CC BY
26
кости максимальна; уменьшение скорости жидкости в расширяющихся местах почвенных пор приводит к укрупнению агрегированных структур, которые, попадая в места сужения , могут образовывать цепочечные и сетчатые связанные с гелем структуры, ответственные за ПФКР.
В связи с предлагаемым механизмом возникающий потенциал правильнее называть не потенциалом фильтрации коллоидного раствора, а потенциалом фильтрации коллоидных структур.
Теперь можно выделить факторы, которые согласно приведенной выше схеме будут определять величину ПФКС.
Во-первых, это скорость движения воды и ее изменение.
Во-вторых, склонность коллоидных частиц к агрегации с образованием цепочечных и сетчатых структур.
В-третьих, структура образующихся агрегатов, ее способность к взаимодействию с гелем и способность обеспечивать смещение внутренней части коллоидных частиц по отношению к внешней под действием движущейся воды.
В-четвертых, свойства и структура геля, его способность к взаимодействию с агрегатами золя.
В-пятых, параметры почвенной структуры.
Литература.
1. Федотов Г.Н., Неклюдов А. Д. К вопросу о разделении зарядов при дг. жении водных растворов через слой почвы // Аспирант и соискатель- 2001- №1.-С. 74-79.
2. Федотов Г.Н., Неклюдов А.Д. Влияние состава поливочных растворов на создание электрических полей в почвах // Аспирант и соискатель- 2001-№2,- С. 114-119.
3. Федотов Г.Н., Поздняков А.И. Электрическая активность почв и ее влияние на рост растений // Актуальные проблемы современной науки - 2001.- № 2.
4. Семенов А.С. Электроразведка методом естественного электрического поля,- Л.: Недра, 1980.-448 с.
5. Боровинская Л.Б. О применении метода естественного электрического поля при изучении фильтрации в почвогрунтах // Почвоведение - 1970,- №11-С. 29-35.
6. Электрокинетические свойства капиллярных систем,- М.,Л.: Изд. АН СССР, 1956,- 352с.
7. Кройт Г.Р. Наука о коллоидах. - М., 1955 - 539 с.
8. Радов А.С., Пустовой И.В., Корольков А.В. Практикум по агрохимии,-М.: Колос, 1965.-375 с.
9. ГасановА.М. Практикум по почвоведению- М.: Моск. гос. ун. Природообустройства, 2000 - 203с.
10. Поздняков А.И. Методика измерения естественного электрического поля почв: Научн. докл. высш. шк. //Биолог, науки,- 1975,-№7,-С. 137-139.
11. ГригоровО.Н. и др. Руководство к практическим работам по коллоидной химии- М.,Л.: Химия, 1964.-332 с.
12. РоуэлД. Почвоведение: методы и использование.-М.:Колос, 1998,-487с.
13. Ефремов И.Ф. Периодические коллоидные структуры. - Л.: Химия, 1981. - 172с.
14. Практикум по коллоидной химии / Под ред. И.СЛаврова. - М.: Высш.шк., 1983,216с.
К ВОПРОСУ ОБЕССМОЛИВАНИЯ БИСУЛЬФИТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Ф.Х. ХАКИМОВА, профессор, зав. кафедрой технологии ЦБП Пермского государственного технического университета,
Т.Н. КОВТУН, доцент кафедры технологии ЦБП Пермского государственного технического университета
До настоящего времени остается нерешенным вопрос предотвращения и устранения смоляных затруднений, возникающих на целлюлозных заводах и бумажных фабриках на различных стадиях обработки целлюлозной и бумажной массы.
Липкая часть смолистых веществ древесины, перешедшая при варке в щелок,
откладывается на оборудовании по всему технологическому потоку, забивает сетки бумагоделательных машин, снижает ее производительность, ухудшает качество продукции и в конечном итоге повышает издержки производства. Загрязнение оборудования смоляными отложениями вызывает необходимость его периодической промыв-
ки щелочными растворами, или продувки паром, или использования специальных реагентов, что в свою очередь также увеличивает себестоимость выпускаемой продукции. В последние годы, в связи с ухудшением качества поставляемого сырья, отсутствием надлежащей выдержки древесины, а также с увеличением в сырье доли лиственной древесины, проблема смоляных затруднений становится особенно актуальной.
Проведено множество исследований по выяснению причин, вызывающих смоляные затруднения, и способов их устранения. Имеется целый ряд рекомендаций по борьбе с этим явлением, многие из которых используются в производственной практике. Однако смоляные затруднения возникают на целлюлозно-бумажных предприятиях постоянно, принося экономические убытки. Поэтому производственники и исследователи продолжают уделять большое внимание изысканию эффективных способов устранения смоляных затруднений на конкретном предприятии.
Авторами работы была исследована возможность снижения смолистости би-сульфитной целлюлозы. При выполнении были использованы три способа уменьшения смолистости бисульфитной целлюлозы на разных стадиях технологического процесса:
• отделение мелкого волокна из бисульфитной целлюлозы после варки и промывки;
• применение теплой воды при промывке целлюлозы;
• использование добавки поверхностноактивных веществ (ПАВ) при варке хвойной и лиственной древесины.
