WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 17 |

На отечественных предприятиях варку нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы проводят, как правило, непрерывным способом в аппаратах типа Пандия. Он представляет собой батарею из нескольких (2-8) расположенных друг над другом горизонтальных труб из кислотоупорной стали или биметалла диаметром от 600 до 1300 мм и длиной от 6 до 12 м. Внутри каждой трубы находится шнековый транспортер для перемещения щепы. Продолжительность пребывания щепы в аппарате составляет от 15 до 45 мин, температура варки от 170 до 190 °С. Варка ведется прямым обогревом. Щепа через воронку поступает в шнековый питатель. За счет уменьшения диаметра шнека по мере продвижения щепы в питателе происходит образование из нее плотной пробки. В результате из щепы отжимается лишняя жидкость. Далее пробка из щепы через насадку выходит в диффузор - полый, расширяющийся к низу конус. Здесь щепа разрыхляется и падает в верхнюю варочную трубу установки. Варочный щелок подается насосом в варочный аппарат в месте выхода пробки из питателя. Пар подается в первую, иногда во вторую и третью варочные трубы через несколько штуцеров, расположенных вдоль труб в верхней их части. В современных конструкциях масса из варочного аппарата выводится с помощью разгрузочного устройства, соединенного с выдувным резервуаром. Начальный жидкостный модуль варки в шнековых аппаратах составляет (2-2,5):1, а концентрация выдуваемой массы - 20-25 %. Производительность шеститрубной установки с трубами диаметром 1050 мм и длиной 8 м при выработке полуцеллюлозы из лиственной древесины с выходом 75 % НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ составляет 170 т/сут. Варка березовой щепы продолжается 30 мин при температуре 180 °C и давлении 0,9 МПа.

Схема потока нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы, предназначенной для выработки гофрированного слоя картона, представлена на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Технологическая схема потока нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы:

1 - бункер для щепы; 2 - транспортер; 3 - весы; 4 - загрузочная воронка с дозатором; 5 - пропарочная труба; 6 - питатель низкого давления; 7 - пропиточная труба; 8 - питатель высокого давления; 9 - варочные трубы; 10 - бак для варочного раствора; 11 - мельница горячего размола; 12 - выдувной резервуар; 13 - промежуточный бункер; 14 - распределительный шнек; 15 - возвратный транспортер; 16 - пресс; 17 - дисковые мельницы; 18 - массный бассейн; 19 - коллектор разбавления; 20 - сортировки селектифайер; 21 - вакуумфильтр; 22 - бассейн для отходов Варка полуцеллюлозы осуществляется в аппарате типа Пандия. В аппарате имеется восемь труб, из них по одной пропарочной и пропиточной и шесть варочных. Загрузка щепы в пропарочную трубу производится роторным дозатором. При выходе из пропарочной трубы щепа орошается варочным щелоком и подается в пропиточную трубу роторным питателем низкого давления.

В пропиточной трубе щепа и щелок перемешиваются при давлении 0,3 МПа и температуре 143 °С. Пропитанная щепа и щелок подаются в варочную трубу роторным питателем высокого давления. Варка производится в течение 10...30 мин под давлением 0,8...1,0 МПа и температуре 175...180 °С. За НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ данные давление и температура поддерживаются путем подачи в варочные трубы пара высокого давления.

Варочный аппарат оборудован централизованной системой смазки и системой подачи уплотняющей и охлаждающей воды. Во избежание попадания металлических включений при загрузке щепы на транспортерах установлены два мощных магнитных сепаратора.

По окончании варки из последней варочной трубы полуцеллюлоза поступает в дефибратор, где разделяется на мелкие пучки волокон и при концентрации 18 % выдувается через вентиль в выдувной резервуар.

1.8. Ступенчатые способы варки Значительно расширяют возможности сульфитного способа получения целлюлозы ступенчатые способы варки. Они позволяют получать целлюлозу практически с любыми свойствами и выходом, значительно расширить ассортимент сырья для производства сульфитной целлюлозы, уменьшить вредные промышленные выбросы. Изменяя соответствующим образом условия ступеней (pH раствора, концентрацию, температуру и т.д.) можно обеспечить превалирование того или иного процесса, имеющего место при сульфитной варке, и получить продукт от холоцеллюлозы до целлюлозы высокой чистоты для химической переработки. Существующие варианты ступенчатых варок можно разделить на две группы: варки с понижающимися значениями pH растворов по ступеням и варки с повышающимися значениями pH.

