Виробництво сульфітної целюлози
Способи отримання технічної целюлози.
В основу класифікації способів делігніфікації покладено властивості та вид застосовуваних хімікатів. Виходячи з цього, всі відомі методи ділять на групи:кислотні,лужні,окислювальні,органосольвентні,ступінчасті такомбіновані.
Розрізняютьперіодичний табезперервний способи варіння. Періодичним методом варіння здійснюється у стаціонарних вертикальних котлах місткістю 100, 125, 160 та 200 м 3 . Безперервний спосіб є найбільш сучасним і більше 50% целюлози одержують цим способом.
Технологія виробництва технічної целюлози
Виробництво сульфітної целюлози
Загальна схема виробництва сульфітної целюлози з деревини складається з наступних стадій:
1. Підготовка деревини, яка складається з операцій з розвантаження та зберігання деревини, очищення її від кори, розпилювання та подрібнення в тріску.
2. Приготування варильної кислоти у вигляді розчину бісульфіту Ca, Mg, Na і NH3 з надлишком двоокису сірки (сюди входять операції зі спалювання сірки або колчедану, очищення та охолодження сірчистого газу та поглинання його з утворенням кислоти).
3. Варіння тріски з сульфітною кислотою в котлах під тиском 0,5...1 МПа (5...10 кгс/см 2 ) при температурі 130...150 0 С, включаючи операції з регенерації SO2 та промивання звареної целюлозної маси.
4. Очищення целюлозної маси від непровару, багаття та мінеральних забруднень.
При необхідності відбілювання та облагороджування целюлози з метою підвищення білизни та покращення фізико-хімічних властивостей. Зневоднення та сушіння целюлози.
Крім перерахованих операцій неодмінною складовоюсульфітного – заводу є цех переробки обробленого сульфітного лугу на корисні побічні продукти – етиловий спирт, кормові дріжджі, технічні лігносульфонати, а при використанні для варіння розчинних основ (Mg(HSO3)2; NaHSO3; NH4HSO3) підприємства мають ще цех регенерації. .
Приготуваннясирої кислоти складається з наступних операцій:
1. Отримання сірчистого газу шляхом спалювання сірки або колчедану
2. Очищення та охолодження газу
Отриманий при спалюванні сірки і випалюванні сірчаного колчедану пічний газ містить шкідливі домішки: пил, сірчаний ангідрид, селен, сполуки миш'яку, сірку, що не згоріла. Для отримання якісної сирої кислоти пічні гази повинні бути повністю звільнені від домішок та охолоджені до 30. 35 0 C. Це диктується здатністю домішок розкладати кислоту та поганою поглинанням водою гарячого газу.
3. Поглинання сірчистого газу.
Залежно від методу варіння, поглинання SO2 проводять розчинами певних хімікатів в апаратах різних конструкцій (вежах, абсорберах).
Кислота, стікаючи по вапняку, реагує з ним, утворюючи гідросульфіт:
Далі в гідросульфіті розчиняється ще деяка кількість SО2 і сира кислота збирається в баку під колосниковими гратами.
Приготування кислоти на розчинних основах.Подальше вдосконалення сульфітного варіння передбачає переклад сульфітно-целюлозних заводів на варіння з кислотою на розчинних основах - магнієвому, натрієвому та амонієвому, які отримують поглинанням сірчистого Mg(OH)2, водним розчином карбонату натрію Na2CO3 та гідроксидом амонію NH4OH за реакціями:
В отриманих розчинах гідросульфітів магніюMg(HSO3)2, натрію NaHSO3 та амонію NH4SO3 розчиняють додаткову кількість SO2, перетворюючи гідросульфітні розчини на сульфітні кислоти відповідно на магнієвій, натрієвій та амонієвій основах. Якщо гідросульфітні розчини не насичувати додатковою кількістю SO2, виходять кислоти для бісульфітного варіння. Граничному змісту пов'язаного SO2 відповідають чисті моносульфіти натрію Na2SO3 та амонію NH4SO3, які використовують у нейтрально-сульфітному методі варіння.
Поглинання SO2 відповідними розчинами здійснюють в абсорбційних апаратах (абсорберах) різних конструкцій та розмірів. Найчастіше застосовують насадочні та барботажні абсорбери, що являють собою циліндричні колони з кислототривкої сталі діаметром 0,9. 1,5 м-коду і висотою 10. 20 м-код .
Отриману в кислотному цеху сиру кислоту перекачують баки або цистерни для зберігання. Під час зберігання кислота освітлюється (відстоюється від зважених у ній домішок: вапняку, моносульфіту та інших.) підвищення її стабільності. Освітлену сиру кислоту перетворюють наварильну і використовують для варіння сульфітної целюлози.
Сиру сульфітну кислоту готують за наступною схемою: отримання SO2, очищення та охолодження SO2 поглинання SO2 з отриманням кислоти.
Технологія сульфітної варіння. Варка сульфітної целюлози може здійснюватисяперіодичним табезперервним способами, частіше періодичним. Варіння здійснюється у вертикальних стаціонарних котлах місткістю від 160 до 400 м 3 , останнім часом найчастіше використовують біметалічні котли зварної конструкції.
Завантаження котла тріскою.При природному засипанні тріски в 1 м 3 об'єму котла міститься від 0,33 до 0,37 пл. м 3 деревини або при вологості тріски 25%, щільностіялинової деревини 430 кг/м 3 та об'ємного ступеня наповнення котла 0,35 м 3 /м 3 приблизно 137 кг а.с.д. Для підвищення ступеня наповнення котла застосовують повітряні та парові ущільнювачі тріски. Більш повне попереднє видалення ув'язненого в тріску повітря є обов'язковою умовою успішного варіння сульфітної. Здійснюючи протидію проникненню кислоти в деревину, він уповільнює процес рідинного просочення і сприяє небажаному явищу - випереджальної дифузії SO2 в деревну тканину. Крім того, поступово виділяючись з тріски в процесі просочення, повітря прискорює зростання тиску в парогазовому просторі котла, що вимагає проведення першої здувки в більш ранній стадії і викликає збіднення розчиненим кислотою SO2, погіршуючи умови заварки.
Найбільш простим і поширеним методом видалення повітря є пропарювання тріски парою, одночасно підвищує щільність завантаження тріски в котел. Для пропарювання застосовується злегка перегріта пара з температурою не вище 160...180 °С. Для повноти видалення повітря температуру прогріву тріски доводять до 95...100 °С. Витрата пари на пропарку становить від 0,25 до 0,35 т на 1 т целюлози.
Наповнення котла кислотою.Після завантаження котла тріскою та пропарювання, а частіше поєднуючи з цими операціями, в котел насосом закачують варильну кислоту. Закачування кислоти триває 20. 30 хв. Залежно від способу обігріву котел заливають кислотою повністю «під кришку» (непрямий обігрів) або залишають вільний простір в 5. 10 м 3 з огляду на можливість розміщення в котлі конденсату пари (прямий обігрів). Об'єм кислоти, що заливається в котел, залежить від ступеня наповнення котла тріскою. Кислота, отже, заповнює вільний простір, що залишився. Якщо рівень заповнення котла, наприклад, 0,35 пл. м 3 / м 3 то обсягкислоти, очевидно, становитиме 0,65 м 3 на 1 м 3 об'єму котла. Фактично об'єм кислоти в 1 м 3 об'єму котла буде дещо більшим, так як деяка її частина вже під час накачування встигає вбратися в деревину. Максимальний обсяг кислоти, який може бути поглинений тріскою при просоченні, визначається щільністю та вологістю деревини.
Варка. Варка умовно ділиться на два періоди:заварку - підвищення температури від початкової 50. 70 °С до 105. 115 °С і перебування на цій температурі - івласне варіння, що охоплює решту періоду від підйому температури до кінцевої (128. 155°С) до завершення варильного процесу. Тривалість заварки становить від 2 до 6 год і залежить від міцності кислоти, її температури та вологості тріски. У періодзаварки відбувається просочування тріски варильною кислотою та сульфонування лігніну у твердій фазі. При власне варінні відбувається розчинення твердої лігносульфонової кислоти.
Температурний графік варіння сульфітної целюлози середньої жорсткості з кислотою на натрієвому підставі наступний: період заварювання становить 4,5 год, варіння - близько 4 год. Одночасно зі зростанням температури в котлі збільшується тиск. Вже при досягненні температури 80…100 °С тиск у котлі, за рахунок виділення з кислоти вільного SO2 та повітря з деревини, досягає гранично допустимого (0,6…0,65 МПа). Для подальшого підвищення температури необхідно проводити здувку парогазової суміші. З метою підтримки тиску в котлі на постійному рівні найбільш доцільно робити безперервне здувка. Парогазову суміш, що здувається, направляють в систему регенерації SO2 і тепла здувок.
Графіки з виходу та змісту лігніну.