Число Каппа — это количество миллилитров 0,1 н. раствора перманганата калия, расходуемого на обработку 1 г абсолютно сухой целлюлозы в условиях стандартного определения, предусматривающего 50%-ное поглощение перманганата.[ ...]
Снижение числа Каппа перед обработкой позволяет существенно снизить расход пероксидом водорода, при условии достижения уровня белизны не более 80% 180. Для достижения белизны 83-84% 180 необходим расход пероксида водорода более 35 кг/т. В данных условиях начальное значение числа Каппа практически не влияет на белизну, но его снижение до 4 ед. Каппа приводит к снижению вязкости целлюлозы.[ ...]
Изменение числа Каппа и белизны целлюлозы при отбелке пероксидом водорода в стандартных условиях имеет прямолинейную зависимость (рис.60). Снижение числа Каппа целлюлозы сопровождается повышением белизны. Максимальная белизна 86 % достигается при исходном значении числа Каппа 2 ед. На рисунке 61 представлены характерные зависимости показателей белизны и вязкости сульфитной целлюлозы с различным числом Каппа.[ ...]
Тем не менее, число Каппа до сих пор является основным показателем, по которому определяется расход диоксида хлора на последующей ступени добелки Д] для обеспечения требуемого уровня белизны.[ ...]
| Снижение числа Каппа хвойной сульфатной целлюлозы, при добавлении окислителей на ступень щелочения |  |
В зависимости от числа Каппа небеленой целлюлозы, скорость снижения (наклон кривой) числа Каппа тем выше, чем больше начальное значение числа Каппа. В то же время, разница между конечным значением числа Каппа и числом Каппа небеленой целлюлозы тем Каппа ниже, чем меньше его начальное значение при одинаковом факторе Каппа.[ ...]
Зависимость между числом Каппа и содержанием лигнина.[ ...]
При разработке метода числа Каппа в основу была положена методика определения перманганатного числа TAPPI Т-214т. Для того чтобы новый метод определения степени провара был пригоден для анализа многих видов целлюлоз и полуцеллюлоз, было предложено поддерживать избыток перманганата в конце реакции в определенных пределах, изменяя вес образца (или объем перманганата), и вводить коэффициент пересчета на пер-манганатное число при одном постоянном избытке.[ ...]
| Соотношение между числом Каппа и содержанием лигнина Классона при традиционном щелочении и щелочении с кислородом. |  |
| Влияние расхода Н2О2 на число Каппа и белизну в схеме До - ЩОП | |
| Влияние исходного значения числа Каппа хвойной сульфатной целлюлозы на ступени окислительного щелочения на белизну целлюлозы. Условия ступени П |  |
Следует отметить, что полученные методом числа Каппа результаты всегда будут в какой-то мере приблизительными. Однако и все существующие методы прямого определения лигнина не всегда дают точные и хорошо воспроизводимые результаты, причем результаты, полученные различными методами, иногда значительно отличаются друг от друга.[ ...]
| Влияние концентрации СЮ2 на снижение числа Каппа. |  |
| Влияние pH обработки озоном на изменение числа Каппа и вязкости целлюлозы |  |
Внедрение системы Оху Trac™ позволяет повысить число Каппа хвойной сульфатной целлюлозы после варки от 20 до 30 и снизить до 10 ед. перед ECF отбелкой, что сопровождается увеличением выхода хвойной беленой целлюлозы на 1%, снижением сброса ХПК на 50% и сокращением расхода белящих реагентов. При дальнейшем повышении числа Каппа после варки приблизительно до 40 ед., выход целлюлозы может быть еще выше, но это приводит к увеличению содержание костры в небеленой целлюлозе и повышению расхода белящих реагентов.[ ...]
При продолжительности обработок 4 -5 часов снижение числа Каппа изменяется по экспоненте, при продолжительности обработки более 5 ч. число Каппа уменьшается согласно реакции нулевого порядка.[ ...]
Необходимое количество кислорода определяют по снижению числа Каппа. Число Каппа целлюлозы после щелочных обработок должно быть снижено до 3-4 ед. Этот уровень значений числа Каппа целлюлозы обеспечивает минимальный расход диоксида хлора при добелке и позволяет получить целлюлозу с высокими показателями механической прочности. Обычно расход кислорода, используемого без остатка, составляет 5 кг/т.[ ...]
