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.

Рис.

164

Шестиступенчатая

отбельная

установка

Для

получения

высокобеленой

сульфатной

целлю-

лозы:

—

башня

хлорирования,

2 и 5 —

башни

щелочения,

3 —

башня

гипохлорнтной

отбелки;

4 а 6 —

башни отбелки

диоксидом

хлора;

7 —

вакуум-фильтры,

—

смесители,

9 —

бака

фильтратов;

10 —

конвейер

для

беленой

целлю-

лозы;

//—теплообменник,

—бак

горячей

воды;

—

массные

насосы

вития

схем отбелки супер-беленой сульфатной целлюлозы

белиз-

ной

до

93%-

Конечно, более

короткие

из них

имеют

преимущество-

точки зрения капитальных затрат

современная практика

отдает

им

предпочтение. Типовой следует признать

шестиступенча-

тую

схему

—Щ—Г

—Д

—Щ

—

Д,

которая получила

ши-

рокое

признание

практике американских

скандинавских пред-

приятий.

Гипохлоритная ступень

этой схеме играет роль заклю-

чительной

стадии

делигнифицирующей

обработки, сочетающей

слабое хлорирование

окислением

остатков лигнина. Стандартная

шестиступенчатая

схема является очень гибкой, пригодной

для

отбелки хвойной

целлюлоз.ы

из

древесины

разлчных

пород (вплоть

до

лиственницы)

и их

смесей. Число Каппа исходной небеленой

целлюлозы обычно составляет

30—32.

Примером может служить

шестиступенчатая отбельная установка одного канадского

сульфатцеллюлозного

завода производительностью

580

т/сут

(рис. 164).

Все

отбельные

башни

—

типа

Камюр:

для

хлорирова-

ния

отбелки диоксидом хлора

— с

восходящим потоком массы,

остальные

—с

нисходящим. Башни установлены

под

открытым

небом,

вакуум-фильтры поверхностью

67 м

каждый

— в

поме-

щении промывного

отдела,

вместе

фильтрами

для

промывки

целлюлозы после варки. Режим отбелки

по

ступеням обработки

показан

табл.

30.

Беленая целлюлоза

из

древесины хвойных

по-

род

имеет белизну

89—90%,

содержание альфа-целлюлозы 89%,

золы

0,2—0,3%,

смолы

0,15—0,25%.

Другим примером

может

служить отбельная установка одного

из

отечественных

заводов

производительностью

760 т

воздушно-

сухой беленой целлюлозы

сутки. Небеленая целлюлоза, полу-

чаемая

из

смеси древесины хвойных сибирских пород, имеет

число-

Каппа

33 и

вязкость

950

см

/г.

Отбелка

ведется

по

схеме

Х/Д—

Щ—Г—Д—Щ—Д

добавкой

при

хлорировании

С1С>2

(от об-

щего

расхода хлора).

Все

отбельные

башци

—

металлические типа

Камюр (размеры указаны

ниже);

башни

для

хлорирования

от-

Таблица

Ступень

отбелки

Хлорирование

Щелочная

обработка

....

Гипохлоритная

от'елка

. . .

От'елка

диоксидом

хлора

Добел.<а

диоксидом хлора

Темпера-

тура,

"С

1- ге

°°

•наи

'Ч1ЭОН

-Ч1ГЭ1ИЖ

-i-orodu

120

12)

240

120

240

Расход

реагентов,

мессы

абсолютно

сухой

целлюлозы

хлора

1,2

0,8

NaOH

3,2

—

0,5

332

белки

диоксидом

хлора

—

из

титана,

остальные

—

из

биметалла.

Барабанные

фильтры

для

промывки массы

между

ступенями

от-

белки—-типа

Камюр М-63,

поверхностью

176 м

(первые

два)

150

(остальные). Характеристика режима отбелки приведена

табл.

31.

Таблица

(иен

характер

стика

режима

'белки

От.еяьные

башни:

объем,

....

диаметр,

. .

выюта,

м . . . .

Риоо

реагентов,

от

абсолютно сухого

олокна

хлор

СЮ

(ь

питчах

ХЛ1

а)

NaOH

Концепт,

линя

мас-

сы,

Температура,

"С . .

Конечное

значение

рП

. .

Х"мичесте

потери

нол

окна,

% от

ис-

хо

uioii

целлюлозы

Продолжите

юность

работки, мин.

. .

х/д

750

5,5

33,0

7,7

(,4

3,5

1,0

щ,

570

5,5

32,6

2,5

1,4

120

Ступень

93J

,6,0

3),7

2,3

0,6

9,5

4,9

180

огбелки

д,

960

6,1

36,0

},L

—

3,5

0,9

24)

in.

