Курс лекций по дисциплине технология щелочной целлюлозы для студентов высших учебных заведений по специальности
 Скачать 2.29 Mb.
|
|
2.10.3.6. Производственный контроль и обслуживание варочного отдела Производственный контроль в варочном отделе обеспечивает получение целлюлозы по ресурсо- т энергосберегающим технологиям. Текущему производственному контролю в варочном отделе подлежат: количество и качество щепы, загружаемой в котел; количество белых и черных щелоков, используемых для варки; расход активной и общей щелочи; температурный режим варки; кратность циркуляции щелока через подогреватель; расход пара на варку; количество и состав сдувочных газов. Для учета количества щепы, загружаемой в котел, на ленточном конвейере устанавливают транспортерные весы. На некоторых предпри- ятиях роль мерника щепы выполняет бункер, установленный над вароч- ным котлом. Параллельно определяют ее влажность и размеры. Хоро- шая щепа должна содержать 85–90% фракции нормальных размеров. Количество используемых для варки щелоков определяют по во- домерным стеклам у баков-мерников или по показаниям автоматиче- ских уровнемеров. Общее количество щелоков устанавливают по таб- лицам в соответствии с влажностью щепы. Количество белых щело- ков, которое должно быть залито в котел, вычисляют по заданному расходу активной щелочи на котел. Содержание активной и общей щелочи в белом щелоке определяют путем титрования соляной кисло- той в присутствии индикатора метилоранжа до и после осаждения пробы хлористым барием. Крепость черных щелоков контролируют по их плотности, используя ареометры. Данные о количестве и качестве щепы, количестве щелоков и расходах щелочи в килограммах общей и активной Na 2 O заносят в ра- порт варки. В него также записывают все сведения, касающиеся вы- полнения режима варки: начало и конец всех операций, простои и их причины, температуру и давление в котле через определенные проме- жутки времени, расход пара. По окончании варки в рапорт вписывают данные анализа целлюлозы: жесткость, сорность, количество непро- вара и другие необходимые показатели. Рапорт варки является основ- ным документом, который содержит данные, характеризующие рабо- ту варочного отдела. Пробу сваренной массы на анализ отбирают из выдувного резервуара по окончании выдувки. Иногда отбирают две пробы, соответствующие верху и низу котла. Автоматизация варочного процесса позволяет значительнооб- 64 легчить выполнение всех технологических операций, связанных с ра- ботой котла и получения качественной целлюлозы.Благодаря тому, что сульфатная варка не требует особых анализов для определения момента окончания варки, который может устанавливаться по про- должительности процесса, автоматизация осуществляется гораздо проще, чем в сульфитцеллюлозном производстве. Для автоматизации заливки щелоков в котел применяются сель- синные регуляторы уровня. Автоматизация заливки щелоков не толь- ко облегчает работу обслуживающего персонала, но и исключает ошибки в дозировке активной щелочи на варку. Для автоматизации варочного процесса устанавливаются про- граммные терморегуляторы различного устройства. Обслуживание варочного отдела осуществляют бригады, рабо- тающие посменно. Обслуживающий персонал варочного отдела суль- фатцеллюлозного завода состоит в каждой смене из старшего варщи- ка, подручного варщика, работающего на нижнем этаже, и загрузчика щепы. Старший варщик является ответственным лицом в смене, его обязанностью является выполнение графика работы котлов, соблюде- ние заданного режима варки, расчет количества щелоков и правильная их заливка, наблюдение за состоянием оборудования и арматуры. Ра- бочее место старшего варщика находится на третьем паже (на уровне верхних горловин котлов), где устанавливаются все контрольные па- нели с приборами. Подручный варщика находится в непосредствен- ном подчинении старшего варщика и выполняет его указания по об- служиванию котла: производит заливку щелоков, пуск пара, открытие и закрытие циркуляционных вентилей, открытие выдувного клапана и т. п. Загрузчик щепы следит за работой конвейеров для щепы, регули- рует заполнение бункеров, производит загрузку щепы в котел, откры- вает и закрывает верхнюю крышку, осматривает котел после выдувки. Старший варщик ведет рапорт варки на каждый котел, занося в него все необходимые сведения по режиму варки и выполнению отдельных операций. Иногда варщик титрует белый щелок, не прибегая к помо- щи лаборанта. Обслуживающий персонал должен хорошо знать правила эксплу- атации оборудования варочного отдела и неуклонно их выполнять. О всех неисправностях оборудования старший варщик обязан доклады- вать мастеру цеха. Контрольно-измерительные и регулирующие при- боры обслуживает техник-приборист. 65 2.10.4. Непрерывная варка 2.10.4.1. Особенности непрерывного варочного процесса Непрерывность технологического процесса – один из основных признаков его совершенства. В целлюлозном производстве довоенно- го времени процесс варки целлюлозы сохранял периодический харак- тер. Однако после второй мировой войны достигнуты значительные успехи в развитии и освоении непрерывно действующих варочных установок. В настоящее время в области щелочных и нейтральных способов получения целлюлозы проблема непрерывной варки успеш- но решена. Непрерывная варка в сравнении с периодической позволя- ет: • увеличить выход целлюлозы с 1 м 3 котла; • сократить объемы зданий и производственные площади; • уменьшить объем емкостей для щепы, щелока и массы; • снизить гидромодуль; • сократить расход пара на варку; • осуществлять диффузионную промывку массы в котле с отбо- ром на регенерацию крепкого черного щелока; • организовать сбор и транспортировку потока дурнопахнущих га- зов высокой концентрации на сжигание; • осуществлять непрерывно сдувку и выдувку; • уменьшить размеры теплоутилизационных установок; • осуществить полную автоматизацию процесса и сократить чис- ленность обслуживающего персонала; • обеспечить постоянные расходы пара и энергии, что облегчает работу теплосиловой станции. К этим основным преимуществам в ряде случаев добавляются: раздельное осуществление пропитки и варки, что позволяет до мини- мума сократить объем варочного аппарата и обеспечить отбор отрабо- танного щелока без его разбавления и т. д. Все перечисленные преимущества делают непрерывный вароч- ный процесс более экономичным по сравнению с периодическим. Од- нако непрерывный процесс предъявляет повышенные требования к качеству и однородности щепы, требует постоянства параметров пара, чистоты, состава и правильной дозировки варочных растворов, вни- мательного обслуживания. Без этих условий нельзя рассчитывать на использование преимуществ непрерывной варки. 66 Первая в мире промышленная установка для непрерывной варки целлюлозы из соломы была сооружена в 1936 г. по проекту проф. Л. П. Жеребова. Установка успешно эксплуатировалась на Добрушской бумажной фабрике до начала Великой Отечественной войны, но во вре- мя войны была демонтирована и не восстанавливалась. За рубежом первая непрерывная установка системы де ля Роза по- явилась также еще до второй мировой войны, но установки этого типа не нашли признания. После войны получили широкое применение установки типа Камюр и Пандия. В развитии конструкций аппаратов для непрерывной варки цел- люлозы выявились два основных направления. Первое направление состоит в том, чтобы вести непрерывный процесс при тех же параметрах, что и периодическую варку. При этом сохраняется период заварки – постепенный подъем температуры до конечного ее значения. Для этого в варочном аппарате поддерживают избыточное гидравлическое давление, препятствующее парообразова- нию. Продолжительность варки соответствует чистому времени варки в периодическом котле. Для щелочной варки при конечной темпера- туре около 170 о С продолжительность составляет 3,0–3,5 ч. Второе направление заключается в применении высоких темпера- тур, которые позволяют сократить время варки до 20–40 мин, причем период заварки отсутствует и вводимые в аппарат сырье и щелок сра- зу попадают в пространство, нагретое до конечной температуры вар- ки. В аппаратах второго типа всегда имеется паровое пространство и обычно используется прямой обогрев. Общая картина происходящих явлений, характеризующих проте- кание варки в аппаратах первого типа, остается такой же, как и при периодической варке, с той разницей, что эти явления протекают не только по мере продолжительности варки, но и по мере продвижения щепы и щелока через аппарат. Значительно своеобразнее протекает варка в аппаратах второго типа, работающих по принципу быстрой варки. Этот принцип впервые был выдвинут и доказан проф. Л. П. Жеребовым, который считал; что кратковременное пребывание в зоне высоких температур (вплоть до 200–220 о С при щелочной варке) способствует быстрому гидролизу химических связей между лигни- ном и целлюлозой и облегчает делигнификацию [11]. Л. П. Жеребов считал необходимостью осуществлять более полную жидкостную пропитку исходной щепы варочным щелоком для того, чтобы обеспе- чить подвод реагента к реакционной поверхности еще до начала хи- мических процессов. 