Umumiy kimyoviy texnologiya

ASOSIY QISM
I BOB. SELLYULOZA .
Sellyuloza (frans. cellulose, lot. cellula — hujayra) - angidro-Bglyukozalarning elementar zvenolaridan tuzilgan polisaxarid: (C6H5O5)l; poli-1,4 p-D-glyukopiranozil- D-glyukopironozadan iborat. Sellyuloza makromolekulalarida angidroglyukoza zvenolari bilan bir qatorda boshqa monosaxarid (geksozalar va pentozalar) hamda uron kislota boʻlishi mumkin. Sellyuloza, asosan, baʼzi oʻsimlik urugʻlari tukida, mas, chigit tukida (97—98%), yog'ochda (40—50%, quruq modda hisobida), kanop poya tolasi, oʻsimlik qobigʻining ichki qatlami (mas, zigʻir, ramida 80—90%, jutda 75% va h.k.), bir yillik oʻsimlik poyalari (qamish, makkajoʻxori, boshoqli oʻsimlik, kungaboqar)da 30—40% boʻladi, Kartoshka tugunagida 20% Toza holdagi Sellyuloza taʼmsiz, tolasimon oq modda.Sellyuloza tabiiy materiallardan S. boʻlmagan komponentlarni parchalovchi yoki erituvchi reagentlar taʼsir ettirib ajratib olinadi. Sellyulozani ajratib olish usuli oʻsimlik materialining tarkibi va tuzilishiga bogʻliq. Paxta tolasidan S.ni olishda yumshoq usul qoʻllanadi. Paxta tolasi oʻyuvchi natriy (NaOH)ning 1,5—3% li eritmasi bilan 3—10 atm. bosimda 3-6 soat qaynatilib, oksidlovchilar bilan oqartiriladi. Mol. m. kichik boʻlgan polisaxaridlar (pentozanlar, geksozanlar, uron kislota), yogʻ va mum eritmaga oʻtadi. Sellyuloza va uning hosilalari sanoatda keng qo'llanilishiga qaramasdan, hozirgi vaqtda qabul qilingan kimyoviy strukturaviy formula tsellyuloza faqat 1934 yilda taklif qilingan (W. Howors tomonidan) To'g'ri, 1913 yildan boshlab uning empirik formulasi C6H10O5 ma'lum bo'lib, yaxshi yuvilgan va quritilgan namunalarning miqdoriy tahlili ma'lumotlaridan aniqlangan: 44,4% C, 6,2% H va 49,4% O. G. Staudinger va K. Freudenbergning ishlari tufayli, bu shaklda ko'rsatilganlardan tashkil topgan uzun zanjirli polimer molekulasi ekanligi ham ma'lum bo'ldi. 1 takrorlanuvchi glyukozid qoldiqlari. Har bir bo'g'in uchta gidroksil guruhiga ega - bitta asosiy (- CH2CHOH) va ikkita ikkilamchi (>CHCHOH). 1920 yilga kelib, E. Fischer oddiy shakarlarning tuzilishini o'rnatdi va o'sha yili tsellyulozaning rentgenologik tadqiqotlari birinchi marta uning tolalarining aniq diffraktsiya naqshini ko'rsatdi. Paxta tolasining rentgen nurlari diffraktsiyasi aniq kristalli yo'nalishni ko'rsatadi, lekin zig'ir tolasi yanada tartibli. Tsellyuloza tolalar shaklida qayta tiklanganda, kristallik katta darajada yo'qoladi. Yutuqlar nurida ko'rish qanchalik oson zamonaviy fan tsellyulozaning strukturaviy kimyosi 1860 yildan 1920 yilgacha amalda saqlanib qolgan, chunki bu vaqt davomida yordamchi ilmiy fanlar muammoni hal qilish uchun zarur. Barcha polimerlar singari, tsellyuloza ham kislorod, namlik, havoning kislotali komponentlari va quyosh nurlarining birgalikdagi ta'siri natijasida atmosfera omillari ta'sirida yo'q qilinadi. Quyosh nurining ultrabinafsha tarkibi muhim ahamiyatga ega va ko'plab yaxshi UV himoya vositalari tsellyulozadan olingan mahsulotlarning ishlash muddatini uzaytiradi. Havoning kislotali komponentlari, masalan, azot va oltingugurt oksidi (ular sanoat hududlari atmosfera havosida doimo mavjud) parchalanishni tezlashtiradi, ko'pincha quyosh nuriga qaraganda kuchli ta'sir ko'rsatadi. Misol uchun, Angliyada qishda, yorqin quyosh nuri deyarli bo'lmaganda, atmosfera sharoitlariga ta'sir qilish uchun sinovdan