Оборудование целлюлозно-бумажного производства Том 1. Оборудование дл

В верхнюю часть реактора через штуцер подается пар для нагр-ева массы до требуемой температуры. Кислород поступает в реактор по системе штуцеров, располагаемых по высоте аппа­ рата.

При отбелке сульфитной вискозной целлюлозы масса после пресса концентрацией ниже 2 0 %, смешанная в смесителе-подо­ гревателе со щелочью, поступает в колонку предварительной обработки и далее насосами массы высокой концентрации пода­ ется в реактор. Дальнейшее прохождение массы соответствует описанному выше. В мировой практике кислородно-щелочной обработке подвергается только сульфатная целлюлоза.

В газовой фазе реактора установки кислородной делигнификации накапливаются окись углерода и такие летучие орга­ нические соединения, как скипидар. Для поддержания концент­ рации окиси углерода и инертных газов на допустимом уровне обычно часть газов отводят из реактора. Во избежание потерь кислорода (в случае сдувок в атмосферу потери кислорода со­ ставили бы около 10 кг на 1 т целлюлозы) и разложения окиси углерода и летучих органических соединений газы из реактора пропускают через систему очистки. Очищенные газы возвра­ щают в реактор [71].

Для реализации преимуществ кислородно-щелочной обра­ ботки массы ее целесообразно комбинировать с другими сту­ пенями отбелки. При этом возможно сократить число ступеней отбелки в установке. Возможны, например, следующие схемы отбелки с включением кислородно-щелочной ступени [5 5 ]: К Щ -Д ; К Щ -Г ; К Щ -П ; К Щ - Д - Щ - Д ; К Щ - Х - - Щ - Д ; К Щ - Х / Д - Щ - Д - Щ - Д .

Установки, состоящие только из кислородно-щелочной сту­ пени отбелки, могут представлять интерес в производстве газет­ ной бумаги. Двухступенчатые установки целесообразно приме­ нять в производстве полубеленых целлюлоз. Установки с тремя и более ступенями обеспечивают полную отбелку целлюлозы. Число ступеней зависит от исходного сырья и требований к цел­ люлозе. В промышленном масштабе кислородно-щелочная от­ белка применяется пока лишь при получении сульфатной полубеленой и беленой целлюлозы для бумаги.

При использовании установок кислородно-щелочной отбелки уменьшаются расход сырья благодаря сокращению* химических потерь волокна и затраты на очистку сточных вод. Однако оборудование кислородно-щелочной ступени отбелки доста­ точно сложное и металлоемкое, что повышает стоимость от­ бельной установки по сравнению со стоимостью ее обычных вариантов. Предполагается, что наибольший эффект даст при­ менение кислородно-щелочной ступени при отбелке сульфитной вискозной целлюлозы [1 ].

Исследования процесса в направлении его упрощения, умень­ шения стоимости оборудования и экономии электроэнергии

показали, что процесс кислородно-щелочной отбелки надо вести при пониженной концентрации целлюлозной массы (3 —8 %). Принципиальная схема установки кислородно-щелочной от­ белки массы низкой концентрации показана на рис. 7 .4 , б.

низкой концентрации массы отмечается накопление в замкну­ тых системах производства растворенных веществ (до 40 г/л при 3%-ной концентрации массы), что повышает пенообразование, ухудшает промывку целлюлозы и снижает скорость реак­ ций [71].

Предполагается, что установки кислородно-щелочной от­ белки при высокой концентрации массы будут применяться при производстве высококачественной беленой целлюлозы. А более простые и дешевые установки отбелки массы низкой концент­ рации найдут применение в тех случаях, когда к степени очи­ стки промышленных стоков предъявляются пониженные требо­ вания.

7.1.4. Установки отбелки полуфабрикатов методом вытеснения

При обычном, классическом, способе отбелки волокно и раствор реагентов перемещается в башне непрерывно, но пере­ мещения жидкости относительно волокна не происходит. Про­ цесс отбелки хотя и является непрерывным, но* по существу носит статический характер. Продолжительность реакции со­ ставляет 1—4 ч, в зависимости от вида реагента и полуфабри­ ката.

Новый способ отбелки, предложенный канадским ученым Рэпсоном [65], основан на непрерывном движении раствора отбеливающего реагента по отношению к волокну, что способ­ ствует интенсивному удалению образующихся продуктов реак­ ции. При таком способе отбелки скорость массопередачи через слой жидкости к стенкам волокна значительно повышается, а продолжительность отбелки, снижается в несколько раз и завершается в течение 10—15 мин. Этот процесс, основанный на методе вытеснения, назван «динамической отбелкой». Соз­ дание оборудования для данного способа отбелки представляет определенные трудности. Главная из них связана с совмеще­ нием в одном реакторе разных ступеней отбелки при обеспе­ чении равномерного тока массы.

