Оборудование целлюлозно-бумажного производства Том 1. Оборудование дл

ных видов бумаги и картона колеблется от 4300 до 8650 МДж/т и составляет в случае белой древесной массы для картонов 4300—6500, для газетной, бумаги 6100—7600, книжно-журналь­ ной бумаги 6500—8600 МДж/т.

В расчетах необходимо учитывать, что установленная мощ­ ность привода дисковых мельниц должна быть принята на 1 0 — 15% выше рассчитанной по удельному расходу энергии на раз­ мол, так как в процессе эксплуатации неизбежны колебания мощности из-за неравномерности подачи щепы в зону размола,

вающей гарнитуры и других факторов.

При всех вариантах производства древесной массы из щепы размол отходов сортирования этой массы осуществляется в дис­ ковых мельницах, имеющих свободный выход массы. Обычно они снабжаются таким же приводным двигателем, как и основ­ ные мельницы. Размол отходов осуществляется при концентра­ ции 20—30%, а удельныц расход энергии составляет 2100— 4300 МДж/т. Количество отходов зависит от принятой техноло­ гии или набора оборудования в потоке. Обычно количество отходов В' потоке таково, что загрузить мельницы полностью не удается. Иногда с целью снижения затрат на оборудование отходы сортирования обрабатываются на мельницах второй сту­ пени размола основного потока.

Производительность дисковых мельниц МД-5Ш1, МД-5Ш1- 01 и МД-5Ш1-02 с учетом коэффициента загрузки 0,9 и доли расхода энергии на первой ступени 0,5—0,6 от ее общего рас­ хода может быть принята в соответствии с данными, приведен­ ными в табл. 6 .3 .

Конкретная производительность мельниц должна уточняться в соответствии с принятой технологией производства древесной Массы и схемой установки мельниц в потоке (например, одна на 1 -й ступени и одна на 2 -й ступени, или две на 1 -й ступени и одна на 2 -й и т. п.), количеством отходов сортирования после основных ступеней размола и т. д.

7. О Б О Р У Д О В А Н И Е Д Л Я О Т Б Е Л К И П О Л У Ф А Б Р И К А Т О В

Цель отбелки — придание конечному продукту стабильной белизны и требуемой химической чистоты. При производстве некоторых видов целлю­ лоз для химической переработки требуется также обеспечение определенной Степени полимеризации и связанной с ней вязкости растворов.

Основными компонентами древесного волокна, влияющими на белизну, Являются лигнин и смолы, обладающие способностью поглощать свет. При­ дание белизны целлюлозе достигается двумя способами: изменением струк­ туры лигнина и смол в целлюлозе, обеспечивающим уменьшение их способ­ ности поглощать свет, или извлечением этих компонентов из целлюлозы [36, 42]. При отбелке древесной, термомеханической массы и полуцеллюлозы лиг-

ннн, как правило, не растворяют во избежание значительного уменьшения выхода этих полуфабрикатов из древесины. Последнее привело бы к потере основных преимуществ, связанных с их производством. В этих случаях по­ вышение белизны продукта достигается изменением структуры лигнина в твердом состоянии и смол, достигаемым при обработке массы перекисями или гидросульфитами, а в некоторых случаях теми и другими реагентами. Белизна полуфабрикатов при такой отбелке заметно не повышается даже при больших избытках отбеливающих реагентов. Считают, что при таком способе отбелки экономически целесообразно ограничиваться достижением белизны 70—80 % [42].

Отбелку с извлечением лигнина из полуфабрикатов обычно рассматри­ вают как продолжение процесса варки. Существующие способы варки не обеспечивают полного извлечения лигнина, и белизна небеленой целлюлозы колеблется в пределах 20—65%.

При отбелке полуфабрикатов лигнин удаляют окислением и последую­ щим растворением в водных растворах щелочи. В качестве окислителей лиг­ нина используют такие вещества, как хлор, гипохлорит кальция или натрия, двуокись хлора, кислород и др. Окисление проводят обычно в нейтральной или восстановительной среде.

Любой окислитель, обеспечивающий разрушение лигнина при отбелке, одновременно вызывает деградацию целлюлозы и гемицеллюлоз. Степень до­ стижения белизны и степень деградации целлюлозы при отбелке зависят от относительной скорости этих реакций. В случае применения любого спе­ цифического окислителя необходимо обеспечивать оптимальные условия обра: ботки массы, ускоряющие взаимодействие реагента с лигнином и замедляю­ щие реакции окисления углеводов (целлюлозы и гемицеллюлоз).

