2.3.6 Хранение массы, запасы массы
Мешальные бассейны для бумажной массы имеют различное назначение. Приемные бассейны служат для хранения волокнистой массы, поступающей на бумажную фабрику из полуфабрикатного завода (целлюлозного, древесно-массного), и имеют назначением создание необходимого буферного запаса неразмолотой массы, обеспечивающего непрерывность технологического процесса. Промежуточные бассейны устанавливаются между отдельными ступенями размола массы. Смесительные бассейны служат для смешения между собой волокнистых компонентов массы, проклеивающих веществ, наполнителей, красителей и прочих.
Эти бассейны снабжены мешальными устройствами, обеспечивающими весьма энергичное перемешивание массы в отличие от мешальных устройств других бассейнов, в которых должно быть обеспечено лишь поддержание твердой фазы во взвешенном состоянии и равномерность ее концентрации во всем объеме бассейна. Машинные бассейны хранят массу, прошедшую уже все стадии технологического процесса в размольно-подготовительном отделе. Мешальные бассейны бывают вертикального и горизонтального типов с лопастными или чаще пропеллерными перемешивающими устройствами. Их изготовляют из железобетона.
Внутреннюю поверхность бассейнов железнят или облицовывают глазурованными плитками. Вместимость приемных бассейнов определяется на каждом предприятии в зависимости от местных условий и должна обеспечивать бесперебойную работу. На современных крупных предприятиях устанавливают приемные бассейны большой вместимости (до 2000 м3) непосредственно на улице. На рисунке 10 представлена схема вертикального приемного бассейна, заполняемого массой высокой концентрации (8 - 1 %).
Рисунок 10 – Схема вертикального приемного бассейна
1 – бассейн; 2 – реле; 3 – регулятор концентрации массы; 4 – датчик регулятора; 5 – пропеллер; 6 – зона разбавления и перемешивания массы; 7 – сгущенная масса
Масса поступает в бассейн сверху и, перемещаясь вниз, поступает в зону разбавления 6, где оборотная вода разбавляет массу до концентрации 3 – 5 %, а пропеллер 5 обеспечивает надлежащее перемешивание разбавленной массы. Из бассейна масса вытекает по трубе и подается насосом в мешальный бассейн (бассейн регулированной концентрации). Концентрация массы автоматически регулируется регулятором 3. На рисунке 11 представлена горизонтального мешального бассейна с пропеллерным размешивающим устройством.
Оптимальная концентрация массы в таких бассейнах 3 - 3,5 %. Превышение этой концентрации приводит к резкому увеличению расхода энергии на циркуляцию массы. Для равномерного смешивания всех компонентов бумажной массы в заданном соотношении их следует подавать в смеси- тельный бассейн только после тщательно отрегулированной концентрации и через регуляторы расхода (лучше электромагнитные расходомеры, связанные между собой реле соотношений). Все компоненты должны поступать в смесительный бассейн в одно место — в зону турбулентного движения у размешивающего устройства. Размеры мешальных бассейнов обычно меньше, чем приемного. При непрерывном и хорошо автоматизированном производстве, при поступлении массы однородной концентрации и постоянного количества машинный бассейн может быть рассчитан на вместимость, соответствующую 30 – 45 мин работы бумагоделательной машины. При периодическом способе производства для обеспечения надлежащей однородности используемой бумажной массы вместимость машинного бассейна должна быть рассчитана не менее чем на полуторачасовую работу бумагоделательной машины.
Рисунок 11 – Схема сдвоенного горизонтального мешального бассейна
1 – ванна; 2 – пропеллеры, 3 – электродвигатели.
2.4 Отбелка целлюлозы
Сульфитная целлюлоза после варки имеет желтовато-серый цвет, а сульфатная – коричневый. Цвет целлюлозе придают окрашенные соединения лигнина. Задача отбелки придать целлюлозе белизну. При отбелке, окрашенные соединения реагируют с химикатами и переходят в раствор.
Отбеливающие реагенты: хлор, гипохлориты Nа и Са (NaOCl, Ca(OCl)2), ди-
оксид хлора ClO2. При отбелке этими реагентами в водоемы сбрасываются сточные воды, содержащие токсичные хлорпроизводные органические соединения. Поэтому в настоящее время внедряют кислородно-щелочную отбелку. Отбелка кислородом экологически безвредна, но требует большие капитальные затраты на переоборудование отбельных цехов.
Химические процессы при отбелке:
- хлорирование: лигнин + Cl2 → хлорлигнин (оранжевого цвета, в воде не растворяется, но растворяется в щелочи).
- окисление Cl2 + H2O → HCl + HClO и лигнин + О → окисленный лигнин
При растворении хлора в воде образуется хлорноватистая кислота HClO. Она не стойкая, разлагается с выделением атомного кислорода. Он активен, поэтому окисляет лигнин. Окисленный лигнин переходит в раствор.
