Курсовая работа: Извлечение сульфатного варочного раствора из отработанного варочного раствора
Быстрая варка применяется преимущественно для получения целлюлозы высокого выхода (ЦВВ) (55—65%) и целлюлозы нормального выхода — дреднежесткой (48—52 %) и мягкой (бели-мой ) — 35—40 %. Для нее характерны пропарка щепы, повышенный расход щелочи, быстрая заварка, повышенная конечная температура варки (174—178°С) и выдувка массы с полного давления. На сульфатцеллюлозных заводах оборот котла для варки различных видов целлюлозы составляет 4—8 ч. В табл. 4 приведены режимы варок некоторых видов целлюлозы на отечественных предприятиях.
Непрерывная варка. с ульфатной целлюлозы. Разработка непрерывного метода варки, впервые осуществленного в СССР проф. Л- . П. Жеребовым в 1936 г. и получившего воплощение в 50-е годы в установках Камюр и Хемипальпер-Пандия, явилась новой прогрессивной ступенью в развитии целлюлозного производства.
Большая производительность варочных установок за счет исключения операций загрузки щепы, закачки щелоков и выгрузки массы, получение целлюлозы, более однородной по качеству, компактность оборудования, снижение расхода пара на варку и ее значительное ускорение, меньшая потребность в производственных площадях, меньшая численность обслуживающего персонала, полная механизация и автоматизация всех технологических операций — вот преимущества, поставившие непрерывный мет8д в число передовых, по которому уже в настоящее время вырабатывается свыше 30 % целлюлозы и полуцеллюлозы [4].
Различают два метода непрерывной варки — медленный и быстрый. Принципиальное отличие их в том, что в первом методе сохраняется деление варки на заварку и собственно варку, а во втором — щепа попадает сразу в зону температуры, соответствующей конечной температуре варки.
Медленная варка. Наибольшее распространение получила медленная варка в непрерывно действующих установках Камюр, мировое производство целлюлозы в которых превысило 50 млн. т в год. В СССР эксплуатируются установки с суточной производительностью 300, 450—500, 800—900 т целлюлозы. На рис. 9 показана схема варочной установки Камюр с горячей диффузионной промывкой целлюлозы в котле. Основным элементом установки является варочный котел цилиндрической формы производительностью 450—500 т в сутки; диаметр котла 4,7 м, общая высота 45 м. В варочном котле установлены ситовые пояса а, б, в и г. По высоте котла различают три температурные зоны: заварки — от загрузочного устройства до уровня ситовых поясов а; варки — от уровня ситовых поясов б до ситовых поясов в; диффузионной промывки — от уровня ситовых поясов в и до низа котла.
Варка целлюлозы в непрерывно действующих котлах Камюр осуществляется при полностью заполненном щелоком варочном котле и избыточном гидравлическом давлении (на 0,1—0,2 МПа больше, чем давление, соответствующее температуре кипения варочного раствора). Рабочее давление в котле, таким образом, оказывается равным 1—1,2 МПа. Применяемый прием позволяет предотвращать кипение щелока и тем самым создавать различные температурные зоны по высоте котла.
После удаления из щепы металлических включений с помощью магнитного сепаратора щепа поступает в бункер и далее через расходомер в питатель низкого давления, а из него в пропарочную цистерну, где винтовым конвейером перемещается к питателю высокого давления.
Щепа пропаривается парами вскипания, образующимися в циклоне-испарителе, и свежим паром низкого давления. Давление в пропарочной цистерне 0,06— 0,17 МПа, температура 105—120 °С. Время пропаривания 5—6 мин. Воздух, вытесняемый из щепы, и пары скипидара (терпентинные сдувки) из пропарочной цистерны вместе с парами вскипания из другого циклона-испарителя направляются на теплоулавливаю-щую установку (конденсатор) и далее на переработку. Пропаренная щепа из цистерны поступает в питатель высокого давления роторного типа.
Питатель высокого давления осуществляет питание котла щепой и одновременно является запорным клапаном, разделяющим область высокого давления в котле (1—1,2 МПа) от области низкого давления в пропарочной камере (0,07—0,15 МПа). Питатель состоит из корпуса и ротора, в теле которого имеются сквозные бочкообразные накопители (от 2 до 8). Когда очередной накопитель оказывается в вертикальном положении, происходит его загрузка щепой из пропарочной цистерны. Для удержания щепы в накопителе вход в патрубок для отвода избытка щелока закрыт металлической сеткой. После загрузки ротор поворачивается в горизонтальное положение и щепа из накопителя вымывается в питательный трубопровод щелоком, подаваемым насосом высокого давления. Щелок транспортирует щепу в загрузочное устройство варочного котла. Процесс загрузки повторяется поочередно со всеми накопителями. Чем больше накопителей, тем равномернее загрузка щепы в котел.
Загрузочное устройство котла состоит из цилиндрической сетки и вращающегося в ней вертикального винта. Щепа из питательного трубопровода попадает к винту и им подается в зону заварки, а избыток щелока отфильтровывается через цилиндрическую сетку и опять возвращается насосом к питателю высокого давления. Необходимые для варки количества белого и черного щелоков подаются насосами в верхнюю часть котла. Соотношение их строго регулируется. Щепа под действием собственной массы медленно продвигается вниз и последовательно проходит зоны заварки, варки и, превратясь в целлюлозную массу,— зону диффузионной промывки. В начале зоны заварки температура поддерживается ПО—115°С (поступает пропаренная щепа и горячий щелок). По мере продвижения щепы к ситовому поясу а температура повышается до 150°С за счет нагрева в подогревателе непрерывно циркулирующего через него щелока. Щелок забирается насосом из зоны сит а и, пройдя подогреватель, возвращается в эту же зону. До конечной температуры варки 170— 172°С постоянно циркулирующий щелок нагревается в другом подогревателе. Щелок забирается насосом с уровня сит б и также возвращается в эту зону.Массы абсолютно сухой древесины в зависимости от жесткости целлюлозы.
