книги из ГПНТБ / Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов

Р А З Д Е Л I

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ГЛАВА 1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Основные процессы целлюлозно-бумажного производства. Сов­ ременная технология целлюлозно-бумажного производства пред­ ставляет собой сложные физические и химические процессы пере­ работки древесины в древесную массу и растительной ткани в целлюлозу, а последних в бумагу.

Целлюлоза в сухом, очищенном виде (например, вата, приго­ товленная из хлопка) представляет собой мягкий волокнистый ма­ териал, жадно впитывающий влагу. При производстве целлюлозы под воздействием химических реагентов значительная часть имею­ щихся в растительной ткани веществ (лигнин, гемицеллюлозы и др.) переходит в раствор, а часть их остается в целлюлозе.

В зависимости от применяемых реагентов различают кислотные,

Для производства целлюлозы используются древесина хвойных и лиственных пород, солома ржи, пшеницы, овса, стебли камыша и тростника и др. Из этого сырья изготовляются древесная целлю­ лоза (сульфитная и сульфатная), целлюлоза из однолетних расте­ ний, полуцеллюлоза, древесная масса (белая, бурая и химическая).

Все основные виды бумаги вырабатывают из разных марок цел­ люлозы, полуцеллюлозы, древесной массы, тряпичной полумассы и макулатуры.

Основными технологическими процессами производства суль­ фитной целлюлозы являются следующие: подготовка сырья (дре­ весины); приготовление варочного раствора (сульфитной кислоты); варка древесной щепы с кислотой в котлах под давлением; очистка, обезвоживание и сушка целлюлозы; отбелка -и облагораживание целлюлозы для повышения ее белизны и улучшения физико-хими­ ческих свойств.

8

Основным сырьем для производства сульфитной целлюлозы яв­ ляется древесина хвойных пород (ели и пихты). Балансовая дре­ весина поступает на предприятия железнодорожным или водным пу­ тем. Выгрузка, укладка, хранение, распиловка и окорка древесины осуществляются на заводских складах древесины. Освобожденный от коры баланс промывается и затем на рубильных машинах из­ мельчается в щепу в древесных цехах. Щепа подвергается сорти­ рованию, в результате которого от нее отделяются крупные куски, сучки и древесная пыль. Отсортированная щепа направляется из древесного в варочный цех для хранения в бункерах и варки.

Сульфитную варочную кислоту приготовляют последовательно сначала в кислотном, затем в регенерационном цехе. В кислотном цехе сжигают серу или серный колчедан для образования сернис­ того газа, который затем после очистки и охлаждения поглоща­ ется водой для получения слабой или, как ее называют, сырой кислоты. Газ поглощается водой в присутствии известняка, в ре­ зультате чего сырая кислота имеет кальциевое основание (бисуль­ фит кальция). Кроме того, сырую кислоту приготовляют на аммо­ ниевом, натриевом или магниевом основании (соответственно на бисульфите аммония, натрия или магния). Применение аммоние­ вого, натриевого или магниевого основания обеспечивает резкое повышение производительности целлюлозного завода без ухудше­ ния качества целлюлозы.

В регенерационных установках сырую кислоту превращают

вкрепкую варочную путем дополнительного насыщения сырой кис­ лоты сернистым ангидридом и варочной жидкостью, находящимися

всдувочных продуктах, которые удаляются из котлов в процессе варки.

Сульфитная варка осуществляется в периодически действующих

варочных котлах путем обработки древесной щепы химическими реагентами при повышенных давлении и температуре. Варочный процесс слагается из следующих операций: подачи в котел древес­ ной щепы из бункера или непосредственно из древесного отдела по транспортеру; закачки в котел кислоты; закрытия крышки котла; нагрева содержимого котла до определенной температуры по заданному графику с одновременным поддержанием в котле определенного давления; спуска (сдувки) газов из котла; вымывки или выдувки готовой целлюлозы в сцежу.

Промытая в сцежах варочного цеха целлюлоза направляется в очистной отдел, где от нее на сучколовителях отделяются круп­ ные частицы непровара и сучков, затем на сортировках из нее уда­ ляются мелкий сор, костра и пучки волокон.

Очищенная и сгущенная на вакуум-фильтрах или сгустителях целлюлоза перекачивается на отбелку или непосредственно в су­ шильный цех, если ее предполагается использовать в небеленом виде.

В отбельном цехе производится многоступенчатая отбелка цел­ люлозы: хлорирование (обработка целлюлозной массы раствором хлора вводе), щелочение и облагораживание (обработка раствором

9

щелочи), добелка (обработка раствором гипохлорита или другими

В сушильном цехе целлюлозное волокно поступает на пресспаты, где обезвоживается путем отжима и сушки и превращается в целлюлозное полотно, которое разрезается на листы. Листы цел­ люлозы прессуют в кипы и отправляют на склад.

Основными технологическими, процессами производства суль­ фатной целлюлозы являются: подготовка сырья с получением щепы из древесины или сечки из камыша, соломы и т. п.; варка щепы или сечки в щелочном растворе, состоящем из едкого натра и сер­ нистого натрия; промывка целлюлозы; регенерация щелочи из ще­ локов, полученных после промывки, для приготовления свежего раствора щелочи для варки; очистка сваренной целлюлозы от не­ провара и других примесей; отбелка целлюлозы.

Особенностью сульфатцеллюлозного производства является замкнутость цикла использования щелоков и тепла. В регенера­ ционном отделе полученный после варки и промывки целлюлозы так называемый черный щелок сгущают в выпарных аппаратах и сжи­ гают в содорегенерационных печах с использованием тепла для по­ лучения пара. Оставшаяся при сжигании минеральная часть пла­ вится, и при этом натрий, имеющийся в щелоке, переходит в соду, а сульфат натрия в присутствии углерода восстанавливается в сер­ нистый натрий. После растворения этих веществ в воде образуется так называемый зеленый щелок, который после каустизации (об­ работки известью) и отстаивания используют в качестве химиката под наименованием белый щелок.

Распределение лигнина в волокнах небеленой сульфатной цел­ люлозы очень усложняет ее отбелку. Отбелка двуокисью хлора не разрушает волокна, но из-за дороговизны этого химиката суль­ фатная целлюлоза обычно не отбеливается.

В отличие от сульфитной варки сульфатная варка ведется не только в периодически действующих варочных котлах, но и в не­ прерывно действующих аппаратах. При непрерывной варке цел­ люлозы или полуцеллюлозы по сравнению с периодической варкой процесс ускоряется, производительность повышается, удельный рас­ ход химикатов и пара уменьшается, однако расход электроэнергии и стоимость ремонта возрастают. При непрерывной варке созда­ ются лучшие условия для автоматизации технологических процес­ сов.

Основными технологическими процессами бумажного производ­ ства являются подготовка бумажной массы, изготовление бумаж­ ного полотна на бумагоделательной машине и отделка бумаги.

Подготовка бумажной массы начинается с размола волокнистых материалов. Этот процесс осуществляется периодически в массных роллах или непрерывно в конических мельницах, дефибраторах, рафинерах. К полученной бумажной массе при необходимости до­ бавляют проклеивающие, наполняющие и окрашивающие матери­

10

Основные процессы лесохимических производств. Современная технология лесохимических производств представляет собой слож­ ные физические и химические процессы пирогенетической перера­ ботки древесины и ее отходов путем пиролиза и газификации, пере­ работки жижки и смолы и экстрактивной переработки осмола и хвойной лапки, а также сбора и переработки живицы.

Основным продуктом пиролиза (термического разложения) дре­ весины, получаемым из дровяной древесины лиственных пород на ретортах внешнего и внутреннего нагрева, является древесный уголь. При этом также улавливают парогазы, при конденсации ко­ торых получают жижку, а из нее жидкие вещества (уксусную кис­ лоту, метиловый спирт и т. д.). На углевыжигательных установках, где парогазы не улавливают, технологическим сырьем служит дро­ вяная древесина хвойных пород.

Основными продуктами лесохимического производства, получа­ емыми из живицы или осмола, или побочными продуктами сульфатцеллюлозного производства являются канифоль и скипидар.

Д р е в е с н ы й у г о л ь широко применяется в химической про­ мышленности для выработки различных видов специальных углей (активированного угля и т. д.), для производства сероуглерода, расходуемого на изготовление искусственного шелка, а также в ме­ таллургической промышленности в производстве алюминия, фер­ росплавов и для смазки в прокатных цехах, в производстве кри­ сталлического кремния.

Технологический процесс получения древесного угля в верти­ кальных циркуляционных ретортах является непрерывным и заклю­ чается в периодической загрузке древесины небольшими порциями в верхнюю часть реторты и периодической выгрузке охлажденного древесного угля небольшими порциями снизу реторты при непре­ рывной циркуляции в реторте топочных газов, полученных в ре­ зультате сжигания в газовой топке неконденсирующихся газов ре­ торты и газов, полученных при газификации древесного угля в га­ зогенераторе, или топочных газов, полученных при сжигании мазута.

К а н и ф о л ь как технический продукт представляет собой аморфное твердое хрупкое вещество с характерным раковистым изломом и стеклянным блеском. В бумажной промышленности ка­ нифоль в виде клея, содержащего резинат натрия и до 30% сво­ бодной канифоли, применяют для проклейки бумаги. Разбавленный до 2—5%-ной концентрации водный раствор канифольного клея добавляют в бумажную массу, в которой при отливе бумажного полотна сернокислым глиноземом канифоль осаждают на волок­ нах бумажной массы. При сушке бумажного полотна канифоль плавится и закрывает поры бумаги, что ухудшает ее влагопровод­ ность. Канифоль применяется также во многих отраслях промыш­ ленности для получения различных связующих и для других целей.

С к и п и д а р — прозрачная бесцветная или слегка желтоватая жидкость, содержащая терпены, широко используемые в химиче­ ской промышленности для синтеза разнообразных веществ.

12

Основными операциями технологического процесса канифольно­ терпентинного производства живичной канифоли и живичного ски­ пидара (терпентинного масла) являются: первичная обработка жи­ вицы, плавка живицы, очистка живицы от сора и воды, осветление живицы, отгонка скипидара из живицы, уваривание канифоли.

В процессе первичной обработки живицы в монжусах ее разбав­ ляют скипидаром и тщательно перемешивают, затем добавляют разбавленную техническую ортофосфорную кислоту для осветления живицы.

Живица и водяной пар поступают в смешивающий теплообмен­ ник— плавильник периодического действия, где живица нагрева­ ется до температуры 90—95° С, в результате чего становится теку­ чей, хорошо фильтруется и перекачивается насосами. Здесь же в скипидаре растворяются кристаллы смоляных кислот, в воде — водорастворимые вещества, а от живицы отделяется крупный сор. От мелкого сора и воды живицу очищают в отстойниках. Для со­ здания разности в плотностях воды и живицы в последнюю добав­ ляют скипидар и поваренную соль, что способствует отделению бо­ лее легкой живицы от воды.

Из отстойников очищенная живица поступает в верхнюю часть канифолеварочной колонны, а навстречу ей снизу подается водяной пар. Пары скипидара и воды из верхней части колонны переходят в холодильник (низкокипящая фракция) и во флегматор (высоко­ кипящая фракция), откуда конденсат сливается во флорентины для отделения скипидара от воды. Флегма отводится в сборник оборот­ ного скипидара. Расплавленная канифоль непрерывно вытекает из нижней части колонны и поступает в приемник и барабан для ее охлаждения и розлива.

Основными операциями технологического процесса канифольно­ экстракционного производства скипидара и экстракционной кани­ фоли являются: измельчение осмола в щепу, экстрагирование (извлечение) смолистых веществ из щепы, переработка экстракта (мисцеллы) на канифоль, скипидар и флотационное масло.

К экстрактивным веществам относятся: смолистые вещества, со­ держащиеся в древесине, коре, корнях, хвое многих хвойных по­ род; эфирные масла, добываемые из коры и древесной зелени хвойных деревьев и из листьев, цветов и плодов различных рас­ тений; древесные камеди, например лиственничная камедь; дубиль­

ные вещества извлекаются из сырьевых материалов отгонкой во­ дяным паром, растворением, выпрессорыванием и другими спо­ собами.

Осмол измельчают в щепу на дисковых, реже на барабанных рубильных машинах. Затем щепу сортируют в плоских или бара­ банных сортировках.

13

Применяются периодический, батарейный и непрерывный спо­ собы экстракции при атмосферном или повышенном давлении, при чередовании вакуума и избыточного давления, при низкой и повы­ шенной температурах, с перемещением сырья и растворителя (бен­ зина) противоточно или параллельно и т. д.

Мисцелла перерабатывается на непрерывно действующей уста­ новке, состоящей из испарителя и исчерпывающей колонны, а ски­ пидар-сырец — на вакуум-ректификационной установке. Уварива­ ние канифоли производится на насадочных или змеевиковых-колон­ нах под вакуумом и с присадкой перегретого пара.

В процессе с у л ь ф а т н о й в а р к и ц е л л ю л о з ы скипидар, на­ ходящийся в древесине, испаряется и при сдувках удаляется из варочного котла вместе с водяными парами и другими газами. Парогазовая смесь увлекает за собой некоторое количество черного щелока и волокнистых веществ. После их отделения в циклонном сепараторе парогазовая смесь охлаждается, а образовавшийся конденсат поступает во флорентину, где от воды и водорастворимых веществ отделяется сульфатный скипидар-сырец. Затем скипи­ дар-сырец подвергается очистке тем или другим методом (ректи­ фикацией, промывкой водой, обработкой хлорной известью, филь­

веществ. Основными продуктами гидролизного производства, по­ лучаемыми из гидролизата, являются кормовые дрожжи и фур­ фурол.

К о р м о в ы е д р о ж ж и изготовляются на основе углеводов гид­ ролизатов или сульфитных щелоков и являются биологически полноценным кормом в животноводстве и птицеводстве, источником белка, витаминов и минеральных веществ.

Ф у р ф у р о л является исходным продуктом для производства пресс-порошков, фуриловых, фурфуролкарбамидных, фурфуролацетановых и полиэфирных смол, антикоррозионных покрытий, плас­ тификаторов и растворителей. Он служит также исходным продуктом для изготовления нейлона, применяется при селективной очи­ стке смазочных масел.

Сырьем для производства кормовых дрожжей и фурфурола слу­ жат непищевые растительные вещества: древесина хвойных и лист­ венных пород, сельскохозяйственные отходы (кукурузная коче­ рыжка, подсолнечная лузга, хлопковая шелуха, солома), камыш, одубина и т. д.

Основными технологическими процессами производства кормо­ вых дрожжей являются: подготовка сырья и подача его в произ­ водство, получение гидролизата или сульфитных щелоков и под­ готовка их к выращиванию дрожжей, выращивание дрожжей, вы­ деление биомассы дрожжей из дрожжевой суспензии и концентрирование ее до товарной продукции.

14

Впроцессе подготовки сырье сортируется на стационарной ре­ шетке или на механических сортировках и при помощи магнитных сепараторов освобождается от металлических предметов.

Впроцессе получения гидролизата растительное сырье в гидролизаппаратах подвергается гидролизу слабой серной кислотой.

Образующийся при этом фурфурол выводится в виде фурфурол­ содержащего конденсата (частично фурфурол остается в гидроли­ зате). Оставшийся после гидролиза лигнин удаляется из гидролизаппарата. Затем гидролизат охлаждается в испарителях до темпе­ ратуры нейтрализации и поступает в инвертор, где в гидролизате повышается содержание сахаров, что способствует увеличению вы­ хода дрожжей. Из инвертора гидролизат для снижения его кислот­ ности до минимума поступает в нейтрализаторы, где обрабатыва­ ется известковым молоком или аммиачной водой, а также аммофо­ сом и хлористым калием. После осветления (очистки от гипса отстаиванием) и охлаждения на вакуум-охладительной установке нейтрализат представляет собой питательную среду (сусло) для выращивания дрожжей.

В процессе выращивания дрожжей в дрожжерастильных ча­ нах или аппаратах в сусло вводятся засев на дрожжи, питательные соли, воздух и аммиачная вода и осуществляется витаминизация. Полученную дрожжевую суспензию для ее сгущения и промывки водой обрабатывают на флотаторах и сепараторах.

Выделение биомассы товарных дрожжей осуществляется по­ средством выпарки в выпарных аппаратах с последующей сушкой в распылительных сушилках.

Основными технологическими операциями получения фурфу­ рола из фурфуролсодержащего конденсата являются нейтрализа­ ция фурфуролсодержащих паров, получение фурфурола-сырца и товарного фурфурола.

Нейтрализация фурфуролсодержащих паров для освобожде­ ния их от летучих кислот (уксусной кислоты, муравьиной кислоты) осуществляется известковым молоком в нейтрализационной ко­ лонне.

Ректификация фурфурольного конденсата производится в основ­ ной фурфурольной колонне с последующей очисткой фурфуроласырца в очистной фурфурольной колонне.

Основные процессы производства древесных плит и пластиков.

Древесностружечными называются плиты, полученные путем горя­ чего прессования древесной стружки, смешанной с синтетической смолой, т. е. со связующим веществом. Древесноволокнистыми на­ зываются плиты, полученные путем горячего прессования хаотиче­ ски переплетенных древесных волокон с проклеивающими вещест­ вами или без них. Древесными пластиками называются мате­ риалы, полученные путем использования пластических свойств древесины (прессованная древесина, древесные слоистые пластики и цельнопрессованные пластики из древесной прессованной массы).

15

Древесностружечные плиты по способу прессования подразде­ ляются на плиты плоского прессования и экструзионные плиты (полученные методом выдавливания).

По плотности плиты подразделяются на пять групп. Наиболь­ шее применение находят плиты средней и высокой плотности, ис­ пользуемые как поделочный материал в изделиях, несущих на­ грузки.

Основными технологическими процессами производства древес­ ностружечных плит являются подготовка древесностружечной массы, выработка плит, отделка и сортирование плит. Для изго­ товления древесностружечных плит применяется древесина различ­ ных пород в виде отходов лесопильных и деревообрабатывающих предприятий, неделовой древесины (тонкомерного сортимента дро­ вяной древесины) и лесосечных отходов.

Процесс подготовки древесностружечной массы заключается в сортировке древесного сырья, оттаивании и прогреве древесины (в случае необходимости), окорке и разделке древесного сырья (при необходимости), измельчении древесины, сушке измельченной древесины.

Выработка плит заключается в сортировке измельченной древе­ сины, приготовлении рабочего раствора смолы и отвердителя, дози­ ровании и смешивании компонентов связующего, гидрофобных и антисептических добавок и измельченной древесины, формировании ковра или пакетов, предварительном уплотнении (подпрессовки) пакетов, горячем прессовании плит.

Процессы отделки и сортирования плит заключаются в обрезке плит по формату, их выдержке, калибровании и шлифовании, сор­ тировке и складировании.

Измельчение древесины резанием производится в дисковых, ба­ рабанных,-чашеобразных, фрезерных и роторных стружечных стан­ ках. Для получения необходимой ширины древесных частиц в тех­ нологическом процессе предусмотрено вторичное измельчение частиц в молотковых дробилках и дробилках с вращающейся крестовиной (мельницы).

Сушка измельченной древесины осуществляется в барабанных

ности разделяются на сверхтвердые, твердые, полутвердые, изоляционно-отделочные и изоляционные. Технологические спо­ собы изготовления плит — мокрый, сухой, полусухой и мокро­ сухой.

Мокрый способ основан на формировании полотна из древесно­ волокнистой массы в водной среде и горячем прессовании нарезан­ ных отдельных полотен, находящихся во влажном состоянии (с влажностью 60—70%).

Сухой способ основан на формировании ковра из высушенной древесноволокнистой массы в воздушной среде и горячем прессо­ вании полотен, имеющих влажность 5—8%.

16