Анотація до роботи:

Черьопкіна Р. І. Розробка способів отримання целюлози підвищеного виходу з деревини тополі. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.22. - технологія та обладнання хімічної переробки деревини. - Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, Київ 2006.

Розроблено науково обгрунтовані і експериментально підтверджені варіанти нейтрально-сульфітного та кисло-бісульфітного способів варіння, що забезпечують одержання якісної целюлози з виходом до 60 - 66% з деревини канадської тополі.

Вивчено вплив температурних режимів, концентрації SO₂ у розчині, рН середовища і тривалості варіння на процес делігніфікації деревини, вихід целюлози і її якість.

Показано позитивний вплив антрахінону на процес делігніфікації деревини при нейтрально-сульфітному варінні, проведеного в слабколужному середовищі.

Вивчено вплив повторного використання відпрацьованого щолоку при нейтрально-сульфітному варінні та можливість його використання як технічних лігносульфонатів.

Вивчено можливість вибілювання целюлоз, отриманих нейтрально-сульфітним та кисло-бісульфітним способами, перекисом водню. Досліджено паперотворні властивості невибілених та вибілених целюлоз.

Показано придатність целюлоз, отриманих нейтрально-сульфітним та кисло-бісульфітним способами, для виробництва паперу для офсетного друку та підпергаменту.

Запропоновано принципові технологічні схеми отримання целюлози підвищеного виходу з деревини тополі нейтрально-сульфітним без просочування та кисло-бісульфітним способами.

Наведено техніко-економічне обгрунтування практичної реалізації розроблених нейтрально-сульфітного та кисло-бісульфітного способів отримання целюлози підвищеного виходу з деревини канадської тополі.

1. Вперше розроблено науково обгрунтовані, економічно ефективні і екологічно безпечні способи одержання з деревини канадської тополі целюлози підвищеного виходу, яка придатна для виготовлення паперово-картонної продукції. Установлено, що доцільно використати нові варіанти нейтрально-сульфітного та кисло-бісульфітного варіння, які забезпечують найбільш високий вихід целюлози з деревини та раціональне використання відпрацьованих щолоків.

2. Визначено вплив температурних режимів, концентрації SO₂ у розчині, рН середовища та тривалості варіння на процес делігніфікації деревини тополі і властивості отриманої з неї целюлози за нейтрально-сульфітного і кисло-бісульфітного способів.

Рис. 8. Принципова технологічна схема одержання целюлози і використання щолоків

3. Вперше встановлено, що з деревини тополі нейтрально-сульфітним способом за режимами варіння без попереднього просочення можна одержувати не тільки напівцелюлозу, але і целюлозу з виходом до 66% та з вмістом у ній лігніну не більше 6 – 8%, яка легко розділяється на окремі волокна без додаткового розмелювання і має високі показники механічної міцності: розривна довжина до 10 – 12 тис. м, опір зламу під час подвійних перегинів 850 –1200 ч.п.п., опір роздиранню до 400 – 500 мН, опір продавлюванню до 500 – 700 кПа. Визначені параметри процесу нейтрально-сульфітного варіння деревини тополі для одержання целюлози: концентрація SO₂ у варильному розчині 30 – 35 г/дм³, рН розчину 7.5 – 9.5, температура варіння 175 – 180 ^оС, тривалість процесу 120 – 240 хвилин.

4. Вперше показано, що добавка антрахінону в кількості не більше 0.05 - 0.1% від маси абс. сух. деревини за нейтрально-сульфітного варіння в слабколужному середовищі сприяє прискоренню процесу варіння, підвищенню виходу целюлози на 1.5 - 4.0%, збільшенню її білості до 10% та підвищенню фізико-механічних показників у порівнянні з варінням без антрахінону.

5. Встановлено, що під час нейтрально-сульфітного варіння до свіжого розчину можна додавати до 30 - 40% відпрацьованого щолоку без погіршення якості целюлози. Відпрацьований щолок за сухості 50% може бути використаний у ливарному виробництві як ефективне в’яжуче замість дефіцитних в Україні технічних лігносульфонатів.

6. Розроблено і захищено патентом України новий варіант сульфітного варіння, названий кисло-бісульфітним способом, що забезпечує одержання целюлози з виходом до 60% від абс. сух. деревини із залишковим вмістом у ній лігніну не більше 2 - 3%, білістю до 70% та показниками механічної міцності: розривна довжина до 8 - 11 тис. м, опір зламу під час подвійних перегинів 900 - 1200 ч.п.п., опір роздиранню 300 - 400 мН, опір продавлюванню 300 - 500 кПа.