1.8.1. Ступенчатые способы варки с понижающимися значениями pH варочного раствора Эта группа варок применяется в производстве целлюлозы для различных видов бумаги. Целлюлоза характеризуется повышенным выходом, легко размалывается, отличается высокой прочностью и легко отбеливается.

Повышение выхода целлюлозы при двухступенчатых варках происходит за счет сохранения глюкоманнана в хвойной древесине и глюкуроноксилана – в лиственной. Предполагается, что обработка древесины нейтралъносульфитными или щелочными растворами приводит к деацетилированию гемицеллюлоз.

O O C CHCH2OH CH2OH H HO H HO O O H H H H O + NaOH O H OH H OH H H H H H OH H - CH3COONa O O O H O H H O H O H OH H OH CH2OH CH2OH НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ В результате этого ранее неупорядоченные молекулы, например, маннана, уплотняются, кристаллизируются, что делает его устойчивым к кислотному гидролизу во второй ступени, при снижении pH среды. Возможна также сорбция линейных молекул глюкоманнана поверхностью целлюлозных волокон и даже установление химической связи между гемицеллюлозами и целлюлозой.



По отношению к лиственной древесине высказывается следующая гипотеза. Ксилан осаждается на волокне в кристаллическом виде. Кристаллизация и осаждение способствуют удалению боковых цепей ксилана, т.е. ацетильных групп и остатков глюкуроновой кислоты.

При сравнении ИК-спектров образцов целлюлозы и целлюлозы с сорбированным ксиланом был сделан вывод об образовании водородных мостиков между переосажденным полисахаридом и целлюлозными волокнами. После образования водородных мостиков происходит перестройка и уплотнение адсорбированного слоя, цепи гемицеллюлоз прочно связываются между собой и с целлюлозой. Таким образом, стабилизации гемицеллюлоз должно предшествовать отщепление ацетильных групп (деацетилирование) у хвойной древесины – от глюкоманнана, у лиственной – от глюкуроноксилана. Это облегчает ассоциацию молекул гемицеллюлоз и, следовательно, повышает их устойчивость к химическим воздействиям (гидролизу).

Эффект стабилизации гемицеллюлоз зависит, главным образом, от повышения рН, температуры и длительности процесса.

Первые режимы этого вида двухступенчатых варок были установлены шведской фирмой Стура.

1-й вариант - Стура-6 (варка сосны); натриевое основание.

- 1-я ступень: состав варочного раствора - весь SO2 5 %; рН раствора 6,5; гидромодуль 3:1. Температурный режим: подъем до 110 °С – 2 ч, варка при 110 °С – 2 ч; после первой ступени отбирается варочный щелок до гидромодуля 2:1.

- 2-я ступень: добавлением воды гидромодуль увеличивается до 3:1, затем инжектируется SO2 в количестве 23 % от массы древесины; рН 1,5-2,0; подъем температуры от 110 °С до 135 °C – 1ч 35 мин; продолжительность варки при максимальной температуре 1 ч 20 мин – 4 ч 20 мин.

2-й вариант - Стура-8. Режим аналогичен Стура-6, но величина рН 1-й ступени 8,0.

3-й вариант - Стура-Биллеруд.

- 1-я ступень аналогична Стура-8.

- 2-я ступень: гидромодуль 3:1; инжектируется SO2 в количестве 10 % от массы древесины; рН 4,0. Температурный режим: подъем от 110 °С до 165 °С – НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ 1 ч 45 мин; длителъность варки при максимальной температуре 1 ч 20 мин – ч 20 мин.

Характерной особенностью указанных методов варки является возможность разделения целлюлозы на волокна при сепарировании, сохраняющаяся при увеличении выхода полуфабриката до 70 % от массы древесины, что очень важно для выработки различных видов бумаги (резкое сокращение расхода энергии на процесс размола). Целлюлозы эти очень быстро размалываются; для достижения максимальной прочности достаточно 8-14 мин размола, что значительно меньше, чем для сульфитной и, особенно, сульфатной целлюлозы.