Известно, что в древесине содержится 5-6 % мелких паренхимных клеток, заполненных, в частности, и смолой. Во время варки часть этих клеток разрушается, но однако большая часть остается неповрежденной и входит в состав целлюлозных волокон. В мелких волокнах сосредоточено основное количество находящейся в целлюлозе смолы, и чем мельче фракция мелочи, тем больше ее смолистость. Поэтому, отделяя
мелочь, смолистость целлюлозы можно значительно снизить.
Для выполнения данного этапа работы была использована производственная би-сульфитная целлюлоза Камского ЦБК со степенью делигнификации 33, массовой долей в целлюлозе смол и жиров - 1,76 % и «вредной» смолы - ,1,4 мг/100г. Отделение мелочи из навески бисульфитной целлюлозы осуществляли через неподвижное сито с диаметром отверстий 0,5 мм струей воды. При этом через сито проходила разбавленная водой суспензия мелких целлюлозных волокон, содержащих значительное количество смолы. В зависимости от продолжительности фракционирования количество отделенного мелкого волокна составило от 0,5 до 8,0 %. В образцах целлюлозы после отделения мелочи была определена массовая доля смол и жиров и «вредной» смолы (см. рисунок).
Наиболее существенно снижение массовой доли смол и жиров в целлюлозе при отделении мелочи до 2 %, при этом эффект обессмоливания составляет около 50 %. Дальнейшее отделение мелкого волокна (от 2,0 до 8,0 %) менее значительно сказывается на обессмоливании целлюлозы.
Отделение мелкого волокна приводит и к уменьшению «вредной» смолы в целлюлозе, однако это происходит несколько иначе, чем снижение общей смолистости. Уменьшение «вредной» смолы в целлюлозе на 50 % можно достичь при отделении 3 % целлюлозной мелочи. Эффект снижения «вредной» смолистости усиливается при дальнейшем увеличении количества отделенного волокна, а при отделении 8 % мелочи можно почти полностью удалить эту смолу из целлюлозы.
Таким образом, отделение от целлюлозы 2,0 % мелкого волокна позволяет снизить общую и «вредную» смолистость целлюлозы соответственно на 50 и 40 %. Отделение мелочи в количестве более 2,0 % нецелесообразно, поскольку достигаемое при этом обессмоливание не оправдывает повышенных потерь волокна.
£
в
о
2
о
«
Ч
О
ч
к
л
ш
о
о
25
20
15
10
*0
Ч
О
3 о «
О
X
4 (-
щ г-,
я 2
к
Ц
о
ч
«
сЯ
се
О
О
Количество отделенного волокна, %
• X Массовая доля смол и жиров • Массовая доля "вредной" смолы
Рисунок. Динамика изменения смолистости целлюлозы от количества отделенного волокна
Температура промывной воды оказывает влияние на содержание смолы в целлюлозе. Промывка холодной водой в значительной степени способствует осаждению жирных кислот и жиров на целлюлозное волокно, что является одной из причин образования «вредной» смолы в целлюлозе и значительно влияет на ее липкость. Поэтому авторами было изучено влияние использования теплой воды при промывке целлюлозы после варки на ее смолистость.
Варки бисульфитной целлюлозы проводили в лабораторных условиях, используя производственную щепу из ели и осины и варочную кислоту, полученную на Камском ЦБК. Варочная кислота на Na-Mg-ocнoвaнии имела следующий состав: содержание всего БОг - 4,6^4,8 %; связанного БОг - 2,6-2,8 %. pH кислоты 4,5-5,0.
Бисульфитные варки проводили по следующему режиму:
- подъем температуры до 115 °С - 1,5 часа;
- стоянка при этой температуре - 2,0 часа;
- подъем температуры до 158-160 °С - 2,0 часа;
- варка при конечной температуре - 1,0 - 2,0 часа.
Из еловой и осиновой древесины были получены по два образца бисульфитной целлюлозы различной степени провара, т.к. этот показатель оказывает влияние на смолистость целлюлозы. После окончания варки каждый образец целлюлозы делили на две части: одну часть промывали холодной водой (10-15 °С), другую - теплой водой (40-45 °С). Результаты определения смолистости образцов целлюлозы представлены в табл. 1.
Из данных видно, что более мягкая целлюлоза имеет и более высокие показатели по массовой доле смолы. Это, вероятно, связано с тем, что при увеличении продолжительности варки паренхимные клетки сильнее разрушаются и выделяют больше смолистых веществ.
Применение теплой воды при промывке целлюлозы после варки позволило снизить общую смолистость хвойной и лиственной целлюлозы на 30-40 %, а «вредную» смолистость хвойной целлюлозы - на 44-50 % и лиственной - на 50-57 %. Более высокие значения снижения этих показателей получены для жесткой целлюлозы.
