Одержання солом'яних волокнистих напівфабрикатів органосольвентними способами делігніфікації

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

Київський політехнічний інститут

УДК 676.14 + 676.3 + 676.6.614

Одержання солом'яних волокнистих напівфабрикатів органосольвентними способами делігніфікації

Спеціальність 05.17.08 - процеси та обладнання хімічної технології

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Трембус Ірина Віталіївна

Київ 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України на кафедрі екології та технології рослинних полімерів

Науковий керівник: кандидат хімічних наук, доцент Барбаш Валерій Анатолійович, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, заступник проректора з наукової роботи

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Бехта Павло Антонович, Національний лісотехнічний університет України Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри хімічної технології переробки деревини;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Макаренко Анатолій Олексійович, ЗАТ «ІНСТИТУТ ПАПЕРУ», завідувач лабораторією напівфабрикатів, картону і тари.

Захист відбудеться «16» лютого 2010 року о 14:30 годині н а засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.05 у Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України за адресою: 03056, м. Київ, просп. Перемоги, 37, корп. 19, ауд. 345.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» за адресою: 03056, м. Київ, просп. Перемоги, 37.

Автореферат розісланий « 4 » січня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 26.002.05, кандидат технічних наук, доцент О.М. Мовчанюк

волокнистий напівфабрикат паперовий делігніфікація

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В наш час продукція целюлозно-паперової промисловості (ЦПП) має винятково важливе значення для розвитку культури, освіти та науково-технічного прогресу. Середнє споживання паперу і картону на душу населення у світі становить 65 кг, в країнах Європи - 250 кг, а в Україні - лише 34,4 кг. Відставання України за цим показником від розвинутих країн світу зумовлено наступними причинами: технічними (відсутність нових впроваджених технологій виробництва волокнистих напівфабрикатів (ВНФ), паперу та картону), сировинними (відсутність у достатньому обсязі власної бази волокнистої сировини для підприємств целюлозно-паперової промисловості), фінансовими (нестабільний стан економіки), правовими (недостатня законодавча база щодо захисту вітчизняного виробника целюлозно-паперової продукції). Однак, не дивлячись на ці обставини, протягом останніх років випуск продукції підприємствами ЦПП України щорічно зростає на 13…15 %. Вступ України до СОТ дає усі підстави стверджувати, що існують об'єктивні передумови для подальшого розвитку вітчизняної ЦПП та збільшення випуску паперу і картону.

У виробництві паперу і картону використовуються такі волокнисті напівфабрикати, як целюлоза, макулатура та деревна маса. Домінуючими способами одержання целюлози у світовій практиці є сульфатний і сульфітний методи, які залишаються у ЦПП головним джерелом забруднення довкілля за рахунок потрапляння меркаптанів, сірководню, діоксинів, фуранів у повітря та похідних лігніну у водоймища.

З екологічної точки зору більш привабливими є варіння целюлози з рослинної сировини в різних органічних середовищах - так звані органосольвентні способи делігніфікації. Вони дозволяють суттєво зменшити забруднення довкілля. Органічні розчинники, які використовуються для делігніфікації рослинної сировини, можуть належати до одного або різних класів органічних сполук (одноатомні та багатоатомні спирти, феноли та карбонові кислоти, етери та естери, кетони та аміни).

У світовій ЦПП основною сировиною для виробництва целюлози є деревина. Для країн, які не мають великих запасів вільної деревини, в тому числі і для України, актуальною проблемою залишається пошук альтернативних джерел волокнистих напівфабрикатів. Такими джерелами ВНФ можуть бути різні представники недеревної рослинної сировини (НДРС), зокрема стебла злакових культур. Щорічні ресурси, наприклад, тільки пшеничної соломи, за даними Міністерства аграрної політики України, складають близько 20 млн т на рік, які можуть бути використані підприємствами целюлозно-паперової галузі для одержання ВНФ.

Технології органосольвентних варінь хвойної та листяної деревини достатньо широко висвітлені в літературі на відміну від одержання волокнистих напівфабрикатів із НДРС, зокрема, пшеничної соломи. Тому розробка екологічно безпечних органосольвентних технологій одержання солом'яних ВНФ та їх використання у ЦПП є важливою науково-технічною задачею.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота пов'язана з виконанням Державної програми розвитку лісопромислового комплексу України до 2015 року, якою передбачається розробка і впровадження ресурсозберігаючих технологій на підприємствах ЦПП України та програми Асоціації українських підприємств целюлозно-паперової галузі «УкрПапір» "Розробка стратегічної програми розвитку целюлозно-паперової промисловості України на період до 2020 року". Деякі результати досліджень були отримані при виконанні держбюджетної науково-дослідної роботи №2748-п

Розробка ресурсозберігаючих технологій переробки відходів недеревної рослинної сировини у екологічно чисті пакувальні матеріали", № держреєстрації 0104U000856 (2004-2005 р.р.) та науково-дослідної роботи №2984-п

Розробка та впровадження ресурсозберігаючих технологій одержання та використання напівфабрикатів високого виходу із недеревних рослин у картонно-паперовому виробництві", № держреєстрації 0104U002486 (2005-2008 р.р.). Замовник - Міністерство освіти і науки України.

Мета і завдання дослідження. Мета дисертаційної роботи полягає у розробці нових екологічно безпечних технологій одержання із пшеничної соломи органосольвентними способами делігніфікації волокнистих напівфабрикатів та їх використання в композиції картонно-паперової продукції.

Для досягнення вказаної мети були поставлені наступні задачі:

1. дослідити вплив основних технологічних параметрів (температурного режиму, витрат делігніфікуючих реагентів, тривалості варіння та вмісту каталізатора) на показники якості солом'яних волокнистих напівфабрикатів, одержаних різними органосольвентними способами делігніфікації.

2. Визначити оптимальні параметри одержання органосольвентних солом'яних волокнистих напівфабрикатів з використанням методів математичного планування експерименту та методів оптимізації.

3. Дослідити процес вибілювання органосольвентної солом'яної целюлози без використання хлормістких реагентів.

4. Визначити показники вибірковості розчинення лігніну для досліджених органосольвентних способів делігніфікації пшеничної соломи.

5. Дослідити паперотворні властивості одержаних органосольвентних солом'яних невибілених і вибілених волокнистих напівфабрикатів.

6. Розробити технології використання органосольвентних солом'яних волокнистих напівфабрикатів у виробництві картону тарного і писального паперу.

Обєкт дослідження - процеси одержання волокнистих напівфабрикатів, вибілювання целюлози, виготовлення картону і паперу.

