| МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ Й НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІСТИТУТ»
КАФЕДРА ЕКОЛОГІЇ ТА ТЕХНОЛОГІЇ РОСЛИННИХ ПОЛІМЕРІВ
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
На тему:
«В
і
д
білювання
лист
о
в
ої
целюлоз
и
для
паперового
виробництва
»
Перевірив старший
викладач: Виконала студентка: ф.ІХФ, ЗЛЦ-11,
КИЇВ-2006
Аннотация
В данном курсовом проекте изложены теоретические основы технологических процессов сульфатцеллюлозного производства, — сульфатной варки и промывки целлюлозы, выпарки,
сжигания и каустизации щелоков. Описаны типы применяемого оборудования и приведена технологическая схема, а также описан процесс работы котла периодической варки. Приведены расчеты материальных и тепловых балансов важнейших процессов, даны основные
производственно-технические и технико-экономические показатели. Приведены допускаемые ГОСТы .
Кратко освещены вопросы производства целлюлозы на Украине, охраны окружающей среды, автоматизации производства и организации труда на сульфатцеллюлозных предприятиях.
К курсовому проекту прилагается:
два чертежа: А1 , А2.
Страниц:
Таблиц:
Ключевые слова: ЦЕЛЛЮЛОЗА (ФРАНЦ . CELLULOSE),
ЛИГНИН, СУЛЬФАТНЫЙ ЩЕЛОК,
Введение
Задача: повышение белизны (в случае выработки целлюлозы для производства бумаги и картона), придание целлюлозе определенных физико-химических свойств (при выработке целлюлозы для химической переработки ).
В настоящее время применяется многоступенчатая (комбинированная) отбелка, при которой масса обрабатывается различными химическими реагентами. Это позволяет подучить целлюлозу необходимого качества.
ОТБЕЛКА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Схемой отбелки называется последовательность обработки целлюлозы отбеливающими реагентами. В зависимости от свойств получаемой целлюлозы схема может иметь от 3 до 11 ступеней.
3 Ступени - для производства полубеленой сульфатной целлюлозы.
4 ступени - для производства беленой сульфитной целлюлозы для бумаги.
5 - 6 ступеней - для производства беленой сульфатной целлюлозы для бумаги
7-II ступеней - для целлюлозы, идущей на химическую переработку (вискозной, кордной)
При отбелке сульфатной целлюлозы имеются особенности:
1) Целлюлоза имеет более темный цвет, меньшую начальную
белизну (25-30%); это обусловлено остаточным лигнином, (егохромофорными группами).
2) Целлюлоза труднее отбеливается. Для ее отбелки дотой же степени, что и сульфитной, требуется горячая нейтрализация после хлорирования, увеличение числа ступеней на I или 2.
3) увеличение расхода химикатов и продолжительности обработки.
I. Башни с движением массы сверху вниз.
Башня - металлический цилиндр, внутри она обрезинена (гуммирована) или покрыта защитным слоем титанового листа.
На старых предприятиях отбелку ведут на периодических отбельных роллах. Совершенствование и интерификация отбелки.
Отбелка в газовой фазе
Отбелка - процесс длительный. Масса может находится в отдельном цехе до 16 часов, это недостаток отбелки. Который обуславливает большие габариты оборудования и соответствует зданию цеха.
Для устранения этого недостатка прорабатывается отбелка в газовой фазе, целлюлозу при высокой концентрации (30-351 обрабатывают газообразными реактивами. Она предусматривает следующие стадии:
1. Отбелка хлором 3-5 мин.),
2. Обработка аммиаком ( t
=100°, 3-5 мин.).
3. Отбелка хлором (
Т = 15-20 mиh).
4. Обработка аммиаком Температура
5. Отбелке хлором (С =12-14%, Т
= 60-70 мин.).
Суммарная продолжительность такой отбелки 60-75 мин.
Промывку между стадиями не делают.
Применение кислорода для отбелки.
Впервые отбелка целлюлозы с применением кислорода была проведена в 1954-1956г.г. в ЛТА В.М.Никитиным и Г.Л.Акимом. Впоследствии многие зарубежные фирмы стали проводить работу в этом направлении.
Сейчас известно несколько промышленных установок для получения беленой целлюлозы с применением кислорода.
Метод заключается в следующем: обработка целлюлозы кислородом при температуре.
Расход кислорода от массы а. с .целлюлозы.
При этом в щелочной среде (расход щелочи - 3-4 от а.с.целлюлозы), в присутствии кислорода образуются перекисные радикалы, являются эффективными окислителями остаточного лигнина. К сожалению, при этом окисляется целлюлоза.
