Механизм сульфитной варки

ЛЕКЦИЯ № МЕХАНИЗМ И ХИМИЗМ СУЛЬФИТНОЙ ВАРКИ

 

План лекции

1.Механизм сульфитной варки

2.Реакции лигнина при сульфитной варке

3.Реакции углеводов

4.Побочные реакции

 

Механизм сульфитной варки

Процесс сульфитной варки можно представить в виде нескольких последовательных стадий:

- пропитка щепы варочным раствором;

- адсорбция активных реагентов на реакционной поверхности древесины, сопровождаемая проникновением воды в стенки древесных клеток, то есть набуханием;

- предварительная стадия химических реакций в твердой фазе: протонная активация реакционноспособных групп, эфирных, гликозидных связей в молекулах лигнина и гемицеллюлоз;

- основная стадия химических реакций в твердой фазе: сульфирование и сульфитолиз лигнина, частичный гидролиз и сульфитолиз гемицеллюлоз;

- заключительная стадия химических реакций: гидролиз и сульфитолиз твердой лигносульфоновой кислоты (ЛСК); гидролиз и растворение гемицеллюлоз; частичный гидролиз и растворение целлюлозы;

- вторичные реакции в растворе: дальнейшее сульфирование ЛСК, инверсия олигосахаридов, побочные реакции.

 

Назначение пропитки – привести варочный раствор в соприкосновение с древесиной на возможно большей поверхности и тем самым обеспечить возможность химических реакций. Проникновению варочного раствора способствует пористое строение древесины. Компоненты варочной кислоты могут проникать в древесину двумя путями:

- вместе с жидкостью, в которой они растворены за счет капиллярного всасывания, движущей силой которого является поверхностное натяжение жидкости;

- путем диффузии из жидкой фазы в жидкую, движущей силой которой является разность или градиент концентраций.

Растворенный диоксид серы может проникать в древесину за счет диффузии в виде сернистого газа при выделении его из жидкой фазы в газовую и обратного растворения в жидкости внутри щепы. Скорость газовой диффузии на 4 порядка больше, чем в жидкой. Этим объясняется более быстрое проникновение в щепу свободного диоксида серы.

Жидкостная пропитка происходит в основном в направлении волокон, причем скорость пропитки в этом направлении в 50…200 раз выше, чем в поперечном направлении. Скорость диффузии вдоль волокон в 10…12 раз больше, чем поперек.

На процесс пропитки оказывают влияние следующие факторы:

- длина щепы определяет продолжительность жидкостной пропитки;

- толщина щепы имеет значение в основном для диффузионной пропитки;

- плотность древесины, т.е. степень пористости. Чем выше плотность древесины, тем труднее происходит пропитка, особенно, диффузионная. Трудно пропитывается сучковая древесина, имеющая плотность 700 кг/м³, что приводит к получению после варки непровара;

- повышенная начальная влажность щепы. Существенно сокращается объем кислоты, который может впитаться в щепу за счет жидкостной пропитки. Диффузионная пропитка такой щепы протекает равномерно, но требуется применять кислоту с повышенной крепостью;

- крепость кислоты. С повышением содержания свободного диоксида серы скорость пропитки возрастает;

- температура. С повышением температуры уменьшается вязкость кислоты, увеличивается подвижность ионов и скорость диффузии. Однако из-за опасения вызвать заметную конденсацию лигнина температуру пропитки не поднимают выше 105…110⁰С, и дальнейший подъем температуры ведут лишь тогда, когда есть уверенность в том, что щепа полностью насыщена химикатами, необходимыми для сульфирования лигнина;

- давление или разность давлений используется на практике как мощный фактор усиления принудительной пропитки (вакуумирование, предварительная пропарка щепы).