Предмет дослідження - технологічні параметри одержання органосольвентних солом'яних волокнистих напівфабрикатів, умови їх вибілювання та використання в композиції картону тарного і писального паперу.

Методи дослідження. Для визначення фракційного і хімічного складу рослинної сировини, показників якості невибілених та вибілених органосольвентних солом'яних ВНФ, а також картону і паперу на їх основі, використовували хімічні, фізико-хімічні та фізико-механічні методи аналізу. Для одержання математичних залежностей показників якості органосольвентних солом'яних ВНФ від їх технологічних параметрів використовували метод повного факторного експерименту, а для пошуку оптимальних значень технологічних параметрів процесу одержання солом'яних ВНФ - метод багатокритеріальної оптимізації з використанням узагальненої функції бажаності Харінгтона.

Наукова новизна одержаних результатів:

- визначено вплив основних технологічних параметрів процесу делігніфікації пшеничної соломи різними органосольвентними способами варіння (температури, тривалості, витрат делігніфікуючих речовин та антрахінону (AQ)) на показники якості одержаних солом'яних волокнистих напівфабрикатів;

- вперше із застосуванням математичних методів планування експерименту отримані адекватні рівняння регресії процесів одержання органосольвентних солом'яних волокнистих напівфабрикатів, які використані для розрахунку оптимальних значень технологічних параметрів проведення процесів делігніфікації пшеничної соломи;

- показана можливість вибілювання органосольвентної солом'яної целюлози пероксидом водню без використання хлору і його сполук, визначені оптимальні витрати пероксиду водню, що забезпечують необхідну білість без значного зниження показників механічної міцності целюлози;

- вперше розраховано вибірковість розчинення лігніну для досліджених органосольвентних способів одержання солом'яних волокнистих напівфабрикатів;

- розроблено новий спосіб отримання волокнистих напівфабрикатів із пшеничної соломи аміачно-сульфітно-спиртовою делігніфікацією рослинної сировини з використанням антрахінону в якості каталізатора;

- встановлено основні паперотворні властивості лужно-сульфітно-спиртових і аміачно-сульфітно-спиртових солом'яних волокнистих напівфабрикатів та експериментально обґрунтовано композиційний склад картону тарного та писального паперу з використанням органосольвентних солом'яних волокнистих напівфабрикатів, показники якості яких задовольняють вимогам чинних стандартів.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблена технологія одержання органосольвентних солом'яних ВНФ дозволяє зменшити обсяги використання деревини в ЦПП; енергетичні витрати на підготовку рослинної сировини до варіння, на стадіях варіння і розмелювання ВНФ та зменшити екологічне навантаження на довкілля; частково замінити деревну целюлозу на солом'яні ВНФ в композиції масових видів картонно-паперової продукції. Розроблена технологічна інструкція виробництва вибілених солом'яних ВНФ затверджена одним із підприємств целюлозно-паперової галузі. Показники якості тарного картону і писального паперу з використанням в їх композиції органосольвентних солом'яних ВНФ відповідають вимогам чинних стандартів, що підтверджено актами проведення випробувань в Центрі сертифікаційних випробувань целюлози, паперу та картону ЗАТ «ІНСТИТУТ ПАПЕРУ».

Техніко-економічне обґрунтування доречності організації виробництва в Україні органосольвентної целюлози із пшеничної соломи підтверджено висновком ВАТ «Український науково-дослідний інститут паперу».

Результати досліджень впроваджено у навчальний процес при викладанні дисциплін «Хімія деревини та синтетичних полімерів», «Технологія целюлози» та «Хімічна переробка недеревної рослинної сировини», при виконанні нових лабораторних робіт з курсу «Методи досліджень процесів одержання та переробки волокнистих напівфабрикатів», магістерських і дипломних робіт студентами спеціальності «Хімічна технологія переробки деревини та рослинної сировини» кафедри екології та технології рослинних полімерів НТУУ «КПІ».

Особистий внесок здобувача. Аналіз проблеми, постановка задач і вибір методів дослідження проведено спільно з науковим керівником дисертації. Здобувачем одержано експериментальні дані з визначення хімічного складу пшеничної соломи, впливу основних технологічних параметрів на процес одержання солом'яних ВНФ різними органосольвентними способами варіння та проведено математичну обробку результатів дослідження. Автором роботи запропоновано безхлормісткі схеми вибілювання солом'яної целюлози, експериментально підтверджено склад волокнистої композиції паперу і картону з використанням солом'яних ВНФ та оформлено результати експериментальних досліджень у вигляді опублікованих статей, тез доповідей і патенту. Теоретичні обґрунтування і впровадження результатів роботи проведено разом з науковим керівником.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на конференціях: V-й, VІІІ-й, ІХ-й та Х-й Всеукраїнських науково-практичних конференціях студентів, аспірантів та молодих вчених "Екологія. Людина. Суспільство" (Київ, 13-15 травня 2002 р., 11-13 травня 2005 р., 10-13 травня 2006 р. та 10-12 травня 2007 р.); VІІ-й та ІХ-й Міжнародних науково-технічних конференціях "PAP-FOR 2002" та "PAP-FOR 2006" (СПб., 18-19 листопада 2002 р. та 20-21 листопада 2006 р.).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 14 наукових праць, з яких 7 статей у фахових наукових виданнях за переліком ВАК України, 6 тез доповідей конференцій та отримано 1 патент України на винахід.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 179 сторінках і включає в себе: вступ, 4 розділи, висновки, 6 додатків, список використаних джерел, включаючи 29 таблиць, 23 рисунки. Обсяг бібліографії - 124 джерела.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету, задачі досліджень, наукову новизну, практичне значення одержаних результатів, наведені дані про апробацію отриманих результатів, відзначено особистий внесок автора дисертаційної роботи.

Перший розділ роботи присвячено аналізу літературних даних та патентної інформації з вибраного напряму досліджень. Показано доцільність використання пшеничної соломи, яка відноситься до щорічно відновлювальної рослинної сировини, для потреб целюлозно-паперової промисловості.

Розглянуто основні переваги і недоліки існуючих способів делігніфікації рослинної сировини та сучасні погляди на хімізм основних процесів органосольвентних варінь.

У другому розділі обґрунтовано вибір напряму досліджень. Наведено хімічний і фракційний склад пшеничної соломи, яка використовувалася для проведення досліджень. Приведено методики варіння пшеничної соломи, вибілювання солом'яної целюлози, визначення паперотворних властивостей ВНФ і виготовлення тарного картону та писального паперу. Наведено методи та прилади контролю показників якості ВНФ і картонно-паперової продукції, а також методи математичної обробки результатів досліджень.

