реферат, рефераты скачать Информационно-образоательный портал
Рефераты, курсовые, дипломы, научные работы,
реферат, рефераты скачать
реферат, рефераты скачать
МЕНЮ|
реферат, рефераты скачать
поиск
Извлечение сульфатного варочного раствора из отработанного варочного раствора

Извлечение сульфатного варочного раствора из отработанного варочного раствора

ВВЕДЕНИЕ


В современных целлюлозных заводах бойлер для регенерации химических растворов является наиболее дорогостоящим аппаратом. Черный отработанный варочный раствор и коричневый раствор, получаемый при промывке бумажной массы, в бойлере подвергают упариванию до получения содержания твердых веществ 55— 65 %, а затем распыляют и сжигают. В результате выделяется тепло и получаются химические соединения, входившие в состав растворов.

Рассмотренный в курсовой работе процесс предназначен для извлечения химических соединений из отработанных сульфатных растворов для варки целлюлозы и из сточных вод процесса отбеливания.

 

Глава 1. ПРОИЗВОДСТВО СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ


Общая схема производства сульфатной целлюлозы. Начало щелочным методам варки положило применение в 1853—1854 гг. едкого натра (натронной щелочи NаОН) для варки соломенной и древесной целлюлозы. В 1879 г. немецкий инженер Даль предложил потери щелочи в натронно-целлюлозном производстве возмещать добавкой в систему регенерации дешевого сульфата натрия N82504 взамен дорогостоящих кальцинированной №2СОз или каустической соды.



Полученный в результате варочный раствор наряду с едким натром содержал значительное количество сернистого натрия Ма25, благоприятно сказавшегося на выходе и качестве целлюлозы. Новый метод варки получил название сульфатного. Схема производства сульфатной целлюлозы и состав сульфатцеллюлозного завода показаны на рис. 1.

Щепа, подготовленная в ДПЦ для производства целлюлозы, поступает в варочный цех, где она варится с варочным щелоком в котлах периодического или непрерывного действия при температуре 165—178°С и давлении 0,7—1,2 МПа. После варки целлюлозная масса в промывном цехе отделяется от отработанного щелока и промывается, очищается в очистном цехе и направляется на обезвоживание и сушку в сушильный цех или же на отбелку в отбельный цех, а затем в сушильный. Отработанный щелок направляется в цех регенерации для регенерации щелочи и получения варочного щелока. Переработка побочных продуктов сульфатной варки осуществляется в специальном цехе.



называют общей щелочью

Сумму всех солей натрия, имеющихся в белом щелоке, называют всей щелочью.

Практическое значение имеют следующие характеристики белого щелока, %:


(ед. N аОН).


Задача, химизм и механизм варки. Задачей варки является более полное выделение целлюлозного волокна из древесной ткани в неповрежденном виде. Выделение целлюлозного волокна из древесной ткани основано на том, что лигнин, вследствие наличия в нем разнообразных реакционно-активных функциональных групп, более легко поддается разрушительному действию щелочных, кислотных и окислительных химических реагентов по сравнению с целлюлозой и гемицеллюлозами. Кроме того, характер распределения лигнина в древесной ткани способствует защите целлюлозы от реагентов до момента удаления его основной массы, после чего целлюлоза становится более доступной действию реагентов и также начинает разрушаться. По мере уменьшения содержания лигнина в клеточной стенке скорость его удаления замедляется, а скорость разрушения целлюлозы увеличивается и может достичь скорости удаления лигнина. Момент равенства наступает при достижении содержания лигнина в клеточной стенке 1—2 % по отношению к начальному содержанию в древесине. Очевидно, что дальнейшее продолжение варочного процесса приводит лишь к значительному разрушению целлюлозы и ухудшению ее свойств. Поэтому варку заканчивают до достижения указанного момента, обычно руководствуясь заданной жесткостью (остаточным содержанием лигнина) получаемого волокнистого полуфабриката.

