Новикова А.И. Модернизированная сульфатная варка целлюлозы: учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

140

Таблица 29

Физические свойства черного щелока

Плотность Содержание

(при 15 °C), сухого остатка всей Na

г/см

% от массы г/дм

г/дм

1 2 3 4

1,007 1,5 15 3,5

1,014 2,8 28 6,5

1,021 4,1 42 9,7

1,028 5,4 56 12,9

1,035 6,7 70 16,1

1,042 8,0 84 19,3

1,050 9,4 99 22,8

1,058 10,8 114 26,2

1,066 12,2 130 29,9

1,074 13,7 147 33,8

1,082 15,2 165 38,0

1,090 16,7 183 42,1

1,098 18,3 202 46,5

1,106 19,9 221 50,9

1,114 21,5 240 55,2

1,123 23,1 260 59,9

1,132 24,7 280 64,5

1,141 26,3 300 69,0

1,150 27,9 322 74,0

1,159 29,6 343 79,0

1,168 31,3 365 84,1

1,177 33,0 388 89,4

1,187 34,7 412 94,9

1,197 36,4 436 100,4

141

Окончание табл. 29

1 2 3 4

1,207 38,2 461 106,0

1,217 40,0 486 111,9

1,227 41,8 512 117,8

1,237 43,6 539 124,0

1,248 45,5 568 130,7

1,259 47,4 598 137,5

1,270 49,4 629 144,8

1,281 51,4 660 151,9

1,292 53,5 692 159,2

1,304 55,6 725 167,0

1,316 57,7 759 174,5

1,328 59,8 794 182,5

1,340 61,9 830 191,0

1,352 64,1 867 199,0

1,365 66,3 905 208,0

1,378 68,5 944 217,0

17. КРУГООБОРОТ ЩЕЛОЧИ И СЕРЫ В ЦИКЛЕ

СУЛЬФАТ-ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Для наглядности кругооборот щелочи в производстве, рассчитанный

на 1 т целлюлозы, принято представлять в виде кругового баланса [5]. При

составлении кругового баланса щелочи показывают не только безвозврат-

ные потери щелочи, возмещаемые добавкой свежих химикатов (сульфатом

натрия в данном примере), но все количества щелочи, циркулирующие в

производственном цикле, т.е. в кругообороте. Количество добавки свежих

химикатов зависит от степени регенерации щелочи из отработанного чер-

ного щелока.

Средняя степень регенерации щелочи составляет R

= 90…95 %.

142

,% ,

100

АЩ

⋅

−=

где R

– степень регенерации щелочи, %;

N – сумма потерь щелочи в кругообороте, кг/т ед. Na

АЩ

– расход щелочи на варку 1 т целлюлозы, кг/т ед. Na

Абсолютные потери щелочи

.ONa ед. ткг ,

100

)100(

АЩ

RN ⋅−=

Рис. 21. Баланс щелочи по отделам сульфатцеллюлозного завода, кг

всей Na

O на 1 т воздушно-сухой целлюлозы:

1 – варочный; 2 – промывной; 3 – выпарной; 4 – содорегенерационный; 5 -

каустизационный

143

Чем выше степень регенерации щелочи, тем устойчивей работает

предприятие, меньше затрат на единицу продукции и на мероприятия по

предотвращению экологического ущерба окружающей среде.

На рис. 22 показан круговой баланс серы. Относительные потери се-

ры R

из-за потерь с уносом в парах и газах, в конденсатах значительно

ниже степени регенерации щелочи. Если выразить потери серы и потери

щелочи в эквивалентных единицах (например, в кг Na

), то эти величи-

ны должны быть равны между собой:

%, ,100

100 ⋅−=

∑

щелокебеломвSвся

Sпотерь

где R

, - степень регенерации серы, %.

Рис. 22. Баланс серы по отделам современного сульфатцеллюлозного

завода, кг всей серы на 1 т воздушно-сухой целлюлозы:

1 – варочный; 2 – промывной; 3 – выпарной; 4 – содорегенерационный;

5 - каустизационный

144

Абсолютные потери серы

S. ед. кг/т ,

100

)100(

щелокебеломвSвся

RSпотерь

⋅−=

∑

Если выразить абсолютные потери щелочи в ед. Na

, то эта вели-

чина будет равна абсолютным потерям серы, также выраженным в ед.

или его заменителем, в котором должно содержаться рассчитанное

количество Na

Выпарка черного щелока

Белый варочный щелок в результате щелочного гидролиза продуктов

химического взаимодействия с древесиной приобретает темно-коричневый

цвет, практически черный. Раствор содержит большое количество воды,

поэтому отработанный щелок направляется на выпарную станцию после

предварительной подготовки его к выпарке.

Черный щелок, отбираемый с первой ступени промывки целлюлозы

после варки, в горячем состоянии направляется на фильтрацию для отде-

ления волокна, прошедшего через фильтрующую поверхность промывной

аппаратуры. Фильтрация необходима для снижения накипеобразования на

поверхности выпарной аппаратуры. После фильтрации черный щелок до-

укрепляют упаренным щелоком до концентрации сухих веществ в нем

22…24 %. Доукрепление необходимо для ускорения отделения мыла и

снижения вспенивания слабых щелоков в первых выпарных корпусах по

ходу щелока.

Выпарку укрупненно и подробно можно рассчитать, используя ре-

зультаты заключительной части расчета теплового баланса непрерывной

варки целлюлозы для расширительных циклонов, из которых отбираются

пары вскипания и черный щелок, поступающий в систему регенерации

химикатов (см. расчеты разд. 9).

Масса упаренного черного щелока на доукрепление слабого черного

щелока определяется следующим образом:

145

,ткг ,

нуп

слуп

СС

ММ

−

⋅=

где М

уп

– масса упаренного щелока, кг/т;

сл

– масса слабого щелока, кг/т;

– концентрация доукрепленного черного щелока, % (С

= 22…24 %);

– концентрация слабого черного щелока, % (С

= 14…20 %);

уп

– концентрация упаренного черного щелока, % (С

уп

= 65…75 %).

Мощность выпарной станции выражают количеством воды, выпа-

ренной в 1 час, поэтому необходимо определить часовые расходы по ще-

локам.

Часовой расход слабого черного щелока составит

,чкг ,

сут

слчсл

ММ ⋅=

где М

сл

– масса слабого черного щелока, направляемого на выпарку, кг/т

(см. расчеты разд. 9);

сут

– суточная производительность по варке целлюлозы, т/сут.

Часовой расход упаренного черного щелока на доукрепление слабо-

го черного щелока

.чкг ,

сут

упчуп

ММ ⋅=

Мощность выпарной станции составит W выпаренной воды, кг/ч:

,чкг ),1()(W

уп

чупчсл

ММ −⋅+=

или

.чкг ,)1(W

уп

сл

чсл

М −⋅=

Определение общей поверхности испарения выпарной станции

146

,м ,

общ

где q – удельный съем воды с 1 м

поверхности испарения, кг/(м

· ч)

(обычно q = 10…12 кг/(м

· ч)).

Поверхность испарения одного выпарного аппарата зависит от числа

выпарных аппаратов в устанавливаемой выпарной станции:

,м ,

общ

где n – число выпарных аппаратов.

Упаренный черный щелок подается на сжигание.

Сжигание черного щелока

Упаренный черный щелок должен иметь высокую температуру (не

ниже 100 °C) для снижения вязкости, чтобы обеспечить нормальную пода-

чу его на сжигание в содорегенерационный котлоагрегат (СРК). Перед по-

дачей в СРК черный щелок смешивается для восполнения потерь щелочи с

рассчитанным количеством свежего Na

и с пылевидным уносом, улов-

ленным при сухой очистке дымовых газов в экономайзере СРК и в элек-

трофильтре. Уловленный унос и свежий Na

, смешанный с черным ще-

локом, в процессе сжигания черного щелока в СРК в результате сложных

физико-химических процессов вместе с минеральной частью черного ще-

лока регенерируются в необходимую щелочь и в виде плава непрерывно

вытекают из нижней зоны топочного пространства СРК в растворитель

плава, где при постоянном перемешивании со слабым оборотным щелоком

из отдела каустизации плав растворяется, образуя зеленый щелок, содер-

жащий активную щелочь в виде Na

S, неактивный карбонизированный на-

трий (Na

) и примеси других солей натрия, а также нежелательные

примеси, поэтому зеленый щелок поступает перед каустизацией на освет-

ление.

Определение количества сухих веществ в черном щелоке, направ-

ляемом на сжигание для регенерации щелочи, затраченной на варку цел-

люлозы

147

,ткг веществ, сухих потерьG

∑

−+=

срсж

АД

где Д

– растворенная древесина в процессе варки целлюлозы, кг/т

(Д

= G

орг

);

– расход щелочи в собственных единицах на варку 1 т целлюлозы,

кг/т;

Σпотерь сухих веществ – сумма потерь сухих веществ при варке,

промывке целлюлозы, при снятии мыла, при выпарке черного

щелока.

