7.Задача сульфатной варки целлюлозы и характеристика происходящих физико-химических процессов

Пропитка щипы варочным раствором

Адсорбция активной щелочи на реакционной поверхности щипы

Набухание древесины

Химические реакции между активной щелочью и набухшей древесиной (растворение лигнина-делигнификация, деструкция и растворение углеводов, побочные реакции)

Обратная диффузия продуктов реакции из древесины в щелок

Вторичные физико-химические и химические процессы в растворе

Пропитка:

Жидкостная пропитка

-вытеснение воздуха варочным раствором-может быть естественная принудительная( процесс ускоряется избыточным давлением,пропаркой)

Диффузионная пропитка- разность концентраций реагентов снаружи и внутри щипы

На реакционной пов-ти щипы происходит адсорбция активной щелочи, поглощения щелочи сопровождается значительным набуханием древесины.

Задача варки- растворение лигнина.

8. Периодическая сульфатная варка целлюлозы. Основные операции в работе варочного котла

Варочный котел (объем 110-140 м³), за границей 400 м².

Размеры: D=4 м, Н=14-16 м

Диаметр верхней горловины=0,8 м,

Диаметр выходного патрубка=250-300 мм.

Котел изготовлен из обычной углеродистой стали. Внутри котла, примерно на середине его высоты расположена круговая сетка,кот. Пропускает жидкость и задерживает щепу и волокно.

Во время варки работает система принудительной циркуляции.

Щёлок из котла забирается циркуляционным колосом, прокаливается через подогреватель. Подогретый щелок делится на 2 равные части, одна из которых поступает в верхнюю, а другая в нижнюю части котла.

Работа этой системы характеризуется кратностью циркуляции, то есть количеством жидкости кратном объему варочного котла, которая проходит через подогреватель за один час. Кратность меняется от 9 до 15.

Основные операции в работе варочного котла:

-Осмотр

5-10 минут. Автоматически открывается крышка и просматривают котел с помощью управляемой лампочки и удостоверяются в том, что он пустой.

-Загрузка щепы

Происходит из бункера, который расположен над варочным котлом. Щепа через верхнюю горловину засыпается в котел. Задача: загрузить как можно больше щепы.Продолжительность загрузки 30-40 мин. Уплотняют её методом пропарки

Р=400 м/м³

0,3-0,35 пл. м³/м³

М_щепы=400*0,35=140 м

50%-выход

m_{целлюлозы}=70 м

При уплотнении (пропарка)

0,4-0,45 пл. м³/м³

М_щепы=400*0,4=160 м

m_{целлюлозы}=80 м

Также пропарка удаляет воздух и нагревает щепу.

-Заливка щелоков

(30-40 минут)Заливают из баков мерников, верхняя крышка при этом должна быть закрыта; котел загерметизирован.. Варочный щелок =смесь белого и черного щелоков Количество белого щелока определяется исходя из расхода активной щелочи на варку и концентрации активной щелочи в белом щелоке.

Количество черного щелока: по разности между общим количеством жидкости в котле, количеством белого щелока, количеством воды, поступающей со щепой и количеством конденсата, образующегося в результате пропарки.

Исх.данные

Выход целлюлозы – 50%

Расход активной щелочи 20% Na₂O к абсолютно сухой древесине

Концентрация активной щелочи в белом щелоке 100 г Na₂O в 1 м³

Гидромодуль варки 5:1 ( отношения объема жидкости в котле к массе абсолютно сухой щепы)

В ЦБП расчеты принято проводить на 1т целлюлозы.

Расход древесины

m_др.=(800*100)/50=1760 т

Объем жидкости на 1 тонну целлюлозы

V_жид.=1760*5=8800 л=8,8 м³

Масса активной щелочи

m_а.щ.=(1760*20)/100=352 т (Na₂O)

В 1м³ б.щ.-100 т Na₂O

х-352 т Na₂O

х=(1*352)/100=3,52 м³ объем белого щелока

-8,8 м³ – всего

-3,52 м³ – белого щелока

-2,00 м³ – воды в щепе+конденсат

8,8-5,52=3,28 м³ черного щелока.

Щелоки можно подавать вместе или раздельно (их температура около 70⁰С)

-Заварка

(2-5 часов)-стадия варки. Щелок загружен и включается система циркуляции.

t=70⁰C необходимо довести до 170⁰C и это через систему циркуляции. При t=100⁰C в варочном котле появляется давление и начиная с t=120⁰C производят сдувку:терпентинная(скипидарная). По сдувочной линии пары, газы поступают непрерывно и до стадии варки, то есть до достижения температуры конца времени варки. Сдувкой регулируют давление в котле, выделяют сдувочный материал-скипидар.

-Варка

После достижения t_н - стоянка в течение времени 20-30 минут (из-за того, какую целлюлозу варят, какого качества хотят получить и из какой древесины).

Во время стоянки система циркуляции работает, но пар в теплообменник не подают. За счет экзотермических реакций выделяется достаточное количество тепла, которое компенсирует теплопотери при стоянке.

-Разгрузка (или опорожнение варочного котла)

2 метода:

*Выдувка (давление в котле 0,8 МПа в конце варки. Открывают вентиль и все содержимое варочного котла переходит в разгрузочную емкость-выдувной резервуар, где давление атмосферное. При этом выделяется большое количество паров воды при снижении давления происходит всплывание. Вместе с парами воды летят дурнопахнущие газы и уходят на установку для утилизации тепла выдувки. Там газы конденсируются и за счет этого получают воду);

*Вымывка (является более экологическим методом. При вымывке в нижнюю часть котла подают черный щелок с t = 70⁰C под давлением, а варочный котел при этом заполнен фактически полностью. И поэтому через круговую сетку отбирают горячий черный щелок в специальные емкости, которые работают под давлением. И это ведут до тех пор, пока внутри котла температура не составит 90⁰C или ниже.

Как только достигнута t=80⁰C, процесс отбора черного щелока прекращают и выгружают с помощью насоса. Вскипание не происходит и уменьшается количество выбросов дурнопахнущих газов в 10 раз. Кроме того такая технология позволяет использовать горячий щелок в процессе, и таким образом сократить расход на варку.