Введение
Наибольшее распространениеполучил сульфатный метод как наиболее эффективный и экономичный способ получениятехнических целлюлоз с высокими механическими показателями, позволяющий перерабатыватьдревесину практически всех пород, включая и высокосмолистые. По сравнению с сульфитнойцеллюлозой, натронная и сульфатная целлюлозы содержат меньше экстрактивных веществ(смол, жиров) и золы и имеет более низкую кислотность, обладают худшей ионообменнойи адсорбционной способностью по отношению к ионам металлов. Наряду с более низкимсодержанием легкогидролизуемых гемицеллюлоз натронная и сульфатная целлюлозы отличаютсявысоким содержанием устойчивых пентозанов. По своему фракционному составу сульфатнаяцеллюлоза оказывается более равномерной, а медное число у неё всегда ниже, чем усульфитной.
Сульфатная целлюлоза обладаетзначительно лучшими бумагообразующими свойствами, чем сульфитная. Волокна сульфатнойцеллюлозы более гибки, дают более сомкнутый и менее прозрачный лист, обладающийочень высоким сопротивлением разрыву и продавливанию при одновременно высоких показателяхсопротивления надрыву и изгибу.
Однако сульфатная целлюлозатруднее размалывается и хуже фибриллируется при размоле, что является существеннымнедостатком при использовании её в бумажном производстве.
В настоящее время основноеколичество сульфатной целлюлозы получают в котлах непрерывного действия, как болееэкономичных. Наиболее широко распространёнными установками для непрерывной варкиявляются установки непрерывного действия фирмы «Камюр».
Основной целью промывки являетсяизвлечение из целлюлозной массы заключенных в ней растворенных веществ в древесине,прореагировавших с компонентами варочного раствора. Целью сортирования и очисткицеллюлозы является очистка, отделение непровара, сучков, пучков волокон, коры, луба,смолы и песка. Схема промывки, сортирования и очистки целлюлозы, а также выбор оборудованиязависят от вида исходной целлюлозы, ее назначения и требований, предъявляемых ГОСТ.
В процесспромывки происходит отделениеотработанного черного щелока от сваренной целлюлозной массы, поэтому промывку целлюлозыследует считать первой стадией регенерации затраченной на варку щелочи, содержащейсяв отработанном щелоке.
Процесс сортирования целлюлозывключает, как правило, последовательно следующие операции: сепарирование, предварительноегрубое сортирование перед промывкой целлюлозы, отделение сучков непровара, отделениекостры и сора (тонкое сортирование), удаление из массы песка и других тяжелых включений(очистка на центробежных очистителях), удаление смолы и мелкого волокна (если этипоказатели регламентированы стандартами на целлюлозу), сгущение и аккумулирование.
1 Стандарты на сырьё,химикаты, воду
1.1 Требования к качествупроизводственной воды
В зависимости от вида вырабатываемойпродукции, а также от сложившихся условий, оборудования и технологии разных предприятийтребования к качеству производственной воды существенно отличаются.
Для производства покровногослоя картона, вырабатываемого из небеленой сульфатной целлюлозы, нет необходимостинормировать содержания большинства катионов и анионов.
Температура, не более – 45ºC;
Крупные взвешенные вещества– 0 мг/л;
Мелкие взвешенные вещества,не более – 50 мг/л;
Запах, не более – 3 баллов;
Величина рН – от 6,5 до 8,5;
Жесткость общая, не более– 7 мг экв/л;
Жесткость карбонатная, неболее – 3 мг экв/л;
Щелочность общая, не более– 3 мг экв/л;
Общее содержание растворимыхвеществ, не более – 3500 мг/л;
Солесодержание, не более –2500 мг/л;
Содержание катионов, не более:
Са2+ — 95 мг/л;
Mg2+ — 28 мг/л;
Содержание анионов, не более:
хлоридов – 200 мг/л;
сульфатов – 2500 мг/л;
Свободный СО2, не более –25 мг/л;
ХПК, не более – 1000 мг О/л;
Окисляемость перманганатная,не более – 800 мг О/л;
БПК5, не более – 70 мг О/л.