570

5,0

32,6

1,0

11,5

0,5

120

Д.

960

6,1

36,0

1,0

3,5

0,4

240

Общие химические потери

при

отбелке

составляют

9,1%,

от

исходной

небеленой

целлюлозы,

причем

наибольшая

их

часть

(4,9%) приходится

на

долю гипохлоритной обработки. Вяз-

кость целлюлозы

процессе отбелки снижается

всего

с 950 до

870

см

/г,

т. е. на

8,5%,

что

предопределяет

относительно

неболь-

шое

снижение показателей механической прочности целлюлозы.

По

окончании отбелки

бассейне беленой целлюлозы производит-

ся

кислотная

обработка

массы небольшим количеством сернистой

кислоты

(1%

от

волокна). Конечная белизна целлюлозы

со-

ставляет

91 %.

Столь

же

часто можно

встретить

на

практике пятиступен-

чатую

схему

отбелки

X—Щ—Д—Щ—Д,

которую

также

на-

зывают типовой

или

стандартной.

От

предыдущей

она

отличается

333

Offofteu

расход

<ти&ного

(fe/iuitta

90%)

Рис

165.

Зависимость общего

расхода

хлора

на

отбелку

от

удельного

рас-

хода

хлора

на

хлорирование

при

различных

схемах

отбелки

х-щ-д-щ-Д;

Х-Щ-Г^

Д-Щ-Д.

Х-Щ-Г-Щ

-Д-Щ-Д,

Х/Д-Щ

Д-Щ-Д

«u

«i

<ь>

Рис

166

Схема 5-ступенчатой отбельной установки

производительностью

440

т/сут:

/—Сашня

хлорирования,

2 и 4

—

башни щелочения;

3 и 5

—башни

отбелки

С1О

—

вакуум фильтры;

7 —

смесители;

8 —

массные насосы высокой

концентрации;

—

бассейн

беленой целлюлозы,

—

испаритель хлора;

// —

поглотительные

ко

.тонки

Небеленая

целлюлеза

в 7

отсутствием

гипохлоритной

отбелки после первичной

хлорно-ще-

лочной

обработки.

При

работе

по

пятиступенчатой

схеме

делиг-

нификация

должна полностью заканчиваться

на

ступенях

X—Щ

[29,

Ь.

322].

Удельный

расход

хлора

на 1

единицу Каппа

при

хло-

рировании

случае схемы

X—Щ—Д—Щ—Д

общий

расход

на

отбелку

до

одной

и той же

белизны выше,

чем при

шестиступен-

чатой

схеме

(рис.

165),

но

если

ввести

на

первую

ступень

диоксид

хлор|,

то

расход

хлора

резко

снижается

[44].

'табл.

приведены усредненные американские данные

[62,

с.

6?2]

относительно режима

результатов отбелки

по

пяти-

ступенчатой

схеме

для

сульфатной целлюлозы

из

древесины хвой-

ных

пйрод.

Таблица

Стшень

отбелки

щ,

Д,

•5

СЬ

ЧаОН

сь

NaOH

С10

o£o~

«StSss

£*-

St.

ье

s ч

СО-90

—30

5-10

10—20

L'-5

Л то

|з*

§g

0.2

3-4

10-12

12—14

10—12

12—

Темпера-

тура,

'С

—

60-70

70—77

60-77

70—77

Про

01-

житель-

ность

об-

работки,

0,5—1

1—2

3 4

1-2

3-5

Конечное

значение

рН

раст-

вора

—

1,8

9-11

3 4

9- 11

3—4

Степень

белизны

целлючо-

зы,

18-28

—

75—83

—

>88

качестве примера

на

рис.

166

изображена

схема

пяти-

ступенчатой

отбельной установки одного

из

советских

заво-

дов

производительностью

440

т/сут беленой сульфатной целлюлозы

из

древесины

хвойных

пород.ГЦебелепая

целлюлоза

имеет

'исло

Каппа

28—30,

получается

из

смеси

ели и

сосны. Отбелка

ведется

по

с^емё

X—Щ—Д—Щ—Д

без

добавки диоксида

хлора

на

хло-

рирование.

Все

отбельные

башни—-из

обычной стали, типа Сунд

(размеры

указаны ниже),

тремя

горизонтальными

циркуляци-

онными

устройствами

нижней части.

Башни

для

хлорирования

отбелки диоксидом хлора снабжены

колонками

предваритель-

ного,

поглощения.

