Билет №21

1.Выпаривание СФА щёлоков. При сжигании Щ-ов в содорегенерационных агрегатах необх. упаривать Щ до конц-ции 60—65% сухого в-ва. При наличии каскадных или цик­лонных испарителей в сос-ве агрегатов огр-ся вы­паркой до конц-ции 50—55%.

Кол-во воды, кг, кот-е д. б. удалено из Щ при выпарке, м. б. подсчитано по ф-ле:

W=G*(1-b /b ), где G — кол-во Щ, поступающее на выпарку, кг; b_н — нач-ная конц-ция Щ, % сухого в-ва, b_К-— конечная конц-ция Щ после выпарки, % сухого в-ва.

Перед подачей на выпарную станцию ЧЩ д. б. возм-но полнее освобожден от содержащегося в нем мыла и мелкого вол-на. Присутствие в Щ мыла, конц-ция кот-го при варке древ-ны сосны доходит до 15— 20 г/дм³, ведет к сильному вспениванию Щ в выпарных ап­паратах, что вызывает потери щелочи с перебросами пены из корпуса в корпус.

Удал-ие из Щ мыла произв-ся путем отстаивания в больших баках, служащих одновременно запас­ными резервуарами. Сфа мыло предст-ет собой смесь Na-вых солей смоляных и жирных кислот. Плотность смеси этих кислот, или так наз-мого сырого таллового масла, сост-ет 0,95—0,98 г/см³. Сырое сфа мыло, отстаив-ся в баках, имеет меньшую плотность, так как содержит значит-ное кол-во воздуха в виде пу­зырьков пены. Так как плотность Щ, поступ-го на выпарку сост-ет 1,075—1,100г/см³ (при 15°С), то мыло дост-но легко всплывает на пов-ть Щ.

Для улавливания мелкого вол-на из Щ устан-ют наклонные сетки, барабанные фильтры, фильтры-прессы, фильтры с вол-тым подслоем из длинного вол-на.

Окисление:ЧЩ после сфа варки содержит знач-ные кол-ва неизрасх-го сульфида Na. При выпарке в условиях вакуума в последних корпусах выпарной батареи усил-ся водный гидролиз остат-го сульфида с выделением газообразного сероводорода; Na₂S + H₂0=2NaOH + H₂S. Сероводород уходит с выхлопными газами вакуум-насосов и частично раств-ся в конденсатах вторич­ного пара. В рез-те происходят знач-ные потери серы и усил-ся явления коррозии выпарных аппаратов, не говоря уже об опасности для обслуж-го персонала. Чтобы препятствовать гидролизу остат-го сульфида, произ­водят продувку ЧЩ перед выпаркой воздухом. При этом сульфид Na окисл-ся в тиосульфат и др. про­дукты, которые хотя и могут подвергаться, гидролизу, но без выделения сероводорода.

Осн. проц., происх-ий при окислении ЧЩ воздухом, обычно изображают р-цией:2Na₂S +20₂ + Н₂0 == 2NaOH + Na₂S₂0₃ + 900 кДж.

Для выпарки сфа и натронных Щ прим-ся вертикальные выпарные аппараты пленочного типа с длин­ными трубками. По устр-ву их м. разделить на одно-, двух- и трехходовые, по принципу действия — на аппараты с восходящей и падающей пленкой.

Одноходовым аппаратом с вос­ходящей пленкой явл-ся аппарат типа Кестнера. Аппарат имеет цельносварную констр-ию и снабжен вынос­ным сепаратором. Почти всю длину кипятильника 9 занимает греющая камера, сквозь кот-ую проходят кипятильные трубки 4 d=50 мм и длиной 7 м, завальцованные в трубные доски 2. Пов-ть нагрева одной трубки равна 1м². Грею­щая камера имеет штуцер 3 для вторичного пара и штуцер 10 для свежего пара. Конденсат удал-ся ч/з нижний штуцер 8, неконденсируемые газы — ч/з штуцер 5. Щ поступает в нижнюю щелоковую камеру кипятильника ч/з штуцер 7 и поднимается в трубках на высоту 2—2,5 м. Образ-ся смесь пара и Щ выбрасывается в верхнюю камеру и далее по соед-ному патрубку 16 переходит в сепаратор 13. При дви­жении вверх по трубке пар устремляется по центру трубки со скоростью 10—20 м/с, увлекая за собой Щ в виде пленки по стенкам трубки.