Третій розділ присвячено розробленню режимів одержання солом'яних ВНФ органосольвентними способами делігніфікації, дослідженню можливості їх вибілювання пероксидом водню, визначенню вибірковості розчинення лігніну для досліджених процесів варіння пшеничної соломи.

В якості органосольвентних варінь досліджено двостадійний лужно-спиртовий (2AS), аміачно-сульфітно-спиртовий (АСС) та лужно-сульфітно-спиртовий (ASAE) способи делігніфікації пшеничної соломи. Для інтенсифікації деяких з них в якості каталізатора використовували антрахінон.

Варіння пшеничної соломи 2AS способом досліджувалося при температурах 110…170 ^оС, тривалості 120…210 хв, витратах NaOH 10…20 % від маси абсолютно-сухої сировини (абс. сух. сировини), співвідношенні етилового спирту і води 50 : 50 і 35 : 65 об'ємних %, відповідно, на першій і другій стадіях варіння. Проведені дослідження показали, що на вихід лужно-спиртових солом'яних ВНФ в значній мірі впливають тривалість варіння на першій стадії, а також витрати NaOH на другій стадії процесу делігніфікації пшеничної соломи. Слід відзначити, що варіння пшеничної соломи при витратах NaOH 10 % від маси абс. сух. сировини призводить до часткової конденсації лігніну, а тому 2AS делігніфікацію пшеничної соломи доцільно проводити при витратах лугу не менше 15 % від маси абс. сух. сировини. На основі проведених досліджень, була проведена серія 2АS варінь пшеничної соломи за наступним технологічним режимом: І стадія - варіння пшеничної соломи без підйому температури впродовж 60 хвилин, при температурах від 110 до 170 ^оС і співвідношенні етилового спирту до води 50 : 50 об'ємних %; ІІ стадія - концентрація лугу у варильному розчині 15 % від маси абс. сух. сировини, співвідношення етиловий спирт : вода - 35 : 65 об'ємних %, тривалість варіння 60…150 хвилин, ГМ 5 : 1.

При зростанні температури та тривалості процесу 2AS делігніфікації вихід солом'яних ВНФ і вміст в них залишкового лігніну закономірно зменшуються (табл. 1), що пов'язано з інтенсифікацією процесу деструкції лігніну за рахунок розщеплення б- і в-етерних алкіларильних зв'язків.

Одержані результати досліджень показали, що проведення 2AS процесу варіння при температурах більше 140 ^оС призводить до зниження фізико-механічних характеристик одержаних лужно-спиртових солом'яних ВНФ.

Експериментально встановлено, що додавання 0,1 % AQ від маси абс. сух. сировини при 2AS варіннях сприяє прискоренню процесу делігніфікації, зниженню вмісту залишкового лігніну на 0,4…1,0 % та зростанню фізико- механічних показників солом'яних ВНФ в середньому на 25 % у порівняні з 2АS варіннями без використання AQ.

В роботі досліджено процес одержання солом'яних волокнистих напівфабрикатів методом АСС варіння при температурі 130…180 ^оС, тривалістю 30…150 хв, витратах SO₂ - 10 % і NH₃ - 15 % від маси абс. сух. сировини, співвідношенні етилового спирту і води 35 : 65 об'ємних %, ГМ 5 : 1 (табл. 2). При цьому отримані солом'яні ВНФ мають вихід від 59 до 86 % і вміст залишкового лігніну від 1,8 до 11,0 % від маси абс. сух. сировини.

Таблиця 1 Результати двостадійного лужно-спиртового варіння пшеничної соломи

Показники ВНФ	Температура варіння, оС	Тривалість варіння, хв
		120	150	180	210
Вихід ВНФ, % від абс. сух. сировини	110	66,2	64,8	62,7	59,3
	120	64,0	63,1	60,2	58,3
	130	61,1	59,9	58,8	57,2
	140	57,7	56,3	54,8	53,5
	150	53,0	52,5	51,5	50,0
	160	49,9	48,5	47,5	47,0
	170	49,0	48,0	47,0	46,1
Вміст залишкового лігніну, %	110	10,0	9,8	8,6	7,6
	120	9,6	9,2	8,1	7,3
	130	8,5	8,1	7,1	6,5
	140	6,9	6,7	5,9	5,7
	150	5,3	5,1	5,0	4,5
	160	5,1	4,9	4,6	4,1
	170	4,7	4,5	4,3	4,0
Розривна довжина, м	110	7100	7900	8600	9000
	120	7400	8000	8700	9200
	130	8400	8600	9200	9800
	140	8900	9200	9900	10200
	150	8000	8100	8300	8500
	160	7400	7700	7900	8000
	170	6500	6800	7000	7300
Міцність на злом під час багаторазових перегинів,к.п.п.	110	105	185	210	260
	120	190	220	350	390
	130	210	360	370	430
	140	322	458	588	670
	150	252	340	417	460
	160	230	280	340	400
	170	100	150	210	360
Опір роздиранню, мН	110	196	245	255	304
	120	284	323	362	392
	130	362	412	441	461
	140	382	441	461	569
	150	302	370	388	416
	160	262	310	359	395
	170	214	272	310	349
Опір продавлюванню, кПа	110	289	295	324	366
	120	387	430	455	468
	130	408	451	501	528
	140	533	567	576	660
	150	489	509	544	582
	160	471	507	522	563
	170	389	402	411	435

Збільшення температури і тривалості АСС варіння призводить до зниження виходу солом'яних ВНФ і вмісту залишкового лігніну. Така закономірність зміни показників якості солом'яних волокнистих напівфабрикатів пояснюється прискоренням процесу розчинення лігніну,

екстрактивних і мінеральних речовин, а також вуглеводів рослинної сировини, насамперед геміцелюлоз, і переведенню їх до варильного розчину.

