2.1 Периодическая варка

Варка целлюлозы – это обработка древесины раствором реагентов при высокой температуре в варочных котлах периодического или непрерывного действия, при которой древесина превращается в волокнистую основу путем отделения целлюлозы от лигнина. На заводах сульфатной целлюлозы сырьевая целлюлозная масса очищается от примесей перед отбеливанием или изготовлением бумаги. К основным операциям очистки целлюлозной массы относятся механическая очистка (в узлоловителе), промывка небеленой массы (в системе промывки целлюлозы), и сепарирование массы (в системе сепарирования).

Для варки сульфатной древесной целлюлозы применяются сварные вертикальные варочные котлы (рисунок 5), имеющие сигарообразную форму с отношением высоты к диаметру в пределах от 2,8 до 4,5. Угол на вершине верхнего конуса равен 90°, что соответствует углу естественного откоса щепы. Иногда верхний конус выполняется в форме полусферы. Угол при вершине нижнего конуса 60° считается оптимальным для опоражнивания котла. Вместимость котла 110 и 140 м³.

Корпус котла изготавливается из обычной углеродистой стали или биметалла, имеет толщину стенки 25-30 мм и рассчитан на рабочее давление до 1,25 МПа. Внутренний слой изготавливается из нержавеющей стали толщиной 3-4 мм. Верхняя горловина котла служит для загрузки щепы и закрывается массивной крышкой вручную или автоматически. К нижней горловине котла присоединен выдувной вентиль, через него проводится выгрузка сваренной целлюлозной массы.

Котлы обязательно снабжаются системой принудительной циркуляции щелока. В случае прямого обогрева щелок забирается насосом из-под ложного днища в нижнем конусе котла и по наружной циркуляционной трубе подается в верхнюю часть. Пар внутрь котла подводится по кольцевой трубе, расположенной в месте перехода цилиндрической части в нижний конус или через штуцер, расположенный в нижней горловине.

Рисунок 3 – Стационарный котел с циркуляцией для непрямого нагрева

1 – корпус котла; 2 – верхняя горловина; 3 – воздушный штуцер; 4 – маховички; 5 - подогреватель; 6 – заборные штуцера; 7 – пробоотборник; 8 – штуцер для подачи прямого пара; 9 – выдувной клапан; 10 – циркуляционная сетка; 11 – контрольный штуцер.

Оборот варочного котла складывается из следующих операций:

- загрузка щепы;

- заливка щелока;

- заварка;

- собственно варка;

- снижение температуры и давления;

- выдувка.

Загрузка щепы. На котел ставится воронка и производится загрузка щепы или из бункера расположенного над котлом или по транспортеру из наземного бункера или из ДПЦ. При загрузке щепу уплотняют, подавая в нижнюю часть котла пар. Уплотнение дает больший выход целлюлозы с 1 м³ котла.

Заливка щелока. Щелок в котел закачивают из мерников (баков, снабженных уровнемером) при помощи циркуляционного насоса в верхнюю часть котла. В котел подают сначала белый щелок, а затем черный в определенных объемах в соответствии с принятым гидромодулем (1:5). Черный щелок подают в котел для разбавления белого щелока, так как из цеха каустизации он приходит с высокой концентрацией активной щелочи. Варят при концентрации 40–60 г/л. Разбавление черным щелоком экономически выгодней, чем водой. Щелок после варки будет иметь большую концентрацию и его легче выпарить. Чем больше концентрация белого щелока, тем меньше его закачивают в котел и тем больше черного щелока. После заливки щелоков котел догружают щепой и закрывают крышкой.

Заварка – это первый период варки – период подогрева до конечной температуры 165-175 °С. Есть два способа обогрева котла: прямой и непрямой. При прямом обогреве пар подается непосредственно в котел. Недостатками такого обогрева являются: неравномерный обогрев, неравномерный провар целлюлозы и низкий выход гемицеллюлоз, а также разбавление щелока конденсатом пара. При непрямом обогреве пар подается не в котел, а в подогреватель, расположенный рядом с котлом. Щелок забирается из средней части котла циркуляционным насосом, проходит через подогреватель (чаще всего двухходовой, кожухотрубчатый), где нагревается и снова возвращается в котел (вверх и вниз). Заварка длится от 1,5 до 4,5 часов, в зависимости от объема котла и вида целлюлозы. Чем выше качество целлюлозы, тем медленней заварка. Для ускорения процесса заварки непрямой обогрев совмещают с прямым.

Во время заварки щепа пропитывается щелоком, при этом из щепы вытесняется воздух и пары скипидара. Пары скипидара и воздух создают в котле повышенное давление несоответствующее температуре, поэтому во время заварки проводят сдувку, то есть выпускают из котла пары и газы. Сдувки проходят сначала через щелокоуловитель, где отделяются, унесенные с паром, брызги щелока. Затем сдувки поступают в конденсатор, где пары воды и скипидара конденсируются. Конденсат поступает в декантатор на отстаивание. Скипидар всплывает на поверхность воды. Во время заварки, когда температура достигает 120°С и более, начинаются химические реакции: лигнин и углеводы начинают взаимодействовать с активной щелочью.

Собственно варка. Это стоянка при конечной температуре. В этот период пар в подогреватель не подается, но щелок циркулируется. Протекают химические реакции, и происходит растворение лигнина и гемицеллюлоз.

Снижение температуры и давления необходимо по двум причинам:

- чтобы не происходило разрушение целлюлозы в момент выдувки;

- чтобы меньшему ударному действию подвергался аппарат для выдувки.

Есть два способа снижения температуры и давления:

- сдувка во время заварки называется терпентинная;

- конечная (выпускают из котла пары, при этом давление понижается от 7-8 кг∙с/см² до 3-5 кг∙с/см²).

Выдувка. Сваренную целлюлозную массу выдувают в выдувной резервуар.

Есть два режима варки быстрая и медленная. При быстрой оборот котла составляет 4,5 часа, медленная 7-8 часов.