Принципиальная схема установки для отбелки целлюлозы методом вытеснения, разработанная фирмой «Камюр» (Шве­ ция), показана на рис. 7.5 [54, 56]. В реакторе установок этого типа комбинируются различные ступени отбелки. Вытеснение отбеливающих растворов предыдущей ступени реагентами по­

следующей осуществляется без промежуточной промывки цел­ люлозы между ступенями отбелки. Обработка массы осуще­ ствляется при концентрации 10—12%. Однако хлорирование проводится в отдельной обычной башне из-за отсутствия на­ дежных смесителей, обеспечивающих эффективное смешивание массы 10%-ной концентрации с газообразным хлором. В рас­ сматриваемой схеме хлорирование предложено проводить в реакторе, обеспечив предварительно быстрое и равномерное смешивание массы с хлором (возможна добавка двуокиси хлора) в смесителях специальной конструкции.

Рис. 7.5. Установка отбелки целлюлозы методом вытеснения:

Первая промышленная установка такого типа производи­ тельностью 500 т/сут с работой по схеме X—Щ—Д—Щ—Д была пущена в США на предприятии Эвадейл фирмы «Изтекс» в 1976 г. Хлорирование проводится в отдельной башне с дви­ жением» массы снизу вверх при концентрации 3—3,5% [60, 63].

Отбелка методом вытеснения — важнейший шаг в решении проблемы снижения металлоемкости, энергоемкости оборудо­ вания и уменьшения объема сточных вод.

7.2. ВОПРОСЫ УНИФИКАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ОТБЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Отраслевым стандартом «Установки отбельные. Параметры» (ОСТ 26-08-928 — 74) в качестве основного параметра опреде­ лен следующий ряд производительности установок непрерыв­ ного действия: 100, 160, 200, 250, 315, 400, 630, 800 и 1250 т/сут. Производительность установок принята по конечному продукту

при расчетной влажности 12%. Диапазон ряда и его градация назначены с учетом значений оптимальной мощности потоков, предприятий целлюлозно-бумажной промышленности.

Отбельные установки для разных предприятий могут суще­ ственно отличаться друг от друга с учетом различия требований, предъявляемых к процессу и условиям размещения обору­ дования. Поэтому типы установок и их схемы не стандартизи­ руются. Однако отбельные установки комплектуются преиму­ щественно из стандартизированных типовых аппаратов и узлов. Так, применение трех типоразмеров перемешивающих устройств позволяет создать отбельные башни любой производительности. Унифицированы также разбавительные устройства, смесители массы, гребковые устройства, испарители хлора и др. Это Поз­ воляет разработать комплектные отбельные установки всего ряда производительностей на базе надежных узлов и аппаратов.

В случае организации новых технологических процессов со­ здается новое оборудование с частичным использованием Уни­ фицированных узлов и аппаратов.

Заводами химического машиностроения выпускаются комп­ лектные отбельные установки с промывкой массы на барабан­ ных фильтрах производительностью 100, 150, 250 т/сут и отдельные комплекты оборудования для установок производи­ тельностью до 800 т/сут. Это оборудование хорошо зарекомен­ довало себя на предприятиях целлюлозно-бумажной промыш­ ленности. Разработана техническая документация на комплект­ ные отбельные установки производительностью до 800 т/сут.

Организациями ВПО «Союзбуммаш» ведутся .разработки по созданию установок отбелки кислородно-щелочным способом

иотбелки массы высокой концентрации в газовой фазе. Первая промышленная установка кислородно-щелочной от­

белки сульфитной целлюлозы производительностью 400 т/сут пущена в опытную эксплуатацию в 1979 г. на Амурском ЦКК. Намечена к изготовлению установка отбелки массы высокой концентрации газообразным хлором. Ведутся работы по усо­ вершенствованию конструкций и повышению надежности су­ ществующего оборудования.

7.3. БАШНИ ОТБЕЛЬНЫЕ

Башни — основные элементы отбельных установок, предна­ значены для обработки целлюлозной массы различными беля­ щими реагентами. Конструктивное исполнение башен, приме­ няемых на предприятиях целлюлозно-бумажной промышлен­ ности, показано на рис. 7.6. Отраслевым стандартом ОСТ 26-08- -1455—76 «Башни отбельные. Типы и основные параметры» предусматривается проектирование и изготовление следующих трех типов башен, отличающихся по конструктивным при­ знакам:

ства перемешивающие, разбавительные, гребковые и смесители радиальные.

В башнях без поглотительной колонки может быть движе­ ние массы как сверху вниз, так и снизу вверх. Конструкция башен, показанных на рис. 7.6, а и 7.6,6, обеспечивает движение отбеливаемой массы сверху вниз. В нижней части аппарата расположены разбавительное и перемешивающее устройства, обеспечивающие прерывание реакции и выгрузку массы из аппарата. Конструктивные отличия этих башен касаются днищ. В башне, показанной на рис. 7.6, б, можно вести обработку массы при избыточном давлении.

В башнях, показанных на рис. 7.6, в — 7.6, б, обрабатываемая масса движется снизу вверх. Башня, изображенная на рис. 7.6, 2 , имеет в нижней части устройство для см-ешивания массы кон­ центрацией 4—12% с химикатами, а в верхней части разбави­ тельное и гребковое устройства, обеспечивающие выгрузку массы из аппарата.

