Получение целлюлозы, древесной массы и бумаги.

Для выделения целлюлозы из древесины, содержащей (как было сказано выше) 32-56% целлюлозы, 5-10% других гексозанов, 10-20% пентозанов, 18-28% лигнина, 2-5% смол и ряд других примесей, применяют жесткие ус­ловия обработки: Чаще всего используют: 1) сульфитную, 2) бисульфитную, 3) суль­фатную варку древесной щепы.

На Сокольском ЦБК применяется сульфитная варка. Для производства сульфитной целлюлозы используются хвойные породы древесины (ель и пихта), допускается добавление лиственных пород в количестве до 10%.

Древесина после распиловки и окорки на слешерной установке поступает в рубительные машины, где из древесины образуется щепа. Щепа подается в варочные котлы. При сульфитной варке древесину обрабатывают раствором, содержащим 3,85% оксида серы (IV), около 1,5% оксида серы (IV), связывается  в виде гидросульфита натрия. В настоящее время переходят на 100%-связанный оксид серы (IV), чтобы исключить загрязнение атмосферы газом. При сульфитной варке происходит сульфирование лигнина с последующим переходом его в раствор. Одно­временно часть гемицеллюлоз гидролизуется. Образующиеся олиго- и моносахариды, а также часть смолистых веществ растворяются в ва­рочном щелоке. На Сокольском ЦБК вырабатывается целлюлоза сульфитная небеленая марки Ж-4, применяющаяся для выработки различных видов бумаги.

Одновременно на Сокольском ЦБК используют механическое исти­рание древесины в шахтах на дефибрерах. Продуктом является уже не целлюлоза, а древесная масса (диаметр частиц 2-3 мм). Этот про­цесс получения сырья для изготовления бумаги примерно вдвое более экономичен по расходу сырья (на получение 1 т древесной массы расходуется 2,56 м³ древесины, а на получение 1 т целлюлозы - 5,02 м³ древесины) и в несколько раз дешевле на единицу продукции.

В процессе изготовления высококачественной бумаги сырьем является и целлюлоза и древесная масса в определенных со­отношениях (50% целлюлозы, 50% древесной массы (обойная, тетрадная) , 70% древесной массы, 30% целлюлозы (газетная) и др.).

На Сокольском ЦБК вырабатывают различные виды бумаги: двухслойную обойную, мундштучную, телеграфную, обложечную, билетную, обойную однослойную, оберточно-упаковочную, спичечную, подпергамент, сангигиеническую, газетную, бумагу для гофрирования, картон для плоских слоев гофрированного картона.

В производстве древесной массы, целлюлозы и бумаги на Сокольском ЦБК функционируют следующие производственные подразделения:

склад сырья, ДПЦ (древесноподготовительный цех), кислотный цех, варочный цех, цех по производству бумаги, спиртодрожжевой цех, склады готовой продукции. На схеме 1 показана взаимосвязь этих подразделений в производстве бумаги.

Но сейчас целлюлозу получают и бисульфитным способом. Совместно с ЦНИИБ (центральным научно-исследовательским институтом бумаги) проведено 40 варок с добавлением (до 40%) осиновой щепы. Варка ведется на натриевом основании. В дальнейшем намереваются перейти на бисульфитную варку на магниевом основании с полной регенерацией химикатов (используется бисульфит магния Mg(HSO₃)₂, который получают следующим образом:

гашением окиси магния получают гидроксид магния:

MgO + H₂O → Mg(OH)₂ – ΔH

Далее через магнезиальное молоко (суспензия Mg(OH)₂) пропускают сернистый газ:

Mg(OH)₂ + 2SO₂ → Mg(HSO₃)₂ – ΔH).

Бисульфитные варочные растворы не содержат растворен­ного SO₂ и начальный рН их обычно составляет 3,5—5,0. Рас­творы химически чистых бисульфитов 1 н. концентрации при 25°С имеют рН равный 4,5. При этом значении рН SO₂ практи­чески присутствует в виде ионов бисульфита, что создает при варке условия, в максимальной степени благоприятствующие процессу сульфонирования лигнина. Напротив, явления конден­сации лигнина оказываются подавленными.

Бисульфитный способ варки при рН 3,5 – 5,0 позволяет пере­рабатывать практически любые древесные породы. Содержа­щиеся в ядровой древесине сосны, лиственницы и некоторых дру­гих хвойных пород вредные фенольные вещества в условиях бисульфитной варки не проявляют тормозящего действия. В ре­зультате бисульфитной варки получается целлюлоза, способная разделяться на волокна при относительно высоком выходе из древесины (60 – 62% для хвойных и 54 – 57% для лиственных по­род) и имеющая более высокие прочностные свойства, чем суль­фитная и моносульфитная целлюлоза той же степени провара. Однако бисульфитная целлюлоза обладает более трудной размалываемостью. По прочности на разрыв бисульфитная цел­люлоза не уступает сульфатной целлюлозе, а при выходе 65 – 70% превосходит ее. В небеленом виде бисульфитная целлюлоза обладает особенно высоким сопротивлением растяжению даже при выходе 70% и более.

Белизна бисульфитных целлюлоз из хвойных и лиственных пород не уступает белизне сульфитных целлюлоз, а в области высоких выходов и низких степеней провара превышает белизну сульфитной. В беленом виде бисульфитная целлюлоза отличается повышенной непрозрачностью и является хорошим полуфабрикатом для выработки писчих, журнальных и книжных бумаг.

Недостатком бисульфитного способа является низкая концентрация РВ (содержание сахаров) в отработанном («красном») щелоке и невозможность биохимической его переработки без дополнительной инверсии. Низкий выход РВ в бисульфитном щелоке является результатом не только недостаточно глубокого гидролиза полисахаридов, но и повышенного разрушения сахаров в растворе с образованием альдоновых и углесульфоновых кислот (как следствия высокой концентрации ионов бисульфита). Поэтому на Сокольском ЦБК при переходе на этот способ варки спирт, как побочный продукт получать не будут, а отработанный щелок, будут сжигать (регенерация химикатов).

Для варки бисульфитной целлюлозы никакого переоборудования варочного отдела не требуется и схема 1 практически не изменится, за исключением упразднения спирто-дрожжевого цеха (при варке на магниевом основании).