Для уменьшения разрушения целлюлозы добавляют ингабиторы соли.
Отбелка лиственной целлюлозы для бумажного производства
Отбелка целлюлозы из древесины лиственных пород по сравнению с отбелкой хвойной целлюлозы имеет некоторые особенности. С одной стороны, остаточный лигнин в лиственной целлюлозе, состоящий наполовину из гваяциловых, наполовину из сирингиловых фенилпропановых: единиц, как правило, в меньшей степени конденсируется как при сульфитной, так и при сульфатной варке и несколько', легче поддается-действию реакций хлори-рования и окислений, происходящих при отбелке. С другой стороны, экстрактивные вещества лиственной целлюлозы, в составе которых превалируют жирные кислоты и нейтральные вещества, значительно труднее поддаются действию . отбельных реагентов, а продукты их хлорирования с трудом растворяются. Эти обстоятельства зачастую являются причиной серьезных смоляных затруднений, сопровождающих отбелку лиственной целлюлозы.
Сульфитная лиственная целлюлоза обладает различной способностью отбеливаться в зависимости от породы древесины и степени и однородности провара. Жесткая лиственная целлюлоза из березы в одну ступень хлорируется не полностью и заметно хуже, чем жесткая хвойная целлюлоза, даже при большом расходе хлора. Мягкая и среднежесткая целлюлозы из березовой и осиновой древесины хлорируются в одну ступень нормально и примерно с таким же расходом хлора, как и
еловая сульфитная целлюлЬза. Естественный цвет сульфитной небеленой березовой целлюлозы более темный, чем еловой__и осиновой, но разница невелика.
При получении полубеленой сульфитной целлюлозы из древесины лиственных пород применяются те же схемы отбелки, что и
для полубеленой хвойной целлюлозы, а именно Х-—Щ—Г или Х- Щ—Г—Г, которые обеспечивают белизну порядка 70— 80%. Для достижения более высокой степени белизны (83—85%), соответствующей нормально отбеленной сульфитной целлюлозе, применяют схемы X — Г — Щ — Г, X — Щ — Г — Щ—Г или X — Щ — Г — Г с гипохлоридной отбелкой в качестве последней ступени. При этом иногда наблюдаются смоляные затруднения. В процессе хлорирования жиры и воскн, входящие .в состав экстрактивных веществ, дают хлоропроизводиые, которые при щелочении не омыляются и не удаляются из целлюлозы, в процессе же последующей гипохлоридной обработки они окисляются и
растворяются, но под действием щелочной среды снова выпадают из раствора и осаждаются на металлических поверхностях и адсорбируются волокном . Для предупреждения этого явления применяют предварительную слабую обработку небеленой целлюлозы гипохлоридом или диоксидом хлора с целью окисления экстрактивных веществ. Гипохлоридная обработка производится при концентрации массы 3—4% при обычной температуре в течение 20—30 мин с расходом активного хлора 2—2,5% от массы волокна. На разбавление массы после последней ступени гинохлоридной отбелки подают кислую оборотную воду.
Для производства высокобеленой лиственной сульфитной целлюлозы с белизной 90% и выше используются четырехступенчатые схемы с отбелкой диоксидом хлора в последней,ступени: X—Щ—Г—Д или X—Г—Щ—Д. В последнем случае гипохлорнтная обработка непосредственно после хлорирования преследует цель избежать смоляных затруднений после отбелки. Установили, что содержание вредной смолы в лиственной целлюлозе возрастает по мере углубления провара; поэтому в качестве исходной для отбелки следует выбирать не мягкую, а средней жесткости целлюлозу или даже жесткую. Для получения высокобеленой осиновой целлюлозы рекомендовано исходить из небеленой целлюлозы жесткостью 90 — по перманганатному числу, а при выработке осиновой беленой целлюлозы с высокой впитываемостыо подвергать отбелке небеленую целлюлозу жесткостью 80-—90. Отбелку сульфитной целлюлозы из смешанной пихтово-ольховой древесины по схеме X-—Щ—Г. При хлорировании наблюдалось выравнивание жесткости хвойной и лиственной целлюлозы: хлор поглощался быстрее более жесткой хвойной целлюлозой, и перехлорирования лиственной целлюлозы не происходило.
При жесткости исходной целлюлозы 80—90 по пермарганатному числу жесткость после хлорирования составляла 15—25. Хлорирование проводилось при концентрации массы 2,5— 3%, при температуре 20°С в течение 40 мин. Расход хлора составлял 60—70% от общего расхода на отбелку, расход NaOH на щелочение —-1,5% от волокна.
