pdf.php@id=6178

27 — мерник крепкого гипохлорита; 28 — бак горячей воды; 29 — испа­ ритель пропан-бутана; 30 — мерник щёлочи; 31 — емкость для приготов­ лениягипохлорита; 32 — танк хранения хлора; 33камера сгорания про- пан-бутановой смеси; 34 — доиспаритель сжиженного газа; 35 — испари­ тель пропан-бутана; 36 — хранитель газа; 37 — компрессор

продукт; крепкая щёлочь; рабочий раствор щёлочи; отработанная щёлочь; I — 92%-ная серная кислота; II — хлор; Х-Х — крепкий ги­ похлорит натрия; X — отработанный гипохлорит; Т — технологическая вода; О — оборотная вода; Г — горячая вода; С — сточная вода;

М — моющее средство «Прогресс»; В — воздух; П — пропан-бутановая смесь

41

Варка хлопковой целлюлозы. Целью процесса варки («буче­ ния») хлопкового линта является:

— удаление из волокна нецеллюлозных примесей, обра­ зующихся в процессе его роста;

— удаление остатков стеблей, коробочек, листьев и т. д.;

—снижение степени полимеризации макромолекул (сни­ жение вязкости растворов);

—повышение реакционной способности целлюлозы за счет снижения степени кристалличности.

По существующей технологии процесс варки хлопковой целлюлозы (ХЦ) должен происходить в вертикальных или го­ ризонтальных стальных котлах, рассчитанных на давление до 7...8 кгс/см2. По методу подогрева раствора щелочи котлы де­ лят на две группы: котлы с трубчатым подогревателем и с по­ догревом острым паром. Применение острого пара сокращает время разогрева котла и варки в целом и уменьшает расход пара ~ на 20...25% по сравнению с расходом пара в трубчатом подогревателе, однако при этом методе в процессе подачи па­ ра происходит разбавление раствора щелочи. На вновь строя­ щихся предприятиях подогрев раствора щелочи осуществляет­ ся только трубчатыми подогревателями. В этом методе серьез­ ной проблемой является распределение по объему котла горячего раствора щелочи. Используются три вида циркуляции раствора щелочи: вертикальная, радиальная и вертикально-ра­ диальная. Каждый вид имеет свои преимущества и недостат­ ки.

Для загрузки варочных котлов волокно после рыхлителя подается в бункер-циклон, представляющий собой стальной цилиндр с конусообразным днищем. С целью сокращения времени оборота котла емкость бункера рассчитана на величи­ ну емкости котла (или на несколько котлов). Подачу разрых­ ленного линта из циклона осуществляют, открывая нижнюю течку с одновременным пуском форсунок, подающих подогре­ тый до 60...80°С раствор щелочи. Смоченный линт под дейст­ вием силы тяжести загружается в варочный котел.

В новых цехах линт загружают в варочный котел шнеко­ выми транспортерами, в этом случае обеспечивается необхо­ димая равномерность пропитки линта щелочью.

Общий оборот котла, слагающийся из операций загрузки, долива щелочи, подогрева, варки, выгрузки, чистки котла, со­ ставляет 7...10 часов. Температура варки ~ 130...140°С. Повы-

42

шение температуры сокращает время варки при получении целлюлозы того же качества (табл. 2).

Важнейшим показателем ХЦ является вязкость, опреде­ ляющая марку целлюлозы. Современный ГОСТ 595-79 уста­ навливает девять марок: 15, 25, 35, 70, 100, 115, 250, 350, 650. Регулирование вязкости ХЦ производится, как правило, изме­ нением параметров щелочной варки (бучения). Регуляторами вязкости служат температура варки (130...158°С), концентрация КОН (1...3%) и время варки при заданной температуре (4...5 час). Увеличение любого из этих параметров приводит к по­ нижению вязкости.

Отбелка. ХЦ после варки имеет серый цвет и сравнитель­ но высокую вязкость. Целью отбелки является:

—снижение степени полимеризации (вязкости) до требуе­ мых пределов;

—удаление примесей;

—улучшение реакционной способности;

—сужение разброса по молекулярно-массовому распреде­

лению;

—получение целлюлозы устойчиво белого цвета.

Для отбелки применяют растворы гипохлорита натрия. От­ белка производится в деревянных чанах (толщина досок 5...6 см), железобетонных или гранитных емкостях, покрытых свинцом или кислотоупорными плитками. Концентрация мас­ сы в отбельниках — 2,6...3%. Оборот отбельников — 9... 12 ча­ сов. Раствор гипохлорита натрия готовят в специальном баке путем насыщения хлором раствора щелочи через барботажную систему. Оборот хлоратора составляет 5...6 часов. Оборот раз­ бавителя концентрированного раствора гипохлорита натрия составляет 2 час. 30 мин.

Раствор H2S04 готовят в специальном разбавителе кислоты емкостью Юм3, заливая сначала 8200 л умягченной воды, за-

4 3

тем постепенно 570 л крепкой H2S04. Оборот разбавителя со­ ставляет 2 часа.

Комплектация общих партий производится путем смешения в железобетонных резервуарах емкостью 270 м3 частных пар­ тий (2—3), имеющих расхождение по вязкости до 4 сП.

После окончания смешивания ХЦ при работающих мешал­ ках (во избежание оседания на дно) подают на водоотжим.

Обезвоживание ХЦ производится на водоотжимном агрегате (рис. 13), состоящем из приемного бункера, барабана сгусти­ теля, водоотжимного барабана с прижимным валиком, съем­ ного обрезиненного валика, двух пар стальных обжимных вал­ ков и рыхлительного волчка.

ХЦ с концентрацией массы в воде 2...3% из смесителя об­ щих партий массонасосом подается в приемный бункер водо­ отжимного агрегата и далее на водоотжимной барабан-сгусти­ тель. Затем масса проходит две пары отжимных валиков и от­ жимается до окончательной влаги 55...60%, а затем съемным стальным гуммированным валиком подается в рыхлительный волчок. Разрыхленная ХЦ через шлюзовой затвор равномерно подается в газоход сушилки.

Габариты водоотжимного агрегата — 4,4x2,9x2,3 м, произ­ водительность — 560... 1200 кг/ч.

Сушка ХЦ осуществляется в 2-х типах сушилок: ленточной

иаэрофонтанной.

Вленточной сушилке материал загружается на движущую­ ся проволочную сетку и сушится воздухом, нагнетаемым вен­

тиляторами через калориферы. Сечение сушилки — 2,5x3 м, расход пара — 2,5 т на 1 т целлюлозы.

Аэрофонтанная сушилка (рис. 14) обеспечивает более ин­ тенсивную сушку топочным газом во взвешенном слое. Су­ шилка представляет собой три конусных устройства типа рю­ мок, в которые целлюлоза подается горячими газами вверх, отбрасывается радиально к периферии, где образуется кольце­ вой скользящий по стенке слой, затем материал выносится га­ зами к рюмке второй и третьей.

Температура газов после первой рюмки — 90...150°С, вто­ рой рюмки — 80...100°С, третьей рюмки — 60...80°С.

Температура топочных газов в печи — 600...1100°С, в кана­ ле смешения с воздухом — 280...450°С.

Влажность материала на выходе из сушилки — 10... 12%. Упаковка ХЦ производится в кипы, уплотненные на меха­

нических или гидравлических прессах. Масса кип — 40...60 кг.

44

Рис. 14. Трехрюмочная аэрофонтанная сушилка:

1 — шлюзовый затвор; 2 — водоотжимной агрегат; 3 — аэрофонтанная сушилка; 4 — циклон; 5 — пресс ПГЦ-2; 6 — скруббер улова целлюлоз­ ной пыли; 7 — вентилятор

В заключение раздела по технологии производства хлопко­ вой целлюлозы следует отметить, что вышеописанные процес­ сы являются периодическими, весьма трудоемкими и энерго­ емкими и не соответствуют современным направлениям

иуровню развития.

Втечение нескольких последних десятилетий различными научно-исследовательскими организациями в стране проводи­ лись НИОКР по созданию непрерывных технологий. Среди них наиболее перспективными являются две работы.

Владимирским НИИ синтетических смол разработана не­ прерывная технология получения ХЦ по образцу зарубежной, включающей:

— непрерывную варку при 180°С в течение 15...40 минут в горизонтально-трубном шнековом аппарате непрерывного действия типа «Хемопальпер-Пандия»;

46

—непрерывную многоступенчатую отбелку по режиму: хлорирование — щелочение — гипохлоритная отбелка — от­ белка двуокисью хлора — кисловка;

—отжим и рыхление на водоотжимном агрегате;

—сушка в аэрофонтанной сушилке.

