Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Отбелка целлюлозы — технологический процесс удаления остаточного лигнина и хромофорных групп из целлюлозной массы с целью повышения её белизны. Небелёная сульфатная целлюлоза из хвойной древесины имеет белизну 25–30%, из лиственной — 45–50%. Для производства качественной бумаги необходима белизна 88–92% ISO. Достижение этих показателей обеспечивается многоступенчатой отбелкой с использованием различных реагентов.
С 1980-х годов мировая целлюлозно-бумажная промышленность отказывается от применения элементарного хлора в отбелке из-за образования хлорорганических соединений (в том числе диоксинов). Современные технологии подразделяются на ECF (Elemental Chlorine Free — без элементарного хлора) и TCF (Total Chlorine Free — полностью без хлора).
Процесс отбелки решает две основные задачи: делигнификация (удаление остаточного лигнина, химически связанного с целлюлозой после варки) и собственно отбелка (разрушение хромофорных групп, придающих целлюлозе тёмный цвет). Делигнификация происходит преимущественно на первых ступенях отбелки, отбелка — на завершающих. Многоступенчатость процесса обусловлена необходимостью чередования окислительных и щелочных обработок: окислительные ступени разрушают лигнин, щелочные — экстрагируют (растворяют и вымывают) продукты его деструкции.
ECF-технология (Elemental Chlorine Free) исключает применение элементарного хлора (Cl2), но допускает использование соединений хлора — главным образом диоксида хлора (ClO2). ECF-отбелка является преобладающей технологией в мировом производстве беленой целлюлозы.
Перед собственно отбелкой проводится кислородно-щелочная делигнификация (КЩО, ступень O), снижающая число Каппа на 40–60%. Типовые последовательности ступеней ECF-отбелки (после КЩО):
На D-ступени целлюлозная масса обрабатывается раствором диоксида хлора. Типичные параметры: концентрация массы 10–12%, температура 60–75 °С, pH 2–5, продолжительность 30–120 мин. Расход ClO2 на первой D-ступени определяется числом Каппа и целевой белизной; типичные значения — 1,5–3,5% активного хлора от абсолютно сухого волокна (АСВ).
Щелочная экстракция с добавлением кислорода и пероксида водорода. Температура 70–90 °С, pH 10,5–11,5, концентрация массы 10–12%, продолжительность 60–90 мин. Расход NaOH — 1,5–3,0% от АСВ, расход H2O2 — 0,2–0,5% от АСВ.
TCF-технология (Total Chlorine Free) полностью исключает любые хлорсодержащие реагенты. Используются только кислородные реагенты: молекулярный кислород, озон, пероксид водорода, а также ферментативная обработка (ксиланазы).
Озоновая обработка проводится при pH 2–3, температуре 40–60 °С, концентрации массы 10–14% (средняя консистенция) или 30–40% (высокая консистенция). Расход озона — 3–8 кг/т АСВ. Озон является мощным окислителем, эффективно разрушающим лигнин, но при избыточном расходе деструктирует целлюлозу, снижая её прочность.
Обработка пероксидом водорода в щелочной среде. Температура 70–90 °С, pH 10–11, концентрация массы 10–14%, продолжительность 120–240 мин. Расход H2O2 — 1,0–4,0% от АСВ. Пероксид водорода является мягким отбеливающим реагентом, повышающим белизну без значительного снижения прочности целлюлозы.
КЩО (ступень O) — предварительная обработка целлюлозы молекулярным кислородом в щелочной среде под давлением. Применяется как обязательная предступень перед отбелкой как в ECF, так и в TCF технологиях. Позволяет снизить число Каппа на 40–60%, уменьшая расход отбеливающих реагентов.
Типичные параметры КЩО:
Температура: 90–110 °С
Давление кислорода: 0,3–0,8 МПа
pH: 10–12 (расход NaOH — 2–4% от АСВ)
Концентрация массы: 10–14% (средняя консистенция)
Продолжительность: 30–60 мин
Снижение числа Каппа: на 40–60%
Многоступенчатая отбелка выполняется на непрерывных отбельных установках, включающих следующее основное оборудование:
Отбельные башни (реакторы) — вертикальные цилиндрические сосуды, в которых целлюлозная масса выдерживается при заданных параметрах (температура, pH, время). Различают башни восходящего потока (масса подаётся снизу) и нисходящего потока. Высота башни определяется необходимым временем реакции и производительностью.
