Непенин Н.Н., Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы. В 3-х т. Том 3. Очистка, сушка и отбелка целлюлозы. Прочие способы получения целлюлозы

Подождите немного. Документ загружается.

орошаемый холодной водой, которая имеет температуру около

С.

этих

условиях

растворимость

СЮз

значительно лучше,

чем

хлора,

что и

дает

возможность добиться достаточно полного

их

разделения. Уходящий

из

абсорбера непоглощенный хлор направ-

ляют

на

приготовление раствора гипохлорита натрия

во

втором

абсорбере, орошаемом раствором NaOH. Полученные

абсорберах

растворы диоксида

хлора

гипохлорита собираются

баках,

от-

куда перекачиваются

на

производство.

Недостатком способа

Мэтисона

является

образование

довольно больших

количеств вредного

для

окружающей среды

кислого

остатка

На не-

которых

сульфатцеллюлозных

предприятиях

этот

отход

используют

для

раз-

ложения сырого

сульфатного

мыла

вместо

бисульфата

серной кислоты.

Од-

nako

при

этом

систему регенерации вводится заметное количество хлори-

дов, которые попадают

и в

варочный котел, вызывая повышенную коррозию.

Другим довольно распространенным способом получения

диоксида

хлора

является

способ

Дэя и

Кестинга

(рис. 136).

основе способа лежит реакция восстановления

Хло-

рата

соляной кислотой:

NaClO.j

-2HCl-^NaCI

0.5С1,

СЮ,

-'-

О.

Хлорат получается

за

счет горячего электролиза поваренной

соли,

что

удешевляет расходы

на

химикаты,

но

увеличивает рас-

ход

электроэнергии. Реакция ведется

батарее керамических

ре-

акторов,

установленных ступенчато

работающих противотоком:

первый верхний реактор подается смесь горячего раствора хло-

рата

из

электролизера

концентрированной

соляной кислоты,

раствор последовательно перетекает

из

одного реактора

дру-

гой,

причем

последний, нижний

реактор

подается

пар для до-

полнительного

подогрева,

а в

средний

—

воздух

для

более

полного

окисления

хлороводорода.

Температура

реакторах

составляет

(начиная

верхнего)

35, 50, 70, 75,

82—83

100—102°С.

Размеры

реакторов: диаметр

1,2 м,

высота

1,5 м.

Газовая смесь, содержа-

щая

хлор

диоксид хлора,

из

верхнего реактора поступает

аб^

сорбер, орошаемый холодной водой,

которой растворяется дио-

ксид хлора

небольшое количество хлора. Получаемый

раствор

содержит

3—5

С1С>2

в 1

дм

Не

поглощенный

абсорбере хлор

так же, как и в

предыдущей

схеме,

используется

для

приготовле-

ния

гипохлорита.

Вся

система

работает

под

разрежением,

созда-

ваемым вакуум-насосом, установленным

на

выхлопе

отработанных

газов

атмосферу. Отработанный раствор

из

нижнего реактора

Рис

136

Схема приготовления

диоксида

хлора

по

методу

Дэя и

Кестинга:

-л

электролизер

для

горячего

электролиза;

2 —

приемный

бак;

—

теплообменник;

—

керамические

реакторы;

5—

абсорберы,

6 —

баки

291

возвращается

резервуар

для

раствора

хлората,

поступающего

из

электролизеров. Часть раствора

из

этого

резервуара

прокачи-

вается

насосом

через

теплообменник, охлаждаемый

холодной

во-

дой.

Реакция

превращения

NaCl

хлорат

при

горячем

электроши-

зе

сопровождается

образованием больших количеств

водорода:

NaCl

ЬН,О

NaC!O

6Н

Водород

не

находит применения

выбрасывается

атмосферу.

Выход

диоксида

хлора

из

хлората

составляет

примерно

85%

от

теоретического. Удельные расходы

на 1 т

диоксида хлора состав-

ляют: электроэнергии

14000

кВт-ч,

соляной кислоты

(в

расчете

на

100% НС1) 1600

кг,

хлората

натрия

1700

кг,

пара

(давлением

0,3

МПа)

4 т.

Способ

Дэя и

Кестинга

экономически

оправдывает-

ся при

сравнительно большой производительности установки

и на-

личии

дешевой

электроэнергии

[8, с.

30].

