WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 9 |

Сортирование щепы производят с целью отделения отходов (пыли, опилок, мелочи) и крупной щепы от щепы нормальных размеров. В целлюлозно-бумажной промышленности наибольшее распространение получили плоские гирационные сортировки (рис. 5, 6).

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ а) б) Рис. 5. Плоская гирационная сортировка:

а) схема работы (1 – приёмный карман; 2 – металлический короб; 3 – сита; – циклон), б) общий вид подвесной сортировки (1– верхнее сито; 2 – среднее сито; 3 – нижнее сито) НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Основными частями сортировки являются металлический короб, установленный под углом 8° к горизонту и укреплённые в нём три сита. Верхнее сито имеет отверстия 4040 мм, среднее 1515 мм, нижнее 55 мм. Короб подвешен стальных тросах. Круговое движение в горизонтальной плоскости осуществляется с помощью горизонтального вала. Амплитуда колебаний составляет 50 мм. Щепа подаётся ленточным транспортёром или пневмотранспортом к распределительному устройству и равномерно рассыпается по поверхности верхнего сита. Благодаря колебательным движениям и наклону сортировки щепа продвигается вдоль поверхности сит и просеивается, разделяясь на несколько фракций: крупную щепу, нормальную щепу, мелкую щепу, опилки и пыль. Нормальная и мелкая щепа вместе поступают в варочный цех. Крупная щепа идёт на дезинтегратор, а после него возвращается на сортирование. Опилки и пыль направляются на сжигание. Производительность таких сортировок составляет от 400 до 1000 насыпных м3 щепы/ч.

В последние десятилетия, кроме описанных выше, появились сортировки, которые осуществляют фракционирование (сортирование) щепы по толщине. Однородность щепы по толщине значительно улучшает равномерность провара щепы и качество целлюлозы. Для выделения из щепы толстой фракции используются дисковые, валковые и реечные сортировки.

После выделения толстой фракции её измельчают в барабанных рубительных машинах.

Отсортированная щепа поступает в бункеры варочного цеха или промежуточные бункеры, запас которых обеспечивает суточную работу целлюлозного завода.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Глава 3. ТЕОРИЯ СУЛЬФАТНОЙ ВАРКИ 3.1. Общая схема производства сульфатной целлюлозы Волокнистые полуфабрикаты с использованием щелочной обработки растительного сырья получали еще в древнем Китае.

Первые патенты на получение целлюлозы натронным способом были получены в 1853-54 гг., а первый завод, производящий натронную целлюлозу, был построен в США в 1860 г.

В 1879 г. немецкий инженер Даль предложил добавлять перед сжиганием упаренных щелоков, в процессе их регенерации, сульфат натрия. При сжигании сульфат восстанавливался до сульфида натрия, который становился вторым после NaOH компонентом варочного раствора. Способ получения целлюлозы с варочным раствором, содержащим NaOH и Na2S, был назван сульфатным, а получаемая целлюлоза – сульфатной целлюлозой.

Доля сульфатной целлюлозы в мировом производстве волокнистых полуфабрикатов долгое время оставалась низкой (25 % в 1925 г.) в основном из-за темного цвета целлюлозы. Но впоследствии потребность в сульфатной целлюлозе возросла, что было связанно с ростом производства тароупаковочных видов бумаги и картона, электроизоляционных и других видов бумаги, которые не могли производиться из сульфитной целлюлозы. Сейчас сульфатным способом производится более 97 % всей целлюлозы в мире.

Общая технологическая схема производства сульфатной целлюлозы представлена на рис. 6.

Древесина после подготовки, т. е. после получения технологической щепы необходимых размеров, поступает на варку. Варка сульфатной целлюлозы осуществляется непрерывным или периодическим методами. В котел загружают щепу и заливают варочный раствор — белый щелок, который содержит необходимую для варки активную щелочь.

Обычно, кроме белого щелока, в котел подают также некоторое количество черного (отработанного) щелока. Содержимое котла нагревают, прокачивая щелок через подогреватель, обогреваемый паром. В процессе подъема температуры проводят терпентинную (скипидарную) сдувку, с которой из котла уходят пары скипидара, воздух, оставшийся в котле, некоторое количество органических летучих продуктов и водяных паров. Сдувки направляют на установку для утилизации тепла и получения скипидара. На конечной температуре (150-170 °С) устраивают стоянку — выдерживают котел определенное время (от 0,5 до 3 ч), необходимое для получения данного вида целлюлозы.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Древесина Регенерация извести Подготовка древесины Шлам CaCOЩепа Известняк Дурнопахнущие Скипидар CaO CaCOгазы Белый щелок Варка Каустизация NaOH + Na2S Черный щелок Зеленый щелок Целлюлоза + Na2CO3 + Na2S черный щелок Упаренный щелок Промывка, Сжигание (C = 60-80 %) сортирование, очистка Na2SOЧерный щелок (C = 12-17 %) Выпарка Целлюлоза Сырое на использование сульфатное мыло Рис. 6. Структурная технологическая схема производства сульфатной целлюлозы После завершения варки целлюлозная масса вместе со щелоком поступает в выдувной резервуар и направляется на сортирование (для отделения от целлюлозной массы отходов) и промывку (для отделения черного щелока от сваренной целлюлозы). Затем промытая целлюлоза может использоваться в небеленом виде или после отбелки для производства бумаги и картона.



Черный щелок после промывки целлюлозы имеет концентрацию сухих веществ от 12 до 17 % и направляется на регенерацию химикатов, которая состоит из операций выпарки, сжигания и каустизации щелоков. Перед выпаркой черный щелок проходит подготовку, которая заключается в отделении сырого сульфатного мыла и мелкого волокна. Затем черный щелок выпаривается на многокорпусной вакуум-выпарной станции до концентрации сухого вещества 60-80 %. Упаренный щелок поступает на сжигание в содорегенерационный котлоагрегат (СРК). Перед сжиганием к щелоку для возмещения потерь щелочи и серы в производственном цикле добавляют свенужды Отходы сортирования Пар на технологические НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ жий сульфат натрия. В процессе сжигания щелока его органические вещества полностью сгорают, а минеральные вещества образуют жидкий плав. В результате химических реакций, происходящих при высокой температуре (1000-1200 °С), сульфат натрия восстанавливается углеродом до сульфида натрия, а большинство других соединений натрия под действием CO2 карбонизируется до Na2CO3. Поэтому плав содержит главным образом Na2COи Na2S. Выделившееся при сжигании тепло используется для получения пара и электроэнергии. После сжигания щелоков плав растворяют в слабом белом щелоке, а раствор, называемый зеленым щелоком, подвергают каустизации (реакции с Ca(OH)2) для перевода карбоната в гидроксид натрия.

Na2CO3 + Ca(OH)2 2 NaOH + CaCO3.

Полученный в результате каустизации белый щелок, содержащий NaOH и Na2S (не принимает участия в реакции каустизации), вновь используют для варки. Отделенный от белого щелока осадок CaCO3 подвергают обжигу в известерегенерационных печах при температуре 1100-1200 °С.

При этом происходит следующая реакция:

CaCO3 CaO + CO2.

Оксид кальция (негашеную известь) снова используют для каустизации.

Сульфатный способ является сложным технологическим процессом с замкнутой системой регенерации химикатов и имеет следующие преимущества перед сульфитным способом производства целлюлозы:

1) возможность использования любых видов растительного сырья: древесины, тростника и стеблей однолетних злаков (традиционным сульфитным способом можно переработать только низкосмолистые хвойные породы, а также осину, березу и тополь);

2) потери химикатов в производственном цикле, благодаря замкнутой системе регенерации, восполняются добавкой дешевых химикатов Na2SO4 и CaCO3;

3) за счет сжигания упаренного щелока и утилизации выделяющегося тепла происходит самообеспечение технологическим паром и электроэнергией (на 75 %);

4) более высокая прочность сульфатной целлюлозы по сравнению с другими волокнистыми полуфабрикатами делает ее универсальным полуфабрикатом для выработки любых видов бумаги и картона.

Однако сульфатному способу присущи определенные недостатки:

- более низкий выход целлюлозы из древесины (на 3-4 %) по сравнению с сульфитной целлюлозой при равной степени делигнификации;

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ - образование на разных стадиях процесса (при варке, выпарке, сжигании) дурнопахнущих газов, загрязняющих атмосферу;

- более темный цвет и более трудная белимость целлюлозы.

3.2. Состав варочного раствора Варочный раствор для щелочной варки называется белым щелоком.

При натронной варке белый щелок содержит один активный реагент, растворяющий лигнин, – гидроксид натрия (NaOH). При сульфатной варке активных реагентов два – гидроксид натрия и сульфид натрия (Na2S).

Кроме того, в белом сульфатном щелоке, вследствие неполноты реакций каустизации и восстановления сульфата, обязательно присутствуют карбонат (Na2CO3) и сульфат (Na2SO4). В небольшом количестве содержатся сернистые соединения натрия – тиосульфат (Na2S2О3), сульфит (Na2SO3), полисульфиды (Na2SХ), а также алюминат (NaAlO2) и силикат (Na2SiO3).

Состав белого щелока принято характеризовать несколькими показателями, причем содержание натриевых солей выражают в одних и тех же эквивалентных единицах, чаще всего в единицах Na2О (иногда NaОН). В составе белого сульфатного щелока различают следующие компоненты:

1) активную щелочь NaОН + Na2S;

2) общую титруемую щелочь NaOH + Na2S + Na2CO3;

3) всю щелочь, т. е. сумму всех присутствующих в белом щелоке соединений натрия.

Расходом активной щелочи на варку называют ее суммарное количество, отнесенное к массе абсолютно-сухой древесины и выраженное в процентах.

Основными характеристиками производственного белого щелока являются следующие эквивалентные соотношения:

Na2S степень сульфидности (сульфидность) 100 %;

NaOH Na2S NaOH степень каустизации 100%;

NaOH Na2CONa2S степень восстановления 100%;

Na2S Na2SOактивная щелочь степень активности 100%.

вся щелочь В производственных условиях степень сульфидности составляет 2540 %, степень каустизации 75-85 %, степень восстановления 90-99 %, степень активности 70-90 %. За рубежом вместо понятия «активная щелочь» часто используют термин «эффективная щелочь» (NaОН + Na2S).

Обычно концентрация активной щелочи в белом щелоке составляет 90120 г/л в ед. Na2О. В варочном котле за счет разбавления влагой, содержаНАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ щейся в щепе, и черным щелоком концентрация активной щелочи снижается до 30-60 г/л, а pH варочного щелока составляет 13-14. К концу варки концентрация активной щелочи уменьшается примерно в 10 раз, а рН снижается только на 1 (до 12-13). Это происходит потому, что к концу варки в щелоке содержится много натриевых солей слабых минеральных и органических кислот, что вызывает создание значительной щелочной буферной ёмкости, благодаря чему конечный рН черного щелока остается высоким.





Натриевые соли слабых кислот в водном растворе гидролизуются:

Na2S + H2O NaOH + NaHS, Na2CO3 + H2O NaOH + NaHCO3, Na2SO3 + H2O NaOH + NaHSO3.

Степень гидролиза зависит от температуры, концентрации раствора и HCOрН. При рН 12 Na2S полностью гидролизуется до NaНS. Ионы в заметном количестве появляются при рН 10, а сероводород, свободная угольная кислота и NaНCO3 при рН 8. Присутствующий в белом щелоке гидроксид натрия тормозит гидролиз этих солей.

Температура влияет на процесс гидролиза незначительно. Так, при 25 °С Na2S в производственном белом щелоке гидролизуется до NaНS на 40 %, а при 165 °С на 76-88 %. В условиях обычной сульфатной варки NaНCO3 может появиться только в ее конце, а NaНSO3 практически не образуется.