Многообразие связей в полимолекуле лигнина, возникающих между отдельными структурными элементами при образовании его полимолекулы, обусловливает их различную устойчивость к действию химических реагентов. Для действия водных растворов щелочей и кислот при повышенной температуре наиболее уязвимы преимущественно простые эфирные связи р—0—4, по которым полимолекулы лигнина распадаются на отдельные фрагменты, способные растворяться и переходить из клеточной стенки в варочный раствор. Такой тип реакций относится к реакциям гидролитической деструкции, обусловливающим растворение и удаление лигнина.

В образующихся фрагментах освобождаются фенольные гидро-ксильные группы и появляются активные группировки бензилового спирта со свободным фенольным гидроксилом, которые способны к реакциям конденсации лигнина (объединению фрагментов лигнина между собой) под действием тех же катализаторов — кислот и щелочей. Реакции конденсации приводят к образованию новых прочных углерод-углеродных связей, увеличивающих молекулярную массу лигнина и резко снижающих его растворимость и реакционную способность.

Повышение температуры и концентрации щелочи или кислоты усиливает реакции конденсации, которые при высокой температуре становятся преобладающими над реакциями гидролитической деструкции лигнина. Следовательно, в противоположность реакциям гидролитической деструкции реакции конденсации препятствуют растворению. и удалению лигнина в сульфитных варочных процессах. (сульфонирование), проникающих в толщу клеточных стенок к активным группам лигнина с варочным раствором, начинается и продолжается в твердой фазе.


)


(Этому способствуют высокая концентрация активных реагентов в исходном варочном растворе и умеренная температура в начале варки. Достигнув определенной степени сульфидирования (сульфонирования), лигнин начинает растворяться и переходить в варочный раствор. Интенсивному удалению лигнина из древесной ткани способствует высокая температура варки, которая в этот момент достигает своего максимального значения. На более ранних стадиях варки лигнин удаляется преимущественно со вторичной стенки, а затем происходит удаление лигнина межклеточного вещества. К концу варки лигнин межклеточного вещества почти полностью растворяется, древесная ткань распадается на отдельные клетки, в стенках которых еще остается некоторое количество лигнина — остаточный лигнин [3, 5].

Целлюлоза и гемицеллюлозы не остаются безучастными в варочных процессах. Гемицеллюлозы большей частью (особенно легкогидролизуемые) разрушаются и переходят в варочный раствор . Частично также разрушается и целлюлоза, но варку всегда стремятся вести так, чтобы она выделялась полнее и в менее поврежденном виде. В целлюлозах, предназначенных для производства бумаги, стремятся по возможности больше сохранить гемицеллюлозы .

Влияние основных факторов на сульфатную варку. Под факторами понимают физические величины, свойства растворов и сырья, изменением которых можно управлять скоростью делигнификации и качеством получаемого полуфабриката. К основным факторам варки относятся: температура; расход активной щелочи на варку и концентрация ее в варочном растворе; сульфидность белого щелока; порода и качество древесины.

Температура варки — это легко изменяемый и наиболее действенный фактор, влияющий на скорость делигнификации и, следовательно, определяющий продолжительность варки. В практике руководствуются следующим правилом: при повышении температуры варки на каждые 10°С продолжительность варки до одинакового выхода полуфабриката из древесины сокращается вдвое. Интервал температур, используемый при сульфатных варках, равен 165—185 СС. Температура ниже этого интервала существенно удлиняет варку, а выше — значительно снижает выход и качество целлюлозы.



Однако для нормального хода варки необходимо иметь избыток щелочи, Составляющий 50—100 % теоретически необходимого. Увеличение степени делигнификации требует повышения расхода щелочи (табл. 3).



Повышение расхода щелочи в 2 раза в интервале выходов 40— 50% сокращает продолжительность варки до одинаковой степени делигнификации вдвое.

Расход активной щелочи на варку А , кг, в расчете на 1 т воздушносухой целлюлозы (в. с. ц.) определяется по формуле


% 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.

Страницы: 1, 2



© 2003-2013
Рефераты бесплатно, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент.