеет место при контакте практически со всеми материалами, но скорость распада здесь сильно варьирует .

Разложение пероксида водорода происходит с выделением тепла по следующей схеме:

Н2О2 Н2О + О2 + 98 кДж/моль Н2О2 .

В некоторых случаях разложение может протекать со взрывом .

Технические растворы пероксида водорода содержат, как правило, добавки стабилизаторов, предотвращающие интенсивное разложение (станнат натрия, фосфаты, серная кислота и др.) .

Пероксид водорода не токсичен, но его крепкие растворы, попадая на кожу, вызывают ожоги .

На целлюлозно-бумажные предприятия пероксид поступает в виде 30 %-го водного раствора с добавками небольших количеств серной кислоты (рН около 5) в алюминиевых цистернах .

В водном растворе пероксид водорода обратимо гидролизуется и слабо диссоциирует на ионы гидроксония и пероксид-ионы:

Н2О2 + Н2О Н3О+ + НО2- .

Смещению равновесия вправо способствует повышение рН и температуры .

Окислительным (белящим) действием обладают только пероксид-ионы .

Условия отбелки. При одноступенчатой отбелке механической массы низкой концентрации пероксидом водорода прирост белизны не превышает 10...12 %, а при отбелке массы высокой концентрации прирост белизны может составить 18 % и более .

Двухступенчатая отбелка механической массы пероксидом водорода позволяет повысить белизну полуфабриката на 20 %, а при оптимальном режиме отбелки - до 30 % без значительного снижения выхода .

Отбелка механической массы пероксидом водорода, по сравнению с другими отбеливающими реагентами, имеет следующие преимущества:

Лекция 6. Отбелка механической массы достигается максимальная белизна полуфабриката;

возможна рециркуляция отработанного отбеливающего раствора в целях использования неизрасходованного пероксида водорода;

- относительно низкая себестоимость отбеливающего реагента для достижения заданной белизны полуфабриката;

- отбелка может производиться как при средней, так и при высокой концентрации массы .

Основными факторами, влияющими на процесс отбелки пероксидом водорода и конечный результат, являются:

- свойства отбеливаемой механической массы;

-расход отбеливающего реагента;

–  –  –

- состав отбеливающего раствора;

- концентрация волокнистой массы;

-температура и продолжительность обработки;

-нейтрализация волокнистой массы .

Рассматривая свойства отбеливаемой механической массы, следует выделить вид и качество древесного сырья и исходную белизну полуфабриката .

Пероксид является эффективным реагентом для отбелки механической массы из любых пород древесины. Хорошо отбеливаются полуфабрикаты из ели и пихты – прирост белизны может составить 10...12 единиц при обычном расходе реагентов. Еще лучше отбеливаются лиственные полуфабрикаты. Хуже обстоит дело с полуфабрикатами из сосны .

При включении в схему производства механической массы отбелки пероксидом водорода особое внимание должно быть уделено тщательной окорке балансов и отбраковке бревен с измененной окраской древесины, чтобы обеспечить возможно более высокую исходную белизну механической массы и снизить расход реагентов на отбелку .

Расход отбеливающего реагента зависит от начальной белизны полуфабриката и требуемого прироста белизны. Наиболее энергичный прирост белизны наблюдается при расходе пероксида водорода до 20...25 кг/т волокна, при дальнейшем увеличении расхода Н2О2 удельный прирост белизны снижается. Расход пероксида водорода более 35 кг/т считается нецелесообразным по экономическим соображениям .

Лекция 6. Отбелка механической массы Для достижения максимального эффекта отбелку не следует вести до полного израсходования пероксида водорода из раствора, так как это приводит к потемнению механической массы .

Обычно к концу отбелки остается неизрасходованным от 10 до 30 % пероксида от его первоначального количества. Остаточный пероксид может быть возвращен в производство с оборотной водой .