Модификацией этого

метода

является

установка

фирмы

«Кребс»,

использованная

на

Усть-Илимском

ЛПК. Установка

работает

на

привозном

хлорате; производительность

се

составляет

3750

диоксида хлора

год.

Вместо

батареи

керамических реакторов использован

титановый

реактор

ци-

линдрической формы диаметром

2,3 м,

высотой 10,4

м.

Удельные расходы

на

диоксида хлора

способе Кребс несколько

выше,,

чем ири

методе

Дэя

Кестинга:

хлората

натрия

2,1 т.

соляной кислоты

(на

100%

НС1)

2,5 т.

Согласно исследованию

К-

Д-

Добрышина

[8, с. 32] при

восстановлении

хлората соляной кислотой

оптимальное

молярное соотношение

их

количеств

должно составлять 1:3. Температура

первой стадии

процесса

должна

под-

держиваться

на

уровне

35°С,

конце

— не

ниже

80°С.

Эти

условия

обеспе-

чивают

выход

диоксида хлора около

92% от

теоретического,

использование

хлората

достигает

99%.

Кроме

упомянутых, некоторое

практическое

применение

для

получения

ди-

оксида хлора нашли способы Сольвея

(восстановление

хлората

метиловым

спиртом

присутствии серной кислоты), Персона (восстановление

хлората

сульфатом хрома), Рэпсона

Всймана (восстановление

хлората

хлоридами

диоксидом серы),

ЛТИ

ЦБП

(восстановление

хлората

кальция

хлором)!

{8,

с. 35; 31, с.

70].

4.1.5.

Приготовление

растворов

пероксида

щелочи

Для

приготовления

раствора пероксида

водорода

добавлением

всех

необходимых химикатов

на

современных предприятиях применяют

непре-

рывно

действующие установки, обычно полностью автоматизированные (рис.

137). Основную часть установки составляет четырехкамерная ванна

выпол-

ненная

из

нержавеющей стали [31,

с.

70].

Три

первые камеры

по

ходу

раст-

вора снабжены мешалками

Вода,

необходимая

для

разбавления, дозиру-

ется мерником

Сухой

сульфат

магния

поступает

камеры ванны

через

питатель

4. В ту же

камеру направляется силикат натрия

через

дозатор

Концентрированный

раствор пероксида

водорода

(пергидроль)

через

свой

до-

затор

поступает

во

вторую

камеру,

где вся

смесь перемешивается

откуда

292

Рис

137. Схема установки

для

при-

ютов.юння

асроксидии.ч

растворов

перетекает

третью камеру, куда

iepci

дозатор

подается нужное

для

регулирования

рН

количество

серной

кислоты. Готовый раствор

пероксида

со

всеми добавками, раз-

веденный

до

нужной концентрации

(20—40

кг/м

собирается

сборни-

ке

дроке

ид

натрия

(NaOH)

може!

поступать

на

предприятия

твердом

виде

стальных бараба-

нах

массой

200 кг или

виде кон-

центрированного

водного раствора, залитого

цистерны. Барабан

твердым гид-

роксидом

натрия

предварительно

вскрытой

крышкой захватывается механиче-

скими

клещами

передвигается талью

баку-растворителю.

Центробежный

насос

перемешивает

воду

растворителе, причем

вода

подогревается прямым паром.

По-

лученный

после растворения крепкий раствор гидроксида натрия

при

концент-

рации

300—400

кг/м

разбавляют

баках

2—3

раза

оставляют

отстаи-

ваться

течение

1—2

суток

для

осаждения нерастворимых примесей

гидрок-

сида

железа.

После отстаивания осветленный

раствор

сливают

перекачи-

вают

расходные баки.

При

операциях холодного облагораживания

целлю-

лозы концентрацию NaOH

баках

поддерживают

на

более

высоком

уровне

(200—250

кг/м

чем при

расходовании

его на

другие цели

(50—100

кг/м

4.2.

АППАРАТУРА

ДЛЯ

ОТБЕЛКИ

ОБЛАГОРАЖИВАНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

4.2.1.

Отбельные

башни

недавнем прошлом различали отбельные башни периодиче-

ского

непрерывного действия,

а в

качестве периодического

от-

бельного оборудования

применяли

отбельные роллы [20,

с.

712].

настоящее время

схемах

многоступенчатой

комбинированной

отбелки используют

исключительно

непрерывно

дейст-

вующие вертикальные отбельные башни различ-

ных

типов.

