В настоящее время в мире разработаны и нашли применение многие разновидности установок для непрерывной варки целлюлозы. Все технические решения, осуществленные в установках, направлены на повышение эффективности использования древесного и недревесного сырья, увеличение выхода целлюлозы, варки низкокачественной древесины, опилок, тростника и соломы, однолетних растений, увеличение производительности и упрощение конструкций установок.

Регенерация щелочи. Черный щелок и его подготовка к регенерации. Черный щелок представляет собой водный раствор сложной многокомпонентной смеси органических и минеральных веществ. В процессах регенерации наиболее важное значение имеют удельный вес, вязкость, теплоемкость и температура кипения щелока. Удельный вес щелока зависит от содержания в нем сухого остатка (суммы органических и минеральных веществ в пересчете на абсолютно сухую массу). Очевидно, что чем меньше выход целлюлозы из древесины, тем выше содержание сухого остатка и наоборот. Содержание сухого остатка существенно влияет на все характеристики черных щелоков легко переводимый в NаОН.

Для этого система регенерации включает процессы: упаривания и сжигания черных щелоков; каустизации зеленого щелока и обжига известкового шлама.

Черный щелок на регенерацию поступает с промывного отдела где он отделяется от целлюлозы. Пройдя подготовку к упариванию, черный щелок направляется в систему регенерации. Подготовка щелока к упариванию включает операции по определению от щелока мелкого волокна, выделению сырого сульфатного мыла и окислению черного щелока.

Упаривание черного щелока. При промывке целлюлозы черный щелок в 2--3 раза разбавляется промывной водой и в таком виде поступает на регенерацию. Содержание сухих веществ в нем составляет 13--17 %. Щелок с такой концентрацией сухих веществ не горит и поэтому не может быть подан непосредственно на сжигание. Черный щелок может сжигаться, если концентрация сухих веществ в нем не ниже 60--65 %. Концентрацию сухих веществ в черном щелоке повышают до 50--55 % упариванием из него воды.

Упаривание щелока проводят в выпарных аппаратах различных систем. Общее количество воды, которое необходимо удалить из щелока в процессе упаривания, рассчитывают по формуле

-- начальная и конечная концентрации сухих веществ в щелоке, %.

В целлюлозно-бумажной промышленности применяют многокорпусные вакуум-выпарные установки, составленные из четырех--семи выпарных аппаратов. Эффективность работы установки основана на многократном использовании тепла, отдаваемого свежим паром на испарение воды. Упаренный щелок из установки выходит с концентрацией сухих веществ 50--55 %. Эффективность работы установки оценивается экономичностью, под которой понимают число килограммов воды, упаренных 1 кг свежего пара, Экономичность выпарной установки возрастает с увеличением числа корпусов:

На практике ограничиваются 6--7-корпусными установками, дальнейшее увеличение числа корпусов повышает паропроизводительность незначительно. Производительность вакуум-выпарных установок по упариваемой воде составляет 100--350 т/ч; давление свежего пара 0,3--0,35 МПа; температура 135--145°С ; вакуум в последнем выпарном аппарате 73--90,6 кПа.

Сжигание черного щелока. Упаренный щелок сжигают в специальных содорегенерационных котлах агрегатах (СРК). СРК -- это, почти не отличающийся от обычного паровой котел, в качестве топлива в котором используется упаренный черный щелок с концентрацией сухого остатка 60--65 /о. Сухой остаток состоит из 65--70 % органической части (продуктов разрушения древесины: лигнина, углеводов, экстрактивных веществ) и 30-- 35 % минеральной части (свободных едкого натра, сульфида натрия, карбоната натрия и щелочи, связанной с продуктами разрушения древесины). В среднем при выходе целлюлозы 35--65 % с черным щелоком на сжигание поступает 1700--920 кг сухих веществ на 1 т в . с. ц. по варке. Потери сухого остатка черного щелока в процессах промывки и упаривания составляют примерно 10 %.

Непосредственно перед подачей в топку СРК упаренный до концентрации 50--55 % черный щелок проходит газоконтактный каскадный испаритель. За счет контакта с горячими дымовыми газами из щелока дополнительно удаляется часть воды, и горячий щелок с концентрацией 60--65% направляется к форсункам для подачи щелока в топку. Кроме того, к нему добавляется сульфат натрия N32804 для восстановления производственных потерь щелочи. Температура в топке 800--1100 °С. Под высоким давлением щелок форсунками впрыскивается в топку, быстро высыхает и сгорает. В процессе сжигания сгорает органическая часть щелока, а минеральная часть образует расплавленный остаток (плав), который собирается на поду топки.

