9.5. Рекуперация и утилизация тепла

Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Производство древесной массы. Учебное пособие.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 129 10 11 12 > Следующая >>>

паром в пропарочной камере в течение 2–5 мин при 120–135 °С щепа размалывается под давлением в две ступени.

Для переработки лиственный древесины необходимо воздействие сульфита натрия (расход до 3 %) и щелочного реагента – гидроксида натрия (расход 1–2 %) или карбоната натрия (расход от 1,5 до 4 %) в течение 2–5 мин при температуре 100–120 °С.

Фирмой «Юльхяваара» разработан процесс совместного размола хвойной и лиственной древесины.

Предварительная обработка хвойной древесины (ели) не отличается от процесса производства ТММ. Лиственная древесина (береза или осина) обрабатывается 1 % раствором гидроксида натрия при температуре 100 °С или ниже. Перед размолом производится смешивание щепы обоих видов в соотношении 1:1. Исследования и производственный опыт показали, что совместный размол такой щепы дает значительно более качественную древесную массу, чем раздельная переработка.

Процесс «Пакс» (рис. 12) разработан шведской фирмой «Целлеко» и основан на том, что даже неглубокое сульфирование хвойной древесины может заметно повысить степень пластификации лигнина.

Рис. 12. Схема процесса «Пакс»: 1 – установка промывки щепы;

2 – щепа со склада сырья; 3 – оборонил вода; 4 – бункер щепы; 5 – пар;

6 – импрегнатор «Прекс»; 7 – раствор сульфита натрия; 8 – пропа-

рочная камера с винтовым питателем; 9 – рафинер первой ступени

размола; 10 – расширительный циклон; 11 – рафинер второй ступени

размола; 12 – ХТММ на дальнейшую обработку;

13 – пар в установку рекуперации тепла

Первая промышленная установка пущена в США в 1985 г. Щепа после продувки паром пропитывается холодным 0,2 % раствором сульфита натрия и подвергается кратковременному нагреву при 115 °С. Первая ступень размола осуществляется при повышенном давлении, вторая – при атмосферном.

Волокнистый полуфабрикат из ели получается с выходом выше 96 % с хорошими прочностными свойствами. При этом более эффективно, чем в других способах производства ХТММ, решаются задачи снижения расхода химикатов и очистки стоков.

9.4. Производство ХММ

Среди многочисленных разновидностей и модификаций производств химико-механической массы большинство процессов лишь незначительно различаются по биологическому режиму. Ниже приведены две наиболее типичные схемы, в которых реализованы принципиально разные подходы.

Процесс «ClP» разработан фирмой «Канадиан Интернешенел Пейпер» (рис. 13).

Рис. 13. Схема процесса «СIР»: 1 – установка промывки щепы;

2 – щепа со склада сыры; 3 – оборотная вода; 4 – бункер щепы;

5 – пар; 6 – варочный котел типа Бауэр; 7– раствор сульфита

натрия; 8 – расширительный циклон; 9 – пар в установку рекуперации

тепла; 10 – винтовой пресс; 11 – отжатый щелок на повторное

использование и регенерацию химикатов; 12 – рафинер первой

ступени размола; 13 – рафинер второй ступени размола;

14 – ХММ на дальнейшую обработку

Промытая и продутая паром в бункере щепа хвойных пород обрабатывается 12 % раствором сульфита натрия с рН 7,5–8,0 при температуре 150–160 °С в течение 30–45 мин в наклонном варочном аппарате типа «Бауэр». Выгруженная через расширительный циклон щепа отжимается в винтовом прессе до сухости около 50 % и размалывается в две ступени при атмосферном давлении. Отжатый щелок частично используется для приготовления варочного раствора.

Лиственная древесина перерабатывается по той же схеме, но режим химической и тепловой обработки несколько иной: к раствору сульфита добавляется щелочной реагент (гидроксид или карбонат натрия) до рН 9, температура варки – 150 °С, продолжительность варки – 30 мин.

В процессе «ОПКО», разработанном канадской фирмой «Онтарио Пейпер», химической обработке подвергается не щепа, а волокнистый полуфабрикат. При этом промытая и пропаренная щепа размалывается в две ступени (рис. 14).

Рис. 14. Схема процесса «ОПКО»: 1 – установка промывки щепы;

2 – щепа со склада сырья; 3 – оборотная вод; 4 – бункер щепы;

5 – пар; 6 – горизонтальный шнековый подогреватель; 7 – рафинер

первой ступени размола; 8 – первый расширительный циклон;

9 – варочный котел; 10 – раствор сульфита натрия; 11 – второй

расширительный; 12 – пар в установку рекуперации тепла;

13 – винтовой пресс; 14 – отжатый щелок на повторное

использование и регенерацию химикатов; 15 – рафинер второй

ступени размола; 16 – ХММ на дальнейшую обработку

Первая ступень размола при повышенном давлении проводится так же, как при производстве ТММ. Волокнистая «полумасса» обрабатывается в реакторе раствором сульфита натрия. Условия обработки: концентрация волокнистой суспензии – выше 10 %, расход сульфита – 4-10 % от массы древесины, температура – 130–180 °С, продолжительность верки – от 15 мин до 2 ч.

По окончании реакции избыток щелока отжимается в винтовом прессе. Часть его возвращается для проведения варочного процесса, оставшаяся часть направляется на регенерацию химикатов (подробно этот процесс рассматривается в курсе «Технология целлюлозы»).

Вторая ступень размола проводится при атмосферном давлении обычным способом. При такой последовательности операций существенно меняется химия реакций. Действию реагента подвергается лигнин, расположенный на развитой поверхности волокнистого материала. Выход полуфабриката из хвойной древесины достигает 90 %, его белизна на 2–4 единицы выше, а удельный расход энергии на 40 % ниже в сравнении с ТММ. Повышается также пухлость бумаги, растет ее прочность в сухом и влажном состоянии, снижается обрывность полотна на бумагоделательной машине.

Производственный опыт показал, что ХММ, полученная способом «ОПКО», может полностью заменить целлюлозу в композиции газетной бумаги при сохранении в ней высокой доли традиционной дефибрерной древесной массы.

9.5. Рекуперация и утилизация тепла

Во всех приведенных выше схемах предусмотрено направление самовскипания воды в систему рекуперации тепла.

На собственно размол и рафинирование волокон расходуется обычно не более 10–15 % энергии, потребляемой мельницами. Почти вся остальная энергия идет на образование вторичного пара в зоне размола. Количество испаренной при этом влаги составляет от 1300 до 2500 кг на тонну вырабатываемого волокнистого полуфабриката. Использование вторичного пара позволяет утилизировать 40–80 % энергии, затраченной при размоле. Эго существенно улучшает технико-экономические показатели производства древесной массы в целом. При степени рекуперации тепла 80 % удельные энергозатраты на производство ТММ снижаются до уровня, сопоставимого с расходом

энергии на производство дефибрерной древесной массы. Наиболее эффективно рекуперация тепла осуществляется при размоле под давлением (например, в системе «Тандем»).

Основные направления использования вторичного пара, образовавшегося при размоле щепы:

- продувка щепы в бункере;

- подогрев щепы в пропарочной камере перед размолом;

- подогрев воздуха (в экономайзере) для технологической вен-

тиляции сушильной части бумагоделательной машины и для отопления производственных помещений;

- получение в теплообменниках горячей воды для технологи-

ческих и бытовых нужд;

- получение в скрубберах теплой воды (для размораживания

древесины перед окоркой, промывки щепы и т.п.).

Водяной пар, покидающий мельницу с большой скоростью, увлекает некоторое количество частиц древесины и волокна. Кроме того, он загрязнен летучими компонентами древесины и продуктов термической репродукции: парами метилового и этилового спиртов, муравьиной и уксусной кислот, скипидара и др. Конденсат пара имеет кислую реакцию. Соприкасающиеся с ним поверхности теплообменных и других аппаратов должны быть защищены от коррозии.

В качестве примера на рис. 15. приведена схема рекуперационной установки, предложенная фирмой «Валмет». По данным фирмы, при небольших габаритах и простоте конструкции установка позволяет регенерировать до 80 % энергии, затраченной на размол.

Рис. 15. Схема рекуперации тепла: 1 – пар из расширительных

циклонов; 2 – фильтр для отделения частиц древесины и волокон;

3 – теплообменник; 4 – холодная вода; 5 – горячая чистая вода;

6 – несконденсировавшийся пар; 7 – скруббер;

8 – теплая подскрубберная вода

9.6. Новое оборудование для размола

Наряду с существующими размалывающими мельницами традиционных конструкций ведутся активные поиски принципиально новых способов размола и конструкций размалывающих аппаратов. Одним из перспективных направлений представляется создание виброинерционных размалывающих машин. Несколько вариантов конструкции таких машин разработано в КГТА под руководством А.В. Бывшева.

Схема устройства виброинерционного размалывающего аппарата показана на рис. 16.

Рис. 16. Схема вибрационного размалывающего аппарата конструкции

А.В. Бывшева и В.И. Ковалева: 1 – корпус; 2 – ротор; 3 – дебалансы;

4 – электродвигатель; 5 – насос

Рабочими органами аппарата являются внутренняя поверхность статора и наружная поверхность ротора. Обе поверхности могут быть изготовлены гладкими или рифлеными. На валу ротора укреплен дебаланс. При вращении вала ротор катится по внутренней поверхности статора со скольжением, прижимаясь к нему с центробежной силой и вибрируя под действием дебаланса. Подготовленная щепа проходит в зазоре между рабочими поверхностями, подвергаясь одновременно пульсирующему радиальному сжатию и тангенциальному сдвигу. Закрытая конструкция аппарата позволяет совмещать в нем размол щепы с ее тепловой и химической обработкой.

10. ОЧИСТКА ВОЛОКНИСТЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ

10.1. Задачи, решаемые в очистном отделе

Круг задач, решаемых в очистном отделе, более широк, чем это отражено в названии. В их числе:

- устранение латенсии волокон;

- операции разделения волокнистой массы;

- переработка отходов;

- сгущение и аккумулирование волокнистой суспензии.

Далее каждая из этих задач будет обсуждаться более подробно.

10.2. Устранение латенсии

Термином «латенсия» (иногда – «латентность», от англ. latency – скрытое состояние) называют присутствие в волокнистой массе значительного количества сильно деформированных (скрученных, изогнутых, смятых) волокон.

Появление латенсии возможно при любых процессах с механическим воздействием: при дефибрировании (особенно в стадии вторичного дефибрирования), перекачивании насосами, сгущении, перемешивании волокнистой суспензии и т.п.

Однако латенсия отражается на свойствах полуфабрикатов в заметной степени только при производстве РДМ, ТММ, ХТММ. Этому способствует сочетание двух условий – высоких значений температуры и концентрации массы. Пластифицированные нагреванием волокна легко деформируются в процессе размола. Высокая концентрация массы при выходе из рафинера препятствует восстановлению формы частичек. Охлаждение концентрированной волокнистой суспензии надолго «задерживает» волокна в деформированном состоянии. При этом существенно изменяются свойства полуфабриката, в основном в худшую сторону.

Латенсия волокон может быть частично или полностью устранена стеклованием разбавленной суспензии. Расстеклование компонентов клеток стенки и лигнина позволяет нестесненным волокнам выпрямиться и частично или полностью восстановить свою естественную форму. В качестве меры латенсии обычно используют разницу садкости массы, распущенной при низкой и при высокой температурах, в последнем случае водоотдача значительно лучше.

Для ликвидации латенсии в производственных условиях волокнистую массу после рафинеров разбавляют горячей водой до концентрации 2–3 % и выдерживают в мешальных бассейнах от 0,5 до 2 ч при температуре 70–90 °С.

10.3. Разделение волокнистой суспензии

Разделение волокнистой суспензии предполагает проведение следующих операций:

- очистка от посторонних включений;

- сортирование по признакам качества;

- фракционирование по размерам волокон.

Очистка древесной массы должна удалить загрязняющие примеси, непригодные для последующего использования – отходы очистки. К таким загрязнениям относятся прежде всего минеральные включения, сопутствующие древесине и не удаленные на стадиях ее предварительной подготовки: остатки песка, почвы, других мелких частиц нерастительного происхождения. Кроме того, к безвозвратным отходам очистки относят мелкие обломки древесины длиной 0,25–1 мм с небольшим отношением длины к толщине (получившие название «чипс» от англ. chips – обломки) и остатки разрушенной коры в виде мелкого точечного темноокрашенного сора неволокнистой формы.

Сортирование предполагает отделение от волокнистой массы таких включений, которые могут быть переработаны и возвращены в производство. Эти отделенные примеси называют отходами сортирования, причем термин «отходы» в этом случае понимается не в буквальном, а в переносном смысле – то, что отделяется, но не выбрасывается.

Переработанные отходы сортирования возвращаются в основной поток древесной массы или выделяются в отдельный технологический поток и используются в виде самостоятельного полуфабриката худшего качества (более низкого сорта), чем основная продукция.

В зависимости от размеров отделяемых частиц различают два вида сортирования: грубое и тонкое.

Грубое сортирование – это отделение частиц, значительно более крупных, чем волокна: щепы, обмолышей и т.п. Такие частицы образуется только при производстве дефибрерной древесной массы из балансов. Они отделяются сразу после выхода массы из ванны дефиб-

рера. Для всех полуфабрикатов, вырабатываемых путем размола щепы, этот вид загрязнений не характерен, поэтому такие полуфабрикаты не подвергают грубому сортированию.

Тонкое сортирование древесной массы заключается в отделении костры, грубых длинных волокон и пучков волокон, т.е. частиц, размеры которых соизмеримы с размерами нормальных волокон. Тонкому сортированию подвергают все виды волокнистых полуфабрикатов.

Чем выше требования к качеству бумажной продукции, тем тщательнее должны быть выполнены операции очистки и тонкого сортирования древесной массы.

Отходы грубого сортирования после предварительного измельчения в дробилках подвергаются размолу на дисковых рафинерах. Вместе с ними могут размалываться и отходы тонкого сортирования. Вырабатываемый этим путем волокнистый полуфабрикат получил название «рафинерная масса». Показатели качества рафинерной массы ниже, чем свойства сортированной древесной массы.

Фракционирование волокнистой массы обусловлено неоднородностью фракционного состава. Для улучшения качества и повышения эффективности использования древесной массы иногда бывает целесообразно разделить ее на две фракции – длинно- и коротковолокнистую. Затем возможен один из следующих вариантов переработки:

- смешивание фракций в оптимальном соотношении;

- раздельное использование каждой фракции в качестве

самостоятельного полуфабриката;

- дополнительная обработка длинноволокнистой фракции.

Смешивание фракций как способ улучшения качества массы известно давно, но в практике предприятий встречается нечасто.

Для нормальной работы бумажной фабрики требуется древесная масса определенного качества (в том числе и определенного фракционного состава). Полуфабрикаты, получающиеся при дефибрировании или рафинировании древесины, не всегда удовлетворяют потребителей из-за неоптимального соотношения в них волокон разной длины. Фракционирование волокнистой массы дает возможность смешивать затем фракции в таких соотношениях, которые в большей степени отвечают требованиям производителей бумаги.

Практическая реализация этого варианта связана с некоторыми трудностями, так как при этом неизбежно накопление одной избыточной фракции. Рациональное осуществление идеи возможно в том случае, когда наряду с основным видом бумаги вырабатываются другие виды, менее требовательные к фракционному составу полуфабрикатов.

Раздельное использование фракций целесообразно при выработке разных видов бумажной продукции на одном предприятии. Например, фракция с повышенным содержанием длинных волокон более пригодна для производства продукции санитарногигиенического назначения, а фракцию с повышенным содержанием коротких волокон целесообразнее использовать для производства печатных видов бумаги.

Дополнительная обработка длинноволокнистой фракции дает возможность значительно улучшить качество дефибрерной древесной массы и других полуфабрикатов высокого выхода. Для реализации этого варианта от волокнистой массы отделяют грубую фракцию в количестве от 10 до 50 %, которая подвергается дополнительной тепловой, химической и механической обработке и либо возвращается в основной поток, либо и используется как самостоятельный волокнистый полуфабрикат. Этот способ улучшения качества древесной массы считается одним из наиболее перспективных и сейчас активно развивается.

Несмотря на то, что процессы разделения играют важную роль в формировании показателей качества волокнистых полуфабрикатов и давно применяются в практике работы предприятий, создание теории этих процессов далеко не завершено, а совершенствование техники и технологии в значительной степени базируется на эмпирической информации.

В столь же незавершенном состоянии находится и терминология, привлекаемая для описания работы очистных отделов целлюлозно-бумажных предприятий. Это порождает порой трудности понимания, а иногда – путаницу и ошибки в трактовке явлений.

Во избежание недоразумений и ошибок ниже приведены некоторые соглашения относительно терминов, принятых для описания процессов разделения. Эти термины не могут считаться общеупотребительными, но введены Р. Пэном и их можно встретить в других публикациях.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 129 10 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]