Гипохлоритная добелка происходила при концентрации массы 6% н температуре 37°С с расходом хлора от I до 2%. Белизна целлюлозы после отбелки равнялась 84—89%, разрывная длина 8140—8600 м, число двойных перегибов 280—500.
Сульфитная осиновая целлюлоза хорошо поддастся одноступенчатой КЩО. При отбелке жесткой целлюлозы (110—115 по перманганатному числу) наилучшие, результаты дал режим обработки при концентрации щелочи 0,75%, NaOH в течение 30 мин при температуре 95°С. Кислород подавался с началом подъема температуры под давлением 1 МПа. Полученная после КЩО целлюлоза имела белизну до 86%, разрывную длину до м, сопротивление излому до 300 л перегибов.
Лиственная бисульфитная целлюлоза, в отличие от хвойной, содержит в
1,5—2 раза больше экстрактивных веществ,
которые оказывают неблагоприятное влияние на процесс и результаты отбелки. Хлорирование бисульфитиой лиственной целлюлозы сопровождается агломерацией жиров и нейтральных веществ, которые очень плохо растворяются при щелочении и, оставаясь в беленой целлюлозе, вызывают смоляные затруднения. Воспрепятствовать этому, однако, можно достаточно перед хлорированием производить обработку небеленой целлюлозы гипохлорйтом нлн диоксидом хлора, так же, как это делается при отбелке сульфитной лиственной целлюлозы. Иногда заменяют хлорирование обработкой диоксидом хлора, несмотря на удорожание процесса. Расход хлора на единицу числа Каппа на отбелку лиственной бисульфитной целлюлозы несколько выше, чем хвойной, а расход щелочи на щелочение (рис. 173) выше на 1 —1,5% NaOH от массы целлюлозы.
Расход хлора на отбелку б е р е з о в о й бисульфитной целлюлозы при одной и той же жесткости примерно на 1 % больше, чем осиновой. Выход беленой бисульфитной целлюлозы из лиственной древесины выше, чем из хвойной. Например, при жесткости небеленой целлюлозы 40 по перманганатному числу выход беленой целлюлозы из ели составил 46%, из осины — 50%, из березы — 51%. Выход беленой целлюлозы из древесины мало изменяется в зависимости от степени провара небеленой целлюлозы, поэтому нецелесообразно белить очень мягкую целлюлозу. Оптимальным содержанием лигнина в буковой целлюлозе, предназначенной для отбелки, является 1,8—2%. В этом случае при отбелке по схеме X—Щ—Г степень белизны достигала 92%, а при отбелке по схем£ X—Щ~Г—Д — даже 93,8%, при расходе 0,4—0,7% С1О2
от небеленой целлюлозы. Но целлюлоза имела сравнительно низкие показатели механической прочности. Максимальная прочность наблюдалась у беленой целлюлозы, полученной из буковой
Mg-бисульфитной небеленой целлюлозы с содержанием лигнина 4,5—5%.
В работе целлюлозно-бумажной лаборатории , в которой исследовалась отбелка Na-бисульфитиой целлюлозы из березы ло схеме X—Щ—X—Щ—Г—Д, было установлено, что оптимальные результаты в отношении белизны и прочности получаются при содержании лигнина в исходной небеленой целлюлозе 5,2%. Расход хлора на гипохлоритную отбелку при этом составлял 1—1,5%, на добелку С1О2
— 0,5%.
На основании своих работ А. И. Бобров [4, с. 126] рекомендует для Промышленного использования при отбелке березовой и осиновой
Mg-бисульфитной целлюлозы схему Г—X—Щ—Д— Щ—Д режим, указанный в табл. Режим гарантирует получение беленой целлюлозы с белизной до 93% при потере прочности не более 15% по сравнению с небеленой целлюлозой.
Т а б л и ц а
На отечественных предприятиях беленая бисульфитная целлюлоза, в частности из древесины лиственных пород, до сих пор не производится, хотя такие предположения были еще в 1970-х годах [24]. На зарубежных заводах при отбелке магнефитной лиственной целлюлозы для писчих и
печатных бумаг часто ограничиваются трехступенчатой схемой X—Щ—Г. Примерный режим такой отбелки для американских условий показан ниже в сопоставлении с отбелкой еловой бисульфитной целлюлозы той же жесткости (15 единиц по числу Каппа).