башне хлорирования масса движется снизу

вверх,

остальных

—

сверху

вниз. Башня хлорирования гуммиро-

вана)

остальные защищены фарфоровыми плитками

на

замазке

из

синтетических

смол.

После

каждой

ступени

отбелки

масса

про-

мываётсй

на

вакуум-фильтре типа Камюр поверхностью

66 м

конце

отбелки

бассейне беленой целлюлозы производится

кислртнЯя

обработка

расходом

0,3%

при

концентрации

мас-

сы

4.5%.

Конечная степень белизны целлюлозы составляет

87—88%.

Данные,

характеризующие режим

отбелки

по

ступеням,

приведены

табл.

33.

335

Таблица

Размеры

отбельных башен

характеристика

режима

белки

Отбе

ч.ные

башни

объем

диаметр,

высота,

Расхо

(

реагенои,

% or

абсо-

лютно

сухого

но

Oniict;

хлооа

гидроксида

iiaii

ия

....

диокс

да

хло

>а

. .

Температура,

°С

...

Концентрация

массы,

<\,

. .

Продолжитечыккть,

мин . .

Ступень отбелки

Зо

6,0

22,2

5,5

3,0

щ,

475

5,6

23,1

2,0

—

120

Д.

720

6,25

32,7

0,22

0,6

10—11

210

Щ,

475

5,'.

23,1

0,5

—

120

Д.

720

6,25

32,7

0..2

0,1

10 11

210

Химические потери волокна

во

время отбелки

среднем

со-

(сггавляют

9%.;

Следует

заметить,

что

стабильность белизны

при

отбелке

по

пятиступенчатой

схеме

X—Щ—Д—Щ—Д

несколько

хуже,

чем при

отбелке

по

шестиступенчатой

схеме

X—Щ—Г—Д—

Щ—Д

[27,

с.

172].

Для

улучшения стабильности белизны очень

важно

поддерживать

рН при

отбелке диоксидом хлора

па

уровне

5,5—6,

для

чего производится забуферивание добавкой небольших

количеств

NaOH

или

Однако надо признать,

что при

оди-

наковом

общем расходе хлора

при

отбелке

по

пятиступенчатой

схеме конечная белизна целлюлозы получается

на

2—3%

ниже,

чем

при

отбелке

по

шестиступенчатой

схеме

[29,

с.

324].

Высокий

уровень белизны

(88—91%)

высокую

ее

стабиль-

ность

обеспечивают

пяти-шестиступенчатые

схемы отбелки

с до-

белкой пероксидом

водорода:

X—Щ—Г—Д—П,

X—

Щ—Г—Щ—Г—П

X—Щ—Г—П—Г—П.

Однако применяются

они

производственной практике

довольно

редко.

Для

примера

табл.

приведен режим отбелки

по

схеме

X—Щ—Г—Д—П—К

на

одном

из

заводов южных штатов США, перерабатывающем

сосновую

древесину [62,

с.

673].

Как

видно

из

приведенных данных, добелка пероксидом

на

последней

ступени повышает степень белизны целлюлозы

на 4%.

Включение

схему отбелки хвойной сульфатной целлюлозы

кислородно-щелочной

отбелки

(КЩО),

как уже го-

ворилось,

позволяет перенести

на эту

стадию,

по

крайней мере

наполовину,

задачу делигнификации.

связи

этим

вдвое

сокра-

щается расход хлора

на

отбелку

и в 2

раза сокращается количест-

во

загрязнений

сточных

водах

хлорно-щелочной

обработки,

336

в том

числе хлорофенолов

хлордиоксинов.

КЩО

успешно

отбе-

ливает

мелкую костру,

что

снижает сорность целлюлозы

до и

пос-

ле

добелки.

Что

касается степени белизны целлюлозы,

то

после

кислородно-щелочной

обработки сосновой сульфатной целлюлозы

(с

расчетом удаления

50%

лигнина) белизна получается

не

выше

40—50%

такая целлюлоза

не

может считаться

даже

полубеле-

ной

[34,

с. 9].

Полубеленую целлюлозу можно получить лишь

по

схеме

КЩО—X—Щ—Г.

Нормально беленую целлюлозу

со

сте-

пению

белизны

75—85%

дают

схемы

КЩО

—

Х/Д—

Г или

КЩО

—Д

—

Д.

Включение после кислородно-щелочной

отбелки

хлорирования

добелкой диоксидом хлора (схема

КЩО—X—Д)

может повысить белизну

до

80—90%.