Таблица 1
Влияние температуры воды при промывке на смолистость целлюлозы
№ варки Порода древесины Продолжительность варки, час-мин Выход целлюлозы, % от древесины Степень делигнификации Температура воды при промывке целлюлозы, °С Массовая доля в целлюлозе Снижение массовой доли в целлюлозе при промывке теплой водой, %
смол и жи- ров, % «вредной» смолы, мг/100г цел-зы
смол и жиров «вредной» смолы
1 е? 7-30 55,0 48,4 10-15 1,32 13,2 - -
40-45 0,76 6,6 42,4 50,0
2 8-00 53,6 37,4 10-15 1,38 19,4 - -
40-45 0,94 10,8 29,9 44,3
3 осина 6-30 55,4 32,3 10- 15 1,51 20,2 - -
40-45 1,09 8,7 27,8 56,9
4 7-00 52,9 28,8 10-15 1,71 23,2 - -
40-45 1,01 11,8 33,1 49,1
Для обессмоливания бисульфитной целлюлозы на начальной стадии технологического процесса - во время варки - была использована добавка к варочной кислоте поверхностно-активного вещества ОС-20, представляющего собой смесь полиоксиэти-леногликолевых эфиров высших жирных спиртов. Варки еловой и осиновой древесины проводили в лабораторных условиях. Состав варочной кислоты и режим варки аналогичны предыдущей серии опытов. Вещество ОС-20 растворяли в варочной кислоте при температуре 70-75 °С перед заливкой в автоклав.
Результаты варок еловой древесины приведены в табл.2.
Добавка 0,25 % ПАВ позволила снизить смолистость целлюлозы и массовую долю в ней «вредной» смолы соответственно на 20 и 25 %. Повышение расхода ПАВ не улучшило эти показатели.
Более существенным оказалось влияние добавки ПАВ на скорость варки - при варке по одинаковому режиму степень де-лигнификации и, соответственно, выход целлюлозы снизились существенно. Для получения образца, аналогичного по выходу и степени делигнификации целлюлозе, полученной без добавки ПАВ, продолжитель-
ность варки с использованием ОС-20 была сокращена на 1 час. Массовая доля общей и «вредной» смолы в этой целлюлозе значительно ниже (соответственно на 40 и 67 %), чем в целлюлозе без добавки ОС-20.
Аналогичные результаты получены при проведении бисульфитных варок осины (табл. 3), т.е. применение ОС-20 привело к ускорению процесса и снижению смолистости целлюлозы. Введение ПАВ в количестве 0,5 % при варке осины позволило снизить общую смолистость на 47 %, а «вредную» -на 63 %.
Применение ОС-20 при варке ели и осины положительно отразилось на механической прочности и белизне целлюлозы -более высокие показатели имеют образцы, полученные с использованием при варке ПАВ.
Таким образом, проведенные сравнительные исследования показали, что наиболее эффективным способом обессмоливания бисульфитной целлюлозы является использование ПАВ ОС-20 при варке, что позволяет устранить, главным образом, «вредную» смолистость целлюлозы на начальной стадии переработки древесины, одновременно позволяя сократить продолжительность варочного процесса.
Таблица 2
Результаты бисульфитных варок еловой древесины с £ збавкой ОС-20
• Наименование показателей Добавка ОС-20, %
- 0,25 0,5 0,25
Продолжительность варки, час-мин 8-00 8-00 8-00 7-00
Степень делигнификации 37,4 21,4 18,1 34,6
Выход целлюлозы, % 53,6 52,0 46,0 53,0
Массовая доля в целлюлозе:
смол и жиров, % 1,38 1,09 1,20 0,82
«вредной» смолы, мг/100 г 19,4 14,6 15,6 6,4
Механические показатели (60°ШР, 75 г/м2):
разрывная длина, м 9620 9200 8020 9960
сопротивление:
продавливанию, кПа 500 460 370 520
излому, ч.д.п. 770 960 890 -
раздиранию, мН 400 510 520 540
Белизна, % 58 68 68 68
Таблица 3
Результаты бисульфитных варок осиновой древесины с добавкой ОС-20
Наименование показателей Добавка ОС-20, %
- 0,25 0,5
Продолжительность варки, час-мин 6-30 6-30 6-00 6-00
Степень делигнификации 32,3 26,8 28,8 30,7
Выход целлюлозы, % 55,4 52,9 54,5 55, Г
Массовая доля в целлюлозе:
смол и жиров, % 1,54 1,39 1,13 0,81
«вредной» смолы, мг/100 г 20,2 15,2 9,6 7,5 ,
Механические показатели (60°ШР, 75 г/м2):
разрывная длина, м 8610 8620 9140 9110
сопротивление:
продавливанию, кПа 320 380 410 390
излому, ч.д.п. 440 570 620 680
раздиранию, мН 480 510 530 520
Белизна, % 60,0 68,5 68,5 69,0