Возможно использование не только натриевого, но и более дешевого магниевого основания (при pH не более 5,5), что экономически более выгодно. Возможно также использование аммониевого основания, но в этом случае максимальная температура во 2-й ступени варки не должна превышать 125130 °С.

В настоящее время в мировой практике целлюлозного производства используются несколько двухступенчатых способов варки с понижающимися значениями рН по ступеням.

На предприятиях Швеции и Канады применяют модифицированную двухступенчатую варку Стура, разработанную в Швеции.

1-я ступень варки: варочный раствор на натриевом основании, весь SO2 3,2 %; рН 6,1; гидромодуль 5:1. Температурный режим: подъем температуры до 146-148 °С – 1 ч 45 мин; стоянка при 146-148 °С – 1 ч. После первой ступени варки из котла отбирается 60 % от введенного в котел раствора до гидромодуля 2,5:1. Отобранный раствор используют для первой ступени последующей варки в смеси со свежеприготовленным.

2-я ступень: в котел добавляют 7 %-й водный раствор SO2 и жидкий SO2 до гидромодуля 3:1. Температуру устанавливают на уровне 130-132 °С.

При этой температуре проводят вторую ступень варки в течение 4-5 ч. Выход целлюлозы из еловой древесины после варки составляет 60 %, после отбелки 94 %. Целлюлоза используется при производстве массовых видов бумаги, в том числе пергамента.

На одном из канадских заводов подобным способом перерабатывают смесь лиственных и хвойных пород в соотношении 1:1.

Научными организациями и вузами нашей страны подготовлено несколько вариантов двухступенчатых способов варки. Для достижения максимального эффекта стабилизации глюкоманнана при одновременной интенсификации процесса в ЛТИ ЦБП (ныне СПб ГТУРП) разработан режим двухступенчатой варки [1].

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Следует отметить, что основным недостатком ступенчатых варок на натриевом основании методом Стура является относительно большая продолжительность 1-й ступени варки и высокий расход химикатов.

Учитывая, что эффект стабилизации глюкоманнана определяется повышением pH и температуры, в ЛТИ ЦБП (СПб ГТУРП) исследовали двухступенчатую варку с осуществлением 1-й ступени при высоких температурах 150-170 °С и относительно высоких pH варочного раствора 9,3-10,9 на натриевом основании из древесины ели. Таким образом, варка в 1-й ступени проводилась в более «жестких» условиях.

В результате установлено, что стабилизация глюкоманнана в этих условиях проведения 1-й ступени варки также имеет место и несколько возрастает с повышением температуры и величины pH варочного раствора.





Причина повышенной устойчивости глюкоманнана во 2-й ступени варки связана с физико-химическими изменениями, приводящими к адсорбции его фрагментов на поверхности целлюлозных микрофибрилл. Однако такая ассоциация непрочна и сохраняется только благодаря защитному действию лигнина. Диапазон выходов 74-78 % следует считать оптимальным в этом случае. Полученные данные дают основания различать два вида стабилизированного глюкоманнана: прочностабилизированный и непрочностабилизированный. Из всего количества стабилизированного глюкоманнана от до 40 % глюкоманнана стабилизируется прочно.

Таким образом, для 1-й ступени были установлены оптимальные pH 9,5 и температура 150 °С. Это позволило провести всю 1-ю ступень варки за 2,0-2,5 ч. Оптимальный режим 2-й ступени: pH 3,7-4,0 и температура °С. Длительность 2 ч. Собственно двухступенчатая варка длилась 4,0-4,5 ч.

Двухступенчатый способ варки, разработанный в ВНПОбумпроме, используется на ряде предприятий. Отличительной особенностью его является использование во второй ступени варки слабых водных растворов SO2.

1-я ступень варки: варочный раствор на натриевом или аммониевом основании, содержащий около 3 % SO2; рН 6,0; гидромодуль 6:1. Температурный режим: подъем температуры до 150-155 °С – 1 ч 50 мин; стоянка при 150-155 °С – 1 ч. По окончании первой ступени варки из котла отбирается примерно 70 % от введенного первоначально раствора, и гидромодуль становится 2,5:1. Отработанный раствор после первой ступени варки используется для первой ступени последующей варки с добавлением необходимого количества свежеприготовленного концентрированного раствора.

