Влияние условий сульфатной варки на содержание остаточного лигнина и групп гексенуроновой кислоты в лиственной целлюлозе

УДК 676.16

Ю.В. Севастьянова, Л.А. Миловидова, Г.В. Комарова, Т.А. Королева

Миловидова Любовь Анатольевна родилась в 1946 г., окончила в 1970 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии ЦБП Архангельского государственного технического университета. Имеет более 90 печатных трудов в области производства беленых волокнистых полуфабрикатов.

Комарова Галина Владимировна родилась в 1947 г., окончила в 1970 г. Ленинградскую лесотехническую академию, кандидат химических наук, доцент кафедры технологии ЦБП Архангельского государственного технического университета. Имеет более 90 научных трудов в области производства беленой целлюлозы.

Королева Татьяна Алексеевна родилась в 1974 г., окончила в 1996 г. Архангельский государственный технический университет, старший научный сотрудник НИС АГТУ кафедры технологии целлюлозно-бумажного производства АГТУ. Имеет более 20 печатных работ в области исследования процессов отбелки целлюлозы.

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ СУЛЬФАТНОЙ ВАРКИ НА СОДЕРЖАНИЕ ОСТАТОЧНОГО ЛИГНИНА И ГРУПП ГЕКСЕНУРОНОВОЙ КИСЛОТЫ В ЛИСТВЕННОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЕ

Изучено влияние основных факторов сульфатной варки на содержание остаточного лигнина в лиственной сульфатной целлюлозе в целях оптимизации условий и получения высококачественного продукта.

Ключевые слова: лиственная сульфатная целлюлоза, остаточный лигнин, группы гексенуроновой кислоты, способность к отбелке.

Выполненные нами исследования показали, что такие факторы сульфатной варки, как температура, расход активной щелочи, продолжительность стоянки на конечной температуре, оказывают заметное влияние на способность лиственной целлюлозы к отбелке, или на «белимость».

Причиной снижения белимости лиственной целлюлозы обычно считают образование групп гексенуроновой кислоты (Нех-А), особенно, при получении мягких целлюлоз с числом Каппа 10 ... 14 ед.

Для выяснения изменений в составе технической лиственной целлюлозы по ходу варки в лабораторных условиях был проведен эксперимент со смесью березовой и осиновой древесины (1 : 1). Для этого отбирали фракции щепы с сит (20 и 10) фракциоиатора АЛГМ. Режим варки: подъем температуры от 70 °С до конечной -2 ч; стоянка на конечной температуре 0,5; 1,0; 1,5; и 2,0 ч; гидромодуль -1:4; температура - 160, 165 и 170 °С; концентрация активной щелочи - 45, 52 и 55 г/л (в ед. Na2O); сульфидность белого щелока - 25 %.

В образцах целлюлозы определяли выход, число Каппа, содержание лигнина и групп гексенуроновой кислоты (Hex-A). Результаты представлены на рис. 1-3.

Повышение температуры варки от 160 до 170 °С (при одинаковой продолжительности варки) привело к снижению выхода и числа Каппа для всех рассмотренных значений начальной концентрации активной щелочи

Рис. 1. Влияние температуры и продолжительности варки лиственной древесины на изменение выхода (а, в, д) и числа Каппа (б, г, е) целлюлозы при различной концентрации активной щелочи в варочном щелоке: а, б - 45 г/л; в, г - 52; д, е - 55 г/л; 1 - продолжительность варки 30 мин;

2 - 60; 3 - 90; 4 - 120 мин

(рис. 1). Снижение числа Каппа отмечено при повышении температуры варки от 160 до 165 °С и концентрации активной щелочи 45 и 52 г/л. При дальнейшем повышении температуры варки для этих концентраций активной щелочи имело место повышение числа Каппа во всем интервале продолжительности стоянки.

Повышение начальной концентрации активной щелочи до 55 г/л при увеличении температуры варки снижало число Каппа только при продолжительности варки на конечной температуре в течение 30 мин. При более длительной стоянке температура варки практически не влияет на величину числа Каппа.

Характер изменения содержания лигнина в зависимости от температуры и продолжительности варки представлен на рис. 2, где видно, что ход кривых изменения содержания лигнина существенно отличается от изменения числа Каппа (см. рис. 1). Классический характер изменения содержания лигнина в целлюлозе отмечен только

Рис. 2. Влияние температуры и продолжительности варки лиственной древесины на изменение содержания лигнина

для варки при температурах 160 ... 165 °С. При повышении температуры варки до 170 °С растворение лигнина завершается уже в течение 30 мин стоянки на конечной температуре.

Дальнейшее увеличение продолжительности варки не только не приводит к снижению содержания лигнина, но, наоборот, при высокой концентрации щелочи (рис. 2, в) сопровождается некоторым увеличением его содержания в целлюлозе.

Как видно из рис. 2, б, г, е, на содержание групп Hex-A в лиственной целлюлозе влияют все рассмотренные факторы варки: продолжительность, температура, расход щелочи. При этом содержание групп Hex-A зависит от сочетания этих факторов. Так, при концентрации активной щелочи в варочном щелоке 55 г/л повышение температуры и продолжительности варки существенно снижает содержание групп Hex-A, причем скорость снижения при повышении температуры практически одинакова во всем временном интервале варки (рис. 2, е). Кривые изменения содержания групп Hex-A практически параллельны друг другу, а при продолжительности стоянки 60, 90 и 120 мин почти сливаются.

При концентрации активной щелочи 45 г/л и повышении температуры варки до 165 °С содержание групп Нех-А снижается, но продолжительность варки практически не влияет на этот показатель. Дальнейшее повышение температуры до 170 °С сопровождается увеличением содержания групп Hex-A тем в большей степени, чем меньше продолжительность варки.

Для целлюлозы, полученной при варке с использованием варочного раствора концентрацией активной щелочи 52 г/л, характерны промежуточные результаты. Для стоянки продолжительностью 30 и 60 мин (рис. 2, г) при повышении температуры варки до 170 °С содержание групп Нех-А остается постоянным, при дальнейшем увеличении продолжительности варки имеет место снижение содержания групп Hex-A.

Введение поправки в число Каппа (1 ед. Каппа = 10 ммоль/г групп Нех-А) привело к заметному снижению значений этого показателя для варок при температуре 170 °С (рис. 3). Однако тенденция к некоторому росту значений числа Каппа при повышении температуры варки до 170 °С сохранилась и в этом случае.

Таким образом, при варке лиственной сульфатной целлюлозы такие основные факторы, как продолжительность, температура и расход активной щелочи, неоднозначно влияют на содержание остаточного лигнина и групп Hex-A, которые в дальнейшем определяют поведение целлюлозы при отбелке. Наиболее заметное влияние на образование групп Hex-A и содержание остаточного лигнина оказывает совместное действие концентрации активной щелочи и температуры варки. Снижение содержания групп

Рис. 3. Влияние температуры варки лиственной древесины на изменение расчетного числа Каппа при различной концентрации активной щелочи: а - 45 г/л; б - 52; в - 55 г/л

Нех-А при одновременном снижении содержания остаточного лигнина достигается при относительно низкой температуре варки (160 °С) и начальной концентрации активной щелочи не ниже 52 г/л.

Архангельский государственный лесотехнический университет

Поступила 29.10.04

Yu. V. Sevastjanova, L.A. Milovidova, G. V. Komarova, T.A. Koroleva Influence of Sulfate Cooking on Residual Lignin Content and Groups of Hexuronic Acid in Hardwood Pulp

The influence of the main factors of Sulfate Cooking on the residual lignin content aimed at optimizing conditions and producing high-quality pulp is studied.