Такая же схема была проработана и в Ташкентском НИИ химии и технологии целлюлозы.

Представляет интерес разработанный непрерывный процесс производства ХЦ на круговом аппарате. При этом операции варки и отбелки проводятся в одном круговом аппарате, в ко­ тором линт двукратно подвергается поочередной обработке растворами едкого натра и гипохлорита натрия.

Данная технология была отработана в производственных условиях, однако ее реализация в действующих цехах требует значительных капитальных вложений вследствие полной заме­ ны существующего оборудования.

Тем не менее техническое переоснащение производств ХЦ должно проводиться только по непрерывной технологии.

2.1.2 Производство древесной целлюлозы

Производство древесной целлюлозы (ДЦ) включает сле­ дующие операции:

—удаление коры (окорка);

—получение щепы;

—варка щепы с кислыми, щелочными или нейтральными

водными растворами, обеспечивающими перевод лигнина

врастворимое состояние и его удаление;

—сортировка;

—отбелка и облагораживание;

—сортирование, сушка и резка целлюлозы.

В качестве сырья используют в основном хвойные породы дерева.

По способу технологического процесса варки получают сульфатную или сульфитную древесную целлюлозу.

При сульфатной варке щепу любых пород древесины обра­ батывают варочным щелоком — водным раствором едкого на­ тра и сульфида натрия (NaOH + Na2S). Температура варки по­ вышается в течение 2...3 часов до 165...180°С, и при этой тем­ пературе процесс варки продолжается в течение 1...4 часов.

Варка ДЦ проводится по периодической схеме в котлах емкостью 100... 160 м3 или в установках непрерывного действия типа шнекового аппарата «Хемопальпер-Пандия», состоящего

47

из 6, 8 или 12 последовательно установленных шнеков, или на установке типа Камюр, представляющей собой вертикальную башню высотой до 80...90 м, в которой щепа движется сверху вниз. Производительность такой установки — до 1200 т/сутки.

При варке по любому способу протекают сложные процес­ сы, в частности, растворение части примесей (лигнина, пентозанов), окисление и щелочной гидролиз части углеводородов древесины и др.

Переведенные в растворимое состояние нецеллюлозные компоненты удаляются при противоточной промывке в виде «черного щелока», который после отделения «сульфатного мы­ ла» (натриевые соли смоляных и высших жирных кислот) и упаривания поступает на сжигание.

Сульфатная варка проводится иногда с предварительным гидролизом (предгидролизом), при котором из древесины уда­ ляются легкогидролизуемые гемицеллюлозы. С этой целью ис­ пользуются разбавленные минеральные кислоты (0,3...0,5%

в раствор переходит 12... 16% органических веществ, при ки­ слотном — до 20%.

При сульфитной варке щепу обрабатывают водным раство­ ром бисульфита кальция, магния, натрия или аммония, содер­ жащим З...6% свободной S02 и 2% S03, связанной в виде со­ ли. Процесс варки включает стадии:

—повышение температуры до Ю5...110°С в течение 1,5...4

часов;

—выдержку («заварку» или «стоянку») при 105... 110°С

втечение 1...2 часов;

—повышение температуры до 135...150°С;

—варку при температуре 135...150°С в течение 1...4 часов.

Сульфитную варку проводят в биметаллических или со

специальной кислотоупорной облицовкой варочных котлах ем­ костью 420 м3, оборудованных принудительной циркуляцией варочного раствора.

Сульфитный способ варки имеет ряд разновидностей:

—собственно сульфитный способ при pH 1,5...2,5;

—бисульфитный при pH 3,5...5,0;

— моносульфитный или центрально сульфитный при pH

7-7,2;

—ступенчатые способы с понижением pH (для бумаги) или повышением pH (для химических целей).

48

Проведены успешные работы по проведению сульфитной варки в аппаратах непрерывного действия. При этом отрабо­ танную варочную кислоту, содержащую переведенные в рас­ твор нецеллюлозные примеси дерева (гемицеллюлозы, лигносульфоновую кислоту), перерабатывают в спирт и кормовые дрожжи.

