Logo GenDocs.ru


Поиск по сайту:  


Отчет о практике Производство сульфитной целлюлозы - файл 1.docx


Отчет о практике Производство сульфитной целлюлозы
скачать (307.8 kb.)

Доступные файлы (1):

1.docx308kb.15.11.2011 23:47скачать

содержание

1.docx

Реклама MarketGid:
Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования


Санкт-Петербургский государственный технологический

университет растительных полимеров


Кафедра машин автоматизированных систем


Отчёт о технологической практике


Выполнил: студент 252 гр. Проверил:

Гаврюшина Е.В. Доц. Незамаев Н.А.


Санкт-Петербург

2009


Содержание


1. Общая схема производства сульфитной целлюлозы………………………….3


2. Состав и характеристика сульфитной кислоты……………………………….3

2.1 Получение сернистого ангидрида…………………………………………………….4

2.2 Очистка и охлаждение печных газов………………………………………………..4

2.3 Поглощение сернистого ангидрида…………………………………………………..4

2.4 Приготовление кислоты на растворимых основаниях…………………………..5


3. Технология сульфитной варки…………………………………………………..5

3.1 Загрузка котла щепой…………………………………………………………………..5

3.2 Наполнение котла кислотой…………………………………………………………..6

3.3 Варка…………………………………………………………………………………….…6

3.4 Окончание варки и опоражнивание котла………………………………………....7


4. Современные режимы сульфитной варки……………………………………...7

4.1 Быстрая варка жесткой целлюлозы…………………………………………………7

4.2 Варка вискозной целлюлозы…………………………………………………………….7


5. Регенерация сернистого газа и тепла……………………………………………8


6. Использование сульфитного щелока…………………………………………….9

6.1 Производство белковых дрожжей……………………………………………….....10

6.2 Производство этилового спирта и углекислоты………………………………...11


7. Сортирование и очистка целлюлозы…………………………………………....12


8. Основное оборудование, его характеристика…...……………………………...13


9. Список использованной литературы……………………………………………15



  1. 

  2. Общая схема производства сульфитной целлюлозы.

Современные разновидности сульфитных методов варки, в которых для делигнификации растительного сырья используется сернистая кислота, ее соли, многочис

ленны. Поэтому название сульфитный следует сохранять за классическим сульфитным методом варки, занимающим второе место по объему произ

водимой целлюлозы. Общая схема производства сульфитной целлюлозы аналогична схеме производства сульфатной целлюлозы и включает: подго

товку древесины; приготовление сульфитной кислоты; варку древесной щепы с кислотой в котлах под давлением 0,5... 1,0 МПа при температуре 130... 150 °С; промывку и очистку целлюлозной массы; отбелку и облаго

раживание целлюлозы; обезвоживание и сушку целлюлозы. [1]


  1. Состав и характеристика сульфитной кислоты.

Сульфитная ки

слота представляет собой водный раствор кислого сернистокислого каль

ция (гидросульфита кальция), содержащий большой избыток растворенного сернистого ангидрида (диоксида серы S02). Условно состав сульфитной кислоты представляется выражением


NaHSO3 + SO2 + H2O

Mg(HSO3)2 + SO2 + H2O pH = 1,5-2,0 кислая сульфитная варка

Ca(HSO3)2 + SO2 + H2O

NH4HSO3 + SO2 + H2O


Состав сульфитной кислоты (pH=1,5-2,0):

Весь SO2 6-10 %

Связанное основание в виде оксида 0,8-1,5 %


NaHSO3 + SO2 + H2O


Концентрацию компонентов в кислоте выражают в процентах через сернистый ангидрид S02. Общее содержание сернистого ангидрида в ки

слоте называют весь S02. Весь S02 разделяют на связанный S02 и свобод

ный S02. Под связанным S02 понимают количество S02, связанное в моно

сульфите кальция (CaS03 или CaO+S02). Оксид кальция (СаО) называется основанием. Принимается, что содержание СаО в кислоте эквивалентно связанному S02. Содержащийся в сернистой кислоте и растворенный S02 объединяются под названием свободный S02. Крепость кислоты определя

ется содержанием всего S02.

Кислоту, получаемую в кислотном отделе сульфитно-целлюлозного завода, называют сырой сульфитной кислотой. Состав сырой кислоты для различных сульфитно-целлюлозных заводов колеблется в пределах 2,8...4,0 % всего S02, в том числе 0,9... 1,5 % связанного S02. Это значит, что в 100 мл кислоты содержится 2,8...4,0 г всего S02, из них 0,9... 1,5 г связанного S02 (или 0,9... 1,5 г СаО).

Варку сульфитной целлюлозы проводят не с сырой, а с варочной ки

слотой, представляющей собой смесь сырой кислоты с продуктами сдувок из котлов, удаляемыми в процессе варки. Сырую кислоту в варочную пре

вращают в отделе регенерации. Поглощая продукты сдувок, сырая кислота обогащается растворенным S02, т.е. укрепляется, и превращается в вароч

ную кислоту, содержащую значительно больше сернистого ангидрида, чем требуется для химических реакций варки. Укрепление кислоты повышени

ем содержания в ней свободного S02 положительно сказывается как на скорости варки, так и на качестве целлюлозы. Крепость варочной кислоты составляет 6...8 % всего S02 при рН 1,5. Например, варочная кислота одно

го из сульфитно-целлюлозных заводов имеет следующую характеристику: 6...6,5 % всего S02 и 1,1 % связанного S02.

