Курсовая работа: Извлечение сульфатного варочного раствора из отработанного варочного раствора
% массы а. с . древесины;
Ь — выход целлюлозы по варке, %; 880 — содержание абсолютно сухой целлюлозы, кг, в 1 т в . с. ц.
или 40—80 г/л NаОН. Увеличение концентрации щелочи вдвое, также, как и ее расхода, сокращает продолжительность варки до одного и того же выхода вдвое. Одновременное увеличение и расхода и концентрации щелочи сокращает продолжительность варки до достижения одинаковой степени делигнификации примерно в 4 раза.
Сульфидность белого щелока в пределах 16—40 % положительно сказывается на результатах варки. Увеличение сульфидности ускоряет варку, повышает прочность и равномерность провара целлюлозы, уменьшает содержание в ней остаточного лигнина.
Порода и качество древесины оказывают непосредственное влияние на сульфатную варку. Из ели и сосны получается примерно равноценная по качеству сульфатная целлюлоза, но выход целлюлозы из ели на 1—1,5 % выше. Выход целлюлозы из березовой древесины на 1—2 % выше, чем из еловой, а из осины несколько ниже, примерно на 2 %, что объясняется различной объемной массой древесины и химическим составом.
Варка целлюлозы в котлах периодического действия. Периодический метод варки сульфатной целлюлозы осуществляют в стационарных вертикальных котлах вместимостью 100, 125, 160 и 200 м3, изготовляемых из мягкой котельной стали. Внутренние стенки котлов облицованы нержавеющей сталью, а наружные для снижения потерь тепла покрыты изоляцией толщиной-75—100мм. Схема стационарного варочного котла, оборудованного системой принудительной циркуляции щелоков и непрямого обогрева, показана на рис. 7.
Варочный котел представляет собой цилиндрический сосуд, переходящий с обеих сторон в конусообразное сужение, заканчивающееся вверху загрузочной горловиной диаметром 800 мм, внизу — выгрузочной диаметром 700 мм. Диаметр цилиндрической части котлов 3600—4500 мм, общая высота 13 300—16900 мм. Котлы отличаются вместимостью и системами принудительной циркуляции. На рис. 7 показан котел, оборудованный системой Шауфельбергера— Эско. Штуцера для забора щелоков располагают в середине цилиндрической части,где, во избежание попадания во всасывающие трубопроводы щепы, устанавливают пояс сит с отверстиями 6—9 мм. Обратно в котел щелок подают в верхнюю и нижнюю конусные части. Циркуляционный насос должен обеспечивать 9—15-кратный обмен щелока в котле за время заварки, или 1/10 объема котла в ми-НУТ У- Для эффективного нагрева щелоков, необходимо, чтобы на 1 м3 объема котла приходилось 0,9—1,4 м2 греющей поверхности подогревателя.
Загрузка котла щепой. Щепу загружают в котел из бункеров, расположенных над котлами, или из наземных складов. Для облегчения высыпания щепы из бункеров на их нижней, конусной части устанавливают вибраторы. Из наземных складов щепу непосредственно в котлы подают ленточными транспортерами. Как в первом, так и во втором способе загрузки щепа в котел насыпается свободно. Плотность насыпки щепы в котел характеризуется степенью заполнения, показывающей, какой объем древесины в плотных м3 содержится в 1 м3 вместимости котла. При свободной загрузке щепы в котел степень заполнения составляет 0,3—0,35. Чем больше степень заполнения, тем выше выход целлюлозы с 1 м3 котла за варку и, следовательно, выше производительность котла. Поэтому степень заполнения всегда стремятся повысить. Для этого пользуются специальными приемами: применяют паровые уплотнители или же чаще всего проводят пропарку щепы паром и поливку ее белым щелоком. Для этого одновременно с загрузкой щепы в нижнюю часть котла подают пар, а сверху через циркуляционные спрыски—щелок. Таким образом, степень заполнения повышается до 0,4—0,43, кроме того, прогрев щепы обеспечивает удаление из нее части воздуха и повышение температуры содержимого котла, ускоряющие последующую пропитку щепы варочным щелоком и саму варку.
C такой концентрации начинается варка. В практике в котел стремятся равномерно и одновременно закачивать белый и черный щелоки. Начальный рН щелока находится в пределах 12—13. При периодической сульфатной варке варочные котлы не заполняются щелоком полностью под крышку. Общий объем щелоков в котле по возможности должен быть меньшим, что сокращает расход пара на варку и выпарку щелоков. Для современных варочных котлов, оборудованных мощными циркуляционными системами с непрямым нагревом щелоков (через подогреватели), объем жидкости на 1 м3 котла в момент варки может быть принят 500—600 л.
Варка. После закачки щелоков котел герметизируют и начинают варку. Варку целлюлозы проводят по определенному режиму, для характеристики которого используют температурный график, изображаемый в координатах продолжительность — температура.
На рис. 8 показан температурный график сульфатной варки жесткой небеленой целлюлозы. Подъем температуры в котле осуществляют нагревом щелока в подогревателе, через который его непрерывно прокачивают циркуляционным насосом. Количество пара, подаваемого в подогреватель, регулируется системой автоматического ведения процесса варки или же вручную варщиком по заданному заранее температурному графику. Все время варки условно разделяется на два периода: заварку — подъем температуры в котле от начальной (50 °С) до конечной температуры варки (168°С)—и стоянку на конечной температуре (собственно варку). Одновременно с подъемом температуры (кривая /) поднимается и давление пара в котле (кривая 2).