По

направлению

движения

массы

башне различают

башни

движением

массы

снизу вверх

сверху

вниз.

По

концент-

папии

массы

различают

башни,

"або^ающие

при

низкой

(3—5%),

средней

(10—12%)

высокой

(14—20%)

концентрации

массы.

Кроме

того,

башни

имеют

много

конструктивных

отличий. Понят-

но, что

башни,

работающие

при

низкой

концентрации

массы,

на

каждую

1 т

проходящей через

башню

целлюлозы требуют боль-

шего

удельного обьема,

чем

башни,

которых масса обрабатыва-

ется

при

более

высокой

концентрации. Общий

же

объем башен

за-

висит

от

производительности установки

колеблется

очень

ши-

293

роких

пределах:

примерно

от 80 до

1500

даже

до

2500

Полезный объем башни,

рассчитывается

по

простой фор-

муле

где

—

производительность отбельной установки,

воздушно-су-

хой

целлюлозы

сутки;

с —

концентрация массы

башне,

т —

продолжительность обработки,

ч;

—

плотность массы,

т/м

Отбельные башни

всегда

выполняются

виде вертикальных

цилиндров; стандартное отношение высоты башни

к ее

диаметру

составляет

Я:

,0=3,5.

Поскольку

объем

цилиндра,

равен

—

j-H,

то,

принимая,

что

3,5D,

пойле

подстановки чис-

ленных

значений

.получим

V =

2,75D

откуда

Vj'2,75,

Диаметр башни является основным размером,

по

которому башню

подбирают

по

каталогу.

Башни изготовляются

стальные

или

железобетонные,

как

правило,

плоским нижним дном, опирающимся непосредст-

венно

на

фундамент.

Некоторые

конструкции башен опираются

на

специальные колонны

или

стойки, расположенные

по

окружно-

сти под

нижним днищем. Башни, работающие

под

давлением

вы-

ше

атмосферного, например башни

для

горячего облагораживания,

выполняются

только металлические.

качестве металла

для из-

готовления башен используют

нержавеющую

сталь

различных

марок

или

титан. Углеродистая сталь может применяться только

случае, если стенки башни изнутри защищаются

от

коррозии

путем гуммировки

или

покрытия стеклотканью

на

полиэфирной

смоле. Такую защиту обязательно имеют башни

для

хлорирования

гипохлоритной отбелки [26,

с.

353]. Башни

для

отбелки диоксидом

хлора чаще

всего

целиком изготовляются

из

титана;

случае

из-

готовления

их из

обычной стали стенки защищают фарфоровыми

плитками

на

полиэфирной смоле. Стенки железобетонных башен

изнутри

обязательно защищают фарфоровыми

или

глазурованны-

ми

керамическими плитками

на

химически стойкой замазке

или

же

гуммируют.

Конструкции отбельных башен очень разнообразны.

На

рис.

138

изображены конструкции стандартных башен, выпускае-

мых

отечественным машиностроением [26,

с.

306].

По

этой номен-

клатуре различают

три

основных типа

башен:

башни

без

погло-

тительной

колонки (рис. 138,

а, б, в, г,

д);

'башни

внутренней

поглотительной колонкой (рис. 138,

е, ж);

башни

наружной

по-

глотительной колонкой (рис. 138,

з).

башнях

без

поглотительной

колонки

масса дви-

жется

или

сверху вниз (конструкции

а и

б),

или

снизу вверх

(корструкщш

в, г,

д).

первом случае

размешивающее,

устройст-

во

располагается

нижней части башни

помогает

выгрузке мас-

294

Рис. 138.

Типы

отбельных башен:

перемешивающее

устройство;

—

разбавительчьм'г

спрыск;

—

гребки;

4 —

радиальный

смеситель

сы из

башни.

Во

втором случае внизу обычно имеются пропеллер-

ные

мешалки

для

облегчения

ввода

массы

смешения

ее с

хими-

катами,

а в

верхней части могут быть устроены гребки

для вы-

грузки массы (конструкция

г).

Башня типа

д не

имеет

ни

пере-

мешивающих,

ни

выгрузочных приспособлений

работает

как

поглотительная

проходная колонка

для

массы низкой концент-

рации.

Колонка

при

башне

или

внутри

ее

служит

для

предваритель-

ного смешения массы

реагентом.