Рассмотренная кислота, содержащая гидросульфит кальция в качест

ве основания, называется сульфитной кислотой на кальциевом основании. Варка с такой кислотой относится к классическому сульфитному методу. Главное условие возможности осуществления классического метода за

ключается в обеспечении высокого содержания 

растворенного S02 в ва

рочной кислоте. При недостатке растворенного S02 гидросульфит кальция, который существует только в присутствии свободной H2S03, легко разла

гается (особенно при повышенной температуре) на нерастворимый моно

сульфит кальция и сернистую кислоту Ca(HS03)2 -» CaS03 + H2S03. Раз

ложение гидросульфита делает невозможным нормальное протекание вар

ки и завершается, как правило, получением непроваренной щепы темного цвета — так называемой «черной варкой». Опасность разложения гидро

сульфита кальция ограничивает возможность повышения конечной темпе

ратуры варки (не более 155 °С), что удлиняет варку (12... 18 ч), а невозмож

ность повышения рН кислоты (начальный 1,5...2) позволяет варить только еловую древесину.

В настоящее время более широкое применение для варки нашла сульфитная кислота, в качестве основания содержащая MgO, Na2О или (NH4)2О (условно), образующих с S02 водорастворимые MgS03, Na2S03 и (NH4)2S03 вместо нерастворимого CaS03. Высокая стабильность кислоты на растворимых основаниях позволяет применять повышенные температу

ры варки, а хорошая растворимость гидросульфитов магния Mg(HS03)2, натрия NaHS03 и аммония NH4HS03 дает возможность в необходимых случаях без осложнений увеличивать содержание основания в кислоте и поднимать рН варочного раствора вплоть до применения чисто бисульфитных (рН 4,5), а для натриевого и аммониевого оснований - нейтрально-сульфитных (рН 8... 10) методов варки. Благодаря применению варочных растворов с широким интервалом значений рН (от 1 до 10) стало возмож

ным в качестве сырья использовать все древесные породы и получать во

локнистые полуфабрикаты с любыми степенью делигнификации и выхо

дом из древесины.

Сырую сульфитную кислоту готовят по следующей схеме: получение S02, очистка и охлаждение S02 поглощение S02 с получением кислоты.


2.1 Получение сернистого ангидрида: Сернистый ангидрид получают сжиганием серосодержащего сырья: серы, серного и флотационного кол

чеданов.

При сжигании серы образуется газообразный сернистый ангидрид (сернистый газ) по реакции S + 02 -> S02. Для сжигания серы применяют серные печи различных конструкций. Печные газы при концентрации в них сернистого ангидрида 16...18 % и температуре 1200...1300 °С выводят

ся из печи и направляются на охлаждение и очистку. Серный колчедан (пирит) представляет собой природный минерал состава FeS2 с содержани

ем 40...45 % серы. Флотационный колчедан получается в виде отходов при обогащении руд цветных металлов. Он поступает на целлюлозные заводы с содержанием серы от 38 до 47 %.

Обжиг колчедана осуществляется по следующей реакции; 4FeS2 + 1102 = 2Fe203 + 8S02. Концентрация S02 в газах составляет 9...11 %, т. е. в 2 раза меньше, чем при сжигании серы. Это объясняется затратой кислорода на образование оксида железа.

Обжиг колчедана в виде кусков ведут в специальных печах, среди которых наиболее эффективными являются печи с так называемым кипя

щим слоем УРКС (универсальная с кипящим слоем). Печные газы отводятся с температурой 800...900 °С, концентрацией сернистого газа 14...15% и со

держат около 10...27% пылевидного огарка. Производительность печей 60...140 т колчедана в сутки. Основное преимущество перед другими кон

струкциями печей - использование сырья с низким содержанием серы, но получение газов с высокой концентрацией S02 (14... 15 %).


2.2 Очистка и охлаждение печных газов: Полученный при сжигании се

ры и обжиге серного колчедана печной газ содержит вредные примеси: пыль, серный ангидрид, селен, соединения мышьяка, несгоревшую серу. Для получения качественной сырой кислоты печные газы должны быть полностью освобождены от примесей и охлаждены до 30...35 °С. Это дик

туется способностью примесей разлагать кислоту и плохой поглощаемо

стью водой горячего газа.


2.3 Поглощение сернистого ангидрида: На стадии поглощения S02 по

лучают сырую кислоту для сульфитных методов варки. В зависимости от метода варки поглощение S02 проводят растворами определенных хими

катов в аппаратах той или иной конструкции.

Кислоту на кальциевом основании для сульфитной варки получают преимущественно башенным методом. Поглощение S02 происходит в вы

сокой деревянной или железобетонной кислотной башне, представляющей собой несколько расширяющийся 

книзу цилиндр (высота 35...40 м, диа

метр внизу 2...2,5 м, наверху 1,5...2 м). Башня полностью загружена кам

нями известняка (с содержанием СаС03 96...97%), удерживаемыми колос

никовой решеткой, под которой находится бак для сбора сырой кислоты. Сверху башня орошается холодной водой, стекающей по известковым камням навстречу движущемуся снизу от колосниковой решетки серни

стому газу. Сернистый газ растворяется в воде, образуя сернистую кисло

ту: S02 + Н20 -> H2S03. Кислота, стекая по известняку, реагирует с ним, образуя гидросульфит: СаС03 + 2H2S03 -> Ca(HS03)2 + С02 + Н20. Далее в гидросульфите растворяется еще некоторое количество S02, и сырая ки

слота собирается в баке под колосниковой решеткой.

Работающие периодически однобашенные установки применяются редко. Чаще используются непрерывно работающие двухбашенные уста

новки производительностью до 300 м3 кислоты в сутки на 1 м2 площади сечения башни.


