Производство сульфитной целлюлозы

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

Московский государственный университет леса

Кафедра химической технологии древесины и полимеров

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине: Органическая химия

 

Вариант 1.

Производство  сульфитной целлюлозы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент группы ЛХ–21:

Иванов Иван Иванович

(зач. №111011)

Проверил преподаватель

_______________________________

 

 

 

 

 

Москва, 2012 год

 

Содержание.

 

Введение.           3

Глава 1. Производство сульфитной целлюлозы.    5

1.1. Общая схема производства сульфитной целлюлозы.   5

1.2. Техника сульфитной варки.       8

1.3. Влияние основных факторов сульфитной варки на скорость

процесса, выход и качество целлюлозы.      12

1.4. Регенерация сернистого газа и тепла сдувок.    13

1.5. Технико-экономические показатели варки.     15

Заключение.          18

Список использованной литературы.      19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Лес – богатство, принадлежащее всему человечеству. Запасы древесины в лесах РФ все ещё огромны, несмотря на их интенсивное освоение. Велико значение леса как источника получения древесины и разнообразных даров леса. Неоценимы водоохранные и почвозащитные, санитарно-гигиенические и эстетические свойства лесов, зеленых зон городов и лесопарков, а также их быстрорастущая рекреационная роль.

Начало использованию  древесины для химической переработки  положили древнейшие промыслы – углежжение и смолокурение. По мере развития химии и химической технологии древесина приобрела все большую значимость в качестве сырья для химической переработки. Одновременно сложилась теоретическая основа современной технологии химической переработки древесины – химия древесины – наука, на базе которой выросли целлюлозно-бумажная, гидролизная и лесохимическая промышленности, представляющие неотъемлемые отрасли экономики. Проблема обеспечения всевозрастающих объемов производства промышленной продукции технологическим сырьем выгодно отличает древесное сырье перед другими природными сырьевыми источниками органических веществ (углем, нефтью, природным газом). Особенность древесного сырья – его быстрая естественная и непрерывная возобновляемость. Ежегодно за счет процесса фотосинтеза в ценные компоненты древесины превращается огромное количество углерода воздуха.

Химической переработкой древесины заняты целлюлозно-бумажная, гидролизная и лесохимическая промышленности. Органически объединяемые видом перерабатываемого сырья –  древесиной, они основаны на различии в поведении ее основных компонентов по отношению к различным физико-химическим воздействиям в определенных условиях. Крупнейшей отраслью химической переработки древесины является целлюлозно-бумажная промышленность, занимающая первое место по количеству перерабатываемой древесины среди отраслей по химической переработке. В настоящее время почти все виды бумаги и картона вырабатываются из древесной целлюлозы и других древесных волокнистых полуфабрикатов. Древесная целлюлоза – сырье для производства искусственного ацетатного и вискозного волокон, часть ее используется при изготовлении пластичных масс, бездымного пороха, лаков и др.

Гидролизное производство, являющееся одной из отраслей микробиологической промышленности, получило особенно широкое развитие. Оно позволяет перерабатывать низкокачественную древесину и миллионы тонн разнообразных древесных и сельскохозяйственных отходов в важнейший продукт – кормовые белковые дрожжи, а также вырабатывать этиловый спирт, фурфурол, ксилит.

Лесохимическая промышленность объединяет несколько производств. Пиролиз (сухая перегонка) древесины дает древесный уголь, метиловый спирт, уксусную кислоту, фенольные смолы, различные органические растворители. Канифольно-скипидарное производство позволяет получить канифоль и скипидар, которые используются в лакокрасочной, парфюмерной и фармацевтической промышленности. Использование живых элементов дерева – возникло на базе переработки практически не используемой древесной зелени. Получаемая из хвои хлорофиллокаротиновая паста и другие препараты используются в медицине и парфюмерии. Производство витаминной муки из древесной зелени – кормового средства для животноводства – обеспечило бы рациональную утилизацию огромного количества веток, хвои и листьев.