1.2 Показатели исходногосырья
Промытая небеленая хвойнаяцеллюлоза должна иметь следующие показатели качества (таблица 1.2):
Таблица 1.2- Характеристикаготовой продукцииНаименование показателей Ед. изм. Норма 1. Непровар, не более % 0,4 2. Остаточная общая щелочность в массе, не более г/л ед. Na2O 0,4 3. Степень помола 0ШР 14-18
Показатели исходного сырьяпредставлены в таблице 1.3Таблица 1.3 — Показатели исходного сырья Наименование сырья Показатели по ГОСТ (ОСТ) или ТУ Показатели, обязательные для проверки перед использованием в производстве 1. Небеленая целлюлоза 1.1. Массовая концентрация, не менее 9 % Массовая концентрация целлюлозы 1.2. Степень делигнификации 65 — 80 ед. Каппа Степень делигнификации 1.3. Содержание непровара, не более 4 % Содержание непровара 1.4. Температура 70 — 92 0С - 2. Вода горячая 2.1. Температура 60 — 70 0С Температура 3. Воздух технологический 3.1. Давление не менее 0,59 Мпа (0,6 кгс/см2) - 4. Воздух для КИПиА 4.1. Давление не менее 0,59 Мпа (0,6 кгс/см2) - 5. Электроэнергия 5.1. Напряжение для электродвигателя 6000 Вт, 380 Вт, 220 В. - 5.2. Напряжение предупредительной сигнализации 220 В - 5.3. Напряжение сигнальных ламп щита управления 48 В - 5.4. Частота 50 Гц - /> /> /> />
2 Технологическая часть
Целлюлозная масса после варки представляет собой суспензиюволокон в отработанном щелоке, в которой содержится 4—6 м3 (сульфатная варка) и6—8 м3 (сульфитная варка) щелока на 1 т воздушносухой целлюлозы. Основная массащелока (около 75%) составляет свободный (наружный) щелок, окружающий отдельные щепочки,пучки волокон и волокна, 15—20 % щелока заключено во внутренних каналах и полостяхклеток, около 5 % щелока содержится в межфибриллярных пространствах клеточных стенок.Назначениепромывки заключается в возможно более полном отделении отработанного щелока от целлюлозныхволокон при минимальном разбавлении его промывной водой. Поскольку методы механическогоразделения щелока и волокна (прессование, центрифугирование) дают возможность удалитьтолько свободный щелок и его часть, заключенную в волокнах, т. е. не обеспечиваютполноты разделения, то главным образом применяют промывку водой.
При промывке водой свободный щелок из массы удаляетсявытеснением без существенного разбавления. Щелок, заключенный внутри волокон, можноудалить только за счет диффузии веществ, растворенных в щелоке, из волокон в промывнуюводу. Этот процесс неизбежно связан со значительным разбавлением щелока промывнойжидкостью, омывающей волокна снаружи. Полностью завершить процесс диффузии практическине удается даже при длительной последующей домывке целлюлозы свежей' горячей водойи поэтому при отборе щелоков и промывке целлюлозы неизбежны потери растворенных,веществ. Следовательно, в виде используемого щелока невозможно отобрать все 100% растворенных веществ, находящихся в щелоке после варки. В зависимости от преобладанияпроцесса вытеснения или диффузии (разбавления) в практике применяют промывку методамивытеснения или разбавления. Техника промывки
Техника промывки целлюлозы. Промывку целлюлозы осуществляютпериодически и непрерывным методами. Для промывки используют несколько типов аппаратов:диффузоры периодического и непрерывного действия, различные барабанные фильтры,прессы, а также сочетание этих аппаратов. Промывка сульфатной целлюлозы и другихполуфабрикатов, получаемых щелочными методами варки, по сравнению с промывкой сульфитныхполуфабрикатов протекает значительно труднее и осложняется обильным пенообразованиемиз-за наличия в черном щелоке поверхностно-активных веществ (ПАВ). В качестве ПАВвыступают натриевые соли смоляных и жирных кислот (сульфатное мыло), продукты растворенияэкстрактивных веществ при щелочной варке. Поэтому для промывки сульфатной целлюлозытребуется применение более сложных схем и оборудования. Промывка целлюлозы в настоящеевремя осуществляется высокопроизводительным непрерывным методом на барабанных фильтрахи в диффузорах непрерывного действия.
