ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 242
Скачиваний: 6
впитается 25% от объема древесины и в 1 ж3 емкости котла будет жидкости
1 -0 ,4 5 5 + 0 ,4 5 5 • 0,25=0,66 ж3. |
|
Жидкостной модуль составит 0,66:0,174 = 3,8. |
|
В рассмотренных примерах количество сульфитного |
щелока |
в котле, отнесенное к 1 тцеллюлозы (при выходе ее 50% |
от дре |
весины), составляет при свободной засыпке щепы и холодной кис лоте 5,1:0,5=10 ж3, а при уплотнении щепы и горячей кислоте 3,8: 0,5 = 7,5 ж3. Практически при сульфитной варке в котлах боль шой емкости с учетом сдувок и колебаний в выходе целлюлозы эти величины находятся в пределах 6,5—8 ж3/т целлюлозы.
Формы связи щелока с целлюлозой в котле различны. Около 40% сульфитного щелока вообще не связано с волокном и может сво бодно стекать из массы. Примерно такое же количество щелока распределено в промежутках между пучками волокон и между от дельными волокнами ( н а р у ж н ы й ще лок) . Для отделения этой части щелока требуется избыточное давление около 3 кгс/см2. При увеличении выхода целлюлозы доля наружного щелока возрастает за счет уменьшения количества свободно стекающего щелока. Около 20% щелока находится в полостях волокон и может быть извлечено с помощью диффузии в окружающий раствор, имеющий меньшую концентрацию растворенных веществ. Наконец, около 5% щелока содержится в клеточных стенках и удаляется лишь при многократной промывке целлюлозной массы водой, при которой про исходит чрезвычайно высокое разбавление щелока, исключающее его переработку.
Таким образом, на переработку может быть направлено не бо лее 95% веществ щелока, содержавшегося в котле.
По окончании варки осуществляют газовую сдувку и отбор из котла свободно стекающей части щелока. Для отбора остальной части щелока используют оборотные щелока, образующиеся в ре зультате разбавления щелока при отборе.
Существуют два способа опоражнивания котла: выдувка под дав лением около 3 кгс/см2 и вымывка при атмосферном давлении. Вы дувка применяется не всегда, так как вследствие перепада давле ний непроваренные щепочки и сучки разрываются и засоряют цел люлозное волокно.
Масса из котла выгружается в сцежу, представляющую собой емкость, обычно изготовленную из железобетона, облицованного кислотоупорными плитками. На высоте около 0,5 ж от днища сцежи установлено ложное дно, выполненное из керамических фильт ровальных плиток или дырчатых листов кислотоупорной стали. При вымывке массы объем сцежи равен полутора объемам варочного котла, а при выдувке он должен быть более двух объемов котла. Площадь сечения сцежи составляет 5—7 ж2 на каждую тонну вы
гружаемой из котла целлюлозы.
Наибольшее распространение получил ступенчатый |
метод от |
|
бора |
сульфитного щелока (рис. 32, а), разработанный |
Н. Н. Не- |
8 |
Заказ N° 449 |
из |
i
1
Вода.
Рис. 32. Отбор сульфитного щелока:
а — комбйнированный отбор |
из котла и |
сцежи: |
/ — котел; 2 — сцежа; |
3 — сборник |
крепкого |
|||
щ елока; 4 — сборник |
первого |
оборотного |
щ елока; 5 — сборник второго |
оборотного |
щелока; |
|||
6 — сборник |
горячей |
воды; б — отбор щ елока на |
фильтре: |
1 — варочный |
котел; 2 — выдувной |
|||
чан; 3 — бак |
возвратного щ елока; 4, 5 — фильтры |
первой |
и второй ступени |
|
||||
пениным. При вымывке массы после отбора свободно стекающей части щелока в котел медленно подается первый оборотный щелок, вытесняющий находящийся между волокнами щелок. Из-за нерав номерного распределения целлюлозы в котле, наличия ходов, об разующихся в результате циркуляции жидкости и при отборе сво бодно стекающей части щелока, при таком вытеснении можно ото брать без разбавления не более половины находящегося в котле щелока. Остальная часть щелока смешивается с вытесняющей жид костью, отбирается в виде смеси, которую вместе с ранее отобран ным крепким щелоком направляют на переработку.
Затем котел снова заливают первым оборотным щелоком и со держимое котла вымывают в сцежу, в которую подают второй обо ротный щелок. Стекающий под ложное дно раствор направляют
вбак первого оборотного щелока, а в сцежу подают горячую воду
исобирают в бак второй оборотный щелок. После заполнения всех баков оборотными щелоками промывают целлюлозу водой.
Ниже приводится составленный Н. Н. Непениным баланс сту пенчатого отбора щелока.
Щелок в котле
На использование
1138 кг
10 м?
Второй оборотный
щелок
273 кг
7,8 м3
На промывку холодной водой
Из баланса видно, что можно отборать не менее 90% щелока при разбавлении всего на 15— 18%.
8 * |
115 |
При.выдувке массы в сцежу для амортизации удара предвари тельно заливают оборотный щелок ( ж и д к о с т н а я п о д у ш к а ) , а для уменьшения парообразования в момент выдувки сверху в сце жу через спрыски подают воду или оборотный щелок, создающий жидкостный зонт. Обычно объем жидкости, расходуемой на по душку и зонт, примерно равен объему оставшегося в котле щелока после отбора свободно стекающей его части. Стекающий под лож ное дно щелок смешивается с жидкостной подушкой и в виде такой смеси вместе с ранее отобранным свободно стекающим щелоком направляется на переработку.
Таким образом, щелок, отобранный при выдувке, больше разбав лен водой, чем щелок, отобранный при вымывке массы из котла.
Оборотные щелока периодически необходимо укреплять, так как они неизбежно разбавляются водой. Для этого время от-времени часть крепкого щелока подают в бак первого оборотного щелока.
Очень высокая степень отбора щелока при наименьшем его раз бавлении может быть достигнута на отжимных или фильтрационных установках. На рис. 32, б представлена схема отбора щелока на вакуум-фильтре. По окончании варки содержимое котла (консистен ция массы 8 %) выдувают в выдувной чан, снабженный мешалкой.
Во время выдувки в этот чан и в массопровод вводят крепкий ще лок, чтобы разбавить массу, поступающую на сгуститель. Сильно разбавленная щелоком масса уплотняется на вакуум-фильтре до 25%, при этом отделяется щелок. При наличии нескольких ступе ней вакуум-фильтров и применении оборотных щелоков отбор веще ств, содержащихся в щелоке, достигает 95%.3
3. СОСТАВ ЩЕЛОКА
Сульфитный щелок можно рассматривать как раствор, содержа щий продукты гидролиза, окисления и распада легкогидролизуемых гемицеллюлоз древесины, сульфированный лигнин, а также различ ные соединения серы.
Специфические для сульфитного щелока качественные реакции, позволяющие обнаружить его даже в незначительном количестве в сточных водах, следующие:
1 ) при сжигании сухого остатка возникает характерный запах
меркаптана; 2 ) при облучении кварцевой лампой с фильтром наблюдается
голубое свечение для щелоков хвойной древесины и зелено-голу бое — для щелоков лиственной древесины;
3 ) водный раствор солянокислого анилина или солянокислого
ß-нафтиламина образует со щелоком желтый хлопьевидный оса
док; |
раствор, содержащий 1 % желатина и 1 0 % поваренной соли, |
4 ) |
образует со щелоком белый осадок.
В ультрафиолетовой области спектра сильно разбавленные раст воры сульфитного щелока дают два характерные максимума аб-
116
сорбции (при 205 и 280 ммк). Первый максимум обусловлен на личием в щелоке лигносульфоновых кислот, второй, кроме того, присутствием различных других органических соединений, в част ности продуктов распада сахаров.
Плотность сульфитного щелока при 20° С, зависящая от степени уплотнения щепы в варочном котле, разбавления щелока при от боре, а также от породы древесины и условий варки, в большин стве случаев лежит в пределах 1,035— 1,055 г/см3. Между плот ностью и содержанием сухих веществ в щелоке нет строгой зави симости. Можно лишь указать на то, что при одинаковой плот ности содержание сухих веществ в щелоке будет тем больше, чем меньше в нем находится сахаров, и этот разрыв возрастает по мере увеличения концентрации сухих веществ.
Для разбавленных растворов сульфитного щелока предложены эмпирические формулы для расчета ориентировочной концентра ции сухих веществ в сульфитных щелоках по их плотности. В ка честве примера приводим формулу, предложенную Ю. Н. Непениным:
£> = 1+0,44Р,
где D — плотность щелока при 20° С, г/см3\ Р — содержание сухих веществ, кг/л.
Теплоемкость сульфитного щелока, как это видно из формулы Матросова и Козлова, понижается с повышением содержания в щелоке сухих веществ:
Ср= 1 — 0.0062С,
где Ср — теплоемкость, кал/кг-° С; С — содержание сухих веществ, % •
Для сульфитного щелока, как солевого раствора, характерно понижение температуры замерзания и повышение температуры ки пения. Для щелоков от кислых варок целлюлозы нормального вы хода понижение температуры замерзания может быть с достаточ ной точностью определено по следующей эмпирической формуле:
Д * = - 150 (т— I)2,
где At — понижение температуры замерзания, °С; у — плотность щелока, г/см3.
Повышение температуры кипения кальциевых щелоков от кис лых варок целлюлозы нормального выхода в среднем составляет при концентрации сухих веществ 15% около 1°С и при концентра ции сухих веществ 50%— 2°С. Замена кальциевого основания в варочной кислоте на натриевое способствует дополнительному по вышению точки кипения щелока, особенно при возрастании кон центрации сухих веществ. Температура кипения натриевого ще лока, содержащего 40% сухих веществ, повышается почти на 5° С.
Органические вещества, растворенные в сульфитном щелоке, — гигроскопичные продукты. Эти вещества после высушивания по
117
глощают из окружающего воздуха влагу. В среднем гигроскопи ческая влажность сухого остатка щелока равна 1 0 — 1 2 %, причем
сахара более гигроскопичны, чем лигносульфонаты.
Концентрация сухих веществ щелока, поступающего на перера ботку, колеблется в довольно широких пределах. При одноступен чатых кислых варках целлюлозы нормального выхода эта вели чина составляет 9— 13%, с повышением выхода целлюлозы — со ответственно снижается.
Зольность сухого остатка в первую очередь зависит от природы катиона варочной кислоты и условий варки. При любом варианте варки с повышением выхода целлюлозы возрастает зольность су хого остатка щелоков в связи с уменьшением количества перехо дящих в раствор неЦеллюлозных компонентов древесины. Золь ность сухого остатка бисульфитных щелоков при равном выходе целлюлозы больше, чем сульфитных, в связи с повышенным со держанием основания в бисульфитном варочном растворе.
При сульфитной варке целлюлозы нормального выхода золь ность сухого остатка кальциевых и магниевых щелоков состав ляет 10— 15%, натриевых щелоков — около 20%. В сухом остатке аммониевого щелока золы содержится всего 2—3% вследствие улетучивания продуктов распада, содержащих азот.
Вдревесной золе содержится в среднем 0,15% СаО от древе сины. При растворении этой золы в сульфитном щелоке во время варки происходит связывание ионов Са" с ионами SO/' с образо ванием сернокислого кальция, концентрация которого при модуле варки 5 составит 0,7 г/л. Таким образом, даже при варке с кис лотой, содержащей любое некальциевое основание, количество сульфата кальция в щелоке составит около 1 % от массы сухого
остатка.
Всульфитном щелоке содержится большое количество микро элементов, перешедших в раствор из древесины, а также частично из легированных сталей аппаратуры и коммуникаций. Концентра
ция этих элементов ничтожно мала, от ІО' 3 до 10~6, но значение
их в синтезе дрожжевой клетки при биохимической переработке щелока или при использовании его в качестве удобрения весьма существенно. Среди микроэлементов имеются представители всех групп таблицы Менделеева: В, Al, Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Sn, Ba, Ta, Pb, Bi и др.
Главными составляющими органических веществ сульфитного щелока являются лигносульфоновые кислоты (за вычетом содер жащихся в них сульфогрупп), сахара и органические кислоты (в основном альдоновые и уксусная). Возможно также присутст вие в щелоке олигосахаридов не полностью прогидролизованных осколков гемицеллюлоз, состоящих из трех-семи сахарных остатков.
Сумма сахаров и других органических веществ сульфитного ще лока, содержащих карбонильные группы, носит название редуци рующих веществ (РВ). Несахарные редуцирующие вещества со- - ставляют в среднем 15—20% от РВ щелока.
118