В связи с ростом цен на нефтехимические продукты и прогнозируемыми трудностями с сырьем древесину рассматривают как основной источник углеродсодержащего сырья для химического синтеза. Пока большая стоимость доставки древесины и отсутствие достаточно рентабельных способов ее химической переработки являются сдерживающими факторами. Решение задач существенного снижения стоимости доставки древесины и разработки технологий, способных конкурировать с нефтехимическим синтезом, в перспективе откроет новое направление в технологии химической переработки — органический синтез на основе органических веществ древесины.

 

Глава 1. Производство сульфитной целлюлозы.

1.1. Общая схема производства сульфитной целлюлозы.

 

Современные разновидности  сульфитных методов варки, в которых  для делигнификации растительного сырья используется сернистая кислота и ее соли, многочисленны. Поэтому, название сульфитный следует сохранять за классическим сульфитным методом варки, занимающим второе место по объему производимой целлюлозы. Общая схема производства сульфитной целлюлозы рассмотрена выше. Рассмотрим приготовление сульфитной кислоты.

Состав и характеристика сульфитной кислоты. Сульфитная кислота представляет собой водный раствор кислого сернистокислого кальция (бисульфита кальция), содержащий большой избыток растворенного сернистого ангидрида (двуокиси серы SO₂).

Условно состав сульфитной кислоты представляется выражением:

Ca(HSO₃)₂ + SO₂ + H₂O

бисульфит кальция растворенный SO₂

или  CaSO₃ + H2SO₃ + SO₂ + Н₂O

 

связанный SO₂ свободный SO₂

весь SO₂

Концентрацию компонентов  в кислоте выражают в процентах через сернистый ангидрид SO₂. Общее содержание сернистого ангидрида в кислоте называют весь SO₂ . Весь SO2 разделяют на связанный SO₂ и свободный SO₂. Под связанным SO₂ понимают количество SO₂, связанное в моносульфите кальция (CaSO₃ или CaO + SO₂). Окись кальция (СаО) называется основанием. Принимается, что содержание СаО в кислоте эквивалентно связанному SO₂. Содержащийся в сернистой кислоте и растворенный SO₂ объединяются под названием свободный SO₂. Крепость кислоты определяется содержанием всего SO₂.

Кислоту, получаемую в  кислотном отделе сульфитцеллюлозного завода, называют сырой сульфитной кислотой. Состав сырой кислоты для различных сульфитцеллюлозных заводов колеблется в пределах 2,8 – 4 % всего SO₂, в том числе 0,9 – 1,5 % связанного SO₂.

Варку сульфитной целлюлозы  проводят не с сырой, а с варочной кислотой, представляющей собой смесь сырой кислоты с продуктами сдувок из котлов, удаляемыми в процессе варки. Сырую кислоту в варочную превращают в отделе регенерации. Поглощая продукты сдувок, сырая кислота обогащается растворенным SO₂ , т. е. укрепляется и превращается в варочную кислоту, содержащую значительно больше сернистого ангидрида, чем требуется для химических реакций варки. Крепость варочной кислоты составляет 6 —– 8% всего SO₂ , pH=l,5. Пример характеристики варочной кислоты одного из сульфитцеллюлозных заводов следующий: 6 – 6,5 % всего SO₂ и 1,1 % связанного SO₂. Укрепление кислоты повышением содержания в ней свободного SO2 положительно сказывается как на скорости варки, так и на качестве целлюлозы.

Рассмотренная кислота, содержащая бисульфит кальция в  качестве основания, называется сульфитной кислотой на кальциевом основании. Варка с такой кислотой относится к классическому сульфитному методу. Главное условие возможности осуществления классического метода заключается в обеспечении высокого содержания растворенного SO₂ в варочной кислоте. При недостатке растворенного SO₂ бисульфит кальция, который существует только в присутствии свободной H₂SO₃, легко разлагается (особенно при повышенной температуре) на нерастворимый моносульфит кальция и сернистую кислоту:

Ca(HSO₃)₂ → CaSO3 + H₂SO₃ .

Разложение бисульфита делает невозможным нормальное протекание варки и завершается, как правило, получением непроверенной щепы темного цвета – так называемой «черной варкой».

Опасность разложения бисульфита кальция ограничивает возможность повышения конечной температуры варки (не более 155°С), что удлиняет варку (12 – 18 ч), а невозможность повышения рН кислоты (начальный 1,5 – 2) позволяет варить только еловую древесину.

В настоящее время  более широкое применение для  варки нашла сульфитная кислота, в качестве основания содержащая MgO, Na₂O или (NH₄)₂O*, образующих с SO₂ водорастворимые MgSO₃, Na₂SO₃ и (NH₄)₂SO₃ вместо нерастворимого CaSO₃. Высокая стабильность кислоты на растворимых основаниях позволяет применять повышенные температуры варки, а хорошая растворимость бисульфитов магния Mg(HSO₃)₂ , натрия NaHSO₃ и аммония NH₄HSO₃ дает возможность в нужных случаях без осложнений увеличивать содержание основания в кислоте и поднимать рН варочного раствора вплоть до применения чисто бисульфитных (рН 4,5), а для натриевого и аммониевого оснований – нейтрально-сульфитных (рН 8—10) методов варки. Благодаря применению варочных растворов с широким интервалом значений рН (от 1 до 10) стало возможным в качестве сырья использовать все древесные породы и получать волокнистые полуфабрикаты с любыми степенью делигнификации и выходом из древесины.

Сырую сульфитную кислоту  готовят по следующей схеме: получение SO₂ , очистка и охлаждение SO₂, поглощение SO₂ с получением кислоты.

Получение сернистого ангидрида. Сернистый ангидрид получают сжиганием серосодержащего сырья: серы, серного и флотационного колчеданов.

При сжигании серы образуется газообразный сернистый ангидрид (сернистый газ) по реакции S + O₂ → SO₂. Для сжигания серы применяют серные печи. Печные газы при концентрации в них сернистого ангидрида 16 – 18 % и температуре 1200—1300 °С выводятся из печи и направляются на охлаждение и очистку. Серный колчедан (пирит) представляет собой природный минерал состава FeS₂ с содержанием 40 – 45 % серы. Флотационный колчедан получается в виде отходов при обогащении руд цветных металлов. Он поступает на целлюлозные заводы с содержанием серы от 38 до 47 %.

Обжиг колчедана представляется следующей реакцией:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃+8SO₂ . Концентрация SO₂ в газах составляет 9 – 11 %, т. е. в 2 раза меньше, чем при сжигании серы. Это объясняется затратой кислорода на образование окиси железа.

Обжиг колчедана в  виде кусков ведут в специальных печах, среди которых наиболее эффективными являются печи с так называемым кипящим слоем УРКС (универсальная с кипящим слоем). Печные газы отводятся с температурой 800 – 900 °С, концентрацией сернистого газа 14 – 15 % и содержат около 10 – 27 % пылевидного огарка. Производительность печей 60 – 140 т колчедана в сутки. Основное преимущество перед другими конструкциями печей – использование сырья с низким содержанием серы, но получение газов с высокой концентрацией SO₂ (14 – 15%).

Очистка и охлаждение печных газов. Полученный при сжигании серы и обжиге серного колчедана печной газ содержит вредные примеси: пыль, серный ангидрид, селен, соединения мышьяка, несгоревшую серу. Для получения качественной сырой кислоты печные газы должны быть полностью освобождены от примесей и охлаждены до 30 – 35°С. Это диктуется способностью примесей разлагать кислоту и плохой поглощаемостью

водой горячего газа.

Поглощение сернистого ангидрида. На стадии поглощения SO2 получают сырую кислоту для сульфитных методов варки. В зависимости от метода варки поглощение SO₂ проводят растворами определенных химикатов в аппаратах той или иной конструкции.

Кислоту на кальциевом основании для  сульфитной варки получают преимущественно башенным методом. Поглощение SO₂ происходит в высокой деревянной или железобетонной кислотной башне, представляющей собой несколько расширяющийся книзу цилиндр (высота 35 – 40 м, диаметр внизу 2 – 2,5 м, наверху – 1,5 – 2 м). Башня полностью загружена камнями известняка (с содержанием СаСO₃ 96 – 97%), удерживаемого колосниковой решеткой, под которой находится бак для сбора сырой кислоты.

Сверху башня орошается холодной водой, стекающей по известковым камням навстречу движущемуся снизу от колосниковой решетки сернистому газу. Сернистый газ растворяется в воде, Образуя сернистую кислоту:

SO₂ + H₂O→ H₂SO₃.