Из материального баланса варки и промывки целлюлозы известны

потери сухих веществ черного щелока. Но определение потерь сухих ве-

ществ при снятии мыла представляет некоторые сложности. Можно только

приблизительно из литературных источников [1, 5] найти некоторые дан-

ные. С небольшой погрешностью можно принять, что 1 % содержания

смол и жиров в древесине соответствует выходу 20 кг сульфатного мыла.

Также приближенно в литературе приводятся данные по выходу мыла на 1

т целлюлозы. Из сосновой древесины – около 80 кг/т, а из еловой древеси-

ны – приблизительно 20 кг/т. Но не все мыло при подготовке щелока сни-

мается. Максимально возможно снять 65…70 % мыла. Снятое мыло со-

держит около 35 % захваченного черного щелока. Учитывая процент сня-

тия мыла и его влагу, перешедшую из черного щелока, на 1 т целлюлозы

сухих веществ для сосны теряется около 80 кг, а для ели – около 20 кг. В

мыле содержание щелочи в ед. Na

O составляет для ели 7,4 %, а для сосны

8,4…10 %. На основании литературных источников [1, 5] можно рассчи-

тать потери сухих веществ и щелочи при снятии мыла.

Если же предварительные расчеты варочного, промывного и выпар-

ного цехов не производились, то отдел регенерации щелочи рассчитывают

по некоторым исходным данным (выходу целлюлозы, расходу активной

щелочи на варку целлюлозы, по составу варочного раствора) и по сумме

потерь щелочи в цикле сульфат-целлюлозного производства, которые бе-

рут из табл. 5 и переводят найденную щелочь в сухие вещества на основа-

нии литературных данных [1, 5], в которых указывается, что около 23 %

O содержится в сухом остатке черного щелока.

148

Определение количества сухих веществ в черном щелоке, направ-

ляемом на сжигание (G

сж

) в содорегенерационный котлоагрегат

∑

⋅−⋅⋅

⋅

−

= ,ткг ,

100

ONa ед. в потерь5,1

100

100)100(

ВЦ

сж

где Ц – количество абсолютно сухой целлюлозы в 1 т возд.-сух. целлюлозы

(880 кг/т);

В – выход целлюлозы из древесины, %;

А – расход активной щелочи на варку целлюлозы, % от абс.-сух. древе-

сины, в ед. Na

1,5 – средний коэффициент перевода щелочи из ед. Na

O в собственные

единицы компонентов белого сульфатного щелока;

∑

⋅

100

ONa ед. в потерь

– сумма потерь щелочи в цикле суль-

фат-целлюлозного производства, переведенная в сухие вещества

черного щелока;

ВЦ )100(

−

– количество органических веществ, перешедших в

раствор в процессе варки древесины, G

орг

, кг/т (G

орг

= Д

– раство-

ренная древесина);

5,1

100

⋅⋅

⋅

– количество минеральных веществ, G

мин

, кг/т

мин

= А

– щелочь в собственных единицах, см. расчеты разд. 7).

Количество сухих веществ в щелоке после варки:

орг

+ G

мин

= G

, кг/т.

Необходимо определить соотношение минеральных и органических

веществ:

%; ,100% ⋅=

орг

149

%. ,100% ⋅=

мин

Обычно %G

орг

находится в пределах 60…70 %, а %G

мин

в пределах

30…40 %.

Расчет количества щелочи, регенерируемой из сжигаемого черного

щелока (G

сж

), производят из элементарного состава черного щелока (см.

табл. 30 и %G

орг

и %G

мин

Таблица 30

Элементарный состав сухого остатка сульфатного черного щелока

орг

% G

мин

Углерод, C

35…42 Свободная щелочь (NaOH)

1,5…2,5

Водород, H

3…5 Органически связанная ще-

лочь (NaOH)

орг

20…26

Кислород, O

15…20 Сульфид (Na

1…3

Сера органическая,

2…4 Карбонат (Na

)

7…10

Сульфат (Na

)

1…3

орг

≈

60…70 %

мин

≈

30…40 %

Сумма должна быть равна 100 %. Затем вычисляют содержание каж-

дого составляющего в кг/т от G

СЖ

. Просуммировав найденные массы каж-

дого вещества, необходимо сравнить результаты с массой G

СЖ

. Если сумма

соответствует G

сж

, рассчитанной ранее по предыдущей формуле, то можно

переходить к определению щелочи и серы, поступившей с черным щело-

ком в СРК.

Определение содержания всей щелочи в черном щелоке

, ед. в кг/т ,

142

)(

106

)(

])()[()(

24232

ONaSONaCONa

SNaNaOHNaOHONa

cс

орг

cчщ

⋅+⋅+

+⋅+⋅+=