Лесопромышленность в Российской Федерации

2Н2О2 = 2Н2О + О2

С точки зрения эффективности процесса беления эта реакция является нежелательной, поскольку не обеспечивает необходимой степени белизны, а кислород повреждает целлюлозу. Приведенная реакция каталитически ускоряется на свету, в присутствии ионов металлов, в щелочной среде и при повышенных температурах.Отбеливающее действие оказывает продукт диссоциации перекиси водорода как кислоты с образованием пергидроксил-иона:

Н2О2 = Н + НО2¯

Процесс электролитической диссоциации, а следовательно, и увеличение концентрации иона НО2-, ускоряется в щелочной среде и при увеличении температуры, благодаря связыванию ионов водорода ионами ОН-. Реакция протекает по схеме:

Н2О2 + ОН- = Н2О + НО2-Образование основной белящей частицы – пергидроксил-иона – ещё более усиливает нежелательную реакцию каталитического разложения перекиси водорода:

Н2О2 + НО2¯ = Н2О + О2 + ОН¯

Поэтому, чтобы в условиях беления в максимальной степени сохранить основные белящие частицы НО2- и повысить устойчивость перекисных растворов, в систему необходимо вводить стабилизирующие добавки. Наиболее распространенным стабилизатором, предотвращающим каталитическое разложение Н2О2, является силикат натрия.

Основными достоинствами хлорита натрия (NaClO2) как отбеливателя являются: практически полное отсутствие окислительной деструкции целлюлозы, высокая скорость беления, разрушение хлоритом не только окрашенных примесей волокна, но и большинства других сопутствующих веществ. В то же время применение хлорита натрия связано с определенными трудностями. Его растворы обладают сильным корродирующим действием на оборудование, а продукты его разложения являются токсичными веществами. Единого мнения в отношении механизма беления хлоритом натрия не существует. Экспериментально установлено, что беление NaClO2 наиболее активно протекает в кислой среде при рН= 3 – 4,5 в присутствии специальных активаторов.

Схема производства бумаги

1 этап.

На первом этапе производится предварительная обработка древесного сырья.

Еловая древесина распиливается на слешерных столах дисковыми пилами на мерный баланс длиной 1,2 м, освобождается от коры (окаривается) в окорочных барабанах сухим способом (без подачи воды в барабан). Часть окоренного баланса измельчается до получения технологической щепы в рубительных машинах.

2 этап.

На втором этапе происходит производство полуфабриката - древесной массы и термомеханической массы.

В древесно-массном цехе получают древесную массу, путем механического истирания мерного баланса в дефибрерах. В шахту дефибрера загружаются балансы, по всей длине прижимаются к вращающемуся керамическому камню, в результате чего происходит разделение древесины на волокна. Древесная масса проходит сортирование, очистку, сгущение и отбелку.

В цехе термомеханической массы из технологической щепы получают термомеханическую массу путем двухступенчатого размола под давлением пропаренной щепы. Она также проходит сортирование сгущение и отбеливание.

3 этап.

Третий этап - производство бумаги.

Полученные полуфабрикаты - термомеханическая масса и древесная масса, а также привозная товарная беленая сульфатная целлюлоза, распущенная и подмолотая, составляют композицию бумажной массы, из которой производится газетная бумага.

Бумажная масса после предварительного сортирования, очистки, деаэрации и тонкого сортирования поступает на бумагоделательную машину, где в сеточной части происходит формование бумажного полотна, обезвоживание его под давлением прессовых валов, сушка в процессе прохождения через сушильные цилиндры, обогреваемые изнутри паром, повышение гладкости при прохождении бумаги между каландровыми валами и намотка готовой бумаги на вал наката. Затем на продольно-резательном станке бумага разрезается на рулоны требуемых форматов, упаковывается и складируется. Отгрузка бумаги осуществляется железнодорожным, автомобильным и водным транспортом.

Основные технологические процессы изготовления бумаги

Технологический процесс изготовления бумаги (картона) включает следующие основные операции: аккумулирование бумажной массы; разбавление ее водой до необходимой концентрации и очистку от посторонних включений и узелков; напуск массы на сетку; формирование бумажного полотна на сетке машины; прессование влажного листа и удаление избытка воды;: сушку; машинную отделку и намотку бумаги (картона) в рулон. В техническом потоке производства бумаги бумагоделательная машина - самостоятельный агрегат, узлы которого установлены строго последовательно вдоль монтажной оси.