И,

наконец,

введение

кислородно-щелочной обработки перед

стандартной

пя-

Таблица

Pcdl

till

Clo

NaOH

Ca(OCI)

CIO

PdCXOl

peareHia,

°o

о во-

локна

5,0—

1,5

2,0

1,0-1,2

0,3 0,4

0,1

0,2

0,2'j—

0,4

£«•>'

—

3-4

12-14

13- 15

—

13—15

Темпера-

т\

—

-70

30-35

-77

-82

-г--.

isis:

б»

120

15D

30)

3)0

Ьонечное

начсние

1.5-2

9 11

8,5 9,5

;

5 6

С:епен

белизны,

24—28

—

(

7')

-86

88-90

-9)

тиступенчатой

схемой,

т. е.

отбелка

по

схемам

КЩО—-X

—

—Д

—Щ

—Д

или

КЩО

—Х/Д

—Щ

—Д

—Щ

—Д

приводит

получению

супер-беленой целлюлозы

белизной

90—93%.

В п.

4.2.3

уже

говорилось,

что в

настоящее время установки

для

КЩО в

целях осуществления технологии

массы

сред-

ней

концентрации стремятся размещать

как

можно

раньше

по

производственному потоку,

т. е.

либо

промывном

отделе,

либо непосредственно после варки целлюлозы. Условимся,

что

подобных случаях

мы

будем

при

буквенном обозначении схемы

ставить

после

КЩО

многоточие, подчеркивая этим,

что КЩО

производится

не

непосредственно перед отбелкой,

ранее,

напри-

мер:

КЩО...Х—Щ—Д—Щ—Д

и т. п.

Проблема

КЩО

широко

обсуждается

печати.

При

этом

осо-

бое

внимание

уделяется,

собственно,

не

КЩО,

а ее

модифика-

ции

—

щелочной обработке массы

добавкой кислорода после хло-

рированая

без

давления

при

температурах

не

выше

80—85°С

с ог-

раниченным

расходом

NaOH.

Эта

обработка обозначается сокра-

щенно

ЩО

ее

иногда путают

с КЩО при

средней концентрации

337

P.f

1,0

f.f

Расход

СЮ

От

целлюлозы

\г&

(fW

Рис. 167.

Установка

КЩО для

средней

концентрации

массы

при

периодической

варке:

—

выдувной

резервуар;

2 —

массные

насй-

сы

типа

МС; 3 —

непрерывный

диффузор;

—

смеситель

типе

МС;

.5—

кнслоролньш

ре-

актор;

—

выдувная

емкость

Рис. 168.

Влияние

стадии

КЩО

гк

ред

хлорированием

на

белизну

цечлюлозн

при

различном

расходе

С1О

;

кч

ДО-

белку:

—

схема

КЩО

-j

Х/Д—Ш,О

—Д;

3 —

схе-

ма

КЩО

—

Х/Д-Щ—Д;

)

-чападние

хвоЯ-

ные

породы;

•

южная сосна

массы

[36].

По

данным

Дьюси

[49],

кислород

стадии

щелоче-

ния

применяют

80%

канадских

заводов,

вырабатывающих

беленую

целлюлозу.

Как

отмечают Либерготт

и ван

Лиероп

[$9],

при

применении

КЩО в

высокой концентрации

для

снижений числа Каппа небе-

леной

хвойной сульфатной

целлюлозы

30—35

до

15—17

после*

дующей добелкой

по

схеме

Д—Щ—Д

вязкость беленой

целлюЛо-

зе

снижается

на

20—40%,

по

сравнению

со

стандартной схемой

X—Щ—Д—Щ—Д,

но

прочностные показатели

ее

остаются высо-

кими,

белизна

достигает

91—93%.

Однако

1рЦО

высокой кон-

центрации

обходится очень дорого. Проведение

же КЩО при

сред-

ней

концентрации массы

(10—15%)

долгое

вр"емя

встречало

труд-

ности

из-за невозможности обеспечить равномерное смешение

кислорода

такой массой

[61].

После

опытов

полузаводском

масштабе

оказалось,

что

можно успешно смешивать кислород

с0

щелочной массой

условиях,

соответствующих

первому

щелоче-

нию

после хлорирования. Отсюда

появилась

технология

ЩО

которая

принесла,

большие успехи. Осуществление

КЩО*

при

средней концентрации требует меньших затрат,

смесители

типа

МС

обеспечивают эффективное смешение (рис. 167).

При

50%-ной

делигнификации

стадии

КЩО

успешных

результатов

338

можно

добиться

при

отбелке

по

схеме

К.ЩО...Х—ЩОг—Д,

которая

обеспечивает получение высокобеленой целлюлозы, сравни-

мой

по

прочности

обычной товарной

беленой

целлюлозой.