На рисунке 34 показано влияние добавки окислителей на снижение числа Каппа целлюлозы и расхода СЮ2.[ ...]
| Влияние расхода пероксида водорода и исходного значения числа Каппа на белизну и вязкость сульфитной целлюлозы |  |
На первой (быстрой) стадии скорость реакции определяется в основном числом Каппа и pH целлюлозной массы, поступающей с предыдущей ступени, температурой и начальной концентраций щелочи и pH массы при щелочении. Медленная (вторая) стадия реакции намного меньше зависит от этих факторов, по сравнению с первой стадией. Эти наблюдения суммированы в форме математического уравнения 58.[ ...]
При увеличении расхода озона от 0,45 % до 0,85 % к массе а.с. целлюлозы снижается число Каппа, вязкость и возрастает белизна целлюлозы (табл. 21).[ ...]
Включение ступени КЩО в схему отбелки позволяет, в первую очередь, снизить число Каппа перед отбелкой, и соответственно, снизить расход белящих реагентов, сохранив прочностные показатели целлюлозы. Кроме того, применение кислородно-щелочной делигнификации обеспечивает более полное удаление смолистых веществ и возможность использования отработанных щелоков при промывке целлюлозы и, затем, в системе регенерации щелоков. При этом снижается токсичность и объем стоков отбельного цеха.[ ...]
На рисунках 53, 54 представлены зависимости изменения таких характеристик, как число Каппа, белизна и вязкость от значения pH обработки при средней (МС) и высокой (НС) концентрациях в различных вариантах обработок Ъ и ТЕ при температуре 20°С и расхода озона 0,82% к а.с. целлюлозе.[ ...]
Эффективность делигнификации хвойной сульфатной целлюлозы с исходным значением числа Каппа 20 ед. по схеме О-С -РО составляет 75 %, при этом белизна целлюлозы достигает 72 %. Высокий уровень белизны, в столь короткой схеме обусловлен повышенным содержанием гидропероксид ионов ООН“, которые образуются благодаря одновременному присутствию пероксида водорода и кислорода в щелочной среде. Фильтрат после ступени РО может быть использован для промывки целлюлозы после КЩО.[ ...]
| Влияние давления и продолжительности окислительного щелочения на снижение числа Каппа |  |
Для предварительных определений содержания лигнина с целлюлозами, имеющими низкие числа Каппа (примерно до 20 единиц), рекомендуется брать навески около 2—4 г, при более высоких числах — от 0,3 до 1 г.[ ...]
Увеличение концентрации массы при обработке пероксидом водорода более 10 % приводит к снижению числа Каппа и повышению белизны. Такое влияние обусловлено двумя факторами: во-первых, повышение концентрации массы - это одновременно увеличение концентрации химикатов, во - вторых, снижается содержание воды в системе, а следовательно, и металлов переменной валентности, вызывающих разложение раствора пероксида водорода, (рис.64).[ ...]
Когда нет термостата или бани, определение можно проводить без них. Но в этом случае при расчете числа Каппа нужно вводить поправку на температуру (температура замеряется по истечении 5 мин от начала реакции). Начальная температура реакционной смеси и в этом случае должна быть 25° С.[ ...]
Одним из основных факторов, влияющих на эффективность воздействия энзимов (ксиланазы), является число Каппа исходной целлюлозы. Чем выше значение числа Каппа целлюлозы перед обработкой, тем больше эффект от применения ксиланазы. Ступень кислородно-щелочной обработки снижает эффективность воздействия энзимов. Количество лигнина, экстрагируемого щелочью из целлюлозы после КЩО, было ниже количества лигнина, экстрагированного щелочью после варки при одинаковом значении числа Каппа.[ ...]
| Влияние расхода Н2О2 и концентрации массы на ступени обработки пероксидом водорода |  |
| Влияние расхода Н2О2 и концентрации массы на ступени обработки пероксидом водорода | |
Обычно обработку пероксидом водорода ведут в интервале температур 60 - 80 °С. Повышение температуры приводит к снижению числа Каппа и повышению белизны. Ограничение по температуре определяется вязкостью целлюлозы, т.к. повышение температуры более 80°С усиливает щелочную деструкцию окисленной целлюлозы.[ ...]