Аккумулирование. Приготовление бумажной массы проводят в размольно-приготовительном отделе. Потоки волокнистых, наполняющих, проклеивающих, окрашивающих и других материалов, составляющих композицию данного вида будущей бумаги, направляются в дозатор или составитель композиции, где они непрерывно и строго дозируются в заданном соотношении, а затем поступают в мешальный бассейн. В этом бассейне масса тщательно перемешивается и аккумулируется (накапливается).

Назначение аккумулирования бумажной массы - непрерывно поддерживать стабильность и бесперебойную работу машины в течение некоторого времени. Концентрация массы в бассейне 2,5-3,5 %.

Рафинирование. Рафинирование бумажной массы производится перед ее подачей на машину в аппаратах непрерывного действия - конических и дисковых мельницах. В процессе рафинирования бумажной массы происходит выравнивание степени помола массы, устранение пучков волокон и некоторый подмол массы. Для этого мельницы устанавливают после машинного бассейна непосредственно перед бумагоделательной машиной.

Гидролизное производство вырабатывает: фурфурол, этиловый спирт, глюкозу, сорбит, ксилит, белково-витаминные концентраты. Основным химическим процессом при получении перечисленных веществ является гидролиз полисахаридов, входящих в состав растений. В качестве сырья используются: отходы лесозаготовки и некоторых сельскохозяйственных культур. Удельный вес продукции гидролизного производства ~9 % от валового выпуска продуктов лесохимии.

Гидролиз древесины

Под гидролизным производством понимают осахаривание древесины кислотами (серной и соляной), включая переработку полученных сахаров на этиловый спирт, углекислоту, кормовые дрожжи и другие продукты. Гидролизу обычно подвергают отходы лесозаготовительных производств. Гидролиз древесины серной кислотой производят в гидролизаппарате объемом 18 м3 и более. В загруженный измельченными отходами аппарат подают острый пар. Как только температура массы достигнет 150…170 оС в аппарат вводится 0,5…0,7%-ная серная кислота, нагретая до 170…200оС. Полученный гидролизат фильтруется и подается в испарители . Пары гидролизата конденсируются и подаются на переработку для извлечения метилового спирта. Выгрузку остающегося лигнина в циклон осуществляют продуванием гидролизатора сжатым воздухом.

Гидролиз древесины концентрированной серной кислотой производят при температуре 40оС с образованием древесного сусла, которое подается в бродильные чаны, где в течение 10 ч идет процесс сбраживания. Бражку отделяют от дрожжей в сепараторе, после чего пропускают через ректификационный аппарат и получают этиловый спирт-сырец, который преимущественно идет на производство синтетического каучука.

При комплексной переработке абсолютно сухой древесины можно получить 150…180 л этилового спирта, 30…40 кг кормовых дрожжей, 25…30 кг жидкой углекислоты, 300 кг лигнина, и 9…15 кг других химикатов. Из лигнина можно получить активированный уголь, органические кислоты, наполнители резины и пластмасс, удобрения.

В соответствии с требованиями народного хозяйства страны гидролизная промышленность в СССР в предыдущие годы развивалась главным образом в направлении производства этилового спирта, являвшегося исходным сырьем для получения синтетического каучука по методу академика Лебедева. В последние годы в связи с освоением крупнотоннажного производства синтетического этилового спирта из этилена дальнейшее расширение гидролизно-спиртового производства намечается осуществлять только путем интенсификации существующего производства.

Дальнейшее же развитие гидролизной промышленности намечается осуществлять путем строительства новых гидролизных заводов в следующих трех основных направлениях:

1) гидролизно-дрожжевые заводы, основной продукцией которых будут кормовые дрожжи для животноводства;

2) фурфурольно-дрожжевые заводы; основная продукция их — технический фурфурол для химической промышленности н кормовые дрожжи для животноводства;

3) заводы, вырабатывающие пищевую глюкозу и многоатомные спирты для химической промышленности.

Для получения моносахаридов на гидролизных заводах должно применяться в первую очередь наиболее дешевоБ растительное сырье, не находящее сбыта. Этим сырьем может быть древесина в виде отходов лесопиления, деревообработки, дрова, а также растительные отходы сельского хозяйства: кукурузная кочерыжка, подсолнечная лузга, хлопковая шелуха, солома, стебли хлопчатника и т. д. Большинство из них сосредоточено в больших количествах около лесопильных, деревообрабатывающих, маслобойных заводов, заводов гибридных семян кукурузы и т.д., благодаря чему создаются наиболее благоприятные условия для их переработки на месте.