В общем производстве древесной целлюлозы превалирует сульфатный способ, с использованием которого в мировом производстве получают около 2/з этого продукта. Наблюдается тенденция увеличения удельного веса сульфатной целлюлозы вследствие возможности использования любого сырья, а также получения лучшего качества продукта. Определенное развитие получает и бисульфитный способ, в значительной степени ли­ шенный недостатков классического сульфитного способа.

Очистка от примесей (непроварившаяся древесина, сучки и пр.) целлюлозы после варки производится фильтрованием через песочницу, центробежной сортировкой с различным диа­ метром отверстий и очисткой в батарее центриклинеров (в не­ сколько ступеней).

Небеленая целлюлоза может быть подвергнута дополни­ тельной очистке (в основном, от лигнина), отбелке и облаго­ раживанию, которые проводят в более мягких условиях, чем варка.

Для отбелки целлюлозы применяют: хлор газообразный, хлорированную воду, СЮ2, СЮ, гипохлориты, Н20 2, молеку­ лярный кислород в щелочной среде.

Отбелку проводят в несколько ступеней (от 3—4 до 10—12): на первой хлорируют, затем одна — две ступени — обработка гипохлоритом натрия, одна ступень — С102, затем кисловка и несколько промывок водой.

Целлюлоза, получаемая для химической промышленности (в том числе для пороховой), дополнительно облагораживается с целью получения продукта с высоким содержанием а-цел- люлозы (более 90%): обрабатывают 0,5...2% или 4...10% NaOH.

Древесная целлюлоза, как отмечалось выше, содержит око­ ло 50% примесей, которые переходят при варке и отбелке в растворенное состояние. При сульфатном способе большая часть этих примесей (в основном, лигнин) упаривается и сжи­ гается, при сульфитном — углеводная часть щелоков сбражи­ вается в спирт и превращается в кормовые дрожжи.

Как видно из вышеизложенного, практически все способы выделения целлюлозы из растительного сырья основаны на

49

многочисленных обработках, приводящих к переводу всех не­ целлюлозных компонентов в раствор и последующую водную экстракцию этих примесей.

Для полного удаления этих компонентов требуется громад­ ное количество воды. Так, расход чистой воды на производст­ во 1 т небеленой целлюлозы составляет 70... 185 м3, беленой для бумаги — 300...500 м3. Очистка сточных вод требует боль­ ших капитальных вложений, составляющих 15...40% от стои­ мости строительства целлюлозно-бумажных комбинатов.

В заключении раздела по технологии целлюлозы следует отметить, что промышленное производство этого широко рас­ пространенного природного полимера по техническому уров­ ню не соответствует современным требованиям. В особенно­ сти это касается нашей страны, обладающей богатейшими природными ресурсами по древесине. Периодические, энерго­ емкие и трудоемкие технологические процессы на всех основ­ ных фазах производства, включая варку, отбелку, обезвожива­ ние, имеющие в основе физически и морально изношенное оборудование, требуют срочной модернизации на основе реа­ лизации непрерывных технологий, структурной реорганизации технологии и использования физических методов стимулиро­ вания процессов.

Приведем для пояснения этого, в общем избитого лозунга о необходимости технического переоснащения, два примера.

Основные процессы очистки целлюлозы от примесей (вар­ ка, отбелка, промывка) проводятся в течение многих и многих часов с использованием только температурного фактора. Гете­ рогенные физико-химические процессы взаимодействия с реа­ гентами такого полимера с развитой капиллярно-пористой структурой протекают очень медленно. Целесообразно исполь­ зовать такие факторы ускорения как кавитацию с применени­ ем гидродинамических режимов или СВ}1-излучения с ускоре­ нием диффузии реагентов в десятки раз.

Второй пример. Водоотделение проводится в два этапа: ме­ ханический отжим до 55...60% влаги, затем сушка — до 10%. Весьма нерационально, так как при сушке путем испарения влаги (539 ккал/кг) энергии затрачивается - в 100 раз больше, чем при механическом отжиме воды (надежно проверено с ис­ пользованием отжимных шнековых прессов). Скорость водоотделения также возрастает в десятки раз. В такой же степени это касается многочисленных промывок с разделением про­ мывных жидкостей и продукта.

5 0