Визначено режим проведення кисло-бісульфітного варіння: вміст SO₂ у варильному розчині 50 – 60 г/дм³ , температура – 150 – 155 ^оС, рН варильного розчину – 1.9 – 2.2, тривалість процесу варіння з врахуванням заварювання та просочування – не більше 4 – 4.5 години.

7. Розраховано рівняння регресії, що адекватно описують експериментальні дані, які можуть бути використані як математична модель нейтрально-сульфітного та кисло-бісульфітного варіння целюлози із заданими показниками якості у виробництві, наукових дослідженнях і навчальному процесі. Шляхом багатокритеріальної оптимізації параметрів процесу варіння визначені оптимальні області процесу.

8. Вивчено можливість вибілювання нейтрально-сульфітної та кисло-бісульфітної целюлози перекисом водню без використання хлору і хлоромістких сполук. Встановлено, що ці целюлози легко піддаються вибілюванню перекисом водню в один ступінь і за витрати Н₂О₂ 1.5 % від маси волокна їх білість може бути підвищена приблизно на 15%.

9. Встановлено, що целюлоза, отримана нейтрально-сульфітним та кисло-бісульфітним способами, характеризуються високими паперотворними властивостями за порівняно невисокого ступеня млива 30 – 40 ^оШР та близькими показниками механічної міцності для невибіленої і вибіленої целюлози.

10. Показано, що нейтрально-сульфітна та кисло-бісульфітна целюлоза із тополі може бути використана у композиції із хвойною сульфітною вибіленою целюлозою в кількості 80% або 100% у виробництві паперу для офсетного друку та повністю замінити її у виробництві підпергаменту.

11. Показано економічну доцільність використання в Україні деревини канадської тополі та організації на її основі нейтрально-сульфітного і кисло-бісульфітного способів виробництва целюлози продуктивністю 100 тис т/рік з терміном окупності 5 - 7 років і очікуваним економічним ефектом від впровадження нейтрально-сульфітного способу близько 83 млн грн на рік, а кисло-бісульфітного - 31 млн грн на рік.

Публікації автора:

1. До питання одержання целюлози нейтрально-сульфітним способом. Примаков С.П., Антоненко Л.П., Черьопкіна Р.І., Гарист Т.В. //Наукові вісті. НТУУ "КПІ". – 1999. – № 3. – С. 150 – 152. (Виконані експериментальні дослідження та оформлення публікації).

2. Використання відпрацьованих щолоків нейтрально-сульфітного варіння деревини тополі. Антоненко Л.П., Примаков С.П., Черьопкіна Р.І. Ренська О.С. //Наукові вісті. НТУУ "КПІ". – 2000. – № 3. – С. 137 – 140. (Виконані експериментальні дослідження та оформлення публікації).

3. Комплексное использование древесины тополя в целлюлозно-бумажной промышленности. Антоненко Л.П., Ренская Е.С., Примаков С.Ф., Черёпкина Р.И. //Экотехнологии и ресурсосбережение. – 2000. – № 5. – С. 18 – 22. (Обговорення експериментальних завдань, обробка результатів досліджень та оформлення публікації).

4. Делигнификация древесины тополя растворами моносульфита натрия. Антоненко Л.П., Примаков С.Ф., Черёпкина Р.И., Гарист Т.В. //Экотехнологии и ресурсосбережение. – 2001. – № 2. – С. 21 – 24. (Виконані експериментальні дослідження, обробка та аналіз результатів експериментів, оформлення публікації).

5. Влияние рН варочного раствора на выход и свойства целлюлозы из тополя. Антоненко Л.П., Черёпкина Р.И., Глущенко С.Г., Брюшкова И.В. //Экотехнологии и ресурсосбережение. – 2003. – № 1. – С. 30 – 33. (Отримано результати експериментів та оформлення публікації).

6. Черьопкіна Р.І., Примаков С.П., Трохимчук І.М. Делігніфікація деревини тополі нейтрально-сульфітним способом з додаванням антрахінону. //Наукові вісті НТУУ "КПІ". – 2003. – № 2. – С. 131 – 135. (Вибрані умови проведення варіння та запропоновано дослідити як каталізатор - антрахінон, отримано основні результати експериментів, оформлення публікації).

7. Черьопкіна Р.І., Примаков С.П. Вплив температури і рН середовища на отримання целюлози з деревини тополі нейтрально-сульфітним способом. //Наукові вісті НТУУ "КПІ". – 2004. – № 2. – С. 126 – 130. (Черьопкіною Р.І отримано всі результати експериментів та проведено аналіз отриманих даних, оформлення публікації).

8. Пат. Україна 67508 А, МКИ D21 C3/06. Спосіб отримання целюлози. Черьопкіна Р.І., Примаков С.П., Барбаш В.А. Бюл. № 6. Опубл. 15. 06. 2004. (Черьопкіною Р.І отримано всі результати експериментів, аналіз та обробка результатів, оформлення патенту).

9. Пат. 59051 А, Україна МКИ D 21C3/06. Спосіб отримання бісульфітної целюлози. Черьопкіна Р.І., Примаков С.П., Барбаш В.А. Бюл. № 8. – Опубл. 15. 08. 2003. (Черьопкіною Р.І отримано всі результати експериментів, аналіз та обробка результатів, оформлення патенту).

10. Пат. на корисну модель 3417 Україна, МКИ D21 C3/06. Спосіб отримання листяної напівцелюлози. Антоненко Л. П., Черьопкіна Р.І. Бюл. №11. Опубл. 15. 11. 2004. (Обговорення аналіз та обробка результатів досліджень, оформлення патенту).

11. Черьопкіна Р.І., Примаков С.П., Трохимчук І.М. Вплив підйому температури на отримання целлюлози з деревини тополі. III Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених. //"Екологія. Людина. Суспільство." 11 – 12 травня. – Київ.: НТУУ „КПІ”, 2000 – С. 160. (Вибрані параметри варіння, виконані експериментальні дослідження, обробка та аналіз експериментів, оформлення публікації).

12. Нейтрально-сульфитная целлюлоза из тополя. Примаков С.Ф., Антоненко Л.П., Черёпкина Р.И., Трохимчук И.Н. //Шестая Международная научно-техн. конф. „PAP-FOR 2000”. Сентябрь. С.- Петербург. – 2000. – С. 8 – 9. (Виконані експериментальні дослідження, обробка та аналіз результатів експериментів, оформлення публікації).

13. Черёпкина Р.И., Примаков С.Ф. Получение целлюлозы из тополя модифицированным бисульфитным способом. VII Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених //"Екологія. Людина. Суспільство" –Київ.: НТУУ „КПІ”, 2004. – С.196. (Виконані експериментальні дослідження, обробка та аналіз результатів експериментів, оформлення публікації).

14. Примаков С.Ф., Черёпкина Р.И., Михайленко А.А. Кисло-бисульфитная целлюлоза из тополя. //Седьмая Международная научно-техн. конф. „PAP-FOR 2002”. 18 - 19 ноября 2002. С.- Петербург. – 2002. – С. 13 – 14. (Виконані експериментальні дослідження, обробка та аналіз результатів експериментів, оформлення публікації).

15. Примаков С.Ф., Черёпкина Р.И., Барбаш В.А. Оптимизация процесса получения целлюлозы из древесины тополя кисло-бисульфитным способом. //Восьмая Международная научно-техн. конф. „PAP-FOR 2004”. 22 - 23 ноября 2004. С.- Петербург. – 2004. – С. 16 – 18. (Виконані дослідження, обробка та аналіз результатів експериментів, оформлення публікації).

16. Черьопкіна Р.І., Примаков С.П. Використання нейтрально-сульфітної целюлози для отримання офсетного паперу. //VIII Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених " Екологія. Людина. Суспільство" – Київ.: НТУУ „КПІ”, 2005. – С. 154. (Черьопкіною Р.І отримано всі результати експериментів, аналіз та обробка результатів, оформлення публікації).

17. Примаков С.Ф., Черёпкина Р.И., Барбаш В.А. Сульфитная целюлоза повышенного выхода из тополя. //Девятая Международная научно-техн. конф. „PAP-FOR 2006”. 20 – 21 ноября 2006. С.- Петербург. – 2006. – С. 16 – 17. (Виконані експериментальні дослідження, обробка та аналіз результатів експериментів, оформлення публікації).