Смесители — устройства для интенсивного смешивания реагентов с целлюлозной массой перед подачей в башню. Обеспечивают равномерное распределение реагента по объёму массы, что критически важно для качества отбелки.
Промывное оборудование — вакуум-фильтры, пресс-фильтры или промывные прессы, установленные после каждой ступени для удаления продуктов реакции (растворённого лигнина, отработанных реагентов) перед следующей ступенью. Качество промывки напрямую влияет на расход реагентов.
Генератор диоксида хлора — установка для получения ClO2 из хлората натрия (NaClO3) восстановлением кислотой. ClO2 является взрывоопасным газом и не транспортируется, а производится непосредственно на предприятии.
Генератор озона — установка для получения O3 из кислорода методом барьерного электрического разряда. Озон также нестабилен и производится на месте.
Белизна целлюлозы определяется по ГОСТ 7690-76, который соответствует международным стандартам ISO 2469 и ISO 2470. Измеряется как коэффициент отражения образца при длине волны 457 нм и выражается в процентах. Для товарной беленой целлюлозы требуемая белизна составляет 88–92% ISO.
Число Каппа — показатель степени провара целлюлозы, характеризующий содержание остаточного лигнина. Определяется по ГОСТ 9109 (перманганатный метод). Чем ниже число Каппа перед отбелкой, тем меньше расход отбеливающих реагентов. Типичные значения: небелёная сульфатная хвойная целлюлоза — число Каппа 28–32; после КЩО — 12–18; после полной отбелки — менее 1.
AOX (Adsorbable Organic Halides) — адсорбируемые органические галогениды, образующиеся при реакции хлорсодержащих реагентов с органическими веществами целлюлозы. При традиционной хлорной отбелке образование AOX составляло 2–5 кг/т целлюлозы. При ECF-отбелке с использованием ClO2 образование AOX снижается до 0,1–0,3 кг/т. При TCF-отбелке AOX не образуются.
Нормативные ограничения:
Наилучшие доступные технологии (НДТ) для отбелки целлюлозы предусматривают содержание AOX в сточных водах не более 0,25 кг/т АСВ целлюлозы. Для ряда экологически чувствительных регионов и для экомаркированной продукции (EU Ecolabel, Nordic Swan) требования ещё жёстче: AOX < 0,10 кг/т или полное отсутствие (TCF).
Помимо AOX, контролируются ХПК (химическое потребление кислорода), БПК5 (биологическое потребление кислорода), цветность и содержание взвешенных веществ в сточных водах отбельного цеха.
ECF (Elemental Chlorine Free) исключает элементарный хлор, но допускает диоксид хлора (ClO2). TCF (Total Chlorine Free) полностью исключает любые хлорсодержащие реагенты и использует только кислородные (O2, O3, H2O2). ECF обеспечивает более высокую белизну (89–92% ISO) и лучшую сохранность прочности, TCF — полное отсутствие AOX в сточных водах.
При отбелке элементарным хлором образуются хлорорганические соединения, в том числе полихлорированные дибензодиоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ), являющиеся стойкими органическими загрязнителями. С 1980-х годов их высокая токсичность и устойчивость в окружающей среде привели к законодательному ограничению и переходу на ECF/TCF технологии.
Число Каппа (определяется по ГОСТ 9109) характеризует содержание остаточного лигнина в целлюлозе. Чем ниже число Каппа перед отбелкой, тем меньше требуется отбеливающих реагентов и тем выше достижимая белизна. Типичное число Каппа небелёной сульфатной хвойной целлюлозы — 28–32, после кислородной делигнификации — 12–18.
КЩО (кислородно-щелочная обработка, ступень O) — делигнификация целлюлозы молекулярным кислородом в щелочной среде под давлением. Снижает число Каппа на 40–60%, сокращая расход дорогих отбеливающих реагентов (ClO2 или O3) на последующих ступенях. Является обязательной предступенью в современных схемах как ECF, так и TCF.
