Лекция 16.Сырья для производства вискозных волокон
Исходным сырьем для производства вискозных волокон является целлюлоза. С6Н10О5, щелочь NaOH, сероуглерод СS2, серная кислота H2SO4, сульфат цинка ZnSO4, вода. Расход сырья на тонну выпускаемой продукции составляет 3,6 т и 400 м3 воды.
Целлюлоза
С6Н10О5 природный, белый, волокнистый материал с молекулярной массой до 6 млн., плотность 1540 кг/м3. Целлюлоза имеет циклическое строение, поэтому не плавится. В цикле содержится три гидроксильные группы ( у второго, третьего и шестого атома углерода). Синдиотактический, стереорегулярный полимер.
В структуре целлюлозы различают 2 уровня: надмолекулярный и морфологический. Надмолекулярный характеризуется размерами фибрилл, а морфологический расположением фибрилл в пространстве.
Целлюлоза аморфно-кристаллический полимер с содержанием кристаллической фракции до 50%.
Различают 2 модификации целлюлозы:
- природная
-гидратцеллюлозная.
Гидратцеллюлоза отличается от природной повышенной реакционной способностью.
Различают 3 вида целлюлозы в зависимости от способа получения: сульфитная, сульфатная, натронная
Сущность сульфитной целлюлозы заключается в обработки древесины варочной жидкостью, состоящей из бисульфита Са и свободного диаксида серы при температуре 130-150 оС.
Сущность сульфатной целлюлозы заключается в обработки древесины варочной жидкостью состоящей из NaOH+ Na2S
Сущность натронной целлюлозы заключается в обработки древесины слабым раствором щелочи при температуре 150-1600С.
Стадии технологического процесса получения сульфитной целлюлозы
1)Подготовка древесины
2)Варка
3)Промывка
4)Облагораживание целлюлозы
5)Отбелка
6)Кисловка
7)Сушка
Подготовка древесины
Получение баланса (стволы длиной 2 м) с последующей очисткой их от коры, сучьев, гнили и резке баланса на щепу (длина 20-30 мм, ширина 2-3 мм).Сортировка щипы производится ситовым методом. Полученная щепа на варку.
Варка целлюлозы
Варка производится с целью удаления примесей из целлюлозы в железобетонных резервуарах с ложным дном(дно с отверстиями). Процесс варки идет в две стадии: заварка(2-4 ч. при температуре 105-1150С) и варка (6-12 ч при температуре 130-145 0С. После варки целлюлоза промывается.
Промывка целлюлозы
Промывка целлюлозы производится умягченной водой с целью удаления из целлюлозы варочной жидкости. Затем целлюлоза поступает на облагораживание.
Облагораживание целлюлозы
Облагораживание проводится с целью увеличения содержания высокомолекулярной фракции в целлюлозе. Различают два способа облагораживания: холодное(концентрация NaOH 6-8 %, температура 15-20 0С) и горячее (концентрация NaOH 0,5-1 %, температура 85-95 0С). В результате обработки целлюлозы щелочью увеличивается содержание высокомолекулярной фракции с 88 до 92 %. После облагораживания целлюлоза поступает на отбелку
Отбелка целлюлозы
Отбелка целлюлозы производится с целью придания белизны. В качестве реагентов применяется гипохлорид натрия или перекись водорода(перекись водорода частично производит деструкцию целлюлозы). После отбелки производится кисловка.
Кисловка
Кисловка производится с целью удаления свободного хлора 1-2% раствором серной кислоты ил соляной кислоты.
Сушка целлюлозы
Сушку производят на воздухе до влажности 6-12% , затем её прессуют в виде листов 600×800 мм., масса 1 м2 =700 г, mкипы=140 кг.
Требования к целлюлозе
1)Содержание высокомолекулярной фракции (α-целлюлоза)
α-целлюлоза-это ВМФ целлюлозы нерастворима 18% раствором щелочи в течение 1 часа при температуре 20 0С.
Содержание α-целлюлоза должно быть не менее 92% , чем выше её содержание , тем больше выход волокна.
2)Содержание низкомолекулярной фракции (β и γ фракции)
Гемицеллюлоза – это фракции целлюлозы растворимые в 18% раствором щелочи при температуре 20 0С в течении часа.
Чем выше содержание гемицеллюлоз в целлюлозе, тем меньше механическая прочность волокна.
3)Реакционная способность
Под реакционной способностью понимают количество сероуглерода израсходованного на получение вискозы фильтруемой через стандартную сетку. Чем меньше расход сероуглерода тем выше реакционная способность.
4)Степень полимеризации в целлюлозе составляет 800-1100, а в готовом волокне300-600. В процессе приготовления вискозы необходимо снизить степень полимеризации, чтобы уменьшить вязкость вискозы(вязкость больше фильтруемость ниже).
2.Едкий натр(каустик)
Применяется для приготовления рабочего раствора щелочи и растворителя. Едкий натр получают электролизом NaCl, анодное и катодное пространство разделяют диафрагмой поэтому щелочь диафрагменная.
NaOH поступает на производство в виде водного раствора 44% или в бочках.
Сероуглерод
Жидкость, без запаха, бесцветная, пожаро и взрывоопасная, с воздухом образует взрывоопасную смесь tк=46,10С. Сероуглерод с воздухом образует смесь, нижний взрывоопасности 1 объёмный %, верхний 500 объемных %. Получают сероуглерод путем взаимодействия серы и древесного угля в электрических печах при температуре 800-10000С. Его хранят в подземных, полуподземных бочках под слоем воды или инертного газа. Перекачивают углерод специальным погружным насосом.
Серная кислота
Является основным компонентом осадительной ванны. Температура замерзания серной кислоты зависит от её плотности. Чистая кислота представляет собой бесцветную маслянистую жидкость; примеси придают технической кислоте желто-бурый цвет. Практически не замерзает даже при температуре – 300С. При содержании в серной кислоте 98%моногидрата температура замерзания повышается до 30С.
Сульфат цинка
Это компонент осадительной ванны. Его подают в осадительную ванну в виде маточного раствора, содержащего 180 г/л ZnSO4, или засыпают в ящик с перфорированным дном, через который протекает циркулирующая ванна. Сульфат цинка(технический) содержит 52-53%, сульфата цинка, 45% воды и около 2-3% примеси меди. Он может иметь бледно-желтый цвет. Сульфат цинка представляет собой белый игольчатый кристалл (ZnSO4•7H2O).
Вода
1.Из природных источников используется без обработки только для охлаждения конденсатора смешения.
2.Осветленая и фильтрованная вода потребляется для охлаждения, промывки аппаратуры и мойки полов.
3.Умягченная вода используется для промывки волокна
4.Обессоленная вода применяется для приготовления раствора едкого натра и для растворения ксантогената с целью с целью уменьшения количества солей, вводимых в вискозу.
5.Питьевая вода применяется на заводе для удовлетворения хозяйственно-бытовых нужд, в том числе и для душей, умывальников, а также для увлажнения воздуха.
Вопросы для закрепления
1.Сырье для вискозного волокна?
2.Виды целлюлозы и их отличия?
3.Стадии подготовки целлюлозы?
4. α-целлюлоза-это?
5.Гемицеллюлоза –это?
6.Степень полимеризации-это?