Плав состоит главным образом из карбоната натрия (соды), в который превращается в процессе сжигания весь свободный и связанный едкий натр, и сульфида натрия, образовавшегося восстановлением сульфата натрия окисью углерода. Плав по мере накопления на поду топки с температурой 850-- 900°С стекает в растворитель плава, где он растворяется слабым белым щелоком с получением раствора зеленого цвета, называемого зеленым щелоком. Показатели работы СРК черного щелока приведены в табл. 5. Производительность работающих в СССР СРК по сухому остатку щелока от 350 (СРК-350) до 1750 (СРК-1750) т/сутки.

выпадает в осадок и называется каустизационным шламом. В растворе остаются едкий натр и сульфид натрия, т. е. снова получается белый щелок.

От каустизационного шлама белый щелок отделяется на вакуум фильтрах и собирается в баке. Шлам скапливается в бункере шлама, промывается горячей водой на вакуум-фильтрах и поступает на регенерацию. Фильтрат представляет собой слабый белый щелок, который используется для растворения плава достигает 90%.

При выходе целлюлозы 48% технико экономические показатели работы отдела каустизации следующие:

Получаемая негашеная известь вновь используется для каустизации зеленого щелока. Производительность вращающихся регенерационных печей от 30 до 250 т извести в сутки.

Глава 2. ИЗВЛЕЧЕНИЕ СУЛЬФАТНОГО ВАРОЧНОГО РАСТВОРА ИЗ ОТРАБОТАННОГО ВАРОЧНОГО РАСТВОРА

В современных целлюлозных заводах бойлер для регенерации химических растворов является наиболее дорогостоящим аппаратом. Черный отработанный варочный раствор и коричневый раствор, получаемый при промывке бумажной массы, в бойлере подвергают упариванию до получения содержания твердых веществ 55-- 65 %, а затем распыляют и сжигают. В результате выделяется тепло и получаются химические соединения, входившие в состав растворов.

Процесс предназначен для извлечения химических соединений из отработанных сульфатных растворов для варки целлюлозы и из сточных вод процесса отбеливания.

Расплав из печи для кальцинирования соды, состоящий в основном из сульфида и карбоната натрия и содержащий также хлорид натрия, растворяют и осветляют с получением зеленого раствора, содержащего карбонат, сульфид и хлориды. Карбонат отделяют от сульфида и хлоридов. По меньшей мере часть хлорида натрия отделяют от раствора сульфида; по меньшей мере часть карбоната действием щелочи превращают в гидроксид и растворы гидроксида и сульфида смешивают друг с другом в соотношении, необходимом для получения варочного раствора с требуемым содержанием сульфида.

Схема такого процесса в общем виде приведена на рис. 1. Отработанный раствор подают в обжиговую печь 1 и полученный расплав, состоящий в основном из карбоната и сульфида натрия, растворяют в аппарате 2, получая зеленый раствор. Сточные воды со стадии отбеливания по линии 20 подаются в аппарат 2. Зеленый раствор осветляют в отстойнике 3 и подают в сепаратор для карбоната натрия 4. Карбонат натрия выделяют из зеленого раствора 10 путем кристаллизации, которая проводится таким образом, что хлориды остаются в маточном растворе. Кристаллизацию лучше всего проводить путем охлаждения, поскольку в этом случае карбонат осаждается в виде декагидрата, что позволяет снизить количество выпариваемой воды.

Из содового сепаратора смесь, содержащая большое количество сульфида, по линии // подается в аппарат для подщелачивания 5, в котором происходит удаление остатков карбоната, хотя эта стадия и не является обязательно необходимой. Обычно в аппарате 5 сульфидный раствор обрабатывают известью; при добавлении больших количеств извести достигается полное протекание реакции.

Кристаллический карбонат натрия, полученный в сепараторе 4, растворяют в аппарате 6 и подают в аппарат для подщелачивания 9. В результате получают раствор 18, содержащий в основном гидроксид натрия; в нем могут присутствовать и некоторые количества примесей. Раствор гидроксида натрия используют для приготовления варочного раствора, однако он может найти применение в любой стадии процесса, в которой используется гидроксид натрия.