К основным факторам, влияющим на условия обработки массы, отно­ сятся: продолжительность и температура обработки, pH среды, концентра­ ция массы. Рациональное использование белящих реагентов при достижении требуемых свойств обеспечивает многоступенчатая отбелка,

Для каждого вида целлюлозы (с учетом требований к конечному про­ дукту) подбирают наиболее рациональную схему отбелки и условия обра­ ботки, обеспечивающие получение заданных свойств. На практике число сту­ пеней отбелки целлюлозы колеблется от 3 до И. Например, при отбелке сульфитной целлюлозы для бумаг применяют от 3 до 7 ступеней по схемам [42]: Х -Щ -Г ; Х -Щ -Г -Д ; Х - Щ - Д - Щ - Д ; Х - Щ - Г - Г - Д - К ;

с двуокисью хлора. Белизна целлюлозы в зависимости от исходного сырья, схемы и режимов обработки может колебаться от 85 до 95 единиц при ис­ ходной белизне сульфитной целлюлозы после варки 55—65 единиц.

Современные схемы отбелки сульфитной целлюлозы могут быть приме­ нимы для обработки бисульфитной и нейтрально-сульфитной целлюлозы.

Сульфатная целлюлоза, имеющая после варки белизну 18—28 единиц, труднее поддается отбелке. При сохранении высокой прочности волокна ее

не удается отбелить более чем до 75 единиц [36]. Современные схемы отбелки позволили обеспечить повышение белизны сульфатной целлюлозы до 85 еди­ ниц при уменьшении прочности волокна на 5—7% [42].

Применяемые схемы отбелки сульфатной целлюлозы: X—Щ—Г—Щ—Г; Х - Щ - Х -Щ - Г - Щ —Г; X—Х -Г —Щ -Г -Щ —Г—К; Х -Щ -Г —Щ—Г—Д. Сегодня наиболее распространены схемы X—Щ—Д—Щ—Д и X—Щ—Г—Д — —Щ—Д. В некоторых случаях на первой ступени обработку целлюлозы про­ изводят смесью хлора с двуокисью хлора.

Обработка древесной массы, как указывалось выше, осуществляется бе­ лящими реагентами, не приводящими к деструкции компонентов волокна. Отбелка древесной массы гидросульфитом дает прирост белизны на 4— 6 единиц. При обработке перекисью можно достичь увеличения белизны на 10—12 единиц. Схемы отбелки П—ГС; ГС—П.

По указанным схемам без промывки между ступенями отбелки можно достичь белизны древесной массы из лиственной древесины до 80 единиц [42]. Аналогичные схемы применяют сегодня для отбелки термомеханической массы. Белизна ее после отбелки, при использовании хвойных пород древе­ сины, составляет 72 единицы. Опыт показывает, что наиболее высокой бе­ лизной обладает масса, полученная из свежесрубленной качественной дре­ весины.

Отбелка полуфабрикатов является одним из дорогостоящих процессов, оказывающих наиболее сильное влияние на загрязнение окружающей среды. Из большого числа возможных вариантов отбелки предпочтение отдают тем способу и схеме, которые требуют наименьших капитальных затрат и экс­ плуатационных расходов.

Отбелка целлюлоз может производиться на установках непрерывного или периодического действия. Широко применяются установки первого типа, как более производительные и экономичные. Отбельные установки периоди­ ческого действия в настоящее время используют в основном при производ­ стве специальных высококачественных видов бумаг. В данном разделе они не рассматриваются.

7.1, УСТАНОВКИ НЕПРЕРЫВНОЙ ОТБЕЛКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ

Установки данного вида обеспечивают непрерывность про­ цесса, требуемую последовательность обработки целлюлозы и возможность применения автоматизированных систем управле­ ния. Состав и конструкция оборудования различных отбельных установок значительно отличаются в зависимости от применя­ емого способа отбелки. К настоящему времени в практике опре­ делились три основных способа отбелки: 1 ) отбелка полуфаб­ рикатов в водных растворах химических реагентов; 2 ) газовая отбелка; 3 ) динамическая отбелка, или отбелка вытеснением. Рассмотрим схемы отбельных установок каждого из этих спо­ собов.

7.1.1. Установки непрерывной отбелки полуфабрикатов в водных растворах химических реагентов

Установки этого типа получили наибольшее распространение на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности. В ка­ честве примера на рис. 7.1 показана технологическая схема шестиступенчатой отбелки сульфатной целлюлозы для бумаги с промывкой на фильтрах.

Основным звеном технологической схемы установки явля­ ется ступень отбелки. На каждой ступени целлюлозная масса подвергается обработке раствором определенного отбеливаю­ щего реагента и по окончании реакции — промывке. Название ступени определяется белящим реагентом. Наиболее распрост­ ранены ступени отбелки: хлорирование, щелочная экстракция, обработка гипохлоритом, двуокисью хлора, кисловка и т. д.

В состав ступени обычно входит следующее оборудование: смеситель-подогреватель массы, смеситель массы с химикатами, транспортирующие насосы, отбельная башня, промывной ап­ парат. Полная принципиальная схема установки обусловлива­ ется выбором оптимального сочетания числа и типов ступеней отбелки в зависимости от исходного сырья и требований к ко­ нечному продукту.