Отбелку проводят в отбельных башнях. Башни бывают двух видов:
- с ходом массы снизу вверх (работают при низкой концентрации до 0,5 %);
- с ходом массы сверху вниз (при высокой концентрации 10 – 14%).
Башни имеют вертикальную цилиндрическую форму из стали, внутри облицованы кислостойким материалом: резиной или керамической плиткой. Дно башни плоское. В центре башни внизу имеется конус, чтобы не застаивалась масса в центре. В башнях высокой концентрации в нижней части масса разбавляется водой, подаваемой через кольцевой спрыск. Для размешивания массы в нижней части имеются пропеллерные мешалки.
Отбелку ведут в 3-8 ступеней, в зависимости от вида целлюлозы:
1 ступень: хлорирование – обработка хлором;
2 ступень: щелочение – обработка NaOH, для растворения образующегося при хлорировании хлорлигнина;
3 ступень: гипохлоритная отбелка;
4 ступень: обработка диоксидом хлора ClО2 – дает высокую степень белизны, не снижает прочность целлюлозы.
Перечисленные стадии могут повторятся, но 1 и 2 стадии присутствуют всегда. В конце отбелки иногда еще проводят одну стадию: 5 стадия: кисловка - обработка HCl, для стабилизации белизны и уменьшению зольности целлюлозы.
Рисунок 12 – Схема отбелки целлюлозы
1 – бассейн; 2 – регулятор расхода; 3 – башня хлорирования; 4 – башня щелочения; 5 – башня гипохлоритной отбелки; 6 – башня отбелки диоксидом хлора; 7 - смеситель; 8 – вакуум-фильтр.
Такая ступенчатая отбелка позволяет получить высокую степень белизны с незначительным уменьшением прочности целлюлозы. После каждой ступени цел-
люлозу промывают на вакуум-фильтрах для отделения продуктов реакции.
2.5 Сушка целлюлозы
Если целлюлоза предназначена для продажи, то ее высушивают до воздушно-сухого состояния С = 88 %.
Для сушки применяются машины называемые пресспатами. Конструкция пресспатов напоминает бумагоделательную машину. Скорость пресспата до 200 м в минуту. Пресспат служит для отлива из целлюлозной массы полотна и его высушивания. Пресспат состоит из 3 частей: сеточной; прессовой; сушильной. За пресспатом устанавливают саморезку для разрезания полотна на листы.
Сеточная часть служит для формирования целлюлозного полотна и для его обезвоживания до сухости 22–25%. Сеточная часть включает: напускное устройство и сеточный стол. Напускное устройство состоит из потока распределителя и напорного ящика. Напорный ящик служит для равномерной подачи массы на сетку со скоростью равной скорости сетки. В нижней части ящика есть напускная щель.
Рисунок 13 – Схема устройства сеточной части
1 – напорный ящик; 2 – грудной вал; 3 – сетка; 4 – регистровые валики; 5 - отсасывающие ящики; 6 – гауч-вал; 7 – прижимной вал; 8 – сетковедущий валик; 9 - желоб для регистровой воды; 10 – подсеточная ванна.
Сеточный стол образован бесконечной сеткой из металла или синтетического нейлона. Сетка натянута на два вала: грудной вал и гауч-вал. Верхняя часть сетки поддерживается регистровыми валиками и отсасывающими ящиками, а нижняя сетковедущими валиками. 80% воды стекает на регистровых валиках за счет собственного веса. На отсасывающих ящиках вода удаляется за счет вакуума. На гауч-вале за счет вакуума и давления верхнего прижимного валика.
Прессовая часть служит для формирования обезвоживания до сухости С = 43–45% полотна. Состоит из 3-4 прессов и подогревательных цилиндров, расположенных между 2 и 3 прессом и 3 и 4. Подогрев полотна способствует повышению сухости полотна, так как с повышением температуры вязкость воды уменьшается, и она лучше стекает с полотна. Каждый пресс состоит из двух волов и шерстяного сукна, движущегося по сукноведущим валикам. Нижний вал пресса отсасывающий. Это перфорированная стальная труба внутри которой расположена неподвижная вакуум-камера, соединенная с вакуум-насосом через водоотделитель. Нижний вал расположен на неподвижных опорах, он соединен с электродвигателем. Верхний вал расположен на рычагах, его можно поднимать, опускать и прижимать. Он вращается за счет трения о нижний, имеет шабер для очистки от накопившихся волокон, а также для предотвращения наматывания волокна при обрыве.
Сушильная часть служит для окончательного обезвоживания С = 88%. Есть два метода сушки: контактный и конвективный.
Рисунок 14 – Схема устройства прессовой части
а - газетной, писчей и типографской бумаги Х2 1 и К 2 на скорости до 1200 м/мин; б - писчей и типографской бумаги К 1 и К 2 на скорости до 600 м/мин; в- бумаги для гофрирования, метлочной, картона тарного на скорости до 750 м ‚мин; г – бумаги оберточной одн гладкости; д - картона коробочного.