Химический состав гидролизного сырья оказывает большое влияние на ассортимент вырабатываемой из него продукции. Например, на гидролизно-дрожжевом заводе, где все получаемые моносахариды используются для выращивания кормовых дрожжей, химический состав исходного растительного сырья не имеет решающего значения.

Фурфурол

Прибор для получения фурфурола показан на рисунке 4. Пятилитровая круглодонная колба А с помощью корковой пробки соединена с воздушным холодильником Б, представляющим собой трубку диаметром 1,8 см и длиной 50 см.

На расстоянии 15 см от нижнего конца к трубке Б припаян изогнутый книзу боковой отросток В. Изогнутый верхний конец трубки Б соединен с наклонным холодильником. К концу холодильника присоединен длинный аллонж с открытым боковым отростком. Конец аллонжа доходит до дна перегонной колбы емкостью 250-300 мл, служащей приемником. В приемник помещают 80-100 мл перегнанного хлороформа. Отводная трубка перегонной колбы, которая должна быть расположена на несколько сантиметров выше отростка В, соединена с этим отростком каучуковой трубкой, через которую при перегонке фурфурола водный слой должен стекать обратно в колбу А. Гидравлический затвор, образующийся в каучуковой трубке ниже отростка препятствует прохождению паров из колбы А в приемник через каучуковую трубку.

В колбу А помещают 750 г кочерыжек кукурузных початков, очищенных от зерен и измельченных до величины горошин, 1 кг поваренной соли и 2,5 л 10% серной кислоты. Смесь тщательно взбалтывают, колбу А присоединяют к описанному выше прибору и помещают ее в глубокую песочную баню с хорошим обогревом, отгонка образующегося фурфурола должна производиться быстро.

Отгоняющийся с паром фурфурол собирается в хлороформенном слое. Перегонку прекращают после того, как уровень хлороформа в приемнике перестанет повышаться, на что требуется около 7-10 часов. Хлороформенный раствор фурфурола отделяют от водного слоя, промывают его разбавленной щелочью, затем водой и сушат над прокаленным сернокислым натрием.

Большую часть хлороформа отгоняют из колбы с небольшим дефлегматором. Остаток его отгоняют в вакууме, после чего перегоняют фурфурол, нагревая колбу на масляной бане, температура которой не должна превышать 130 градусов. После нескольких мл головного погона собирают чистый, бесцветный фурфурол, перегоняющийся при 70-72 градуса/25 мм. Выход 78-80 г.

Фурфурол, C5H4O2, молярный вес 96,08 – мало растворимая в воде, легко растворяющаяся в спирте и эфире бесцветная жидкость со своеобразным запахом. Температура плавления –36 градусов, температура кипения 161-162 градуса/760 мм, d204 1,1594, n20D 1,5260. При хранении окрашивается в темный цвет и постепенно осмоляется.

Примечания

Для того, чтобы ускорить перегонку фурфурола, рекомендуется прикрыть открытые части колбы А и обмотать воздушный холодильник Б асбестом.

Другие способы получения

Фурфурол может быть получен с высокими выходами действием соляной и бромистоводородной кислот на ксилозу и другие пентозы. Доступным источником фурфурола является растительное сырье, содержащее пентозаны, как-то: кочерыжки кукурузных початков, некоторые виды древесины, шелуха и солома овса, риса и др. злаков, волокна конопли, сердцевина выжатого сахарного тростника и т.д. Гидролиз пентозанов и отгонка образующегося фурфурола производятся нагреванием растительного материала с разбавленной соляной или серной кислотой, реже используются азотная и фосфорная кислоты. Обширная литература по получению фурфурола рассматривается в некоторых обзорных статьях, опубликованных за последние годы.

Дубильно-экстрактовое производство вырабатывает дубильные вещества. Основным процессом является водная экстракция. В качестве сырья наиболее широко применяется т. н. корьё (поленья, пни и корни) дуба и каштана, реже ивы, ели. Ведутся работы по вовлечению в производство отходов (коры) лиственницы. (Доля в объёме продуктов лесохимии около 1 %).

Основным процессом канифольно-скипидарного производства является перегонка с водяным паром сосновых живицы и осмола.

В процессе пиролиза древесины вырабатываются: уксусная, пропионовая, масляная кислоты, метанол, древесная смола, древесный уголь и др.

5.2. Структура лесопромышленного комплекса Российской Федерации.

В структуре лесопромышленного комплекса выделяются следующие отрасли: