| Главная » Химия |
|
Введение Задача процесса отбелки целлюлозы - придание целлюлозе стабильного белого цвета и определённых физико-химических свойств в соответствии с её целевым назначением. Сероватый оттенок небеленой сульфитной и бисульфитной целлюлозы обусловлен наличием в них лигнина в виде лигносульфоновых кислот, а также красящих веществ древесины, адсорбированного щелока, смолы. На цвет целлюлозы также влияет наличие в производственной воде и в варочной кислоте солей тяжелых металлов и, прежде всего солей железа. Белизна небеленой сульфитной и бисульфитной целлюлозы составляет обычно 60-65% [1]. Отбелка целлюлозы достигается как путем обесцвечивания окрашивающих веществ, так и путем удаления их, главным образом лигнина, который для этого должен быть переведён в растворимое состояние. Причём речь идет об удалении лигнина, глубоко залегающего во внутренних слоях между пучками целлюлозных макромолекул, удалить который при варке без разрушения целлюлозы невозможно. Применяемые способы отбелки целлюлозы различаются, в первую очередь по виду, применяемого реагента. Для отбелки целлюлозы используются элементарный хлор, гипохлориты кальция и натрия, хлориты, диоксид хлора, пероксида водорода. Способы отбелки различаются также по характеру процесса (непрерывный или периодический) и по числу ступеней отбелки. В настоящее время отбелка целлюлозы проводится комбинированным многоступенчатым методом с промывкой целлюлозы между ступенями, для удаления из массы продуктов реакции. Первая стадия отбелки проводиться с целью делигнификации целлюлозы. Вторая стадия - собственно отбелка (добелка) - осуществляется с помощью окислительных отбеливающих реагентов (гипохлорита, диоксида хлора, пероксида). Современные многоступенчатые отбельные установки оснащены сложным высокопроизводительным оборудованием, управление которым требует оперативности и высокой квалификации обслуживающего персонала. Технология отбелки включает ряд химических и физико-химических процессов, которые должны быть четко взаимосвязаны между собой. В связи с этим отбельные установки являются высокоавтоматизированным участком в технологической схеме производства беленой целлюлозы. Одной из основных задач процесса отбелки является максимальное удешевление его стоимости, что достигается снижением до минимума потерь целлюлозы при отбелке и выбор химикатов, позволяющих обеспечить требуемую степень белизны при минимальных затратах. . Таблица 1.1. Качественные показатели сульфитной небеленой целлюлозы из хвойной древесины (ГОСТ 6501-82) Показатели Норма Механическая прочность при размоле в мельницах ЦРА: - разрывная длина не менее, м - излом не менее, ч.д.п. 7000 1000 Массовая доля смол и жиров не более, % 1,5 Массовая доля пентозанов не менее, % - Сорность - число соринок на 1 м2: - свыше 0,1 - 1,0 мм2 не более - свыше 1,0 - 2,0 мм2 не более 750 20 Влажность не более, % 20 Таблица 1.2. Качественные показатели сульфитной беленой целлюлозы из хвойной древесины (ГОСТ 3914) ПоказателиНорма Механическая прочность при размоле в мельницах ЦРА: - разрывная длина не менее, м - излом не менее, ч.д.п. 7500 500 Белизна не менее, % 86 Массовая доля смол и жиров не более, % 1,0 Массовая доля пентозанов не менее, % - Сорность - число соринок на 1 м2: - свыше 0,1 - 1,0 мм2 не более - свыше 1,0 - 2,0 мм2 не более 90 - Влажность не более, % 20 Целлюлоза сульфитная беленая из хвойной древесины: используется для производства светочувствительной диазотипной бумаги, бумаги глубокой печати, чертежной, картографической, диаграммной, форзацной бумаги, пергамина упаковочного, бумаги-основы для обоев. 2. Выбор и обоснование технологической схемы отбелки целлюлозы При выборе схемы и режима отбелки учитываются требования к качеству и назначению беленой целлюлозы, способ получения и степень делигнификации исходной целлюлозы. Решающим фактором в выборе технологии является простота процесса, эксплуатационные расходы и капитальные затраты. Для отбелки целлюлозы, предназначенной для производства различных видов бумаги и картона, применяются схемы комбинированной отбелки, позволяющие перевести в раствор остаточный лигнин, придать целлюлозе необходимые оптические свойства (белизну, стабильность белизны) при относительно невысоких потерях волокна и сохранении механических показателей. Для отбелки сульфитной хвойной целлюлозы до белизны не менее 87% выбираем 4-ступенчатую схему отбелки Х+Д - Щ+П - Г - П - К. Применение этой схемы объясняется особенностями сульфитной целлюлозы тем что в отличии от сульфатной, сульфитная целлюлоза легче отбеливается, процесс протекает быстрее. У сульфитной целлюлозы легче удалить лигнин. При хлорировании сульфитной целлюлозы может быть удалено 80 - 90% лигнина, содержащегося в небеленой целлюлозе. На стадиях Х+Д и Щ идет делигнификация целлюлозы. С целью уменьшения деструкции волокна и интенсификации процесса хлорирование проводят смесью хлора и диоксида хлора с расходом диоксида хлора примерно 0,1% от волокна. После делигнификации целлюлозы идет добелка (собственно отбелка). После делигнификации хлорно-щелочной обработкой в целлюлозе остается высококонденсированный лигнин, который можно перевести в раствор окислительной деструкцией гипохлоритом. Для этого используется гипохлорит кальция, как более дешевый и доступный реагент. Пероксид водорода применяется на предприятиях на последних ступенях добелки, после стадий отбелки гипохлоритом и диоксидом, для дополнительного повышения белизны и стабильности белизны при сохранении механических показателей целлюлозы. Его окислительное действие при отбелке направленно только на остаточный лигнин, разрушение которого обеспечивает эффективное повышение белизны целлюлозы. Применение пероксида имеет большие преимущества и с точки зрения охраны окружающей среды, так как в сточных водах полностью отстутсвуют соединения хлора. Кисловка является заключительной стадией многоступенчатой отбелки. Назначение кисловки: стабилизация белизны целлюлозы за счет боле полного удаления окрашенных продуктов; нейтрализация избытка щелочи, если последняя ступень отбелки проходила в щелочной среде; служит (антихлором), восстанавливая остатки активного хлора (после отбелки гипохлоритом и диоксидом) до HCI, а сернистая кислота при этом окисляется до серной кислоты. H2SO3+CI2+H2O → H2SO4+HCI Введение «антихлора» позволяет в нужный момент прервать отбелку, а именно окислительные процессы, ухудшающие качество целлюлозы, а восстановленный хлор легко отмывается от целлюлозы; сернистая кислота восстанавливает карбонильные группы целлюлозы, образовавшиеся при отбелке и вызывающие пожелтение целлюлозы при хранении. Это повышает стабильность белизны целлюлозы; кисловка снижает зольность целлюлозы. Химические потери при многоступенчатой отбелке сульфитной целлюлозы для бумаги не превышают 6%. Промывка целлюлозы между ступенями отбелки производится на вакуум-фильтрах. 3. Описание технологической схемы Технологическая схема получения хвойной беленой целлюлозы марки А приведена на рис 2. В схеме предусмотрена 4-ступенчатая отбелка целлюлозы: Х+Д - Щ+П - Г - П - К Целлюлоза жидким потоком с концентрацией 3% подается в эжекторный смеситель (10), где смешивается с хлором и диоксидом хлора. Далее масса поступает в башню хлорирования (1), с ходом массы снизу вверх. На выходе из башни масса разбавляется оборотной водой до концентрации 2,5% и подаётся на вакуум-фильтр №1 (6) для промывки, где предварительно разбавляется до концентрации 2% и промывается теплой водой с температурой 40˚С и горячей водой с температурой 70˚С. Оборотная вода с вакуум-фильтра №1 идёт в бак оборотной воды (9), откуда идёт в сток, т. к. вода после отбелки имеет тёмно-коричневый цвет. Промытая масса с концентрацией 12% поступает на двухвальный смеситель (7), где смешивается с раствором щелочи, пероксидом водорода и ПАВ. В смеситель подаётся: пар для нагрева массы до температуры 600С. Из смесителя с помощью насоса высокой концентрации (8) масса подаётся в башню щелочения (2), с ходом массы сверху вниз. На выходе масса разбавляется оборотной водой до концентрации 2% подаваемой насосом из бака промывного фильтра, расположенного после ступени гипохлоритной отбелки. Далее масса насосом подаётся на вакуум-фильтр №2 (6) для промывки и сгущения. Для промывки на вакуум-фильтр подаётся свежая теплая и горячая вода. Оборотная вода с вакуум-фильтра идёт в бак оборотной воды (9), откуда направляется в сток. После промывки и сгущения масса подаётся в смеситель (7), где перемешивается с гипохлоритом и раствором щелочи. В смеситель также, подаётся пар для нагрева массы до температуры 350С. Из смесителя с помощью насоса высокой концентрации масса, подаётся в башню гипохлоритной отбелки (3) с ходом массы сверху вниз. После гипохлоритной отбелки масса разбавляется оборотной водой из бака (9) и перекачивается насосом на вакуум-фильтр №3 (6) где промывается теплой и горячей водой, после чего подается в смеситель (7). В смеситель, подается пар для нагрева массы до температуры 70ºС. Из смесителя с помощью насоса высокой концентрации масса, подается в башню добелки пероксидом водорода (4) с ходом массы сверху вниз. На выходе из башни масса разбавляется оборотной водой из отдела сортирования беленой целлюлозы и перекачивается насосом на вакуум-фильтр №4 (6). На вакуум-фильтр подаётся свежая вода для промывки. Оборотная вода с вакуум-фильтра идёт в бак оборотной воды (9), далее с помощью насоса подаётся на разбавление после гипохлоритной отбелки. В шнек вакуум-фильтра (6) подаётся водный раствор SO2 для кисловки массы. Кисловка массы протекает в бассейне высокой концентрации (5), куда масса подаётся насосом высокой концентрации (8). Далее масса на выходе из бассейна высокой концентрации разбавляется оборотной водой из отдела сортирования белёной целлюлозы до концентрации 3,5% и поступает на бумажное производство. Рисунок 2 - Принципиальная схема отбелки целлюлозы по схеме Х+Д - Щ+П - Г - П - К Таблица 3 - Режим отбелки целлюлозы Ступень отбелки Реагент Расход, % от абсолютно сухого волокна Потери волокна, % Концентрация массы, % Температура, 0С Продолжительность, мин. Хлорирование (Х+Д) Cl2 ClO2 3.5 0.5 3.0 3 20 60 Щелочная обработка Щ+П NaOH H2O2 1.5 0.5 1.0 12 60 60 Гипохлоритная отбелка (Г) Cl2 NaOH 2.0 1.0 1.5 12 35 180 Отбелка пероксидом (П) NaOH Na2SiO3 H2O2 Трилон-Б 1.5 3.0 1.5 0.3 0.5 12 60 120 Кисловка (К) SO2 1 - 12 20 - Исходные данные для расчета: Расход воды на спрыски вакуум-фильтров - 10 м3/т; Концентрация массы, поступающей на вакуум-фильтр - 2%; Концентрация волокна в фильтре вакуум-фильтров - 50 г./м3 или 0,005%; Концентрация массы в бассейнах небеленой и беленой целлюлозы - 12%; Концентрация растворов: едкого натра ……………………………………………. 100 г./л; пероксида водорода ……………….………………… 350 г./л; силиката натрия .……………………….……………. 200 г./л; трилона-Б …………………….………………………… 70 г./л; диоксида хлора.…………….……………………. 10 г./л (в ед. ClO2); диоксида серы ……………………….……………………. 2%. 4. Материальный баланс Расчет ведем на 1 тонну воздушно сухой целлюлозы (880 тонн абсолютно сухого волокна). Бассейн высокой концентрации Проверка Приход Масса Волокно Вода со шнека 8791,82 879,18 7912,64 с ОВ 16351,03 0,82 16350,21 Итого 25142,85 880 24262,85 Расход 25142,86 880 24262,86 Шнек вакуум - фильтра №4 В шнек вакуум - фильтра для проведения кисловки подается водный раствор SO2. Расход SO2 - 1% от волокна. Так как потери при кисловке незначительны, то их не учитываем, тогда Расход SO2 составит: Раствора (при концентрации 2%) в шнек поступит: Проверка Приход Масса Волокно Вода с вакуум - фильтров 8352,23 879,18 7473,05 с химикатами 439,59 0 439,59 Итого 8791,82 879,18 7912,64 Расход 8791,82 879,18 7912,64 Вакуум - фильтр №4 Проверка Приход Масса Волокно Вода со свежей водой 10000 - 10000 с разбавления 58813,0316 882,1995 57930,8361 Итого 68813,0316 882,1995 67930,8361 Расход в шнек 8352,23 879,18 7473,05 с оборотной водой 60460,8016 3,02 60457,7786 Итого 68813,0316 881,8476 67930,8286 Разбавление после П Проверка ПриходМассаВолокноВода с оборотной водой 51482,8539 2,5741 51480,2797 из башни П 7330,1778 879,6213 6450,5564 Итого 58813,0316 882,1995 57930,8361 Расход 58813,0316 882,1995 57930,8361 Башня П С учетом химических потерь волокна (0,5%) в башню поступит волокна: Химические потери составят: Проверка Приход Масса Волокно Вода из смесителя 7334,5979 884,0414 6450,5565 Расход химические потери 4,4201 4,4201 - на разбавление 7330,1778 879,6213 6450,5565 Итого 7334,5979 884,0414 6450,5565 Смеситель перед башней П На отбелку П расход: H2O2 составит 1,5%, Na2SiO3 3%, NaOH1,5%, Трилона-Б 0,3%. При концентрации раствора: H2O2 350 г./л или 0,35 кг/кг воды, Na2SiO3200 г./л или 0,2 кг/кг воды, NaOH100 г./л или 0,1 кг/кг воды, Трилона-Б 70 г./л или 0,07 кг/кг воды. Подсчитаем затраты тепла на подогрев массы до 600 С. Температуру массы, сходящей с вакуум - фильтра №3, принимаем равной 400 С, температуру раствора - 200 С, теплоемкость волокна - 1,34 кДж/(кг·0С), теплоемкость воды - 4, 19 кДж/(кг·0С). Расход тепла составит: Тогда расход пара давлением 0,35 МПа с энтальпией 2740 кДж/кг составит: Проверка Приход Масса Волокно Вода с паром - с раствором - с вакуум - фильтров Итого 7334,5979 6450,5565 Расход 7334,5979 6450,5565 Вакуум - фильтр №3 Проверка Приход Масса Волокно Вода со свежей водой 10000 - 10000 с разбавления 59143,8350 887,1575 58256,6775 Итого 69143,8350 887,1575 68256,6775 Расход в смеситель 6755,3957 884,0414 5871,3543 с оборотной водой 62388,4393 3,1194 62388,4393 Итого 69143,8350 887,1608 68256,6742 Разбавление после Г Проверка ПриходМассаВолокноВода с оборотной водой 51772,4275 2,5886 51769,8388 из башни П 7371,4075 884,5689 6486,8386 Итого 59134,8350 887,1575 58256,6775 Расход 59134,8350 887,1575 58256,6775 Башня Г С учетом химических потерь волокна (1,5%) в башню поступит волокна: Химические потери составят: Проверка Приход Масса Волокно Вода из смесителя Расход химические потери - на разбавление Итого Смеситель перед башней Г На отбелку Г расход составит 2% гипохлорита (в ед. активного хлора) и 1% NaOH. Расход гипохлорита 898,0394 0,02=17,9607 кг. При концентрации гипохлорита 35 г/л количество отбельного раствора составит 17,9607:0,035=513,1628 л Расход щелочи составит 898,0394 0,005=4,4901 кг. При концентрации щелочи 100 г/л в смеситель поступит 4,4901:0,1=44,9010 л. Подсчитаем затраты тепла на подогрев массы до 350С. Температуру массы, сходящей с вакуум - фильтра №2, принимаем равной 500С, температуру раствора - 200С, теплоемкость волокна - 1,34 кДж/(кг·0С), теплоемкость воды - 4, 19 кДж/(кг·0С). Расход тепла составит: Тогда расход пара давлением 0,35 МПа с энтальпией 2740 кДж/кг составит: Проверка Приход Масса Волокно Вода с паром - с раствором - с вакуум - фильтров Итого 7384,8780 6486,8386 Расход 7384,8780 6486,8380 Вакуум - фильтр №2 Проверка Приход Масса Волокно Вода со свежей водой 10000 - 10000 с разбавления Итого Расход в смеситель 898,0394 5865,0352 с оборотной водой Итого 69179,2944 Разбавление после Щ+П Проверка Приход Масса Волокно Вода с оборотной водой из башни П Итого 901,2075 59179,2922 Расход 901,2075 59179,2922 Башня Щ+П С учетом химических потерь волокна (1%) в башню поступит волокна: Химические потери составят: Проверка Приход Масса Волокно Вода из смесителя Расход химические потери - на разбавление Итого Смеситель перед башней Щ+П Расход щелочи составляет 1.5%, т.е. 907,6544 0,015=13,6148 кг. При концентрации гипохлорита 100 г/л количество отбельного раствора составит 13,6148:0,1=136,1480 л Расход пероксида составляет 0,5%, т.е. 907,6544 0,005=4,5382 кг. При концентрации щелочи 350 г/л в смеситель поступит 4,4901:0,35=12,9662 л. Подсчитаем затраты тепла на подогрев массы до 600 С. Температуру массы, сходящей с вакуум - фильтра №1, принимаем равной 200 С, температуру раствора - 200 С, теплоемкость волокна - 1,34 кДж/(кг·0С), теплоемкость воды - 4, 19 кДж/(кг·0С). Расход тепла составит: Тогда расход пара давлением 0,35 МПа с энтальпией 2740 кДж/кг составит: Проверка Приход Масса Волокно Вода с паром - с раствором - с вакуум - фильтров Итого 6589,5711 Расход 6589,5711 Выход беленой целлюлозы из небеленой Общие потери волокна (химические+механические) составят 6,1% от небеленой целлюлозы. Расходуется оборотной воды - 257465,5109 кг. Образуется оборотной воды - 255318,4715 кг. Недостаток оборотной воды составляет: ,5109 - 255318,4715 = 2147,0394 кг. Недостаток оборотной воды восполняется водой, поступающей с бумажной фабрики. отбелка целлюлоза цех технологический 5. Технико-экономические показатели работы отбельного цеха (на 1 тонну воздушно-сухой беленой целлюлозы) Расход небеленой целлюлозы (абс. сухой), кг………937,44 Потери волокна (абс. сухого), кг……………………. 55,08 Расход, кг: диоксида хлора (100%-ного)…………………………….. 1,78 едкого натра (100%-ного)……………………………31,36 диоксида серы (100%-ного)………………………………. 8,79 пероксида водорода (100%-ного)………………………………19,57 силиката натрия (100%-ного)……………………………….. 26,52 Трилона-Б (100%-ного)………………………………………. 2,65 расход свежей воды, м3…………………………………………51 расход электроэнергии, кВт*ч………………………. 136,0 расход тепла, МДж………………………………………….2338 кг………………………………………………………1028,1 Заключение В данном курсовом проекте рассматривался процесс отбелки небеленой целлюлозы. Была составлена принципиальная и технологическая схема, проведен расчет материального баланса воды и волокна, определен расход пара, химикатов, свежей воды. Полученные технико-экономические показатели соответствуют современным требованиям производства и данная схема может быть внедрена на практике. Скачать архив (941.7 Kb) Схожие материалы: |
| Всего комментариев: 0 | |