В последние годы в связи с огромной актуальностью вопроса защиты природной среды за счет максимального использования оборотных вод, резкого сокращения количества сбрасываемых сточных вод и снижения их токсичности одним из перспективных способов производства древесного целлюлозного материала является способ, не связанный с использованием хлора и серы содержащих соединений становится азотнокислый процесс варки древесины, основанный на обработке растительного сырья разбавленной азотной кислотой с последующим растворением продуктов взаимодействия в щелочной среде (36). При обработке древесины слабой азотной кислотой происходит нитрование и окисление лигнина, сопровождающееся его деструкцией и растворением на стадии щелочной экстракции. Основными технологическими преимуществами азотнокислой варки являются: быстрота, умеренная температура и отсутствие повышенного давления. Низкая температура варки и щелочной экстракции (80-100°С) способствует уменьшению расхода энергетики. Проведение варки при атмосферном давлении позволяет упростить варочное оборудование. Самое главное и существенное преимущество азотнокислой варки заключается в легкости осуществления замкнутости схемы водооборота, проведения варочною процесса и парогазовой фазе. Все это существенно может снизить загрязнение окружающей среды промышленными стоками по сравнению с существующими технологическими процессами производства сульфитной и сульфатной целлюлозы. Мягкие условия обработки и избирательное действие азотной кислоты по отношению к компонентам древесины позволяют получить менее деструктированную целлюлозу по сравнению с целлюлозой, получаемой сульфитным, сульфатным и кислородно-щелочным способом варки. Полученный целлюлозный материал отличается малым содержанием остаточного лигнина, смол и жиров. Высокая степень полимеризации древесного целлюлозного материала свидетельствует о незначительной деструкции целлюлозы в процессе варки. Ввиду низкого содержания остаточного лигнина, получаемая целлюлоза легко отбеливается при малом расходе отбеливающих реагентов и достигается устойчивая и высокая белизна. Азотно-кислая варка, помимо целлюлозы, позволяет получить ряд ценных побочных продуктов, которые могут быть подвергнуты биохимической переработке с получением кормовых дрожжей. Отработанный щелок может быть использован в качестве эффективного удобрения.

Расход азотной кислоты на варку определяется исходным видом древесины, назначением древесного целлюлозного материала и особенностями технологии. Варка древесины лиственных пород требует по сравнению с хвойной древесиной меньшего расхода азотной кислоты из-за низкого содержания лигнина лиственной древесины по отношению к азотной кислоте. Около 30-45% израсходованного количества азотной кислоты может быть регенерировано и возвращено на варку окислением образующихся в процессе варки окислов азота и абсорбцией их водой. Кроме азотной кислоты могут использоваться различные добавки для ускорения процесса и т.д.

Низкое содержание остаточного лигнина в небеленной азотнокислой целлюлозе позволяет проводить отбелку целлюлозы с меньшим расходом отбеливающих реагентов, чем при других способах получения древесного целлюлозного материала для химической переработки в ацетаты

Сопоставление показателей качества образцов азотнокислой и сульфитной целлюлозы из древесины осины, отбеленных до одинаковой вязкости и белизны показывает, что в азотнокислой целлюлозе выше содержание а-целлюлозы и ниже содержание р-целлюлозы. Для азотнокислого древесного целлюлозного материала из древесины осины характерно более высокое содержание пентозанов и ксилана. Азотнокислая целлюлоза из осины меньше содержит смол.

Характеристика беленого облагороженного древесного целлюлозного материала для ацетилирования.

Очищенная небеленая целлюлоза содержит еще значительное количество лигнина, гемицеллюлоз, смолы поэтому необходим процесс доочисгкн целлюлозного материала от других компонентов. Для этого проводится отбелка древесного целлюлозного материала, при которой протекают процессы дальнейшей денитрификации и облагораживания продукта. Лигнин можно удалить, проводя его окисление или переводя его в хлорлигнин. Образующиеся продукты распада лигнина растворяются в слабощелочных варочных растворах или в воде.

Интересным способом получения древесного целлюлозного, материала для ацетилирования есть способ одной из финляндских фирм (41), который основан на применении трехступенчатой варки. По этому способу древесную щепу, полученную из сосны, лиственницы или осины варят в три стадии: предварительное сульфонирование, основная варка и гидролиз, щелочная варка. Варка проводится и биметаллических котлах с непрямым обогревом, рассчитанных на давление не менее 10 кгс/см2. Котлы снабжены эффективной циркуляцией для варочного раствора. При загрузке щепы применяют паровые уплотнители, которые позволяют проводить пропарку щепы. После подачи жидкости давление в котле поднимают до 9-10 кгс/см: и проводят пропитку щепы. Варка проводится с раствором бисульфита натрия с концентрацией в пересчете на содержание окиси натрия в растворе от 1,4 до 2,3% при рН ~ 3,5-6,5 Пропитка начинается при температуре 80-90°С, а в процессе пропитки, которая длится 2-3 часа, температура повышается до 110-130°С. По окончании пропитки из котла удаляется горячая избыточная жидкость, а затем вводится горячая вода. Одновременно с этим проводится инжекция жидкой двуокиси серы в количестве 7-10% от веса древесины. Температура повышается до 145-155° в течение 1-2 часов. Продолжительность стоянки на конечной температуре определяется значением вязкости получаемого целлюлозного материала. Контроль за ходом варки проводится по цвету варочного раствора.15.2.3.3. Приготовление сульфитных варочных растворов [6, 7]

Процесс получения варочного раствора складывается из трех стадий: получение сернистого ангидрида; получение сырой кислоты; получение варочного раствора.

1.1 Получение сернистого ангидрида

На большинстве заводов в качестве S-содержащего сырья при получении SO2 (Ткип –10,1 °С) используется расплавленная сера. Плавление осуществляется непрямым обогревом серы насыщенным паром. Расход пара составляет около 0,1 т / 1 т серы. Температура расплавленной серы поддерживается на уровне 150 °С, при которой сера имеет минимальную вязкость (1 · 10–2)–(0,78 · 10–2) Па · с. Объем расплавленной серы примерно на 15 % больше объема твердой серы. Для плавления применяют вертикальные и бункерные плавильники. Перед подачей на сжигание расплавленную серу очищают от минеральных примесей путем отстаивания в отстойниках или путем очистки на сетчатых фильтрах. Сжигание серы осуществляется в стационарных печах или в более совершенных печах циклонного типа с использованием избытка воздуха (1,15). Последние имеют более высокую теплонапряженность [7300 · 103 кДж/(м3  ч)] по сравнению с печами стационарного типа [300 · 103 кДж/(м3ч)] и позволяют получать газ на выходе из печи концентрацией 16–18 % SO2, против 13–14 % для стационарных печей. Производительность их достигает 150 т/сут. Материальные балансы, конструкция оборудования и расчеты приведены в [24].