Таблиця 2 Результати аміачно-сульфітно-спиртового варіння пшеничної соломи

Показники ВНФ	Температура варіння, оС	Тривалість варіння, хв
		30	60	90	120	150
Вихід ВНФ, % від абс. сух. сировини	130	86,1	81,1	79,2	77,6	74,4
	140	77,8	75,1	72,6	71,8	69,3
	150	72,6	70,3	69,0	68,2	-
	160	70,3	67,4	67,0	66,7	-
	170	67,9	66,9	66,6	66,2	-
	180	61,2	60,7	59,0	58,8	-
Вміст залишкового лігніну, %	130	11,0	8,6	7,2	6,3	5,2
	140	8,4	7,0	6,4	5,4	4,7
	150	5,4	4,9	4,0	3,7	-
	160	3,9	3,2	2,7	2,3	-
	170	3,4	2,8	2,6	2,0	-
	180	3,0	2,3	2,1	1,8	-
Розривна довжина, м	130	6800	7200	8800	8900	9500
	140	6500	7500	8700	8750	9100
	150	6000	7400	8600	8650	-
	160	5800	7200	8300	8200	-
	170	5650	7000	7400	6800	-
	180	5350	6800	6200	6000	-
Міцність на злом під час багаторазових перегинів, к.п.п.	130	200	340	410	520	650
	140	180	210	340	450	490
	150	160	190	220	420	480
	160	120	170	300	310	-
	170	90	160	200	190	-
	180	70	120	100	90	-
Опір роздиранню, мН	130	400	470	589	676	780
	140	381	431	516	608	765
	150	373	412	549	681	-
	160	339	400	492	502	-
	170	329	359	322	313	-
	180	311	349	303	294	-
Опір продавлюванню, кПа	130	381	428	502	531	578
	140	361	409	495	515	537
	150	342	399	480	512	-
	160	312	352	461	485	-
	170	289	341	336	301	-
	180	224	306	282	249	-

Вперше показано, що використання 0,1 % AQ від маси абс. сух. сировини при АСС варінні пшеничної соломи сприяє підвищенню виходу солом'яних ВНФ на 2…6 %, зростанню їх фізико-механічних показників в середньому на 25…30 % та зниженню вмісту залишкового лігніну на 0,3…1,9 % у порівнянні з АСС варіннями без використання AQ (рис. 1).

У даному розділі наведено результати вивчення впливу основних технологічних параметрів - витрат хімічних реагентів, температури та тривалості варіння на процес делігніфікації пшеничної соломи ASAE варильним розчином. Вказані технологічні параметри змінювалися в наступних інтервалах: витрати хімічних реагентів 15…25 % від маси абс. сух. сировини при співвідношенні сульфіту натрію до їдкого натру 80 : 20 об'ємних %, співвідношення об'ємів етилового спирту і води 35 : 65 %, витрати антрахінону 0,1 % від маси абс. сух. сировини, температура варіння змінювалася від 130 до 170 ^оС, тривалість від 60 до 150 хвилин, ГМ 5 : 1.

Встановлено, що збільшення витрат делігніфікуючих реагентів при ASAE варінні пшеничної соломи призводить до прискорення процесу делігніфікації рослинної сировини, а тому зменшується і час гідролітичного впливу варильного розчину на вуглеводні компоненти пшеничної соломи. Солом'яний ВНФ з низьким вмістом залишкового лігніну і високим виходом можна одержати при температурі варіння 150 ^оС і витратах хімічних реагентів 25 % від маси абс. сух. сировини (рис. 2).

Зростання температури варіння призводить до зниження виходу та вмісту залишкового лігніну ASAE солом'яних волокнистих напівфабрикатів. Слід відзначити, що при температурі делігніфікації більше 130…140 ^оС спостерігається зниження усіх показників механічної міцності солом'яних ВНФ (табл. 3), що свідчить про прискорення процесу гідролітичної деструкції вуглеводів рослинної сировини.

Таблиця 3 Результати лужно-сульфітно-спиртового варіння пшеничної соломи

Показники ВНФ	Температура варіння, оС	Тривалість варіння, хв
		60	90	120	150
Вихід ВНФ, % від абс. сух. сировини	130	66,2	64,1	63,9	62,8
	140	64,3	63,3	62,8	61,1
	150	62,0	61,3	60,5	59,2
	160	60,0	58,5	57,0	56,0
	170	57,3	56,0	55,5	53,8
Вміст залишкового лігніну, %	130	4,9	4,0	3,9	3,6
	140	4,4	3,9	3,7	3,2
	150	3,6	3,4	2,9	2,3
	160	2,9	2,4	2,2	1,8
	170	2,2	1,8	1,7	1,4
Розривна довжина, м	130	9000	9100	9600	9900
	140	8900	8800	9400	9600
	150	8700	9200	9400	9800
	160	8000	8500	9100	9300
	170	7800	8200	9000	9100
Міцність на злом під час багаторазових перегинів, к.п.п.	130	280	300	500	550
	140	270	285	490	520
	150	260	340	400	460
	160	250	280	310	380
	170	200	260	290	340
Опір роздиранню, мН	130	648	729	804	865
	140	595	647	745	804
	150	510	598	685	765
	160	421	519	608	662
	170	382	500	560	612
Опір продавлюванню, кПа	130	612	572	611	649
	140	598	569	601	621
	150	501	541	563	602
	160	491	506	521	589
	170	421	467	503	548

Для одержання математичних залежностей показників якості солом'яних волокнистих напівфабрикатів (Y_і) від основних технологічних факторів (x_і) органосольвентних варінь пшеничної соломи використовували повний факторний експеримент типу 2². В якості факторів x_і, що впливають на показники якості органосольвентних солом'яних ВНФ досліджувалися: температура варіння (x₁) та тривалість варіння (х₂). За вихідні показники солом'яних ВНФ Y_і, що визначають якість органосольвентних солом'яних ВНФ, були вибрані: вихід волокнистого напівфабрикату (Y₁)_, ступінь делігніфікації (Y₂), вміст залишкового лігніну (Y₃), розривна довжина (Y₄), міцність на злом під час багаторазових перегинів (Y₅), опір роздиранню (Y₆) та опір продавлюванню (Y₇).

В результаті математичної обробки результатів органосольвентних варінь пшеничної соломи були одержані рівняння регресії, які адекватно описують залежності вихідних змінних Y_і від технологічних факторів х_і. Значення одержаних коефіцієнтів рівнянь регресії

для кожного із досліджених органосольвентних способів одержання солом'яних ВНФ наведено в табл. 4.

Таблиця 4 Значення коефіцієнтів рівнянь регресії процесів одержання солом'яних ВНФ для досліджених органосольвентних способів варіння

Коефіцієнти	Вихідні змінні Yі
	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5	Y6	Y7
Спосіб ASAE
b0	+60,606	+16,727	+3,104	+9123,1	+363,53	+640,16	+552,44
b1	-3,971	-4,150	-1,103	-586,51	-76,39	-157,53	-70,37
b2	-1,269	-2,503	-0,375	+604,99	+113,67	+120,66	+44,19
b3	+0,009	-0,214	+0,123	+161,89	-75,.43	+9,05	-3,76
b4	-0,227	-0,520	-0,111	-441,12	-53,48	-35,71	-32,23
b5	-0,195	+0,031	+0,011	+48,80	-2,61	-12,62	+7,88
Спосіб ACC
b0	+77,00	+31,542	+5,176	+8880,7	+401,16	+603,30	+515,63
b1	-3,512	-6,038	-1,407	-259,23	-56,45	+0,88	-8,79
b2	-5,189	-10,210	-1,443	+1590,1	+200,88	+209,27	+108,86
b3	-0,744	+0,885	+0,445	+95,18	-26,68	-13,44	+10,98
b4	-0,862	-0,463	-0,623	+253,27	+48,54	+56,23	+7,45
b5	+2,231	+5,213	+1,037	-809,15	-45,85	+33,48	-20,21
Спосіб 2AS
b0	+59,76	+30,596	+7,612	+8734,4	+297,63	+370,74	+537,75
b1	-2,012	-3,525	-0,712	+831,25	+54,50	+73,70	+73,87
b2	-3,215	-4,000	-0,940	+612,50	+108,50	+37,89	+47,90
b3	+0,082	+0,075	+0,172	+78,75	+29,40	+11,85	-26,62
b4	-0,762	-1,050	-0,062	+381,25	+41,00	+7,20	-72,12
b5	+0,243	-0,712	+0,112	+28,12	+12,37	-9,21	-9,00

Обробкою одержаних рівнянь регресії методом багатокритеріальної оптимізації з використанням узагальненої функції бажаності Харінгтона D визначені оптимальні значення технологічних факторів проведення процесів органосольвентних варінь та отримані показники якості солом'яних волокнистих напівфабрикатів в точці оптимуму (табл. 5).

Таблиця 5 Оптимальні технологічні параметри проведення органосольвентних варінь та показники якості солом'яних органосольвентних ВНФ в точці оптимуму

Технологічні параметри (хі)	Змінні функції (Yі )	D
х1	х2	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5	Y6	Y7
Спосіб ASAE
140	150	60,9	16,2	3,2	9880	535	311	630	0,65
Спосіб ACC
130	150	77,4	31,2	5,1	10080	690	914	609	0,63
Спосіб 2AS
130	190	55,3	23,6	6,4	10335	475	476	548	0,62

Результати розрахунків значення узагальненої функції бажаності свідчать про добру узгодженість (D > 0,6) показників якості Y_і за розглянутих значень технологічних факторів х_і для усіх досліджених органосольвентних способів делігніфікації пшеничної соломи. На рис. 3 представлено компромісну область проведення процесу ASAE варіння пшеничної соломи, що утворена лініями залежності Y_і від основних технологічних параметрів.

В розділі також наведено характеристику ASAE відпрацьованих щолоків: рН, вміст залишкового SO₂, вміст сухого залишку та зольність сухого залишку. Встановлено, що фактичні витрати SO₂, при ASAE варінні становлять 72,8…91,3 % від вихідної його концентрації у варильному розчині, що дає підстави стверджувати про недоцільність повторного використання відпрацьованих щолоків в процесі ASAE варіння пшеничної соломи.

В роботі досліджено процес вибілювання соломяної целюлози з використанням екологічно більш чистого реагенту - пероксиду водню з попередньою хелатуючою обробкою трилоном Б. Для порівняння ефективності вибілювання одержаних ASAE і АСС солом'яних целюлоз проводили процес хлорування з різними витратами активного хлору.

Результати проведених досліджень свідчать про те, що вибілювання органосольвентної солом'яної целюлози пероксидом водню дає можливість збільшити її білість вдвічі при витратах Н₂О₂ 1…2 % від маси абс. сух. целюлози, в той час як білість солом'яної целюлози після хлорування з витратами активного хлору 5 % від маси абс. сух. целюлози збільшується лише в 1,5 рази (рис. 4). Проведення подальшої лужної обробки зменшує білість органосольвентної солом'яної целюлози ще на 2…3 %.

Слід відзначити, що білість солом'яної ASAE целюлози на 7…8 % вища у порівняні з солом'яною ACC целюлозою.

Для переведення до розчину катіонів перемінної валентності і стабілізації розчину пероксиду водню в процесі вибілювання проведено хелатуючу обробку органосольвентної солом'яної целюлози трилоном Б, що збільшує білість целюлози на 8,1…10,6 % (табл. 6).

Таблиця 6 Результати вибілювання лужно-сульфітно-спиртовоїтсолом'яної целюлози з використанням пероксиду водню

Показники целюлози	Витрати Н2О2, %	Схема вибілювання
		П - К	Q - П	Q - П - К
Вихід, % від невиб. целюлози	3	97,2	97,5	96,5
	5	96,8	97,1	96,1
Вміст залишкового лігніну, %	3	0,85	0,89	0,71
	5	0,72	0,76	0,62
Білість, %	3	68,5	77,6	79,1
	5	72,7	78,1	80,8



З метою порівняння вибірковості розчинення лігніну дослідженими органосольвентними способами делігніфікації пшеничної соломи були виконані розрахунки таких показників, як: селективність (Сл), ступінь видалення вуглеводів (СВВ) та ступінь делігніфікації (СД). Отримані експериментальні дані показують, що зі збільшенням температури та тривалості варіння такі показники вибірковості, як СВВ і СД закономірно зростають, а показник Сл - зменшується (табл. 7). Слід зазначити, що додавання AQ при АСС і ASAE варіннях покращує вибірковість видалення лігніну із пшеничної соломи на 2…12 %.

Таблиця 7 Показники вибірковості органосольвентної делігніфікації пшеничної соломи

Спосіб делігніфікації	Температура варіння, о С	Тривалість варіння, хв	Сл, %	CВВ, %	CД, %
Ас	140 150	60…180 60…180	98…75 94…68	0,5…30 5…38	21…49 34…58
Ес	150 170	60…310 60...180	98...85 97…63	0,6…12 6…38	11…41 28…68
ACC	130 150	30…150 30…120	96…90 91…82	2…3 11…15	61…81 81…90
ACC+AQ	130 150	30…150 30…120	98…96 96…92	0,5…1,9 3…6	68…84 84…92
2AS	110 130	120…210 120…210	77…71 74…70	24…29 27…31	70…77 74…83
2AS+AQ	110 130	120…210 120…210	79…74 76…68	22…26 31…35	75…82 8…86
ASAE	130 150	60…120 90…150	97…82 80…78	17…20 20…22,5	89…91 90…93

Результати проведених досліджень вказують на те, що найбільшими значеннями Сл і СД характеризуються АСС і ASAE способи делігніфікації пшеничної соломи.