ECF-отбелка позволяет достичь белизны 89–92% ISO. TCF-отбелка обеспечивает 85–90% ISO. Белизна определяется по ГОСТ 7690-76, соответствующему ISO 2470, как коэффициент отражения при длине волны 457 нм. Для офисной бумаги типичная белизна составляет 90–92%, для газетной — 57–65% ISO.
AOX (Adsorbable Organic Halides) — адсорбируемые органические галогениды, образующиеся при взаимодействии хлорсодержащих реагентов с органическими веществами. При традиционной хлорной отбелке AOX составляли 2–5 кг/т, при ECF — 0,1–0,3 кг/т, при TCF — 0. Нормативы НДТ ограничивают AOX до 0,25 кг/т. Многие экомаркировки требуют полного отсутствия AOX (TCF).
Диоксид хлора (ClO2) является взрывоопасным газом, который не может безопасно транспортироваться и храниться в сжатом или концентрированном виде. Он производится непосредственно на целлюлозном комбинате из хлората натрия (NaClO3) методом кислотного восстановления. Аналогично, озон (O3) также нестабилен и производится на месте из кислорода.
Для сульфатной хвойной целлюлозы, имеющей высокое содержание остаточного лигнина, ECF-отбелка является предпочтительной. Она обеспечивает более высокую белизну (до 92% ISO) при минимальной деструкции целлюлозных волокон. Диоксид хлора более селективен к лигнину, чем озон, и меньше повреждает целлюлозу. TCF-технология лучше подходит для лиственной и сульфитной целлюлозы, которые отбеливаются легче.
Промывка между ступенями отбелки удаляет продукты деструкции лигнина и отработанные реагенты. Недостаточная промывка приводит к переносу хлорорганических и лигнинных веществ на следующие ступени, увеличивая расход реагентов и ухудшая качество отбелки. Для промывки используются вакуум-фильтры, промывные прессы и диффузоры. Фильтрат первых ступеней содержит растворённый лигнин и направляется на очистку или регенерацию.
Да. Ферменты ксиланазы (ступень X) применяются перед отбелкой для частичного разрушения гемицеллюлоз, связывающих лигнин с целлюлозой. Это облегчает последующую делигнификацию и снижает расход химических реагентов на 15–25%. Ферментативная обработка проводится при pH 5–8, температуре 45–60 °С, в течение 60–120 мин. Применяется преимущественно в TCF-схемах.
Отказ от ответственности. Настоящая статья носит исключительно ознакомительный и справочный характер. Автор не несёт ответственности за возможные ошибки и неточности, а также за последствия применения изложенной информации при проектировании, модернизации или эксплуатации отбельных установок. При разработке технологических решений следует руководствоваться проектной документацией, действующими нормативами и рекомендациями производителей оборудования и реагентов. Для ответственных решений рекомендуется привлечение квалифицированных специалистов.
1. ГОСТ 7690-76 «Целлюлоза, бумага и картон. Метод определения белизны» (соответствует ISO 2469, ISO 2470).
2. ГОСТ 9109-81 «Целлюлоза. Метод определения степени провара (числа Каппа)».
3. Непенин Ю. Н. Технология целлюлозы. Т. 2: Производство сульфатной целлюлозы. — М.: Экология.
4. Хакимова Ф. Х. и др. Бесхлорная отбелка сульфатной лиственной целлюлозы пероксидом водорода // КиберЛенинка.
5. Синяев К. А. и др. Экологически надежная технология отбелки сульфитной целлюлозы // КиберЛенинка.
6. Синяев К. А. и др. Отбелка сульфатной целлюлозы по ECF-технологии // Современные наукоёмкие технологии.
7. Dence C. W., Reeve D. W. Pulp Bleaching: Principles and Practice. — TAPPI Press.
8. Suess H. U. Pulp Bleaching Today. — Walter de Gruyter.
9. BREF «Best Available Techniques in the Pulp and Paper Industry». — European IPPC Bureau.
10. ИТС 1-2015 «Производство целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона» (Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям).
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.