Величину рН при отбелке необходимо контролировать и регулировать. Оптимальным в начале отбелки является рН 10...11. При более высоких значениях рН активность отбеливающего раствора растет из-за смещения равновесия реакции в сторону образования пероксид-ионов. Но при этом увеличивается и степень распада пероксида по реакции, что приводит к неоправданно высокому перерасходу реагента. Снижение рН до 8 и ниже, напротив, смещает равновесие системы влево настолько, что процесс отбелки резко замедляется или прекращается .

В состав отбеливающего раствора, помимо пероксида, входят регуляторы рН, стабилизирующие и пассивирующие реагенты .

Механическая масса обычно имеет кислую реакцию (рН от 4,5 до 5,0). Пероксид водорода также является слабой кислотой. Необходимое значение рН при отбелке пероксидом водорода может быть достигнуто добавками гидроксида натрия. Однако гидроксид натрия быстро сорбируется механической массой, что приводит к резкому снижению рН и прекращению образования пероксидных ионов, ответственных за отбеливающий эффект. Кроме того, гидроксид натрия вызывает потемнение массы. Поэтому в качестве буферного агента, способного поддерживать рН на оптимальном уровне в течение всего процесса, обычно используют силикат натрия Na2SiО3 (техническое название – жидкое стекло) .

Для уменьшения вредных последствий каталитического разложения пероксида водорода под влиянием тяжелых металлов в отбеливающий раствор вводят стабилизирующие добавки. К числу относительно слабых стабилизаторов относятся силикат натрия и сульфат магния; их совместное применение сопровождается синергическим эффектом – заметным усилением защитных свойств, что широко используется на практике. С этой же целью применяют добавки пассиваторов (см. раздел 6.1) .

Концентрацию волокнистой массы всегда целесообразно поддерживать на возможно более высоком уровне: это дает те же преимущества, что и при отбелке дитионитом натрия. На большинстве предприятий отбелку пероксидом проводят

Лекция 6. Отбелка механической массы

при концентрациях массы от 8 до 35 %, в зависимости от технической оснащенности .

Температура отбелки обычно лежит в интервале от 40 до 70 °С, продолжительность – от 1 до 2 ч. Повышение температуры сверх 60 °С с целью сократить продолжительность процесса редко дает ожидаемый эффект, так как сочетание высоких значений температуры и щелочности приводит к снижению белизны .

Нейтрализация массы часто служит дополнительной заключительной операцией. После отбелки пероксидом водорода механическая масса имеет желтоватый оттенок из-за остаточной щелочности. Сорбированная щелочь и остатки окислителей способствуют ускоренной реверсии белизны. Для стабилизации белизны массу часто нейтрализуют растворами минеральных кислот (серная или соляная) до рН 5...7. Наилучшие результаты дает применение для этой цели диоксида серы или бисульфита натрия, которые добавляют к волокнистой массе перед аккумулирующими бассейнами.

При добавлении данных реагентов происходит нейтрализация и разложение остаточного пероксида водорода согласно следующему уравнению:

Н2О2 + H2SО3 Н2О + H2SО4 .

Кисловка массы после отбелки пероксидом особенно важна при использовании на второй ступени отбелки дитионита натрия. Остаточный пероксид водорода окисляет дитионит натрия, что отрицательно влияет на белизну полуфабриката .

В заключение следует отметить, что применение пероксида водорода для отбелки связано с дополнительными затратами на природоохранные мероприятия .

Хотя сам пероксид водорода не создает проблем в этом отношении, однако очистка сточных вод от неизбежных сопутствующих агентов (прежде всего от силиката натрия) является непростой задачей .

6.4. Технологические схемы отбелки Схемы отбелки дитионитом натрия. Выбор технологической схемы отбелки зависит от требований к белизне полуфабриката .

Отбелка в башне. Типичная установка для проведения отбелки механической массы дитионитом натрия в башне представлена на рис. 6.4 .

Лекция 6. Отбелка механической массы Рис .

6.4. Схема отбелки механической массы в башне дитионитом натрия Полуфабрикат подается на установку из бассейна для хранения небеленой массы. После тщательного перешивания масса поступает в сборник для выравнивания концентрации и затем подается в башню с потоком вверх при помощи дроссельного клапана и дозатора отбеливающий реагент подается в насос. Беленая масса поступает в башню для хранения и направляется на бумагоделательную машину. Промывка беленой массы не производится .

