2.3 Сушка целлюлозы

Значительное влияние на свойства готовой продукции оказывает способ сушки. Существуют несколько способов: сушка целлюлозы на сушильных цилиндрах при атмосферном давлении или под вакуумом; сушка целлюлозы в воздушных сушилках с воздухоопорным движением полотна; аэрофонтанная и парофонтанная сушка; сушка токами высокой частоты; сушка инфракрасными лучами.

Самый распространенный способ удаления влаги в сушильной части пресспата до настоящего времени – это контактная сушка целлюлозы на сушильных цилиндрах. Сушка на цилиндрах позволяет получить более ровную и однородную поверхность благодаря прижатию полотна к цилиндру.

Испарительная способность такой сушки составляет 6 - 10 кг Н₂О на м²/ч при расходе энергии 4,0 - 4,5 МВт/кг Н₂О. Температура поверхности цилиндра 80 - 100 °С.

Вообще говоря, при сушке на цилиндрах совмещаются два метода сушки: пока целлюлозное полотно соприкасается с поверхностью цилиндров, сушка происходит за счёт контактной передачи тепла, а когда полотно, переходит с цилиндра на цилиндр и обдувается вентиляционным, воздухом, происходит конвективная сушка.

Сушильные цилиндры в современных сушильных машинах изготавливают из мелкозернистого чугуна и тщательно шлифуют. Диаметр сушильного цилиндра 1250 мм, 1500 мм и реже - 1800 мм. Расположены цилиндры в два яруса, а в последних конструкциях машин встречается от трёх до пяти ярусов [3].

Сушильная часть разделяется на несколько сушильных групп, что позволяет более рационально осуществлять пароснабжение сушильных цилиндров, использовать тепло горячей паровоздушной смеси, образующейся при сушке, регулировать степень натяжения полотна. В каждой из сушильных групп может быть разное количество цилиндров, всего же, в зависимости от производительности, может быть более ста сушильных цилиндров. Свежий пар под давлением 0,30 - 0,35 МПа обычно поступает в последнюю по ходу полотна целлюлозы группу цилиндров и распределяется по отдельным цилиндрам. Температура сушильных цилиндров в этой группе 95 - 100 °С. Между сушильными группами автоматически поддерживается разность давлений. Смесь конденсата и пара из этой группы цилиндров поступает в водоотделитель, откуда конденсат уходит в сборник конденсата, а вторичный пар направляется в среднюю группу цилиндров, где поддерживается температура 115 - 125 °С. Если этого пара оказывается недостаточно, то из главной магистрали добавляется некоторое количество свежего пара.

В цилиндрах средней группы поддерживается более низкое давление по сравнению с давлением в цилиндрах последней сушильной группы. После отделения пара от конденсата в водоотделителе вторичный пар поступает в первую группу цилиндров, где осуществляется постепенный подъем температуры от 100 до 115 °С. Пар из цилиндров этой группы также отделяется в водоотделителе, проходит теплообменник, в котором он конденсируется, а воздух из системы удаляется вакуум-насосом. Конденсат из всех групп цилиндров направляется на ТЭЦ. Иногда сушильную часть делят не на три, а на четыре или пять групп цилиндров. Преимущество описанной схемы подачи пара заключается в отсутствии накапливания воздуха в системе [3].

Преимущества цилиндровых сушильных частей, работающих при атмосферном давлении:

- надежность конструкции и работы машины;

- простота обслуживания и ремонта;

- сушильная часть может быть построена с двух-, трех- и пятиярусным расположением цилиндров в зависимости от местных условий;

- машины цилиндрового типа не имеют очень быстро изнашивающихся частей;

- цилиндровые сушильные части машин могут быть установлены в одноэтажном помещении (все современные большие цилиндровые сушильные части устанавливают на втором этаже);

- цилиндровые машины могут обеспечивать практически неограниченную производительность;

- на цилиндровых машинах легче обеспечить высокий объемный вес целлюлозы.

Недостатками сушки на цилиндрах являются:

- необходимость соблюдения чистоты цилиндров и полотна;

- ороговение волокон и снижение качества высушиваемой целлюлозы в завершающей стадии, когда почти сухое волокно контактирует с горячей поверхностью цилиндров;

- сравнительно высокая первоначальная стоимость;

- повышенный расход тепла (при закрытых колпаках расход тепла на сушильной машине с цилиндровой сушкой уменьшается, но все же оказывается большим, чем в камерных сушилках);

- при высокой температуре цилиндров может произойти проклеивание целлюлозного полотна естественной смолой, содержащейся в целлюлозе;

- при сушке в жестких условиях снижаются механические свойства целлюлозы [4].