2.4 Приготовление кислоты на растворимых основаниях: Дальнейшее совершенствование сульфитной варки предусматривает перевод сульфит

но-целлюлозных заводов на варку с кислотой на растворимых основаниях - магниевом, натриевом и аммониевом, которые получают поглощением сернистого ангидрида соответственно магнезиальным молоком Mg(OH)2, водным раствором карбоната натрия Na2C03 и гидроксидом аммония NH4OH по реакциям:

Mg (ОН)2 + 2S02 -> Mg (HS03)2

Na2C03 + 2S02 + H20 ->2 NaHS03 + C02

NH4OH + S03 -> NH4HSOs


В полученных растворах гидросульфитов магния Mg(HS03)2, натрия NaHS03 и аммония NH4S03 растворяют дополнительное количество S02, превращая гидросульфитные растворы в сульфитные кислоты соответст

венно на магниевом, натриевом и аммониевом основаниях. Если гидро

сульфитные растворы не насыщать дополнительным количеством S02, по

лучаются кислоты для бисульфитной варки. Предельному содержанию связанного S02 соответствуют чистые моносульфиты натрия Na2S03 и ам

мония (NH4)2S03, которые используют в нейтрально-сульфитном методе варки.

Поглощение S02 соответствующими растворами осуществляют в аб

сорбционных аппаратах (абсорберах) различных конструкций и размеров. Чаще всего применяют насадочные и барботажные абсорберы, представ

ляющие собой цилиндрические колонны из кислотоупорной стали диамет

ром 0,9...1,5 м и высотой 10...20 м.

Полученную в кислотном цехе сырую кислоту перекачивают в баки или цистерны для хранения. Во время хранения кислота осветляется (от

стаивается от взвешенных в ней примесей: известняка, моносульфита и др.) для повышения ее стабильности. Для осветления кислоты применяют специальные способы: осветляют на песочных фильтрах, добавляют полиакриламид (ПАА), выполняющий роль интенсификатора осаждения час

тиц и пр.

Осветленную сырую кислоту превращают в варочную и используют для варки сульфитной целлюлозы. Обычно запас кислоты поддерживается на уровне полуторасуточного расхода, причем часть этого запаса хранят в виде сырой, а часть — в виде варочной кислоты. [1]


  1. ^ Технология сульфитной варки.

Варка сульфитной целлюлозы мо

жет осуществляться периодическим и непрерывным методами. Однако трудность практического осуществления непрерывной сульфитной варки до настоящего времени сохраняет преимущественно периодический харак

тер сульфитно-целлюлозного производства. Варка осуществляется в вер

тикальных стационарных котлах вместимостью от 160 до 400 м3, стальной корпус которых изнутри защищен кислотоупорной футеровкой. В послед

нее время чаще используют биметаллические котлы сварной конструкции. Порядок проведения операций при сульфитной варке аналогичен сульфат

ному периодическому процессу, за исключением некоторых специфиче

ских особенностей в характере их выполнения.


3.1 Загрузка котла щепой: Загрузка проводится так же, как и при суль

фатном методе. Количество загруженной в котел щепы имеет исключи

тельно важное значение, так как от 

этого зависит производительность кот

ла. При естественной засыпке щепы в 1 м3 объема котла помещается от 0,33 до 0,37 пл. м3 древесины или при влажности щепы 25 %, плотности еловой древесины 430 кг/м3 и объемной степени наполнения котла 0,35 м33 примерно 137 кг а.с.д. Для повышения степени наполнения котла применяют воздушные и паровые уплотнители щепы. Наибольшего вни

мания заслужили паровые уплотнители, позволяющие довести степень на

полнения котла до 0,42...0,50 (примерно 170...210 кг а.с.ц./м3) с одновре

менным прогревом щепы до температуры 75...80 °С.

В отличие от сульфатной варки более полное предварительное уда

ление заключенного в щепе воздуха является обязательным условием ус

пешной сульфитной варки. Оказывая противодействие проникновению ки

слоты в древесину, он замедляет процесс жидкостной пропитки и способ

ствует нежелательному явлению — опережающей диффузии S02 в древес

ную ткань. Кроме того, постепенно выделяясь из щепы в процессе пропит

ки, воздух ускоряет рост давления в парогазовом пространстве котла, что требует проведения первой сдувки в более ранней стадии и вызывает обеднение кислоты растворенным SO2, ухудшая условия заварки.

Наиболее простым и распространенным методом удаления воздуха является пропарка щепы паром, одновременно также повышающая плот

ность загрузки щепы в котел. Для пропарки применяется слегка перегре

тый пар с температурой не выше 160... 180°С. Для полноты удаления воз

духа температуру прогрева щепы доводят до 95...100 °С. Расход пара на пропарку составляет от 0,25 до 0,35 т на 1 т целлюлозы.


3.2 Наполнение котла кислотой: После загрузки котла щепой и пропар

ки, а чаще совмещая с этими операциями, в котел насосом закачивают ва

рочную кислоту. Закачка кислоты длится 20...30 мин. В зависимости от метода обогрева котел заливают кислотой полностью «под крыш

ку» (непрямой обогрев) либо оставляют свободное пространство в 5... 10 м3, учитывая возможность размещения в котле конденсата пара (прямой обогрев).

Объем кислоты, заливаемой в котел, зависит от степени наполнения котла щепой. Кислота, следовательно, заполняет оставшееся свободное пространство. Если степень заполнения котла, например, 0,35 пл. м3/ м3, то объем кислоты, очевидно, составит 0,65 м3 на 1 м3 объема котла. Фактиче

ски объем кислоты в 1 м3 объема котла будет несколько больше, так как некоторая ее часть уже во время закачки успевает впитаться в древесину. Максимальный объем кислоты, который может быть поглощен щепой при пропитке, определяется плотностью и влажностью древесины.


3.3 Варка: Варка условно делится на два периода: заварку — подъем температуры от начальной 50...70 °С до 105...115°С и пребывание на этой температуре — и собственно варку, охватывающую остальной период от подъема температуры до конечной (128...155°С) до завершения варочно

го процесса.