Быстрая варка. Осуществляется в непрерывнодействующих установках Пандия (рис. 10).
Установка состоит из варочных труб, оборудованных винтовыми транспортерами. Трубы расположены горизонтально одна над другой в вертикальной плоскости. Число варочных труб зависит от вида вырабатываемого полуфабриката и производительности установки и составляет 2—8 шт. Диаметр труб 0,6—1,2 м, длина 6—12 м.
В установках Пандия щепа из бункера, пройдя дозатор, питателем высокого давления винтового типа подается в пропиточную трубу. Винтовой питатель по направлению к загрузочному патрубку пропиточной трубы сужается, за счет чего щепа уплотняется и исключает прорыв пара из трубы в питатель. Спрессованная щепа (пробка) попадает в пропиточную трубу, где, перемещаясь к противоположному концу трубы, под действием винта, пара и щелока рассыпается, хорошо смешивается со щелоком и пропитывается. Проходя затем последовательно варочные трубы, Щепа проваривается и через разгрузочное устройство передувается в выдувной резервуар. Температура варки во всех варочных трубах поддерживается 160—180°С , продолжительность варки 15—60 мин.
В установках Пандия можно получать различные волокнистые полуфабрикаты, но чаще всего они используются для получения ЦВВ и полуцеллюлозы из лиственной древесины или целлюлозы из тростника и соломы. Производительность таких установок при выработке лиственной полуцеллюлозы с выходом 75 % составляет 200—250 т в сутки. При переработке тростниковой сечки с выходом 60—70 % производительность установки достигает 145—175 т в сутки [4].
Основные преимущества установок: быстрота варки; простота конструкции; небольшой габарит; возможность получать полуфабрикаты с различным выходом и равномерным проваром. К недостаткам можно отнести: более низкий выход и меньшую прочность целлюлозы из-за интенсификации варки; отсутствие промывки одновременно с варкой в одном аппарате; низкую производительность.
Сульфатная варка с предварительным гидролизом. Это по существу комбинированный метод варки, который проводится с целью получения целлюлозы с низким содержанием гемицеллюлоз. Большое содержание гемицеллюлоз в целлюлозе обычной сульфатной варки препятствует применению ее для химической переработки. Удаление гемицеллюлоз из древесины достигается обработкой щепы 0,3—0,5 °/о-ной серной кислотой при температуре. 120—130С в течение 2—3 ч или водой при температуре 160—170 °С в течение 0,5—3 ч до проведения сульфатной варки. Обработка щепы кислотой или водой по указанным режимам называется предварительным гидролизом (предгидролизом).
Сульфатную варку с предгидролизом можно проводить как в периодически так и в непрерывно работающих котлах. Выход целлюлозы из древесины составляет 37—40%. Этим методом получают сульфатную вискозную и кордную целлюлозы. Предгидролизат после обработки щепы, содержащий около 17 % растворенных веществ древесины (главным образом углеводов), направляется на биохимическую переработку, в частности для получения белковых кормовых дрожжей.
В настоящее время в мире разработаны и нашли применение многие разновидности установок для непрерывной варки целлюлозы. Все технические решения, осуществленные в установках, направлены на повышение эффективности использования древесного и недревесного сырья, увеличение выхода целлюлозы, варки низкокачественной древесины, опилок, тростника и соломы, однолетних растений, увеличение производительности и упрощение конструкций установок.
Регенерация щелочи. Черный щелок и его подготовка к регенерации. Черный щелок представляет собой водный раствор сложной многокомпонентной смеси органических и минеральных веществ. В процессах регенерации наиболее важное значение имеют удельный вес, вязкость, теплоемкость и температура кипения щелока. Удельный вес щелока зависит от содержания в нем сухого остатка (суммы органических и минеральных веществ в пересчете на абсолютно сухую массу). Очевидно, что чем меньше выход целлюлозы из древесины, тем выше содержание сухого остатка и наоборот. Содержание сухого остатка существенно влияет на все характеристики черных щелоков легко переводимый в NаОН.
Для этого система регенерации включает процессы: упаривания и сжигания черных щелоков; каустизации зеленого щелока и обжига известкового шлама.
Черный щелок на регенерацию поступает с промывного отдела где он отделяется от целлюлозы. Пройдя подготовку к упариванию, черный щелок направляется в систему регенерации. Подготовка щелока к упариванию включает операции по определению от щелока мелкого волокна, выделению сырого сульфатного мыла и окислению черного щелока.
Упаривание черного щелока. При промывке целлюлозы черный щелок в 2—3 раза разбавляется промывной водой и в таком виде поступает на регенерацию. Содержание сухих веществ в нем составляет 13—17 %. Щелок с такой концентрацией сухих веществ не горит и поэтому не может быть подан непосредственно на сжигание. Черный щелок может сжигаться, если концентрация сухих веществ в нем не ниже 60—65 %. Концентрацию сухих веществ в черном щелоке повышают до 50—55 % упариванием из него воды.
Упаривание щелока проводят в выпарных аппаратах различных систем. Общее количество воды, которое необходимо удалить из щелока в процессе упаривания, рассчитывают по формуле