Различия условий обработки массы на каждой ступени обус­ ловливают некоторые особенности в аппаратурном оформлении. Это выражается в применении различных конструкций отбель­ ных башен, смесителей массы и другого оборудования. Так, ступень хлорирования в отличие от ступени обработки дву­ окисью хлора не требует подогрева массы, а следовательно, и не имеет в своем составе подогревателя массы.

В тех случаях, когда для ведения процесса отбелки необхо­ димо повысить температуру (при обработке двуокисью хлора, гипохлоритом, щелочью), массу предварительно нагревают па­ ром в смесителе-подогревателе (прямой нагрев).

Масса с реагентами смешивается (в зависимости от токсич­ ности и растворимости химикатов в воде) либо в отдельном смесителе, либо в смесителе-подогревателе. Так, в рассматри­ ваемой схеме (см. рис. 7.1) масса со щелочью смешивается в смесителе-подогревателе, устанавливаемом непосредственно за вакуум-фильтром. В этом случае химикат целесообразно по­ давать спрыском непосредственно на папку массы, сходящей с фильтра, что обеспечит более равномерное распределение щелочи.

Для смешивания массы с двуокисью хлора, выделяющейся из раствора при нагреве, используют отдельный смеситель, рас­ полагаемый перед башней за смесителем-подогревателем и на­ сосом массы высокой концентрации.

Обработка массы в отбельных башнях всех ступеней, кроме хлорирования, проводится обычно при концентрации 10—14%.

стеме бак фильтрата — нижняя часть отбельной башни и не­ обходимость ее перемешивания в зоне разбавления, при этом отсутствует контакт оборотной воды с воздухом, а следова­ тельно, и условия пенообразования;

исключается система коммуникаций удаления газовоздуш­ ной смеси, необходимая при промывке на барабанных филь­ трах;

исключение системы циркуляции оборотных вод и уменьше­ ние потерь тепла при промывке позволяет сократить расход пара на отбелку.

В установках рассматриваемого типа масса с химикатами смешивается в нижней части отбельной башни, здесь располо­ жен радиальный смеситель. Масса нагревается в диффузоре в процессе промывки горячей водой. Такая установка компакт­ нее установки с промывкой массы на фильтрах, имеет меньшую металлоемкость и занимает меньшую площадь.

Несмотря на преимущества, отбельные установки с промыв­ кой массы на диффузорах не заменили еще полностью отбель­ ные установки с промывкой массы на фильтрах даже в новых разработках. Это новый вид оборудования требует широкого подтверждения своих преимуществ в промышленном масштабе и определенной доработки. Работающие установки не на всех ступенях отбелки смогли обеспечить требуемое качество про­ мывки в диффузорах. В частности, возникла необходимость в дополнительной промывке массы на ступени хлорирования. Кроме того, появляются новые способы отбелки, могущие в про­ мышленных масштабах конкурировать с установками отбелки

сдиффузионной промъткой.

7.1.2.Установки отбелки полуфабрикатов газообразными реагентами

Сущность этого способа отбелки заключается в обработке распущенной целлюлозной массы концентрацией 30—40% газо­ образными реагентами. Принципиальная схема установки от­ белки целлюлозы высокой концентрации в газовых потоках показана на рис. 7.3.

Количество ступеней отбелки может быть различным. В установках такого типа предполагаются следующие сочета­ ния ступеней отбелки: Д—П—Д; X—А—Д—А—Д.

Обычно ступень отбелки в газовой фазе включает следую­ щее оборудование: обезвоживающий пресс барабанного типа, сгущающий массу от концентраций с 3—5 до 30—40%; питаю­ щее устройство, обеспечивающее герметизацию реактора; рых­ литель массы; реактор; уплотнитель, используемый на раз­ грузке массы. Между ступенями отбелки масса разбавляется промывной водой. Отжим промывной воды осуществляется на прессе последующей ступени обработки. В качестве питающего

устройства применяют винтовой пресс или насос массы высокой, концентрации.

Продолжительность отбелки массы в установках этого типа незначительна. Так, процесс хлорирования осуществляется в те­ чение 1—5 мин, длительность обработки аммиаком измеряется в секундах, продолжительность делигнификации двуокисью хлора около 2 0 мин.

С учетом возможного образования токсичных продуктов реакции между хлором и аммиаком Канадским исследователь­ ским институтом бумаги предложена следующая схема уста-

Рис. 7.3. Установка отбелки целлюлозы высокой концентрации в газовых потоках:

/ — пресс обезвоживающий; 2 — реактор хлорирования; 3 — реакторы щелочения; 4 — ре­ акторы отбелки двуокисью хлора; 5 — бассейн массы высокой концентрации; 6 — устрой­ ство питающее; 7 — рыхлитель массы; 8 — смеситель-подогреватель

новки (схема Паприкан): X—Щ—Д—Щ—Д [56, 64]. В схеме предусмотрено проведение быстрого щелочения на отжимных прессах.

Газообразная отбелка по сравнению с классической схемой отбелки целлюлозы в водных растворах имеет следующие пре­ имущества: небольшой объем реакторов и, как следствие, малые объемы производственных зданий; рациональную компо­ новку оборудования; сокращение расхода свежей воды, а так­ же количества и степени загрязненности сточных вод; умень­ шение расхода химикатов для получения соответствующей белизны массы; малую инерционность процесса в связи с сокра­ щением продолжительности реакции на всех ступенях и удоб­ ство регулирования процессом отбелки. Однако установки этого типа еще не получили надлежащего промышленного примене­ ния. Имеются определенные трудности в освоении этого про­ цесса отбелки. Еще не сложилось однозначное мнение по во­ просам перспективы его развития.

Работы по освоению этого способа отбелки и созданию обо­ рудования для его реализации ведутся в СССР и за рубежом.

Имеются сведения о промышленном внедрении установок от­ белки целлюлозы газообразными реагентами. Так, в США на сульфатном заводе «West Coast» введена в эксплуатацию уста­ новка этого типа производительностью 500 т/сут [59].

7.1.3. Установки кислородно-щелочной отбелки полуфабрикатов

Способ кислородной отбелки целлюлозы, основанный на исключительно благоприятном окислительном воздействии мо­ лекулярного кислорода на лигнин древесных волокон в щелоч­ ной среде, нашел широкое применение в промышленности. Кислородно-щелочная обработка позволяет удалить до 9 5 % лигнина ш. Однако полная делигнификация целлюлозы кисло­ родом и щелочью сопровождается резким снижением ее выхода и ухудшением свойств. Поэтому глубину делигнификации цел­ люлозы кислородом ограничивают определенными пределами. Для уменьшения окислительной деструкции углеводной части обычно вводят различные ингибиторы, в частности магниевые комплексы. Чем ниже требования степени полимеризации и прочности конечного продукта, тем большая часть лигнина мо­ жет быть удалена на кислородной ступени отбелки.

Первые промышленные установки кислородно-щелочной от­ белки введены в эксплуатацию в 1970 г. Анализ опыта работы установок этого типа, показал следующие их преимущества [1, 55, 61]: значительно снижается общий объем сточных вод и их токсичность; расход хло^а на отбелку сокращается на 50— 80%, в некоторых случаях возможно полное его исключение; отработаные щелоки кислородно-щелочной ступени могут быть использованы для приготовления варочных растворов; легче, чем при традиционной отбелке, решаются проблемы удаления

с возвратом в целлюлозную массу размолотых сучков; химиче­ ские потери волокна при отбелке сульфатной целлюлозы для

до 6 %. Эти серьезные преимущества кислородно-щелочной от­ белки перед традиционными методами обеспечили ее широкое признание. В 1973 г. в различных странах работали 6 установок кислородно-щелочной отбелки, в 1976 г. 12; а в 1977 г. 18 [1].

Принципиальная схема отечественной установки кислород: но-щелочной отбелки целлюлозы высокой концентрации пока­ зана на рис. 7.4, а. Эта схема позволяет вести обработку суль­ фитной вискозной целлюлозы и сульфатной целлюлозы для бумаги. Сульфатная целлюлоза поступает на обезвоживающий пресс, повышающий ее концентрацию с 3 до 20—30%, далее она транспортируется в смеситель-подогреватель, откуда сме­ шанная со щелочью и нагретая паром до 80—95° С поступает

в винтовой питатель, подающий массу в виде пробки, удержи­ вающей противодавление газа и пара, в верхнюю часть р е к ­ тора. При поступлении в реактор пробка массь* разрушается рыхлителем, расположенным в верхней части аппарата, и риал в виде пушонки падает на верхнюю полку аппарата.

Рис. 7.4. Установка кислородно-щелочной отбелки целлюлозы:

а — для массы высокой концентрации; б — для массы низкой концентрации; 1 — колонка предварительной обработки; 2 — реактор; 3 — приемная емкость; 4 — бассейн массы; 5 — пресс обезвоживающий; 6 — смеситель-подогреватель; 7 — устройство питающее; 8 — ры­ хлитель массы; 9 — баки оборотной воды; 10 — насос массы высокой концентрации; / / — смесители массы с химикатами; 12 — фильтр промывной

После обработки кислородом в щелочной среде частично разбавленная масса выдувается в приемную емкость. Давление в реакторе поддерживается в пределах 0,8—1 МПа. Из резер­ вуара масса перекачивается насосом на обезвоживающий пресс либо (в некоторых случаях) на промывной фильтр.

зоо