Четвертий розділ присвячено дослідженню паперотворних властивостей солом'яних волокнистих напівфабрикатів і виготовленню з них масових видів картонно-паперової продукції. Експериментально встановлено, що органосольвентні солом'яні волокнисті напівфабрикати, які отримані лужно-сульфітно-спиртовим і аміачно-сульфітно-спиртовим способами делігніфікації, легко розмелюються, з меншою витратою енергії у порівняні з сульфатною і сульфітною деревними целюлозами.

Використання невибілених ASAE і ACC солом'яних волокнистих напівфабрикатів, замість деревної целюлози, у кількості 25 % у композиції з макулатурою марки МС-5Б дає змогу одержати картон тарний марки КТ-25. Встановлено, що використання лужно-сульфітно-спиртової солом'яної целюлози у вибіленому вигляді в композиції писального паперу марки А №1 дозволяє замінити до 75 % сульфатної хвойної целюлози, і, тим самим, в значній мірі знизити собівартість готової продукції.

В розділі також представлено технологічну схему процесу лужно-сульфітно-спиртового виробництва соломяних волокнистих напівфабрикатів (рис. 5) із системою регенерації компонентів варильного розчину, що забезпечує їх використання у замкненому циклі із суттєвим скороченням витрат хімічних реагентів та об'ємів промислових відходів.

Проведено техніко-економічне обґрунтування практичної реалізації отриманих результатів від впровадження лужно-сульфітно-спиртового способу одержання солом'яних ВНФ. Показано, що термін повернення капіталовкладень не перевищує нормативні показники та становить 3,3 роки, очікуваний економічний ефект від впровадження лужно-сульфітно-спиртового способу одержання солом'яних волокнистих напівфабрикатів становить близько 110,89 млн грн на рік.

ВИСНОВКИ

На основі одержаних експериментальних результатів розроблено технології виробництва волокнистих напівфабрикатів із пшеничної соломи органосольвентними способами делігніфікації та умови їх використання у композиції масових видів картонно-паперової продукції.

Вивчено вплив температури, тривалості варіння, витрат делігніфікуючих реагентів та антрахінону на показники якості одержаних органосольвентних солом'яних волокнистих напівфабрикатів.

За результатами комплексних досліджень визначено, що двостадійним лужно-спиртовим і аміачно-сульфітно-спиртовим способами варіння пшеничної соломи одержується волокнистий напівфабрикат з високим виходом (від 58,8 до 86,1 %) і низьким вмістом залишкового лігніну (від 1,8 до 11 %) від маси абс. сух. сировини, який можна використовувати для виробництва масових видів картонно-паперової продукції.

Експериментально встановлено, що проведення двостадійного лужно-спиртового варіння пшеничної соломи з антрахіноном в кількості 0,1 % від маси абс. сух. сировини сприяє прискоренню процесу делігніфікації. При цьому вміст залишкового лігніну в солом'яному волокнистому напівфабрикаті зменшується на 0,4…1,0 %, а фізико-механічні показники зростають в середньому на 25 % у порівняні з аналогічними показниками для волокнистого напівфабрикату, одержаного при варінні без використання антрахінону.

Розроблено новий спосіб аміачно-сульфітно-спиртового методу делігніфікації пшеничної соломи, який захищено патентом України, новизна якого полягає у додаванні антрахінону у кількості 0,1 % від маси абс. сух.

сировини, що сприяє підвищенню виходу солом'яних волокнистих напівфабрикатів на 2…6 %, зменшенню вмісту залишкового лігніну на 0,3…1,9 % і зростанню фізико-механічних характеристик на 25…30 % у порівняні з варіннями без використання антрахінону.

Встановлено, що соломяні лужно-сульфітно-спиртові волокнисті напівфабрикати за своїми показниками якості перевищують не тільки аналогічні показники для соломяних і очеретяних целюлоз, одержаних традиційними способами варіння, але і характеристики міцності сульфітних деревних целюлоз.

Розраховані рівняння регресії, які адекватно описують експериментальні дані і можуть бути використані в якості математичної моделі органосольвентних варінь солом'яних волокнистих напівфабрикатів з заданими показниками якості. Методом багатокритеріальної оптимізації умов органосольвентних варінь визначені компромісні області проведення процесів делігніфікації пшеничної соломи.

Вивчено вплив вибілювальних реагентів на показники якості органосольвентних солом'яних целюлоз. Встановлено, що обробка трилоном Б невибіленої органосольвентної солом'яної целюлози перед пероксидним вибілюванням підвищує її білість на 8,1…10,6 % при незначних втратах виходу целюлози (1,1…1,8 % від маси абс. сух. целюлози). Для проведення безхлорного вибілювання органосольвентної солом'яної целюлози рекомендується використовувати схему Q - П - К, яка дозволяє одержувати целюлозу з показником білості до 80 % білого.

Розраховано показники вибірковості розчинення лігніну для досліджених способів варіння рослинної сировини. Встановлено, що найбільшою вибірковістю характеризуються аміачно-сульфітно-спиртовий і лужно-сульфітно-спиртовий способи делігніфікаії пшеничної соломи, які рекомендуються для впровадження на целюлозних підприємствах.

Експериментально встановлено, що лужно-сульфітно-спиртові або аміачно-сульфітно-спиртові невибілені солом'яні волокнисті напівфабрикати можуть бути використана в кількості 25 % в композиції з макулатурою марки МС-5Б для виробництва картону тарного макулатурного марки КТ-25, а використання 75 % лужно-сульфітно-спиртової солом'яної вибіленої целюлози в композиції писального паперу дозволяє одержати папір марки А №1 і замінити більш дорогу сульфатну хвойну вибілену целюлозу.

З метою зменшення екологічного навантаження на довкілля в запропонованій технологічній схемі виробництва лужно-сульфітно-спиртових солом'яних волокнистих напівфабрикатів передбачено систему регенерації хімікатів, яка дозволить знизити собівартість їх одержання. Ефективність регенерації спирту становить до 99 %, а сполук натрію - більше 90 %.

Розроблено техніко-економічне обґрунтування доцільності організації виробництва в Україні органосольвентних волокнистих напівфабрикатів із пшеничної соломи продуктивністю 40 тис т/рік з терміном окупності 3,3 роки і очікуваним економічним ефектом 110,89 млн грн/рік.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Барбаш В.А. Органосольвентный способ получения волокнистых полуфабрикатов из отходов сельского хозяйства / В.А. Барбаш, И.В. Трембус // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2002. - № 6. - С. 29-32. (Здобувачем проведені експериментальні дослідження впливу основних технологічних параметрів процесу варіння пшеничної соломи двостадійним лужно-спиртовим способом делігніфікації, обробка результатів та участь у написані статті).