3.3. Реакции лигнина Растворение веществ древесины при щелочной варке начинается при низких температурах с момента соприкосновения щелока со щепой. Если сварить щепу одной и той же породы древесины сульфатным и натронным способами при одинаковых условиях варки (расходе и начальной концентрации активной щелочи, температурном режиме) и проанализировать полученные результаты, то можно сделать следующие выводы:

1) лигнин при сульфатной варке растворяется значительно быстрее, чем при натронной, скорость растворения углеводов практически одинакова;

2) при варке до одинакового содержания лигнина, выход сульфатной целлюлозы, выше, чем натронной, вследствие сокращения продолжительности варки и времени воздействия на углеводы;

3) при сульфатной варке кроме активной щелочи расходуется сульфидная сера. Наиболее интенсивно реакции с участием сульфидной серы идут в начале варки. В ее конце скорость потребления Na2S снижается. Общий расход сульфидной серы составляет 1-1,5 % от массы древесины.

Реакции между сульфидной серой и лигнином облегчают его растворение при сульфатном способе по сравнению с натронной варкой.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Натронная варка Лигнин, перешедший в раствор после натронной варки, называют щелочным лигнином. Он является смесью органических веществ ароматической природы. 70-80 % щелочного лигнина представляет его высокомолекулярную часть, которая высаживается под действием кислот в виде коричневого осадка. Остальные 20-30 % лигнина не осаждаются при подкислении. Эта часть лигнина представляет собой низкомолекулярный лигнин, который еще называют «растворимым лигнином». Средняя молекулярная масса щелочного лигнина 1000-3000.

Для перевода в раствор лигнина древесины необходимо разрушить его связи с гемицеллюлозами и другими компонентами древесины, осуществить глубокий щелочной гидролиз трехмерных молекул самого лигнина, ввести в его состав гидрофильные группы, облегчающие растворение фрагментов лигнина.

Наряду с деструкцией, протекает конкурирующая реакция конденсации лигнина, которая затрудняет его растворение. Режим варки должен обеспечить необходимую степень деструкции лигнина и защиту от конденсации.

Основные реакции лигнина при щелочной варке являются гетеролитическими (ионными) и идут по механизму нуклеофильного замещения SN1.

При натронной варке единственным нуклеофильным реагентом является гидроксид анион (ОН).

Под действием гидроксида натрия происходит отщепление метоксильных групп. В природном лигнине хвойных пород содержится 16-17 % метоксилов, в щелочном 13,5-14 %.

Rлиг-OCH3 + NaOH CH3OH + Rлиг-ONa.

фенолят В результате реакции образуются свободные фенольные гидроксилы, с которыми NaОН образует феноляты. Лигнин в виде фенолятов растворяется в черном щелоке.

+ NaOH + H2O.

OCH3 OCHOH ONa фенолят Основной реакцией лигнина в условиях натронной варки, является расщепление простых эфирных связей.

Деструкция связей -О-4 в фенольных структурах происходит следующим образом:

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ C2 C2 CHC O CH HC OH + OH + :OH OCH3 H2O HO + OCH3 OCH3 OCHOCHOH O OH хинонметид Связь -О-4 расщепляется по этому механизму не полностью, причем фрагментации лигнина не происходит, а образующийся формальдегид может принимать участие в процессах конденсации лигнина.

CH2OH CH2OH HC O CHC O CHC O C+ OH OCHHC OH CH CH OCH3 H OCHH2O C O + + :OH H OCH3 OCH3 OCHH2O формальдегид OH O OH Другая часть связей –О–4 расщепляется по ионному механизму через промежуточный эпоксид.

CH2OH CH2OH CH2OH HC HC OH HC O CO HC OH HC + H2O HC OH OCH+ :OH H2O HO C+ OCH3 OCH3 OCHOCHOH OH OH эпоксид -гликоль Связь -О-4 в нефенольных структурах расщепляется только при наличии -спиртового гидроксила в боковой цепи.

C C HC HC O O HC OH HC OCHHO + OH OCH3 OCHOCHO H2O O НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Фенилкумарановые структуры в условиях натронной варки разрушаются не полностью. Положительным эффектом реакции со щелочью является образование новой фенольной единицы.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 9 |










© 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.