Одной из разновидностей сушки целлюлозы является вакуумная сушка целлюлозы (система Минтона). В вакуум-сушилках процесс поверхностного испарения заменен процессом парообразования. Давление внутри камеры составляет 6 кПа, что соответствует разрежению 710 - 700 мм ртутного столба. При этом влага кипит в полотне целлюлозы при температуре 38 - 40 °С.

Съем воды при сушке этим способом в 1,5 - 2 раза выше, чем на открытых цилиндрах. Термический коэффициент полезного действия близок к 100 %. Расход пара близок к теоретическому и равен 1,18 кг/кг испаренной влаги.

Несмотря на свои преимущества вакуум-сушильные машины широкого распространения не получили из-за их высокой стоимости и невозможности заправки целлюлозного полотна при обрывах без остановки и разгерметизации камеры.

Сушка в воздушных сушилках с воздухоопорным движением полотна. Целлюлозное полотно сушится, находясь во взвешенном состоянии – на воздушной подушке, не касаясь горячих поверхностей. Для такой сушки применяют одну из разработок фирмы «Флект» — сушилку Flakt-Compact, которая характеризуется высокой производительностью и занимает минимальную площадь. Компактность достигается благодаря продувке воздуха с обеих сторон полотна. Небольшое расстояние между полотном и нижними дутьевыми ящиками обеспечивает эффективную подачу тепла на нижнюю поверхность полотна. Верхние дутьевые камеры обеспечивают передачу дополнительного тепла, сокращая продолжительность сушки.

Сушилку Flakt-Compact можно совмещать с блоком охлаждения, который охлаждает полотно беленой целлюлозы до его ввода в резательную установку. В результате уменьшаются потери белизны и устраняется конденсация влаги при хранении и транспортировке [4].

Сушка в сушильной камере Flakt-Compact обеспечивает заметную экономию энергии. Высокая точка росы и, соответственно, малый объём воздуха на вентиляцию объясняют более низкий расход тепла по сравнению с расходом тепла при сушке на сушильных цилиндрах. Кроме того, эксплуатационные затраты на сушилку Flakt-Compact ниже, так как здесь меньше движущихся частей – только вентиляторы и поворотные валики.

Используя сушилки фирмы «Флект», можно выпускать товарную целлюлозу из древесины лиственных пород (береза, осина, бук, эвкалипт) и однолетних растений. Около 3/4 производимых в мире товарных полуфабрикатов сушатся на этих сушилках.

Воздухоопорную сушилку типа Flakt-Compact можно использовать для увеличения производительности действующей сушильной цилиндровой части пресспата путем установки ее в первом этаже здания под сушильной частью. В этом случае целлюлозное или бумажное полотно высушивается в первой половине сушильной части, допустим, до сухости 55 - 60 %, а затем поступает на заправку в воздушную сушилку, высушивается там до 75 - 80 %, возвращается на оставшиеся сушильные цилиндры и досушивается на них до окончательной стандартной сухости [4].

Основные преимущества сушилки фирмы «Флект»:

- сохранение качества целлюлозы за счёт низкой температуры сушки, что сводит к минимуму нежелательное явление ороговения целлюлозы и способствует сохранению белизны;

- экономия затрат на основную технологию (например, на отбелку), так как нет необходимости повышать белизну целлюлозы на 1 – 2 % как при сушке на цилиндрах;

- практически исключаются обрывы влажного полотна, так как величина натяжения полотна значительно ниже, чем в сушилках других конструкций;

- высокая производительность и эффективность, благодаря закрытой конструкции, наличию системы утилизации тепла.

Аэрофонтанная сушка целлюлозы. При аэрофонтанной сушке целлюлоза сначала обезвоживается, затем распушивается и далее впрыскивается в поток горючих газов. Высокая температура газового потока вызывает превращение влаги в пар.

Целлюлоза обезвоживается в двухвальном прессе до концентрации 48 % и поступает в распушитель. Из распушителя целлюлоза попадает в поток горячих газов (350 °С), получаемых при сжигании мазута. Сушка в две ступени производится в сушильных башнях в потоке горячих газов. После охлаждения целлюлоза подается на пресс, где формируется в виде кипы, которая после взвешивания и дополнительного прессования направляется на упаковку.

