Отбельный цех сульфитцеллюлозного завода
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… Читать ещё >
Отбельный цех сульфитцеллюлозного завода (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
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%.
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.
1. Характеристика сырья и продукции.
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. | ||
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. | ||
Влажность не более, %. | ||
Таблица 1.2. Качественные показатели сульфитной беленой целлюлозы из хвойной древесины (ГОСТ 3914).
Показатели. | Норма. | |
Механическая прочность при размоле в мельницах ЦРА: — разрывная длина не менее, м. — излом не менее, ч.д.п. | ||
Белизна не менее, %. | ||
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. | ; | |
Влажность не более, %. | ||
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 70? С. 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. | ||||
Щелочная обработка Щ+П. | NaOH. H2O2. | 1.5. 0.5. | 1.0. | ||||
Гипохлоритная отбелка. (Г). | Cl2. NaOH. | 2.0. 1.0. | 1.5. | ||||
Отбелка пероксидом (П). | NaOH. Na2SiO3. H2O2. Трилон-Б. | 1.5. 3.0. 1.5. 0.3. | 0.5. | ||||
Кисловка (К). | SO2. | ; | ; | ||||
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. | 16 351,03. | 0,82. | 16 350,21. | |
Итого. | 25 142,85. | 24 262,85. | ||
Расход. | 25 142,86. | 24 262,86. | ||
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. | 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. | ; | |||
с разбавления. | 58 813,0316. | 882,1995. | 57 930,8361. | |
Итого. | 68 813,0316. | 882,1995. | 67 930,8361. | |
Расход. | ||||
в шнек. | 8352,23. | 879,18. | 7473,05. | |
с оборотной водой. | 60 460,8016. | 3,02. | 60 457,7786. | |
Итого. | 68 813,0316. | 881,8476. | 67 930,8286. | |
Разбавление после П Проверка.
Приход. | Масса. | Волокно. | Вода. | |
с оборотной водой. | 51 482,8539. | 2,5741. | 51 480,2797. | |
из башни П. | 7330,1778. | 879,6213. | 6450,5564. | |
Итого. | 58 813,0316. | 882,1995. | 57 930,8361. | |
Расход. | 58 813,0316. | 882,1995. | 57 930,8361. | |
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. | ; | |||
с разбавления. | 59 143,8350. | 887,1575. | 58 256,6775. | |
Итого. | 69 143,8350. | 887,1575. | 68 256,6775. | |
Расход. | ||||
в смеситель. | 6755,3957. | 884,0414. | 5871,3543. | |
с оборотной водой. | 62 388,4393. | 3,1194. | 62 388,4393. | |
Итого. | 69 143,8350. | 887,1608. | 68 256,6742. | |
Разбавление после Г Проверка.
Приход. | Масса. | Волокно. | Вода. | |
с оборотной водой. | 51 772,4275. | 2,5886. | 51 769,8388. | |
из башни П. | 7371,4075. | 884,5689. | 6486,8386. | |
Итого. | 59 134,8350. | 887,1575. | 58 256,6775. | |
Расход. | 59 134,8350. | 887,1575. | 58 256,6775. | |
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 898,3 940,02=17,9607 кг. При концентрации гипохлорита 35 г/л количество отбельного раствора составит 17,9607:0,035=513,1628 л Расход щелочи составит 898,3 940,005=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. | ; | |||
с разбавления. | ||||
Итого. | ||||
Расход. | ||||
в смеситель. | 898,0394. | 5865,0352. | ||
с оборотной водой. | ||||
Итого. | 69 179,2944. | |||
Разбавление после Щ+П Проверка.
Приход. | Масса. | Волокно. | Вода. | |
с оборотной водой. | ||||
из башни П. | ||||
Итого. | 901,2075. | 59 179,2922. | ||
Расход. | 901,2075. | 59 179,2922. | ||
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. 907,65 440,015=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. 907,65 440,005=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 — 257 465,5109 кг.
Образуется оборотной воды — 255 318,4715 кг.
Недостаток оборотной воды составляет:
257 465,5109 — 255 318,4715 = 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.