2.7. Процесс варки.

Одной из задач технического прогресса в области производства целлюлозы является ускорение процесса варки. К числу наиболее действенных факторов, оказывающих влияние на продолжительность варочного процесса, относятся, как известно, температура варки и крепость варочной кислоты, а также использование кислоты на растворимых основаниях.

Варка условно делится на два периода: заварку, совпадающую с периодом пропитки и сульфонирования лигнина в твердой фазе и охватывающую подъем температуры до 105-115оС и стоянку на этой температуре, и собственно варку, охватывающую остальной период варки от температуры 105-115оС до окончания варочного процесса. Продолжительность заварки составляет от 2 до 6 часов, в зависимости от крепости, температуры кислоты и влажности щепы, и может быть сокращена при использовании специальных мероприятий, способствующих ускорению пропитки.

Типичные температурные графики изображены на рис.20. В двух первых случаях (а и б) после достижения заданной температуры заварки пар выключают и устраивают стоянку (выдержку) при этой температуре для завершения пропитки. Период заварки здесь четко ограничен. В третьем случае (в), который чаще встречается при варке с циркуляцией и непрямом нагреве, подъем температуры ведется непрерывно и постепенно и пар по достижении температуры заварки не выключается. Граница между периодами заварки и варки здесь чисто условна, так как один период непосредственно переходит в другой.

Характер температурной кривой в периоде собственно варки также может быть различен. Ступенчатый график с несколькими промежуточными стоянками (а) в прежнее время часто применялся при варках с относительно слабой кислотой. Основная его идея состоит в том, что по возможности дольше сохранять необходимый запас SO2 в растворе за счет коротких и резких подъемов температуры и относительно продолжительных стоянок без сдувок. В двух других случаях (б и в) температура после заварки с большей или меньшей быстротой поднимается непосредственно до конечного его значения. Стоянка на конечной температуре во всех случаях так или иначе неизбежна, так как при непрерывной подаче пара трудно провести процесс с такой точностью, чтобы варка на заданное количество целлюлозы была закончена как раз в тот момент достижения максимальной температуры.

Рис.20 – Типы температурных графиков сульфитной варки: а – ступенчатый график; б – график с двумя стоянками; в – график с непрерывным подъемом температуры.

Одновременно с ростом температуры в котле увеличивается и давление. Первая сдувка производится часто еще до достижения предельного рабочего давления при температуре 60-70^оС и имеет целью удаление из котла воздуха. При прямом обогреве эту сдувку обычно ведут до тех пор, пока в сдувочный трубопровод не начнет поступать варочная кислота из котла; поэтому первая сдувка называется «получением жидкости».

Наиболее трудным является установление момента окончания процесса варки, соответствующего получению целлюлозы заданного качества. Сложность процесса и многочисленность факторов, влияющих на ход сульфитной варки, весьма затрудняет точное соблюдение режима и вызывает иногда колебания, ускоряющие или задерживающие ход варки. К такого рода факторам относятся: количество, породный состав, структурные особенности и влажность древесины; количество и состав кислоты, а также наличие в ней загрязняющих примесей; расход, давление и температура поступающего в котел пара; режим сдувок; характер распределения щепы в котле и циркуляции в нем кислоты. Чем меньше колеблются от варки к варке все эти условия, тем больше возможностей к тому, что режим варки будет приближаться к стандартному, и сваренная по этому режиму целлюлоза будет соответствовать заданной степени провара и необходимым качественным показателям.

Опытный варщик для определения конца варки пользуется и субъективными показателями – цветом, запахом, а иногда и вкусом щелока. Для оценки окраски щелока можно пользоваться сопоставлением проб щелока с модельными щелоками или растворами подходящих окрашивающих веществ. Установив так или иначе момент окончания варки, варщик прекращает процесс, открывая сдувочные вентили. Спуск давления, или конечная сдувка, обычно ведется по особым сдувочным линиям, подразделяющимся на линии высокого и низкого давления.

Промывка целлюлозы.

При опорожнении котла выдувкой отбор щелока на использование проводится в сцеже. Чтобы не разбавлять отбираемый на использование щелок, подушку перед выдувкой заливают из бака крепких щелоков, и на зонт в момент выдувки также подают крепкий щелок.

После выдувки массе позволяют отечь до концентрации 15-18%, стекающий щелок откачивают в бак крепких щелоков. Затем на отекшую массу подают порцию первого оборотного щелока и продолжают отбор в бак крепких щелоков. Процесс промывки строят по ступенчатому принципу, с использованием в обороте двух слабых щелоков разной концентрации. Некоторые заводы используют в обороте только один щелок; в этом случае степень отбора не превышает 75-80% и большое количество органических веществ щелока попадает в потери и загрязняет сточные воды. Чтобы уменьшить потери волокна с используемым щелоком, направляемым на переработку, весьма целесообразно перекачивать первые порции отбираемого щелока из-под ложного дна сцежи обратно в сцежу до тех пор, пока на ложном дне не образуется достаточно плотный фильтрующий слой массы, задерживающий мелкое волокно.

Второй оборотный щелок получают при промывке массы горячей водой. Заключительную промывку в сток ведут, как правило, холодной водой, но при избытке горячей воды можно использовать и ее, причем полезно проводить последнюю промывку в направлении снизу вверх, со сливом воды в сток из верхней части сцежи, что позволяет уменьшить содержание смолы в целлюлозе..

Одним из наиболее перспективных способов отбора щелоков и промывки целлюлозы является непрерывная противоточная ступенчатая промывка на барабанных фильтрах, широко применяемая в сульфатцеллюлозном производстве.

Промывная установка с барабанными фильтрами давления включает в себя три последовательно работающих фильтра с фильтрующей поверхностью площадью 34м2 каждый. Съем массы, следовательно, составляет около 7,5 тонн с 1м2 в сутки. Каждый фильтр заключен в герметический кожух, внутри которого с помощью воздуходувки создается давление воздуха 80 кПа. Под этим давлением щелок фильтруется сквозь сетку внутрь барабана, откуда выводится через одну из полых цапф в бак фильтрата. На каждом фильтре можно провести две ступени промывки и получить два фильтрата различной крепости. Схема построена по принципу противотока: на спрыски третьего фильтра в последней зоне промывки подается горячая вода, вытесняющая из слоя отфильтрованной массы наиболее слабый щелок; этот щелок поступает в карман третьего фильтратного бака, откуда забирается насосом и подается на спрыски предпоследней зоны промывки; вытесняемый в этой зоне слабый щелок поступает в основное отделение третьего фильтратного бака, откуда насосом подается на разбавление массы между вторым и третьим фильтрами и в спрыски четвертой зоны промывки второго фильтра и т.д. до первой зоны промывки, в которой получается наиболее крепкий фильтрат, используемый для разбавления массы в вымывном резервуаре и для вытеснения крепкого щелока из котла.