Содержащиеся в древесине смоляные
кислоты и продукты окисления омыляются активной щелочью варочного щелока и
переходят в черный щелок в виде натриевых солей. Главной составной частью
смоляных кислот является абиетиновая кислота.
Жирные кислоты , состоящие из сложных
эфиров, в процессе сульфатной варки древесины гидролизуются, затем, омыляясь,
переходят в натриевые соли соответствующих жирных кислот- линолевой, линолевой
олеиновой и пальметиновой, используемых в мыловарении, производстве олифы, а
также в качестве флотореагентов. Неомыляемые вещества содержат стерины, из
которых фитостерин используется в фармацевтическом производстве.
Под воздействием электролитов
варочного щелока в процессе охлаждения или отстаивания черного щелока натриевые
соли смоляных и жирных кислот коагулируют, увлекая некоторую часть нейтральных
веществ и других компонентов черного щелока. Образующаяся при этом смесь в виде
пенистого слоя всплывает на поверхность черного щелока. Эта смесь, состоящая
примерно из равных количеств натриевых солей смоляных и жирных кислот,
небольшого количества нейтральных и окисленных веществ, воды и лигнина,
называется сырым сульфатным мылом.
Характерный темно-бурый цвет
сульфатному мылу (и черному щелоку) придают переходящие в раствор в процессе
сульфатной варки древесины продукты окисления- соединения железа с абиетиновой
кислотой и таннинами.
Примерное процентное содержание
отдельных компонентов сульфатного мыле, имеющим плотность 0,5-0,7 г/см³, составляет:
смоляные и жирные кислоты неомыляемые вещества 45-55, зола, щелочь, лигнин
5-10, вода 30-40, щелочь (в единицах Na2O) 5-7.
Количество сульфатного мыла в черном
щелоке зависит от ряда факторов , основными из которых являются степень
делигнификации древесины и химические изменения , претерпеваемые составными
частями древесины в процессе варки.
Существенное влияние на содержание в
черном щелоке смоляных и жирных кислот оказывает порода древесины. В сосне
смоляных кислот содержится больше, чем в ели. Жирные кислоты преобладают в
заболонной части древесины. По мере увеличения высоты ствола дерева содержание экстрагируемых
веществ в древесине уменьшается. Поэтому содержание сульфатного мыла в черном
щелоке, получаемом в результате варки целлюлозы из отходов лесопиления и
деревообработки, меньше, чем в щелоке от
варки в тех же условиях балансовой древесины.
Количество собираемого сульфатного
мыла зависит от тщательности промывки сваренной целлюлозы и способа извлечения
его из черного щелока. Практически при варке сосновой древесины на каждую тонну
целлюлозы собирают примерно 100-130 кг сульфатного мыла. При выработке
целлюлозы из ели или отходов лесопиления и деревообработки выход сульфатного
мыла на 1 т меньше. Выход сульфатного
мыла из черного щелока зависит не только от породного состава древесины и
химических превращений смоляных и жирных кислот в процессе варки, но и от
способа его извлечения.
Сульфатное мыло уже даже при частичном
понижении температуры черного щелока, находящегося в резервуарах с большой
поверхностью охлаждения, всплывает и может быть счерпано и слито. Для выделения
мыла этим способом черный щелок должен
иметь плотность 1,1-1,12 г/см³ (но не ниже 1,09 г/см³) и
температуру 65-70ºС. В этом случае плотность выделяемого
из щелока мыла будет составлять 0,5-0,7 г/см³ и
не будет наблюдаться беспорядочного перелива пены из резервуара.
Полный оборот резервуара при двух-трехкратном
счерпывании мыла составляет около 14+16 часов при продолжительности отстоя
черного щелока примерно 5-6 часов. Это наиболее простой способ выделения и сбора сульфатного мыла из черного щелока,
однако применение его сопряжено с рядом существенных недостатков. Так, при
понижении температуры щелока повышается содержание электролитов и других
примесей в выделяющемся сульфатном мыле; процесс выделения мыла протекает
медленнее;требуется большой расход тепла на подогрев щелока перед его подачей
на выпарную установку.
Более совершенным способом извлечения
сульфатного мыла из черного щелока является добавление в него какого-либо
электролита, например, белого щелока или сульфата натрия. Однако на практике
чаще всего мыло (после его выделения из слабого щелока) удаляют из черного
щелока, упаренного до содержания в нем
сухих веществ 30-35%, с относительной плотностью 1,19-1,21 г/см³ при
температуре 65-70ºС. В этом случае ввиду значительной разности в
плотностях сульфатного мыла и щелока, имеющего более высокую вязкость, мыло
быстро всплывает на его поверхность. Выделения мыла из такого щелока происходит
примерно в течении 45-60 минут. Для выделения мыла применяются мылоотделители
различной конструкции.
В плоский мылоотделитель, имеющий
высоту примерно 600-800 мм, ширину 2-3 м, длину 10-15 м, черный щелок
плотностью 1,19-1,21 г/см³ закачивается насосом.
При непрерывном потоке щелока по резервуару, в котором расположены поперечные
перегородки высотой 300 мм, выделяется из щелока мыло, которое стукает или
счерпывается в сборник для сульфатного мыла. Плоские мылоотделители включаются
в схему питания выпарной установки между третьим и четвертым корпусами при прямоточном
питании щелоком четырехкорпусной выпарной установки или между пятым и
третьим,вторым и четвертым при смешанной системе питания щелоком пятикорпусной
или семикорпусной выпарной установки.
Недостаток конструкции плоского
мылоотделителя- вследствие низкого уровня в плоском резервуаре вместе с мылом
уносится значительное количество щелока. Этот недостаток может быть устранен
применением вертикальных резервуаров, в которых высота значительно больше его
диаметра, или плоских мылоотделителей с более высоким уровнем щелока в резервуаре.
Вертикальные мылоотделители
изготавливаются в виде металлических цилиндрической формы резервуаров диаметром около 1 м и высотой 10 м. Мыло
поднимается в верхнюю часть резервуара , а щелок остается в нижней части. К
нижней части резервуара подсоединяется трубопровод , снабженный вентилем ,
через который вначале отбирают отстоявшийся щелок, а затем сливают опускающееся
вниз мыло.
Для извлечения сульфатного мыла из
щелока с высоким содержанием сухих веществ применяют также специальные
резервуары, в которые закачивается полуупаренный щелок из пятого корпуса при
смешанном питании пятикорпусной выпарной установки и из седьмого корпуса
семикорпусной установки.
Применяются и другие способы
извлечения из щелока сульфатного мыла . Так, на некоторых сульфатцеллюлозных
заводах применяют метод аэрации, заключающийся в том, что в движущийся по трубопроводу щелок,
нагнетается воздух. Установка состоит из экстракционного аппарата, центрифуги
для отделения мыла и приспособлений для его переработки. Воздух
нагнетается в щелок вентилятором под
давлением 0,35-0,7 МПа(3,5-7 кгс/см²). Образующаяся эмульсия
, содержащая мыло, поступает в экстракционный аппарат, из верхней части мыло
которого мыло по трубопроводу поступает в центрифугу корзиночного типа.
Отделившийся в центрифуге щелок возвращается на выпарную установку. Процесс
извлечения из щелока мыла этим способом не нарушает нормальной работы выпарной
установки, так как в экстракционном аппарате всегда поддерживается постоянный
уровень щелока.
При любом способе извлечения
мыла необходимо, чтобы движение щелока в мылоотделителе было спокойным,
ламинарным. При турбулентном движении в зоне интенсивного перемешивания
всплывающее мыло будет снова растворяться
в щелоке.
