2. Варка древесины.

Варка сульфитной целлюлозы осуществляется периодическим способом в вертикальных котлах, футерованных изнутри. Котел загружают щепой, заливают варочной кислотой и герметично закрывают. Содержимое котла нагревают острым паром до 105-110⁰С (этот этап называется заварка) и выдерживают при этой температуре для завершения пропитки щепы кислотой (этот этап называется стоянка). Затем нагрев продолжают до 130-150⁰С и ведут варку. Давление в котле составляет 0,6-1,0 МПа, продолжительность варки 5-12 часов. Во время варки из котла периодически проводят сдувки, при этом из котла удаляется водяной пар, SO₃ и легколетучие органические соединения. Сдувки конденсируют и полученный конденсат добавляют к сырой сульфитной кислоте, получая варочную кислоту. По окончанию варки котел опорожняют в сцежу способом выдувки или вымывки. При выдувке давление в котле уменьшают до 0,15-0,20 МПа, открывают шибер на выдувном трубопроводе, и щелочная масса за счет остаточного давления выдувается из котла вместе со щелоком в приемный резервуар.

Продолжительность выдувки 10-20 минут.

При вымывке давление снижают до 0,25-0,35 МПа и отбирают из котла сульфитный щелок, который направляют на использование. Затем в котел подают воду или слабый оборотный щелок доверху и продолжают отбор щелока. А затем выпускают целлюлозную массу с оставшимся слабым щелоком в приемный резервуар. Продолжительность вымывки 1,5-2 часа.

Основные реакции сульфитной варки.

1. сульфонирование лигнина и образование лигносульфоновых кислот, растворимых в варочной жидкости.

Процесс сульфонирования регулируется составом варочной кислоты. Скорость сульфонирования зависит от концентрации ионов HSO₃^- и ионов Н⁺. Образовавшиеся лигносульфоновые кислоты имеют молекулярную массу 300-30000 г/моль. Низкомолекулярные фракции способны переходить в раствор, так как они больше сульфонированы. Фракционно-молекулярный состав зависит от условий варки.

2. Разрушение гемицеллюлоз происходит в результате их гидролиза, то есть кислотность варочного раствора достаточна для гидролиза гемицеллюлоз, но недостаточна для гидролиза целлюлозы.

Способы переработки и использования сульфитных щелоков.

Сульфитный щелок содержит минеральные и органические вещества. Состав органических веществ: 50-60% - лигносульфоновые кислоты; 25-28% - моносахариды. Также в небольшом количестве присутствуют фурфурол, уксусная кислота, метиловый спирт, смолы и т.д.; В состав минеральных веществ входят: H₂SO_3, бисульфиты Ca, Mg, Na, NH₄. Количество щелока составляет 8-11 м³ на 1 тонну целлюлозы.

Общая концентрация растворенных веществ - до 120г/л.

Основным направлением использования сульфитных щелоков является биохимическая переработка с получением дрожжей. Этот способ позволяет утилизировать органические вещества щелока, минеральные компоненты практически не регенерируются.

Подготовка щелока к биохимическим процессам.

Подготовка щелока к биохимическим процессам проводится также, как в гидролизном производстве. Дополнительным этапом является удаление сернистого газа.

Удаление сернистого газа проводят следующими методами:

1. Продувка воздухом

2. Самоиспарение щелока

3. Продувка паром.

1. При продувке воздухом удаляется не более 15% сернистого газа и получают сернистый газ сильно разбавленный, который не используют, а выбрасывают в атмосферу. Расход воздуха 5 м³ на 1м³ щелока. Продолжительность продувки 1-3 часа температура не менее 80⁰С.

2. При самоиспарении щелока может быть извлечено 35-40% сернистого газа, который возвращают на приготовление сульфитной кислоты.

3. Продувку паром проводят в тарельчатых или насадочных аппаратах. При этом извлекается до 50% сернистого газа. После конденсации получают раствор с концентрацией сернистого газа 7-8%. При продувке паром также удаляется фурфурол и другие органические соединения, что уменьшает токсичность щелока и приводит к увеличению производительности дрожжевого производства на 5-10%.

После получения и выделения дрожжей остается сульфитнодрожжевая бражка (СДБ), которая содержит до 9% лигносульфонатов.

Производство концентратов лигносульфонатов.

Для использования лигносульфонатов необходимо, чтобы их концентрация составляла не менее 50%, поэтому СДБ подвергают упариванию. Перед упариванием ее обрабатывают паром для удаления газов и фильтруют через барабанные сита для удаления дрожжевых клеток и волокон целлюлозы.

Упаривание проводят в многокорпусных выпарных батареях. Обычно батарея состоит из 5-6 аппаратов (2-3 аппарата работают под давлением, 2-3 - под вакуумом).

В процессе упаривания возможно образование минеральной и органической накипи на стенках кипятильных трубок и стенках аппаратов. Для предотвращения отложения сульфата кальция к упариваему раствору вводят суспензию CaSO₄ в качестве затравки.

Органическая накипь представлена в основном лигносульфанатами, которые легко полимеризуются, особенно при повышенной температуре, поэтому упаривание ведут при температуре не выше 130⁰С.