Целлюлоза

(клетчатка, в ботанике, С 6 Н 10 О 5) — это главная составная часть клеточных оболочек растений. Реактивом на Ц. Служит хлорцинкйод, окрашивающий Ц., а следовательно, и клеточные оболочки в фиолетовый цвет. Серная кислота и йод окрашивают Ц. В синий цвет. Один же йод — только в коричневый. Кроме Ц., в состав клеточных оболочек входят еще несколько других углеводов, известных под общим именем гемицеллюлоз, извлекаемых из клеточных оболочек 1% раствором соляной или серной кислоты при нагревании. Один из относящихся сюда углеводов — парагалактан, дающий при гидратации галактозу. В клеточных оболочках имеются еще и другие гемицеллюлозы, дающие маннозу, арабинозу и ксилозу. Настоящая же Ц. Не растворяется в 1% растворах кислот и дает при гидратации глюкозу.

С возрастом многие клеточные оболочки перестают давать реакцию на Ц., потому что одни подвергаются одревеснению, другие опробковению, ослизнению и т. Д. Клеточные оболочки многих грибов содержат азот. Эти оболочки при нагревании с соляной кислотой в числе продуктов распада дают солянокислый глюкозамин (C 6H13NO5 HCl). To же самое вещество получается при подобной же обработке хитина животных. О Ц. (клетчатке) см. В других статьях. В. П—н. Целлюлоза или клетчатка в животном царстве — встречается у некоторых простейших и у оболочников (Tunicata). У последних она выделяется клетками наружных покровов и образует наружную оболочку, или тунику, животного. Это прозрачное, местами только волокнистое, двупреломляющее вещество, которое Бертло отличал от растительной Ц.

Под именем туницина (см.), но, по-видимому, туницин вполне тождествен с Ц. Процентное содержание углерода в нем 44,40 и водорода 6,27, тогда как в растительной Ц. Первого 44,44 и второго 6,17. Разница слишком незначительная, чтобы придавать ей принципиальное значение. Но в то время как Ц. В растительных клетках образует их оболочку, у оболочников оболочка эпидермических клеток азотистая, а туницин, выделяемый ими, лежит вне самих клеток. Затем большинству Dinoflagellata из простейших (см.) свойственна раковина из Ц., обыкновенно состоящая из пронизанных порами пластинок. Такие раковины или панцири обыкновенно снабжены придатками в виде рогов, шипов, крыльев и т. П. B. M. Ф. Целлюлоза (техн.). — В технике Ц. Называется волокнистое вещество, получаемое из растительных тканей и по химическому составу представляющее более или менее чистую клетчатку (см.).

В настоящей статье рассматривается получение Ц. Из дерева. Производство Ц. Было вызвано в половине прошлого столетия все более и более увеличивающимся спросом на продукты бумажного производства. Отыскивая продукт, который мог бы служить для замены тряпья (из хлопка, льна, конопли и др. Растений), бывшего до половины прошлого столетия почти единственным материалом для производства бумаги, обратили, между прочим, внимание и на дерево. При первых попытках в этом направлении ограничивались тем, что к тряпью стали примешивать в большем или меньшем количестве тонко измельченную древесину, или так наз. Древесную массу (одна древесная масса при превращении в бумагу давала ломкий продукт благодаря жесткости и короткости древесинных волокон).

Такая замена тряпья древесной массой дала возможность значительно расширить производство бумаги, пуская в обращение более дешевые сорта ее. Дело в том, что бумага, приготовленная из тряпья с примесью древесной массы, обладая на первых порах всеми достоинствами хорошей бумаги, изменяется при хранении (в особенности на свету), желтеет и темнеет. Такое изменение объясняется присутствием в волокнах древесной ткани, наряду с сравнительно прочной клетчаткой, менее стойких химических соединений, так назыв. Инкрустирующих веществ (см.). Было найдено, что эти вещества, кроме того, придают жесткость волокну. Благодаря этому стали делаться изыскания легких и дешевых способов очищать волокна древесины от инкрустирующих веществ, не нарушая при этом по возможности их целости, так как длина волокна играет важную роль при фабрикации бумаги.

В настоящее время получение древесной Ц. Ведется главным образом двумя способами. По одному из них дерево подвергается действию едкого натра при высокой темпер., а по другому — действию сернистой кислоты. Первый назыв. Натронным способом, а второй сульфитным, и параллельно этому в технике различают натронную и сульфитную Ц. Тот и другой способ получения Ц. В общем слагается из следующих отдельных операций. 1) подготовка дерева, 2) обработка дерева химическими реагентами, растворяющими инкрустирующие вещества, 3) измельчение и промывка полученного материала и, наконец, отбелка и сушка Ц. Выбор материала для фабрикации Ц. Должен прежде всего определяться тем, чтобы перерабатываемое дерево принадлежало к дешевым сортам, чтобы оно имело длинное и мягкое волокно и чтобы выход Ц.

Из него был по возможности выше. Из различных древесных пород всем этим условиям лучше всего удовлетворяют ель и пихта, и поэтому они считаются наиболее пригодными для переработки на Ц., и вообще хвойные деревья имеют преимущество перед лиственными, хотя, напр., сосны избегают по причине большего содержания в ней смолистых веществ. Нижеприведенная таблица показывает, какой получается выход Ц. Из различных пород дерева. Древесные породы, свежесрубленные Вес складочного метра в килогр. Потеря от механ. Подготовки в килогр. Потеря при сушке 100° в килогр. Выход целлюлозы в килогр. % Ц. На сухое, подготовл. Дерево Ель 617,5 80 230 108,2 35 Пихта 566 136 191,7 88,2 37 Сосна 697,5 170 252,2 105,7 38 Лиственница 597,5 90 160,37 116,8 33 Бук 865 70 327,54 139,8 30 Береза 623,5 111,5 215,04 85,6 29 Осина 695 135 227,36 108,42 32 Тополь 650 175 226,5 88,14 35 Ясень 593,5 91 100,1 103,95 26 Ольха 516,5 97,5 181 81,3 34 Что же касается качества волокна, то надо заметить, что на практике получаются большие различия в зависимости от условий роста дерева (почвы, климата и пр.).

Свежесрубленное дерево легче перерабатывается на Ц., чем лежалое, сухое, но, с другой стороны, вследствие большего содержания в нем воды провоз его (считая на сухую массу) обходится дороже. Расходы на подвоз дерева во всяком случае должны играть большую роль в выборе места для постройки целлюлозного завода и на выбор материала для превращения в Ц. Когда на целлюлозный завод поступает дерево различных периодов заготовки, наиболее рационально сортировать его по степени сухости, отделяя при этом дерево с гнилой сердцевиной, так как из такого дерева получается Ц. Самого плохого качества. Подготовка дерева для обработки химическими реагентами заключается в следующем. Прежде всего ствол дерева, лишенный ветвей, распиливается на куски до 1 м длиной.

С них затем снимается кора, и они распиливаются или раскалываются на более мелкие куски такой величины, которые легко могут пропитываться химическими реагентами. Все эти операции производят обыкновенно машинным способом, а иногда и вручную. Систем машин, служащих для этих целей, довольно много. Для распиливания дерева удобна, напр., круглая качающаяся пила (фиг. 1 и 2).Фиг. 1. Фиг. 2.Она состоит из деревянной, рамы А, длина которой зависит от высоты помещения для работы. Рама висит на подвесках В. Внизу у нее на оси находится круглая пила (около 860 мм в диам.), вращающаяся со скоростью до 900 оборотов в минуту от привода, расположенного вверху рамы. Рядом с пилой сбоку находится деревянный помост, на который кладется распиливаемое дерево и подается к пиле.

Передвижение дерева по помосту облегчается устройством на нем роликов. Чтобы держать дерево неподвижно при распиливании служит зубчатый рычаг, которым рабочий прижимает дерево к помосту. Распиливание производится таким образом. Зажавши дерево рычагом, рабочий притягивает к нему пилу. Когда дерево распилено, рычаг освобождается и другой рабочий передвигает дерево вперед к пиле на известное расстояние. При распиливании смотрят, нет ли гнилых стволов. Если такие встречаются, их отсортировывают. Из машин для обдирания коры с дерева заслуживает внимания изображенная на фиг. 3 и 4.Фиг. 3Главную часть ее составляет диск А 830 мм в диам., вращающийся со скоростью 330 оборотов в минуту. По окружности диска находятся 5 вырезов, в которые помещены ножи, только на несколько миллим.

Выступающие над поверхностью диска. При вращении диска эти ножи стругают обрубок дерева с, прижимаемый рычагом b. при этом дерево постепенно автоматически переворачивается благодаря действию зубчатки d, приводимой в движение бесконечным винтом, имеющимся на оси диска А. Фиг.4Кора снимается вместе с лубяной тканью. Так как обрубки дерева бывают очень неправильной формы, то после обдирания коры машиной часто остаются на стволе в углублениях нетронутые места. Их уже приходится очищать вручную топором и стругом. Можно, конечно, и всю кору снимать ручным способом, и это имеет свою выгоду, так как потеря в материале получается меньше на 1,4%, чем при машинной обработке, но зато при ручной обработке требуется больше времени и потому, в зависимости, конечно, от высоты рабочей платы, она может стоить дороже.

После обдирания коры иногда тотчас высверливают сучья, но удобнее отборку сучьев делать после химической обработки, когда древесина совершенно разваривается и сучья остаются почти не измененными. Обдирание коры происходит обыкновенно в нижнем помещении завода, и дерево подается затем наверх для дальнейшего измельчения. Для этой цели служат круглые пилы, которыми оно распиливается на куски в 25—30 мм толщиной, или особые древорубные и древокольные машины. Как бы ни была тонка пила и мал развод ее зубьев, при распилке получается очень много потери. Именно, если положить, что каждое распиливание уносит 4 мм при длине кусков 25—30 мм, получатся потери в материале до 13%. Конечно, и опилки мoгyт служить для получения Ц., но благодаря возможности содержания в них сучьев, которые нельзя удалить и которые в дальнейшем дадут темные пятна, лучше всего опилки перерабатывать отдельно, напр.

Вместе со щепой, получая низшие сорта Ц. При употреблении древорубок устраняется потеря материала в виде опилок. Главную часть таких машин составляет устройство ножа, который в одних системах действует ударом, рассекая дерево почти перпендикулярно оси на тонкие отрезки, что требует громадной силы. В других же нож надвигается плавно и срезает дерево наискось, как при очинивании карандаша. Чтобы облегчить работу для ножей, толстые стволы иногда предварительно раскалываются вдоль на более тонкие куски. Измельченное тем или другим способом дерево на бесконечном полотне подается в помещение для химической обработки. Стремясь по возможности измельчить дерево, чтобы оно легче подвергалось действию химических реагентов, куски дерева после древорубки иногда дробят в машинах, напоминающих кофейные мельницы, или в быстро вращающихся барабанах, снабженных билами.

После этого измельченная масса подвергается сортировке для удаления мелочи и сучьев. Химическая обработка. Натронный способ получения Ц. Появился в начале 1850-х гг. В Америке, где (в Пенсильвании) были построены первые заводы Уаттом и Бургессом (Watt, Burgess), и оттуда перешел в Европу, где он нашел много сторонников, в особенности в Германии. Этот способ основан на способности едкого натра растворять при нагревании инкрустирующие вещества. Надо заметить, что концентрация раствора щелочи, температура и время обработки имеют большое влияние на результат операции, так как едкий натр действует растворяющим образом не только на инкрустирующие вещества, но отчасти и на самую Ц. С экономической же стороны, для практики представляют большую важность способы получения щелоков и регенерация щелочи.