Отбелка в дисковой мельнице. Для проведения отбелки по этой схеме необходима линия для отбеливающего раствора, вмонтированная в линию подачи воды на разбавление, поступающей в дисковую мельницу. Добавка раствора дитионита в дисковую мельницу позволяет: иметь высокую температуру в зоне размола, что ускоряет реакции отбелки; использовать одновременно дисковую мельницу как высокоэффективный смеситель .

Необходимо избегать добавления избытка раствора дитионита, поскольку вследствие высокой температуры он может разлагаться на бисульфит и сульфат натрия, которые, в свою очередь, подвергаются термическому разложению на газообразный диоксид серы. В дальнейшем достигнутый прирост белизны может снизиться вследствие реверсии. Однако при оптимальном подборе условий, снижающих реверсию (удаление переходных металлов, исключение контакта кислорода с массой, температура), можно достичь конечного прироста белизны в 4...6 % .

Лекция 6. Отбелка механической массы Отбелку в дисковой мельнице можно комбинировать с отбелкой в башне .

Такая схема позволяет получить прирост белизны до 14 % .

Отбелка в башне хранения. Подобная схема отбелки напоминает обычную отбелку в башне, однако ее эффективность несколько ниже. Башня хранения представляет собой реактор с нисходящим потоком массы, поэтому нет возможности регулирования времени удержания и равномерного распределения химических реагентов по объему. В результате на выходе может присутствовать неизрасходованный дитионит, что приводит к окислительной реверсии белизны массы. Прирост белизны составляет от 2 до 6 % .

Схемы отбелки пероксидом водорода. Отбелка механической массы пероксидом водорода должна производиться смешением раствора пероксида с массой при равномерном перемешивании и определенном времени контакта отбеливающего реагента с древесными волокнами. Существует несколько способов отбелки механической массы пероксидом водорода .

Отбелка в башне. Наиболее часто применяемый способ отбелки механической массы – отбелка в башне при средней и высокой концентрации массы (рис .

6.5) .

Данный способ позволяет регулировать перемешивание массы с отбеливающим раствором при контроле продолжительности и температуры процесса. Оборудование данной схемы отбелки должно быть изготовлено из нержавеющей стали, следует избегать использования в данной схеме оборудования и трубопроводов из меди, железа и свинца .

Рис 6.5. Схема отбелки механической массы в башне пероксидом водорода Лекция 6. Отбелка механической массы В современных системах отбелки механической массы в башне происходит наиболее полное использование отбеливающего реагента. В промышленных условиях избыточное количество отбеливающего раствора с последующей рециркуляцией остаточного пероксида водорода используют после окончания процесса отбелки (рис. 6.6). При удалении избыточного отбеливающего раствора до отбелки процесс можно проводить при достаточно высокой (30 % и более) концентрации массы

Рис. 6.6. Схема рециркуляции отбеливающих реагентов

Отбелка в дисковой мельнице. Отбелку механической массы пероксидом водорода можно проводить в дисковой мельнице, что дает возможность избежать расходов, связанных с созданием и эксплуатацией отбельной установки. Пероксид водорода может быть добавлен в дисковую мельницу второй ступени. Щепа до размола может быть обработана силикатом натрия и комплексообразователем .

Отбелка механической массы в дисковой мельнице менее эффективна по сравнению с отбелкой в башне вследствие высокой температуры в зоне размола и короткого времени пребывания древесных волокон в дисковой мельнице. Кроме того, наличие силиката натрия способствует образованию накипи на гарнитуре дисковых мельниц .

Отбелка при аэрофонтанной сушке. В процессе аэрофонтанной сушки механической массы (в основном ХТММ) можно проводить отбелку полуфабриката, впрыскивая отбеливающий раствор пероксида водорода .

