WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |

Гидросульфид-ионы, необходимые для реакции сульфидирования лигнина, образуются при гидролизе сульфида натрия. В белом щелоке значительная концентрация [OH–] препятствует гидролизу сульфида (степень гидролиза при комнатной температуре составляет 40 %). В чёрном щёлоке, имеющем pH около 12, сульфид натрия гидролизуется полностью. Поэтому создание благоприятных условий делигнификации возможно путём применения щёлока высокой сульфидности (до 40 %), а также при использовании предварительной обработки щепы чёрным щёлоком.

Ионы [OH–] ускоряют и делигнификацию, и разрушение углеводов.

Исследования кинетических закономерностей сульфатной варки целлюлозы НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ показали, что высокая концентрация гидроксид-ионов в начальный период варки нежелательна, так как приводит к заметной деструкции углеводов.

При однократной подаче белого щелока в начале варки гидроксидионов не хватает для растворения деструктированного лигнина на последующих её этапах. Поэтому рекомендуется осуществлять подачу белого щёлока дробно, дозируя его в ходе варки несколькими порциями. Наряду со снижением температуры, это позволяет улучшить равномерность провара щепы по толщине и повысить селективность делигнификации.

Важнейшими факторами варки являются толщина и однородность щепы. На рис. 13 представлены кинетические кривые растворения лигнина при варке сосновой щепы толщиной 3 и 7 мм. Варки проводились различное время при температуре 160 °C. Видно, что щепа различной толщины делигнифицируется неодинаково. С увеличением толщины снижается скорость объёмной делигнификации, а переход к остаточной делигнификации происходит при более высоком числе Каппа. Если щепа неоднородна по толщине, то тонкая щепа быстро потребляет активную щёлочь, и её не хватает на варку толстой щепы. Концентрация активной щелочи внутри толстой щепы примерно в 3 раза ниже, чем внутри тонкой. Поэтому толстая щепа, а также неоднородная по толщине щепа делигнифицируются неравномерно. Лучшим способом получения прочной сульфатной целлюлозы из толстой щепы является снижение температуры варки.

Растворённые в щёлоке вещества – лигнин, углеводы, минеральные соли – оказывают существенное влияние на процесс делигнификации. Было показано, что повышение концентрации органических веществ в щелоке на стадиях объёмной и остаточной делигнификации вызывает увеличение расхода активной щёлочи, снижение прочности и ухудшение белимости целлюлозы. Это объясняется побочными реакциями с участием белого щёлока и продуктов деструкции древесины, на которые эта щёлочь затрачивается.

Следовательно, уменьшение концентрации растворённых веществ должно привести к улучшению результатов варки, что и подтверждается практикой.

Кинетические и качественные зависимости, позволяющие улучшить селективность делигнификации при сульфатной варке можно выразить в виде нескольких положений (принципов):

1) концентрация гидросульфид-ионов в начале варки должна быть высокой;

2) концентрация гидроксид-ионов должна быть невысокой в начале варки и почти постоянной в течение всего варочного процесса;

3) на стадиях объёмной и остаточной делигнификации концентрация растворённых в щёлоке веществ должна быть минимальной;

4) варку следует проводить при минимально возможной температуре;

5) необходимо использовать однородную по толщине щепу толщиной не более 5 мм.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Изложенные выше принципы нашли широкое применение на практике.

Конструктивные особенности установок и технологические приёмы, необходимые для реализации этих принципов в промышленных условиях, будут рассмотрены при описании техники периодической и непрерывной сульфатной варки.

Рис. 13. Кинетические кривые делигнификации сосновой щепы различной толщины.

I - начальная стадия; II - объемная стадия; III - остаточная стадия Глава 6. ТЕХНИКА СУЛЬФАТНОЙ ВАРКИ 6.1. Периодическая сульфатная варка Для периодической сульфатной варки применяют сварные варочные котлы, изготовленные из обычной углеродистой стали. Котлы для варки предгидролизной и изоляционной целлюлозы для лучшей защиты от коррозии изготавливают из биметалла. На отечественных предприятиях работают котлы объемом 110, 125, 140, 160 и 200 м3. Диаметр котлов 3,6-4,5 м, высота 13,3-16,9 м. На зарубежных предприятиях, как правило, используются более крупные варочные котлы, объемом 200-400 м3. Преимуществом больших котлов являются уменьшение объема здания и сокращение затрат при строительстве. Все котлы теплоизолированы. Толщина слоя изоляции 75-100 мм.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Современные варочные котлы имеют систему принудительной циркуляции с непрямым нагревом (рис. 14).

Рис. 14. Схема стационарного котла с системой принудительной циркуляции Эско:

1 - варочный котел; 2 - циркуляционный насос; 3 - подогреватель; 4 - круговая сетка Щелок забирается из-под круговой сетки 4, расположенной примерно на середине высоты котла 1, прокачивается циркуляционным насосом 2 через подогреватель 3, после которого подогретый щелок разделяется на две части. Первая часть подается в верхнюю, вторая — в нижнюю часть котла.

Производительность циркуляционного насоса должна обеспечить прохождение объёма щёлока, равного объёму котла, 12-15 раз в час через теплообменник за время подъема температуры. Поверхность нагрева рассчитывается таким образом, чтобы на 1 м3 объема котла приходилось 0,9-1,4 м2 поверхности теплообменника.



Крышки современных варочных котлов плоские или сферические с шаровым затвором и дистанционным управлением, рассчитаны на рабочее давление 1,2 МПа и температуру 180 С.

Основные операции в работе варочного котла Осмотр котла (5-10 мин).

Проводится для котла и всей варочной установки для подготовки их к очередному циклу варки.

Загрузка щепы (30-60 мин).

Загрузка щепы начинается после установки воронки или телескопической трубы, соединяющей бункер с горловиной котла. Для увеличения количества загружаемой щепы производится паровое уплотнение. Пар подаНАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ ется через специальное уплотняющее устройство, расположенное в верхней горловине котла. Часто для уплотнения используется заливка щелока с его циркуляцией, а также комбинированный способ пропарки с циркуляцией.

Применение пропарки щепы и заливки с циркуляцией позволяет увеличить объемную плотность загрузки до 0,35-0,42 пл. м3 древесины на 1 м3 котла.

Заливка щелоков (30-40 мин).

Обычно при заливке в котел температура белого щелока составляет 5060 С, черного 60-80 С. Порядок заливки щелоков может быть разным. Целесообразно сначала задавать в котел небольшое количество черного щелока, затем полное количество белого щелока, исходя из принятого расхода активной щелочи и концентрации активной щелочи в белом щелоке, а под конец закачивать оставшееся количество черного щелока.

Объем белого щелока обычно составляет 0,25-0,3 объема котла. С учетом влаги в котле и конденсата от пропарки гидромодуль после заливки белого щелока составляет (2,2-2,5) : 1. Недостающее количество жидкости до заданного гидромодуля (3,8-4,5) : 1 восполняется черным щелоком из промывного отдела.

При расчете расхода щелочи на варку учитывается только активная щелочь в белом щелоке. Остаточная активная щелочь, содержащаяся в черном щелоке (5-8 г/л в ед. Na2O), во внимание не принимается.

Нагрев котла (2-6 ч).

После загрузки щепы и заливки щелоков крышку котла закрывают, котел герметизируют и нагревают его содержимое путем циркуляции щелока через подогреватель. Нагрев производится в соответствии с графиком варки, принятым в технологическом режиме. Период нагрева до конечной температуры (160-170 С) называется заваркой. На современных предприятиях подъем температуры, последующая варка и другие операции контролируются и управляются системой автоматического регулирования технологическим процессом.

