Celuloza i papir

DOBIJANJE CELULOZE

Celuloza je nastala u prirodi fotosintezom I na nju otpada oko 50% od ukupno svih tvari koje grade zidove ćelija drveta I trava. Po hemijskom sastavu, celuloza je polisaharid koji je izgradjen od glukoznih ostataka koji su vezani u obliku dugačkih lanaca. Ukupna količina polisaharida iznosi ¾ od ukupne suhe mase drveta. Ugljeni hidrati koje nalazimo u drvetu su celuloza, hemiceluloza, skrob, pektinske tvari I u vodi topivi polisaharidi. Celuloza je daleko najvazniji sastavni dio drveta I, kao sto smo rekli, na nju otpada 50% ukupne suhe tvari u drvetu. Oko 20-30% mase suhe drvne supstance otpada na lignin koji predstavlja aromatske supstance sa karakterističnim fenolnim I hidroksilnim skupinama. Pored toga, u drvetu nalazimo terpene I njima slične sastojke do 5% alifatske kiseline, alkohole, proteine I anorganske supstance.
Prema tome, vidimo da celulozu nalazimo u prirodi već gotovu kao produkt fotosinteze biljnih organizama, pa da bismo je dobili potrebno je naći takav rastvarač koji će rastvoriti sve navedene sastojke drveta, a da celuloza ostane nerastvorena. Isto tako vidimo da za proizvodnju celuloze u principu mozemo koristiti sve vrste drveta, stabljike jednogodišnjih biljaka, slamu, trsku, neke vrste trava I slično.
Celuloza je prvi put dobijena 1853. Godine iz slame (Francuz Mellier-Melije). Prva fabrika za proizvodnju celuloze djelovanjem luzine na drvenu sječku izgradjena je 1860. Godine u Pensilvaniji. Kasnije su se razvili I drugi postupci za proizvodnju celuloze, a sve ih mozemo podijeliti na dvije glavne grupe, tj. Kisele I bazne postupke. Prilikom kiselih postupaka upotrebljavamo kisele rastvarace radi odstranjivanja lignina (delignifikacija) I drugih neceluloznih tvari. Od ovih postupaka najvazniji je sulfatni postupak. Prilikom baznih postupaka s ciljem uklanjanja lignina I drugih neceluloznih tvari koristimo bazne rastvarace. Od ovih postupaka najvazniji su sulfatni I natronski.

 
DOBIJANJE CELULOZE PO SULFITNOM POSTUPKU

Za dobijanje celuloze po sulfitnom postupku najčesće se koristi smrča, jela, prvoorazredna bukva, topola I breza, dok se drvo koje sadrzi veće količine smole ne moze se prerađivati po ovom postupku. Cijeli proces proizvodnje celuloze po sulfitnom postupku mozemo podijeliti u sljedeće faze:

• priprema drveta,
• dobijanje rastvarača za delignifikaciju drveta,
• kuhanje celuloze (delignifikacija),
• prečišćavanje celuloze,
• uobličavanje celuloze I
• iskorištavanje luga

Priprema drveta sastoji se u tome što se prvo podvrgava procesu čišćenja kako bI se uklonili kora, liko I druge supstance. Ovaj proces moze se obaviti na nekoliko nacina (ljuštenjem, trenjem pomoću tvrdih predmeta, međusobnim trenjem oblica ili jakim mlazom vode). U novije doba uvodi se u praksu trovanje drveta u šumi radi uklanjanja kore.
Iz očišćenog drveta potrebno je dobiti sječku. Dobijanje sječke je vrlo znacajno u proizvodnom procesu buduci da od dobijene sječke u velikoj mjeri zavisi brzina I ravnomjernost delignifikacije. Duzina komadića sječke treba da se krece od 15 do 40 mm jer ako su komadi veći unutrašnjost sječke ostaće neraskuhana. Takođe se moraju ukloniti I sitni komadi jer oni loše uticu na osobine I prinos celuloze. Dobijena sječka mora se podvrći procesu prebiranja pomocu specijalnih uređaja, a zatim se ovako pripremljena sječka stavlja ili u silose ili u gomile.
Dobijanje rastvarača za delignifikaciu drveta obavlja se tako sto se sumpor ili pirit spaljuje u specijalnim pećima pri čemu dobijamo sumpor-dioksid. Treba paziti da prilikom spaljivanja ne dođe do stvaranja sumpor-trioksida. Dobijeni sumpor-dioksid čisti se u mehanickim I elektrofilterima (vidi sumpornu kiselinu) I hladi se. Ovako očišćen I ohlađen SO2 (oko 30 oC) uvodi se u dva apsorpciona tornja koji su napunjeni krečnjakom. Sa gornje strane tornjeva ubacuje se voda koja se raspršava, a sa donje strane uvodi se SO2. Sumpor-dioksid reaguje sa vodom dajući pri tome sumporastu kiselinu koja odmah reaguje sa krečnjakom. Pri tome nastaje kalcijum-sulfit koji se u suvišku sumporaste kiseline rastvara pa dobijamo kalcijum-bisulfit.
Prema tome, vidimo da se disulfitni lug sastoji od kalcij-bisulfata koji je rastvoren u sumporastoj kiselini I slobodnog SO2. Buduci da je bisulfitni lug jako korozivan, to se čuva u rezervaorima od olova ili od specijalnog čelika otpornog prema kiselinama.
Kuhanje celuloze (delignifikacija) obavlja se u kotlovima od čelicnog lima koji su iznutra oblozeni materijalom otpornim na djelovanje kiselina. U novije vrijeme koriste se kotlovi izgrađeni od visokokvalitetnih čelika (Cr 18%, Ni 10%, Mo 2%). Kapacitet kotla moze isnositi I do 400m3. Zagrijavanje kotlova obavlja se ili direktnim ubacivanjem vodene pare u kotao (Ritter-Kellnerov postupak) ili se kotao zagrijava indirektno pomoću vodene pare koja prolazi kroz cijevi koje su ugrađene u kotlu.
Zagrijevenje u početku mora biti postepeno sve do temperature 110 oC jer je potrebno da se do te temperature drvo potpuno impregnira rastvaračem.
Prilikom proizvodnje sulfitne celuloze temperatura u kotlu iznosi od 125 do 145 oC, pritisak se krece od 7,3 bara (7,5 atmosfera), a proces kuhanja traje 6 sati. Od visine temperature kuhanja, kao I od visine radnog pritiska u kotlu zavisi stepen delignifikacije I prinos celuloze. S obzirom na primijenjenu sirovinu, kao I uslove kuhanja, prinos celuloze iznosi oko 40-50%, racunato na potpuno suhu drvnu masu.
Proces delignifikacije se stalno kontrolise uzimanjem uzoraka lužine I kontrolisanjem njene boje, kao I praćenjem koncentracije SO2 u lužini. Nakon zavrsenog kuhanja kotao se prazni pod pritiskom 1,96-2,9 bara (2-3 atmosfere) u posebne jame za pranje celuloze ili u difuzere ako se želi otpadna lužina prerađivati.