Для получения Ц. Можно, конечно, употреблять продажный едкий натр. Но это невыгодно. Для приготовления раствора едкого натра — щелока — берется обыкновенно сода, растворяется в воде, которая нагревается паром и смешивается с необходимым количеством извести (сколько требуется ее по равенству. Na 2 СO 3 + Ca(HO)2 = 2NaHO + СаСО 3). Полученный раствор отстаивается и разбавляется водой до определенной концентрации по Бомэ. На 100 ч. Сухого дерева берется такое количество едкого натра, которое отвечает 16,5—22 кило соды, по разным данным. Концентрация щелока такова, чтобы дерево было покрыто им сполна при вышеуказанной пропорции (примерно 10—14° Б). По Унгереру, для лиственных пород делается 4—5%, а для хвойных 6—8% раствор едкого натра (считая на продажный 60% едкий натр).

Так как сода стоит сравнительно дорого, то было обращено внимание на утилизацию щелоков, уже бывших в употреблении. Существует множество способов для регенерации из них едкого натра. Сущность всех этих способов состоит в том, что бывший уже в деле щелок выпаривается и прокаливается для удаления находящихся в нем органических веществ. Полученный остаток (представляющий нечистую соду) извлекается водой и идет на приготовление щелока, как обыкновенная сода, при чем потеря при регенерации покрывается добавлением новой порции продажной соды. Даль (Dahl) предложил заменить соду более дешевым продуктом — сульфатом (Na2SO4) и стал применять для химической обработки дерева жидкость, содержащую в растворе, кроме едкого натра, еще соду, сульфат и сернистый натрий, который, как показали опыты, подобно едкому натру, растворяет инкрустирующие вещества.

Первоначальный щелок готовится прибавлением к раствору сульфата в воде 20—25% извести (считая на сульфат). При этом не весь сульфат переходит в едкий натр, а часть его остается. После извлечения инкрустирующих веществ жидкость выпаривается, остаток прокаливается при доступе воздуха и дает вещество, легко растворимое в воде, состава приблизительно такого. Na 2SO4 — 16%. Na2CO3 — 50%. NaHO — 20%. Na2 S — 10% и друг. Веществ — 4%. Состав его меняется в зависимости от сорта дерева, что, однако, мало изменяет его свойства. Вещество это не оставляют лежать на открытом воздухе, так как состав его меняется (от действия углекислоты воздуха, окисления и пр.), а тотчас растворяют в воде. Из него и приготовляют щелок. Для этой цели к нему прибавляют 10—15 частей сульфата и 20—23 части негашеной извести (на 100 частей вышеуказанной смеси) и подвергают кипячению.

Количество прибавляемого сульфата определяется тем, какая потеря была при регенерации щелока. Существуют указания, что такой щелок не только дешевле обычного раствора едкого натра, но дает и больший выход Ц. Для экстрагирования дерева применяют также и один сернистый натрий, в растворе крепостью 12 Б. (на 100 кило дерева около 30 кило сернистого натрия). Обработка дерева щелоком производится в закрытых железных котлах при нагревании до 180° и более (что отвечает давлению пара в 10 и более атмосфер). Время нагревания колеблется ок. 5—6 час. Котлы делаются горизонтальные и вертикальные, неподвижные или вращающиеся, чем достигается перемешивание щелока. Однако практичнее применять вертикальные (стоячие) неподвижные котлы, устраивая в них приспособления для циркуляции щелока.

На фиг. 5 изображен аппарат Дрезеля.Фиг. 5. А — вертикальный котел, внизу воронкообразный, с двумя широкими лазами — наверху для загрузки и сбоку для выгрузки. Внизу котел соединен с нагревательным аппаратом B. Последний состоит из системы параллельных труб, лежащих наклонно в печи. Концы труб соединены в узкие камеры К. От верхней камеры идет трубопровод к котлу. Жидкость, которой наполнен котел, поступает снизу в нагревательный аппарат, откуда поднимается вверх по трубопроводу и стекает в котел А Таким образом происходит энергичная циркуляция щелока, что очень облегчает растворение инкрустирующих веществ. Давление в котле держится около 9 атмосфер. Указывают, что процесс кипячения длится 2 ½ — 3 час. Кроме того, можно в самом же котле и промыть полученную Ц.