Продолжительность заварки составляет от 2 до 6 ч и зависит глав

ным образом от крепости кислоты, ее температуры и влажности щепы. В период заварки происходит пропитка щепы варочной кислотой и сульфонирование лигнина в твердой фазе. Более полному завершению этих про

цессов служит пребывание при температуре 105... 115 °С, что отличает сульфитный варочный процесс от сульфатного и других разновидностей варок. Это обусловливается наличием большого количества растворенного SO2. При проникновении сульфитной кислоты в щепу растворенный S02 частично выделяется и в газообразном виде гораздо быстрее достигает лигнина, чем ионы гидросульфита HSO3, создавая тем самым высокую ки

слотность. Повышение температуры в этих условиях выше 105... 115 °С может вызвать конденсацию лигнина и испортить варку.

Температурный график варки сульфитной целлюлозы средней жест

кости с кислотой на натриевом основании следующий: период заварки со

ставляет 4,5 ч, варки — около 4 ч. Одновременно с ростом температуры в котле увеличивается и давление. Уже при достижении температуры 80...100 °С давление в котле, за счет выделения из кислоты свободного SO2 и воздуха из древесины, достигает предельно допустимое (0,6...0,65 МПа). Для дальнейшего подъема температуры необходимо проводить сдувку па

рогазовой смеси. С целью поддержания давления в котле на постоянном уровне наиболее целесообразно производить непрерывную сдувку. Сду

ваемую парогазовую смесь направляют в систему регенерации SO2 и тепла сдувок.




3.4 Окончание варки и опоражнивание котла: Установление момента окончания варки, соответствующего получению целлюлозы заданного ка

чества, — трудное и ответственное дело. Единственным средством наблю

дения за ходом варки является анализ щелока, в котором периодически оп

ределяют содержание всего и связанного SO2. Кроме этого, опытный вар

щик может установить окончание варки по субъективным показателям — цвету и запаху щелока. Для опоражнивания котла давление в нем снижают до 0,15...0,З МПа. Содержимое выпускают в закрытую сцежу или выдувной резервуар. Выдувка длится 10... 15 мин. По окончании выдувки открывают загрузочную горловину котла и осматривают его. Если в котле осталась масса, проводят повторную выдувку массы. [1]



  1. Современные режимы сульфитной варки.

Совершенствование сульфитной варки проводят комбинированно, используя все имеющиеся средства. С одной стороны, стремятся максимально уплотнить щепу для повышения выхода целлюлозы с 1 м3 объема котла, а с другой - повышая температуру и крепость кислоты до 7...8 % всего S02, стремятся сократить продолжительность процесса до 0... 10 ч. За последние 15 лет особое место приобрела варка с кислотой на растворимых основаниях. Применяемые в практике режимы сульфитной варки отличаются большим разнообразием. Для примера приведем два из них.

4.1 Быстрая варка жесткой целлюлозы: Варку ведут в биметаллических котлах вместимостью 160 м3. Котлы оборудованы циркуляционными насо

сами (600 м3/ч) и подогревателями для непрямого обогрева. Крепость ки

слоты 8 ... 8,5% всего S02, кислота содержит 1,2...1,3 % связанного SO2. Щепу загружают встроенным паровым уплотнителем. Общая продолжи

тельность варки составляет около 5 ч. Получаемая из еловой древесины целлюлоза со степенью провара по перманганатному числу 100... 110 со

держит не более 3 % непровара и отличается высокой механической проч

ностью, позволяющей применять ее для выработки газетной бумаги на бы

строходных бумагоделательных машинах.


4.2 Варка вискозной целлюлозы: Заслуживает внимания варка вискозной целлюлозы, предназначенной для химической переработки. После отбелки из нее вырабатывают искусственное вискозное волокно для производства шелковых и штапельных тканей. Степень провара вискозной целлюлозы по перманганатному числу 40...50, вязкость 0,7 %-ного медноаммиачного раствора 18...23 МПа-с. Температурный график варки показан на рис. 1. Варку осуществляют в биметаллических котлах вместимостью 320 м3 с прямым обогревом, снабженных циркуляционной системой. Загрузку ще

пы производят паровым уплотнителем с вакуумизацией щепы. Крепость кислоты 6,5...7,7 % всего S02 и 0,95...1 % СаО. Общая продолжительность варки 7,5 ч. [1]



  1. 

  2. Регенерация сернистого газа и тепла сдувок.


С целью интенсифи

кации процесса сульфитной варки в котел с варочной кислотой вводят зна

чительно больше сернистого ангидрида, чем это требуется теоретически для протекания химических реакций. Поэтому как с точки зрения эконо

мии, так и охраны окружающей среды, обязательным является улавлива

ние уходящего со сдувками избытка ангидрида для повторного его ис

пользования в процессе варки. Вместе с сернистым ангидридом и сдувае

мой из газового пространства котла парогазовой смесью удаляются: воз

дух, вытесняемый из щепы; летучие органические соединения, образую

щиеся в результате варки; водяной пар и варочная жидкость (10...15 % объема варочной кислоты). Перечисленные компоненты составляют сдув-ки, которые из котла по соответствующим трубопроводам направляются в отдел регенерации.

Назначение регенерации состоит в превращении сырой сульфитной кислоты в варочную необходимого состава путем поглощения сырой ки

слотой уходящих из котла избытка сернистого ангидрида и других сдувочных компонентов в регенерационной установке, а также улавливания тепла сдувок. Количественно работа регенерационных установок оценивается процентом регенерации S02, под которым понимают отношение количест

ва регенерируемого SO2 к количеству SO2, заключенному в варочной ки

слоте:


Р SO2 = [(SO2вap - SO2сыр)/ SO2вap ]100.

Очевидно, что процент регенерации будет тем больше, чем крепче варочная кислота. Современные регенерационные установки обеспечивают процент регенерации S02 от 55 до 75 %.