Назначение заварки —равномерная по всей толще пропитка щепы варочным щелоком до достижения конечной температуры варки. Заварка проходит при непрерывном нагреве щелока и его циркуляции в котле. Ускорению проникновения щелока в толщу щепы способствуют удаление воздуха из щепы в процессе пропарки, циркуляция щелока и постепенный подъем температуры в процессе заварки. При правильном ведении предшествующих операций (пропарки, заливки щелоков, постоянной циркуляции щелока) к концу заварки щепа оказывается полностью и равномерно пропитанной щелоком.
При варке такой щепы процесс делигнификации происходит одновременно по всей ее толще. Целлюлоза получается равномерно проваренной и высококачественной. При неудовлетворительной пропитке наружные слои щепы провариваются значительно быстрее внутренних , в результате чего получается целлюлоза с неравномерным проваром и неоднородного качества. Скорость пропитки зависит от размеров, однородности и влажности щепы, температуры и продолжительности заварки. Влажная древесина пропитывается быстрее сухой. Пропитка щепы щелочными варочными растворами происходит легко и сравнительно быстро и обычно заканчивается еще в период заварки при достижении температуры 120—130°С , после чего получают значительное развитие химические процессы, присущие собственно варке.
В период заварки из щепы удаляется воздух и образуются летучие продукты: скипидар, метиловый спирт, метилсернистые соединения, которые затрудняют подъем температуры до конечной. Поэтому часть парогазовой смеси удаляют через сдувочный патрубок — производят так называемую терпентинную сдувку. Начинают ее при температуре 120—130°С и продолжают до конечной, на что указывает излом ветви подъема температуры на графике (см. рис. 8). Продукты сдувки направляют на специальные установки, где из них выделяют скипидар, метиловый спирт и др. имеющие неприятный запах, относят к дурнопахнущим газам.
Эти газы обусловливают специфический неприятный запах сульфатцеллю-лозного производства. Во избежание загрязнения воздушного бассейна дурнопахнущие газы необходимо улавливать и обезвреживать. Конденсат, полученный при улавливании летучих метилсернистых соединений, под названием сульфана используют для придания запаха бытовому газу.
Процесс собственно варки начинается с момента достижения в котле конечной температуры, заданной по технологическому режиму (168°С). На конечной температуре котел выдерживается предусмотренное температурным графиком время. В период варки подача пара в подогреватель щелока сокращается, а циркуляция щелока продолжается до конца варки. Варка продолжается главным образом за счет тепла, выделяемого протекающими химическими реакциями. Свежий пар расходуется для компенсации потерь тепла и стабилизации процесса. В этот период интенсивно растворяется и переходит в варочный щелок лигнин клеточных стенок, межклеточного вещества и другие продукты разрушения древесины.
Перед заваркой щепа в котле, как показано на рис. 7, полностью не покрыта щелоком, а в верхней части орошается им. В процессе заварки и варки, по мере перехода в щелок веществ древесины, щепки постепенно уменьшаются в размере, сохраняя прежнюю форму. Уровень твердой фазы (щепок) за счет уплотнения снижается и к концу варки в котле образуется целлюлозная масса. Целлюлозные волокна в ней большей частью удерживаются в форме щепок, легко разделяющихся на отдельные волокна. Окончание варки определяют, руководствуясь температурой и временем заданного режима, а также по пробе массы, отобранной в конце варки через специальный штуцер. На многих сульфатцеллюлозных заводах варка целлюлозы в котлах периодического действия в настоящее время полностью автоматизирована.
Опоражнивание котла. После окончания варки котел опоражнивают выдувкой целлюлозной массы в выдувной резервуар или промывной диффузор с рабочего давления (1-й метод) или с пониженного давления (2-й метод). По 2-му методу давление в котле с рабочего 0,83—0,85 МПа снижают до 0,4—0,5 МПа, делают так называемую конечную сдувку, и с этого давления проводят выдувку. На большинстве целлюлозных заводов конечную сдувку не производят и выдувают массу из котла в выдувной резервуар с полного рабочего давления.
Выдувной резервуар — это приемная емкость, в которой накапливается перед промывкой масса из котлов и выделяются пары вскипания, образующиеся в большом объеме при выдувке. По форме выдувной резервуар напоминает варочный котел, состоящий из цилиндрической средней части высотой 6—8 м, заканчивающийся конусами — верхним высотой 5—7 м и нижним высотой 2—4 м. Общая высота резервуара 16—22 м. Рабочая вместимость его должна составлять не менее трех вместимостей варочного котла (от 600 до 1600 м3).
Группу варочных котлов (4—6) соединяют с выдувным резервуаром трубопроводом, который подведен по касательной к верху цилиндрической части. Масса из котла поступает в верхнюю часть резервуара по касательной к внутренней стенке. Пары вскипания отводятся в теплоулавливающую установку, а масса концентрацией 11—12% поступает в рабочий объем резервуара. В нижний конус подается черный щелок для разбавления массы до концентрации 3—5%. Разбавленную массу насосом откачивают на промывку. Выдувной резервуар рассчитан на рабочее давление 0,1 — 0,11 МПа. При большем числе варочных котлов устанавливают два выдувных резервуара.
Осмотр котла. Осмотр проводят с помощью переносного светильника, опускаемого внутрь котла. Цель осмотра — проверка готовности котла к варке.
Сумма продолжительностей перечисленных операций от загрузки котла щепой до его осмотра составляет полный оборот котла.