Тема 1.6 Очистка целлюлозы

Лекция 6. Очистка целлюлозы.doc
1
ОЧИСТКА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Целлюлозная масса, полученная в результате варки, очень неоднородна.
Она состоит из волокон различной длины и степени разрушения, а также содержит загрязнения неволокниcтoгo характера.
Костра и пучки волокон имеют продолговатую форму, а частицы коры, песка, цемента, гипса – округлую. По своим физическим свойствам загрязнения характеризуются различной удельной массой по отношению к удельной массе волокна. Основным видом сора в целлюлозе является костра. Она образуется при
частичном разбивании непровара и сучков, при отделении полупроваренных волокон, имеющих снаружи темную окраску, а также за счет плохо проваренных
лубяных волокон.
Вторым по количеству видом сора является кора. Остальной сор – так
называемый технический – слизь, водоросли, песок, частички угля, бетона, ржавчины. Очевидно, что все эти загрязнения не только затрудняют дальнейшую переработку целлюлозы, но и ухудшают внешний вид готового продукта. Кроме того, для многих видов целлюлозы нежелательно присутствие мелких волокон,
представляющих собой обрывки трахеид, сердцевинные лучи и другие содержащие смолу клетки. Таким образом, задача очистного отдела заключается в отделении от хорошего волокна всех загрязнений, а для вискозной целлюлозы и облагораживание волокна путем фракционирования.
Очисткой и сортированием волокнистых целлюлозных суспензий называют выделение целевой фракции волокон и отделение её от посторонних и нежелательных включений.
К числу таких включений относят:
1. Непровар – плохо проварившиеся щепочки и сучки. Их отделяют грубым
сортированием. Количество непровара и сучков при сульфитной варке составляет
1…5 % , при сульфатной – 0,5…3 %.
2. Мелкий сор – образуется за счет отщепления плохо проваренных волокон от непровара и сучков, за счет непроварившихся частиц коры и пучков волокон, костры и постороннего сора. Мелкий сор удаляют при тонком сортировании.
Мелкий сор увеличивает сорность листа. Сорность, обусловленная присутствием
частиц коры, больше характерна для сульфитной целлюлозы, так как кислота не
Лекция 6. Очистка целлюлозы.doc
2
делигинфицирует мертвые пробковые клетки коры, в отличие от щелочного раствора.
3. Минеральные частицы, попадающие в котел со щепой в виде песка,
глины, керамики, металла, окалины, угля. В сульфитной целлюлозе примесей минерального характера содержится больше, чем в сульфатной. Минеральные частицы значительно тяжелее воды, поэтому отделение их основано на использовании силы тяжести или центробежной силы при очистке.
4. Смола и мелкое волокно (нулевое). Так как значительная часть смолы
находится в мелких не разрушенных при варке клетках паренхимы, сердцевидных лучей и смоляных ходов, то лучшим средством снижения смолистости является удаление из массы «нулевого» волокна.
Разделение волокнистой суспензии предполагает проведение следующих
операций:
• Очистку от посторонних включений
• Сортирование по признакам качества
• Фракционирование по размерам волокон
Очистка массы должна удалить загрязняющие примеси, непригодные для
последующего использования – отходы очистки. К таким загрязнениям относятся
минеральные включения и остатки разрушенной коры в виде мелкого точечного
темноокрашенного сора не волокнистой формы.
Сортирование предполагает отделение от волокнистой массы таких включений, которые могут быть переработаны и возвращены в производство. Эти отдельные примеси называют отходами сортирования, причем термин «отходы» в
этом случае понимается в переносном смысле это то, что отделяется, но не выбрасывается. Переработанные отходы сортирования возвращаются в основной
поток массы или выделяются в отдельный технологический поток и используются в виде самостоятельного полуфабриката худшего качества (более низкого сорта), чем основная продукция. Сортирование целлюлозы обычно проводят после
промывки массы. При производстве сульфатной целлюлозы возможно сортирование перед промывкой (горячее сортирование).
Фракционирование – удаление мелкого «нулевого» волокна.
Все три термина объединятся в один термин – разделение.
Лекция 6. Очистка целлюлозы.doc
3
Общая схема очистного отдела
Задачей процесса очистки является более полное освобождение целлюлозой
массы от сопровождающих ее после варки и промывки нежелательных включений и загрязнений.
Типовая схема очистки складывается из операций:
1 – грубое сортирование (отделение сучков, непровара);
2 – тонкое сортирование (отделение костры);
3 – отделение минеральных включений и «точечного» сора на вихревых
очистителях;
4 – сгущение отсортированной массы;
5 – хранение отсортированной массы;
6 – использование отборной воды;
При производстве целлюлозы для химической переработки к этим операциям добавляется фракционирование целлюлозы с отделением мелкого волокна.
Помимо основных операций, в очистном отделе предусматривается переработка отходов грубого и тонкого сортирования, состоящая из предварительного
размола сучков и непровара, сортирования грубой массы, сгущения и хранения
этой массы, которая используется для выработки картона или оберточной бумаги.
При опоражнивании котла по методу вымывки промытая целлюлоза сохраняет форму щепы и требует предварительного сепарирования перед очисткой.
Сепарирование предусматривается при производстве сульфатной целлюлозы высокого выхода, полуцеллюлозы.
Сепарирование целлюлозы
Существуют сухие и мокрые сепараторы.
Сухие – работают при концентрации 12…15 %, имеют большой расход
энергии и при работе происходит разбивание непровара, что приводит к увеличению сорности
Мокрый сепаратор соединяет в себе операции сепарирования массы и частичного отделения сучков и непровара. Работает при концентрации массы
1,5…3,5 %.
Лекция 6. Очистка целлюлозы.doc
4
Рисунок 1. Схема устройства мокрого сепаратора:
1 – корпус; 2 – вал; 3 – диск; 4 – било; 5 – сито; 6 – сборник отсортированной масс
Масса через боковой верхний патрубок подается в закрытую цилиндрическую ванну. На крышке стационарно закреплены била, нижняя часть ванны выполнена в виде сита с отверстиями. На ванну насажаны наклонные диски. Через
верхнюю крышку подводится разбавляющая оборотная вода. Отмытое волокно
проходит сквозь отверстия сит и выходит из сепаратора через нижний отвод. После мокрого сепаратора с отходами уходит 25…30 % хорошего волокна, для отделения которого необходимо отходы пропускать через сучколовитель.
Рисунок 2. Вибрационный сучколовитель
1 — несортированная масса; 2 — ковш; 3 — сито; 4 — пружины; 5 — вибрационный вал;
7 — выход сортированной массы; 7 — щит для регулирования уровня;
8 — желоб для сучков; 9 — спрыски; 10 — ванна
Для сепарирования ЦВВ используют мельницы различного типа, а процесс
называют горячим размолом, так как масса сохраняет форму щепок.
Для сульфатной ЦВВ используют цилиндрические мельницы, однодисковые мельницы и рафинеры, фибриллизаторы. Фибриллизатор действует на щепу
по принципу гидравлического истирания и трения волокон друг о друга. Достигается это путем продавливания массы сквозь круглое сито, насажанное на вал в
корпусе фибриллизатора уподобленного центробежному насосу.
На некоторых заводах используют винтовые прессы.
Лекция 6. Очистка целлюлозы.doc
5
Грубое сортирование целлюлозы
Отделение от целлюлозной массы сучков и непровара проводится на сучколовителях: вибрационных, центробежных, плоских с подвижным дном, ленточного типа.
Вибрационные сучколовители устанавливаются до и после промывных
установок. Установка до промывных устройств позволяет проводить промывку
целлюлозы на фильтрах с дополнительным отжимом до концентрации массы
14…16 %. Однако сучки и непровар отделяясь в непромытом состоянии, приводят к высоким потерям сухих веществ до 1,5 %.
Рисунок 3. Вибрационный сучколовитель:
1 – несортированная масса; 2 – ковш; 3 – сито; 4 – пружины; 5 – вибрационный вал;
6 – выход сортированной массы; 7 – щит для регулирования уровня; 5 – желоб для сучков;
9 – спрыски; 10 – ванна
При промывке сульфатной целлюлозы вибрационные сучколовители, установленные до промывных установок способствует попаданию воздуха в массу и
пенообразования. Поэтому лучше их устанавливать после промывных установок.
Центробежные сучколовители, являются аппаратами закрытого типа, работающими под давлением, устанавливаются до промывной установки. В этих
аппаратах при промывке сульфатной целлюлозы почти полностью исключается
пенообразование.
Лекция 6. Очистка целлюлозы.doc
6
Рисунок 4. Центробежный сучколовитель
1—кожух; 2 — ротор; 3 — цилиндрическое сито; 4 — перегородка; 5 — передний торец;
6 — задняя крышка; 7 — подача массы; 8 — выход отходов;
9 — подвод разбавителыной воды; 10 — электродвигатель
Грубое сортирование с использованием центробежных сучколовителей
осуществляется в две ступени, при использовании вибрационных сучколовителей
- в одну ступень.
Тонкое сортирование
В процессе тонкого сортирования из массы удаляются костра, частицы коры, луба, то есть примеси близкие по своим размерам к хорошему волокну.
Для тонкого сортирования применяют три основных типа аппарата центробежные, вибрационные (плоские и барабанные) и вертикальные сортировки давления.
Рисунок 5. Центробежные сортировки
1 — статор; 2 — ротор; 3 — ситовый барабан; 4 — электродвигатель
При организации процесса тонкого сортирования в очистном отделе важно
правильно построить технологическую схему.
Лекция 6. Очистка целлюлозы.doc
7
Так как ни одна из существующих сортировок не обеспечивает хорошей
очистки, то тонкое сортирование проводят многоступенчато, при комбинировании разных сортировок.
Дополнительная очистка. Проводится для отделения песка, металлических включений на вихревых очистителях.
Рисунок 6. Принципиальная
схема вихревого конического
очистителя
1 — корпус;
2 — питающий патрубок;
3 — патрубок очищенной
массы;
4 — патрубок отходов;
5 — внешний поток;
6 — внутренний поток;
7 — воздушный столб
Рисунок 7. Принципиальная схема
установки вихревых конических очистителей
1 — вихревые очистители; 2 — насосы;
3 — трубопроводы
Схемы очистки и сортирование целлюлозы
Для получения качественной по сортности целлюлозы необходимо соблюдать правила:
1. Вся масса должна проходить не менее чем через два сита различных типов при смешении потоков массы чистота и концентрация их должна быть примерно одинаковой;
2. Необходимо применять возврат отсортированной массы с каждой последующей ступени на предыдущую;
3. Желательно, чтобы часть отсортированной массы постоянно циркулировала в системе.
При составлении схемы необходимо учитывать вид и качество массы, поступающей на очистку; степень и характер ее загрязненности; дальнейшую переработку массы; возможность автоматизации схемы; возможность установки минимального количества аппаратов; энергоемкость системы; получение чистой
массы при минимальных потерях волокна.
Наиболее простой схемой сортирования является схема прямого ступенчатого сортирования.
Лекция 6. Очистка целлюлозы.doc
8
Отходы первой ступени сортируются вторично, и отсортированная масса
присоединяется к главному потоку хорошей массы. Отходы направляют на выработку оберточной бумаги и сучковой целлюлозы.
А – сортировка 1 ступени;
Б – сортировка 2 ступени;
В – сортировка 3 ступени;
Г – промежуточная сортировка;
Д – центриклинер;
Е – фракционатор;
1- исходная масса;
2- отсортированная масса;
3- хорошая масса после 1 ступени;
4- отходы 1 ступени;
5- хорошая масса 2 ступени;
6- отходы;
7- хорошая масса 3 ступени;
8- мелкое волокно
Масса, поступающая на вторую ступень сортирования содержит значительно больше загрязнений, чем исходная, поэтому количество отходов и содержание
в них хорошего волокна будет значительным. В этом случае применяют схему II.
Трехступенчатое сортирование.
Установка третьей ступени сортирования на отходы второй ступени позволяет выделить некоторое количество волокна. При этом:
- добавляется оборудование;
Лекция 6. Очистка целлюлозы.doc
9
- усложняется автоматизация;
- повышается расход электроэнергии;
- достигается незначительный эффект;
III. Более целесообразной является схема с установкой промежуточной ступени сортирования, где сортируется хорошая масса второй ступени, перед подачей ее в общий поток.
В этом случае можно увеличить размер отверстий на сортировках второй
ступени и отделить полнее хорошее волокно, не загрязняя массу главного потока.
В качестве промежуточной ступени применяют центриклинеры .
- увеличение единиц оборудования;
- повышение расхода электроэнергии
- увеличивается нагрузка на насосы, так как к основному потоку масса подводится более разбавленная.
IV. Cхема непрямого ступенчатого сортирования.
Хорошая масса со второй ступени возвращается в поток массы, поступающей на первую ступень. Можно увеличить размер отверстий во второй ступени
до величины, когда загрязнение массы будет несколько меньше или равно загрязнению массы, поступающей на первую ступень. Максимально отбирается хорошее волокно, без нарушения концентрации и чистоты основного потока.
Схема применяется:
Лекция 6. Очистка целлюлозы.doc
10
1. Для очистки небеленой целлюлозы нормальной степени провара, поступающей на отбелку, после которой целлюлоза дополнительно очищается на центрикменерах.
2. При поступлении небеленой целлюлозы непосредственно на буммашины
или в сушильный цех рекомендуется дополнительно очистить массу после центробежных сортировок, от мелких загрязнений, песка.
3. Схема с очисткой всего потока массы на центриклинерах может быть рекомендована при применении для варки целлюлозы технологических дров, когда
целлюлоза особенно засорена.
VI. Схема с двойным сортированием всего потока массы применяется:
1.
для очистки небеленой целлюлозы нормальной степени провара, по-
ступающей на отбелку, после которой целлюлоза дополнительно очищается на
центрикменерах.
2.
для особо ответственных сортов целлюлозы. При этом необходимо
комбинировать сортировки с различной конфигураций отверстий в ситах. Если
добавить в схему линию возврата части хорошей массы для создания постоянства
потока, то схема будет удовлетворять основным принципам сортирования.
Переработка отходов сортирования
В процессе сортирования массы образуются отходы, которые должны выводиться из системы. Основными видами отходов являются сучки и непровар и
отходы после второй или третьей ступени сортировок. Эти отходы раньше выво-
Лекция 6. Очистка целлюлозы.doc
11
дились из основного потока массы и использовались в производстве так называемой сучковой целлюлозы.
В настоящее время отходы после тонкого сортирования размалываются дополнительно в дисковых мельницах и возвращаются на повторное сортирование.
Сучки и непровар подвергают также размолу в дисковых мельницах, и после этого их можно использовать в композиции различного вида картона и бумаги,
например оберточной. Иногда сучки после их отделения направляли на повторную варку в варочный котел, однако в этом случае сильно увеличивается костричность массы.