Промывка в диффузорах периодического действия, являвшаясяосновным методом промывки до середины 50-х годов, теперь встречается редко. Промывкана барабанных фильтрах. Барабанный фильтр состоит из ванны и вращающегося в нейбарабана, цилиндрическая поверхность которого выполнена из перфорированных стальныхлистов и обтянута снаружи мелкой (фильтрующей) сеткой. Принцип работы всех фильтроводинаков и заключается в отделении щелоков и промывной жидкости от слоя целлюлозноймассы, формируемой на поверхности барабана, путем фильтрации жидкости через слоймассы и сетку внутрь барабана при его вращении. В зависимости от метода интенсификациипроцесса фильтрации жидкости созданием определенной разности давлений над слоемцеллюлозы и под фильтрующей сеткой барабана различают вакуум-фильтры и фильтры давления.
Описаниетехнологической схемы
Варочныйкотел (1) имеет зону горячей промывки, обеспечивающую промывку целлюлозы в течение4 часов. На линии выдувки массы (2) из котла устанавливается дисковый рафинер (3),что обеспечивает равномерный размол и улучшает качество промывки целлюлозы.
Выдувкапроизводится непосредственно в диффузор непрерывного действия (5), где масса окончательнопромывается; промытая целлюлоза спускается в поддиффузорный бассейн (4), откуданаправляется на двухступенчатое сортирование на сортировках давления (7 и 8). Вымытый черный щелок из диффузора поступаетв бак черного щелока (6), который в дальнейшем используется для пропитки щепы. Сортирование организовано по «безотходному»принципу: отходы от I ступени через бассейн (9) насосом подаются на II ступень. От II ступени они поступаютв бассейн для отходов (10), откуда насосом подаются на дисковую мельницу (14). Размолотыеотходы направляются в сборник отходов (9), а затем насосом подаются на сортировкиII ступени (8). Отсортированная целлюлоза с обеих ступенейсортирования смешивается и сгущается на низковакуумном фильтре (11) и собираетсяв аккумулирующем бассейне высокой концентрации (12). Таким образом, процесс очисткив данном случае совершенно не имеет отходов — ни сучков, ни третьего сорта. Естественно,что отсортированная целлюлоза неизбежно будет иметь повышенную сорность. Отсортированная целлюлоза перед подачейна БДМ аккумулируется в бассейне массы высокой концентрации (12). Низковакуумныйфильтр применяется после сортировок в качестве домывочного устройства. Оборотнаявода от фильтра поступает в бак оборотной воды(13), которая используется для разбавлениямассы перед сортировками в бассейне промытой целлюлозы и для промывки целлюлозыв диффузорах непрерывного действия.
Описаниеосновного и вспомогательного оборудования
Диффузорнепрерывного действия (рис. 2) представляет собой воронку, насаженную на верхнюючасть бака для щелока. В конус воронки снизу подается насосом масса со щелоком извыдувного резервуара с концентрацией 10—12%. Если диффузор используется для домывкимассы после котла типа Камюр, имеющего зону горячей промывки, то полупромытая массанепосредственно переходит из котла в диффузор по передувной трубе. Внутри диффузорамасса со щелоком при неизменной концентрации движется снизу вверх; скорость движенияв верхней, цилиндрической, части диффузора составляет 80-100 мм/мин. В верхней частицилиндрического корпуса (1)подвешен пакет двустороннихконцентрических промывных сит (2) с отверстиями диаметромоколо 2 мм. Число кольцевых сит в диффузорах различных размеров составляет от двухдо пяти.