При отбелке хвойной целлюлозы использование КЩО позволяет сократить расход белящих реагентов пропорционально снижению числа Каппа.[ ...]
Особенностью процесса делигнификации диоксидом хлора является стадийность процесса. В течение первых 5-10 минут обработки число Каппа целлюлозы снижается с 18 до 5 ед., тогда как в последующие сорок пять минут обработки снижение числа Каппа незначительное.[ ...]
| Влияние расхода щелочи и концентрации массы при кислороднощелочной делигнификации хвойной сульфатной целлюлозы на |  |
Согласно кинетическим уравнениям, основными факторами, влияющими на процесс кислородно-щелочной делигнификации и деструкции углеводов, являются: начальное число Каппа, концентрация химикатов (расход кислорода и щелочи, концентрация массы), продолжительность обработки и, в меньшей степени, температура, о чем свидетельствует невысокие значения энергии активации. Однако, для двухстадийного процесса большинство авторов отмечают более высокую чувствительность второй стадии делигнификации к температуре.[ ...]
На практике оптимальный расход щелочи соответствует количеству щелочи, которое требуется для обеспечения конечного минимального значения pH 10,5. Влияние расхода щелочи на число Каппа представлено на рисунке 33.[ ...]
На структуру и содержание гемицеллюлоз влияет процесс варки, а состав гемицеллюлоз влияет на чувствительность целлюлозы к обработкам энзимами. При обычной варке хвойных пород до числа Каппа целлюлозы около 23 единиц, удаляется большая часть гемицеллюлоз, которые чувствительны к действию энзимов. С другой стороны целлюлоза, полученная по технологии МСС или делигнифицированная кислородом до более низких значений числа Каппа, лучше взаимодействует с энзимами. Этот факт объясняется тем, что структура гемицеллюлоз в образцах, полученных при варке МСС, аналогична строению гемицеллюлоз, содержащихся в обычной сульфатной целлюлозе с высоким числом Каппа. Предварительная обработка целлюлозы энзимом может дать положительный эффект на заводах, использующих обычную варку, МСС и КЩО. Повышают чувствительность целлюлозы к обработке энзимами добавки антрахинона, поскольку способствуют сохранению в целлюлозе гемицеллюлоз.[ ...]
Количество щелочи, задаваемое на КЩО, должно обеспечить нейтрализацию кислых продуктов и величину конечного значения pH около 10. В целом, расход щелочи несущественно влияет на снижение числа Каппа, если обеспечивается уровень конечного значения pH (рис.45) Увеличение расхода щелочи приводит к усилению деструкции углеводов и снижению выхода целлюлозы.[ ...]
Дополнительное преимущество пероксомолибдата состоит в том, что при этой обработке эффективно удаляется около 70% групп гексенуроно-вой кислоты из лиственной сульфатной целлюлозы, что приводит к заметному снижению число Каппа. Токсичность пероксимолибдата очень низка, и он не аккумулируется в водной пищевой цепочке.[ ...]
Предварительное окисление способствует восстановлению прямолинейной зависимости между расходом перманганата и содержанием лигнина. Для пересчета числа Каппа на содержание лигнина (по1Джай-ме—Кнолле—Раппу) выведен единый коэффициент, равный 0,20 для всех типов полуцеллюлоз. Другими исследователями [41] был предложен другой коэффициент пересчета, равный 0,21 (по ГОСТ 6845—54).[ ...]
При использовании пероксида водорода в качестве добавки на ступенях окислительного щелочения для достижения максимального белящего эффекта добавка пероксида водорода на первом окислительном щелочения должна составлять 0,3-0,5 кг на единицу Каппа, которая обеспечивает снижение числа Каппа до 3-4 ед. (рис. 36). Снижение числа Каппа, полученное при щелочении с окислителями, неточно отображает снижение содержания лигнина, оцениваемое по числу Каппа. При окислительном щелочении остаточный лигнин целлюлозы более окислен и потребляет меньшее количество перманганата калия при определении числа Каппа, чем целлюлоза после традиционного щелочения (рис.37).[ ...]
