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%
H2S04, 0,5... 1% HCl, |
T = Ю0...125°С, т |
= 2...5 |
час) или вода |
(Т = 140...180°С, т = |
0.5...3 час). При |
водном |
предгидролизе |
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