Введение
Наибольшее распространение получил сульфатный метод как наиболее эффективный и экономичный способ получения технических целлюлоз с высокими механическими показателями, позволяющий перерабатывать древесину практически всех пород, включая и высокосмолистые. По сравнению с сульфитной целлюлозой, натронная и сульфатная целлюлозы содержат меньше экстрактивных веществ (смол, жиров) и золы и имеет более низкую кислотность, обладают худшей ионообменной и адсорбционной способностью по отношению к ионам металлов. Наряду с более низким содержанием легкогидролизуемых гемицеллюлоз натронная и сульфатная целлюлозы отличаются высоким содержанием устойчивых пентозанов. По своему фракционному составу сульфатная целлюлоза оказывается более равномерной, а медное число у неё всегда ниже, чем у сульфитной.
Сульфатная целлюлоза обладает значительно лучшими бумагообразующими свойствами, чем сульфитная. Волокна сульфатной целлюлозы более гибки, дают более сомкнутый и менее прозрачный лист, обладающий очень высоким сопротивлением разрыву и продавливанию при одновременно высоких показателях сопротивления надрыву и изгибу.
Однако сульфатная целлюлоза труднее размалывается и хуже фибриллируется при размоле, что является существенным недостатком при использовании её в бумажном производстве.
В настоящее время основное количество сульфатной целлюлозы получают в котлах непрерывного действия, как более экономичных. Наиболее широко распространёнными установками для непрерывной варки являются установки непрерывного действия фирмы «Камюр».
Основной целью промывки является извлечение из целлюлозной массы заключенных в ней растворенных веществ в древесине, прореагировавших с компонентами варочного раствора. Целью сортирования и очистки целлюлозы является очистка, отделение непровара, сучков, пучков волокон, коры, луба, смолы и песка. Схема промывки, сортирования и очистки целлюлозы, а также выбор оборудования зависят от вида исходной целлюлозы, ее назначения и требований, предъявляемых ГОСТ.
В процесс промывки происходит отделение отработанного черного щелока от сваренной целлюлозной массы, поэтому промывку целлюлозы следует считать первой стадией регенерации затраченной на варку щелочи, содержащейся в отработанном щелоке.
Процесс сортирования целлюлозы включает, как правило, последовательно следующие операции: сепарирование, предварительное грубое сортирование перед промывкой целлюлозы, отделение сучков непровара, отделение костры и сора (тонкое сортирование), удаление из массы песка и других тяжелых включений (очистка на центробежных очистителях), удаление смолы и мелкого волокна (если эти показатели регламентированы стандартами на целлюлозу), сгущение и аккумулирование.
1 Стандарты на сырьё, химикаты, воду
1.1 Требования к качеству производственной воды
В зависимости от вида вырабатываемой продукции, а также от сложившихся условий, оборудования и технологии разных предприятий требования к качеству производственной воды существенно отличаются.
Для производства покровного слоя картона, вырабатываемого из небеленой сульфатной целлюлозы, нет необходимости нормировать содержания большинства катионов и анионов.
Температура, не более – 45 ºC;
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, не более – 3 мг экв/л;
Щелочность общая, не более – 3 мг экв/л;
Общее содержание растворимых веществ, 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 исходного сырья
Промытая небеленая хвойная целлюлоза должна иметь следующие показатели качества (таблица 1.2):
Таблица 1.2- Характеристика готовой продукции
| Наименование 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 сырья представлены в таблице 1.3
| Таблица 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 суспензию волокон в отработанном щелоке, в которой содержится 4—6 м3 (сульфатная варка) и 6—8 м3 (сульфитная варка) щелока на 1 т воздушносухой целлюлозы. Основная масса щелока (около 75%) составляет свободный (наружный) щелок, окружающий отдельные щепочки, пучки волокон и волокна, 15—20 % щелока заключено во внутренних каналах и полостях клеток, около 5 % щелока содержится в межфибриллярных пространствах клеточных стенок.Назначение промывки заключается в возможно более полном отделении отработанного щелока от целлюлозных волокон при минимальном разбавлении его промывной водой. Поскольку методы механического разделения щелока и волокна (прессование, центрифугирование) дают возможность удалить только свободный щелок и его часть, заключенную в волокнах, т. е. не обеспечивают полноты разделения, то главным образом применяют промывку водой.
