Щелочная обработка целлюлозы после хлорирования

После завершения хлорирования целлюлоза промывается водой для удаления избытка соляной кислоты и перешедших в раствор органических продуктов. Как говорилось выше, хлорлигнин в кислой водной среде при хлорировании растворяется не полностью, в особенности при хлорировании сульфатной целлюлозы, и для его удаления необходима щелочная обработка, которая ведется при высокой концентрации массы (12…16 %) и продолжается 2…3 ч.

При щелочной обработке хлорированной сульфитной целлюлозы повышение температуры не обязательно, поскольку количество лигнина, остающегося в целлюлозе после хлорирования, невелико и этот хлорлигнин в значительной мере деградирован.

При щелочении сульфатной, хлорированной целлюлозы необходим подогрев массы до 40…60 °С, так как сульфатный хлорлигнин растворяется в щелочи с трудом.

Расход NaOH при щелочной обработке хлорированной сульфитной целлюлозы составляет 1…1,5 %, сульфатной 2…3 % от массы волокна. Для связывания переходящего в раствор хлорлигнина требуется гораздо меньшее количество щелочи: примерно 0,3…0,6 % NaOH для сульфитной и 0,6…1,2 % NaOH для сульфатной целлюлозы. Избыток щелочи затрачивается на нейтрализацию соляной кислоты, удержанной волокном после промывки, исоздание щелочной среды (рН 11…12), необходимой для растворения хлорлигнина. Теоретический расход составляет 1 г на 3 г хлорлигнина, но для удержания лигнина в растворенном состоянии необходим избыток щелочи. Щелочерастворимая часть хлорлигнина представляет собой высокомолекулярную фракцию. Эта же часть лигнина обладает выраженными хромофорными свойствами; поэтому после щелочной обработки и промывки цвет целлюлозы делается светлее. Высокая концентрация массы (14…16 %) особенно желательна при щелочной обработке сульфатной хлорированной целлюлозы, так как при этом сокращается расход пара на подогрев массы и повышается концентрация щелочи в растворе, что способствует более полной экстракции хлорлигнина.

Наиболее важным фактором является температура, так как основную роль при извлечении хлорлигнина из волокна играет процесс диффузии. Повышение расхода щелочи и температуры при щелочной обработке хлорированной сульфатной целлюлозы приводит к незначительному снижению жесткости и вязкости целлюлозы, но существенно улучшает конечную белизну целлюлозы после добел-ки. Улучшению конечной белизны целлюлозы способствуют добавки небольших количеств окислительных реагентов, например пероксида водорода или гипохлорита. В последние годы распространение получило применение кислорода при щелочной обработке целлюлозы после хлорирования, в особенности при отбелке сульфатной целлюлозы.

Метод окислительной щелочной обработки в присутствии кислорода (ЩО₂) в 1987 г. применяли 80 % всех отбельных установок в Канаде. Щелочную обработку в этом случае ведут при температуре 60…70 ° С, но без повышения давления в башне; концентрация массы чаще всего около 10 %, расход кислорода порядка 0,5 % к массе волокна, расход щелочи такой же, как при обычной щелочной обработке. Отработанный щелок после щелочной обработки, как и после хлорирования, имеет темно-коричневый цвет. Целлюлоза после обработки и последующей промывки горячей водой сохраняет серовато-желтоватый оттенок и степень ее белизны невысока.

После хлорно-щелочной обработки достигается более глубокая делигнификация целлюлозы и более высокая ее белизна при сохранении достаточно высокой вязкости и некотором снижении показателей ВПК и ХПК сточных вод. Очевидно, окислители участвуют в процессе разрушения лигнина и обесцвечивания его хромофорных групп. Введение в схему отбелки щелочной окислительной обработки позволяет повысить окончательную белизну хвойной и лиственной сульфатной целлюлозы до 85…89 %, уменьшить расход диоксида хлора на добелку и сократить загрязненность стоков от щелочения на 25…30 %. Расход кислорода на ступень ЩО₂ составляет около 5 кг/т целлюлозы, экономия в расходе диоксида хлора на добелку около 3 кг/т.

Как видно, применение стадии ЩО₂ позволяет с одинаковым успехом получать высокую степень белизны при колебаниях числа Каппа небеленой целлюлозы от 20 до 30. Одновременно обеспечивается и конечная стабильность белизны. Основным преимуществом такой схемы является сокращение количества и токсичности загрязнений в сточных водах от хлорирования и щелочной обработки.

Щелочная обработка, даже на холоду, приводит к деструкции гемицеллюлозы и целлюлозы. В цепевидных молекулах углеводов возникают карбонильные и карбоксильные группы, происходит частичный разрыв гликозидных связей, а короткие цепи частью переходят в раствор. Это приводит к повышению средней СП и вязкости целлюлозы, небольшому снижению содержания пентозанов и некоторому повышению содержания карбонильных групп в целлюлозе после щелочной обработки. Из побочных процессов, происходящих при щелочной обработке хлорированной целлюлозы, следует отметить растворение смолистых веществ (которые связывают некоторое количество хлора), что ведет к снижению содержания общей и вредной смолы в целлюлозе. Снижается также содержание золы.