Кислота, стекая по известняку, реагирует с ним, образуя бисульфит:

CaCO₃ + 2H₂SO₃ → Ca(HSO₃)₂ + CO₂ + H₂O. Далее в бисульфите растворяется еще

некоторое количество SO₂, и сырая кислота собирается в баке под колосниковой решеткой.

Работающие периодически однобашенные установки применяются редко. Чаще используются непрерывно работающие двухбашенные установки производительностью до 300 м³ кислоты в сутки на 1 м² сечения башни.

Приготовление кислоты на растворимых  основаниях. Дальнейшее совершенствование сульфитной варки усматривается в переводе сульфитцеллюлозных заводов на варку

с кислотой на растворимых  основаниях – магниевом, натриевом и аммониевом, которые получают поглощением сернистого ангидрида соответственно магнезиальным молоком Mg(OH)₂, водным раствором карбоната натрия Na₂CO₃ и гидроокисью аммония NH₄OH по реакциям:

Mg(ОН)_, + 2SO₂ → Mg(HSO₃)₂;

Na₂CO₃ + 2SO₂ + H₂O → 2NaHSO₃ + CO₂ ;

NH₄OH + SO₂ → NH₄HSO₃.

В полученных растворах  бисульфитов магния Mg(HSO₃) ₂, натрия NaHSO₃ и аммония NH₄SO₃ растворяют дополнительное количество SO₂) превращая бисульфитные растворы в сульфитные кислоты соответственно на магниевом, натриевом и аммониевом основаниях. Если бисульфитные растворы не насыщать дополнительным количеством SO₂, получаются кислоты для бисульфитной варки. Предельному содержанию связанной SO₂ соответствуют чистые моносульфиты натрия Na₂SO₃ и аммония (NH₄)₂SO₃, которые используют в нейтрально-сульфитном методе варки.

Поглощение SO₂ соответствующими растворами осуществляют в абсорбционных аппаратах (абсорберах) различных конструкций и размеров. Чаще всего применяют насадочные и барботажные абсорберы, представляющие собой цилиндрические колонны из кислотоупорной стали диаметром 0,9 – 1,5 м и высотой 10 – 20 м.

Полученную в кислотном цехе сырую кислоту перекачивают в баки или цистерны для хранения. При хранении кислота осветляется (отстаивается от взвешенных в ней примесей: известняка, моносульфита и др.) для повышения ее стабильности. Для осветления кислоты применяют специальные методы: осветляют на песочных фильтрах, добавляют полиакриламид (ПАА), выполняющий роль интенсификатора осаждения частиц и пр.

Осветленную сырую кислоту превращают в варочную и используют для варки сульфитной целлюлозы. Обычно запас кислоты поддерживается на уровне полуторасуточного расхода, причем часть этого запаса хранят в виде сырой, а часть – в виде варочной кислоты.

 

1.2. Техника сульфитной варки.

 

Варка сульфитной целлюлозы может осуществляться периодическим и непрерывным методами. Однако трудность практического осуществления непрерывной сульфитной варки до настоящего времени сохраняет преимущественно периодический характер сульфитцеллюлозного производства. Варка осуществляется в вертикальных стационарных котлах вместимостью от 160 до 400 м³, стальной корпус которых изнутри защищен кислотоупорной футеровкой. В последнее время чаще используют биметаллические котлы сварной конструкции. Порядок проведения операций при сульфитной варке аналогичен сульфатному периодическому процессу, за исключением некоторых специфических особенностей в характере их выполнения.

Загрузка котла щепой. Загрузка проводится так же, как и при сульфатном методе. Количество загруженной в котел щепы имеет исключительно важное значение, так как от этого зависит производительность котла. При естественной засыпке щепы в 1 м³ объема котла помещается от 0,33 до 0,37 м³ плотной древесины или (при влажности щепы 25 %, удельной массе еловой древесины 0,43 и объемной степени наполнения 0,35 м³/м³ котла) примерно 137 кг абсолютно сухой древесины (а.с.д.). Для повышения степени наполнения котла применяют воздушные и паровые уплотнители щепы. Наибольшего внимания заслужили паровые уплотнители, позволяющие довести степень наполнения котла до 0,42 – 0,50 (примерно 170 – 210 кг а.с.д. / м³ котла) с одновременным прогревом щепы до температуры 75 – 80 °С.

В отличие от сульфатной варки более полное предварительное удаление заключенного в щепе воздуха является обязательным условием успешной сульфитной варки. Оказывая противодействие проникновению кислоты в древесину, он замедляет процесс жидкостной пропитки и способствует нежелательному явлению – опережающей диффузии SO₂ в древесную ткань. Кроме того, постепенно выделяясь из щепы в процессе пропитки, воздух ускоряет рост давления в парогазовом пространстве котла, что требует проведения первой сдувки в более ранней стадии и вызывает обеднение кислоты растворенным SO₂, ухудшая условия заварки.

Наиболее простым и распространенным методом удаления воздуха является пропарка щепы паром, одновременно также повышающая плотность загрузки щепы в котел. Для пропарки применяется слегка перегретый пар с температурой не выше 160 – 180°С. Для полноты удаления воздуха температуру прогрева щепы доводят до 95 – 100 °С. Расход пара на пропарку составляет от 0,25 до 0,35 т на 1 т целлюлозы.

Наполнение котла кислотой. После  загрузки котла щепой и пропарки, а чаще совмещая с этими операциями, в котел насосом закачивают варочную кислоту. Закачка кислоты длится 20 – 30 мин. В зависимости от метода обогрева котел заливают кислотой полностью «под крышку» (непрямой обогрев), либо оставляют свободное пространство в 5 – 10 м³, учитывая возможность размещения в котле конденсата пара (прямой обогрев).

Объем кислоты, заливаемой в котел, зависит от степени наполнения котла щепой. Кислота, следовательно, заполняет оставшееся свободное пространство. Если степень заполнения котла, например, 0,35 м³ плотной древесины на 1 м³, то объем кислоты, очевидно, составит 0,65 м³ на 1 м³ котла. Фактически объем кислоты в 1 м³ котла будет несколько больше, так как некоторая ее часть уже во время закачки успевает впитаться в древесину. Максимальный объем кислоты, который может быть поглощен щепой при пропитке, определяется удельной массой и влажностью древесины.

Варка. Варка условно делится  на два периода: заварку – подъем температуры от начальной (50 – 70 °С) до 105 – 115 °С и стоянку на этой температуре – и собственно варку, охватывающую остальной период от подъема температуры до конечной (128 – 155 °С) и до завершения варочного процесса.

Продолжительность заварки составляет от 2 до 6 ч и зависит в основном от крепости кислоты, ее температуры и влажности щепы. В период заварки происходит пропитка щепы варочной кислотой и сульфонирование лигнина в твердой фазе. Более полному завершению этих процессов служит стоянка при температуре 105 – 115 °С, что отличает сульфитный варочный процесс от сульфатного и других разновидностей варок. Необходимость стоянки обусловливается наличием большого количества растворенного SO₂ . При проникновении сульфитной кислоты в щепу растворенный SO₂ частично выделяется и в газообразном виде гораздо быстрее достигает лигнина, чем ионы бисульфита HSO^¯₃, создавая тем самым высокую кислотность. Повышение температуры в этих условиях выше 105 – 115°С может вызвать конденсацию лигнина и испортить варку.

Рис. 2. Температурный  график сульфитной варки.

 

