Производство сульфитной целлюлозы

Назначение регенерации  состоит в превращении сырой  сульфитной кислоты в варочную необходимого состава путем поглощения сырой кислотой уходящих из котла избытка сернистого ангидрида и других сдувочных компонентов в регенерационной установке, а также улавливания тепла сдувок. Количественно работа регенерационных установок оценивается процентом регенерации SO₂, под которым понимают отношение количества регенерируемого SO₂ к количеству SO₂, заключенному в варочной кислоте:

Pso₂ = [(SO_2вap – SO_2cыp)/SO_2вар]100.

Очевидно, что процент  регенерации будет тем больше, чем крепче варочная кислота. Современные регенерационные установки обеспечивают процент регенерации SO₂ от 55 до 75 %.

Во всем разнообразии существующих типов регенерационных установок осуществляется принцип противотока, согласно которому газы, содержащие наибольшее количество SO₂, поглощаются наиболее крепкой кислотой, а газы с низкой концентрацией SO₂ – слабой сырой кислотой. В регенерационных установках используют два принципиально различных способа поглощения газа – холодный и горячий – и соответственно различают холодную и горячую системы регенерации. Для компенсации недостатков обеих систем иногда применяют более сложную, холодно-горячую систему регенерации. В холодной системе регенерации сдувки поглощаются сырой кислотой после их предварительного охлаждения водой в холодильниках. Эффективное поглощение газа обеспечивается низкой температурой кислоты, что дает возможность вести процесс при атмосферном и несколько повышенном давлении.

Однако тепло сдувок в этом случае теряется и закачиваемая в котел варочная кислота имеет относительно низкую температуру, что ведет к перерасходу пара на варку. При горячей системе регенерации тепло сдувок используется для нагрева варочной кислоты, но для обеспечения полноты поглощения газа необходимо повышенное давление, требующее более сложного аппаратурного оформления процесса.

На рис. 4 показана типовая схема горячей регенерации. Основными элементами системы регенерации являются регенерационные цистерны, которые чаще всего выполняют шаровыми. Цистерны рассчитываются на давление от 0,1 до 0,6 МПа, в зависимости

от крепости и температуры  кислоты. Вместимость шаровых цистерн достигает 600 м³.

Рис. 4. Схема горячей регенерации SO₂ с использованием тепла сдувок:

1 – варочный котел; 2 и 5 – эдукторы; 3 – цистерна высокого давления; 4 и 7 – регуляторы давления; 6 – цистерна низкого давления; 8 – колонка с насадкой; 9 – поглотительный бак; 10, 11, 12 и 13 – центробежные насосы; 14 – теплообменник.

 

Из варочного котла  сдувки высокого давления (сдувки с  полного рабочего давления 0,6 – 0,7 МПа) через эдуктор (смеситель), где они смешиваются с полуварочной кислотой, подаваемой из цистерны низкого давления насосом, направляются в регенерационную цистерну высокого давления, рассчитанную на рабочее давление 0,35 МПа. Сдувки низкого давления (ниже 0,3 МПа) через свой эдуктор, в котором они смешиваются с сырой кислотой, подаваемой насосом, направляются в цистерну низкого давления, работающую под давлением 0,15 МПа. Непоглощенные газы из цистерны высокого давления через регулятор, давления перепускаются в цистерну низкого давления, а из нее – через регулятор давления в поглотительный бак с сырой кислотой.

Затем часть неуловленного  газа в баке поглощается в колонке с насадкой, орошаемой сырой кислотой, а оставшаяся часть направляется на доулавливание в кислотные башни. Готовая варочная кислота, получаемая в цистерне высокого давления, дополнительно подогревается паром в теплообменнике, через который она непрерывно прокачивается циркуляционным насосом. Для подачи варочной кислоты в котлы служит специальный насос.

Рассмотренная система  регенерации дает возможность получать кислоту с содержанием 8 – 9 % всего SO₂ , около 1 % связанного SO2 и температурой 90 – 100 °С.

 

1.5. Технико-экономические показатели варки.

 

Наиболее важными технико-экономическими показателями варки являются: удельный расход древесины, выход целлюлозы из 1 м³ котла, оборот варочного котла и его производительность, удельный расход химикатов и тепла.

Под удельным расходом понимают расход сырья, химикатов и других материалов на производство единицы продукции, за которую в целлюлозно-бумажном производстве принимается 1 т воздушносухой целлюлозы, древесной массы, бумаги или картона. Удельный расход древесины в плотных кубометрах рассчитывают по формуле:

P = (880·100)/(γ·b),

где  γ – удельный вес древесины, кг/м³ (при фактической ее влажности);

b – выход целлюлозы из древесины, %.

При одном и том же выходе целлюлозы из древесины удельный расход баланса колеблется очень сильно в зависимости от удельной массы древесины. Выход целлюлозы из древесины зависит главным образом от степени провара целлюлозы. Чем в большей степени проварена целлюлоза, тем больше расход балансов и наоборот. Фактический расход плотной древесины на сульфитцеллюлозных заводах, вырабатывающих жесткую целлюлозу, в зависимости от ее породы и качества составляет 4,5 – 5 м³/т.