Энергия активации равна 52...56 кдж/моль. При повышении температуры на каждые десять градусов скорость реакций увеличивается вдвое. Скорость делигнификации при обработке диоксидом хлора зависит от концентрации химикатов и от начального значения числа Каппа. Несложно подсчитать, что при увеличении концентрации диоксида хлора в 4 раза, скорость возрастает в 2 раза. Графическое изображение зависимости представлено на рис.24.[ ...]
Процесс кислородно-щелочной делигнификации, как любой процесс окисления органических веществ кислородом, сопровождается выделением тепла. Количество выделяемого тепла оценивается в 12 ООО- 14 ООО кдж на тонну целлюлозы на каждую единицу снижения числа каппа. В результате, конечная температура обработки выше на 5... 7°С.[ ...]
Из заданного количества диоксида хлора 75 % расходуется в течение первых 5-10 мин. Продолжительность обработки диоксидом хлора на стадиях делигнификации обычно составляет 40-60 минут. Как видно из рис.25 Б, этого времени достаточно для завершения процесса делигнификации, оцениваемого по числу Каппа.[ ...]
Описанный выше метод, по мнению его авторов [34], применим для целлюлоз и полуцеллюлоз с выходом до 70% (содержание лигнина 22%—для полуцеллюлоз из хвойных пород и 15%—для лиственных полуцеллюлоз). Авторы считали, что в этих пределах существует прямолинейная зависимость между содержанием лигнина и числом Каппа. Однако другими исследователями [38, 39] показано, что эта зависимость нарушается уже при содер-нии лигнина свыше 15—16% и коэффициент пересчета чисел Каппа на содержание лигнина колеблется в зависимости от способа получения полуцеллюлов.[ ...]
Однако все перечисленные методы не могут быть применены для анализа всех сортов небеленых целлюлоз, особенно они непригодны для целлюлоз с высоким содержанием лигнина и полу-целлюлоз. Как и все косвенные методы определения лигнина, они не позволяют непосредственно судить о процентном содержании остаточного лигнина, так как прямолинейная зависимость между содержанием лигнина и числами жесткости, полученными различными методами, существует лишь в определенных пределах. Эти методы определения степени провара постепенно теряют свое практическое значение. Недавно разработан более совершенный метод определения степени провара целлюлозы — метод числа Каппа. Он принят всеми странами в качестве стандартного метода.[ ...]
Для лиственной целлюлозы эффект несколько меньше из-за особенностей химического состава лиственной древесины. Повышенное содержание ксилана в лиственной древесине в условиях сульфатной варки является источником образования групп гексенуроновой кислоты, которые не удаляются на ступени КЩО и при отбелке вступают в реакции с белящими реагентами, увеличивая их расход. Вследствие этого при отбелке лиственной целлюлозы с использованием КЩО расход активного хлора снижается непропорционально снижению числа Каппа, а расход активного хлора на единицу Каппа несколько возрастает.[ ...]
При определении лигнина косвенными методами определяется не процентное содержание остаточного лигнина, а указываются некоторые относительные величины степени провара или бели-мости целлюлоз, которые косвенно характеризуют содержание лигнина. В настоящее время разработано много методов определения степени провара и белимости целлюлозы, которые широко вошли в практику контроля, хотя любой из них не свободен от недостатков. Вследствие того, что нет наиболее совершенного метода определения степени провара, которому можно было бы отдать предпочтение, по существу, каждая страна имела свой стандартный метод определения степени провара. Это приводило к путанице при сравнении данных различных исследований, поэтому возникала необходимость переводить одни величины показателей жесткости в другие с помощью номограмм (рис. 59), так как при одном и том же содержании лигнина в целлюлозе числа жесткости, полученные различными методами, имели разные величины. Международным комитетом анализов целлюлозы (1ССА) был разработан универсальный метод определения степени провара — метод «числа Каппа», который имеет большие преимущества перед другими методами. Однако в настоящее время наряду с методом «числа Каппа» пользуются и другими методами.[ ...]