В США и Канаде распростр-ым типом пленочных аппаратов явл-ся вы­парной аппарат сис-мы Свенсона. Кипятильник и сепаратор у этого аппарата распол-ны на одной оси и в дополне­ние к сепаратору на паропроводе вторич­ного пара имеется ловушка для пены. Греющий пар вводится ч/з штуцер 8, перед кот-ым установлена отбойная пе­регородка 9 для предохранения трубок от мех-го удара струи пара. Конден­сат отводится ч/з штуцер 6. Греющая камера снабжена линзовым компенсато­ром 7. Жидкий Щ вводится по цент­ральному патрубку 5, заполняет нижние концы труб, вскипает и выбрас-ся в сепаратор. Ударившись об отраж-­ный зонт 10, сгущенный Щ стекает в низ сепаратора и отводится из него по трубе 3. Соковый пар, пройдя ловушку, уходит по широкому трубопроводу 1, а задержанный в ловушке Щ стекает по трубке 2 и присоед-ся к сгу­щенному Щ. Предусматривается возм-ть частичной рециркуляции Щ по патрубку 4

.

Для увел-ия коэфф-та теплопер-чи пленочные вы­парные аппараты выполн-ся двухходовыми. Нижняя щелоковая камера дел-ся верт-ной перегород­кой на 2е части; нижняя часть сепаратора под отбойным зонтом также имеет перегородку. Щ, предв-но подогретый в подогрев-ле, входит в 1ую половину щелоковой камеры, выбрас-ется вверх по по­ловине пучка трубок, возвр-ся из сепаратора во 2ую половину щелок-ой камеры и прох-ит 2ую половину пучка. Ск-сть движ-ия Щ по трубкам в двухходовом выпарном аппа­рате в 2 раза больше, чем в одноходовом, что и обесп-ет уве­л-ие коэфф-та теплопередачи.

Выпарные аппараты с падающей пленкой появились не­давно. Схема уст­р-ва такого аппарата, представл-го собой как бы по­ставленный «с ног на голову» нормальный пленочный аппарат; кипятильник 2 распол-ся вверху, сепаратор 4 — внизу. Щ поступает в верхнюю щелоковую камеру 1 и стекает вниз по стенкам кипятильных трубок в виде пленки, подгоняемой об­раз-мся паром. В сепараторе вторичный пар отдел-ся с помощью решетки 7, сгущенный Щ собирается в нижней камере 5 и выводится ч/з штуцер 6, вторичный пар отводится через патрубок 3.

Греющий пар входит в кипятильник ч/з штуцер 9, конденсат удал-ся ч/з патрубок 8. Опыт эксп­л-ции аппаратов с падающей пленкой пока невелик, но из­готовители их утверждают, что они обесп-ют более высо­кий коэффициент теплопередачи, чем нормальные аппараты с восходящей пленкой.

2. Химизм СФА варки. Л дре-весиы при сфа варке пер-дит в р-р быстрее и легче, чем при натронной, благодаря чему сокр-ся про­долж-ть варки до одной и той же степени провара Ц. Так как углеводы раств-ся в обоих случаях при­мерно с одинаковой скоростью, сокращение продолж-ти варки спос-ет улучшению селективности проц-а, и вы­ход техн-ой Ц при одинаковой степени провара оказ-ся при сфа варке более высоким, чем при на­тронной, а прочностные св-ва Ц лучше. Очевидно, что более быстрое и легкое раств-ие Л при сфа варке м. б. объяснено спец-ким действием ионов сульфида или гидросульфида, присутствующих в с­фа вар-ом Щ. Еще в тв. фазе Л древ-ны под действием этих ионов вступает в р-цию сульфидирования, которая спос-ет его раств-нию и в из­вестной мере препятствует его конденсации под действием щелочи.