Во всех существующих типах регенерационных установок осущест

вляется принцип противотока, согласно которому газы, содержащие наи

большее количество S02, поглощаются наиболее крепкой кислотой, а газы с низкой концентрацией SO2 - слабой сырой кислотой. В регенерационных установках используют два принципиально различных способа поглоще

ния газа - холодный и горячий - и соответственно различают холодную и горячую системы регенерации. Для компенсации недостатков обеих сис

тем иногда применяют более сложную холодно-горячую систему регене

рации. В холодной системе регенерации сдувки поглощаются сырой ки

слотой после их предварительного охлаждения водой в холодильниках. Эффективное поглощение газа обеспечивается низкой температурой ки

слоты, что дает возможность вести процесс при атмосферном и несколько повышенном давлении. Однако тепло сдувок в этом случае теряется и за

качиваемая в котел варочная кислота имеет относительно низкую темпера

туру, что ведет к перерасходу пара на варку. При горячей системе регене

рации тепло сдувок используется для нагрева варочной кислоты, но для обеспечения полноты поглощения газа необходимо повышенное давление, требующее более сложного аппаратурного оформления процесса.

На рис. 2 показана типовая схема горячей регенерации. Основны

ми элементами системы регенерации являются регенерационные цистер

ны, которые чаще всего выполняют шаровыми. Цистерны рассчитаны на давление от 0,1 до 0,6 МПа в зависимости от крепости и температуры ки

слоты. Вместимость шаровых цистерн достигает 600 м3.

Из варочного котла сдувки высокого давления (сдувки с полного ра

бочего давления 0,6...0,7 МПа) через эдуктор (смеситель), где они смеши

ваются с полуварочной кислотой, подаваемой из цистерны низкого давле

ния насосом, направляются в регенерационную цистерну высокого давле

ния, рассчитанную на рабочее давление 0,35 МПа. Сдувки низкого давле

ния (ниже 0,3 МПа) через свой эдуктор, в котором они смешиваются с сы

рой кислотой, подаваемой насосом, направляются в цистерну низкого дав

ления, работающую под давлением 0,15 МПа. Не поглощенные газы из цистерны высокого давления через регулятор давления перепускаются в цистерну низкого давления, а из нее — через регулятор давления в погло

тительный бак с сырой кислотой.

Затем часть не уловленного в баке газа поглощается в колонке с на

садкой, орошаемой сырой кислотой, а оставшаяся часть направляется на «доулавливание» в кислотные башни. Готовая варочная кислота, получаемая в цистерне высокого давления, дополнительно подогревается паром в теп

лообменнике, через который она непрерывно прокачивается циркуляцион

ным насосом. Для подачи варочной кислоты в котлы служит специальный насос.



Рассмотренная система регенерации дает возможность получать ки

слоту с содержанием 8...9 % всего S02, около 1 % связанного S02 с темпе

ратурой 90... 100 °С. [1]



  1. Использование сульфитного щелока.

Растворяющиеся при сульфитном методе варки гемицеллюлозы и лигнин древесины переходят в сульфитный щелок в виде продуктов, пригодных для дальнейшей переработки. В результате гидролиза гемицеллю

лоз и частично целлюлозы образуются моносахариды и органические ки

слоты, доступные для биохимической утилизации, а сульфонированный лигнин щелока представляет собой высокомолекулярное поверхностно-активное вещество. Комплексная переработка органических веществ суль

фитного щелока позволяет наиболее квалифицированно использовать не

целлюлозные компоненты древесины с получением важных для народного хозяйства продуктов: белковых кормовых дрожжей, этилового спирта, жидкой и твердой углекислоты, растворителей и органических кислот, ва

нилина и сиреневого альдегида, дубителей и т. д.

При сульфитной варке целлюлозы нормального выхода из древеси

ны ели в щелоке присутствуют пять моносахаридов в следующем пример

ном соотношении, %: гексозы - манноза 50, галактоза 15, глюкоза 5; пентозы - ксилоза 25, арабиноза 5. Концентрация РВ в сульфитном щелоке от варки еловой древесины находится в пределах 2,5...3,0 %, концентрация уксусной кислоты 0,3.. .0,4 %.


Состав отработанного варочного щелока:

Концентрация сухих веществ составляет 9 - 13 %.

Зольность сухого остатка для Ca-основания ~10 %, для Mg ~7-8 %, Na ~11 %, NH4 ~2-3 %.

Органическая часть состоит из лигносульфонатов (60 - 65 %), простых сахаров (25-28 %), летучих органических веществ ~2 %.

Количество простых сахаров от древесины 12 - 15 %, редуцирующих сахаров (РВ) от массы всего отработанного щелока 2,5 - 3 %, уксусной кислоты 0,3- 0,4 %, альдоновых кислот 6,5 - 8,5 г/л, метилового спирта 0,3 - 0,6 г/л.

Сбраживаемых сахаров при варке хвойной древесины от всех РВ 65 -67 %, несбраживаемых 33 - 35 %.



При варке лиственной древесины несбраживаемых 85 - 90 % (пентозных сахаров), гексозных 10-15 %.

Сахаров в щелоке от варки лиственных пород 3,5 -4 %, уксусной кислоты 1,2 - 1,5 %.

При бисульфитной варке и выходе целлюлозы 60 % количество РВ составляет 14 - 15 % от органических веществ в щелоке, при выходе ~75 % около 10-12 %.

Прочносвязанной серы 45 - 60 %, легкоотщепляемой 25 - 30 %, тиосульфатов, политионатов, сульфитов ~14 - 20 % от общего содержания серы в щелоке.

Плотность отбираемого щелока ~1,035 - 1,055 т/м3.