Внутренностьсит сообщается с коллекторными трубами, отводящими отфильтрованный щелок от диффузора,причем имеющаяся внутри сит перегородка (см. рис. 2«б») позволяет получать два фильтрата.Радиальные коллекторные трубы служат держателями для всего пакета кольцевых сит;внутренность их разделена продольной перегородкой пополам для раздельного отборадвух фильтратов. Концы держателей выходят в наружные карманы и соединены со штангамигидравлических цилиндров, с помощью которых кольцевые сита медленно, с такой жескоростью, с какой движется масса, поднимаются вверх на высоту 100—150 мм. Дойдядо верхнего положения, сита с помощью того же гидравлического устройства быстроопускаются вниз, что обеспечивает самоочистку отверстий за счет трения об слой массы.Высота перфорированной части сит составляет 900 мм; масса проходит это расстояниепримерно за 10 мин.
В промежуткимежду ситами с помощью четырех или шести коллекторов и коротких патрубков (4) подводится слабый промывной щелок или вода. Коллекторноеустройство с центральным распределителем подвешено к вертикальному валу с опорнымподшипником, который приводится в медленное вращение со скоростью 10 мин-1 с помощьюнебольшого электродвигателя с редуктором, установленного на верхней крышке диффузора.Вращающееся коллекторное устройство обеспечивает достаточно равномерное распределениепромывной жидкости в объеме промываемой массы, что создает хорошие условия для вытеснениякрепкого щелока.
Промытаямасса по выходе из диффузора переливается в приемный круговой карман и либо сливаетсяв бассейн, либо перекачивается насосом на следующую ступень промывки. Отобранныйпри промывке щелок поступает в поддиффузорный или отдельно стоящий бак и откачиваетсянасосами по назначению.
По своейэффективности промывка в диффузоре непрерывного действия примерно эквивалентна промывкена однозонном барабанном фильтре. Чаще всего непрерывные диффузоры используютсядля домывки массы после зоны горячей промывки в котле непрерывного действия типаКамюр (рис. 1). В этом случае одной ступени промывки в диффузоре оказывается достаточно,чтобы снизить потери щелочи с промытой массой до 6—10 кг сульфата на 1 т целлюлозы.
/>
Рис.1
Из размалывающихаппаратов, применяемых для горячего и холодного размола полуцеллюлозы существуют:цилиндрические мельницы, одно- и двухдисковые мельницы разнообразных типов, дефибраторыАсплунда, конические мельницы и гидрофайнеры и некоторые специальные конструкции—вер! ифайнеры, хемифайнеры и др.
Рассмотримустройство однодисковой мельницы типа «Сутерленда», обычно применяемой для горячегоразмола (рис. 3)
Мельницасостоит из двух дисков из нержавеющей стали: одного неподвижного, другого вращающегосяс частотой 450—600 мин-1. Масса концентрацией от 3,5 до 8% и под давлением около0,4 МПа подается по входному патрубку и через отверстие в центре неподвижного дискапопадает в зазор между дисками, ширина которого составляет около 0,025 мм. Присадканеподвижного диска регулируется гидравлическим приспособлением. Размалывающую поверхностьобоих дисков образуют радиальные или слегка наклонные канавки и выступы, играющиероль ножей. По направлению от центра к периферии канавки расширяются, но глубинаих делается меньше; на выходе массы из канавок посредине их установлены дополнительныекороткие ножи-выступы, наличие которых способствует задержанию массы в рабочем пространствеи повышению давления. Той же цели служит контрольное кольцо с узкими отверстиями,окружающее каждый из дисков. Мельницы типа «Сутерленда» строятся четырех величинс дисками диаметром 508, 815, 1060 и 1220 мм и потребной.мощностью соответственно100, 150, 300 и 450 кВт. Расход энергии на горячий размол составляет около 50 кВт-ч/тполуцеллюлозы.
/>
Рис.2
Сортировкатипа «Ковен КХ» также состоит из трех зон сортирования, образованных двумя перегородками.Ротор имеет 20 лопастей, причем 10 из них проходят через все рабочее пространство,а остальные — только через вторую и третью зоны. Частота вращения ротора составляет400 мин-1. Разбавляющая оборотная вода подается через полый вал раздельно во вторуюи третью зоны. Напор воды 15—20 кПа, напор поступающей массы 12—24 кПа.