67 Применение конечных температур порядка 180–185 о С не отража- ется на выходе и качестве целлюлозы, но дальнейшее повышение до 190–200 о С уже связано с некоторым уменьшением выхода и падением вязкости целлюлозы. Эти данные говорят не в пользу сверхвысоких температур варки, которые предлагались Л. П. Жеребовым. Но нельзя отрицать, что принцип быстрой непрерывной варки является прогрес- сивным и что при осуществлении непрерывного процесса следует стремиться к повышению температуры. Первым вопросом, который приходится решать при конструиро- вании непрерывно действующего оборудования, является способ пе- ремещения массы и щелока внутри варочногоаппарата. В основном выявились два метода: гидравлическое перемещение под действием силы тяжести или нагнетательного питающего устройства и переме- щение с помощью винтовых (шнековых) конвейеров. Первый принцип используется в вертикальных варочных котлах непрерывного действия типа Камюр. Направление движения материа- ла может быть снизу вверх или сверху вниз. Средние линейные скоро- сти передвижения в вертикальных котлах колеблются примерно в пределах 0,1–0,5 м/мин [12]. Вследствие действия сил сцепления весь столб щепы в смеси со щелоком продвигается по сечению аппарата с практически с равномерной скоростью, что обеспечивает возможность достижения одинаковой степени провара целлюлозы. При перемещении с помощью винтовых конвейеров в установках типа Пандия скорости движения отдельных щепочек одинаковы, и в этом случае нет оснований опасаться неравномерности провара. Од- нако винтовые конвейеры оказывают механическое воздействие на волокно. Кроме того, за счет винтов и неполного заполнения вароч- ных труб их коэффициент полезного сечения уменьшается до 0,5–0,6. Выбор направления движения материала в вертикальных аппара- тах не имеет принципиального значения, но надо учитывать следую- щие обстоятельства: при движении сверху вниз используется действие силы тяжести, или, вернее, естественный напор, который при обрат- ном направлении движения приходится преодолевать. При неодина- ковых температурах по высоте котла возникают естественные конвек- ционные токи, направленные вверх; если гидравлическое давление в котле недостаточно, то выделяющиеся при варке газы и пары также устремляются вверх. Второй принципиально важный вопрос при конструировании не- прерывных установок – осуществление непрерывного питания вароч- ного аппарата щепой и щелоком и обеспечение непрерывной выгруз- 68 ки целлюлозной массы из аппарата. Практическое применение нашли винтовые и ротационные питатели, а также специальные насосы. Вин- товой (шнековый) питатель устроен по принципу винтового пресса. Он создает сильно спрессованную пробку из щепы, непрерывно про- талкиваемую внутрь варочного аппарата. Недостатки винтовых пита- телей заключаются в том, что сильное сдавливание щепы ведет к по- вреждению волокон, приводит при сульфатной варке хвойной щепы, по данным фирмы «Камюр», к ухудшению показателей механической прочности целлюлозы примерно на 10% по сравнению с периодиче- ской варкой. Винтовые питатели устанавливают преимущественно в случае варки однолетних растений и получения полуцеллюлозы, для которой снижение прочности оказывается несущественным. Конструкции выгружателей довольно разнообразны. При их вы- боре также приходится заботиться о том, чтобы масса на выходе из варочного аппарата не повреждалась механически. Например, в уста- новке Камюр для этого оказалось необходимым снизить частоту вра- щения выгружателя до 2–4 мин –1 Опорожнение непрерывных варочных аппаратов производится выдувкой с полного рабочего давления в циклон или выдувной резер- вуар. Для регулирования выдувки на выдувном трубопроводе уста- навливают задвижку, дроссельный клапан или специальный регуля- тор. Для лучшего сохранения прочности целлюлозы массу у выхода из котла следует разбавлять холодным черным щелоком (холодная вы- дувка) для понижения температуры до 100 о С и ниже. При снижении температуры выдувки с 90 до 60 о С повышаются разрывная длина, со- противление раздиранию и жесткость при изгибе отливок целлюлозы на 8–13%, а модуль сдвига, наоборот, увеличивается на 74% [13]. Непрерывные варочные установки Камюр и их модификации ос- нованы на вертикальном прохождении (сверху вниз) щепы через ва- рочный аппарат, а установки Пандия и их модификации – на горизон- тальном продвижении щепы и щелока через несколько варочных «труб», оснащенных специальными шнеками. В настоящее время в мире функционируют непрерывные вароч- ные установки Камюр (более 500) и Пандия (более 85) и их модифи- кации. Одной из разновидностей модифицированной варки системы Камюр является технология Lo Solids, по которой в мире производят щелочные виды целлюлозы на 365 установках. В РФ технология Lo Solids применяется на 25 предприятиях, в Канаде и США – на 50 предприятиях. Производство целлюлозы по технологии Lo Solids обеспечивает 69 следующие преимущества по сравнению с периодической варкой: • увеличивается прочность целлюлозы на 10%; • улучшается белимость целлюлозы на 15%; • повышается способность целлюлозы к промывке; • уменьшаются расходы химикатов на варку на 10–15% и отбелку на 50–60%; • повышается эффективность варочной установки. Таким образом, неоспоримые преимущества непрерывной варки целлюлозы по сравнению с периодической позволяют использовать различные технологические приемы. Применение варочных установок Камюр и Пандия и соответствующих режимов варки целлюлозы обес- печивают химическую переработку любых пород древесины и позво- ляют получать щелочные виды целлюлозы, отличающиеся свойствами и областью применения. Преимущества непрерывного варочного процесса могут быть ис- пользованы лишь при условии поддержания постоянными основных параметров. Это в полной мере относится к непрерывным установкам типа Камюр и Пандия. Для повышения эффективности их действия (особенно для варочных аппаратов Камюр) необходимо прежде всего обеспечить соблюдение достаточно высоких требований к качеству щепы (фракционный состав и влажность, присутствие определенного количества опилок, коры, гнили, «спичек»). При варке целлюлозы нормального выхода щепа должна содер- жать не более 3% опилок, не более 2% коры и не более 1% гнили. До- ля щепы нормальных размеров (длиной 15–25 мм) должна быть не менее 85%, а доля мелкой щепы и «спичек» длиной 5–6 мм должна быть минимальной. Мелкая щепа, «спички» и опилки забивают сита в камере перед питателем высокого давления и циркуляционные сита в котле, а опилки иногда проходят до сит в зоне отбора щелока и зоне горячей промывки. Влажность щепы и ее состав по породам также не должны сильно колебаться. Совместная варка щепы хвойных и лиственных пород древесины является нецелесообразной, т. к. это вызывает неравномер- ность провара и колебания выхода целлюлозы. 2.10.4.2. Использование установок типа Камюр При производстве щелочной целлюлозы в установках непрерыв- ного действия типа Камюр протекают следующие процессы: пропарка щепы, добавление к щепе необходимого количества варочного рас- 70 твора, проведение процесса варки по установленному температурному режиму, контролирование скорости движения щепы и потоков щело- ка, отбор черного щелока, промывка и выгрузка целлюлозы. Пропарка щепы в пропарочных цистернах непрерывных устано- вок продолжается всего 3–5 мин при температуре 110–120 о С. Из щепы достаточно эффективно удаляется воздух, она нагревается примерно до 100 о С, но выход скипидара при пропарке хвойной щепы сравни- тельно небольшой (2–3 кг на 1 т целлюлозы из сосны), т. к. продол- жительность пропарки незначительна. Для увеличения выхода скипи- дара производят пропарку щепы в пропарочной цистерне в присут- ствии белого щелока. Желательна повышенная степень каустизации белого щелока, т. к. при этом уменьшается образование осадков карбоната кальция на трубках подогревателей. К чистоте щелока непрерывная варка также предъявляет повы- шенные требования: содержание взвешенных веществ в нем не долж- но превышать 50 г/м 3 . Усиленное образование осадков наблюдается в особенности в системе верхней циркуляции зоны нагрева. При периодической варке отложения на трубках подогревателей образуются не столь интенсивно. Очевидно, сказывается довольно резкий нагрев щелока в непрерывных установках в тот период, когда в щелоке содержится еще много общей щелочи, что понижает раство- римость кальциевых солей. Весьма целесообразно поэтому белый ще- лок перед подачей в отдел непрерывной варки подвергать «полиров- ке», пропуская его через угольные и тканевые фильтры. Дозировка щепы и варочного щелока при непрерывной варке имеет первостепенное значение. При правильной дозировке поддер- живаются достаточно постоянными три важных условия: производи- тельность установки (по дозатору щепы), расход активной щелочи по отношению к массе щепы (путем дозировки белого щелока) и жид- костной модуль (путем дозировки черного щелока). При наличии ав- томатизированных систем контроля и регулирования все эти операции выполняются автоматически. Количество абсолютно сухой щепы, по- даваемое за один оборот дозатора, необходимо достаточно часто про- верять. Для дозировки белого щелока составляются таблицы, по кото- рым расход щелока устанавливается в зависимости от числа оборотов дозатора щепы в соответствии с необходимым расходом активной ще- лочи на варку. Эти таблицы время от времени корректируются, а по- казания расходомера белого щелока проверяются по мерному баку. Количество черного щелока, подаваемое на варку в смеси с белым |