Башни, показанные на рис. 7.6, б, не имеют каких-либо устройств и используются как поглотительные колонки при об­ работке массы концентрацией ниже 4 %.

Конструкция отбельных башен с внутренней поглотительной колонкой обеспечивает комбинированное движение массы: в ко­ лонке— снизу вверх, в основной башне — сверху вниз. В башне (рис. 7.6, е) можно вести обработку массы концентрацией выше 8 %. В верхней части основной башни расположено гребковое устройство, служащее для облегчения переваливания массы в кольцевое пространство между корпусом аппарата и колон­ кой, а в нижней части — разбавительное и перемешивающее устройства. Башни, изображенные на рис. 7.6, ж, имеют в нижней части колонки перемешивающие устройства для дополнитель­ ного смешивания массы концентрацией ниже 4% с химикатами и внизу основной башни разбавительное и перемешивающее устройства, обеспечивающие выгрузку массы из аппарата.

Конструкция отбельных башен с наружной поглотительной колонкой, как и с внутренней, обеспечивает комбинированное движение массы. Колонка обычно выполняется пустотелой. По конструкции башня идентична башне, обеспечивающей движе­ ние массы сверху вниз. Конструкция аппарата, показанная на рис. 7.6, и (сдвоенная башня), представляет собой одну из раз­ новидностей отбельных башен, обеспечивающих комбинирован­ ное движение массы.

Рис. 7.6. Типы отбельных баш ен:

ситель радиальный

Каждый тип рассмотренных башен имеет свои преимущества и недостатки. Так, в башнях с движением массы сверху вниз продолжительность реакции регулируется изменением уровня в башне массы прц сохранении ее концентрации. Они более удобны в обслуживании, позволяют осуществлять визуальное наблюдение за массой. Однако эти башни не обеспечивают эф­ фективного поглощения газа-реагента, выделяющегося из реак­ ционной смеси. Бурное выделение газа из реакционной смеси, обусловленное перепадом давления или подъемом температуры, возможно в начальной фазе отбелки массы газообразными реагентами (хлором, двуокисью хлора) или их растворами в воде.

Башни с движением массы снизу вверх лишены отмеченных^ недостатков и обеспечивают более полное поглощение выдё^ ляющегося газа столбом вышележащей целлюлозной массы. В обслуживании эта конструкция башни менее удобна, чем первая. Она не может обеспечить гибкого регулирования про­ должительности обработки массы.

Башни с поглотительными колонками обеспечивают более полное поглощение химикатов при движении массы снизу вверх в колонке и возможность регулирования продолжительности отбелки при движении массы сверху вниз в самой башне. Од­ нако их конструкция и обслуживание сложнее, чем у башен без поглотительных колонок. Так, башни с наружной поглоти­ тельной колонкой включают специальные элементы для самокомпенсации температурных расширений при работе на массе с температурой 40—80° С, поскольку колонка соединяется с вы­ носным одновальным смесителем массы и с самой башней, ко­ торые располагаются на жестком фундаменте. Этого недостатка лишены башни с внутренней поглотительной колонкой, имею­ щей только одну защемленную сторону. Вторая сторона ко­ лонки может свободно перемещаться при нагреве и охлаж­ дении.

Компоновка с внутренней поглотительной колонкой приме­ няется при разнице диаметров башни и колонки не менее 2 м. Как показывает опыт проектирования, при меньшей разнице диаметров ухудшается работа перемешивающего устройства в зоне разгрузки массы и конструкция становится не опти­ мальной. В таком случае применяются башни с наружной поглотительной колонкой.

Отношение площадей сечения колонки и башни принима­ ется около 0,45 для обработки массы концентрацией ниже 4 и около 0,2 для массы концентрацией выше 8 %. Высота цилин­ дрической части отбельных башен назначается из расчета обес­

печения требуемой вместимости аппарата и соотношения — ^ 3

Такое отношение высоты Н к диаметру D башни, установлен­ ное из опыта эксплуатации, создает оптимальные условия

рают, исходя из диаметра башни и производительности по-ГОка Диаметр основания конуса принимают в пределах 0 35—0 5 Диа­

круговое движение массы по каналу, образуемому стенкой ап­ парата и конусом. Окружная скорость массы убывает по на­ правлению к центру, в центре башни она равна нулю Цент­ ральный конус с углом при вершине, близким к углу естествен­ ного откоса массы, обеспечивает переход ее в зоны скоростей,

валом и подшипником, исключая попадание волокна на рабо­ чую поверхность пары трения.

Лопасти винта поворотные, что позволяет регулировать шаг винта. Его величину определяют по уравнению [53]:

S = 2nrtg0,

где г — радиус лопасти винта; 0 — угол наклона лопасти.

При сборке изделия на заводе угол наклона лопасти принимают оптимальный (18 ), исходя из наиболее распространен­ ных условий работы перемешивающих устройств. В случае необходимости угол можно менять в соответствии с новыми условиями работы башни. Изменяя шаг винта, можно регули­ ровать скорость продвижения массы, характер ее перемешива­

ния и расход энергии.

Винтовые (пропеллерные) перемешивающие устройства от­ носятся к группе мешалок, вызывающих осевой поток.