2-я ступень: в котел закачивается водный раствор SO2 с концентрацией 3-4 % до гидромодуля 4:1. Температурный режим: подъем температуры до 140 °С – 1 ч 30 мин; стоянка при 140 °С – 0 ч 30 мин - 1 ч 00 мин.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Сравнительные данные по показателям целлюлозы марки Ж-3, полученной одноступенчатой варкой и двухступенчатой, внедренной на Слокском ЦБЗ в 1987 г, представлены в табл. 1.3.

Таблица 1.Показатели целлюлозы Ж-3, полученной одноступенчатым и двухступенчатым способами варки на Слокском ЦБЗ Показатели Количество ступеней варки целлюлозы одна две 1. Оборот котла, ч 9,5 10,2. Выход целлюлозы из древесины, % 50,0 54,3. Количество отходов сортирования, % 8,0 4,4. Разрывная длина, м 7000 5. Сопротивление излому, ч. дв. пер. 1500 6. Сопротивление продавливанию, кПа 360 7. Сопротивление раздиранию, сН 60 8. Белизна, % 58 9. Сорность, число cop./м2 700 10. РВ в щелоке, % 2,8 2,Двухступенчатый способ варки обеспечивает существенные экономические и экологические преимущества по сравнению с обычным одноступенчатым. Выход целлюлозы из древесины одинаковой жесткости увеличивается на 3-5 %, в 2 раза сокращается количество отходов сортирования, снижается сорность целлюлозы, возрастают ее прочность и белизна.

Существенно уменьшается загрязнение окружающей среды, так как газы от первой ступени варки практически не содержат SO2, а в кислотном цехе, благодаря повышению рН поглотительного раствора до 6 и более, снижаются выбросы SO2 в атмосферу. Количество растворенных органических веществ уменьшается за счет повышения выхода приблизительно на 20 %, что облегчает работу очистных сооружений.

Щелок от двухступенчатой варки содержит меньшее количество РВ за счет снижения количества сбраживаемых сахаров, что сказывается на уменьшении выработки спирта на 50 %. Выход кормовых дрожжей не меняется.

При производстве и использовании лигносульфонатов от двухступенчатой варки затруднений не отмечалось.

Переработка на бумагу целлюлозы, полученной двухступенчатой варкой, не вызвала затруднений. Замена обычной сульфитной целлюлозы в композиции бумаги на целлюлозу, полученную ступенчатым способом, снижает сорность бумаги, повышает ее белизну и механическую прочность. Из цел НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ люлозы был выработан обычный ассортимент бумаги: перфокарточной, для карточек, обложечной, прокладочной для линолеума, для обоев, для упаковывания продуктов на автоматах и др.

На кафедре целлюлозно-бумажного производства ЛТА разработан новый двухступенчатый способ варки целлюлозы для бумаги [7].

1-я ступень варки: обработка щепы в котле раствором Na2CO3 концентрацией 25 г/л при температуре 60 °C в течение 2 ч. По окончании обработки отбирается весь свободно стекающий раствор, который используется после доукрепления на первой ступени последующей варки.

2-я ступень варки: в котел закачивается сульфитная кислота, содержащая 6,0 % всего SO2 и 0,6 % Na2O. Далее следует подъем температуры до 145 °C и стоянка при этой температуре. Общая продолжительность обеих операций составляет 3 ч.

Полученная целлюлоза отличается повышенным выходом из древесины и прочностью. Этим способом можно успешно перерабатывать и лиственные породы древесины [3].

1.8.2. Сульфит-фосфорнокислый способ варки На кафедре технологии целлюлозы Санкт-Петербургского университета растительных полимеров разработан новый двухступенчатый сульфитфосфорнокислый способ варки целлюлозы [5]. Этот способ является более совершенным, чем используемые в настоящее время на предприятиях и представленные выше двухступенчатые варки.

В новом способе варки используемый обычно для второй ступени сульфитный раствор заменен на слабую (0,5-1 %) ортофосфорную кислоту.

Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 17 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.