При промывке водой свободный щелок из массы удаляется вытеснением без существенного разбавления. Щелок, заключенный внутри волокон, можно удалить только за счет диффузии веществ, растворенных в щелоке, из волокон в промывную воду. Этот процесс неизбежно связан со значительным разбавлением щелока промывной жидкостью, омывающей волокна снаружи. Полностью завершить процесс диффузии практически не удается даже при длительной последующей домывке целлюлозы свежей' горячей водой и 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 преобладания процесса вытеснения или диффузии (разбавления) в практике применяют промывку методами вытеснения или разбавления. Техника промывки
Техника промывки целлюлозы. Промывку целлюлозы осуществляют периодически 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 других полуфабрикатов, получаемых щелочными методами варки, по сравнению с промывкой сульфитных полуфабрикатов протекает значительно труднее и осложняется обильным пенообразованием из-за наличия в черном щелоке поверхностно-активных веществ (ПАВ). В качестве ПАВ выступают натриевые соли смоляных и жирных кислот (сульфатное мыло), продукты растворения экстрактивных веществ при щелочной варке. Поэтому для промывки сульфатной целлюлозы требуется применение более сложных схем и оборудования. Промывка целлюлозы в настоящее время осуществляется высокопроизводительным непрерывным методом на барабанных фильтрах и в диффузорах непрерывного действия.
Промывка в диффузорах периодического действия, являвшаяся основным методом промывки до середины 50-х годов, теперь встречается редко. Промывка на барабанных фильтрах. Барабанный фильтр состоит из ванны и вращающегося в ней барабана, цилиндрическая поверхность которого выполнена из перфорированных стальных листов и обтянута снаружи мелкой (фильтрующей) сеткой. Принцип работы всех фильтров одинаков и заключается в отделении щелоков и промывной жидкости от слоя целлюлозной массы, формируемой на поверхности барабана, путем фильтрации жидкости через слой массы и сетку внутрь барабана при его вращении. В зависимости от метода интенсификации процесса фильтрации жидкости созданием определенной разности давлений над слоем целлюлозы и под фильтрующей сеткой барабана различают вакуум-фильтры и фильтры давления.
Описание технологической схемы
Варочный котел (1) имеет зону горячей промывки, обеспечивающую промывку целлюлозы в течение 4 часов. На линии выдувки массы (2) из котла устанавливается дисковый рафинер (3), что обеспечивает равномерный размол и улучшает качество промывки целлюлозы.
Выдувка производится непосредственно в диффузор непрерывного действия (5), где масса окончательно промывается; промытая целлюлоза спускается в поддиффузорный бассейн (4), откуда направляется на двухступенчатое сортирование на сортировках давления (7 и 8). Вымытый черный щелок из диффузора поступает в бак черного щелока (6), который в дальнейшем используется для пропитки щепы. Сортирование организовано по «безотходному» принципу: отходы от Iступени через бассейн (9) насосом подаются на IIступень. От IIступени они поступают в бассейн для отходов (10), откуда насосом подаются на дисковую мельницу (14). Размолотые отходы направляются в сборник отходов (9), а затем насосом подаются на сортировки IIступени (8). Отсортированная целлюлоза с обеих ступеней сортирования смешивается и сгущается на низковакуумном фильтре (11) и собирается в аккумулирующем бассейне высокой концентрации (12). Таким образом, процесс очистки в данном случае совершенно не имеет отходов — ни сучков, ни третьего сорта. Естественно, что отсортированная целлюлоза неизбежно будет иметь повышенную сорность. Отсортированная целлюлоза перед подачей на БДМ аккумулируется в бассейне массы высокой концентрации (12). Низковакуумный фильтр применяется после сортировок в качестве домывочного устройства. Оборотная вода от фильтра поступает в бак оборотной воды(13), которая используется для разбавления массы перед сортировками в бассейне промытой целлюлозы и для промывки целлюлозы в диффузорах непрерывного действия.