Технология варки целлюлозы

1 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ВАРКИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Установка варочного котла состоит из стационарного варочного котла, теплообменника, бака-щелока, циркуляционного насоса, системы трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры. Установка оснащена необходимыми контрольно-измерительными приборами и системой автоматического регулирования технологического процесса. Технологическая схема установки варочного котла представлена на рисунке 1.

Установка укомплектована теплообменником, т. е. рассчитана на непрямой нагрев содержимого котла.

Р исунок 1. Схема варочной установки с вынужденной циркуляцией.

2. ВАРОЧНЫЙ ПРОЦЕСС

До пропитки варочным щелоком, щепа проходит предварительную пропарку. Существует две причины для осуществления предварительной пропарки: (1) удаление воздуха из щепы и его замена паром и (2) разогрев щепы. Воздух внутри щепы препятствует проникновению варочного раствора и его диффузии в ней. Пар может заменить воздух, сконденсироваться, и сделать возможным проникновение и диффузию варочного раствора в щепе.

После пропарки, варочный щелок добавляется к щепе, подается давление и начинается пропитка. Целью пропитки является равномерное распределение варочного щелока в щепе. Как только начинается пропитка, в то же время начинают протекать химические реакции между щелоком и древесиной.

Во время пропитки происходит подъем температуры и в параллельно начинается процесс делигнификации. Подъем температуры в котле осуществляют нагревом щелока в подогревателе, через который его непрерывно прокачивают циркуляционным насосом. Основная часть процесса делигнификации протекает при подъеме температуры до 140°C. Нормальная температура варки - 150-170°C.

Свежий белый щелок, применяемый для варки, содержит в качестве активного варочного реагента смесь гидроксида и сульфида натрия (NaOH + Na₂S). Суммарное количество активной щелочи, выраженное в единицах NaOH или, чаще, Na₂O, относят в процентах к массе абсолютно сухой щепы и называют расходом активной щелочи на варку. Кроме активной щелочи, в белом щелоке обязательно содержится некоторое количество карбоната натрия (Na₂CO₃). Сумму активной щелочи и карбоната (NaOH + Na₂S + Na₂CO₃) называют общей титруемой щелочью; содержание ее определяется титрованием пробы щелока соляной кислотой в присутствии метилоранжа. Кроме того, в белом щелоке содержится в небольшом количестве ряд других солей натрия (Na₂SiOз, NaAlO₂, NaCl и др.), и кроме того, ряд сернистых соединений натрия (Na₂SO₄, Na₂SO₃, Na₂S₂O₃). Сумма всех солей натрия, имеющихся в белом щелоке, образует всю щелочь, выражаемую в единицах NaOH или Na₂O.

Концентрация активной щелочи в белом щелоке колеблется в пределах от 90 до 120 кг Na₂O в 1 м³ раствора. После закачки щелока в котел за счет разбавления частично возвращаемым на варку черным щелоком и водой, содержащейся в щепе, концентрация активной щелочи снижается до 30—60 кг Na₂О/м³, или до 40—80 кг NaOH/м³. При таких концентрациях, отвечающих 1—2 молярным, варочный щелок имеет весьма высокий начальный рН, примерно 13—14. К концу варки концентрация активной щелочи в растворе понижается до 3—5 кг Na₂O/м³, т. е. уменьшается примерно в 10 раз против начального значения, но рН варочного раствора снижается лишь на единицу и удерживается в явно щелочной области (рН 12—13).

Температура и время являются очень важными факторами при варке. Они могут быть представлены в виде одной единицы, называемой H фактором. Пока H фактор постоянный, выход целлюлозы и содержание лигнина будут постоянными, если такие условия как сырье и концентрация щелочи остаются постоянными.

Влияние времени нагрева на Н фактор очень мало в сравнении с влиянием времени варки при высокой температуре (Рис. 2)

Рисунок 2. Температура, скорость реакции и H фактор при Крафт варке. Н фактор представлен интегралом от скорости реакции и времени варки. Скорость реакции сильно зависит от температуры.

После завершения варки начинается подготовка к выгрузке. В этот момент в котле снижают давление и несколько температуру (до 100⁰). Только после этого производится выгрузка целлюлозной массы.

Приложение №3