Лекция 6. Отбелка механической массы

За 40 с сушки полуфабриката до сухости 85 % белизна массы достигает 60 %. Полуфабрикат упаковывается в кипы, и отбелка массы продолжается при хранении .

В процессе отбелки механической массы при аэрофонтанной сушке следует контролировать содержание щелочи в отбеливающем растворе таким образом, чтобы по мере расходования пероксида водорода рН массы был нейтральным или слабокислым, что способствует стабильности белизны полуфабриката .

Комбинированная отбелка. Прирост белизны механической массы при оптимальном расходе каждого из рассмотренных отбеливающих реагентов не превышает обычно 12...14 %. Дальнейшее увеличение расхода реагента оказывается малоэффективным, несмотря на то, что процесс разрушения хромофоров в механической массе к этому моменту, как правило, еще не завершен. Более высокий эффект отбелки может быть достигнут комбинированием восстановительного и окислительного воздействий, так как при этом в реакции вовлекаются практически все хромофорные группировки .

В тех случаях, когда белизна механической массы должна быть повышена более чем на 12 %, применение двухступенчатой отбелки (рис. 6.7) – сначала пероксидом водорода, затем дитионитом натрия – позволяет сделать это с приемлемой рентабельностью. Вторая ступень может дать примерно 1,5-кратное приращение белизны к той, которая достигается на первой ступени .

Рис. 6.6. Схема двухступенчатой комбинированной отбелки:

первая ступень – пероксидом водорода, вторая ступень – дитионитом натрия Лекция 6. Отбелка механической массы Оптимальный режим пероксидной ступени отбелки механической массы не отличается от режима обычной отбелки в одну ступень: расход пероксида водорода 10...15 кг/т, концентрация массы не менее 12 % рН 10...11, температура 40...60 0С, продолжительность 2...3 ч. Прирост белизны хвойной механической массы составляет 10...13 % .

Оптимальные условия второй (восстановительной) ступени также не отличаются от одноступенчатого процесса: расход дитионита натрия 10 кг/т, концентрация массы 6...8 %, рН 5...6, температура 60...70 °С, продолжительность – до 2 ч. Прирост белизны – 3...5 % .

Таким образом, общий прирост белизны при двухступенчатой комбинированной отбелке хвойной механической массы может составить 13... 18 %, а при отбелке лиственной механической массы - до 20 % .

6.5. Оборудование для отбелки К основным видам оборудования, применяемого при отбелке механической массы (рис. 6.7), относятся отбельные башни, смесители, сгустители .

Рис 6.7. Принципиальная схема ступени отбелки

Отбельные башни представляют собой вертикальные цилиндрические емкости, оборудованные приспособлениями для выполнения вспомогательных операций (перемешивание, разбавление, выгрузка). В зависимости от производительности вместимость башен колеблется в широком диапазоне – от 80 до 2500 м3. Отношение высоты башни к ее диаметру чаще всего составляет 3,5. Такое отношение, установленное из опыта эксплуатации, создает оптимальные условия для перемешивания массы в аппарате .

Лекция 6. Отбелка механической массы Конструкции отбельных башен очень разнообразны .

В качестве примера на рис. 6.8 приведены два типа башен – с перемещением массы сверху вниз (а) и снизу вверх (б) .

–  –  –

В башнях с движением массы сверху вниз возможно изменение продолжительности обработки регулированием уровня массы (степени заполнения башни), что является важным преимуществом. Такие башни удобнее в обслуживании, так как позволяют вести визуальное наблюдение за белизной массы, легко отбирать пробы для анализов и прекращать отбелку при достижении заданной белизны или израсходовании заданного количества отбеливающего реагента. Однако в башнях этого типа невозможно исключить контакт массы с воздухом. Они предпочтительны для пероксидной отбелки, но совершенно непригодны для отбелки дитионитом натрия .

При отбелке механической массы пероксидом водорода в башне с потоком массы сверху вниз в ее днище устанавливают разгрузочное устройство, представляющее собой шнек (рис. 6.8, б) и позволяющее проводить отбелку при средней и высокой концентрации. Отбельные башни с восходящим потоком полностью заполняются волокнистой суспензией, поэтому масса после смешивания с отбеливающим реагентом не соприкасается с воздухом вплоть до завершения реакции .