Период заварки составляет 4,5 ч, варки – около 4 ч; общая продолжительность варки около 8,5 ч. Одновременно с ростом температуры в котле увеличивается и давление. Обычно уже при достижении температуры 80 – 100 °С давление в котле, за счет выделения из кислоты свободного SO₂ и воздуха из древесины, достигает предельно допустимого (0,6 – 0,65 МПа). Для дальнейшего подъема температуры необходимо проводить сдувку парогазовой смеси. С целью поддержания давления в котле на постоянном уровне наиболее целесообразно производить непрерывную сдувку. Технологические сложности ограничивают возможность использования высокотемпературной непрерывной варки и варки без заварки, т. е. непрерывной варки, начинающейся сразу с максимальной температуры. Иметь же различные температуры одновременно в одном и том же варочном аппарате возможно только, если он находится под избыточным гидравлическим давлением, препятствующим парообразованию и кипению, и если сдувки из него практически не производятся. Из предложенных вариантов непрерывной сульфитной варки промышленное внедрение получил двухступенчатый метод, предусматривающий в первой ступени предварительную пропитку щепы бисульфитной кислотой для завершения процесса сульфонирования лигнина, что совершенно необходимо, а во второй – варку щепы с концентрированным водным раствором SO₂. Осуществляется процесс в установке «Камюр» с пристроенной к его верхней горловине наклонной пропиточной камерой (рис.3). Установка работает, как и в случае непрерывной варки сульфатной целлюлозы, с той лишь разницей, что пропаренная щепа вначале поступает не в загрузочное устройство варочного аппарата, а в наклонный пропиточный винтовой конвейер. Пропитка происходит при полном рабочем давлении 1,4 – 1,5 МПа, но при температуре не выше 120°С в течение 10 – 12 мин. Щепа, пропитанная бисульфитом, поступает в верхнюю часть котла, куда подаются в необходимом количестве жидкая двуокись серы и вода для создания нужного гидромодуля (3 : 3,5) : 1. Верхняя часть котла оборудована циркуляционной системой для непрямого обогрева и подъема температуры до 145 – 150 °С. Варка при составе кислоты 7 – 8% всего SO₂ и 0,8% связанного SO₂ продолжается в течение 2,5 – 3,5 ч., пока спускающаяся вниз по котлу масса не достигнет зоны отбора щелока. Сдувок из верхней части котла не производят и весь оборотный сернистый газ в систему регенерации отбирают из испарителя, через который пропускается выпускаемый из котла сульфитный щелок.

 

 

 

Рис. 3. Схема непрерывной  установки типа Камюр для сульфитной варки: 1 – бункер для щепы; 2 –  дозатор щепы; 3 – питатель низкого  давления; 4 – пропарочная цистерна; 5 – питательная среда; 6 – бак постоянного уровня; 7 – питатель высокого давления; 8 – наклонный пропиточный шнек; 9 – варочный котел; 10 – подогреватель варочной кислоты; 11 – испаритель; 12 – подогреватель оборотного щелока; 13 – регулятор выдувки; РД – регуляторы давления; РТ – регуляторы температуры; Р – расходомеры; РУ – регуляторы уровня; РС – регулятор соотношения.

1.3. Влияние основных факторов сульфитной варки на

скорость процесса, выход и качество целлюлозы.

 

К числу основных факторов сульфитной варки, оказывающих влияние на продолжительность процесса, выход и качество целлюлозы, а также выход сахаров в щелоке, следует отнести: температуру варки; состав кислоты, т. е. содержание в ней свободного SO₂ и основания; вид основания; качество щепы. Влияние всех факторов необходимо сопоставлять при соблюдении одного непременного условия – одинаковой степени провара целлюлозы. Степень провара целлюлозы, определяющая полноту извлечения лигнина, сказывается на всех показателях варки. При переходе от жестких целлюлоз (низкая степень провара) к мягким (высокая степень провара) увеличивается продолжительность варки.

Температура варки – один из главнейших факторов сульфитной варки. Повышение температуры ускоряет все реакции и процессы, сопровождающие варку: пропитку, сульфонирование лигнина, гидролиз образующихся лигносульфоновых кислот, а также углеводов. При повышении температуры варки одновременно с сокращением ее продолжительности снижается выход целлюлозы одинаковой степени провара. Объясняется это тем, что с повышением температуры ухудшается избирательность варки (гидролиз углеводов ускоряется в относительно большей степени, особенно гемицеллюлоз, чем делигнификация).

Повышение концентрации в кислоте свободного SO₂ ускоряет процесс пропитки, повышает концентрацию водородных ионов в варочном растворе и тем ускоряет реакцию

сульфонирования и все  гидролитические реакции. В результате следует ожидать значительного ускорения процесса варки в целом. Ускорение делигнификации и растворения углеводов при повышении крепости кислоты происходит примерно в одинаковой степени, т. е. избирательность варки не изменяется. Вследствие более быстрой и равномерной пропитки при варке с крепкой кислотой несколько повышается выход целлюлозы, и улучшаются показатели ее механической прочности.

Присутствие основания  в кислоте обусловливает повышенную концентрацию бисульфитных ионов и обеспечивает полноту реакции сульфонирования лигнина, устраняет этим опасность конденсации лигнина, позволяет применять высокие температуры варки с целью её ускорения. На скорость процесса делигнификации повышение содержания основания в кислоте действует одновременно в двух противоположных направлениях: с одной стороны, за счет повышения концентрации бисульфитных ионов ускоряется сульфонирование и затормаживаются реакции конденсации лигнина, а с другой – за счет снижения концентрации водородных ионов замедляется скорость сульфонирования, гидролиза и сульфитолиза лигносульфоновой кислоты. Если повысить концентрацию основания в кислоте умеренной крепости, не изменяя содержания всего SO₂, то результатом будет явное замедление варки. Если же одновременно с повышением содержания связанного SO₂ повышать и содержание растворенного SO₂ в кислоте таким образом, чтобы концентрация Н⁺-ионов оставалась на неизменном уровне, происходит некоторое ускорение варки. Варка с повышенным содержанием основания повышает выход целлюлозы, ее белизну и некоторые механические показатели (сопротивление разрыву и продавливанию), при этом снижается содержание РВ (редуцирующих веществ) в отработанном щелоке.

Кроме концентрации основания  в кислоте во время варки, на ее результат оказывают влияние валентность и природа катиона, т. е. вид основания. Варка на магниевом основании не дает заметных преимуществ в отношении продолжительности и выхода целлюлозы по сравнению с варкой на кальциевом основании. Основным преимуществом варки на магниевом основании является большая гибкость процесса, позволяющая применять

в зависимости от назначения продукта различные температуры варки и в широких пределах изменять содержание основания вплоть до использования чистых бисульфитных растворов с рН 5 – 6.

Использование для варки  кислоты с одновалентными растворимыми основаниями (натриевым и аммониевым) дает более существенные преимущества по сравнению с кислотой на магниевом основании. Одновалентные катионы поглощаются при пропитке практически равномерно всем объемом щепы, но в меньшей концентрации, чем двухвалентные, и степень нейтрализации лигносульфоновой кислоты в твердой фазе получается гораздо более низкой. Благодаря этому щепа равномернее пропитывается, в твердой фазе создается более низкий рН, лигнин быстрее гидролизуется и переходит в раствор при более низкой степени сульфонирования. Таким образом, обеспечивается сокращение продолжительности варки до одной и той же степени делигнификации с кислотой на одновалентных основаниях в пределах 15–20 %; несколько снижается расход древесины (до 5%), на 5–10% увеличивается производительность.

Сульфитный метод варки  предъявляет к качеству щепы высокие требования. Высокая влажность щепы требует применения крепкой кислоты, но провар целлюлозы равномерный. Пересушенная щепа дает неравномерно проваренную костричную целлюлозу. Оптимальной считается влажность щепы 25–30 %. Степень измельчения щепы при сульфитной варке является своего рода компромиссом. При малых размерах щепы улучшается пропитка и нагрев, но ухудшаются механические свойства целлюлозы как результат повреждения древесных волокон. Напротив, варка более крупной щепы дает целлюлозу с высокими прочностными свойствами, но с неравномерным проваром и повышенным содержанием непровара.

 

1.4. Регенерация сернистого газа и тепла сдувок.

 

С целью интенсификации процесса сульфитной варки в котел с варочной кислотой вводят значительно больше сернистого ангидрида, чем это требуется теоретически для протекания химических реакций. Поэтому как с экономических соображений, так и с точки зрения охраны окружающей среды обязательным является улавливание уходящего со сдувками избытка сернистого ангидрида для повторного его использования в процессе варки. Вместе с сернистым ангидридом и сдуваемой из газового пространства котла парогазовой смесью удаляются: воздух, вытесняемый из щепы; летучие органические соединения, образующиеся в результате варки; водяной пар и варочная жидкость (10 – 15 % объема варочной кислоты), увлекаемые из котла парогазовой смесью. Перечисленные компоненты составляют сдувки, которые из котла по соответствующим трубопроводам направляются в отдел регенерации.