При контактном методе сушка ведется на горячих сушильных цилиндрах, обогреваемых паром (диаметр 1,5 м). Цилиндры располагают в 2, 3 или в 5 ярусов в шахматном порядке. Полотно проходит по цилиндрам постепенно, высушиваясь. Влажный воздух отсасывается из-под колпака вытяжным вентилятором.
При конвективной сушке сушильная часть имеет вид герметичного сушильного шкафа, в котором полотно движется в горизонтальном направлении по 17 ярусам. На полотно сверху и снизу из поддувных коробок подается горячий воздух. Каждый ярус образован поддувными коробками и поворотными валиками. В поддувные коробки вентиляторами нагнетается воздух t=175°С. Воздух нагревается в паровых калориферах. Влажный воздух отсасывается из сушильного шкафа вытяжным вентилятором. Он проходит через теплообменники, где отдает тепло воздуху, забираемому из атмосферы и подаваемому в сушильный цех. Саморезка служит для разрезания полотна на листы (механизм продольной и продольной резки).
2.6 Регенерация химикатов
2.6.1 Выпаривание черного щелока
При сжигании щелоков в современных содорегенерационных агрегатах необходимо упаривать щелок до концентрации 60 – 65 % сухого вещества.
Для выпарки черных щелоков применяют многокорпусные вакуум-выпарные установки. Принцип действия многокорпусной выпарки состоит в том, что в последовательную работу включаются несколько выпарных аппаратов (корпусов); свежий греющий пар подается лишь в первый корпус, а остальные корпуса обогреваются вторичным (или соковым) паром из предыдущих корпусов.
Перед выпаркой щелок проходит стадии подготовки.
1) Отделение мыла. Перед подачей на выпарную станцию черный щелок должен быть возможно полнее освобожден от содержащегося в нем мыла. Присутствие в щелоке мыла ведет к сильному вспениванию щелока в выпарных аппаратах и к потере щелочи с перебросами пены из корпуса в корпус.
Удаление мыла из щелоков производится путем отстаивания в больших баках, служащих одновременно буферными аккумуляторами резервного запаса щелока. Сульфатное мыло представляет собой смесь натриевых солей смоляных и жирных кислот. В качестве мылоотделителей применяют плоские и цилиндрические аппараты.
2) Отделение мелкого волокна. Мелкое волокно при упаривании щелока способствует образованию отложений на внутренних поверхностях кипятильных труб, что резко снижает коэффициент теплопередачи. В отдельных случаях отложения могут полностью закупорить кипятильные трубы. Кроме того, мелкое волокно забивает сетки сепараторов, затрудняя отделение щелока от сокового пара. Наиболее широкое распространение для удаления из щелока мелкого волокна получили барабанные фильтры.
3) Окисление черного щелока. Черный щелок после сульфатной варки содержит значительные количества неизрасходованного сульфида натрия. При выпарке в условиях вакуума в последних корпусах выпарной батареи усиливается водный гидролиз остаточного сульфида с выделением сероводорода:
Na2S + H2O =2NaOH + H2S.
Сероводород уходит с выхлопными газами вакуум-насосов и частично растворяется в конденсаторах вторичного пара. В результате происходит значительное загрязнение сточных вод и атмосферного воздуха, растут потери серы, что в конечном счете снижает сульфидность варочного щелока, и усиливаются явления коррозии выпарных аппаратов. Чтобы воспрепятствовать названным отрицательным последствиям, производят продувку воздухом черного щелока перед выпаркой. При этом сульфид натрия окисляется в тиосульфат и другие продукты, которые хотя и могут подвергаться гидролизу, но без выделения сероводорода.
Основной процесс, происходящий при окислении черного щелока воздухом:
2Na2S + 2O2 + H2O = 2NaOH + Na2S2O3 + 900 кДж.
Промышленные окислительные установки для сульфатного черного щелока можно разделить на три типа: пенные, пленочные (контактные) и турбулентные.
Для выпарки сульфатных и натронных щелоков применяются вертикальные выпарные аппараты пленочного типа с длинными трубами. По конструкции их можно разделить на одно-, двух- и трехходовые, по принципу действия – на аппараты с восходящей и падающей пленкой.
|
1 – верхняя щелоковая камера; 2 – кипятильник; 3 – патрубок отвода вторичного пара; 4 – сепаратор; 5 – нижняя камера; 6 – штуцер выхода сгущенного щелока; 7 – решетка; 8 – патрубок удаления конденсата; 9 – штуцер входа греющего пара
|
Рисунок 15 – Выпарной аппарат с падающей пленкой системы Лурги
Щелок поступает в верхнюю щелоковую камеру 1 и стекает по стенкам кипятильных труб в виде пленки, подгоняемой образующимся паром. В сепараторе вторичный пар отделяется с помощью решетки 7 и отводится через патрубок 3. Сгущенный щелок собирается в нижней камере 5 и выводится через штуцер 6. Греющий пар входит в кипятильник через штуцер 9, конденсат удаляется через патрубок 8.