Получение целлюлозы в промышленности

получение целлюлозы

В этой статье мы рассмотрим, как осуществляется получение целлюлозы. Целлюлоза – материал природного происхождения, который образуется в зернах листьев растений в результате реакции фотосинтеза. В чистом виде – это нерастворимый в воде порошок белого цвета. В природе целлюлозу можно увидеть в виде тополиного пуха или цветов хлопка.  Такую массу используют для изготовления полимерных и лакокрасочных материалов.

Много целлюлозы находится в стволах деревьев (в сухом виде древесина содержит до 40% этого вещества), что позволяет использовать их в качестве производственного материала для бумаги.

Применение целлюлозы

Продукты реакции природного полимера с органическими и неорганическими кислотами широко используются в химической промышленности. Особенно распространены  ацетат, тринитрат и динитрат целлюлозы. Первый возникает в результате реакции с уксусной кислотой и применяется в изготовлении синтетических волокон.

Тринитрат целлюлозы – продукт реагирования с концентрированной серной и азотной кислотами. Его применяют в изготовлении бездымного пороха. С помощью динитрата получают некоторые виды пластмасс, а также органическое стекло.

Основные отрасли применения целлюлозных материалов:

  • медицина – средства гигиены, вата, бинты, присыпки, лекарства;
  • бытовые – биоразлагательные полимерные материалы, бумага, экологически чистые упаковочные материалы, косметические средства, экологические добавки к продуктам питания;
  • нефтяная сфера –  добавки бурильных растворов, добавки для повышения нефтеотдачи;
  • дорожное строительство – средство для повышения качества дорожного покрытия;
  • специального назначения – каски и бронежилеты, прозрачные и гибкие экраны мониторов.

Получение целлюлозы при производстве бумаги

Одно из самых распространенных применений целлюлозы – это производство бумажной продукции. Процесс получения целлюлозы осуществляется методом механической переработки лесоматериалов с дальнейшим использованием продуктов переработки – опилок. Измельченную древесину около 12 часов кипятят в растворе содержащем гидросульфат натрия и сернистый газ. При этом давление в камере поддерживается на отметке 0,5 МПа. Чистая целлюлоза в процессе прохождения реакции выпадает в осадок. Кроме этого в емкости образуются вещества – гемицеллюлоза и лигнин. От реакции последнего с сернистым газом появляются этиловый спирт, ванилин, пищевые дрожжи и различные дубильные вещества.

Следующим этапом изготовления целлюлозы является помещение измельченного осадка в воду. Там образуется воздушная волокнистая масса, которая впоследствии преобразуется в бумагу. Чтобы связать волокна целлюлозы между собой, к массе добавляют дополнительные компоненты, такие как глина, мел, оксиды титана и бария, тальк и т.д. Для окончательного “склеивания” сырья используют клей на основе резинатов. Готовая смесь распределяется по движущейся сетке для сушки и отжима. Завершающим этапом является прессование бумаги между валами для придания ей гладкости и характерного блеска.

Оборудование для измельчения целлюлозы

В производстве любого продукта или материала, в состав которого входит целлюлоза, необходимым этапом является измельчение природного полимера. Как измельчитель используют оборудование разной модификации. Часто для получения целлюлозы применяют дисковые мельницы. Это агрегат, в котором дробильным элементом выступает алюминиевый диск. Исходный материал с частицами до 0,4 мм в таких установках можно измельчить до 1-10 мкм и произвести 0,4 кг продукта за час работы.

Также для тонкого измельчения мягких и волокнистых веществ используют вальцовые мельницы. Они одинаково эффективны как при сухом, так и при мокром помоле. В принцип работы данного оборудования заложено использование механизмов трения (валков) для измельчения частиц до значений меньше 10 мкм.

В последние годы эффективными при  измельчении целлюлозы считаются   аппараты вихревого слоя. Рассмотрим как они работают и в чем заключаются основные преимуществ данного метода.

Получение  целлюлозы под воздействием электромагнитного поля и ферромагнитных элементов

Принцип действия аппаратов вихревого слоя заключается в том, что приведенные в действие электромагнитным полем ферромагнитные частицы хаотически двигаются внутри недвижимой камеры. Целлюлоза, как и другие волокнистые материалы, измельчается  под импульсным воздействием частиц на обрабатываемую среду. Скорость размола материала в вихревой мельнице для измельчения целлюлозы преимущественно зависит от факторов, которые определяют частоту и силу воздействия активных элементов.  Величина контактной силы и частоты импульсного воздействия активных элементов на волокна сырья соразмерна с концентрацией массы.

Получение целлюлозы в промышленности

Аппарат вихревого слоя типа АВС-100 производства компании GlobeCore

Аппараты вихревого слоя используются для получения целлюлозы при производстве бумаги. Благодаря интенсивной обработке бумажной массы слоем ферромагнитных частиц, наполнитель равномерно распределяется между волокнами  природного полимера. Бумага, изготовленная таким способом, обладает высокими  физико-химическими свойствами и равномерным просветом. Также магнитная обработка уменьшает в бумажной массе количество небеленой сульфатной целлюлозы на 4-6 %.

Измельчение материалов с применением слоя ферромагнитных частиц хорошо подходит для размола коротковолокнистых  целлюлоз, размола массы из макулатуры, для активации наполнителей и их введения в бумажную массу.

Установка типа АВС-150 от компании GlobeCore для получения целлюлозы и продуктов ее реагирования

Компания GlobeCore производит электромагнитные мельницы АВС-150, которые измельчают и смешивают материалы, а также применяются в приготовлении суспензии и эмульсии дисперсных систем. Также они эффективны для очистки сточных вод от формальдегидов, фенолов и разнообразных смол.

Получение целлюлозы с использованием АВС-150 является эффективным, малозатратным, удобным (так как установка мобильна)  и легкоуправляемым  (работает в автоматическом режиме).

Также предприятие изготавливает  лабораторные варианты установок, чтобы на них можно было смешивать и производить новые материалы.