o'tkazilgan paxta namunalari yozga qaraganda tezroq parchalanishi qayd etildi. Gap shundaki, qishda yonish katta miqdorda ko'mir va gaz havoda azot va oltingugurt oksidi kontsentratsiyasining oshishiga olib keldi. Kislota tozalash vositalari, antioksidantlar va ultrabinafsha nurlarini yutuvchi moddalar tsellyulozaning ob-havoga sezgirligini pasaytiradi. Erkin gidroksil guruhlarini almashtirish bu sezgirlikning o'zgarishiga olib keladi: tsellyuloza nitrati tezroq parchalanadi, asetat va propionat esa sekinroq. Sellyuloza efirlari - sellyuloza gidroksil guruhini alkillash yoki atsillash natijasida olingan mahsulotlar, umumiy formulasi [S6N7O2 OR3] (oddiy Sellyuloza efirlari) va [S6N7O2 (OCOR)3]n (murakkab Sellyuloza efirlari). Oddiy Sellyuloza efirlarini sintez qilishning asosiy usuli ishqorli sellyulozaga galogenalkillar yoki alkil sulfatlar taʼsir ettirishdan iborat. Bu jarayon yuqori (80—120°) temperaturada olib boriladi. Oddiy Sellyuloza efirlari 30-50% li NaOH muhitida olinadi. Eterifikatsiya 5—10 soat davom etadi.Murakkab Sellyuloza efirlarini sintezlashda kislota yoki ularning angidrid va xlorangidridlari eterifikatsiyalovchi reagent vazifasini oʻtaydi. Murakkab Sellyuloza efirlarining eng koʻp ishlatiladigani ularning mineral kislotalar, mas, nitrat kislota bilan birikmasi nitrotsellyuloza. Sellyuloza efirlari qogʻoz, toʻqimachilik, lok-boʻyoq sanoati va boshqa sohalarda ishlatiladi. Asosiy e’tibor organik polimer faza sifatida tabiiy yuqori molekulyar birikmalar, xususan, polisaxarid-sellyuloza va uning efirlaridan (atsetatlari) foydalanishga qaratilmoqda.Paxta sellyulozasi har yili Respublikamizda qayta yangilanadigan tabiiy resurs hisoblanadi va zamonaviy texnologiyalar uchun o‘zimizda ishlab chiqariladigan nanokompozitsion materiallar yaratish muammosini echishga yordam beradi.
Sellyuloza har qanday o‘simlik materiallarining asosini tashkil etuvchi komponent hisoblanadi. Sellyuloza bir-birlari bilan glyukozid bog‘lari bilan bog‘langan D-glyukozalardan tashkil topgan. U suvda erimaydigan polimer hisoblanadi. Vodorod bog‘larining ko‘pligi va ularning tuzilish xarakteri amorf qism bilan almashib turgan kristall qismlari paydo bo‘lishini belgilaydi.Sellyuloza hosilalarining xossalarini yo‘naltirilgan o‘zgartirishga bo‘lgan tendensiya, yangi nanostrukturlangan kompozitsion materiallarni paydo bo‘lishiga olib keldi. Shu munosabat bilan, ikkilamchi sellyulozadan tashkil topgan gibridlangan nanostrukturlangan kompozitni ishlab chiqish o‘ziga xos qiziqishni keltirib chiqaradi.
Sellyulozaning fizik xossalari - tolasimon oq modda, ko ’pchilik oddiy erituvchilarda erimaydi. Oz darajada feling suyuqligini qaytaradi va rux xlorid ishlirokida yod suvli eritmasmi ko’k rangga bo‛yaydi. Eng yaxshi erituvchi mis 2 gidroksidining ammiakli eritmasidir, unda ko‛proq qismi eriydi. Shu eritmaga kislota ta’sir etganda sellyuloza cho ’kmaga tushadi. Kalsiy rodaniti Ca(SCN )2 konsentrlangan eritmasi qo ’shib qizdirilsa qisman eriydi, -10° da sovuq NaOH da ham qism an eriydi. Agar sellyulozaga sirka angidridi va sulfat kislota ta’sir etilsa oktaasetat holatda-sellobioza olinadi, uning unumi 40% yuqori emas. Sellulozaning ba’zi turlarida n ning qiymati 40 mingga, molekular massasi esa bir necha millionga yetadi. Uning molekulalari chiziqsimon (tarmoqlanmagan) tuzilgan, shu sababli selluloza oson tolalar hosil qiladi. Kraxmal