ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 258
Скачиваний: 6
Для определения эффективности работы совмещенного аппарата воспроизведен тепловой расчет колонны, выполненный на стр. 142.
Примем теплопотери в выпарном аппарате равными 10%. То
гда количество тепла, переданное паром 1 мг |
щелока, |
составит |
647 • 50 • 0,9 = 29 200 ккал. |
м3 щелока с 96 |
|
При количестве тепла, потребном на нагрев 1 |
||
до 108° С, 11 700 ккал уйдет тепла с парогазовой |
смесью |
(так же, |
как и в первом расчете, без учета потерь в колонне и конденса торе) 29 200 — 11 700=16 500 ккал, а количество конденсата паро газовой смеси составит 16 500:640 = 26 кг.
Это количество конденсата образуется за счет испарения щелока в колонне. Таким образом, в совмещенном аппарате щелок скон центрируется не менее чем на 2%, и концентрация сухих веществ
в нем достигнет 11,2%. По сравнению со щелоком, е |
ы х о д я щ и м |
и з |
к о л о н н ы , имеющей прямой обогрев, относительный |
прирост |
кон |
центрации сухих веществ в щелоке, упаренном в совмещенном ап парате, составит 4% и, кроме того, на каждый кубометр щелока будет возвращено в производство 50 л горячего конденсата све жего пара.
Подготовку к биохимической переработке щелоков от сульфит ных варок целлюлозы высокого выхода (ЦВВ) проводят по не сколько измененной схеме.
Эти щелока в результате меньшего расхода химикатов на реак ции варки содержат значительное количество неиспользованного
сульфита, |
вследствие чего |
имеют пониженную |
кислотность (pH |
3 — 3,5), |
недостаточную для |
полного гидролиза |
гемицеллюлоз до |
моносахаридов. Поэтому в щелоках сульфитных варок ЦВВ на ряду с моносахаридами присутствуют олигосахариды, биохимиче ская утилизация которых невозможна без предварительного кис лотного гидролиза (инверсии). Если проводить инверсию необра ботанного щелока с помощью серной кислоты, то последняя бу дет расходоваться на вытеснение S 0 2 из солей сернистой кислоты и связывание с освобождающимся при этом катионом. Посколь ку эта реакция не протекает по стехиометрическому уравнению, кислотность сульфитного щелока, несмотря на большой расход серной кислоты, будет возрастать незначительно и окажется недо статочной для гидролиза олигосахаридов. Поэтому первой опера цией подготовки щелоков кислых варок ЦВВ должно быть удале ние из них избытка сульфита. Окисление щелоков воздухом, про водимое с этой целью на одной из стадий подготовки щелока суль фитной варки целлюлозы нормального выхода, в данном случае малоэффективно, так как величина pH щелока от варки ЦВВ при
такой обработке |
быстро достигает 4—5, т. е. раствор |
попадает в зону |
наибольшей стабильности сульфитов (см. |
рис. 43). |
< |
Глубокая нейтрализация щелоков известковым молоком для перевода растворимых сульфитов в нерастворимый сульфит каль ция потребует столь большого расхода известкового молока, что величина pH щелока от варки ЦВВ может превысить 8, а это со-
150
пряжено с повышенным распадом сахаров и началом коагуляции лигносульфонатов.
Один из наиболее простых приемов удаления избыточного ко личества сульфита — искусственное поддержание достаточно вы сокой кислотности щелока при обработке его воздухом. Для этого в щелок после отдувки из него паром в колонне свободного S 0 2 при подаче воздуха вводят в несколько ступеней серную кислоту таким образом, чтобы ее количество на каждой последующей сту пени уменьшалось вплоть до полного исключения на последней ступени при одновременном увеличении продолжительности про дувки воздухом на каждой последующей ступени.
Число ступеней, количество вводимой серной кислоты и продол жительность продувки воздухом зависят от начальной концентра
ции сульфита в щелоке и находятся в пределах |
(соответственно) |
3—4, 0,1—0,25%, 1,5—2 ч. |
помощью серной |
Инверсия щелоков сульфитных варок ЦВВ с |
кислоты может быть проведена как при атмосферном, так и при повышенном давлении. При кипячении щелока под атмосферным давлением потребная концентрация серной кислоты составляет в
среднем |
0,3—0,5% при продолжительности обработки 7—5 ч. |
В том |
случае, когда инверсию проводят при температуре |
130° С и соответствующем ей давлении, средняя концентрация сер ной кислоты в щелоке может быть снижена до 0,1—0,2%, а про должительность обработки сокращена до 3—2 ч.
При вариантах инверсии щелока имеет место частичное вытес нение из него S 0 2, который следует направлять в систему реге нерации.
Дозировка серной кислоты определяется, кроме того, степенью полимеризации олигосахаридов и природой катиона основания варочной кислоты, так как присутствие в растворе в диссоцииро ванном состоянии солей серной кислоты снижает каталитическую активность самой кислоты. Поэтому целесообразность проведения инверсии щелоков должна подвергаться в каждом отдельном слу чае экономической оценке с учетом затрат химикатов и пара, а также дополнительной выработки продукции.
Щелока бисульфитных варок целлюлозы высокого выхода или полуцеллюлозы, как правило, содержат очень небольшое коли
чество РВ, в |
основном представляющих собой |
олигосахариды. |
В результате |
резко повышенной концентрации |
связанного S 0 2 |
в варочном бисульфитном растворе величина pH этих щелоков на ходится в пределах 4—5 и удаление избытка сульфита из таких щелоков связано с большими трудностями.
В том случае, когда бисульфитный варочный раствор содержит небольшой избыток свободного S 0 2, снижающий величину pH, или имеет пониженную концентрацию связанного S 0 2, могут быть при менены описанные выше способы удаления сульфита и инверсии олигосахаридов.
На ряде целлюлозно-бумажных комбинатов целлюлозу отбели вают перекисью водорода. Этот окислитель может быть также
151
использован для окисления избыточного количества сульфита в бисульфитном щелоке.
Инверсию бисульфитных щелоков можно проводить с помощью S 0 2. При выдержке щелока, насыщенного S 0 2, под давлением при повышенной температуре происходит достаточно полный гидролиз
олигосахаридов. Одновременно с инверсией в этих условиях |
про |
||
текают дополнительные побочные реакции |
образования |
ионов |
|
S 0 4" и сульфирования лигносульфоновых кислот. Однако |
на |
эти |
|
побочные реакции расходуется не введенный |
в щелок S 0 2, а |
из |
быточный растворенный сульфит. Чем выше температура инверсии и чем ниже концентрация S 0 2, введенного в щелок, тем интенсив нее протекают побочные реакции. Оптимальные условия инверсии бисульфитных щелоков варок ЦВВ и полуцеллюлозы с помощью
S 0 2 следующие: температура 130— 140° С; концентрация |
S 0 2 5— |
7%, продолжительность 30—60 мин. |
пропус |
С целью регенерации S 0 2 щелок после такой инверсии |
кают через колонну для продувки паром, имеющую укрепляющую часть. Концентрация соединений S 0 2 в выходящем из колонны ще локе не превышает допустимых для биохимической переработки пределов.
При бисульфитной варке целлюлозы нормального выхода из древесины лиственных пород в результате накопления в большом количестве уксусной кислоты кислотность бисульфитных щелоков может настолько возрасти, что равновесие между различными сое динениями S 0 2 сдвинется в сторону свободного S 0 2 и избыток сульфита станет незначительным. В этом случае условия подготов ки бисульфитного щелока к. биохимической переработке прибли зятся к условиям подготовки щелоков сульфитных варок.
При проектировании отделения подготовки к биохимической пе реработке щелока от сульфитной варки целлюлозы нормального выхода из еловой древесины с кислотой на основаниях CaO, Na20 ,
MgO следует исходить из нормативных |
данных, |
представленных |
||
в табл. 16. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 16 |
Нормативные данные щелоков сульфитной варки целлюлозы |
||||
нормального выхода из древесины ели |
|
|
||
|
|
Марка целлюлозы |
|
|
Нормативные показатели |
жесткая |
средней |
мягкая |
|
|
||||
|
жесткости |
|||
|
|
|
||
Количество сульфитного щелока, пе |
|
|
|
|
редаваемое на переработку, м3 на |
8,5 |
8,5 |
|
8,5 |
тонну целлюлозы .......................... |
|
|||
Концентрация органических веществ |
|
|
|
|
в передаваемом на переработку |
|
|
|
|
щелоке (при промывке в сцежах), |
87 |
93 |
|
|
кг/м3 ................................................ |
|
100 |
||
Содержание в щелоке РВ, % от ор |
28,2 |
28,5 |
|
29,5 |
ганических в ещ еств ...................... |
|
152
Ниже приводится примерный расчет суточного материального баланса отделения подготовки щелока.
И с х о д н ы е д а н н ы е
Целлюлозный завод вырабатывает 200 000 г целлюлозы средней жесткости в год; древесина — ель; варочная кислота на кальцийнатриевом основании; число рабочих дней в году 345; плотность щелока 1,050 г/см3\ кислотность щелока 90 мл 0,1 и. NaOH на 100 мл щелока; зольность сухого остатка 15%; темпера тура щелока 80° С.
П р и е м щ е л о к а
В сутки перерабатывается щелока 200 000 -8,5:345=4925 ж3, или 4925-1,05= = 5170 т.
Количество органических веществ в щелоке, перерабатываемом в сутки, рав но 4925-0,093=460 т.
Количество сухих веществ в щелоке, перерабатываемом в сутки, составляет 460 : (1—0,15) =540 г.
Концентрация сухих веществ 540-100:4925=10,9 г/100 мл, или 540Х Х100 : 5170=10,4%.
Количество РВ в щелоке, перерабатываемом в сутки, равно 460-0,285=131 т. Концентрация РВ в щелоке равна 131 • 100: 5170=2,54%.
Механические потери щелока в трубопроводе на участке отбор — прием со
ставят 0,5%, |
или |
4925-0,005=25 ж3 в сутки, при |
этом потеря сухих веществ |
||||||||||
будет равна 540-0,005=2,7 т в сутки, |
а потеря |
РВ 131 • 0,005=0,7 |
т в сутки. |
||||||||||
П р о д у в к а щ е л о к а в к о л о н н е п а р о м |
|
|
|
|
|
|
|||||||
При |
удельном |
расходе |
пара 50 |
кг/м3 суточньій |
расход |
пара составит |
|||||||
(4925—25) ■0,050=245 |
т. |
Из |
колонны |
выйдет |
парогазовой |
смеси |
30 к г / м 3 , |
||||||
или 4900-0,030=155 т в |
сутки. Сконденсируется |
пара |
245—155= 90 |
т в |
сутки. |
||||||||
Количество щелока, |
выходящего из колонны, |
составит 4900+90=4990 ж3 |
|||||||||||
в сутки. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При обработке в колонне удаляется из щелока с парогазовой смесью лету |
|||||||||||||
чих РВ 0,5% от общего |
содержания РВ, или (131—0,7) -0,005= 0,7 |
т в |
сутки. |
||||||||||
Механические потери щелока составляют 0,5%, или 4990-0,005=25 ж3в сутки, |
|||||||||||||
при этом |
потеря сухих веществ составит (540—2,7) -0,005=2,7 т в сутки, |
а по |
|||||||||||
теря РВ (131—0,7—0,7) -0,005=0,6 г в сутки. |
4990 — 25= 4965 ж3 в |
сутки, |
|||||||||||
Поступит |
щелока |
на |
следующую |
операцию |
в том числе сухих веществ 540—(2,7+2,7) =534,6 т в сутки и РВ 131 — (0,7+0,7+ + 0,6) = 129,0 т в сутки.
Кислотность щелока, выходящего из колонны, 70 мл 0,1 н. NaOH на 100 мл (рН=3).
О к и с л е н и е щ е л о к а в о з д у х о м
При продувке воздухом испарится 0,5% влаги, или 4965-0,005=25 ж3в сутки. Механические потери — 0,5%, или (4965 — 25) -0,005=25 ж3 в сутки, при этом потеря сухих веществ составит 534,6-0,005=2,6 т в сутки и потеря РВ
129,0-0,005=0,6 т в сутки.
Поступит щелока |
на нейтрализацию 4965—(25+25) =4915 ж3 в сутки, при |
этом количество сухих |
веществ составит 534,6 — 2,6=532,0 т и РВ 129,0 — 0,6= |
= 128,4 т. |
|
Н е й т р а л и з а ц и я I с т у п е н и и в ы д е р ж и в а н и е щ е л о к а
Нейтрализация проводится известковым молоком активностью 90 г/л СаО до остаточной кислотности 45 мл 0,1 н. NaOH на 100 мл щелока (рН=3,5).
В каждых 100 мл щелока необходимо нейтрализовать кислот в эквиваленте 0,1 н. NaOH 70—45=25 мл\ 1 мл 0,1 н. NaOH эквивалентен 0,0028 г СаО, или,
153
в пересчете на известковое молоко указанной выше активности, 0,0028 • 1000 : 90= = 0,031 мл. На 100 мл щелока необходимо израсходовать известкового молока 25-0,31=0,775 мл, или, округленно, 8 л/м3щелока.
Суточный расход известкового молока составит 4915-0,008 = 4 ж3. С этим ко личеством известкового молока в щелок попадет сухих веществ 4-90 = 360 кг в сутки, или, округленно, 0,4 т в сутки.
Общий объем нейтрализата будет равен 4920 ж3в сутки.
Хотя для получения вытяжки суперфосфата будет использован сульфитный щелок, а не вода, объем общего потока щелока при этом не изменится.
В процессе выдерживания в нейтрализат вводится в виде водной суспензии (100 г/л) гипсовая присадка в количестве 100 г CaS04 на 1 ж3 щелока. Расход присадки составит 4920-100: 100-1000=5 ж3 в сутки. С этим объемом присадки в щелок будет введено 0,5 г в сутки сухих веществ.
Механические потери нейтрализата составляют 0,5%, или (4920+5) -0,005= =25 ж3 в сутки, при этом потери сухих веществ будут равны (532+0,4 + 0,5) X
ХО,005=2,7 т в сутки, а потери РВ 128,4-0,005=0,6 т в сутки. |
ж3 в |
сутки, содер |
|
Поступит |
нейтрализата на осветление 4925 — 25=4900 |
||
жание сухих |
веществ в нем составит 532,9 — 2,7=530,2 г, |
а РВ |
128,4 — 0,6= |
= 127,8 г. |
|
|
|
О с в е т л е н и е н е й т р а л и з а т а I с т у п е н и в о т с т о й н и к е
Для определения количества образующегося шлама условно принимаем, что вводимая в щелок с известковым молоком окись кальция нацело связывается в сульфат кальция. Тогда при расходе СаО на нейтрализацию 0,4 т в сутки ко личество образующегося шлама составит 0,97 т, или округленно 1 т в сутки.
Вводится гипса с присадкой 0,5 т в сутки. Общее |
количество шлама |
составит |
|||
1,5 г в сутки. |
|
|
|
|
|
Влажность выводимого из отстойника шлама равна 75%. Масса влажного |
|||||
шлама составит 1,5 : (1 — 0,75) =6,0 т в сутки. |
|
т в сутки, что составляет |
|||
Потери щелока со шламом равны 6,0— 1,5=4,5 |
|||||
0,9% общего объема. С учетом механических |
потерь округляем |
эту |
величину |
||
до 1%, что составит 4900-0,01 = 50 ж3 в сутки. |
При |
этом потери |
сухих |
веществ |
|
составят 530,2 - 0,01 + 1,5=6,8 т в сутки, |
потери |
РВ 127,8-0,01 = 1,3 |
т в сутки. |
||
Поступит осветленного щелока на |
II ступень |
нейтрализации 4900 — 50= |
=4850 ж3в сутки, в том числе сухих веществ 530,2 — 6,8=523,4 т в сутки и РВ 127,8 — 1,3=126,5 т в сутки.
Н е й т р а л и з а ц и я II с т у п е н и и о х л а ж д е н и е щ е л о к а
Нейтрализация осуществляется 25%-ным раствором аммиака во всасываю щей линии насоса, подающего осветленный щелок на охлаждение, до остаточной кислотности 30 мл 0,1 н. NaOH на 100 мл.
В каждых 100 мл щелока необходимо нейтрализовать кислот в эквиваленте 0,1 н. NaOH 45 — 30=15 мл.
1 мл 0,1 н. NaOH эквивалентен 0,0017 г NH3, или, в пересчете на 25%-ный рас твор аммиака, 0,0017 • 100 : 25=0,0068 мл.
На 100 мл щелока необходимо израсходовать 25%-ного NH3 15-0,0068 = = 0,102 мл, или, округленно, 1л/м3щелока.
Суточный расход 25%-ного NH3 равен 4850-0,001=4,85 ж3 или, округленно, 5 ж3в сутки.
Количество нейтрализованного щелока составит 4850+5=4855 ж3 в сутки.
Концентрация |
сухих веществ в нем будет равна |
523,4-100:4855=10,8 г/100 мл, |
или 523,4 • 100 |
: 4855 • 1,050= 10,2%, концентрация |
РВ составит 126,5 • 100 : 4855X |
X 1,050=2,5%. |
|
|
Общие потери в отделении подготовки составят: щелока 3,0°/0, сухих веществ 3,0%, РВ 3,5%.
Суточный материальный баланс отделения подготовки щелока к биохимиче ской переработке сведен в табл. 17.
154