По линии 11 поступает раствор сульфида, в котором могут содержаться некоторые количества примесей, прежде всего хлорида натрия. В этом растворе нахомалы, что обычно они могут быть выведены из процесса вместе с хлоридом натрия. Если в ходе процесса возникают

Схема процесса выделения химических соединений из отработанного сульфатного раствора для варки целлюлозы и из сточных вод процесса отбеливания большие потери вещества, то может быть проведено извлечение карбоната и сульфата натрия путем выщелачивания кристаллического материала в аппарате 8. Извлеченные вещества 15 могут быть возвращены на одну из стадий процесса до содового сепаратора 4.

Варочный раствор приготовляют смешиванием растворов 14 и 18 в необходимых соотношениях, позволяющих получить в растворе требуемое содержание сульфида. Избыток соединений натрия, присутствующий в системе, легко может быть удален из линии 17 в виде кристаллического карбоната натрия. Избыток соединений серы может быть удален из линии 14 в виде концентрированного раствора сульфида натрия. Избыток соединений хлора удаляют из линий 13 и 16 в виде кристаллического хлорида натрия.

Отработанный раствор концентрируют до получения содержания твердых веществ 55--65 % и разделяют на две части. Одну часть, содержащую 10--65 % твердых веществ, подвергают пиролизу в результате чего исходная калорийность этого раствора снижается на 25--70 %. Остаток, в который входят углеродсодержащая смола и неорганический материал, направляют в регенерационную печь. Другую часть раствора непосредственно подают в печь без предварительной обработки. Перед подачей в печь обе порции исходного раствора могут быть смешаны. В этом случае содержание твердых веществ в полученной смеси не должно превышать 80 % .

Схема этого процесса представлена на рис. 3. Материал 1 со стадии варки подается на стадию сепарации, в которой происходит отделение бумажной массы 3 от отработанного раствора 4. Отработанный раствор подают на стадию упаривания 5, где происходит удаление воды 6 и содержание твердых веществ в растворе повышается до 40--65 % . После упаривания может быть проведено концентрирование раствора (эта стадия на схеме не показана), которое позволяет повысить содержание твердых веществ до 55--65 %.

Часть концентрированного раствора может быть подана на стадию сушки 8 для дополнительного удаления воды 9. Для этой цели могут быть использованы любые известные сушильные аппараты, в частности аппараты для быстрой сушки или для сушки распылением. Высокой эффективностью обладает модифицированная система для сушки распылением, в которой раствор распыляется в перегретый водяной пар. Отработанный пар, выходящий из сушителя, может быть использован на различных стадиях процесса, например на стадии упаривания. Оставшуюся часть сконцентрированного отработанного раствора 16 непосредственно направляют в регенерационный бойлер 17.

После сушки отработанный раствор 10 с предпочтительным содержанием твердых веществ 90--100 % подают для пиролиза в реактор 11, в котором органический материал, содержащийся в растворе, частично превращается в горючий газ 12. Этот газ может быть пропущен через аппарат для удаления серы 13; очищенный горючий газ 14 можно использовать в качестве топлива.

Остаток 15 из реактора пиролиза, содержащий как органические, так и неорганические материалы, направляют в обычный регенерационный бойлер 17. Если его не смешивают с раствором 16 и он подается в твердом виде, то он может быть подан в бойлер в разных точках -- как в окислительную, так и в промежуточную либо в восстановительную зоны. Предпочтительно подавать пиролитический остаток непосредственно на слой расплава, что позволяет вводить материал в зону относительно низких температур и скоростей газа. Таким образом уменьшается вероятность уноса твердых частиц отходящими газами 20 в зону пароперегревателя и оттуда -- в атмосферу. Отходящие газы проходят через систему для удаления твердых частиц 21, после чего очищенный газ 22 выходит в атмосферу. Тепло, генерируемое в регенерационной печи, используют для испарения поступающей воды 18 с получением в зоне пароперегревания водяного пара высокого давления 19.

Неорганический материал 23 из регенерационной печи подают в резервуар 24, где при обработке водой 25 получается зеленый раствор 26. Последний в аппарате 27 обрабатывают негашеной известью 28, в результате чего карбонат натрия превращается в гидроксид натрия. Раствор 30, выводимый из аппарата 27, возвращается для использования в качестве варочного раствора. Карбонат кальция, образующийся в процессе подщелачивания, направляют в печь для обжига извести и последующего повторного использования.

Страницы: 1, 2, 3