При СФА варке прот-ют процессы что и при натронной, а также р-ции сульфидирование. Так бензилепиртовые группы Л реагируют с гидросульфидом первон-но с образ-ием меркаптана (меркаптизация Л), а затем это неустойчивое в щелочной среде соед-ние, реагируя с бензилспиртовой группой др. фенилпропановой единицы Л, образует стойкий сульфид по схеме:

П ри сфа варке гидроксид Na расщепляет фенольные простые эфирные связи, и осво­бодившиеся фенольные гидроксилы активируют диалкилэфирные простые поперечные связи у α-углеродных атомов пропановой цепочки, которые, в свою очередь, расщепляются гид­росульфидом. Это явл-ие м. назвать сульфидолизом и изобразить реакцию след. схемой:

Т. обр., гидросульфид участвует не только в р-ции сульфидирования, но и в р-циях разрыва простых эфирных связей в мол-лах Л.

О браз-ся также эписульфидные связи:

Выход основных орг-ких продуктов, присутствующих в ЧЩ после натронной и СФА варке, примерно одинаков.

ГемиЦ, как и при натронной варке, переходят в р-р гл. обр. в виде оксикислот и част-но в виде простых орг-ких кислот — щавелевой, муравьиной и т. п. При обработке щепы сероводородом в слабощелочной среде происходит восстан-ние конечных альдегидных групп углеводов в тиольные (меркаптанные) группы, что защищает углеводы от р-­ции отщепления. Метоксильные группы Л во время сфа варки омыляются примерно в таком же к-ве, как и при натронной, но, кроме метилового спирта, продуктом омыления оказ-ся летучие метилсернистые соединения — гл. об­разом метилмеркаптан CH₃SH и, диметилсульфид CH₃SCH₃, обладающие резким, неприятным запахом.

3. Ф-ры влияющие на процесс сушки Б на БДМ. Влияние процесса сушки на св-ва Б. Осн. ф-ми проц-а сушки Б на БДМ явл-ся: темп-ра греющего пара и темп-ра су­шил-ых цил-ров, скорость машины, св-ва окруж-го воздуха и сис-ма вентиляции, а также коэфф-нт теплопере­дачи от пара Б. К перечисленным выше ф-рам проц. следует добавить св-ва самой Б: ее толщину, степень помола бумажной массы и комп-цию, а также конструктивные особ-ти БДМ.

Темп-ра греющего пара. Темп-ра пара в пограничном слое со стен­кой суш-го цил-ра-один из гл. ф-ров сушки, от кот-го зависит скорость и эффект-ть проц. С повыш-ем средней темп-ры суш-ых цил-ов и темп-ры греющего пара скор-ть сушки возр-ет примерно по закону прямой линии.

Скорость БДМ. Повыш-е скорости БДМ ин­тенсифицирует процесс сушки Б, при этом увелич-ся доля воды, испаряемой на сво­бодных участках бум-го по­лотна м/ду суш-ми ци­л-рами. Объясн-ся это со­кращением времени пребывания Б м/ду суш-ми ци­л-ми, меньшим ее охлажде­нием при переходе с цил-ра на цил-др и более бурным ис­парением влаги по этой причине со свободной пов-ти Б.

Св-ва окружающего воздуха. Св-ва окруж-го воз­духа практ-ки не влияют на скорость сушки Б на нагре­той пов-ти суш-го цил-ра при нормальном атм. давлении, но влияют лишь на испарение влаги на свобод­ных участках бум-го полотна и имеют большое значение для вентиляции БДМ.

Коэфф-нт теплопередачи от пара Б. Коэффициент те­плопередачи от пара бумаге К опред-ют по ф-ле