molekulalari esa ham chiziqsimon, ham tarmoqlangan strukturaga ega. Kraxmalning sellulozadan asosiy farqi ana shundadir. Bu moddalarning tuzilishida ham farq bor: kraxmal makromolekulalari a- glukoza molekulalarining qoldiqlaridan, selluloza makromolekulalari esa b- glukoza molekulalarining qoldiqlaridan tarkib topgan.Molekulalarning tuzilishida ozgina farq borligi polimerlarning xossalarida ancha farq bo‘lishiga olib keladi: kraxmal — ovqatlanish mahsuloti, sellulozani esa ovqat sifatida ishlatib bo‘lmaydi. Selluloza ham “kumush ko‘zgu” reaksiyasini bermaydi (aldegid gruppasi yo‘q), lekin kislotalar bilan eterifikatsiya reaksiyasiga kirishadi. Bu hol har bir C6H10O5 zvenoni glukozaning uchta gidroksil gruppasi bor qoldig‘i sifatida qarashga asos bo‘ladi.
Gidroksil gruppalar hisobiga selluloza oddiy va murakkab efirlar hosil qilishi mumkin. Ulardan sellulozaning nitrat kislota va sirka kislotaning angidridi bilan beradigan reaksiyalari amaliy ahamiyatga ega. Kraxmal kabi selluloza ham suyultirilgan kislotalar bilan qizdirilganda gidrolizlanadi va glukoza hosil qiladi:
(C6H10O5 ) n + nH2O = nC6H12O6 .
Sellulozaning gidrolizi shakarlanish ham deyiladi va sellulozaning juda muhim xossasi hisoblanadi, u yog‘och qipiqlari va qirindilaridan glukoza olishga imkon beradi, glukozani bijg‘itish yo‘li bilan esa etil spirt olinadi. Yog‘ochdan olingan etil spirt gidroliz spirti deyiladi. Gidroliz zavodlarida 1 t yog‘ochdan 200 l gacha etil spirt olinadi, bu esa 1,5 t kartoshkani yoki 0,7 t donni tejashga imkon beradi. Selluloza yonadi. Bunda uglerod (IV) oksid va suv hosil bo‘ladi. Yog‘och havosiz joyda qizdirilganda selluloza va boshqa moddalar parchalanadi. Bunda pistako‘mir, metan, metil spirt, sirka kislota, aseton va boshqa mahsulotlar hosil bo‘ladi. Sellyuloza kislotalarga nisbatan ishqorlar ta’siriga chidamlidir. U ishqor bilan [(C6H9O4)ONa] m tarkibli birikma sellyuloza alkogalyatini hosil qiladi . Hosil bo’lgan birikmani ishqorda tozalash maqsadida spirt bilan yuviladi . Sellyuloza alkogalyati suv ta’sirida osson parchalanib , sellyuloza gidratni hosil qiladi . Selluloza murakkab efirlardan tashqari oddiy efirlar ham hosil qiladi. Sellulozaning ishqordagi eritmasiga dialkilsulfat yoki 158 galoidalkil ta’sir ettirilsa, sellulozaning oddiy efirlari hosil bo‘ladi. Sellulozaning oddiy efirlaridan trimetilselluloza, trietilselluloza to‘qimachilik va bo‘yoqchilik sanoatida keng ishlatiladi.
[C6H7O2(OCH3)3]n ; [С6Н7O2(OС2Н5)3]n.
II-BOB
Sellyuloza va qog’oz sanoati -Oʻzbekistonda Qogʻoz sanoati 30-yillarda vujudga keldi. 1932-yilda Oʻrta Osiyoda yagona boʻlgan Toshkent qogʻoz fabrikasi ishga tushirildi va shu yili 1595 t qogʻoz ishlab chiqarildi. 20-asrning 60-yillarida Angren shahrida ikkilamchi qogʻoz materiallari (makulatura)san karton qutilar va idishlar tayyorlaydigan korxona qurildi. 90-yillar boshida Andijon, Namangan, Samarqand, Yangiyoʻl va boshqa shaharlarda gʻoʻzapoya, sholipoya va sel-lyulozadan qogʻoz ishlab chiqaradigan bir necha fabrika, oʻrta korxona^ sexlar ishga tushirildi. 1995-yilda "Oʻzbekqo-gʻoz sanoat" uyushmasi tashkil etildi (2003-yil oxirida tugatildi). 2003-yilda Oʻzbekiston Qogʻoz sanoatida 3044 t sellyuloza, 5735 t qogʻoz, 3949 mln. dona yozuv daftarlari ishlab chiqarildi. Tarmoqdagi eng yirik korxona — "Oʻzbek qogʻozi" aksiyadorlik jamiyati (Toshkent). Yog'ochni mexanik qayta ishlash va kimyoviy ishlov berish bilan bog'liq bo'lgan o'rmon majmuasining eng murakkab tarmog'i. U tsellyuloza, qog'oz, karton va ulardan mahsulotlar ishlab chiqarishni o'z ichiga oladi. Bu sanoat boshqacha:
* Yuqori material iste'moli: 1 tonna pulpa olish uchun o'rtacha 5-6 kubometr talab qilinadi. yog'och;
* Katta suv sig'imi: 1 tonna pulpa o'rtacha 350 kubometr iste'mol qiladi;
*Sezilarli energiya intensivligi: 1 tonna mahsulot o'rtacha 2000 kVt soat talab qiladi;
Binobarin, sellyuloza-qog'oz korxonalari yirik suv manbalari yaqinidagi o'rmon resurslariga yo'naltirilgan. Ular asosan mamlakatning Yevropa qismida joylashgan.
Qog'oz ishlab chiqarishda birinchi o'rin Shimoliy iqtisodiy rayonga tegishli bo'lib, unda Kareliya ajralib turadi (Kondopoga va Serjskiy pulpa va qog'oz fabrikalari). Solombala sellyuloza va qog'oz zavodi Arxangelsk viloyatida joylashgan. Kotlas, Novodvinsk, Siktivkarda yirik sellyuloza-qog'oz zavodlari joylashgan.
Ikkinchi o'rinni Ural iqtisodiy rayoni egallaydi. Ishlab chiqarish deyarli butunlay Perm viloyatida jamlangan: Krasnokamsk, Solikamsk, Perm va boshqalar Sverdlovsk viloyatida pulpa va qog'oz fabrikalari Turinsk va Novaya Lyalada joylashgan.
Uchinchi o'rinda Volga-Vyatka viloyati. Eng yirik korxonalar Nijniy Novgorod viloyatida (Pravdinskiy Balaxninskiy sellyuloza va qog'oz fabrikasi), Mari El Respublikasida (Voljskdagi Mari sellyuloza va qog'oz fabrikasi) ishlaydi.
Pulpa-qogʻoz sanoati Shimoli-gʻarbiy iqtisodiy rayonda, asosan, Leningrad viloyatida (Syassk va Svetogorsk shaharlari), Sharqiy Sibirda (Bratsk, Ust-Ilimsk, Krasnoyarsk, Selenginskiy, Baykal sellyuloza-qogʻoz zavodlarida) ham rivojlangan. Uzoq Sharqda ishlab chiqarish Korsakov, Xolmsk, Uglegorsk, Amursk va boshqa shaharlarda jamlangan.Qog'oz ishlab chiqarish tarixan Markaziy iqtisodiy rayonda xom ashyo iste'molchilariga yaqin joylashgan. Hozirda u eng rivojlangan hisoblanadi.Karton ishlab chiqarishning eng yuqori ko'rsatkichlari quyidagilar bilan tavsiflanadi:
shimoliy iqtisodiy rayon, asosan, Rossiyadagi barcha kartonning 21,4 foizini ta'minlaydigan Arxangelsk viloyati;
Shimoli-g'arbiy iqtisodiy rayon, birinchi navbatda Leningrad viloyati - umumiy ishlab chiqarishning 7,8%;
Sharqiy Sibir iqtisodiy rayoni, bunda Irkutsk viloyati 7,3% va Krasnoyarsk o'lkasi 4,8% ni tashkil qiladi;
Uzoq Sharq iqtisodiy rayoni, xususan, mamlakat kartonining 4,6 foizini ishlab chiqaradigan Xabarovsk o'lkasi;
Markaziy iqtisodiy rayon, shu jumladan, Moskva viloyati, 2,0% berib.O'rmon majmuasi tarkibida qiymati bo'yicha 12% tsellyuloza, 8% qog'oz, karton va ulardan tayyorlangan mahsulotlarga to'g'ri keladi.
Sanoatning zamonaviy xususiyati - yog'ochsozlik va turli xil o'rmon xo'jaliklarining hududiy kombinatsiyasi bo'lgan yog'och sanoati majmualarini (LPK) yaratishga aylandi. Bratsk, Ust-Ilimsk, Yenisey, Asinovskiy o'rmon xo'jaligi majmualari bor - Sibirda; Amur LPK - Uzoq Sharqda; Arxangelsk va Siktyvkar o'rmon xo'jaligi kompleksi - Shimoliy iqtisodiy rayonda.
Yog'och sanoati majmualari, ayniqsa, boy o'rmon resurslariga ega bo'lgan hududlar uchun istiqbolli, ammo mehnat resurslarining etishmasligi, rivojlanishning past darajasi va og'ir iqlim sharoitlari bilan ajralib turadi. Bu asosan Sibir va Uzoq Sharq.
Ishlab chiqarish maydonchalarida pulpa turli muhitlarda pishirish orqali tayyorlanadi. Amaldagi material reagent turiga bog'liq - yog'och turi:

• 
  Qatronli jinslar.
  
• 
  Bargli daraxtlar.
  
• 
  O'simliklar.
  

Bir necha turdagi pishirish reagentlari mavjud:

• 
  Aks holda, usul sulfit deb ataladi. Eritma sifatida oltingugurtli kislota tuzi yoki uning suyuq aralashmasi ishlatiladi. Ushbu ishlab chiqarish opsiyasi bilan tsellyuloza ignabargli turlardan ajratiladi. Archa va archa yaxshi ishlov beriladi.
  
• 
  Ishqoriy muhit yoki natriy usuli natriy gidroksiddan foydalanishga asoslangan. Eritma tsellyulozani o'simlik tolalari (makkajo'xori poyalari) va daraxtlardan (asosan bargli) yaxshi ajratadi.
  
• 
  Natriy gidroksidi va sulfidni bir vaqtda ishlatish sulfat usulida qo'llaniladi. Oq likyor sulfid ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi. Natijada uchinchi tomon kimyoviy reaktsiyalari tufayli texnologiya atrofdagi tabiat uchun juda salbiy.
  

Oxirgi usul uning ko'p qirraliligi tufayli eng keng tarqalgan: tsellyuloza deyarli har qanday daraxtdan olinishi mumkin. Biroq, bir pivodan keyin materialning tozaligi butunlay yuqori emas. Nopokliklar qo'shimcha reaktsiyalar bilan yo'q qilinadi:

• 
  gemitsellyulozalar gidroksidi eritmalar bilan chiqariladi;
  
• 
  lignin makromolekulalari va ularni yo'q qilish mahsulotlari xlor bilan chiqariladi, so'ngra gidroksidi bilan ishlov beriladi.