Устройства подобного типа могут использоваться для отбелки дитионитом натрия. В эксплуатации эта конструкция менее удобна, она не позволяет гибко регулировать продолжительность обработки .

Лекция 6. Отбелка механической массы Смесители предназначены для смешивания массы с растворами отбеливающих реагентов .

Наибольшее распространение в современных схемах отбелки получили смесители, работающие в комплекте с насосами МС по принципу «ожижения» массы .

Смеситель представляет собой компактную конструкцию, состоящую из смесительной камеры, ротора и подводящих патрубков для подачи жидких и газообразных химических реагентов .

Корпус можно поворачивать в четырех различных направлениях, что обеспечивает гибкость при монтаже смесителя и подключении его к массопроводам .

Смеситель можно устанавливать сразу после насоса. При вращении ротора создается высокая турбулентность потока, разрушаются связи между волокнами и

Похожие работы:

«ЕМЕЛЬЯНОВ АНАТОЛИЙ ВИТАЛЬЕВИЧ ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ И РЕСУРСА ПРОМЫСЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ И ОТЛОЖЕНИЯ СОЛЕЙ Специальность 05.26.03 – "Пожарная и промышленная безопасность" (нефтегазовая отрасль) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени ка...»

«Мокляченко Алина Викторовна АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВОГО СТЕКЛА С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и произ...»

«СНЕГОУБОРЩИК МОТОБЛОЧНЫЙ СМ-1 и его модификации ПАСПОРТ 202002097501 ПС СНЕГОУБОРЩИК МОТОБЛОЧНЫЙ СМ-1 и его модификации ПАСПОРТ 202002097501 ПС 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗДЕЛИИ. Снегоуборщик мотоблочный СМ-1 202002097501 Порядковый производственный...»

«ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ "БРАТСКИЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ ТЕХНИКУМ" УТВЕРЖДАЮ Директор В.Г.Иванов ""_2014г. ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Основы материаловедения 2014 г. Программа учебной дисциплины разработана на основе Федерального государственного образовате...»

«СЕРИЯ ИЗДАНИЙ ПО БЕЗОПАСНОСТИ № 75-Ш8АО-7 издании по безопасност Ш ернооыльская авария: к1 ДОКЛАД МЕЖДУНАРОДНОЙ КОНСУЛЬТАТИВНОЙ ГРУППЫ ПО ЯДЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ МЕЖДУНАРОДНОЕ АГЕНТСТВО ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ, ВЕНА, 1993 КАТЕГОРИИ ПУБЛИКАЦИЙ СЕРИИ ИЗДАНИЙ МАГАТЭ ПО БЕЗОПАСНОСТ...»

«К 150-летию Научно-учебного комплекса "Энергомашиностроение" Техническая физика и энергомашиностроение Редакционный совет А. А . Александров (председатель), д-р техн. наук А. А. Жердев (зам. председателя), д-р техн. наук В. Л. Бондаренко, д-р техн. наук А. Ю. Вараксин, д-р физ.-мат. наук, член-корреспондент РАН К. Е. Демихов д-р...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНСТИТУТ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ _ СТУДЕНЧЕСКИЙ ЧАПТЕР МЕЖДУНАРОДНОГО ОБЩЕСТВА ИНЖЕНЕРОВ-НЕФТЯНИКОВ ПРОБЛЕМЫ ГЕ...»

«ВОЛКОВА НАТАЛИЯ НИКОЛАЕВНА РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКОКАЛОРИЙНЫХ ЭМУЛЬСИОННЫХ СОУСОВ НА ОСНОВЕ НАТУРАЛЬНЫХ ИНГРЕДИЕНТОВ Специальность 05.18.06 – "Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов" АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание...»








 
2018 www.new.pdfm.ru - «Бесплатная электронная библиотека - собрание документов»

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.