Выходом целлюлозы по варке с 1 м³ котла называют массу небеленой целлюлозы I, II и III сортов плюс непровар, потери при промывке и очистке (кг), получаемые за одну варку. Для оценки работы всего целлюлозного завода или одного варочного котла в течение года применяют показатель выхода целлюлозы (т) с 1 м³ варочного котла в год.

Выход целлюлозы с 1 м³ котла за одну варку (кг) определяется по формуле:

В = (α·γ·b)/88,

где  α – объемная степень наполнения котла древесиной, м³/м³ котла;

γ — удельный вес древесины, кг/м³ абсолютно сухой древесины;

b — выход целлюлозы из древесины, %.

Выход сульфитной целлюлозы с 1 м³ варочного котла за одну варку, включая непровар (кг), составляет: высокого выхода 95–100, жесткой 88–95, среднежесткой и электроизоляционной 82–85 и мягкой (белимой) 70–80.

Для сульфатной целлюлозы сохраняются примерно те же значения.

Для оценки эффективности  использования времени работы варочного котла большое значение имеет оборот котла брутто. Продолжительность собственно процесса варки (оборот котла нетто) от момента начала нагрева котла и до момента начала конечной сдувки перед опоражниванием котла также оказывает существенное влияние и оборот котла брутто.

Зная оборот котла  брутто, его вместимость и выход  целлюлозы с 1 м³ на одну варку, можно легко определить суточную производительность котла (т в. с. целлюлозы) по формуле:

M = B·V·24/(1000·τ),

где  В – выход воздушносухой целлюлозы с 1 м³ котла, кг;

V – вместимость котла, м³;

τ – полный оборот котла, ч.

Годовая производительность котла определяется с учетом неизбежных простоев организационного и технического характера, которые учитываются средним коэффициентом времени простоев К равным 1,03 – 1,08. Расчетное число дней работы в год основного оборудования целлюлозных заводов составляет 345 (365 минус 10 дней плановых остановок предприятия и минус 10 дней планово-предупредительных ремонтов – ППР). Тогда:

М_год = (М:К) · 345.

Удельный расход химикатов, в частности серы, в сульфитцеллюлозном производстве колеблется от 50 до 140 кг/т в. с. целлюлозы в зависимости от многих факторов, рассмотренных ранее.

В сульфатцеллюлозном производстве щелочь, расходуемая на варку, в результате регенерации химикатов из отработанного черного щелока непрерывно находится в кругообороте. Потери щелочи, имеющие место в производстве, восполняются в кругообороте добавкой свежего сульфата натрия в СРК. Обычно регенерируется 70–80 % щелочи, а на некоторых современных сульфатцеллюлозных заводах процент регенерации достигает 85, т. е. из каждых 100 кг щелочи, заданной на варку, не менее 85 кг возвращается на варку, и только 15 кг составляют безвозвратные потери. Расход свежего сульфата натрия на восполнение указанных потерь равен от 90 до 180 кг на 1 т целлюлозы.

Расход тепла на производство 1 т целлюлозы – отношение затрат пара на одну варку к выходу целлюлозы из котла, выражается в тоннах. Расход пара зависит от множества ранее рассмотренных факторов и составляет 1,5 – 2 т/т целлюлозы. Следует отметить, что расход пара на производство 1 т сульфатной целлюлозы в целом несколько ниже, чем на производство 1 т сульфитной целлюлозы, за счет экзотермических реакций щелочной делигнификации, дающих около 10 % всего необходимого тепла. Наряду с этим наличие мощных содорегенерационных котлоагрегатов паропроизводительностью 100 – 200 т/ч обеспечивает потребность современных сульфатцеллюлозных заводов в энергии за счет собственных энергетических ресурсов (СРК) почти на 100 %.

 

 

Заключение.

 

Известно множество сульфитных способов. Нами рассматривался классический сульфитный способ, на основе которого разработаны множество производных технологий.

Это одноступенчатые сульфитные способы:

сульфитный, бисульфитный, моносульфитный;

двухступенчатые сульфитные способы:

сульфит-сульфитный, бисульфит-сульфитный, моносульфит-сульфитный, моносульфит-бисульфитный;

комбинированные способы  ступенчатых варок: сульфит-содовый, сульфит-сульфатный, бисульфит-сульфит-содовый, бисульфит-сульфитный.

К сожалению, сульфитный способ в настоящее время имеет ограниченное значение. Применительно к получению целлюлоз высокого выхода и полуцеллюлоз из хвойной и лиственной древесины разных пород больное значение имеет бисульфитный способ. Перспективными являются ступенчатые и комбинированные способы применительно к получению целлюлоз для бумаг и химической переработки из разных древесных пород, в том числе из сибирской и даурской лиственницы.

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы.

 

1. Технология целлюлозы. В 3-х т. Т. 1. Непенин Н.Н. Производство сульфитной целлюлозы. Изд. 2-е, перераб. Под ред. д-ра техн. наук Ю. Н. Непенина. – М., «Лесная промышленность», 1976. 624 с.
2. Ковернинский И.Н. Основы технологии химической переработки древесины: Учебное пособие для вузов. М., Лесная промышленность, 1984. – 184 с.