Водой без вреда для него. Полученный продукт имеет очень хорошие качества и для отбелки требует 8—10% белильной извести, тогда как при других системах ее идет 12—20%. Энергичное перемешивание щелока в аппарате, изображенном на фиг. 6, достигается при помощи инжектора Кертинга.Фиг. 6. А — котел с ложным дырчатым дном B. Загружается и выгружается он при помощи лаза С. Для нагревания котла служит пар высокого давления, приводимый по трубе D. Благодаря инжектору Ε он засасывает щелок, находящийся на дне котла, нагревает его и подает по трубе F в верхнюю часть котла, устраивая таким образом энергичную циркуляцию. Когда операция кончена, то щелок выпускается через трубку С Унгерер предложил вести экстрагирование дерева методически.

Аппарат его состоит из системы 9 котлов, соединенных между собой таким образом, что по желанию можно из одного котла в другой перепускать пар, служащий для нагревания, или щелок. Котлы загружены деревом, и щелок переходит из одного котла в другой таким образом, что свежезагружаемое дерево экстрагируется наиболее истощенным щелоком, а свежий щелок приходит в соприкосновение с почти уже готовым продуктом. Операция ведется следующим образом. Сначала загружают 6 котлов деревом и в первый впускают щелок, нагретый до надлежащей температуры. Под котлом находится небольшая топка, чтобы не давать ему охлаждаться. Через час содержимое его переводят во второй котел, а в него наливают свежего щелока. Еще через час таким же способом заполняют 3-й котел из 2-го, 2-й из 1-го, а 1-й — вновь свежим щелоком.

Так поступают до тех пор, пока не будут наполнены все 6 котлов. За это время дерево в 1-м котле будет вполне экстрагировано, а жидкость в 6-м котле сильно истощена. Ее спускают вон, а затем, переводя жидкость из одного котла в другой, опоражнивают 1-й котел. 2-й котел становится во главе, а к 6-му котлу присоединяют 7-й и т. Д., оставляя всегда в работе 6 котлов. Остальные 3 котла служат для промывки полученной массы водой. Сначала чистой водой наполняют 1-й котел, затем, когда опорожнится от щелока 2-й котел, в него переливают жидкость из первого котла, а в тот наливают свежей воды и т. Д. После третьего раза целлюлозная масса считается достаточно промытой и выгружается, а в котел загружают свежего дерева. Щелок для лиственных деревьев готовится с содержанием едкого натра в 3—4%, а для хвойных 5—6%.

Давление в первом случае 3—4 атм., а во втором 6—8 атм. После химической обработки дерево представляется в виде мягкой массы, легко разделяющейся на волокна. Подобное разделение производится в голландерах. Но предварительно масса подвергается промывке, чтобы извлечь содержащийся в ней щелок. Промывка ведется таким образом, чтобы по возможности меньше расходовать воды и получить наиболее концентрированные растворы. Так как промывка, измельчение и отбелка Ц., полученной натронным способом и сульфитным, более или менее одинаковы, то удобнее будет рассмотреть их в одном месте. Остается указать те способы, которые применяются для регенерации щелоков. Первоначально для этой цели применялись печи с ваннами, употребляемые в содовом производстве, но это оказалось недостаточным.

Шнейдер предложил устройство, где первое выпаривание производится при протекании жидкости через нагретую башню с неполными, наклоненными под известным углом подвижными перегородками — полками. Жидкость из резервуара наверху башни течет по этим полкам донизу, где она поступает в печь, выпаривается досуха и остаток прокаливается. Теряющимся жаром печи пользуются для предварительного прогревания растворов, поступающих в башню. Заслуживает внимания способ сгущения щелоков Жартана. Аппарат его, фиг. 7, состоит из трех горизонтальных котлов, средние части которых Н", H"', Н'"' отделены от концов L, L1, L2.