Кэйси

[47] замечает,

что

кислород

—

очень дешевый реагент

несомнен-

но

будет

применяться

будущем.

Четырехступенчатая

отбелка

по

схеме

КЩО—Х/Д—Щ—Д

может давать сульфатную целлюлозу

белизной

86—88%,

что

удовлетворяет

требованиям

собственных

бумажных

фабрик. Если

же

ввести кислородное щелочение,

тогда

по

схеме

КЩО — X —

ЩО

— Д

можно получать беленую

то-

варную

целлюлозу

белизной

90% и

выше.

Шлейнкофер

[66]

подтвердил

это на

опыте

(рис.

168).

Как

показали

Фоссум,

Линдквист

Перссон

[54],

вязкость

целлюлозы,

при

отбелке которой была применена

первичная

КЩО,

можно повысить путем

преднарительного

воздействия

озоном

или

диоксидом азота

при-

сутствии

кислорода

(NO2/O2)

при

концентрации массы

35% во

вращающемся

автоклаве.

При

обычной

КЩО

делигнификацию

можно

проводить

лишь

до

числа

Каппа

16—17,

во

избежание

снижения

сопротивления

раздиранию.

Предварительная

обработка

перед

КЩО

позволяет

снижать

число

Кап-

па

д'.

7—8,

т. е.

примерно

на 75%

вместо

50% без

вреда

для

прочности

вязкости

целлюлозы.

Это

дает

возможность

существенно

сокращать расход

хлора

СЮ

на

добелку.

Промышленного

оформления

этот

способ,

однако,

пока

не

получил.

Вартиоваара

[70]

сделал

интересное

наблюдение,

что при

отбелке

первичной

обработкой

диоксидом

хлора введение

КЩО

перед такой

обработкой

не

только снижает число

Каппа,

но и

повышает

рН во

время

обработки

диоксидом,

что в

конечном

счете улучшает

белизну

после

щело-

чения

(после обработки

КЩО—Д—Щ).

Конечно,

при

этом

уменьшается

рас-

ход

дорогого

реагента

(ClOj).

Переходя

кислородному

щелочению

(операции

получившему небывало широкое распространение

первой

половине

1980-х

годов,

следует

заметить,

что эта

операция может

быть осуществлена

башне

колонкой

(рис. 169),

работающей

под

давлением

до 0,3

МПа

(рис. 169,

с) или под

атмосферным!

давлением

(рис. 169,

б).

Давление,

под

которым работает колон-

ка,

является одним

из

факторов, определяющих делигнифицирую-

щий

эффект

ЩО

(рис. 170)

наряду

продолжительностью

вы-

держки:

чем

выше давление

больше продолжительность,

тем

ниже число Каппа целлюлозы

после

ЩО

[50].

Оптимальными

можно

считать следующие условия проведения

ЩОа:

рН

10—11,

температура

70—80°С,

давление кислорода

начальный момент

от ОД до 0,3

МПа,

продолжительность

контакта

массы

кисло-

родом

под

давлением

от 10 до 60

мин.

Расход кислорода

сред-

нем

равен

5—7

кг/т

целлюлозы

[36],

расход

щелочи

20—25

кг/т,

т. е.

такой

же, как при

обычном щелочении. Вместо башни

с по-

глотительной колонкой

ходом массы

сверху

вниз,

как

показано

на

рис. 169,

для

кислородного щелочения пригодны

башни

хо-

дом

массы снизу

вверх

без

поглотительной колонки.

ад

го

зо

Обща*.

Рис. 169. Приспособление башни щело-

чения

колонкой

для

операции кисло-

родного

щелочения

(ЩО

а — с

колонкой, работающей

под

давлением

до 0,3

МПа;

б — с

колонкой,

работающей

при

атмосферном

давлении

Рис. 170. Влияние давления

продол-

жительности выдержки

поглотитель-

ной

колонке

на

эффект

делигнификлции

после

ЩО

—

обычное

щелочение:

2 —

ЩО

npi;

давле-

нии

кислорода

1.5 МПа (5

мин)

иолением

До

0 (в

течение

мин);

,? — ЩО,

тр

• 1,5

МПа;

4 — ЩО,

при

1 МПа

Для

смешения щелочной массы средней концентрации

кис-

лородом

применяют

смесители

типа

МС

различных

конст-

рукций. Характеристика некоторых

из них

приведена ниже.

Отечественным машиностроением созданы первые образцы

смесителей типа

МС,

удовлетворительно прошедшие испытания

[36]. Кроме механических, могут использоваться

статические

смесители

(см. выше

п.

4.2.2).

340