где α1 — коэфф-нт теплоотдачи от пара стенке сушильного ци­линдра, ккал/м²∙ч °С; а₂ — то же от стенки цил-ра Б, ккал/м²∙ч -°С; б — толщина стенки суш-го цил-ра, м; λ— коэфф-нт теплопров-ти мат-ла стенки, ккал/м∙ч∙°С. Термич-ое сопрот-ие чугунной стенки суш-го ци­л-ра невелико, п.э. общий коэфф-нт теплопередачи от пара Б больше зависит от коэфф-тов α₁и а_2; На величину коэфф-та а₁ м. оказать вл-ние наличие в суш-ном цил-ре воздуха и конденсата, а также загрязнений на внутр-ей пов-ти стенки в виде накипи или масла. Они оказ-ют добавочное сопрот-ние передаче тепла от пара стенке и умен-ют знач-ие коэфф-та. На величину коэфф-та а₂ влияют загрязн-ия наружной пов-ти стенки суш-го цил-ра, наличие воздушной прослойки и плохой контакт м/ду стенкой цил-ра и Б, а также влажность и др. св-ва самой Б.

Контакт Б с греющей пов-тью цилиндра. Для созда­ния хорошего контакта Б с греющей пов-тью суш-­ных цил-ров на БДМ служат суш-ые сукна. Они прижимают Б к пов-ти цилиндров и тем са­мым спос-ют лучшей передаче тепла. Суш-ые сукна, прижимая Б к гладкой пов-ти цил-ров, умень­шают усадку Б и предотвращают ее коробление и сморщива­ние при сушке.

Знач-е имеет степень натяжения суш-ых сукон. При слабом натяжении сукон испарение влаги в суш-ной части машины ухудшается.

Св-ва Б. Физико-хим-кие св-ва Б оказ-ют знач-ное влияние на процесс сушки Б. Из них больше всего влияют толщина или вес 1 м² Б и степень по­мола массы, из кот-й изг-на Б. Меньше влияет ком­п-ция Б: род волокон, со­держание прокл-щих и напол­няющих в-в.

Влияние процесса сушки на св-ва Б. Изм-ие физико-хим-ких св-в Б при сушке. При

сушке из Б удал-ся вся свободная влага, нах-ся в промежутках м/ду вол-ми и в каналах самих вол-н, а также знач-ная часть связанной влаги, содерж-ся в их клет-ых стенках.

В рез-те сушки изм-ся размеры вол-н и их физико-хим-ие св-ва (гибкость, эластичность, гидрофильность и прочность), а сам лист Б подвергается усадке. Деформации Б спос-ют силы поверхн-го натяжения воды, уда­л-ой при сушке, которые стягивают м/ду собой отдельные во­л-на, образуя плотную стр-ру листа Б. При наличии хорошо гидратированной бум-ой массы вол-на в бум-ом листе приходят в тесное соприкосн-е и после удаления воды создаются условия для возн-ния водородных связей м/ду свободными гидроксильными группами на пов-ти микрофиб­рилл соседних вол-н. Т. обр. образ-ся межвол-е связи в бум-ом листе.

Усадка Б при сушке. Усадка Б при сушке зависит от рода вол-н и их гидратационных св-в, зависящих в свою очередь от хим-го состава вол-н, наличия гемиЦ спутников Ц, кол-ва Л, степени помола массы, а также от условий выработки Б на машине (натяже­ния Б в мокрой и суш-ной частях машины и натяжения суш-ных сукон).

Осн. усадка Б происх-т в направл-и толщины листа. Измен-ию линейных размеров Б в др. направ­л-ях преп-ет натяжение Б в продольном направлении листа, суш-ые сукна прижимают Б к пов-ти суш-ых цил-ров и препятствуют ее свободной усадке при сушке. П.э. усадка Б по ширине и длине листа зна­чительно меньше, чем по толщине, а поперечная усадка больше продольной.

Гидрофобизация Б при сушке. В проц. сушки Б происходит дегидратация, или «отбухание», вол-н, сопровожд-ся падением их гидроф-ых св-в. Это явл-е закл-ся в том, что свободные полярные гидрокс-ые группы Ц на пов-ти микрофибрилл вол-на и в микропорах, освоб-ые во время размола массы, взаимно насыщают др. др. после удаления: адсорбированной воды и образуют прочные водор-е связи. По этой причине набухание Ц и Б, изгот-ной из нее, после нагрева и сушки снижается, так как процесс отбухания вол-н при сушке обратим не полностью. Т. обр., в проц. сушки Б происх-т до нек-рой степени ее гидрофобизация.