башне

внутренней

ко-

лонкой

(конструкции

е и ж)

масса

совершает

два

хода:

внутри

колонки

движется снизу вверх, переливается

через

ее

край

спус-

кается

вниз

по

зазору между колонкой

стенками башни. Отно-

шение

площадей сечения колонки

башни

стандартных башнях

принято

равным 0,45

для

массы низкой концентрации

и 0,2 для

массы концентрацией

более

8%.

Башни

наружной

колон-

кой

(тип

з)

используются

для

хлорирования (при низкой кон-

центрации

массы)

или для

отбелки диоксидом хлора (при

сред-

ней

концентрации массы). Наличие колонок

для

предварительного

смешения

массы

реагентами обеспечивает равномерное прохож-

295

дение реакции

во

всем

обьсме

массы

дает возможность сокра-

щать

продолжительность

пребывания массы

башне.

На

рис. 138,

показана

схема

сдвоенной башни

для

проведе-

ния

отбелки

пшохлоритом

или

диоксидом хлора. Масса средней

концентрации

проходит первую башню снизу вверх

затем

без

промывки

передавая

винтовым конвейером

во

вторую башню,

где она

спускается сверху

вниз.

Первая башня

нижней части

снабжена радиальным смесителем, вторая имеет пропеллерное

устройство

нижней

част

для

смешения выходящей

-'чесы

разбавительной

водой.

Во

всех

башнях

движением массы

сверху

вниз продол-

жительность

обработки

легко

можно изменять регулированием

уровня

массы

башне,

что

представляет собой большое преиму-

щество.

Эти

башни удобнее

обслуживании,

так как они

позво-

Таблиц

а 28

Полезный

объем

башня,

м*

100

20)

250

)

5)0

810

МОО

1600

•2000

2500

н>тренн,!!1

дпаме.р

~.лмн

ое-,

ьолон'.и

3.0

3,0

5,0*

7м

Ь,0

ч)

10,0

вн\

рением

колонкои

—

0 0

5,0

-,,»>

г,о

8,0

ч,(,

10,1'

IId|n/KHO

КО

'ОНКО

3,0

3.6

3,0

3.0

4,0

•t,')

—

Вн\

1]>енн

inaiiL

•

колонки,

рени

___

2.2

р,п

3 0

3,0

1,5

5/;

6,0

нар-,

,11(1,1

1,2

2.0

2,2

2,t>

—

ляют вести визуальное наблюдение

за

поведением целлюлозы

(например,

за

изменением

ее

цвета)

легко отбирать пробы.

Од-

нако

они не

обеспечивают

эффективного поглощения

газообраз-

ного

реагента (хлора, диоксида хлора), если таковой выделяется

из

массы. Башни

движением массы

снизу

вверх

не

имеют

этого

недостатка,

но

менее

удобны

обслуживании

конструк-

ция

их

сложнее.

табл.

дана характеристика объемов

диа-

метров некоторых типовых отбельных башен [26,

с.

308].

На

рис.

139

показаны верхние части башен

восходящим

по-

током массы низкой

средней концентрации. Башня

для

массы

низкой

концентрации (рис. 139,

а)

имеет

верхней части распре-

296

Рис. 139. Верхние части башен

восходяшим

потоком массы:

а -

низкой

концентрации;

б —

средней

концентрации,

;—

в"р\нее

днище,

2 —

корпус,

—

кольцевой

тр\бопровод;

4 —

конус,

—

гребкозое

устройство

делительный конус, служащий

для

выравнивания потока

при вы-

ходе

массы

из

башни

отводящий

массопровод.

башни

для

мас-

сы

средней концентрации (рис. 139,

б)

масса отводится перели-

вом с

помощью гребков

на

коротком вертикальном

валу

приво-

дом; верхний конус

при

этом остается свободным,

что

облегчает

отбор

проб

через

люк.

Нижняя

часть башни

пропеллерным перемешивающим

устройством показана

на

рис. 140. Перемешивающее

устройство

виде

пропеллера

на

горизонтальном валу расположено танген-

циально

по

отношению

корпусу башни.

центре нижнего дни-

ща

имеется распределительный конус; диаметр

его в

основании

составляет

0,35—0,5

диаметра башни. Вокруг этого конуса пропел-

лер и

гоняет массу.