2. Барбаш В.А. Сольволізні варіння целюлози із пшеничної соломи / В.А. Барбаш, І.В. Трембус // Наукові вісті НТУУ «КПІ». - 2002. - № 1. - С. 119-125. (Здобувачем одержано технологічні параметри проведення органосольвентних варінь спиртової солом'яної целюлози, встановлено оптимальні витрати каталізатору та оформлено публікацію).

3. Барбаш В.А. Полуфабрикаты из соломы в композициях бумаги и картона / В.А. Барбаш, И.В. Трембус, Д.С. Баглай // Упаковка. - 2007. - № 5. - С. 14-17. (Трембус І.В. досліджено основні паперотворні властивості органосольвентних волокнистих напівфабрикатів, експериментально встановлено композиційний склад тарного картону і писального паперу з використанням органосольвентних солом'яних ВНФ та оформлено результати досліджень у вигляді публікаціі).

4. Барбаш В.А. Получение соломенной органосольвентной целлюлозы с применением химических добавок / В.А. Барбаш, И.В. Трембус // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2006. - № 2. - С. 42-45. (Здобувачем виконані експериментальні дослідження впливу антрахінону на показники якості лужно-спиртової солом'яної целюлози, встановлено оптимальні витрати каталізатору та оформлено публікацію).

5. Барбаш В.А. Влияние различных отбеливающих реагентов на качественные показатели органосольвентной соломенной целлюлозы / В.А. Барбаш, И.В. Трембус, Д.С. Баглай // Экотехнологии и ресурсосбережение.- 2008. - № 1. - С. 28-31. (Здобувачем досліджена можливість вибілювання органосольвентної солом'яної целюлози пероксидом водню, визначені оптимальні схеми вибілювання без використання молекулярного хлору, оформлено публікацію).

6. Барбаш В.А. Оптимізація органосольвентних способів одержання солом'яної целюлози / В.А. Барбаш, І.В. Трембус, Д.М. Складанний // Наукові вісті НТУУ «КПІ». - 2008. - № 5. - С. 88-92. (Трембус І.В. проведено математичну обробку одержаних експериментальних даних, отримано адекватні рівняння регресії процесів одержання солом'яних волокнистих напівфабрикатів, оформлено публікацію).

7. Барбаш В.А. Органосольвентные способы получения волокнистых полуфабрикатов из пшеничной соломы / В.А. Барбаш, И.В. Трембус, В.М. Шевченко // Энерготехнологии и ресурсосбережение. - 2009. - № 1. - С. 37-41 (Здобувачем розрахована вибірковість розчинення лігніну для досліджених органосольвентних способів одержання солом'яних ВНФ і оформлено публікацію).

8. Пат. 52134А Україна МТИ (2002) D21C3/20 / Спосіб отримання органосольвентних волокнистих напівфабрикатів / В.А. Барбаш, І.В. Трембус.; заявник та власник патенту НТУУ «КПІ» - №2002021619; заявл. 27.02.2002; опубл. 16.12.02, Бюл. № 12. (Трембус І.В. проведено патентний пошук та оформлено патент).

9. Барбаш В.А. Отримання солом'яної целюлози органосольвентним способом / В.А. Барбаш, І.В. Трембус // Екологія. Людина. Суспільство: V Міжнародна науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених, 13-15 травня 2002 р.: тези доповідей. - Київ, 2002. - С. 48-49. (Трембус І.В. виконані експериментальні дослідження та оформлено публікацію).

10. Барабаш В.А. Получение волокнистых полуфабрикатов из недревесного растительного сырья / В.А. Барбаш, Л.В. Лабунец, И.В. Трембус // PAP-FOR 2002: VII Международная научно-техническая конференция, 2002 г: тезисы докладов. - СПб., 2002. - С. 22-24. (Здобувачем одержано частину експериментальних результатів та оформлено публікацію).

11. Барбаш В.А. Органосольвентний спосіб одержання солом'яної целюлози / В.А. Барбаш, І.В. Трембус // Екологія. Людина. Суспільство: IX Міжнародна науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених, 11-13 травня 2005 р.: тези доповідей. - Київ, 2005. - С. 139-140. (Трембус І.В. брала участь в отриманні результатів експерименту, обговоренні результатів дослідження та оформленні публікації).

12. Барбаш В.А. Органосольвентные способы получения соломенных волокнистых полуфабрикатов высокого выхода / В.А. Барбаш, И.В. Трембус // PaP-FOR 2006: IX Международная научно-техническая конференция, 2006 г.: тезисы докладов. - СПб., 2006. - С. 18-19. (Здобувачем виконані експериментальні дослідження, прийняла участь в обробці та аналізі результатів експериментів).

13. Барбаш В.А. Органосольвентний спосіб одержання волокнистих напівфабрикатів із пшеничної соломи / В.А. Барбаш, І.В. Трембус // Екологія. Людина. Суспільство: X Міжнародна науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених, 10-13 травня 2006 р.: тези доповідей. - Київ, 2006. - С. 137. (Трембус І.В. брала участь в обговорені результатів та оформленні публікації).

14. Барбаш В.А. Дослідження схем вибілювання солом'яної целюлози / В.А. Барбаш, І.В. Трембус // Екологія. Людина. Суспільство: XІ Міжнародна науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених, 10-12 травня 2007 р.: тези доповідей. - Київ, 2007. - С. 173. (Здобувачем запропоновано схеми вибілювання органосольвентної солом'яної целюлози без використання хлормістких реагентів та оформлено публікацію).

АНОТАЦІЇ

Трембус І.В. Одержання солом'яних волокнистих напівфабрикатів органосольвентними способами делігніфікації. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08. - процеси та обладнання хімічної технології. - Національний технічний університет України «Київький політехнічний інститут», Київ, 2009.

Розроблено науково обґрунтовані і експериментально підтверджені способи органосольвентних варінь пшеничної соломи (2AS, ACC та ASAE), які забезпечують одержання якісних волокнистих напівфабрикатів з виходом від 46 до 88 % від маси абс. сух. сировини.