В период подъема температуры образуются различные газообразные продукты (метанол, метилсернистые соединения, скипидар и др.), которые создают в котле избыточное давление, не соответствующее температуре варки. Начиная со 120 С, проводят так называемую терпентинную (скипидарную) сдувку, продолжающуюся до достижения температуры варки. При сдувке из котла удаляются воздух, водяные пары, скипидар. Сдувки направляют на установки для улавливания тепла и получения скипидара.

Варка (0,5-2 ч).

Варкой называют стоянку на конечной температуре. В этот период подачу пара в подогреватель прекращают, но циркуляция продолжает работать до завершения варки. Незначительные потери тепла, происходящие НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ при варке, компенсируются выделением тепла за счет химических реакций.

Конец варки определяется по времени.

По завершении варки в течении 30-45 мин проводится конечная сдувка, при которой давление в котле снижается с 0,8 МПа до 0,4-0,5 МПа.

Опорожнение котла.

Обычно котлы разгружают методом выдувки с полного или пониженного (если есть конечная сдувка) давления. Выдувка производится в выдувной резервуар, который представляет собой промежуточную емкость, где хранится масса перед промывкой. Выдувной трубопровод, как правило, соединяет несколько варочных котлов (2-4) с выдувным резервуаром. При объеме котлов 110-140 м3 диаметр выдувного трубопровода должен быть не менее 250-300 мм. Выдувной трубопровод присоединяется по касательной к верхней части выдувного резервуара. Пары вскипания уходят через патрубок в верхнем конусе выдувного резервуара в ловушку, а затем в установку для улавливания тепла.

Емкость выдувного резервуара примерно в 3 раза превышает объем варочного котла. В нижней части резервуара есть мешалка. Если резервуар вводят в работу после ремонта, и в нем нет массы, то нижний конус заполняют черным щелоком. Выдувка в пустой резервуар не допускается, так как это приведет к поломке мешалки. Концентрация массы в выдувном резервуаре после выдувки 11-15 %. В нижней части масса разбавляется черным щелоком до 2,5-3,5 %. Разбавленную массу подают насосом на промывную установку. Полный оборот котла (сумма всех операций) составляет 2,5-8 ч.

6.2. Режимы периодической варки При варке сульфатной целлюлозы в промышленных условиях может применяться медленная или быстрая варка. Решающим обстоятельством для выбора режима варки является совокупность таких факторов, как объем и тип котлов, мощность котельной, производительность циркуляционной установки, требования к качеству целлюлозы.

Медленной варке свойственны длительная заварка и варка при пониженной температуре и невысоком расходе щелочи. Медленная варка обеспечивает равномерный провар и сокращение расхода пара, медленную варку практикуют отечественные заводы, вырабатывающие целлюлозу для электроизоляционных и конденсаторных видов бумаг. Это объясняется необходимостью получения целлюлозы высокого качества с равномерным проваром, высокой прочностью и термостойкостью.





Быстрая варка используется при получении целлюлозы высокого выхода, жесткой, а иногда даже белимой целлюлозы. При этом расход щелочи выше и составляет 260-310 кг Na2O на 1 т жесткой целлюлозы, 270-330 кг/т целлюлозы для технических бумаг и 320-450 кг/т белимой целлюлозы. Конечная температура варки 170-177 С. Основной признак быстрой варки — НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ ускоренная заварка (45-50 мин для жесткой целлюлозы, 1-2 ч для белимой).

Стоянка на конечной температуре обычно дольше чем при медленной варке (1-2 ч для жесткой, 1,5-2,5 ч для белимой целлюлозы).

6.3. Расход пара на варку В табл. 3 представлены затраты тепла на периодическую сульфатную варку. Общий расход тепла принят за 100 %, и каждая статья затрат тепла выражена в процентах к общему расходу.

Таблица Статьи расхода тепла на периодическую сульфатную варку Статья расхода Распределение расхода тепла, % Нагрев:

– абсолютно-сухой древесины и растворенных органических веществ 10,– влаги в щепе 15,– щелока и растворенных минеральных веществ 71,– корпуса котла 2,– теплоизоляционного слоя 0,Потери тепла:

– с теплоотдачей 1,– с терпентинной сдувкой 8,Приход тепла от экзотермических реакции - 9,Итого расход тепла При сульфатной варке имеется два источника тепла: тепло греющего пара и тепло, выделяющееся при реакциях щелочи с древесиной (тепло экзотермических реакций). При обычных режимах сульфатной варки расход пара составляет 1,8-2,3 т на 1 т целлюлозы. Все это тепло расходуется в период заварки. Во время стоянки небольшие теплопотери компенсируются приходом тепла от экзотермических реакций. 85-87 % всех затрат тепла составляет нагрев щелока и влаги в щепе. Поэтому меры, влияющие на эту статью расхода, дают наибольшую экономию. Снижение конечной температуры варки на 1 С экономит примерно 1 % пара. Уменьшение гидромодуля на 10 % должно дать экономию пара около 10 %. Однако наибольший эффект дает увеличение начальной температуры заливаемых в котел щелоков. Способы, основанные на подогреве щелоков за счет тепла отбираемого из котла черного щелока, позволяют сократить удельный расход пара на варку более, чем в 2 раза.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ 6.4. Периодическая сульфатная варка с использованием тепла черного щелока В последние 20-25 лет в промышленности используются усовершенствованные способы периодической сульфатной варки, позволяющие существенно уменьшить расход пара на варку.

На рис. 15 представлена технологическая схема варочного цеха, работающего по теплоэкономичной технологии SuperBatch.

Рис. 15. Схема периодической сульфатной варки SuperBatch Варочный котел отличается от обычного тем, что сетки для отбора щелока расположены в его верхней части. Циркуляция щелока осуществляется путем его отбора из верхней части котла и подачи в нижнюю часть. Установка для утилизации тепла выдувки не требуется, однако необходимо дополнительное оборудование:

– бак-аккумулятор для горячего черного щелока, работающий под давлением, ёмкость которого равна количеству черного щелока от 2-4 варок;

– ёмкость для вытесненного чёрного щёлока;

– бак-аккумулятор для горячего белого щёлока, работающий под давлением;

– теплообменник для нагрева белого щёлока горячим чёрным щёлоком.

После завершения варки в нижнюю часть варочного котла насосом высокого давления подается фильтрат из промывного цеха (рис. 16, поз. 1).

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Рис. 16. Основные операции технологии SuperBatch Одновременно из верхней части варочного котла в бак-аккумулятор отбирается вытесняемый горячий и крепкий черный щелок.

В конце вытеснения температура вытесняемого щелока резко снижается. Самая холодная часть вытесненного щелока направляется в емкость для черного щёлока (поз. 2).

После завершения вытеснения температура в варочном котле уменьшается до 90-95 С. Разгрузка целлюлозы осуществляется либо выдавливанием массы сжатым воздухом, либо с помощью насоса (поз. 3).

Белый щёлок, поступающий в варочный цех, нагревается в теплообменниках горячим черным щёлоком и хранится в баке-аккумуляторе белого щелока, работающем под давлением (поз. 4).

Варка начинается с заполнения котла щепой и пропарки (поз. 5). Воздух из котла отводится вентилятором. Затем в котел закачивается тёплый (с температурой около 100 С) чёрный щёлок, который нагревает щепу и удаляет из нее воздух. Теплый щёлок циркулирует через варочный котел и ёмкость для теплого щелока.

После заливки тёплого чёрного щёлока в нижнюю часть котла подают горячий чёрный щёлок и необходимое количество горячего белого щёлока (поз. 6). Одновременно теплый черный щёлок вытесняется из верхней части котла обратно в ёмкость тёплого чёрного щёлока. Во время заливки горячеНАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ го щёлока давление в котле поднимают до уровня, соответствующего температуре щёлока (поз. 7).

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 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.