CC BY
36
УДК 676.012
Е.В. Дьякова, Л.А. Миловидова, В.И. Комаров, Т.Н. Коробейникова, М.Н Лукина
Дьякова Елена Валентиновна родилась в 1977 году, окончила в 1999 году Архангельский государственный технический университет, аспирант кафедры технологии целлюлозно-бумажного производства. Область научных интересов -исследование свойств полуфабрикатов для производства тарного картона.
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 60 научных трудов в области производства беленых волокнистых полуфабрикатов.
Комаров Валерий Иванович родился в 1946 г., окончил в 1969 г. Ленинградскую лесотехническую академию, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии целлюлозно-бумажного производства Архангельского государственного технического университета. Имеет более 160 печатных трудов в области исследования свойств деформативности и прочности целлюлозно-бумажных материалов.
влияние различных модификации неи-трально-сульфитной варки на физико-механические
свойства полуцеллюлозы
Установлено, что для производства нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы предпочтительнее использовать лиственную древесину. Варки при повышенных значениях расхода химикатов и продолжительности стоянки на конечной температуре позволяют получить полуцеллюлозу с наибольшим выходом. Полуфабрикат с максимальными характеристиками жесткости (сопротивление плоскостному сжатию) получен при варке полуцеллюлозы со степенью замещения моносульфита белым щелоком 40 %.
нейтрально-сульфитная полуцеллюлоза, фракционный состав, моносульфит натрия, буфер, разрывная длина, сопротивление продавливанию, сопротивление плоскостному сжатию.
Нейтрально-сульфитная полуцеллюлоза используется в производстве флютинга, а также в композиции основного слоя крафт-лайнера. Классическим вариантом производства этого полуфабриката является варка с использованием моносульфита, забуференного содой или бикарбонатом. Продолжительность подъема до конечной температуры (175 °С) составляет 35 мин; продолжительность стоянки на конечной температуре - 25 мин; гидромодуль варки 3,7:1,0.
Модификации этого процесса позволяют повысить как выход полуцеллюлозы, так и одну из основных ее характеристик - сопротивление плоскостному сжатию.
Для оценки влияния различных модификаций варки нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы (НСПЦ) на свойства полуфабриката выполнены лабораторные варки с использованием следующих варочных растворов: на чистом моносульфите; на моносульфите с добавкой NaOH или белого щелока; на отработанном моносульфитном (красном) щелоке с добавкой белого щелока; на зеленом щелоке и на смеси зеленого и белого щелоков.
В ходе эксперимента варьировали основные факторы варки: температуру, расход химикатов, породный и фракционный состав щепы.
Для изготовления образцов полученную полуцеллюлозу подвергали горячему размолу до 30 °ШР. Масса 1 м2 изготовленных отливок составляла 125 г. Для оценки физико-механических свойств полученных образцов использовали стандартные характеристики: разрывную длину L, сопротивление продавливанию (П), сопротивление раздиранию R, сопротивление плоскостному сжатию (СМТ). Полученные экспериментальные результаты представлены в табл.1-6.
Переменными параметрами при проведении варок смеси хвойной (98,2 %) и лиственной (1,8 %) щепы с использованием моносульфита, забу-ференного содой, были температура стоянки, продолжительность варки и расход химикатов. Как следует из приведенных в табл. 1 данных, оптимальным является режим №8. Испытания показали, что повышение температуры
Таблица 1
Варки НСПЦ на моносульфите, забуференном содой
Порядко- Темпера- Продолжи- Расход Характеристики
вый номер тура тельность химикатов полуцеллюлозы
варки стоянки, °С стоянки, мин на варку** В, % L, м П, кПа СМТ, Н
* 175 25 14 - 6550 421 304
1 170 15 10 87,2 5300 235 152
2 180 15 10 77,9 7850 392 166
3 170 15 14 87,9 5900 279 136
4 180 15 14 79,2 6700 397 178
5 170 25 10 87,0 7250 394 171
6 180 25 10 76,0 7400 431 190
7 170 25 14 88,8 8250 470 207
8 180 25 14 79,6 8300 529 220
* Варка лиственной щепы по классическому режиму в лабораторных условиях.
** Здесь и далее, в табл. 2-6, расход приведен в процентах от массы абс. сухой древесины в ед.
Таблица 2
Варки* НСПЦ на моносульфите с добавкой КаОН
Порядко- Соотношение Расход Характеристики
вый номер Na2CO3 : NaOH химикатов полуцеллюлозы
варки на варку В, % L, м П, кПа СМТ, Н R, мН
1 1:4 10 81,6 5400 350 240 860
2 4:1 10 84,6 5900 350 250 900
3 1:4 12 80,7 4550 260 200 700
4 4:1 12 84,5 5800 350 260 800
5 1:4 14 80,1 5500 340 230 820
6 4:1 14 82,7 5400 320 220 740
* Лиственная щепа.
на 10 °С значительно увеличивает все механические характеристики при снижении выхода (В) полуцеллюлозы на 10 %. Увеличение расхода химикатов с 10 до 14 % и продолжительности варки с 15 до 25 мин приводит к увеличению выхода НСПЦ и всех механических показателей (варка № 7).
В табл. 2 объединены результаты варок лиственной щепы. Варочный раствор представлял собой смесь моносульфита (в единицах Na2CO3) и NaOH. Исследовано два соотношения Na2CO3 и NaOH (4:1 и 1:4). Варки проводили с разными расходами химикатов (10, 12, 14 %) при постоянной температуре 175 °С. В этом случае оптимальным является режим варки № 4. При соотношении Na2CO3:NaOH = 4:1 и расходе химикатов 12 % все физико-механические показатели полуцеллюлозы выше, чем в остальных случаях. Увеличение расхода химикатов снижает выход полуцеллюлозы, а увеличение содержания каустика в варочном растворе - разрывную длину, сопротивление раздиранию и сопротивление плоскостному сжатию.
Таблица 3
Варки НСПЦ на моносульфите с добавкой белого щелока
Поряд- Породный состав Добавка Расход Характеристики
ковый щепы, % белого химикатов полуцеллюлозы
номер Хвойная Лиственная щелока, на варку В, L, П, СМТ, R,
варки % % м кПа Н мН
* - 100,0 - 10,0 81,1 7750 500 - -
* - 100,0 - 14,0 83,3 8200 598 - -
1 4,7 95,3 - 12,0 81,7 7100 460 310 1240
2 30,0 70,0 - 12,0 83,1 6850 461 260 1140
3 4,7 95,3 10 14,2 77,0 7350 529 305 1220
4 4,7 95,3 20 15,9 75,9 6400 441 290 1290
5 30,0 70,0 20 15,9 75,8 6350 443 242 1470
6 4,7 95,3 30 18,3 72,3 7300 470 320 1250
7 4,7 95,3 40 20,2 67,9 7300 540 325
8 30,0 70,0 40 20,1 69,6 5850 510 266
* Варки проведены по классическому режиму.
Таблица 4
Варки НСПЦ на моносульфите с добавкой белого щелока и опилок
Порядковый номер варки Состав сырьевой смеси, % Расход химикатов Характеристики полуцеллюлозы
Щепа Опилки на варку В, % Ь, м П, кПа
1 100 - 14 83,3 8200 598
2 100 - 10 81,1 7750 500
3 90 10 14 80,4 7800 549
4 84 16 14 81,2 7850 539
5 84 16 14 79,9 7900 559
6 84 16 14 - 7900 549
7 84 16 10 80,7 6500 421
8 70 30 14 80,7 6150 333
Результаты варок с добавкой белого щелока представлены в табл. 3, 4. В этой серии варок варьировали расход химикатов, относительное содержание белого щелока в варочном растворе и фракционный состав щепы. При увеличении расхода химикатов выход полуфабриката снижается приблизительно на 10 %, а механические показатели увеличиваются (см. табл. 3). При увеличении доли белого щелока в варочном растворе от 10 до 40 % ухудшения механических свойств полуцеллюлозы не отмечено.
Повышение содержания хвойной щепы с 4,7 до 30 % уменьшает сопротивление плоскостному сжатию на 20 %. Наличие в составе щепы древесных опилок снижает выход и разрывную длину полуцеллюлозы (табл. 4).
Проведены варки на отработанном моносульфитном (красном) щелоке с добавкой белого щелока (табл. 5). Переменные параметры этих варок: расход химикатов и фракционный состав щепы. В этом случае увеличение
0536 - 1036. ИВУЗ. «Лесной журнал». 2002. № 6
90
Таблица 5
Варки НСПЦ на отработанном щелоке с добавкой белого щелока
Порядковый номер варки Породный состав щепы, % Состав сырьевой смеси, % Расход Характеристики полуцеллюлозы
Фракция щепы Опилки химикатов
Хвойная Лиственная Нормальная Мелкая на варку В, % Ь, м П, кПа СМТ, Н Я, мН
1 - 100,0 100 - - 3,8 83,6 5 700 328 260 1020
2 - 100,0 100 - - 9,1 77,1 6250 412 270 1120
3 - 100,0 100 - - 14,1 71,6 7550 461 315 1140
4 - 100,0 100 - - 19,2 67,7 7750 559 310 1300
5 14,1 85,9 100 - - 3,2 87,5 4900 323 190 1100
6 14,1 85,9 100 - - 8,0 83,5 5650 372 223 1340
7 14,1 85,9 100 - - 12,9 75,2 6500 450 239 1420
8 14,1 85,9 100 - - 17,7 71,7 6650 480 270 1510
9 14,1 85,9 85 10 5 3,2 86,5 5850 338 203 1160
10 14,1 85,9 85 10 5 12,9 79,4 7300 451 238 1100
11 - 100,0 80 20 - 12,9 77,7 7900 539 283 960
12 - 100,0 85 10 5 12,8 78,2 8350 529 251 980
Таблица 6
Варки НСПЦ на зеленом щелоке
Порядковый номер варки Массовая доля щелока в варочном растворе, % Расход химикатов на варку Характеристики полуцеллюлозы
В, L, П, СМТ, R,
зеленого белого % м кПа Н мН
1 100 - 12 81,2 7400 480 300 900
2 100 - 14 79,8 7700 505 290 860
3 20 80 14 76,7 6750 505 290 1180
4 80 20 14 78,9 6300 450 280 1100
расхода химикатов снижает выход полуцеллюлозы на 17 %. Все механические показатели, за исключением сопротивления плоскостному сжатию, с ростом расхода щелочи увеличиваются. Сопротивление плоскостному сжатию повышается до 315 Н при расходе химикатов 14,1 % в ед. Na2CO3, дальнейшее увеличение расхода химикатов приводит к снижению этого показателя. Увеличение в составе щепы содержания мелкой фракции и опилок при повышении расхода химикатов отражается на выходе продукта: он снижается на 11 %. Все механические показатели, за исключением сопротивления раздиранию, которое снижается на 20 %, возрастают.
Варки на зеленом щелоке и на смеси зеленого и белого щелоков (табл. 6) проводили с изменением расхода химикатов от 12 до 14 % при стабилизации остальных параметров. Соотношение зеленого и белого щелоков равно 1:4 и 4:1. Конечная температура 175 °С. Анализ результатов варок показал, что с увеличением расхода химикатов снижается сопротивление плоскостному сжатию.
При варке на смеси зеленого и белого щелоков увеличение доли последнего способствует росту разрывной длины (с 6300 до 6750 м) и сопротивления плоскостному сжатию (от 280 до 290 Н).
Выводы
1. Для производства нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы предпочтительнее использовать лиственную древесину. Добавка хвойной древесины ухудшает механические свойства полуцеллюлозы, но добавка белого щелока к моносульфитному смягчает отрицательное влияние добавки хвойной древесины, что позволяет увеличить ее долю в композиции.
2. При повышенном расходе химикатов (14 %) и продолжительности стоянки на конечной температуре 25 мин получена полуцеллюлоза с наибольшим выходом (88,8 %). Механические показатели полученного полуфабриката соответствуют требуемым значениям, за исключением сопротивления плоскостному сжатию.
3. Полуфабрикат с наибольшим значением сопротивления плоскостному сжатию получен при варке на моносульфите с добавкой 40 % белого щелока. Показатель сопротивления плоскостному сжатию зависит от породного состава.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Галеева Н.А. Производство полуцеллюлозы и целлюлозы высокого выхода. - М.: Лесн. пром-сть, 1970. - 320 с.
2. Перекальский Н.П., Галеева Н.А. Производство полуцеллюлозы. - М: Гослесбумиздат, 1963. - 14 с.
Архангельский государственный технический университет
ОАО «Архангельский целлюлозно-бумажный комбинат»
Поступила 15.01.02
E. V. Djakova, L.A. Milovidova, V.I. Komarov
Influence of Different Modifications of Neutral-sulfite Cooking on Physical-and-mechanical Properties of Semichemical Pulp
Hardwood is found out to be more preferable for producing neutral-sulfite semichemical pulp. Cooking at increased values of chemical charge and duration of haulting with final temperature allows to produce semichemical pulp with the biggest output. Semifinished product with maximum characteristics of hardness (resistance to plane compression) is produced at pulp cooking with 40% degree of monosulfite substitution by white liquor.