Досліджено вплив основних технологічних параметрів на показники якості одержаних органосольвентних соломяних волокнистих напівфабрикатів. Отримані рівняння регресії процесів одержання солом'яних волокнистих напівфабрикатів з використанням методу повного факторного експерименту. Методом оптимізації з використанням узагальненої функції бажаності Харінгтона одержані оптимальні параметри проведення органосольвентної делігніфікації пшеничної соломи. Показано позитивний вплив антрахінону на 2AS і АСС процеси варіння пшеничної соломи. Вивчено можливість вибілювання органосольвентних солом'яних целюлоз без використання молекулярного хлору. Визначені показники вибірковості видалення лігніну із пшеничної соломи. Встановлено, що найбільшою вибірковістю характеризуються ASAE і ACC способи варіння пшеничної соломи.

Показано практичну придатність ASAE і ACC солом'яних ВНФ для виробництва писального паперу марки А №1 та картону тарного марки КТ-25. Запропоновано технологічну схему виробництва волокнистих напівфабрикатів із пшеничної соломи ASAE способом делігніфікації.

Представлено техніко-економічне обґрунтування практичної реалізації розробленого ASAE способу одержання солом'яних ВНФ.

Ключові слова: пшенична солома, волокнистий напівфабрикат, органосольвентна делігніфікація, антрахінон, вибілювання, тарний картон, писальний папір.

Трембус И.В. Получение соломенных волокнистихполуфабрикатов органосольвентными способами делигнификации. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученной степени кандидата технических наук по специальности 05.17.08 - процессы и аппараты химической технологии - Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2009.

Целью работы была разработка научно обоснованных технологических режимов получения волокнистых полуфабрикатов из пшеничной соломы екологически более безопасными органосольвентными способами делигнификации и их использование в композиции картонно-бумажной продукции.

В ходе выполнения работы детально изучено влияние темпемпературного режима, продолжительности варки и расхода делигнифицирующих реагентов на показатели качества органосольвентных соломенных волокнистых полуфабрикатов. Исследовано влияние каталитического действия антрахинона на процесс 2AS и ACC делигнификации пшеничной соломы. Установлено, что использование антрахинона в количестве 0,1 % от массы абс. сух. сырья способствует увеличению выхода на 2…6 %, в случае ACC делигнификации, уменьшению содержания лигнина на 0,4…1,0 % и 0,3…1,9 %, соответственно, и увеличению физико-механических показателей в среднем на 25…30 %, по сравнению с аналогичными варками без использования антрахинона.

Рассчитаны уравнения регрессии, которые адекватно описывают експериментальные данные и могут быть использованы в качестве математической модели изученых органосольвентьных варок соломенных волокнистых полуфабрикатов с заданными показателями качества. Путем многокритериальной оптимизации условий варок определены оптимальные значения технологических факторов процесса органосольвентной делигнификации и показателей качества полученных соломенных волокнистых полуфабрикатов.

Исследована возможность отбеливания АСС и ASAE соломенных целлюлоз без использования молекулярного хлора. Установлено, что для отбелки органосольвентных целлюлоз можна рекомендовать схему Q - П - К, с расходом пероксида водорода 3…5 % от массы абс. сух. целлюлозы, которая позволяет получать целлюлозу с белизной до 80 % белого. Рассчитаны показатели избитарельности растворения лигнина из пшеничной соломы. Установлено, что наибольшей селективностью характеризуется аммиачно-сульфитно-спиртовый и щелочно-сульфитно-спиртовый способы делигнификации пшеничной соломы.

Исследованы бумагообразующие свойства полученных соломенных волокнистых полуфабрикатов. Показана практическая их пригодность для производства картонно-бумажной продукции. Установлено, что аммиачно-сульфитно-спиртовые и щелочно-сульфитно-спиртовые соломенные небеленные волокнистые полуфабрикаты могут быть использованы в количестве 25 % в композиции с макулатурой марки МС - 5Б для производства тарного картона марки КТ-25, а беленная щелочно-сульфитно-спиртовая соломенная целлюлоза в количестве 75 % в композиции з сульфатной хвойной беленной целлюлозой для производства писчей бумаги марки А №1.

Предложена технологическая схема производства соломенных ВПФ ASAE способом делигнификации, которая предусматривает систему регенерации отработанных щелоков. Схема позволяет организовать технологический процесс практически безотходным и эфективным как с точки зрения комплексности использования растительного сырья, так и защиты окружающей среды.

Представлено технико-экономическое обоснование практической реализации разработаного ASAE способа делигнификации пшеничной соломы. В ЗАО «ИНСТИТУТ БУМАГИ» проведены испытания лабораторных образцов тарного картона и писчей бумаги с использованием в их композиции органосольвентных соломенных волокнистых полуфабрикатов, показавшие соответствие полученной продукции требованиям существующих стандартов.

Технико-экономическое обоснование целесообразности организации производства в Украине органосольвентной целлюлозы из пшеничной соломы подтверждено выводом ОАО «Украинский научно-исследовательский институт бумаги».

Ключевые слова: пшеничная солома, волокнистый полуфабрикат, органосольвентная делигнификация, антрахинон, отбелка, тарный картон, писчая бумага.

Trembus I. V. The obtaining of straw pulps by organosolvent pulping methods of delignification. - Manuscript.

Dissertation for obtains the scientific degree of a candidate of technical science under speciality 05.17.08. - Processes and equipment of chemical technology. - National technical university of Ukraine “Kyiv polytechnic institute”. Kiev, 2009.

Organosolvent methods of pulping wheat straw (2AS, ACC and ASAE) which provide reception quality fibrous semi-products output from 46 to 88 % by weight absolutely dry raw material were designed, scientifically motivated and experimental confirmed.

Influence of main technological parameters on quality factors of organosolvent straw pulps was explored. Regression equations of the pulping processes of straw were received with use the method of the full factorial experiment.

Optimum parameters of the organic solvent delignification of wheat straw by method of optimization with using generalized functions of desirability by Harington were received. The positive catalytic effect of anthraquinone in processes of 2AS and ACC pulping the wheat straw it was shown. The possibility of bleaching the organosolvent straw celluloses without using of molecular chlorine it was studied. Selectivity indexes of the separation lignine from wheat straw were defined. It was installed, that the most selectivity are characterized ASAE and ACC method of pulping from wheat straw.

Practical suitability of ASAE and ACC straw pulps in production of the writing paper of the mark A №1 and packing paperboard of the mark KT-25 was shown. Technological scheme of production of pulp from wheat straw with ASAE method was offered.

Feasibility study of practical realization of developed ASAE method of obtaining the straw pulp was presented

Key words: wheat straw, pulp, organosolvent delignification, antraqunone, bleaching, packing the paperboard, writing paper.

Размещено на Allbest.ru