1.1.1 Сушка целлюлозы

Существуют несколько способов сушки цел­люлозы: 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 включает: влаго- теплообмен между поверхностью высушиваемого материала и окружающей средой; перемещение влаги в виде жидкости или пара (или того и другого одновременно) из внутренних слоев материалов к их поверх­ности.

Процесс сушки целлюлозы – конвектив­ной или контактной можно разделить на три периода: период нагрева целлюлозной папки до тем­пературы испарения; период испарения влаги при постоянной скорости сушки; период испарения при убывающей скоро­сти сушки. Усадка полотна при сушке составляет 1,5–2,0 % [].

При сушке целлюлозы на сушильных цилиндрах процесс осу­ществляется последовательно двумя чередующимися циклами: кон­тактной сушкой при соприкосновении целлюлозного полотна с го­рячей поверхностью сушильных цилиндров и конвективной сушкой во время прохождения полотном участка свободного хода между нижним и верхним сушильными цилиндрами.

В первой фазе каждого цикла сушки целлюлозное полотно по­лучает тепло от нагретой поверхности сушильного цилиндра и расходует его на испарение влаги из целлюлозы и повышение тем­пературы целлюлозы, охладившейся во второй фазе при прохожде­нии между цилиндрами. Во второй фазе влага испаряется с обеих сторон полотна за счет тепла, накопленного в первой фазе про­цесса. Большая часть влаги испаряется на нагретой поверхности сушильных цилиндров.

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 – в пять ярусов.

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 [1].

Основными мероприятиями по рациона­лизации сушки на цилиндрах являются: повышение температуры стенок цилинд­ров за счет повышения давления пара в ци­линдрах (в пределах, допустимых по качеству вырабатываемой целлюлозы); рациональное устройство вентиляции и в том числе регенерация тепла, закрытый кол­пак, интенсивная обдувка полотна целлюло­зы на цилиндрах и между ними и т. п.; уменьшение потерь тепла торцовыми стен­ками цилиндров, паропроводами и стенками колпака.

Повышение нагрева воздуха на 5 °С перед подачей его в межцилиндровое пространство увеличивает производительность сушки на 1 %.

Значительное повышение температуры воз­духа возможно только при закрытом колпа­ке во избежание вредных условий в цехе для обслуживающего персонала.

Преимущества цилиндровых су­шильных частей, работающих при атмосфер­ном давлении:

1. Надежность конструкции и работы ма­шины.

2. Простота обслуживания и ремонта.

3. Сушильная часть может быть построе­на с двух-, трех- и многоярусным располо­жением цилиндров в зависимости от мест­ных условий.

4. Машины цилиндрового типа не имеют очень быстро изнашивающихся частей.

5. На машинах с цилиндровой сушкой в слу­чае надобности можно вырабатывать картон.

6. Цилиндровые сушильные части машин могут быть установлены в одноэтажном помещении (все современные большие ци­линдровые сушильные части устанавлива­ют на втором этаже).

7. Цилиндровые машины могут быть по­строены практически на неограниченную производительность.

8. На цилиндровых машинах легче обес­печить высокий объемный вес целлюлозы.

Недостатки цилиндровой сушильной части:

1. Сравнительно высокая первоначальная стоимость.

2. Повышенный расход тепла (при за­крытых колпаках расход тепла на сушиль­ной машине с цилиндровой сушкой уменьшается, но все же оказывается большим, чем при камерных сушилках).

3. Цилиндровая сушка при высокой тем­пературе цилиндров приводит к поверхност­ной закалке полотна целлюлозы.

4. При высокой температуре цилиндров может произойти проклеивание целлюлозно­го полотна естественной смолой, содержащей­ся в целлюлозе.

5. При сушке и жестких условиях снижа­ются механические свойства целлюлозы.

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 рт. ст. 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.

Одна из новейших разработок фирмы «Флект» — сушилка Flakt-Compact (FC), 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 (камерами) 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. Кроме того, увеличиваются срок служ­бы режущих ножей и стабильность разме­ров целлюлозных кип.

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 FC 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 [2].

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 распушитесь. Из распушителя целлюлоза попадает в поток горячих газов (350 °С), получаемых при сжига­нии мазута. Сушка в две ступени производится в сушильных баш­нях в токе 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 [1].

Сушка целлюлозы инфракрасными лучами.

Эта сушка – 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.