К основным преимуществам аэрофонтанной сушки относятся низкие капитальные затраты, меньшая потребность в площадях. Однако эксплуатационные затраты могут быть выше. На некоторых заводах, использующих аэрофонтанную сушку, возникли проблемы с качеством целлюлозы в основном из-за снижения белизны и образования твердых шариков или узелков, которые очень трудно распускаются в воде на отдельные волокна. Образование узелков является сложной функцией многих переменных, преимущественно связанных со свойствами и температурой волокна. Их появление свидетельствует о неэффективной работе распушителя. Хорошее разделение и большая площадь поверхности позволяют проводить испарение влаги быстрее и при более низкой температуре.

Новым многообещающим направлением развития аэрофонтанной сушки является так называемая паровая сушилка, в которой целлюлоза высушивается в среде перегретого пара высокого давления. Вода, испаренная из целлюлозы, удаляется из системы в виде пара низкого давления, который может быть использован при производстве целлюлозы. Сушка паром позволяет на четверть сократить расход тепла по сравнению с обычными способами [3].

Сушка целлюлозы инфракрасными лучами. Это один из новых методов сушки, при котором тепло передается высушенному материалу в виде лучистой энергии. В качестве сушильных устройств применяют мощные кварцевые лампы, которые по сравнению с другими типами излучателей (например, электрическими проводниками из тугоплавких материалов) менее чувствительны к водяным парам. Такие излучатели можно легко вмонтировать в любую сушильную часть машины для увеличения её производительности. Замена существующих сушильных устройств сушкой инфракрасными лучами пока ещё не рентабельна, а интенсивное облучение влажного полотна целлюлозы с целью его прогрева перед сушкой вполне целесообразно.

Сушка целлюлозы в поле высокой частоты. В этой сушке влажный материал (диэлектрик), проходя между двумя пластинками, являющимися электродами конденсатора колебательного контура генератора высокой частоты, высушивается за счет диэлектрических потерь, приводящих к нагреву материала. Чем выше влажность материала, тем выше диэлектрические потери, тем интенсивнее происходит процесс.

Недостатки сушки в поле высокой частоты следующие: трудность получения однородной влажности, повышенный расход энергии, сложность эксплуатации, высокая стоимость сушки.

Процесс сушки может быть рентабельным в случае, когда будет найден такой режим, при котором количество влаги, удаляемой в жидком состоянии, будет велико по сравнению с влагой в виде пара, а также в случае разработки комбинированного метода сушки.

3 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ, ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ВОДЫ И ГОТОВОЙ

ПРОДУКЦИИ

3.1 Виды и свойства целлюлозы для химической переработки

Сульфатная белёная целлюлоза из смеси лиственных пород древесины вырабатывается согласно ГОСТ 24299-80 и предназначена для производства эфиров, волокон и нитей.

Показатели ГОСТа сульфатной целлюлозы для химической переработки приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Показатели сульфатной целлюлозы для химической переработки

Наименование показателя	Норма для марки
	Высший сорт	1-й сорт
Массовая доля альфа-целлюлозы, %, не менее	92,0	92
Динамическая вязкость, мПа·с	90-110	90-110
Реакционная способность CS2/NaOH, %, не более	80/11	80/11
Массовая доля смол и жиров, %, не более	0,08	0,08
Массовая доля золы, %, не более	0,08	0,08
Массовая доля железа, %, не более	0,0008	0,0010
Массовая доля кремния, %, не более	0,0030	0,0065
Массовая доля кальция, %, не более	0,0075	0,0120
Белизна, %, не менее	90,0	89,0
Сорность - число соринок на 1 м2 листа площадью свыше 0,06 до 2,0 мм2 включительно, не более	50	50
Площадью свыше 2,0 мм2	Не допускаются
Набухание, %	450-550	40-550
Масса 1 м2, г	700-800	700-800
Плотность, г/см3	0,7-0,8	0,7-0,8
Влажность, %	6-10	6-10
Расчетная влажность, %	12	12

Целлюлоза для химической переработки должна быть однородной, отличаться высокой химической чистотой, иметь низкое содержание минеральных примесей и экстрактивных веществ, высокую белизну, хорошую реакционную способность.

Расчетная влажность для определения массы партии целлюлозы составляет 12 %. Допускается, при производстве продукции на экспорт, расчетная влажность для определения массы партии целлюлозы 10 % в соответствии с контрактом.

Вырабатываемая целлюлоза должна выпускаться в листах размером 600 800 мм и укладываться в кипы массой 200  2,5 кг или 150  1,5 кг.

Каждая кипа должна быть обёрнута в два слоя упаковочного картона: ТУ ОП 5442-004 - 00279195 - 97 или другие виды белого картона (масса картона площадью 1м² 150 - 200 г) и обтянута стальной проволокой ГОСТ 3282 или ТУ 14 - 4 - 936 в четыре пояса.