Целлюлозно-бумажное производство Вологодской области
Бисульфитный способ варки при рН 3,5 – 5,0 позволяет перерабатывать практически любые древесные породы. Содержащиеся в ядровой древесине сосны, лиственницы и некоторых других хвойных пород вредные фенольные вещества в условиях бисульфитной варки не проявляют тормозящего действия. В результате бисульфитной варки получается целлюлоза, способная разделяться на волокна при относительно высоком выходе из древесины (60 – 62% для хвойных и 54 – 57% для лиственных пород) и имеющая более высокие прочностные свойства, чем сульфитная и моносульфитная целлюлоза той же степени провара. Однако бисульфитная целлюлоза обладает более трудной размалываемостью. По прочности на разрыв бисульфитная целлюлоза не уступает сульфатной целлюлозе, а при выходе 65 – 70% превосходит ее. В небеленом виде бисульфитная целлюлоза обладает особенно высоким сопротивлением растяжению даже при выходе 70% и более.
Белизна бисульфитных целлюлоз из хвойных и лиственных пород не уступает белизне сульфитных целлюлоз, а в области высоких выходов и низких степеней провара превышает белизну сульфитной. В беленом виде бисульфитная целлюлоза отличается повышенной непрозрачностью и является хорошим полуфабрикатом для выработки писчих, журнальных и книжных бумаг.
Недостатком бисульфитного способа является низкая концентрация РВ (содержание сахаров) в отработанном («красном») щелоке и невозможность биохимической его переработки без дополнительной инверсии. Низкий выход РВ в бисульфитном щелоке является результатом не только недостаточно глубокого гидролиза полисахаридов, но и повышенного разрушения сахаров в растворе с образованием альдоновых и углесульфоновых кислот (как следствия высокой концентрации ионов бисульфита). Поэтому на Сокольском ЦБК при переходе на этот способ варки спирт, как побочный продукт получать не будут, а отработанный щелок, будут сжигать (регенерация химикатов).
Для варки бисульфитной целлюлозы никакого переоборудования варочного отдела не требуется и схема 1 практически не изменится, за исключением упразднения спирто-дрожжевого цеха (при варке на магниевом основании).
8. Химико-технологические процессы в производстве целлюлозы и бумаги.
8.1. Подготовка сырья.
1. Получение древесной щепы.
Древесина поступает со склада в древесный цех, где подвергается распиловке и рубке. Полученная древесная щепа сортируется по размеру.
2. Получение варочной кислоты.
Сырьем для получения варочной кислоты являются газовая или природная сера и кальцинированная сода из нефелинового сырья. Варочную кислоту получают в кислотном цехе. В основе ее получения лежат следующие химические реакции:
а. Получение оксида серы (IV).
Реакцию горения серы за счет кислорода воздуха можно представить уравнением:
S + O2 → SO2 + 296 кДж.
С помощью спектрального анализа установлено, что на самом деле процесс окисления серы в двуокись представляет собой цепную реакцию и происходит с образованием ряда промежуточных продуктов: моноокиси серыS2O2 , молекулярной серы S2, свободных атомов серы S и свободных радикалов моноокиси серы SO·. Дальнейший ход процесса можно представить следующим образом:
2S2O2 + O2 → 2SO2 + S2;
S2 + O2 → 2SO·;
SO· + O2 → SO2 + O·;
SO· + O· → SO2.
Параллельно может происходить образование серного ангидрида:
SO· + S2O2 → SO3 + S2.
При высокой температуре в зоне горения (выше 900°С) SO3 диссоциирует на двуокись серы и кислород:
2SO3 = 2SO2 + O2
Серу плавят в плавильнике при температуре 144°С, и сжигают в воздухе в стационарной серной печи при температуре 1100-1200°С и давлении 9316-10787 Па. Печной газ охлаждают и очищают водой сначала в скруббере (180-220°С) а далее в газопромывателе барботажного типа (50-60°С).
б. Приготовление раствора соды.
Раствор карбоната натрия готовят в двухходовой мешалке непрерывного действия с лопастями. Содержание оксида натрия равно 5-6%.
в. Приготовление варочной кислоты.
Варочную кислоту получают в барботажной колонне поглощением сернистого газа разбавленным раствором соды по принципу противотока,
2SO2 + Na2CO3 + H2O → CO2 + 2NaHSO3 - ∆H.
Реакция необратимая, гетерогенная, экзотермическая;
SO2 + H2O = H2SO3.
Реакция простая, обратимая. Варочная кислота имеет следующий состав: содержание оксида серы (IV) – 3,8%, оксида натрия – 1,0-1,2%; свободной сернистой кислоты в пересчете на оксид серы (IV) не менее 65%; рН + 1,5-2,5 (при бисульфитном способе варки в варочной кислоте практически не содержится свободного диоксида серы и рН кислоты равно 3,5-5,0).
8.2 Принципы управления химическими реакциями получения варочной кислоты.
1. Для реакции образования оксида серы (IV) – создание оптимальных условий, при которых реакция Ж+Г протекает с возможно большей скоростью.
2. Для растворения оксида серы (IV) в растворе соды – создание условий для смещения равновесия реакции типа Г+Ж в сторону образования продукта реакции и применение противотока для получения большей площади соприкосновения реагирующих веществ.
8.3. Процесс варки целлюлозы.
Технологическая схема процесса варки целлюлозы представлена на схеме 2, Древесная щепа из древесного цеха и варочная кислота из кислотного цеха поступают в варочный котел периодического действия. Варка целлюлозы ведется при 100-148°С и давлении 6 атм. Конец варки определяют по цвету щелока и по остатку оксида серы (IV). После окончания варки из варочного котла производится сдувка газа в регенерационную цистерну, снижается давление и вытесняется щелок, содержащий оксида серы (IV) не больше 0,08%, растворимых веществ - 1,8%, в танк при 65-70°С. После этого щелок пропускают через фильтр, улавливают волокна, затем щелок поступает на отдувочную колонну, где из него отдуваетсяSO2. Потом щелок передается в спиртодрожжевой цех для дальнейшей утилизации растворенных в нем веществ. В котле остается целлюлоза. Ее вымывают средними щелоками в сборник целлюлозной массы - буферную емкость, где она дополнительно разбавляется до получения однородной суспензии (массовая доля целлюлозы доводится до 1-1,5%).
Далее раствор целлюлозы подвергается очистке в центробежных сучколовителях, центробежных сортировках и центроклинерах, поступает на БГВК для сгущения. Сгущенная целлюлозная масса разбавляется до концентрации 3-4% и отправляется в цех по производству бумаги.
8.4. Предполагаемая технология отбелки перекисью водорода.
Проект отбелки целлюлозы разрабатывается Санкт-Петербургским ГИПРОБУМом (государственным институтом производства бумаги). В основе проекта заложена схема отбелки целлюлозы перекисью водорода с добавлением кислорода.