Щелока выпаривают, используют в виде лигносульфонатов или сжигают для регенерации SO2 и оснований. [2]


Задачей подготовки сульфитных щелоков к биохимической перера

ботке, как и подготовки гидролизата, является полное превращение сахаров в моносахариды — питательные продукты для микроорганизмов — и создание среды, обеспечивающей возможность их активной жизнедеятель

ности. Сюда включаются операции по удалению избытка диоксида серы из щелока, его нейтрализации и обогащению питательными солями.

Подготовка щелока осуществляется следующим образом: щелок с целлюлозного завода собирается в сборнике сырого щелока. Затем, подог

ретый в теплообменнике до 95...97 °С, он подается в специальную колон

ку, где продувается паром. Обработкой щелока паром достигается извле

чение S02 (до 50 % общего содержания S02 в щелоке) и одновременное его облагораживание за счет удаления летучих компонентов (фурфурола и др.). Расход пара составляет 40...50 кг/м3 щелока. Для удаления избытка сульфата в щелоках на растворимых основаниях после обработки паром щелок окисляют кислородом воздуха, продуваемым через него в окисли

тельном баке. Затем щелок поступает в нейтрализатор, где нейтрализуется известковым молоком вначале до рН 3,5. В емкостях-выдерживателях за

вершается процесс нейтрализации и происходит укрупнение частиц СаС03 (шлама), которые затем легче осаждаются и удаляются при осветлении щелоков в отстойниках. Минеральные питательные вещества - раствор хлористого калия и вытяжку суперфосфата, необходимые для жизнедеятельности дрожжей, добавляют в выдерживатель. Осветленный щелок до температуры 35...37 °С охлаждается в теплообменниках, нейтрализуется 25 %-ным раствором аммиака до рН 4,0...5,5, одно

временно обогащаясь азотным питанием, и поступает в сборник щелока. Подготовленный таким образом щелок, имеющий указанные параметры и обогащенный питательными солями, готов к биохимической переработке. Подобно гидролизату, в гидролизном производстве его называют суслом или субстратом.

Биохимическая переработка гидролизата и сульфитных щелоков ве

дется одинаково и заключается в использовании микроорганизмов для по

лучения кормовых белковых дрожжей, этилового спирта и углекислоты, средой жизнедеятельности которым служит сусло.


6.1 ^ Производство белковых дрожжей: В основе производства кормовых белковых дрожжей лежит процесс выращивания одноклеточных микроорганизмов - дрожжеподобных грибков, или дрожжей. Рассмотрим основные факто

ры, обеспечивающие требуемое направление жизнедеятельности дрожжей и их максимальный выход.

^ Состав сред: для выращивания в промышленности применяются три вида гидролизных сред: гидролизат, сульфитный щелок, сульфитно

спиртовая барда. Они служат источником основной составной части дрожжей - углерода. В процессе жизнедеятельности дрожжи усваивают углерод из таких входящих в состав гидролизных сред соединений, как са

хара и органические кислоты (главным образом уксусная). Основное раз

личие между этими средами заключается в количестве содержащихся в них питательных веществ и в соотношении сахара (РВ) и органических ки

слот. Так, в гидролизате содержится З...3,5 % РВ и только 0,3...0,45 % ор

ганических кислот. В барде содержится РВ 0,6...0,7, органических кислот



- около 0,2 %. Состав сахаров сульфитных щелоков, барды и гидролизата также различен. В барде содержатся только пентозные сахара, в гид

ролизате и щелоке около 20 % сахаров составляют пентозы, около 80 % гексозы.

Для нормального развития дрожжей на какой-либо питательной сре

де необходимо, чтобы эта среда содержала источники всех элементов, ко

торые входят в состав дрожжевой клетки. Поэтому все питательные среды обогащаются такими элементами питания, как азот, фосфор, калий, магний и т. д. Все элементы задаются в виде солей в определенном количестве. Для обеспечения 50 %-ного выхода дрожжей от РВ следует задать не ме

нее 4 % азота и 2 % P2Os от РВ или с учетом необходимого избытка -5 % азота и 2,5 % P2Os от РВ сусла. Соли дозируются в сборник сусла или ино-куляторы в виде водного раствора, в котором отдельные элементы нахо

дятся в том соотношении, в каком их надо задать для дрожжей.

В гидролизной промышленности используют следующие химикаты-источники питательных солей: аммиачную воду (с содержанием азота 16...20 %); сульфат аммония (с содержанием азота 20 %); диаммонийфосфат (с содержанием 50 % усвояемой Р205 и 13,5 % азота); суперфосфат (19...20 % Р205); хлористый калий (61 % калия в пересчете наК20).

Кислотность среды: оптимальным рН, при котором дрожжи, быст

ро развиваясь, дают высокий выход биомассы, принимается 3,8.. .4,6.

Температура: оптимальная температура выращивания дрожжей за

висит от их расы. Для принятых в промышленности культур она находится в пределах, °С: Candida scottii 37.38; Candida tropicalis 34...36; Candida utilis 30...32.

Время роста: время роста дрожжевой клетки определяет выход дрожжей от РВ и производительность инокулятора. При соблюдении ре

жима, отвечающего поддержанию оптимальных параметров, для удвоения биомассы дрожжей достаточно 2 ч. Практически на гидролизных средах время роста дрожжей находится в пределах 3,5...5 ч, меньшее значение для выращивания на средах с содержанием РВ < 1 % и большее при выра

щивании на средах с РВ 2...3 %.

^ Расход воздуха и производительность инокулятора: Воздух явля

ется источником кислорода и одновременно служит для перемешивания содержимого инокулятора. В промышленности расход воздуха принят около 25 м3 на 1 т товарных дрожжей. На заводах эта цифра колеблется от 17 до 40 м3/т.

Инокуляторы с аэрлифтной системой распределения воздуха обеспе

чивают высокую производительность. В промышленности достигнута вы

работка товарных дрожжей на инокуляторах вместимостью 320 м3 5 т в су

тки, а на инокуляторах вместимостью 600 м3 9... 10 т в сутки.