При

нисходящем потоке такое устройство

по-

могает

выравниванию концентрации

при

разбавлении выходящей

массы водой,

при

восходящем потоке

—выравнивает

поток массы,

поднимающийся

вверх.

Башни

типа

(см. рис. 138)

восходящим током массы снаб-

жаются

нижней части радиальным смесителем, представляющим

собой роторное колесо

зубцами

на

коротком вертикальном валу

.(рис.

141). Смеситель выравнивает поток массы средней концент-

рации

при

входе

башню снизу.

Из

изображенных

выше (см. рис. 138) типовых отбельных

ба-

шен

для

хлорирования целлюлозы могут применяться башни

внутренней

наружной поглотительной колонкой

(типа

ж \\ з).

Расчетные параметры процесса: концентрация массы

3—4%,

тем-

пература

20—25°С,

концентрация хлора

растворе

1—3

кг/м

рН

раствора

2—2,5.

Для

щелочной обработки после хло-

рирования

или

между ступенями отбелки диоксидом хлора можно

использовать башню

без

колонки типа

[38,

с.

424]. Условия про-

ведения операции: концентрация массы

10—12%,

температура

до

60°С,

концентрация

NaOH

массе

1—2

кг/м

рН

раствора

10—12.

Для

отбелки гипохлоритом рекомендуется башня

без ко-

лонки

типа

а или

башня

внутренней колонкой типа

е при со-

блюдении следующих условий: концентрация массы

10—14%,

температура

30—40°С,

содержание активного хлора

массе

2—

кг/м

рН

раствора

8—12.

Для

отбелки диоксидом

хлора

рекомендованы: башня

без

колонки типа

г,

башня

внутренней

колонкой

типа

ж или

башня

наружной колонкой типа

з.

Пара-

метры

процесса: концентрация массы

10—14%,

температура

С,

концентрация

диоксида хлора

массе

0,4—0,8

кг/м

(активного

хлора

1—2

кг/м

рН

раствора

4—6.

Для

кислотной обработки

массы

на

заключительной

стадии

отбелки

можно

использовать

башню

без

колонки типа

[38,

с.

424].

Для

горячего облагораживания целлюлозы предна-

значена герметически закрытая башня

без

колонки типа

б,

рас-

считанная

на

избыточное давление

0,5

МПа

при

температуре

до

145°С.

Расчетные условия процесса:

концентрация

массы

10—12%,

298

Рис. 140.

Расположение

башне

пе-

ремешивающего устройства пропел-

лерного типа:

—

пропеллер,

2 —

клиноременный

при-

вод;

3 —

электродвигатель;

4 —

распреде-

лительный

конус

Рис

141

Радиальный

смеситель:

—

корпус;

2 —

ротор,

3 —

статор

299

концентрация

NaOH

paciuope

от

0,5 до 2%,

рН

раствора

У—12.

наконец,

для

холодного

облагораживания

могут

использоваться башни

без

колонки типов

и г и

башня

наруж-

ной

колонкой типа

з.

Предполагаемые условия проведения

холод-

ного

облагораживания:

концентрация

массы

—

от 5 до

10%, тем-

пература

20—25°С,

концентрация NaOH

растворе

10—12%.

Та-

ким

образом, отечественное

машиностроение

настоящее время

располагает полным набором отбельных башен, обеспечивающих

выполнение

всех основных

операций

отбелки

облагораживания-

Рис. 142. Башня

типа

Сунд

комплектующим

оборудованием:

—

вакуум-фильгры;

—

двухвальный

смеситель.

—

питательный

насос-дозатор:

—

смеситель

массы

С1О

;

5 —

поглотительная

колонка;

6 —

отбельная

башня;

—

разбавн-

тельиое

сопло;

8 —

пропеллерное

перемешивающее

устройство;

9 —

массный

насос;

11 и

—

насосы

оборотной

воды

Из

зарубежных конструкций особенно большую

известность

приобрели отбельные башни типа Сунд

Камюр.

Для

примера

на

рис.

142

изображена башня

наружной поглотительной

колонкой

типа Сунд

для

отбелки диоксидом хлора вместе

со

вспомогатель-

ным

оборудованием [21,

с.

693].

Как

видно, устройство башни

от-

вечает

типу

з на

рис. 138.

Размеры-башни,

указанные

на

рис. 142,

соответствуют

полезному

объему

около

400 м

, что при

концентра*

300