При получении высокобеленой лиственной целлюлозы с белизной до 93% применяют пяти и шести ступенчатые с схемы: Х-Щ—Д—Щ—Д,
X—X—Щ—Д—Щ--Д, X—Щ—Х--Щ— Г—Д. Потребность в химикатах для отбелки лиственной бисульфитной целлюлозы выше по сравнению с сульфитной лиственной целлюлозой, по так как бисульфитная целлюлоза вырабатывается с высоким выходом из древесины, себестоимость бисульфитной беленой целлюлозы получается ниже .
Производство сульфатной беленой целлюлозы из лиственной древесины получило очень большое развитие за последние 20 лет, в том числе в нашей стране. Несмотря на то, что щелочная варка достаточно полно освобождает целлюлозу от экстрактивных веществ, содержащихся в древесине, в сульфатной лиственной целлюлозе все же сохраняются в некотором количестве вещества, вызывающие смоляные затруднения .
С целью уменьшения содержания экстрактивных веществ, иногда вводят предварительную обработку небеленой лиственной целлюлозы гипохлорнтом или диоксидом хлора так же, как это делается при отбелке бисульфитной и сульфитной целлюлоз. Сульфатная целлюлозл из древесины мягких лиственных пород — осины, тополя, ольхи и др.—отбеливается легче, чем хвойная сульфатная целлюлоза: расход хлора на ее отбелку меньше, и схемы отбелки проще. Целлюлоза из древесины твердых лиственных пород — березы, граба, дуба, бука и др. — требует применения практически таких же схем, как и сульфатная целлюлоза из древесины хвойных пород. Механическая прочность беленой целлюлозы также зависит от. породы древесины: березовая целлюлоза уступает хвойной лишь по показателям сопротивления изгибу и раздиранию, в то время как осиновая — по всем показателям.
Сложность схем отбелки лиственной сульфатной целлюлозы определяется назначением беленой целлюлозы и ее степенью белизны. По американским данным , при получении по-л у беленой лиственной целлюлозы с белизной до 75% достаточна простая трехступенчатая схема X—Щ—Г. Чтобы получить беленую целлюлозу с белизной 75—80%, применяют схемы X—Щ—Д, Г—X—Щ—Г, X—Щ—Г—Г—.
Для получения нормально отбеленной целлюлозы с белизной 80—85% пригодны трехступенчатая схема X—Щ—Д, четырехступенчатые X—Г—Щ—Д и X—Щ—Г—Д и более сложные пятиступенчатые X—Щ—Д—Щ—Д и X—Щ—Г—Д—П (последняя с пероксидной добелкой). Для достижения высокой белизны (порядка 85—90%) применяют четырех- и пятиступенчатые схемы X—Щ—Г—Д, Х-Г—Щ—Д, X—Щ—Д—Щ—Д, X—Щ-Г—Д—П. И, наконец, для производства супер-беленой целлюлозы с белизной выше 90% рекомендуется шестиступенчатая схема X—Щ—Г—Ш,— Д—П. Из этого перечня видно, насколько богаты современные технические возможности получения беленых целлюлоз из сульфатной лиственной целлюлозы.
В качестве простой схемы упомянем четырех ступенчатую:X—Щ—Г—Г для отбелки осиновой сульфатной целлюлозы, применяемую на двух отечественных заводах. Хлорирование ведут при концентрации массы 3,5%, с расходом хлора от 3 до 7,5% от целлюлозы (в зависимости от ее жесткости); жесткость после хлорирования составляет 25—29 перм. ед.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Непснин Ю. Н. Технология целлюлозы. Т. 2-3: Производство сульфатной целлюлозы.— М„ 1903.— С. 936.
2. Никитин В. М., Оболенская А. В. Карбоксильные группы в щелочно млигнине//Труды ЛТА им. С. М. Кирова.—1956.—Вып. 75.—С. 79—82.
3. Жудро С.Г. Проектирование целлюлозно-бумажных предприятий. - ' М., 1981. - 304 с.
4. Непенин Н.Н. Технология целлюлозы. Т. I. Производство сульфитной целлюлозы. - М., 1976. - 624 с.
5. Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы, Т. 2. Производство сульфатной целлюлозы. - М., 1963. - 935 о.
6. Иванов С.Н. Технология бумаги. - М., 1970. - 696 с.
7. Бумагоделательное оборудование: Каталог-справочник. - М., 1969. - 216 с; 1973. - 32 с.
8. Чигаев и др. Оборудование целлюлозно-бумажного производства.
В 2-х томах. Т. I. Оборудование для производства волокнистых полуфабрикатов. - М., 1981. - 368 о.; Т. 2. Бумагоделательные машины. - М., 1981. - 264 с.
|