6.2 Производство этилового спирта и углекислоты: Этиловый спирт получают переработкой гидролизатов и сульфитных щелоков от варок древесины хвойных пород, содержащих гексозные (сбраживаемые) моносахариды. Спиртовое брожение осуществ

ляется с помощью фермента зимазы (спиртообразующих дрожжей), рас

щепляющего гексозные сахара до этилового спирта и углекислого газа:


C6H1206->2C2H5OH + 2С02


Из суммарной реакции спиртового брожения следует, что из 110 кг гексоз может быть получено 51,14 кг этилового спирта или при плотности спирта 0,792 г/см3 и температуре 15 °С- 69,34 л. Реальный же выход вслед

ствие побочных реакций не превышает 61л (по бражке). При этом в браж

ке наряду с этиловым содержится от 4 до 7 % метилового спирта. Броже

ние ведут непрерывным методом при температуре 32...35 °С в бродильной батарее, состоящей из двух параллельно работающих головных чанов и одного дображивающего (хвостового) чана. Вместимость каждого чана в среднем равна 300 м3. Для улавливания образующегося углекислого газа головные чаны закрывают.

При брожении сусло непрерывно подается сверху в головные чаны и смешивается в них с непрерывно поступающей дрожжевой суспензией. Концентрация дрожжей в этих чанах 15...20 г/л (в пересчете на прессован

ные). Бродящую жидкость из головных чанов 

непрерывно подают в доб

раживающий чан, в котором завершается процесс брожения, и далее на се

параторах отделяют дрожжи от сульфитно-спиртовой бражки, содержащей спирт в концентрации 1...1,3 %. Отделенную на сепараторах дрожжевую суспензию возвращают в головные чаны, сульфитно-спиртовую бражку направляют в брагоректификационное отделение. Продолжительность брожения 6...8 ч.

Отгонка и очистка спирта осуществляются в брагоректификационном отделении, где имеются перегонные и ректификационные колонны. В общем случае процесс представляется отгонкой спиртовой фракции (эти

ловый и метиловый спирт) паром в бражной колонне. Обесспиртованное сусло (спиртовая барда) поступает в дрожжевой цех, а спиртовой конден

сат направляют в специальную колонну (эпюрационную) для удаления из него эфиров и альдегидов и затем направляют в спирторектификационные колонны. В этих колоннах этиловый и метиловый спирты разделяют, кон

центрируют, очищают и получают на выходе товарные продукты.

При спиртовом брожении образуется в качестве побочного продукта углекислый газ в количестве 96 % массы спирта. Этот газ улавливают и после очистки превращают в жвдкую или твердую углекислоту. Выход продукта составляет 50...60 % теоретического. Производство углекислоты высокорентабельно.

Выходящий из бродильных чанов газ собирают в газгольдере. Тех

нология получения жидкой углекислоты включает операции чистки, компримирования и конденсации газа. Для очистки газ последовательно про

пускают через ряд колонок, в которых окисляют разбавленным раствором КМn04 содержащиеся в углекислоте летучие органические вещества, про

мывают газ водой, обезвоживают его в слое древесного угля и освобожда

ют от пахнущих примесей, сорбирующихся на активном угле.

Очищенный газ сжимают в компрессоре в три ступени, после

довательно увеличивая давление до 490, 1770 и 7000 кПа, охлаждая в хо

лодильнике и дополнительно очищая его после каждой ступени сжатия. Сухой углекислый газ, сжатый до 7000 кПа, охлаждают водой и при кри

тической температуре 27,8 °С конденсируют в жидкость, которой запол

няют баллоны. [1]


  1. ^ Сортирование и очистка целлюлозы.

Целлюлоза после варки в своем составе содержит остатки от крупной непроварившейся щепы, сучки, пучки волокон, кусочки коры, случайные металлические включения, минеральные примеси в виде песка, кусочков цемента, керамики и пр. Загрязняющие целлюлозу вещества имеют различные размеры, форму и физические свойства. Количество сора зависит от качества щепы, породы древесины, способа варки, степени провара целлюлозы, метода обогрева варочного котла. Целлюлоза нормального выхода после варки и промывки подвергается сортированию и очистке без предварительного горячего размола, но желательно при этом сучки и непровар отделить от целлюлозы перед промывкой для повышения эффективности промывки. Целлюлоза высокого выхода и полуцеллюлоза после варки поступают на горячий размол и последующее грубое и тон-кое сортирование перед промывкой целлюлозы. Отходы сортирования дополнительно размалываются до 13-15 °ШР и поступают в поток массы перед первой ступенью сортирования. Грубое и тонкое сортирование осуществляется обязательно в две ступени, т.е. отходы от первой ступени разбавляются и направляются с меньшей концентрацией на вторую ступень сортирования. Хорошая масса от второй ступени присоединяется к отсортированной массе с первой ступени сортирования, а отходы от второй ступени идут на переработку. Двухступенчатое сортирование при грубом и тонком сортировании позволяет повысить выход хорошей массы и снизить количество соринок в целлюлозе первого сорта. Очистку целлюлозы от неволокнистых включений производят в 3-4 ступени на центробежных очистителях, т.е. отходы от первой ступени после разбавления поступают на вторую ступень, отходы от второй ступени – на третью ступень и т.д. С последней ступени центробежных очистителей отходы идут в сток, а очищенная масса на повторную очистку.



Для обессмоливания целлюлозы, что свойственно для кислых способов варки, применяют смолоотделители. Это сортировки, работающие при очень низкой концентрации массы (0,2-0,3 %).

Для грубого сортирования целлюлозы после варки используются сортировки, работающие при концентрации массы 2-4 % и имеющие отверстия размером от 4 до 10 мм. Чем выше требования к целлюлозе по сорности, тем меньше величина отверстий на поверхности сортирования.