/>
Рисунок 3– сортировка типа «Ковен КХ»
1 — вводмассы; 2 — распределитель массы; 3 — выход отсортированной массы; 4 — ситовой барабан; 5 — ротор; 6 – вывод отходов; 7 — вводразбавительной воды
Основнымифакторами, влияющими на работу всех центробежных сортировок, можно считать: размеротверстий сита, концентрацию поступающей массы, частоту вращения ротора, количестворазбавляющей воды. Чем меньше диаметр отверстий сита, тем выше эффективность очисткимассы от сора и костры, но тем меньше производительность сортировки и больше удельныйрасход энергии. Кроме того, при этом увеличивается количество тонкого волокна, уходящегос отходами, и за этот счет возрастает общее количество отходов. Слишком малый размеротверстий сит может явиться причиной забивания сортировки.
Концентрациямассы определяет производительность сортировки и в значительной степени влияет наэффективность очистки. С повышением концентрации при данном размере отверстий ситпроизводительность растет, удельный расход энергии снижается и эффективность очисткиулучшается за счет увеличения количества отходов.
Концентрациюмассы целесообразно повышать лишь до определенного оптимального предела, после превышениякоторого производительность начинает снижаться, а эффективность очистки ухудшается.
Частотавращения ротора также должна быть оптимальной для данной сортировки. С повышениемчастоты вращения увеличивается центробежная сила, производительность растет, ноуменьшается количество отходов за счет их механического измельчения и возрастаетудельный расход энергии. Одновременно ухудшается эффективность очистки массы и увеличиваетсясорность отсортированной массы.
Количестворазбавляющей воды определяет концентрацию массы во второй зоне сортирования. Принедостатке воды возрастает количество отходов и теряемого с ними тонкого волокна,и появляется опасность забивания сит. При избытке воды увеличивается сорность отсортированноймассы, так как тонкий сор легче проникает сквозь отверстия во второй зоне сит вследствиеразрушения фильтрующего слоя.
Низковакуумныйфильтр
Барабанфильтра типа К а м ю р (рис. 4) состоит из двух обечаек — наружной, перфорированной,и внутренней, глухой. Внутренняя обечайка имеет слегка коническую форму с уклономв сторону распределительной головки и снабжена изнутри кольцами жесткости. Пространствомежду обечайками разделено продольными перегородками во всю длину барабана на большоечисло камер; отсасываемая из массы вода по этим каналам стекает к торцу барабанаи попадает в распределительную головку, разделенную перегородками на зоны. Обезвоживаниемассы на поверхности барабана происходит при постоянном вакууме, отвечающем разностиуровней воды в сборнике и отсасывающей трубе. На конце отсасывающей трубы имеетсядроссельная заслонка, позволяющая регулировать высоту столба воды в трубе и такимобразом изменять величину вакуума.
Частотавращения барабана с помощью вариатора скорости может изменятьсяв пределах от 0,9 до 3,4 мин-1. У крупных фильтров этого типа длина барабана достигает9 м, и в этом случае распределительные головки устраиваются по обеим его сторонам,а нижняя обечайка выполняется из двух полых конусов, обращенных друг к другу узкимиконцами.
/>
Рисунок 4– Схема устройства низковакуумного фильтра
1 — барабан;2 — ванна; 3 — отделение для напуска массы; 4 — сборник сгущенной массы; 5 —шабер для съема слоя; 6 — отжимной вал; 7 — прыски; 8 — вентиляционный колпак; 9 — сифонные трубки;10 — спрыск для промывки сетки; 11 — винтовойразрыватель; 12 — привод.
3 Организациятехнологического контроля
Контроль за производствомотдела промывки и сортирования на схеме (рис. 1) осуществляется автоматической системойуправления технологическим процессом (АСУТП) «Доматик».
Технологический контроль представленв таблице 3.4 Технологический контроль, осуществляемый лабораторией по контролюпроизводства, представлен в таблице 3.5