При тонком сортировании сортировки работают при концентрации массы 1-3 %, а величина отверстий зависит от породы древесины. При сортировании хвойной целлюлозы, имеющей длину волокон (трахеид) 1,5-4,5 мм, величина отверстий составляет 1,5-3 мм, а при сортировании лиственной целлюлозы, у которой длина основных элементарных клеток (либриформов) составляет 0,5-1,5 мм, а длина клеток сосудов 0,3-0,7 мм, размеры отверстий сит находятся в пределах 1-2 мм.

Очистка целлюлозы от неволокнистых включений осуществляется на центробежных очистителях при концентрации массы 0,5-0,6 %. Масса под давлением 0,35-0,45 МПа по касательной подается в центриклинер, где она разделяется на два потока. Очищенный поток поступает на сгущение, а поток отходов, который составляет 15-25 % от поступившей массы, разбавляется оборотной водой и поступает на вторую ступень центробежных очистителей; отходы от второй ступени после разбавления поступают на третью ступень, и т.д. Обычно бывает 3 – 4 ступени очистителей. Отходы от последней ступени идут в сток, а очищенная масса в оборот на повторную очистку.

Допускаемое количество сора в целлюлозе зависит от марки вырабатываемой целлюлозы. В зависимости от этого находится количество отходов, выводимых при грубом, тонком сортировании и очистке целлюлозы. При сортировании и очистке целлюлозы после кислых способов варки количество отходов сортирования увеличивается до 7 - 7,5 % при выработке целлюлозы, предназначенной для отбелки с выводом мелкого волокна, составляющего около 3 %, на котором удерживаются частицы смолы. При кислых варках смола не растворяется в варочных растворах и имеет тенденцию скапливаться на мелком волокне. А без вывода мелкого волокна выход сортированной и очищенной целлюлозы составляет 94 - 96 %, т.е. количество отходов приближается к количеству отходов при сульфатной варке целлюлозы низкой и средней жесткости и составляет 4 - 6,5 %.

Качество сортирования и очистки определяется подсчетом количества соринок на 1 м2 целлюлозы. Размер соринок регламентируется ГОСТом на производимую целлюлозу.

Сортирование и очистка целлюлозы связаны с высоким разбавлением массы по потоку, поэтому экономия свежей воды должна быть обязательной. Отсортированная и очищенная масса идет на сгущение для того, чтобы возможно было ее аккумулировать, т.е. создавать запас в бассейнах на 4 - 16 ч работы последующих цехов. А для создания запаса массы даже при средней концентрации (8 - 12 % волокна) при 4-часовом запасе для завода, производящего 500 т/сут объем башни составит около 500 - 600 м3. При сгущении массы отделяется большой объем оборотной воды, содержащей волокно, в количестве 40 - 70 мг/л. Вода оборотная должна быть полностью использована по потоку для разбавления массы перед грубым, тонким сортированием и очисткой целлюлозы. Если ее недостаточно, то тогда добавляют свежую воду, а если избыток, то направляют в другие отделы для разбавления массы или промывки целлюлозы. Свежая вода всегда подается только на сгустители для промывки фильтрующей поверхности. [1]



  1. ^ Основное оборудование, его характеристика.

Сульфитную целлюлозу варят в специальных варочных кот

лах, куда помещают подготовленную щепу и заливают ее вароч

ной кислотой. Обычный варочный котел — периодически дейст

вующий аппарат, обогреваемый острым, иногда глухим паром. Объем варочных котлов, наиболее распространенных в настоя

щее 

время, составляет 200, 280, 320 м3.

На рис. 3 показан общий вид типового варочного котла. Внутренняя поверхность стальных котлов защищается от корро

дирующего действия варочной кислоты специальной кислото

стойкой обмуровкой. В последнее время начинают применять котлы из биметаллических материалов: основа — обычная сталь и внутренний слой — кислотоупорная сталь (металл по металлу).

В верхней и нижней части котла имеются горловины со штуцерами. Верхняя служит для наполнения котла щепой и за

крывается крышкой, закрепляемой болтами. Основное назначе

ние нижней горловины — выгрузка массы по специальному тру

бопроводу в резервуары (сцежи). К верхней горловине при по

мощи системы тройников подключаются коммуникационные тру

бы для подачи варочной кислоты и воды, отвода сдувочных га

зов, сообщения с атмосферой, подачи пара для пропитки. В нижней горловине имеются штуцеры для отбора щелока, а также для подачи варочной кислоты и воды. Штуцеры уста

новлены также и в корпусе ва

рочного котла: в верхней части для перепуска избыточной жид

кости, внизу для подачи пара, а иногда и для отбора щелока. В центре котла имеются шту

церы для отбора проб целлю

лозы и щелока и присоедине

ния контрольно-измерительных приборов, предназначенных для измерения температуры и давления. [3]


Рис 3. Общий вид варочного котла с бункером и сцежей:

1-корпус котла

2-верхняя горловина

3-нижняя горловина

4-труба для выпуска массы

5-ввод пара

6-контороль и отбор проб

7-верхние коммуникации

8-нижние коммуникации

9-сцежа для вымывки

10-бункер для щепы

11-штуцер для отвода жидкости




9. Список использованной литературы

1. Ковернинский И. Н. “Комплексная химическая переработка древесины”. Учебник для вузов/ АГТУ. Архангельск, 2002;

2. Новикова А. И. “Производство волокнистых полуфабрикатов”. Учебное пособие/ ГОУВПО СПбГТУРП. СПб., 2006;

3. Славянский А.К. “Химическая технология древесины”. Учебное пособие/ ГОСЛЕСБУМИЗДАТ. Москва, 1962.


Реклама:





Скачать файл (307.8 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru