ИТС 1-2023 Целлюлозно-бумажное производство

Продолжение таблицы 2.7

Наименование

Технические и технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики ¹⁾

DD-промыватель

Промывка

целлюлозы

Поверхность фильтрации, м².

между ступенями отбелки

Фактор

разбавления -

2,5 м³/в. с. т.

Концентрация на входе -

8,5 % -

9 %.

Концентрация на выходе - 12 % -

14 %.

Количество ступеней - 1

Смесители с хими-

Перемешивание целлюло-

Производительность -

800-

катами

зы с кислородом, диокси-

2000 т/сут в. с. ц.

дом хлора

Концентрация массы - 10 % - 12 %

Паровые смесители

Подогрев массы паром

Производительность -

800-

одновальные

низкого давления

2000 т/сут в. с. ц.

Концентрация массы - 10 % - 12 %.

Δt = 12 °С - 15 °С

Насосы

средней

Транспортировка

массы

Производительность -

800-

концентрации

средней концентрации

2000 т/сут в. с. ц.

приемными труба-

Концентрация массы - 10 % - 12 %

ми

вакуум-

насосами

Фильтры для улав-

Улавливание волокна из

ливания волокна

сточных вод

Теплообменное

Охлаждение кислых и ще-

Температура на входе -

70 °C -

оборудование для

лочных сточных вод

80 °C.

охлаждения сточ-

Температура на выходе - 40 °C -

ных вод

45 °C

Сортирование беленой целлюлозы

Бассейн - аккуму-

Прием и хранение целлю-

Вместимость - до 8000 м³.

лятор целлюлозы

лозы

Концентрация - до 12 %

Сортировка

Сортирование целлюлоз-

Тип - вертикальная/ горизонтальная

ной массы от посторонних

напорного типа щелевая.

включений и сгустков мас-

Габарит отверстия/щели сита - 0,2-

сы

4 мм.

Концентрация - 2 % - 4 %

Вихревая очистка

Удаление

минеральных

Тип - вихревые конические очисти-

от тяжелых и легких

включений из отходов сор-

тели.

включений

тирования

Концентрация на входе грубой

очистки - 0,15% - 0,2 %.

Концентрация на входе очистки от

легких включений - до 0,15 %

Продолжение таблицы 2.7

Наименование

Технические и технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики ¹⁾

Сушка целлюлозы

Сушильная маши-

Отлив, прессование, сушка

Производительность -

до

на, включая:

целлюлозного полотна

1900 т/сут.

Масса целлюлозного полотна -

800-1050 г/м².

Обрезная ширина - 4200, 6300 мм.

Скорость по приводу - до 250 м/мин

- напорный ящик

Подача целлюлозной мас-

Закрытого типа.

сы на формование

Концентрация на входе -

1,2 % -

1,7 %.

Степень рециркуляции - макс. 10 %.

Предел открытия щели - до 120 мм

- формующая часть

Формование целлюлозного

Кантеливерного типа, сеточный

полотна

стол c верхним (или без) формую-

щим устройством и комплектом

обезвоживающих элементов.

Сухость целлюлозного полотна на

выходе - до 32 %

- прессовая часть

Прессование целлюлозно-

Комбинированная прессовая часть,

го полотна

включая вал «Пикап» и несколько

прессов различного типа: Комби-

пресс, башмачный пресс и др.

Сухость на входе - до 32 %.

Сухость на выходе - до 48,5 %

- сушильная часть

Сушка целлюлозного по-

Тип - конвективная сушка на воз-

лотна

душной подушке, цилиндровая.

Сухость на входе - до 48,5 %

Сухость на выходе - 80 % - 90 %.

Диаметр сушильных цилиндров -

1500 мм.

Количество сушильных цилиндров -

до 125 шт.

Возврат конденсата - до 90 %

Накат

Намотка целлюлозного по-

- тип наката.

лотна на тамбур

- устройство смены тамбуров

Гидроразбиватели

Роспуск брака (обрывы,

Гауч-мешалка, вместимость - до

брака (под маши-

кромки и др.)

80 м³.

ной)

Гидроразбиватель брака прессовой

части, вместимость - до 70 м³.

Гидроразбиватель брака сушильной

части - до 85 м³.

Концентрация - 2,5 % - 4 %

Окончание таблицы 2.7

Наименование

Технические и технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики ¹⁾

Вакуумные насосы

Создание вакуума для си-

Водокольцевые вакуумные насосы,

стемы

обезвоживания

водоотделители.

формующей и прессовой

Количество вакуум насосов - до

частей

5 шт.

Теплообменное

Система теплорекуперации

Комплектность установки: теплооб-

оборудование

при производстве целлю-

менники воздух/воздух, воздух, во-

лозы

да, вентиляторы, скруббер.

Резка и упаковка

Листорезка

Поперечная и продольная

Производительность -

до

резка, резка на форматы,

2100 т/сут.

формирование стоп ли-

Габарит

листов -

макс.

стов.

700 × 870 мм.

Масса кипы - до 250 кг

Упаковка

Взвешивание,

упаковка

Производительность -

до

360

стоп,

формирование

кип/час.

транспортного пакета

Количество линий - до 2.

Количество кип в транспортном па-

кете - до 8 шт.

Масса пакета - до 2000 кг

Получение ClO2 по технологии Метисона и технологии НР-А

Первичный реактор

Получение газообразной

Производительность -

7 ÷ 31 т

Вторичный реактор

двуокиси хлора

100 % ClO2/сут

Отдувочная колон-

на

Газопромывная ко-

лонна

Абсорбционная ко-

Получение водного рас-

Тип - газопоглотительная колонна.

лонна

твора ClO2

Насадка: керамические или пласт-

массовые кольца.

Эффективность улавливания по

Cl2 - не менее

99,0 % по ClO2 -

не менее 97,5 %.

Концентрация готового раствора -

ClO2 - 7 ÷ 10 г/л

¹⁾Технологические характеристики зависят от производительности линии.

Таблица 2.8 - Природоохранное оборудование

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики¹⁾

Варка, промывка, сортирование, кислородная делигнификация

Терпентинный

Промывка ВК ДПГ водой для

Объем - 0,24-0,873 м³.

скруббер

очистки от скипидара

Диаметр - 800/300 мм.

Высота общ. - 5400 мм.

Давление рабочее - разряже-

ние.

Температура рабочая - 50 °C -

70 °C

Газопромывной

Промывка и охлаждение НК ДПГ

Объем - 22,5 м³.

скруббер НК ДПГ

водой

Диаметр - 2000 мм.

Высота общ. - 8000 мм.

Эффективность очистки - %

Отбелка

Газоочистной

Очистка газовых выбросов от-

Производительность -

18000-

скруббер

бельных установок от хлора, ди-

27000 м³/час.

оксида хлора, диоксида серы

Эффективность - 90 % - 95 %.

Концентрация активного хлора

в отходящем газе - 20 мг/нм³.

Обезвреживающие реагенты -

гидроксид натрия, сернистая

кислота.

Объем - 16,5-46 м³

Сушка

Система удале-

Удаление пыли с поверхности по-

Комплектность установки: вен-

ния пыли от по-

лотна и очистка загрязненного

тилятор, сепаратор, фильтр

лотна в сушиль-

воздуха

ной части

Система удале-

Удаление пыли с поверхности по-

Комплектность установки: от-

ния пыли от по-

лотна

сасывающие ящики в зоне по-

лотна в узлах ли-

перечной и продольной резки

сторезки

по ширине полотна, вентиля-

тор, пылеотделитель

Получение ClO2

Химический

Очистка хвостовых газов

Тип - насадочный скруббер.

скруббер (сани-

Насадка -

пластмассовые

тарная колонна)

кольца.

Очистная среда - раствор

NaOH.

Эффективность очистки:

по Cl2 - (не менее 99,0 %);

по ClO2 - (не менее 97,5 %)

Окончание таблицы 2.8

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики¹⁾

Скруббер

Очистка Н2 газа от Cl2

- тип: насадочный скруббер;

водорода

- очистная среда: раствор

NaOH;

- содержание Cl2 в выбросах:

не более 5 мг/нм³

Скруббер

Улавливание газов HCl, Cl2

Тип - насадочный скруббер.

хвостовых газов

Очистная среда - деминерали-

зованная вода.

Содержание Cl2 в выбросах:

по НCl - не более 30 мг/нм³.

по Cl2 - не более 5 мг/нм³

Башня

Очистка газовых выбросов произ-

Тип - насадочный скруббер.

гипохлорита

водства ClO2

Очистная среда - раствор

NaOH.

Содержание Cl2 в выбросах -

не более 10 мг/нм³

¹⁾Технологические характеристики зависят от производительности линии.

2.3 Процесс регенерации химикатов варки в производстве

сульфатной целлюлозы

Процесс регенерации химикатов может включать следующие технологические

подпроцессы [6,7] (рисунок 2.7):

- выпарка черного щелока;

- сжигание упаренных щелоков в СРК с образованием сульфида натрия и карбо-

ната натрия;

- каустизация карбоната натрия с целью превращения карбоната в гидроксид;

- обжиг известкового шлама в известерегенерационной печи;

- получение побочных продуктов;

- сбор и подача на обезвреживание неконденсированных дурнопахнущих газов.

Таблица 2.9 - Описание подпроцессов регенерации химикатов варки сульфатной

целлюлозы

Этап

Основное

Входной поток

процесса

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

- черный щелок от

Выпарка

- крепкий чер-

- емкости;

- выбросы

варки целлюлозы;

черного

ный щелок;

- фильтры для

в атмосферу

- кислые остатки от

щелока

- терпентинный

улавливания

(ДМС,

ДМДС,

приготовления дву-

конденсат;

волокна;

ММ, H2S, скипи-

окиси хлора;

- загрязненный

- выпарные

дар, метанол);

- пар;

конденсат;

установки;

- сбросы в про-

- электроэнергия;

слабо-

изводственную

- свежая вода;

загрязненный

циркуляцион-

канализацию:

- сульфат натрия

конденсат;

ные насосы;

взвешенные

- чистый коден-

- вакуум-

вещества, ХПК,

сат;

система

щелочность

- ВК ДПГ;

(общ. Na2O)

- НК ДПГ;

- водомета-

нольная фрак-

ция;

- сульфатное

мыло;

- теплая вода

- крепкий

черный

СРК

- зеленый ще-

- СРК;

- выбросы в ат-

щелок;

лок;

мосферу (диок-

- деминерализо-

- пар;

электрофиль-

сид серы, серо-

ванная вода

- теплая вода;

тры;

водород, окси-

- слабый белый ще-

- зола

- скруббер рас-

ды азота, взве-

лок;

творителя плава;

шенные веще-

- охлаждающая вода;

- скруббер;

ства);

- сульфат натрия;

- емкости

- сбросы в про-

- ВК ДПГ;

изводственную

- НК ДПГ;

канализацию:

- электроэнергия

(взвешенные

вещества, ХПК,

щелочность

(общ. Na2O)

Продолжение таблицы 2.9

Этап

Основное

Входной поток

процесса

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

- зеленый щелок;

Каустиза-

- крепкий белый

- емкости;

- выбросы в ат-

- известь негашеная;

ция зелено-

щелок;

- гаситель-

мосферу (

- пар;

го щелока

- слабый белый

классификатор;

ДМС,

ДМДС,

- теплая вода;

щелок;

- каустизаторы;

ММ, H2S, взве-

- загрязненный кон-

- отходы

про-

- фильтры;

шенные веще-

денсат;

цесса приготов-

- центрифуги;

ства);

- каустик;

ления и регене-

- бункера шла-

сбросы в произ-

- электроэнергия

рации химиче-

ма

водственную

ских реагентов

канализацию

(шлам зеленого

(взвешенные

щелока, отходы

вещества, ще-

от гашения из-

лочность

вести,

шлам

(общ. Na2O) от-

белого щелока)

ходы процесса

приготовления и

регенерации

химических реа-

гентов

(шлам зеленого

щелока, отходы

от гашения из-

вести,

шлам

белого щелока)

- шлам белого ще-

Регенера-

известь

нега-

- выбросы в ат-

лока;

ция извести

шеная

известерегене-

мосферу: (диок-

- горячая вода;

рационная печь;

сид серы, серо-

- известковый

ка-

- транспортеры;

водород, окси-

мень/известь;

- элеватор;

ды азота, взве-

- метанол;

- бункера хра-

шенные веще-

- пек;

нения извести

ства);

- сырое

талловое

- сбросы в про-

масло;

изводственную

- мазут;

канализацию

- газ;

(взвешенные

- электроэнергия

вещества, ХПК,

щелочность

(общ. Na2O)

Окончание таблицы 2.9

Этап

Основное

Входной поток

процесса

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

- скипидар-сырец;

Производ-

- скипидар-

- флорентина;

- выбросы в ат-

- поваренная соль;

ство побоч-

сырец;

- скруббер;

мосферу (ДМС,

- терпентинный кон-

ных продук-

- подскипдарная

- теплообмен-

ДМДС, ММ, H2S,

денсат;

тов

вода;

ное оборудова-

скипидар, мета-

- едкий натр техни-

- сырое талло-

ние;

нол);

ческий;

вое масло;

- сепараторы;

- сбросы в про-

- сульфатное мыло;

- черный щелок;

- отстойники;

изводственную

- серная кислота;

- НК ДПГ

- реакторы;

канализацию:

- охлаждающая вода;

- емкости

(взвешенные

- пар;

вещества, ХПК,

- электроэнергия

щелочность

(общ. Na2O)

Характеристика оборудования процесса регенерации химикатов представлена в

таблице 2.10.

Таблица 2.10 - Характеристика оборудования подпроцессов регенерации химикатов варки

сульфатной целлюлозы

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики¹⁾

Выпарка черного щелока

Емкости

Отстаивание

черного

Общий объем - 10350-20700 м³.

щелока.

Съем мыла.

Хранение щелоков.

Хранение мыла

Баки, работающие под

Поддержание высокой

Расчетное давление - 0,3 МПа, абс.

давлением для упа-

температуры

щелока

Температура - 140 °C

ренного черного ще-

для снижения его вязко-

лока

сти при концентрации

сухих веществ 80 %

Фильтры для улавли-

Очистка черного щелока

Тип - барабанный.

вания волокна

от волокна

Производительность -

2-3,9 м³/сут

на 1 м² поверхности

Напорные сортировки

Очистка черного щелока

Тип - центробежный.

от волокна

Температура - 80 °C - 90 °C.

Давление - 0,5 МПа

Продолжение таблицы 2.10

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики¹⁾

Выпарные аппараты

Выпаривание влаги чер-

Тип - трубчатый со свободно пада-

ного щелока до 47 % -

ющей пленкой.

52 % а. с. в.

Тип - трубчатый с принудительной

циркуляцией с падающей пленкой.

Тип - трубчатый с поднимающейся

пленкой.

Тип - ламельный со свободно па-

дающей пленкой.

Производительность по выпаренной

влаге - 150-600 т/час.

Количество корпусов (в том числе

резервных) - 5-8 шт.

Количество потоков - 1-2.

Давление греющего пара -

0,15-

0,35 МПа.

Температура

греющего

пара -

126 °C - 140 °C.

Концентрация упаренного щелока -

47 % - 55 %.

Температура

исходного/

упаренного щелока - 60-85/130 °C

Концентраторы

Выпаривание влаги чер-

Тип - трубчатый с падающей плен-

ного щелока до

67 %

кой.

а. с. в.

Тип - трубчатый с принудительной

циркуляцией.

Тип - ламельный с падающей плен-

кой.

Производительность по выпаренной

влаге - 27-41 т/час.

Поверхность

теплопередачи -

1865-4200 м².

Количество корпусов (в том числе

резервных) - 1-2 шт.

Количество потоков - 1-2.

Давление греющего пара -

0,15-

0,35 МПа.

Температура

греющего

пара -

126 °C - 140 °C.

Концентрация упаренного щелока -

57 % - 67 %.

Температура

исходного/

упаренного щелока - 98/120 °C

Продолжение таблицы 2.10

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики¹⁾

Суперконцентраторы

Выпаривание влаги чер-

Тип - ламельный, трубчатый с при-

ного щелока до

85 %

нудительной циркуляцией с падаю-

а. с. в.

щей пленкой.

Производительность по выпаренной

влаге - 27,2 т/час.

Поверхность

теплопередачи -

3138 м²

Содорегенерацион-

Сжигание концентриро-

Производительность -

540-

ный

котлоагрегат

ванного черного щелока,

1932 т/сут а. с. в.

(СРК)

восстановление сульфа-

Выработка пара - 80-230 т/час.

та натрия до сульфида

Давление получаемого пара - 34-

натрия

90 бар.

Температура получаемого пара -

390 °C - 450 °С.

Степень восстановления сульфа-

та - не менее 88 % - 93 %

Оборудование

золо-

Очистка дымовых газов,

Производительность

по

газу -

удаления

(электро-

возврат и восполнение

330 000-494 000 м³/час;

фильтр комплектно в

потерь химикатов

Температура на входе -

160 °C -

системе очистки дымо-

190 °C.

вых газов, транспорти-

Эффективность очистки -

95 % -

ровки и растворения

98,5 %

золы)

Каустизация зеленого щелока

Осветлители зеленого

Подготовка щелока к ре-

Объем - 920-4400 м³.

щелока

акции

Площадь осаждения - 94-154 м².

Давление - атм

Фильтр шлама зеле-

Удаление шлама

Производительность по шламу -

ного щелока

17 т/сут.

Поверхность фильтрации -

35-

42,4 м².

Концентрация шлама - 45 % - 48 %

Гаситель-

Гашение извести, уда-

Производительность - 75-90 м³/час

классификатор

ление отходов, начало

по белому щелоку.

процесса каустизации

Производительность - 235 м³/час по

зеленому щелоку.

Вместимость - 22-100 м³.

Температура - °С.

Давление - атм

Продолжение таблицы 2.10

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики¹⁾

Каустизаторы

Проведение реакции ка-

Вместимость - 37,5-280 м³.

устизации

Время прохождения реакции - мин.

Температура - °C.

Давление - атм

Осветлители белого

Осветление белого ще-

Производительность - 1500 м³/час.

щелока

лока

Вместимость - 720-4400 м³.

Температура - 80 °C - 90 °C.

Давление - атм

Фильтр для промывки

Промывка и сгущение

Производительность -585 т/сут по

и сгущения шлама бе-

шлама белого щелока

извест. шламу.

лого щелока

перед ИРП

Поверхность фильтрации -

63-

228 м².

Температура - 95 °C - 98 °C.

Концентрация шлама - 65 %

Вакуум-фильтр

Промывка шлама и

Площадь фильтрации - 40-50 м².

обезвоживание белого

щелока перед ИРП

Регенерация извести

Известерегенераци-

Обжиг

известкового

Температура обжига -1100 °С.

онная печь

шлама с получением

Производительность -

100-

негашеной извести

360 т/сут

Производство побочных продуктов (сырого таллового масла, скипидара сырца)

Сборник мыла

Подготовка сульфатного

Температура - 60 °C - 70 °C.

мыла.

Давление - атм

Отделение щелока

Реактор (непрерывно-

Проведение

реакции

Производительность - 17,5 м³/час.

го/

периодического

разложения сульфатного

Температура - 100 °C - 105 °C.

действия)

мыла серной кислотой

Давление - атм

Сепаратор

Отделение масла

Производительность - 6-7,5 т/час.

Температура - 90 °С.

Давление - атм

Промыватель масла

Промывка масла.

Температура - 80 °C - 95 °C.

Отстаивание.

Давление - атм.

Отделение масла от

Время отстаивания - час

раствора

Вакуум-сушильник

Очистка масла от влаги,

Температура - 80 °C - 90 °C.

загрязнений

Давление - 0,08 МПа

Декантатор (флорен-

Отстаивание и разделе-

Вместимость - 0,63-25 м³.

тина)

ние фракций

Время отстаивания - 17-60 мин

Окончание таблицы 2.10

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики¹⁾

Ректификационная

Разделение

фракций

Вместимость - 18-62 м³.

колонна

(получение

товарного

Количество тарелок - 40-123 шт.

скипидара,

таллового

масла, канифоли, жир-

ных кислот)

¹⁾Технологические характеристики зависят от производительности линии

Характеристика природоохранного оборудования процесса регенерации химика-

тов представлена в таблице 2.11.

Таблица 2.11 - Характеристика природоохранного оборудования подпроцессов регенерации

химикатов варки сульфатной целлюлозы

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики¹⁾

Очистка сильнозагрязненных конденсатов

Стриппинг-колонна

Отдувка паром серосодер-

Тарельчатая колонна.

жащих газов и метанола из

Степень очистки -

80 % -

сильнозагрязненных конден-

90 %.

сатов выпарного и варочного

Количество тарелок - 24 шт.

цехов

Производительность -

133-

175 т/час.

Вместимость - 70 м³

Теплообменник конден-

Подогрев конденсата перед

Тип - кожухотрубчатый.

сата

подачей

на

стриппинг-

Поверхность теплообмена -

колонну

м²

Дистилляционная колонна

Отделение метанола

Тарельчатая колонна.

Количество днищ - штук.

Расчетная

температура

159 °C.

Расчетное

давление -

0,5/-0,1 МПа

Каустизация

Скруббер гасителя

Улавливание пылевых ча-

Эффективность

очистки -

стиц щелочного аэрозоля

50 %

Рукавный фильтр аспи-

Эффективность очистки 93 %

рационной

установки

разгрузки извести в бун-

кер

Регенерация извести

Струйный газопромыва-

Очистка дымовых газов

Эффективность очистки от

тель (скруббер Вентури)

пыли - не менее 85 % - 98 %

Окончание таблицы 2.11

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики¹⁾

Электрофильтр очистки

Очистка дымовых газов

Эффективность

очистки -

дымовых газов

99 % - 99,9 %

Производство побочных продуктов

Скруббер очистки газов

Очистка от сернистых соеди-

Вместимость - 8-56 м³.

нений (ДМС, ДМДС, ММ, H2S)

Эффективность

очистки -

отходящих газов реактора

50 % - 98 %

разложения мыла

¹⁾Технологические характеристики зависят от производительности линии.

2.3.1 Выпарка черного щелока

Перед выпариванием осуществляется подготовка щелока:

- фильтрация слабого черного щелока для отделения мелкого волокна. Улов-

ленное волокно возвращается в варочный цех;

- укрепление слабого черного щелока с массовой долей а. с. в. 12 % - 18 % по-

луупаренным щелоком (48 % а. с. в.) до оптимальной массовой доли сухих веществ

(20 % а. с. в.);

- извлечение из черного щелока сульфатного мыла продолжительным отстаива-

нием укрепленного и полуупаренного черного щелока (от 8 до 12 ч) в баках.

В черном щелоке, отбираемом из котла после варки, содержание сухого остатка

(органических и неорганических соединений) обычно составляет 12 % - 18 %. Неотъ-

емлемой частью сульфатного способа производства целлюлозы является регенерация

химикатов, в которой предусматривается сжигание упаренного щелока. Таким образом,

в цикл производства возвращаются химикаты, производство обеспечивается паром и

электроэнергией, предотвращается сброс загрязняющих веществ. Перед сжиганием в

СРК необходимо увеличить содержание сухих веществ в черном щелоке до

65 %…75 %. Упаривание щелоков производится на многокорпусных выпарных установ-

ках. Количество корпусов выпарной станции может варьироваться от 5 до 7. Каждый

корпус работает при определенной температуре и давлении.

В многокорпусной выпарной станции происходит постепенное снижение темпе-

ратуры кипения щелока. Снижение температуры в корпусах обеспечивается созданием

вакуума с помощью специальной вакуумной системы.

Для обогрева первого корпуса используют соковый пар от паровых турбин дав-

лением 0,25-0,4 МПа, а в щелоковом пространстве последнего корпуса создают ваку-

ум, соответствующий абсолютному давлению 8-15 кПа. В результате по всей выпар-

ной установке устанавливается общая разность температуры порядка 80 °C - 90 °C.

В процессе упаривания из щелока в соковый пар выделяются летучие серосо-

держащие дурнопахнущие газы с низкими температурами кипения. При конденсации

соковых паров последнего корпуса большая часть этих продуктов попадает в грязный

конденсат, а неконденсируемые газы направляются на очистку или сжигание.

Конденсаты обычно содержат ДМДС, ДМС, ММ, Н2S и различаются по степени

загрязненности этими продуктами. Наиболее загрязненные конденсаты - конденсаты

первых по ходу щелока корпусов - обрабатываются в стриппинг-колонне, обычно вхо-

дящей в состав выпарной станции. В этой колонне проходит отдувка конденсатов с ис-

пользованием свежего или вторичного пара, что делает возможным повторно исполь-

зовать их для промывки небеленой целлюлозы, шламов зеленого щелока в отделе ка-

устизации.

2.3.2 Сбор и подача на обезвреживание неконденсированных

дурнопахнущих газов

Неконденсированные дурнопахнущие газы (ДПГ), образующиеся на варочной

установке, установках промывки и сортирования целлюлозы, кислородно-щелочной

делигнификации, выпарной станции, от растворителя плава, из щелоковых баков, ха-

рактеризуются высоким содержанием сернистых соединений (в основном ДМС, ММ,

Н2S и скипидар).

Неконденсированные ДПГ являются взрывопожароопасными и делятся на

2 группы:

- высококонцентрированные дурнопахнущие газы (ВК ДПГ) с содержанием за-

грязняющих веществ выше верхнего концентрационного предела воспламенения, объ-

емное содержание кислорода - менее 10 %, транспортируются с водяными парами;

- низкоконцентрированные дурнопахнущие газы (НК ДПГ) с содержанием загряз-

няющих веществ ниже нижнего концентрационного предела воспламенения, объемное

содержание кислорода - до 20 %, транспортируются с воздухом.

ВК ДПГ транспортируются паровым эжектором, НК ДПГ - вентилятором.

Перед подачей в систему транспортировки НК ДПГ от каждого технологического

участка охлаждаются с целью отделения влаги на собственных скрубберах.

ВК ДПГ сжигаются в отдельной топке, или в известерегенерационной печи, или,

чаще всего, в СРК. В топке дурнопахнущие газы окисляются до диоксида серы.

Дымовые газы от процессов сжигания в отдельной топке или в известерегенера-

ционной печи очищаются в газопромывном скруббере, а отработанный раствор из

скруббера направляется в цех каустизации.

Дымовые газы от процессов сжигания в СРК направляются на очистку на элек-

трофильтры. При концентрации сухих веществ в черном щелоке, подаваемом на сжи-

гание в СРК, превышающей 72 %, диоксид серы обычно сорбируется щелочными пы-

левыми частицами в СРК, и поэтому никакой дополнительной химической очистки ды-

мовых газов не требуется.

Для обеспечения безопасности сжигания ДПГ организуются раздельные системы

сбора и транспортировки ВК и НК ДПГ.

На периоды аварийного останова СРК предусмотрено обезвреживание ВК ДПГ

на специальной факельной установке с применением вспомогательного топлива, НК

ДПГ направляются в атмосферу без очистки.

На российских сульфат-целлюлозных заводах предусмотрено обезвреживание

ВК ДПГ:

- в СРК - на 2 предприятиях;

- в ИРП - на 1 предприятии;

- в отдельном котле-утилизаторе - на 2 предприятиях;

- обезвреживание НК ДПГ (полное или частичное) в СРК - на 4 предприятиях.

Основные источники дурнопахнущих газов производства небеленой сульфатной

целлюлозы представлены в таблице 2.12 и на рисунке 2.8.

Таблица 2.12

- Основные источники дурнопахнущих газов производства небеленой

сульфатной целлюлозы

Наименование источника ДПГ

кг S/т в. с. ц.

Высококонцентрированные газы

Непрерывная варка

0,4

Выпарка (от гидрозатвора)

1,7

Стриппинг-колонна

1,1

Укрепление метанола

2,2

Всего

5,4

Низкоконцентрированные газы

Промывное оборудование

0,1

Баки щелоков

0,8

Каустизация и растворитель плава

0,2

Всего

1,1

Итого ДПГ на обезвреживание

6,5

Дымовые газы

СРК

0,03

Степень обезвреживания ДПГ, %

99,5

ИРП

0,01

Рисунок 2.8 - Основные источники дурнопахнущих газов производства небеленой

сульфатной целлюлозы

2.3.3 Сжигание упаренных щелоков в СРК с образованием сульфида

натрия и карбоната натрия

В процессе сжигания черного щелока в СРК происходит процесс пиролиза орга-

нических веществ, сопровождаемый карбонизацией щелочи и выжигом углерода, про-

текающим совместно с восстановлением сульфата натрия.

В составе минеральной части черного щелока в основном содержится связанная

щелочь, которая в процессе пиролиза и выжига органических веществ подвергается

карбонизации по реакции:

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O.

В процессе пиролиза щелока выделяются различные органические и серосодер-

жащие летучие соединения, которые в большей части сгорают в топочном простран-

стве. Реакция восстановления сульфата протекает в присутствии углерода по следую-

щим реакциям:

Na2SO4 + 2C = Na2S + 2CO2;

Na2SO4 + 4C = Na2S + 4CO.

Образующийся плав состоит в основном из карбоната (Na2CO3 - 70 %), и суль-

фида натрия (Na2S - 20 % - 25 %). Из СРК плав поступает в бак-растворитель, где рас-

творяется слабым белым щелоком, образуя зеленый щелок.

2.3.4 Каустизация зеленого щелока

Процесс каустизации - это превращение карбоната натрия в гидроксид путем

обработки карбоната негашеной известью - завершающий этап в цикле регенерации

химикатов для варки сульфатной целлюлозы.

Зеленый щелок из растворителя плава подается на осветление в отстойники или

фильтры различной конструкции. Шлам зеленого щелока (черный шлам) после про-

мывки и обезвоживания направляется на полигон для размещения отходов. А слабый

зеленый щелок после промывки шлама поступает в баки слабого белого щелока.

Для проведения каустизации осветленный зеленый щелок поступает в гасители-

классификаторы, в которые непрерывно подается негашеная известь или оксид каль-

ция. В гасителях происходят гашение извести и отделение примесей (песка, мелких

камней), в том числе непогасившейся извести, от реакционной смеси.

Осадок тяжелых примесей (шлам) после промывки вывозится на полигон разме-

щения отходов.

Реакция каустизации проходит две стадии. Первая стадия - гашение извести -

протекает по следующей формуле:

CаO + H2О = Сa(OH)2 + 270 ккал/кг.

Образующийся гидроксид кальция реагирует с карбонатом натрия зеленого ще-

лока по следующей обратимой реакции:

Na2CO3 + Ca(OH)2 ↔ 2NaOH + CaCO3.

Реакция протекает медленно, начинается в гасителе и продолжается в каустиза-

торах, пока не достигнет равновесия. Продолжительность процесса в каустизаторах -

1,5-2 ч.

Полнота реакции определяется степенью каустизации:

NaOH × 100 / (NaOH + Na2CO3).

Значение степени каустизации находятся в диапазоне 75 % - 86 %.

В процессе реакции каустизации образуется суспензия шлама в белом щелоке.

Для отделения крепкого белого щелока суспензия подается на отстаивание (либо

фильтрацию). В процессе отстаивания и промывки отбирается крепкий белый и слабый

белый щелоки. Они направляются в баки-сборники для хранения. Далее крепкий белый

щелок из баков-сборников поступает в варочный отдел на варку целлюлозы, а сла-

бый - в цех СРК, где используется в качестве растворителя плава.

Известковый шлам подается на промывку, обезвоживание и затем на обжиг.

Основные технологические показатели работы цеха - степень каустизации зеле-

ного щелока, а также полнота очистки белого щелока от шлама.

2.3.5 Регенерация известкового шлама в известерегенерационной печи

Каустизационный (белый) шлам после отделения от крепкого белого и слабого

белого щелоков и сгущения направляется во вращающиеся известерегенерационные

печи для обжига.

Процесс получения извести основан на реакции разложения карбоната кальция,

протекающей при температуре обжига 1000-1100 °С:

СаСО3 = СаО + СО2 - 42 ккал.

Степень регенерации извести составляет 85 % - 95 %. Потери ее пополняются

добавкой в печь дробленого известняка, который обжигается вместе с каустизацион-

ным шламом. Обожженая известь охлаждается воздухом в рекуператорах.

Топливом для обжига могут быть мазут, газ, ВКДПГ, метан, талловое масло, био-

газы. Основными выбросами от ИРП являются серы диоксид, окислы азота, пыль, сум-

марная восстановленная сера (СВС).

В подпроцессах каустизации и регенерации извести осуществляются следующие

технологические операции:

- фильтрация зеленого щелока;

- промывка и сгущение шлама зеленого щелока;

- гашение извести и каустизация;

- промывка и сгущение известкового (белого щелока) шлама;

- обжиг извести;

- подача негашеной извести на каустизацию.

2.3.6 Получение побочных продуктов

2.3.6.1

Получение сырого таллового масла

При сульфатной варке древесины наряду с процессом делигнификации проте-

кают реакции омыления смоляных и жирных кислот, основных компонентов экстрак-

тивных веществ, которые переходят в варочный щелок в виде натриевых солей. В рас-

твор также переходят неомыляемые (нейтральные) вещества и соли окисленных смо-

ляных и жирных кислот. Поэтому черный щелок представляет собой сложную коллоид-

ную систему, содержащую лигнин, натриевые соли жирных и смоляных кислот, продук-

ты их окисления, неомыляемые и неорганические вещества, которые находятся в

сложной равновесной системе (рисунок 2.9) как в молекулярно-растворенном состоя-

нии, так и в виде мицеллярных агрегатов коллоидного раствора различной степени

дисперсности.

Коллоидно-

Молекулярно-

Грубодисперсное

↔

растворенное (ми-

↔

растворенное мыло

мыло

целлярное) мыло

Рисунок 2.9 - Образование в черном щелоке частиц экстрактивных веществ разной дисперсно-

сти в процессе мицеллообразования и коагуляции

На равновесие системы влияет концентрация сульфатного мыла, электролитов,

рН щелока, температура, а также наличие других органических (диспергирующих) ве-

ществ. Так как плотность сухих веществ мыла меньше, чем плотность черного щелока,

частицы мыла стремятся подняться к поверхности щелока. Скорость отделения и

съема мыла зависит от количества сухих веществ в черном щелоке, от температуры и

размера частиц мыла. Содержание сухих веществ в диапазоне 28-32 % (весовые) яв-

ляется оптимальным для снятия мыла [8].

При отставании черного щелока происходит выделение только грубодисперсных

частиц мыла, тогда как остальные смолистые вещества остаются в щелоке в виде мо-

лекулярной и коллоидно-растворенной формах. Поэтому для более полного съема

сульфатного мыла равновесие требуется сдвинуть вправо, чтобы образовалось боль-

ше грубодисперсных частиц, а это зависит от полноты протекания процессов мицелло-

образования, коагуляции и отстаивания. Выход сульфатного мыла зависит не только

от содержания экстрактивных смолистых веществ в древесной щепе, поступающей на

варку, но и от условий его выделения, которые влияют на величину потерь экстрактив-

ных смолистых веществ (ЭСВ) во всей технологической цепочке производства. Выход

мыла 87 % в пересчете на СТМ, представленный на рисунке 2.10, является в Европе

удовлетворительным выходом на хорошо работающем заводе. При этом оптимальным

считается поступление остаточного СТМ в черном щелоке на сжигание в СРК не более

5 кг СТМ на 1 т в.с.ц.

Рисунок 2.10 - Получение сульфатного мыла

Для наиболее полного снятия мыла требуется снизить его молекулярную и кол-

лоидную растворимость в черном щелоке, которая зависит от концентрации сухих ве-

ществ и содержания остаточной щелочности. Минимальная растворимость мыла

наблюдается при концентрации сухих веществ 20-30 % и составляет 3-8 кг сульфатно-

го мыла на 1 т абсолютно сухих веществ. Минимальная растворимость также зависит

от величины остаточной эффективной щелочности и при величине 7-8 г Na2O/дм³ ми-

нимальная растворимость составляет 0,15-0,3 % СТМ к а.с.в. (рисунок 2.11), что

уменьшает потери мыла вместе со щелоком, поступающим далее на выпарную стан-

цию и СРК.

Рисунок 2.11 - Растворимость сульфатного мыла, % СТМ от абс. сухого вещества черного ще-

лока, в зависимости от остаточной эффективной щелочи, г Na2O/л

Отстаивание черного щелока производят на выпарной станции в емкостях пита-

тельного щелока с объемом баков на 16-20 часов работы [9] и при оптимальной тем-

пературе 80-90 ^оС. С технологической точки зрения съем мыла необходим, чтобы из-

бежать пенообразования и образования накипи на теплопередающих поверхностях

выпарных аппаратов.

Периодический съем сульфатного мыла осуществляют, поднимая уровень жид-

кости в баке выше встроенного желоба, что обеспечивает перелив сульфатного мыла,

которое самотеком сливается в бак. Для непрерывного съема используют установлен-

ную наверху баков механическую гребенку, счерпывающую лопастями мыло с поверх-

ности.

Для контроля за съемом мыла используют датчики температуры. Поскольку тем-

пература мыла на ~5 °C ниже температуры щелока, то повышение температуры мыла

сигнализирует о прекращении его съема, что исключает дополнительное попадание

щелока в снятое мыло. Также используют датчики электропроводности либо на кабеле,

помещенном непосредственно в бак, либо отдельной ячейкой на трубопроводе. За

счет присутствия в мыле черного щелока меняется величина электрического сопротив-

ления и процесс слива мыла останавливают. Это важно, поскольку снижается количе-

ство черного щелока в мыле, соответственно, снижается содержание лигнина, который

при подкислении в производстве СТМ может до 20 % увеличить потери за счет сорб-

ции СТМ на поверхности образующейся лигниновой фазы. Следовательно, сокраще-

ние количества лигнина в мыле повышает его качество, как сырья для производства

СТМ. При содержании лигнина в сульфатном мыле менее 1 % образование лигнинной

фазы в процессе разложения не наблюдается, увеличивается выход СТМ и стабилизи-

руется процесс разложения.

Показатели качества сульфатного мыла из хвойных (марка С) и лиственных

(марка Л) пород древесины представлены в таблице 2.13.

Таблица 2.13 - Показатели сульфатного мыла регламентируются ТУ 13-028-1078-28-118-88

Наименование показателя

Марка С

Марка Л

Массовая доля жирных и смоляных кислот и не-

омыляемых веществ, %, не менее …

Массовая доля воды, %, не более …

Массовая доля общей щелочи в пересчете NaOH,

%, не более……………..

Массовая доля лигнина в хвойном мыле составляет 2-4 % (в лиственном мыле

до 6-12 % лигнина). Еще в 1960-х годах отмечали необходимость перед стадией раз-

ложения сульфатного мыла производить его промывку подщелоченным солевым рас-

твором (от установки разложения) для увеличения выхода сырого таллового масла на

5-10 %, повышения его кислотного числа (на ~1,5 мг КОН/г) и снижения содержания

лигнина на 30-50 %. Это весьма существенное улучшение количества и качества полу-

чаемого СТМ, поскольку увеличение кислотного числа на единицу на 0,5 % увеличива-

ет выход талловой канифоли и жирных кислот и на 0,5 % снижает выход таллового пе-

ка.

Массовая доля нейтральных веществ в мыле достигает 25-30 % (к абс. сухим

веществам), вызывает затруднения при получении высококачественных талловых про-

дуктов. Поэтому использовали экстракцию сульфатного мыла, например, бензином в

водно-спиртовом растворе со степенью очистки мыла от нейтральных веществ 70-

84 %. Выделенные нейтральные вещества идут для получения стеринов [10], а в про-

цессе ректификации таллового масла с содержанием нейтральных веществ 5-6 % уве-

личивается выход высокомаржинальных продуктов дистилляции на 10-15 %.

Получение сырого таллового масла основано на обработке сульфатного мыла

серной кислотой с оптимальным расходом 190-230 кг/т при рН = 3-4 и может осу-

ществляться следующими способами:

- периодически - в реакторах периодического действия;

- непрерывным методом с разделением масла с помощью центрифуги;

- непрерывным методом и разделением путем декантации.

Для разложения мыла используется серная кислота. На предприятиях, в состав

которых входит цех по производству диоксида хлора, для разложения применяется от-

работанная кислота.

Вязкость сульфатного мыла при 20 ^оС очень высокая - до 300 Па∙с, что не поз-

воляет обеспечить необходимого контакта мыла и кислоты. Поэтому процесс прово-

дится при повышенной температуре - около 100 ^оС, при которой вязкость сульфатного

мыла снижается в 6-35 раз, до 8-50 Па∙с, что обеспечивает его хорошее перемешива-

ние с серной кислотой при образовании реакционной смеси. В результате отстаивания

реакционной смеси образуются три слоя: верхний - талловое масло, средний - лигни-

новый слой, нижний - раствор бисульфата натрия. Далее сырое талловое масло отби-

рают и дополнительно отстаивают.

При разложении сульфатного мыла реагируют не только соли жирных и смоля-

ных кислот, но и компоненты черного щелока, увлеченного мылом: соли других органи-

ческих кислот, едкий натр, сернистый натрий и др., поэтому реакция протекает с обра-

зованием сероводорода (H2S) и диоксида углерода (CO2) по реакции:

Na2S+H2SO4 → H2S+Na2SO4,

Na2CO3+H2SO4→Na2SO4+H2O+CO2.

Образующиеся парогазы направляют для очистки в скруббер, который орошают

10-процентным раствором NaOH. В результате сероводород преобразуется в сульфид

натрия:

2NaOH+H2S→Na2S+2H2O.

После этого очищенные парогазы могут быть выброшены в атмосферу.

Недостатком периодического способа получения масла являются низкий выход,

высокое потребление серной кислоты (250-300 кг серной кислоты/т масла), трудность

автоматизации. Эффективность промывки сульфатного мыла для удаления остаточно-

го лигнина и способ получения (периодический или непрерывный) являются основными

факторами, оказывающими воздействие на интенсивность выделения дурнопахнущих

соединений. При периодическом способе получения сырого таллового масла происхо-

дят пиковые выбросы сероводорода, при непрерывном способе поток газов от реакто-

ра намного меньше.

Таблица 2.14 - Сравнительные данные работы установок периодического и непрерывного

действия

Периодического

Параметр

Непрерывного действия

действия

Расход пара, кг на тонну СТМ

817-998

227-318

Расход серной кислоты, кг на тонну

227-272

159-204

СТМ

Ввод кислоты

ручной

автоматический

Выход таллового масла, %

60-85

90-98

Потери кислотного числа

4-15

0-2

Время выделения таллового масла,

5-24

0,33-0,66

часов

Отделение газа

Переменное

Постоянное

Условия работы

Загрязненность, воз-

Отсутствие загрязнен-

действие сероводо-

ности

рода

Возможность управления с диспетчер-

Отсутствует

Имеется

ского пункта завода

Занимаемая территория (без баков для

186-372

74-139

хранения), м²

Выход и качество таллового масла определяются породой древесины, системой

съема мыла, способом получения масла. Выход сырого таллового масла составляет от

10 до 70 кг на тонну целлюлозы.

Таблица 2.15 - Физико-химические показатели таллового масла из хвойного, смешанного и

лиственного сульфатного мыла

Норма для марок

Наименование

ХТМ

СТМ

показателей

ЛТМ

I сорт

II сорт

I сорт

II сорт

Маслообразный продукт коричневого или темно-коричневого цве-

1 Внешний вид

та

2 Кислотное число,

мг КОН на 1 г мас-

145

135

130

120

ла, не менее

3 Массовая доля

смоляных кислот,

%, не менее

4 Массовая доля

неомыляемых ве-

ществ, %,

не более

Окончание таблицы 2.15

Норма для марок

Наименование

ХТМ

СТМ

показателей

ЛТМ

I сорт

II сорт

I сорт

II сорт

9 Плотность при

0,92-0,98

30 °С, г/см³

10 Начальная тем-

пература кипения

180

при 5 мм рт. ст., ⁰С,

не менее

11 Вязкость, сПз,

не хуже

- при 30 °С

9000

- при 80 °С

110

Продукция нерастворима в воде, растворима в органических

12. Растворимость

растворителях

2.3.6.2

Получение скипидара сырца

Скипидарными называют летучие вещества, содержащиеся в хвойной древесине

и отгоняемые водяным паром. Скипидары являются смесью монотерпеновых углево-

дородов с общей формулой С10Н16 и небольшой примесью сесквитерпенов. В древе-

сине сосны основные компоненты скипидара - терпены и терпеноиды: α- и β-пинен,

∆³ - карен. В скипидаре ели имеется некоторое количество α- пинена (17-22 %) и зна-

чительная доля β-пинена (12-23 %) и β-фелландрена. Для древесины пихты характер-

на высокая доля β-фелландрена (43 %).

Различия в составе монотерпенов в древесном сырье предопределяют состав

промышленных продуктов и, соответственно, их практическое применение. Основная

масса терпеновых углеводородов сульфатного скипидара представляет собой: α-пинен

(64-77 β-пинен (1-24 %), ∆³ - карен (3-12 %), дипентен (2-8 %). В незначительных ко-

личествах находят камфен, фелландрен, β-мирцен, n-цимол, γ-терпинен, терпинолен,

α-терпинеол. Кроме того, содержится 0,3-0,6 % легколетучих сероорганических соеди-

нений, которые являются продуктами реакции компонентов варочного щелока с дре-

весным веществом.

Выход скипидара-сырца определяется в основном массовой долей летучих ве-

ществ в хвойных породах древесины и режимом варки целлюлозы. Массовая доля ле-

тучих веществ в свежесрубленной древесине сосны 0,40-0,75 %, кедра 0,34-0,60 %,

ели 0,10-0,20 %, пихты и лиственницы 0,10-0,15 % от абсолютно сухой древесины. В

настоящее время на большинстве предприятий РФ перерабатывают смесь хвойных

пород с добавкой 10 % лиственной древесины, поэтому наибольшая доля скипидара в

сырье содержится на предприятиях Сибири (до 0,5 %, или около 11 кг на тонну целлю-

лозы), в европейской части страны наблюдают пониженную долю содержания летучих

веществ - до 0,3 %. Это связано с изменением структуры перерабатываемого древес-

ного сырья в сторону использования еловой древесины. Кроме этого, при непрерывной

варке целлюлозы из-за неполной конденсации парогазов и ненадлежащего охлажде-

ния конденсата сбор скипидара составляет 1-2,5 кг/т в.с.ц.

Продолжительность хранения древесного сырья также приводит к существенной

потере скипидара. Так, при кучевом хранении щепы в первые 3 месяца щепа в кучах

разогревается до 60-64 °C. Снижение выхода скипидара при сроках хранения щепы 1,

2, 3, 4 и 5 месяцев составляет соответственно 40, 60, 70, 80 и 100 %.

Скипидар выводится из варочной установки в сконденсированном виде с так

называемым терпентинным конденсатом (~0,3 м³/т в.с. целлюлозы по варке), из кото-

рого он выделяется отстаиванием за счет меньшей плотности (860 кг/м³).

Основное преимущество периодического способа варки - отделять скипидар в

одной производственной точке. При непрерывной варке на установке Камюр отсутству-

ет пространство для паров, и терпентинная сдувка не производится. Поэтому скипидар

распределяется со всеми материальными потоками, выходящими из котла, из которых

его и выделяют.

При варке целлюлозы в варочных котлах периодического действия может быть

извлечено скипидара от его массы в древесине до 75 %, при варке целлюлозы непре-

рывным способом в аппаратах «Камюр» - не более 20 %.

На сульфатцеллюлозных предприятиях сбор скипидара производят как по эколо-

гическим причинам, так и для безопасного ведения производства. Это связано с тем,

что на установках непрерывной варки отсутствует система терпентинной сдувки, по-

этому скипидар частично выделяется с парогазами верхнего расширительного цикло-

на, и частично остается в черном щелоке. Если скипидар не выделять, то появляется

риск его накопления в трубопроводах, баках сбора конденсата или щелока, где его

наличие и не предполагается. Это важно при проведении огневых работ на оборудова-

нии, поскольку с воздухом он образует опасную смесь. В последние годы в России и в

мире произошло несколько несчастных случаев при проведении работ на подобных ре-

зервуарах, при этом возможность наличия в них скипидара не учитывалась.

Для выделения и сбора сульфатного скипидара при непрерывной варке преду-

сматривается:

- установка циклона-щелокоуловителя на линии отвода парогазов из расшири-

тельного циклона;

- ступенчатая дробная конденсация паров от расширительного циклона;

- узел выделения скипидарной фракции на установках очистки грязного конден-

сата.

Скипидар - ценное химическое сырье, из которого делают 100 видов продукции,

и крупным перерабатывающим заводам в Индии и во Франции нужен скипидар, что и

обусловило высокие цены. Отечественные предприятия по переработке скипидара

простаивают из-за нехватки сырья.

Таблица 2.16 -

Описание

подпроцессов регенерации химикатов

варки сульфатной

целлюлозы

Этап

Основное

процесса

Входной поток

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпро-

оборудование

цесс)

- черный щелок

Выпарка

- крепкий черный

- емкости;

- выбросы

от варки цел-

черного

щелок;

- фильтры для

в атмосферу

люлозы;

щелока

- терпентинный

улавливания во-

(ДМС,

ДМДС,

- кислые остат-

конденсат;

локна;

ММ, H2S, скипи-

ки от приготов-

- загрязненный

- выпарные уста-

дар, метанол);

ления двуокиси

конденсат;

новки;

- сбросы в произ-

хлора;

- циркуляционные

водственную ка-

- пар;

слабозагрязнен-

насосы;

нализацию:

ный конденсат;

- вакуум-система

взвешенные ве-

электроэнер-

- чистый коденсат;

щества, ХПК, ще-

гия;

- ВК ДПГ;

лочность

- свежая вода;

- НК ДПГ;

(общ. Na2O)

- сульфат

- водомета-

натрия

нольная фракция;

- сульфатное мы-

ло;

- теплая вода

- крепкий чер-

СРК

- зеленый щелок;

- СРК;

- выбросы в ат-

ный щелок;

- пар;

мосферу (диок-

- теплая вода;

электрофиль-

сид серы, серо-

деминерализо-

- зола

тры;

водород, оксиды

ванная вода

- скруббер

рас-

азота, взвешен-

- слабый белый

творителя плава;

ные вещества);

щелок;

- скруббер;

- сбросы в произ-

- охлаждающая

- емкости

водственную ка-

вода;

нализацию:

- сульфат

(взвешенные ве-

натрия;

щества, ХПК, ще-

- ВК ДПГ;

лочность

- НК ДПГ;

(общ. Na2O)

электроэнергия

Продолжение таблицы 2.16

Этап

Основное

Выходной

Входной поток

процесса

технологическое

Эмиссии

поток

(подпроцесс)

оборудование

- зеленый ще-

Каустиза-

- крепкий бе-

- емкости;

- выбросы в ат-

лок;

ция зелено-

лый щелок;

- гаситель-

мосферу (

- известь

го щелока

- слабый бе-

классификатор;

ДМС, ДМДС, ММ,

негашеная;

лый щелок;

- каустизаторы;

H2S, взвешенные

- пар;

- отходы

- фильтры;

вещества);

- теплая вода;

процесса

- центрифуги;

сбросы в произ-

- загрязненный

приготовле-

- бункера шлама

водственную ка-

конденсат;

ния и регене-

нализацию

- каустик;

рации хими-

(взвешенные

ческих реа-

вещества, ще-

электроэнер-

гентов (шлам

лочность

гия

зеленого ще-

(общ. Na2O) от-

лока, отходы

ходы процесса

от гашения

приготовления и

извести,

регенерации хи-

шлам белого

мических реаген-

щелока)

тов

(шлам зеленого

щелока, отходы

от гашения изве-

сти, шлам белого

щелока)

- шлам белого

Регенера-

известь

- выбросы в ат-

щелока;

ция извести

негашеная

известерегенерацион-

мосферу: (диок-

- горячая вода;

ная печь;

сид серы, серо-

- известковый

- транспортеры;

водород, оксиды

ка-

- элеватор;

азота, взвешен-

мень/известь;

- бункера хранения из-

ные вещества);

- метанол;

вести

- сбросы в про-

- пек;

изводственную

- сырое талло-

канализацию

вое масло;

(взвешенные

- мазут;

вещества, ХПК,

- газ;

щелочность

(общ. Na2O)

электроэнер-

гия

Окончание таблицы 2.16

Этап

Основное

Выходной

Входной поток

процесса

технологическое

Эмиссии

поток

(подпроцесс)

оборудование

- скипидар-

Производство

- скипидар-

- флорентина;

- выбросы в атмо-

сырец;

побочных

сырец;

- скруббер;

сферу

(ДМС,

- поваренная

продуктов

- теплообменное

ДМДС, ММ, H2S,

соль;

подскипдарная

оборудование;

скипидар, мета-

- терпентинный

вода;

- сепараторы;

нол);

конденсат;

- сырое талло-

- отстойники;

- сбросы в произ-

- едкий

натр

вое масло;

- реакторы;

водственную ка-

технический;

- черный ще-

- емкости

нализацию:

- сульфатное

лок;

(взвешенные ве-

мыло;

- НК ДПГ

щества, ХПК, ще-

- серная кисло-

лочность

та;

(общ. Na2O)

- охлаждающая

вода;

- пар;

электроэнергия

Характеристика оборудования процесса регенерации химикатов представлена в

таблице 2.17.

Таблица 2.17 - Характеристика оборудования подпроцессов регенерации химикатов варки

сульфатной целлюлозы

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики¹⁾

Выпарка черного щелока

Емкости

Отстаивание черного щелока.

Общий

объем -

10350-

Съем мыла.

20700 м³.

Хранение щелоков.

Хранение мыла

Баки, работающие под

Поддержание высокой темпе-

Расчетное давление - 0,3 МПа,

давлением для упа-

ратуры щелока для снижения

абс.

ренного черного ще-

его вязкости при концентра-

Температура - 140 °C

лока

ции сухих веществ 80 %

Фильтры для улавли-

Очистка черного щелока от

Тип - барабанный.

вания волокна

волокна

Производительность -

3,9 м³/сут на 1 м² поверхности

Напорные сортировки

Очистка черного щелока от

Тип - центробежный.

волокна

Температура - 80 °C - 90 °C.

Давление - 0,5 МПа

Продолжение таблицы 2.17

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики¹⁾

Выпарные аппара-

Выпаривание влаги черного

Тип - трубчатый со свободно па-

ты

щелока

до

47 % -

дающей пленкой.

52 % а. с. в.

Тип - трубчатый с принудительной

циркуляцией с падающей пленкой.

Тип - трубчатый с поднимающейся

пленкой.

Тип - ламельный со свободно па-

дающей пленкой.

Производительность по выпарен-

ной влаге - 150-600 т/час.

Количество корпусов (в том числе

резервных) - 5-8 шт.

Количество потоков - 1-2.

Давление греющего пара - 0,15-

0,35 МПа.

Температура греющего пара -

126 °C - 140 °C.

Концентрация упаренного щело-

ка - 47 % - 55 %.

Температура

исходного/

упаренного щелока - 60-85/130 °C

Концентраторы

Выпаривание влаги черного

Тип - трубчатый с падающей

щелока до 67 % а. с. в.

пленкой.

Тип - трубчатый с принудительной

циркуляцией.

Тип - ламельный с падающей

пленкой.

Производительность по выпарен-

ной влаге - 27-41 т/час.

Поверхность

теплопередачи -

1865-4200 м².

Количество корпусов (в том числе

резервных) - 1-2 шт.

Количество потоков - 1-2.

Давление греющего пара - 0,15-

0,35 МПа.

Температура греющего пара -

126 °C - 140 °C.

Концентрация упаренного щело-

ка - 57 % - 67 %.

Температура

исходного/

упаренного щелока - 98/120 °C

Продолжение таблицы 2.17

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики¹⁾

Суперконцентрато-

Выпаривание влаги черного

Тип - ламельный, трубчатый с при-

ры

щелока до 85 % а. с. в.

нудительной циркуляцией с пада-

ющей пленкой.

Производительность по выпарен-

ной влаге - 27,2 т/час.

Поверхность

теплопередачи -

3138 м²

Содорегенерацион-

Сжигание концентрирован-

Производительность -

540-

ный

котлоагрегат

ного черного щелока, вос-

1932 т/сут а. с. в.

(СРК)

становление

сульфата

Выработка пара - 80-230 т/час.

натрия до сульфида натрия

Давление получаемого пара - 34-

90 бар.

Температура получаемого пара -

390 °C - 450 °С.

Степень восстановления сульфа-

та - не менее 88 % - 93 %

Оборудование золо-

Очистка дымовых газов,

Производительность по газу -

удаления (электро-

возврат и восполнение по-

330 000-494 000 м³/час;

фильтр комплектно

терь химикатов

Температура на входе - 160 °C -

в системе очистки

190 °C.

дымовых

газов,

Эффективность очистки -

95 % -

транспортировки и

98,5 %

растворения золы)

Каустизация зеленого щелока

Осветлители зеле-

Подготовка щелока к реак-

Объем - 920-4400 м³.

ного щелока

ции

Площадь осаждения - 94-154 м².

Давление - атм

Фильтр шлама зе-

Удаление шлама

Производительность по шламу -

леного щелока

17 т/сут.

Поверхность фильтрации -

35-

42,4 м².

Концентрация шлама -

45 % -

48 %

Гаситель-

Гашение извести, удаление

Производительность -

75-

классификатор

отходов, начало процесса

90 м³/час по белому щелоку.

каустизации

Производительность -

235 м³/час

по зеленому щелоку.

Вместимость - 22-100 м³.

Температура - °С.

Давление - атм

Продолжение таблицы 2.17

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики¹⁾

Каустизаторы

Проведение реакции каусти-

Вместимость - 37,5-280 м³.

зации

Время прохождения реакции -

мин.

Температура - °C.

Давление - атм

Осветлители белого

Осветление белого щелока

Производительность - 1500 м³/час.

щелока

Вместимость - 720-4400 м³.

Температура - 80 °C - 90 °C.

Давление - атм

Фильтр для про-

Промывка и сгущение шла-

Производительность -585 т/сут по

мывки и сгущения

ма белого щелока перед

извест. шламу.

шлама белого ще-

ИРП

Поверхность фильтрации -

63-

лока

228 м².

Температура - 95 °C - 98 °C.

Концентрация шлама - 65 %

Вакуум-фильтр

Промывка шлама и обезво-

Площадь фильтрации - 40-50 м².

живание белого щелока пе-

ред ИРП

Регенерация извести

Известерегенера-

Обжиг известкового шлама с

Температура обжига -1100 °С.

ционная печь

получением негашеной из-

Производительность -

100-

вести

360 т/сут

Производство побочных продуктов (сырого таллового масла, скипидара сырца)

Сборник мыла

Подготовка

сульфатного

Температура - 60 °C - 70 °C.

мыла.

Давление - атм

Отделение щелока

Реактор (непрерыв-

Проведение реакции разло-

Производительность - 17,5 м³/час.

ного/ периодическо-

жения сульфатного мыла

Температура - 100 °C - 105 °C.

го действия)

серной кислотой

Давление - атм

Сепаратор

Отделение масла

Производительность - 6-7,5 т/час.

Температура - 90 °С.

Давление - атм

Промыватель мас-

Промывка масла.

Температура - 80 °C - 95 °C.

ла

Отстаивание.

Давление - атм.

Отделение масла от раство-

Время отстаивания - час

ра

Вакуум-сушильник

Очистка масла от влаги, за-

Температура - 80 °C - 90 °C.

грязнений

Давление - 0,08 МПа

100

Окончание таблицы 2.17

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики¹⁾

Декантатор (фло-

Отстаивание и разделение

Вместимость - 0,63-25 м³.

рентина)

фракций

Время отстаивания - 17-60 мин

Ректификационная

Разделение фракций (полу-

Вместимость - 18-62 м³.

колонна

чение товарного скипидара,

Количество тарелок - 40-123 шт

таллового масла, канифоли,

жирных кислот)

¹⁾Технологические характеристики зависят от производительности линии

Характеристика природоохранного оборудования процесса регенерации химика-

тов представлена в таблице 2.18.

Таблица 2.18 - Характеристика природоохранного оборудования подпроцессов регенерации

химикатов варки сульфатной целлюлозы

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики¹⁾

Очистка сильнозагрязненных конденсатов

Стриппинг-колонна

Отдувка паром серосодер-

Тарельчатая колонна.

жащих газов и метанола из

Степень очистки -

80 % -

сильнозагрязненных конден-

90 %.

сатов выпарного и варочного

Количество тарелок - 24 шт.

цехов

Производительность -

133-

175 т/час.

Вместимость - 70 м³

Теплообменник конден-

Подогрев конденсата перед

Тип - кожухотрубчатый.

сата

подачей

на

стриппинг-

Поверхность теплообмена -

колонну

м²

Дистилляционная колонна

Отделение метанола

Тарельчатая колонна.

Количество днищ - штук.

Расчетная

температура

159 °C.

Расчетное

давление -

0,5/-0,1 МПа

Каустизация

Скруббер гасителя

Улавливание пылевых ча-

Эффективность

очистки -

стиц щелочного аэрозоля

50 %

Рукавный фильтр аспи-

Эффективность очистки 93 %

рационной

установки

разгрузки извести в бун-

кер

Регенерация извести

Струйный газопромыва-

Очистка дымовых газов

Эффективность очистки от

тель (скруббер Вентури)

пыли - не менее 85 % - 98 %

101

Окончание таблицы 2.18

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики¹⁾

Электрофильтр очистки

Очистка дымовых газов

Эффективность

очистки -

дымовых газов

99 % - 99,9 %

Производство побочных продуктов

Скруббер очистки газов

Очистка от сернистых соеди-

Вместимость - 8-56 м³.

нений (ДМС, ДМДС, ММ, H2S)

Эффективность

очистки -

отходящих газов реактора

50 % - 98 %

разложения мыла

¹⁾Технологические характеристики зависят от производительности линии.

2.4 Процесс производства сульфитной целлюлозы

Удельный вес производства сульфитной целлюлозы в России в 1990-е годы со-

ставлял 23 %, а в настоящее время он сократился до 4,5 %. Сокращение выпуска

сульфитной целлюлозы является общемировой тенденцией.

В 1960-е годы сульфитцеллюлозные заводы сбрасывали сточные воды без

очистки в водные бассейны, загрязняя водоемы токсичными солями лигносульфоновых

кислот, снижающими содержание растворенного кислорода, и делали их малопригод-

ными для рыбного хозяйства.

В 1970-1980-е гг. мировая практика показала, что для утилизации сульфитных

щелоков необходимо магниевое основание варочных щелоков с установками по их

сжиганию и регенерации химикатов, благодаря чему бисульфитный способ варки ста-

новится практически экологически чистым.

В СССР также проводили техническое перевооружение сульфитных предприя-

тий. В частности, в 1972 году началась реконструкция Светогорского ЦБК, и по завер-

шении реконструкции он стал на самом современном оборудовании выпускать ацетат-

ную и вискозную целлюлозу, лучшую в стране и востребованную в мире. По проекту

сульфитные щелока на натриевом основании должны сжигаться вместе с сульфатны-

ми - так называемая перекрестная регенерация химикатов. В этом же году на Красно-

ярском ЦБК внедрено сжигание отработанного сульфитного щелока на магниевом ос-

новании с регенерацией химикатов, в 1982 году - на Светлогорском ЦБЗ (ныне ОАО

«Светлогорский ЦБК», Республика Беларусь). К сожалению, на обоих заводах возникли

сложности с отечественным магний-регенерационным котлоагрегатом (МРК)

300 т а.с.в./сут., и технология регенерации не была доведена до логического конца по

ряду проектных и конструктивных причин. В 1986 году из-за отсутствия очистных со-

оружений закрыт Приозерский ЦЗ, выпускающий 100 тыс. т вискозной целлюлозы, ко-

торый был перепрофилирован на выпуск мебели. В 1989 году для реконструкции

сульфитного производства на Архангельском ЦБК подписан контракт с австрийской

фирмой «Фест Альпине» и финскими «Сунд» и «Альстрем». Однако произошел распад

СССР, и переход к рыночной экономике привел к резкому сокращению объема произ-

водства продукции отрасли и краху всех планов технического перевооружения.

По разным причинам закрыли наукоемкое производство целлюлозы для химиче-

ской переработки: в 1994 году - на Амурском ЦКК (вискозная целлюлоза - 100 тыс. т), в

102

1995 году - на Светогорском ЦБК с самым современным производством вискозной

целлюлозы - 80 тыс. т и ацетатной целлюлозы - 30 тыс. т и в 2008 году - на Котлас-

ском ЦБК (вискозная целлюлоза - 100 тыс. т) (ныне «Филиал АО «Группа Илим» в

г. Коряжме»). Начиная с середины 1990-х годов предприятия, выпускающие сульфит-

ную целлюлозу для бумаги, расположенные на о. Сахалин, выработав свой ресурс и не

найдя средств на модернизацию, стали останавливать производство: Холмский ЦБЗ,

Макаровский ЦБЗ, Долинский ЦБЗ, Чеховский ЦБЗ, Поронайский ЦБЗ и Томаринский

ЦБЗ, а также Южно-Сахалинский ЦБК, Углегорский ЦБЗ.

По причине отсутствия очистных сооружений в 2001 году закрылся Калининград-

ский ЦБК-1, в 2007 году - Вишерский ЦБЗ, в 2011 году - Калининградский ЦБК-2. В

2012 году после пожара остановлено производство на Красноярском ЦБК (последнее

название - Енисейский ЦБК).

В настоящее время продолжают работу АО «Соликамскбумпром», Сясьский

ЦБК, Кондопожский ЦБК, Туринский ЦЗ суммарной производственной мощностью

0,337 млн т в год.

Еще одной проблемой сульфитного способа является переработка малосмоли-

стых древесных пород - ели и пихты, поскольку при кислотном процессе смолистые

вещества не растворяются и вызывают так называемые «смоляные затруднения», то-

гда как сульфатный способ варки в щелочной среде лишен данного недостатка и пере-

рабатывает любые древесные породы.

У сульфитной целлюлозы хуже бумагообразующие свойства, чем у сульфатной,

волокна которой относительно меньше укорачиваются при размоле и дают более со-

мкнутый и менее прозрачный лист.

Продолжительность сульфитной варки на 2-3 часа больше, чем у сульфатной.

Следовательно, оборот варочного котла при периодической сульфитной варке больше,

и, соответственно, суточная и годовая производительность с 1 куб. м объема котла в

два раза ниже, чем у сульфатной периодической варки. Этот показатель исключитель-

но важен, поскольку производство целлюлозы капиталоемкое и более высокая произ-

водственная мощность имеет короче срок окупаемости проекта. Целлюлозно-бумажная

промышленность является исключительно капиталоемким производством. Например,

капитальные затраты на строительство нового завода в Европе, производящего

550 тыс. т беленой целлюлозы, составляют 1,1 млрд долл. США со сроком окупаемо-

сти 15 лет. Затраты на строительство завода в «зеленом поле» для производства

1,3 млн т/год беленой целлюлозы в Сибири составляют 2,5 млрд долл. США со сроком

окупаемости 15 лет. Продолжительность жизни предприятий 30-40 лет служит гаран-

тией окупаемости инвестиций в течение первых 15 лет, а в течение последующих 15

лет - получения прибыли на уровне выше инвестиций, но для этого требуется привле-

кать значительные средства на длительный период.

Поскольку перевод предприятия с технологической платформы 1980-х гг. на НДТ

потребует строительства нового завода на существующей площадке с имеющейся ин-

фраструктурой, можно оценить затраты на такую модернизацию в 1,1 млрд долл. США.

Это одна из причин, делающих возможным использование современных НДТ для

предприятий с производственной мощностью 500-800 тыс. т в год.

Изменение суточного производства сульфитной и сульфатной целлюлозы в

XX веке и в начале XXI века на передовых предприятиях:

103

Год производства

1900

1930

1950

1980

2010

Объем сульфитных варочных котлов,

50-180

70-280

70-340

160-400

куб. м

Суточная производительность вароч-

ного цеха:

- сульфитный, т/сут

300

500

600

- сульфатный т/сут

500

1200

7000

Мировое производство сульфитной целлюлозы от общего производства волокон

в 2015-е годы составляет всего 4 %, из которых производство сульфитной целлюлозы

для химической переработки занимает одну треть и одну треть составляет производ-

ство нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы для получения тарного картона, осталь-

ное используют в производстве бумаг. Таким образом, сульфитное производство в

XX веке уступило в конкурентной борьбе на рынке массовых видов бумаг, но осталось

в важном сегменте целлюлозы, используемой в специальных видах бумаг, для получе-

ния вискозных волокон и более высоковязких (хлопкоподобных) видов целлюлозы для

производства эфиров целлюлозы.

В России проблема модернизации небольших градообразующих целлюлозных

предприятий (производительностью 30-100 тыс. т) назрела уже давно, и ее нужно пла-

номерно решать, чтобы не вызвать социальной напряженности в регионах. За грани-

цей такие предприятия либо перепрофилируют, либо закрывают, либо строят совре-

менные большой мощности, чтобы окупить проект реконструкции для перехода на НДТ,

обеспечивающие экономическую эффективность, экологическую безопасность произ-

водства и жизнь региона. Например, в Китае в 2011 году закрылись одновременно

мощности по производству 8,2 млн т целлюлозы и бумаги, которые не соответствуют

экологическим нормам. По производству волокон в их число вошли: производство дре-

весной массы (менее 51 тыс. т в год); целлюлозы из недревесного растительного сы-

рья (менее 34 тыс. т) и макулатурной массы (менее 10 тыс. т). В производстве бумаж-

но-картонной продукции закрыты мощности бумагоделательных машин (БДМ) по про-

изводству бумаги для письма и печати с шириной сетки менее 1,76 м и скоростью ниже

120 м/мин и картоноделательные машины (КДМ), производящие картон лайнер и флю-

тинг с шириной сетки менее 2 м и скоростью ниже 80 м/мин. Нужно отметить, что в Ки-

тае создан фонд, из которого дотируются компании, участвующие в модернизации от-

расли.

Классификация сульфитных процессов производства целлюлозы в зависимости

от pH и вида основания приведена в таблице 2.19.

104

Таблица 2.19 - Основные сульфитные процессы, используемые в ЦБП

Темпе-

Выход цел-

Основа-

Активный

Процесс

ратура

люлозы, % от

Применение

ние

реагент

варки, °C

массы а. с. д.

Кислый (би)

1-2

Ca²⁺,

SO2·H2O,

125-143

40-50

Растворимая

сульфитный

Mg²⁺,

H⁺,HSO3-

целлюлоза, са-

Na⁺

нитарно-

гигиеническая,

писчие и печат-

ные

бумаги,

специальные

бумаги

Бисульфит-

3-5

Mg²⁺,Na⁺

HSO3-,H⁺

150-170

50-65

Писчие и печат-

ный

ные бумаги, са-

нитарно-

гигиеническая

бумага

Нейтрально-

6-9

Na⁺,

HSO3-,

160-180

75-90

Средний слой

сульфитный

NH4+

SO32-

гофрированного

(НСПЦ)

картона, полу-

целлюлоза

Щелочно-

9-13,5

Na⁺

SO32-, OH^-

160-180

55-60

Целлюлоза ти-

сульфитный

па сульфатной

2.4.1 Технологический процесс получения сульфитной целлюлозы

На рисунке 2.13 представлена блок-схема производства сульфитной целлюлозы,

входящего сырья и энергии и выходящей продукции побочных и основных продуктов

сульфитного завода, а также эмиссий.

105

2.4.2 Применяемые процессы и технологии

Производство сульфитной целлюлозы состоит из трех основных блоков:

- производство целлюлозного волокна;

- утилизация сульфитных щелоков;

- регенерация химикатов и энергии (за исключением варки на кальциевом осно-

вании, при которой регенерация невозможна, но при этом отработанный сульфитный

щелок можно выпарить, а его компоненты использовать для других целей). Поскольку

регенерация на натриевом, аммониевом (или смешанном) основаниях экономически

невыгодна, ее целесообразность рассматривается для каждого конкретного завода ин-

дивидуально;

- очистка сточных вод на внеплощадочных очистных сооружениях.

Как и при производстве сульфатной целлюлозы, некоторые вспомогательные

системы, такие как переработка отходов, производство отбеливающих химикатов и ге-

нерирование дополнительной энергии, соединены с основными отделами. Во многих

отношениях процессы получения сульфатной и сульфитной целлюлозы подобны, но

различны по внутрицеховым и внеплощадочным мерам по снижению эмиссий в окру-

жающую среду. Благодаря некоторому сходству процессов описаны подробно только

некоторые технологические стадии сульфитной варки. Для тех стадий, которые иден-

тичны производству сульфатной целлюлозы, даются ссылки на соответствующие пара-

графы:

- подготовка и обработка древесины (см. раздел 2.1);

- промывка и сортирование, очистка небеленой массы (см. раздел 2.2.2 и 2.2.3);

- сортирование и очистка беленой массы (см. раздел 2.2.6);

- отбелка (см. раздел 2.2.5);

- сушка (только для товарной целлюлозы) (см. раздел 2.2.7).

Для этих разделов приводятся только некоторые различия, имеющие место

между сульфатным и сульфитным производствами. Имеющиеся различия приводят к

разному уровню эмиссий, а также к некоторым различиям в технологиях, применяемых

для их снижения. Основные технологические стадии производства целлюлозы с ис-

пользованием бисульфита натрия, аммония и магния представлены на рисунке 2.14.

107

Рисунок 2.14 - Основные технологические стадии производства небеленой и беленой

сульфитной целлюлозы с использованием бисульфита натрия, аммония и магния

Таблица 2.20 - Описание процесса получения сульфитной целлюлозы

Основное

Этап процесса

Выходной по-

Входной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

ток

оборудование

- щепа конди-

Варка

- небеленая

- система загрузки

- выбросы в атмо-

ционная;

целлюлоза;

щепы в варочный

сферу

(диоксид

- опилки, спич-

- сульфитный

котел;

серы);

ки;

щелок;

- варочный котел;

- сбросы в произ-

- сучки, непро-

- лигносуль-

- газоочистное

водственную ка-

вар;

фонаты тех-

оборудование;

нализацию:

- сера;

нические

- выпарной аппа-

(взвешенные ве-

- основание;

рат;

щества, ХПК)

- пар;

- сушильная уста-

- электро-

новка;

энергия

- система сжига-

ния

упаренного

щелока

(МРК -

магний-

регенерационный

котел)

108

Продолжение таблицы 2.20

Основное

Этап процесса

Выходной по-

Входной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

ток

оборудование

- небеленая

Промывка

- небеленая

- сцежа;

- выбросы в атмо-

целлюлоза;

целлюлоза

- вакуум-фильтр;

сферу (диоксид

- фильтрат от

- насосы

серы);

электроэнергия

промывки

- сбросы в произ-

- фильтрат от

водственную ка-

промывки

нализацию (взве-

- свежая вода

шенные

веще-

ства, ХПК)

- небеленая

Сортирование

- небеленая

- сучколовители

- сбросы в произ-

целлюлоза;

кондиционная

для

отделения

водственную ка-

целлюлоза;

сучков и непрова-

нализацию (взве-

электроэнергия

- сучки и не-

ра;

шенные

веще-

провар;

- промыватели

ства, ХПК)

- отходы тон-

сучков и непрова-

- минеральные

кого сортиро-

ра;

отходы

вания

- сортировки;

- рафинеры для

размола отходов;

- вихревые

очи-

стители для отде-

ления песка

- промытая

Отбелка

беленая цел-

- бассейн МС для

- выбросы в атмо-

небеленая

люлоза

хранения целлю-

сферу хлор, (ди-

целлюлоза;

лозы перед отбел-

оксид хлора);

кой);

- сточная вода в

отбеливающие

- отбельные баш-

производственную

химикаты (хлор,

ни);

канализацию

диоксид хлора,

- вакуум-

(взвешенные ве-

едкий натр, ги-

фильтры);

щества,

ХПК,

похлорит

- смесители с хи-

AOX)

натрия, серни-

микатами и па-

стая кислота);

ром);

- свежая, теп-

- насосы МС);

лая,

горячая

- газоочистной

вода);

скруббер хлорсо-

- пар);

держащих газов

- электро-

энергия

109

Окончание таблицы 2.20

Основное

Этап процесса

Выходной по-

Входной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

ток

оборудование

- беленая цел-

Сортирование

очищенная

- напорные сорти-

- сбросы в произ-

люлоза;

беленая цел-

ровки;

водственную ка-

- оборотный

люлоза;

- вихревые

очи-

нализацию (взве-

брак;

- отходы сор-

стители;

шенные

веще-

- пар;

тирования;

- фильтр

для

ства, ХПК)

- оборотная во-

- оборотная

улавливания во-

да;

вода

локна

- свежая вода;

электроэнергия

- беленая цел-

*Формование

- целлюлоза в

- напорный ящик;

- сбросы в произ-

люлоза;

Прессование

рулонах;

- формующая

водственную ка-

- пар;

Сушка цел-

- брак (отсеч-

часть;

нализацию (взве-

- оборотная во-

люлозного

ки и при об-

- прессовая часть;

шенные

веще-

да;

полотна

рывах);

- сушильная часть;

ства, ХПК);

- свежая вода;

- оборотная

- накат;

- выбросы в атмо-

вода;

сферу (мокровоз-

электроэнергия

- конденсат

гидроразбиватели

душная

смесь,

брака

бумажная пыль)

- целлюлозное

*Резка и упа-

- товарная

- листорезка;

- выбросы в атмо-

полотно;

ковка

целлюлоза;

- линия упаковки

сферу (бумажная

- электроэнергия

- брак (кромка,

пыль)

листовой

брак)

Примечание: *- на предприятиях, техническое аппаратурное оформление которых не

предусматривает накат, процессы формирования, прессования, сушки, резки и упа-

ковки целлюлозного полотна считать единым технологическим процессом.

2.4.3 Варка и делигнификация небеленой целлюлозы

При производстве обычной небеленой целлюлозы лигнин выделяется из древе-

сины варочным раствором, в основном содержащим бисульфит магния (натрия, каль-

ция, аммония) в качестве активного компонента, а также диоксид серы, если реализу-

ется кислая сульфитная варка. На стадии варки древесная щепа и варочный раствор

загружаются в варочный котел, где варка проводится при повышенной температуре и

давлении. Когда достигается желаемое содержание остаточного лигнина (измеряемое

как число Каппа), содержимое периодического котла выдувается в выдувной резервуар

или вымывается в вымывной резервуар, и цикл варки повторяется. Варка также может

проводиться в непрерывном варочном котле (принципы работы те же, они описаны в

110

разделе 2.2). При кислой сульфитной варке число Каппа целлюлозы находится между

14-22 для хвойных пород древесины и 10-20 для лиственных. Число Каппа и далее

можно снизить с помощью кислородно-щелочной делигнификации перед отбелкой. При

двухступенчатой сульфитной варке число Каппа можно снизить до 10 и ниже. Варку

можно проводить и глубже, если необходимо получить специальную растворимую цел-

люлозу, но это будет сопровождаться значительной потерей выхода.

Из выдувного и вымывного резервуара целлюлоза перекачивается в отдел сор-

тирования, а затем на промывку (в ряде схем промывка предшествует сортированию).

2.4.4 Сортирование и промывка небеленой целлюлозы

После варки целлюлоза промывается в промывных установках, состоящих из ва-

куум-фильтров, барабанных фильтров давления или сдвоенных барабанных прессов, и

сортируется на сучколовителях и, как правило, на центробежных сортировках, работа-

ющих под давлением, а затем очищается на центриклинерах. Цель сортирования и

очистки массы - отделить непровар, сучки и пучки волокон, костру и минеральные

включения (песок) от основного потока целлюлозы. Отработанный сульфитный щелок,

содержащий остатки варочных химикатов и растворенные компоненты древесины, от-

деляется от целлюлозы при противоточной промывке, в результате чего получается

щелок, направляемый на выпарку и сушилки. При экономической целесообразности

щелок может направляться в регенерационный котел для регенерации химикатов и

тепла. Отходы сортирования, в основном в виде сучков, обезвоживаются и сжигаются в

корьевом котле или могут использоваться при получении оберточной бумаги или кар-

тона. После сортирования целлюлоза может отбеливаться.

2.4.5 Кислородно-щелочная делигнификация

В Европе существует несколько сульфитных заводов, использующих эту техно-

логию, снижая тем самым число Каппа примерно на 10 единиц. Ограниченное исполь-

зование кислородно-щелочной делигнификации объясняется тем, что вследствие лег-

кой белимости сульфитной целлюлозы даже без кислородно-щелочной делигнифика-

ции для достижения ее высокой белизны достаточна короткая схема отбелки. Есть и

другое препятствие. Используемое при кислородно-щелочной делигнификации осно-

вание должно быть совместимо с основанием, используемым при варке, т. е. при нали-

чии магний-бисульфитной варки для кислородно-щелочной делигнификации в качестве

щелочного агента желательно использовать MgO. Только в этом случае органические

вещества, растворенные при кислородно-щелочной делигнификации, могут быть в со-

ставе щелока, получаемого в данном процессе, направлены в общую систему регене-

рации химикатов без значительных изменений в технологии производства. На одном

заводе в Германии использовали данную технологию, несколько теряя при этом в бе-

лизне целлюлозы. В данном случае была продемонстрирована возможность концен-

трировать жидкости от кислородно-щелочной ступени ультрафильтрацией и сжигать

концентрат в корьевом котле. Снижение ХПК в сточных водах после кислородно-

щелочной делигнификации составило при этом примерно 50 %.

111

2.4.6 Отбелка, сортирование, очистка и сушка

В Европе на заводах, производящих сульфитную целлюлозу, отбелка выполня-

ется без использования молекулярного хлора, а на многих и без диоксида хлора,

т. е. имеет место отбелка вообще без использования соединений хлора (TCF-отбелка).

Как правило, в качестве отбеливающих химикатов используются кислород, гидроксид

натрия и пероксид водорода. ЭДТК добавляется в качестве комплексообразователя

(0,5-2 кг/т).

Основные схемы отбелки, применяемой на европейских сульфитных заводах,

представлены в таблице 2.21.

Таблица 2.21 - Примеры схем отбелки, используемых на европейских сульфитных заводах,

и сбросы органических веществ от отбельного цеха, измеряемые как ХПК

Число

Технология варки

Схемы отбелки

ХПК (кг/т)

Заводы

Каппа

Магнефит-процесс

Gratkorn, Ав-

21-23

EOP-Q-EP-EP (HC)

90-115

стрия

Магнефит-процесс

Фабрика 2,

21-23

EOP-Q-EP-EP

100-120

Швеция

Кислый сульфитный

Фабрика 3,

14-16

EOP-EP (HC)

50-60

процесс

Германия

Кислый сульфитный

Фабрика 4,

12-15

EOP-Q-EP (HC)

45-60

процесс

Германия

Кислый сульфитный

Фабрика 5, Ав-

11-13

EOP-Q-EP-EP

35-45

процесс

стрия

После отбелки, как правило, проводится окончательное сортирование целлюло-

зы, отходы от которого сжигаются в котельной или могут использоваться при получе-

нии бумаги или картона. Целлюлоза, выпускаемая как товарная, сушится, а остальная

масса перекачивается на фабрику для производства бумаги разного назначения. Заво-

ды по производству сульфитной целлюлозы в основном являются интегрированными

предприятиями (комбинатами), производящими бумагу на месте.

2.4.7 Система регенерации химикатов и энергии

Регенерация варочных химикатов проводится в основном при варке на магние-

вом основании. Степень регенерации химикатов (серы и магния) колеблется по разным

данным в пределах до 90 % - 95 % (с учетом степени отбора щелоков 98 % - 99,5 %).

Регенерация химикатов, используемых в процессах производства небеленой

целлюлозы, состоит обычно из следующих основных элементов:

- выпарка щелока, получаемого из системы промывки небеленой целлюлозы;

- сжигание концентрированных щелоков (биотопливо) в регенерационном котле,

в результате чего производится значительное количество пара, а в ряде случаев и

электроэнергии;

112

- в процессе сжигания образуются твердый оксид магния (зола) и газообразный

диоксид серы. Оксид магния отделяется от дымовых газов чаще в электрофильтрах и

растворением в воде превращается в суспензию гидроксида магния;

- эта суспензия используется для абсорбции диоксида серы из дымовых газов,

поступающих из регенерационного котла, а также из сдувочных газов варочных котлов,

из газов от промывных и выпарных аппаратов в многоступенчатой установке (обычно

3-4 ступени) Вентури. Получаемый при этом раствор, в основном содержащий бисуль-

фит магния, осветляется (осаждением или фильтрацией) и донасыщается диоксидом

серы, поступающим либо от сжигания элементарной серы в серной печи, либо при до-

бавлении жидкого диоксида серы. Свежеприготовленная варочная кислота перекачи-

вается в варочный отдел после отделения взвешенных веществ.

Общее представление о круговороте химикатов представлено на рисунке 2.15,

иллюстрирующем основные стадии процесса и их назначение.

В результате регенерации варочных химикатов в регенерационном котле полу-

чается пар. Получаемый пар подается в турбины с противодавлением, где производит-

ся электроэнергия.

Рисунок 2.15 - Цикл регенерации для сульфит-целлюлозного завода на

магниевом основании

2.4.8 Процесс Магнефит

При Магнефит-процессе уровень pH выше (pH = 3-5), чем при кислом бисуль-

фитном процессе, который проводится при значении pH = 1-2. Это приводит к более

мягким условиям варки с повышенными прочностными свойствами целлюлозы и не-

сколько увеличенным выходом по сравнению с кислым бисульфитным процессом.

В Европе для обоих процессов магний используется в качестве главного основания.

Существуют два основных технических различия, которые необходимо рассмотреть.

В Магнефит-процессе при приготовлении щелока значение pH = 4 можно получить без

избытка SO2 в свежем варочном растворе. Следовательно, нет необходимости в экс-

113

плуатации бака варочного раствора под давлением. SO2 в варочном щелоке находится

в форме бисульфита, поэтому следующие стадии технологического процесса произ-

водства бисульфитной целлюлозы подобны производственным стадиям при кислом

сульфитном процессе. Число Каппа небеленой целлюлозы для производства бумаги

после варки по способу Магнефит выше, чем после кислой сульфитной варки, - от 21

до 26, тогда как при кислом сульфитном способе варки можно достичь число Каппа 12-

16. Как следствие, белимость бисульфитной целлюлозы несколько хуже, чем кислой

сульфитной целлюлозы. Поэтому необходимы более длинные схемы отбелки, чтобы

получить высокую степень белизны. Это приводит к несколько более высокой величине

ХПК и БПК в сточных водах после отбелки. Магнефит-процесс используется на четы-

рех целлюлозно-бумажных предприятиях в Европе (Nymolla и Ustansjo (Швеция);

Hundsfos (Норвегия); Gratkorn (Австрия).

2.4.9 Процесс производства нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы

Полуцеллюлоза, являющаяся промежуточным полуфабрикатом между древес-

ной массой и целлюлозой высокого выхода, используется в производстве крафт-

лайнера и бумаги для гофрирования.

В настоящее время в России в составе интегрированных предприятий, включа-

ющих сульфат-целлюлозные производства, эксплуатируются две установки по произ-

водству полуцеллюлозы по разным технологиям: нейтрально-сульфитная лиственная

полуцеллюлоза (НСПЦ) и сульфатная полуцеллюлоза с зеленым щелоком.

Блок-схема процесса производства нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы

приведена на рисунке 2.16.

114

В качестве сырья используется древесина березы и осины, в качестве варочного

раствора - сульфит натрия с буферной добавкой (например, кальцинированной соды).

Выход НСПЦ из древесины - около 80 %.

Предварительная пропарка щепы под атмосферным давлением обеспечивает

хорошую пропитку ее варочным раствором, способствует увеличению выхода полу-

целлюлозы, ускорению варочного процесса.

Применение размола щепы после варки под давлением улучшает характеристи-

ки волокна и обеспечивает условия для возможности применения при промывке полу-

фабриката высокоэффективного промывного оборудования.

Использование для промывки полуцеллюлозы современных промывных прессов

позволяет достичь высокой эффективности отделения растворенных веществ от во-

локна при низком расходе промывной воды, обеспечивает минимальный унос раство-

ренных веществ с промытой массой.

Отработанный варочный щелок направляется на упаривание для получения то-

варного продукта - технических лигносульфонатов. Регенерация химикатов экономи-

чески нецелесообразна.

Основная информация о процессе производства нейтрально-сульфитной полу-

целлюлозы, который используют в настоящее время на одном из предприятий России,

представлена в таблице 2.22.

Таблица 2.22 - Описание процесса производства нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы

Основное

Этап процесса

Входной поток

Выход

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

- содовый рас-

Приготовление

раствор моно-

- реактор;

сбросы в произ-

твор;

варочного рас-

сульфита

- абсорбер

водственную

- сера;

твора

канализацию

- электроэнер-

(SO3, SO4, ще-

гия

лочь)

- щепа;

Пропарка щепы

нагретая щепа

- бункеры щепы;

- выбросы в ат-

- вторичный

пропарочный

мосферу (диок-

пар;

шнек (паровой

сид серы);

- электроэнер-

смеситель)

- сбросы в про-

гия

изводственную

- пропаренная

Промывка щепы

- промытая щепа

- сепаратор за-

канализацию

щепа;

- вода на очистку

грязнений;

(ХПК, взвешен-

- горячая вода;

шнековый

ные вещества);

- чистая

про-

обезвожива-

- отходы (опил-

мывная вода;

тель;

ки)

- электроэнер-

- ловушки при-

гия

месей;

- центриклинер;

- сгуститель от-

ходов

116

Окончание таблицы 2.22

Основное

Этап процесса

Входной поток

Выход

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

- промытая щепа;

Пропитка щепы

пропаренная и

пропарочный

- вторичный пар;

пропитанная

бункер;

- варочный щелок;

варочным ще-

пропиточная

- электроэнергия

локом щепа

камера варочно-

го котла

- пропитанная ще-

Варка

- щепа

после

- варочный котел;

па;

варки;

- подогреватель

- варочный раствор

- варочный ще-

варочного рас-

(моносульфит);

лок;

твора

- пар;

- грязный кон-

- электроэнергия

денсат

- щепа после варки;

1-я

ступень

- волокно/масса;

- рафинер (де-

- волокно

после

размола (дефи-

- вторичный пар

фибратор);

очистки отработан-

брирование)

циклон под

ного щелока;

давлением;

- фильтрат 1-й сту-

- система кон-

пени промывки;

денсации парога-

- пар;

зов

- электроэнергия

- волокно/масса;

Первая ступень

- промытая мас-

- массный бас-

- фильтрат 2-й сту-

промывки

са;

сейн низкой кон-

пени промывки;

- щелок с со-

центрации;

- электроэнергия

держанием во-

- пресс TwinRoll;

локна

- массный насос

- масса после про-

Вторая ступень

масса, размо-

рафинеры

мывки;

размола

лотая до требу-

- фильтрат 2-й сту-

емой степени

пени промывки

помола

- промывная вода;

- оборотная вода;

- горячая вода;

- электроэнергия

- волокно/масса

2-я

ступень

- промытая мас-

- массный бас-

- оборотная вода;

промывки

са;

сейн

средней

-электроэнергия

сгущения

- фильтрат

концентрации;

- пресс TwinRoll;

- массный насос

промытая масса

Хранение (ак-

полуцеллюлоза

массный бассейн

кумулирование)

высокой концен-

трации

117

Таблица 2.23 - Основное оборудование процесса производства нейтрально-сульфитной

полуцеллюлозы

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики ¹⁾

Пропарочный бункер

- Предварительный нагрев

Производительность -

щепы;

125 м³/час;

- удаление из щепы воздуха

объем - 130 м³

Пропиточная камера ва-

Пропитка щепы

Оборудована вертикальными

рочного котла

двойными шнеками (диа-

метр -

2000 мм, высота -

8000 мм)

Варочный котел

Варка щепы

Производительность -

900 т/сут в. с. ц.

Тип - вертикальный с кони-

ческим корпусом:

диаметр - 3200 × 2800 мм;

высота - 15 000 мм.

Время варки - 20-30 мин.

Температура

варки -

165 °C - 170 °C

Рафинер (дефибратор)

Разделение щепы на волок-

Производительность -

1-й ступени размола

на

170 м³/час

Пресс TwinRoll

Промывка первой ступени

Производительность м³/час.

Концентрация на входе -

5,0 %.

Концентрация на выходе -

30 %

Рафинер

2-й ступени

Размол массы до требуемой

Производительность -

размола

степени помола

113 м³/час.

Концентрация - 30,0 %

Пресс TwinRoll

Промывка второй ступени

Производительность -

685 м³/час.

Концентрация на входе -

5,0 %

Фильтры для очистки от-

Улавливание волокна из ще-

Производительность -

работанного щелока от

лока 1-й ст. промывки

277 м³/час.

волокна

Площадь фильтрации - 13 м²

¹⁾ Технологические характеристики зависят от производительности линии.

2.4.10 Производство растворимой сульфитной целлюлозы (сульфитная

целлюлоза для химической переработки) [11]

В Европе существует лишь несколько компаний, производящих растворимую

сульфитную целлюлозу. Процесс получения такой целлюлозы очень похож на произ-

водство сульфитной целлюлозы для производства бумаги. Используются те же хими-

118

каты, что и в обычном магниево-бисульфитном процессе. Однако, например, на фирме

«Ленцинг» при производстве вискозной целлюлозы используют разное основание для

варки целлюлозы и в процессе кислородно-щелочной делигнификации. Так, варку

осуществляют на магниевом основании и сжигают щелока в МРК. При проведении кис-

лородно-щелочной делигнификации ее совмещают со ступенью горячего облагоражи-

вания (ГО) с использованием гидроксида натрия (аналогично, как было смонтировано

оборудование по отечественной технологии на Амурском ЦКК). При этом щелок после

ГО поступает на сжигание в небольшой СРК. Основные различия наблюдаются в па-

раметрах процесса варки и отбелки, цель которых заключается в получении химически

чистой целлюлозы по содержанию альфа-целлюлозы не менее 92 % при достижении

заданного уровня степени полимеризации, белизны целлюлозы за счет более полного

удаления из древесины гемицеллюлоз, лигнина, экстрактивных веществ и зольных

компонентов.

2.4.11 Переработка сульфитных щелоков

В сульфитном щелоке содержится около 50 % органических веществ, считая от

массы исходной древесины. Кроме органических соединений, в нем присутствуют не-

израсходованная сернистая кислота и ее соли, а также другие сернистые соединения.

Групповой состав органических веществ сульфитного щелока приведен в таблице 2.24.

Таблица 2.24 - Состав органических веществ сульфитного щелока, % от СВ

Моносульфитная

Сульфитная варка

Бисульфитная варка

Компоненты

варка

хвойных

лиственных

хвойных

лиственных

Лигносульфонаты

55-60

30-37

65-66

55-56

45-49

Углеводы (по РВ)

28-32

38-42

16-17

17-19

12-14

Органические кислоты

11-12

23-26

16-18

24-25

36-38

Экстрактивные веще-

ства

Лигносульфонаты представляют собой соли лигносульфоновых кислот, образу-

ющиеся в результате сульфирования лигнина. Они имеют сложное, окончательно не

установленное строение; их молекулярная масса лежит в пределах 2000-100 000. На

одну метоксильную группу приходится 0,5-1,0 сульфогрупп.

Углеводы сульфитного щелока состоят в основном из моносахаридов (таблица

2.25) с небольшим содержанием олигосахаридов. В отработанных щелоках после би-

сульфитной и моносульфитной варки углеводы находятся в виде олигомеров и поли-

меров.

119

Таблица 2.25 - Относительный состав моносахаридов сульфитных щелоков (после инвер-

сии), %

Сульфитная варка

Бисульфитная вар-

Моносульфитная варка

Соединение

хвойных

лиственных

ка хвойных

лиственных

Манноза

Ксилоза

Галактоза

Глюкоза

Арабиноза

Рамноза

В ходе варки образуются летучие кислоты (муравьиная и уксусная кислоты) с

преобладанием уксусной кислоты (85-92 %). При варке еловой древесины выход лету-

чих кислот составляет 20 кг/т, а при варке березы - около 70 кг/т в расчете на исход-

ную древесину.

Основная масса нелетучих кислот имеет углеводную природу и представлена

альдоновыми, уроновыми и углеводсульфоновыми кислотами.

Подготовка щелока к биохимической переработке

Общая технологическая схема подготовки щелока к биохимической переработке

обычно включает следующие операции: 1) фильтрацию щелока от целлюлозного во-

локна; 2) десульфитацию и удаление летучих веществ; 3) окисление сульфитов и фе-

нолов; 4) нейтрализацию; 5) введение питательных веществ; 6) осветление и охлажде-

ние.

2.4.11.1 Получение технических лигносульфонатов

Технические лигносульфонаты получают концентрированием растворов после

стадии получения этанола (сульфитно-спиртовая бражка) или дрожжей (сульфитно-

дрожжевая бражка). Сухой остаток (6-9 %) сульфитно-дрожжевой бражки состоит в ос-

новном из лигносульфонатов, а в сульфитно-спиртовой бражке может содержаться до

1 % пентозных моносахаридов. Содержание сульфогрупп в лигносульфонатах колеб-

лется в интервале 2,0-2,5 мэкв/г.

В зависимости от содержания сухих веществ в конечном продукте технические

лигносульфонаты бывают трех видов: жидкие концентраты (КБЖ), содержащие до

50 % сухих веществ; твердые концентраты (КБТ), содержащие 76-80 % сухих ве-

ществ; порошкообразные концентраты (КБП), содержащие 87-90 % сухих веществ.

Высокие клеящие и вяжущие свойства лигносульфонатов находят применение в про-

мышленности.

2.4.11.2 Получение ванилина

Из технических лигносульфонатов в ряде стран получают ванилин, широко ис-

пользующийся не только в качестве отдушки в пищевой и парфюмерной промышлен-

ности, но также для получения медицинских препаратов и синтеза других соединений.

120

В природе ванилин встречается в значительных количествах (1,2-2,7 %) в пло-

дах тропического растения - ваниль, откуда его выделяют в промышленных масшта-

бах. Однако экономически целесообразнее его получать окислением лигносульфона-

тов кислородом в щелочной среде (рисунок 2.17), и в настоящее время при общем

объеме ежегодно производимого ванилина около 6000 т более 70 % вещества получа-

ют из лигносульфонатов.

SO₃H

CHO

O ,NaOH₂

OCH₃

Рисунок 2.17 - Схема получения ванилина из лигносульфонатов

2.5 Процессы получения различных видов механической

(древесной) массы [12]

Удельный вес производства древесной массы в России составляет 27 % от всех

производимых волокнистых полуфабрикатов.

В производстве массовых сортов бумаги и картона механические виды древес-

ной массы являются основными волокнистыми полуфабрикатами, обеспечивающими

необходимые физико-технические свойства продукции, ее высокую рентабельность,

экологичность и высокий выход с единицы используемого древесного сырья 12].

Механические виды древесной массы в России, как и во всем мире, получают с

использованием двух основных типов оборудования, давших название соответствую-

щим технологическим процессам:

- дефибреров (технология производства древесной массы из балансовой древе-

сины: классическая дефибрерная масса (ДДМ), дефибрерная древесная масса под

давлением (ДДМД), термодефибрерная древесная масса (ТДДМ);

- рафинеров (технология производства древесной массы из щепы на рафинерах:

рафинерная древесная масса (РДМ), термомеханическая древесная масса (ТММ), хи-

мико-термомеханическая древесная масса (ХТММ) и химико-механическая масса

(ХММ) (далее - механическая (древесная) масса).

Основным процессом при получении любого из перечисленных видов массы яв-

ляется процесс механического разделения древесины на волокна - процесс дефибри-

рования непосредственно бревен (балансов) в дефибрерах (получение ДДМ, ДДМД)

или размол щепы в рафинерах (получение ТММ, ХТММ, ХММ).

Способ механического разделения балансовой древесины на волокна в дефи-

брерах впервые в промышленности осуществили в 1852 году и получили первую бума-

гу в композиции 60 % дефибрерная древесная масса (ДДМ) и 40 % ветоши. Это стало

началом применения древесины для производства бумаги, которая частично заменила

дефицитное и дорогое тряпье.

121

Через 120 лет в 1970-е гг. в связи с требованиями к охране окружающей среды

на предприятиях по производству сульфитной целлюлозы резко увеличилась стои-

мость производства, выросли капитальные затраты на строительство заводов. Это

привело к сокращению производства сульфитной целлюлозы и быстрому внедрению

нового способа производства волокнистого полуфабриката из древесной щепы - тер-

момеханической массы (ТММ) - взамен сульфитной целлюлозы в композиции бумаги.

По сравнению с другими видами древесной массы ТММ содержит большее количество

длинных волокон благодаря размягчению щепы в процессе ее предварительной про-

парки. Этот технологический элемент повышает физико-механические свойства полу-

фабриката, что увеличивает прочность бумажного полотна во влажном состоянии, по-

вышает безобрывность работы БДМ и печатных станков. Кроме того, производство

ТММ характеризуется незначительными выбросами в окружающую среду и низкими, в

4-6 раз меньшими, удельными капитальными затратами. В качестве сырья для произ-

водства ТММ используют хвойные породы древесины: ель, сосну, гемлок, бальзамиче-

скую и дугласову пихту, отходы лесопиления. ТММ из лиственных пород древесины

используют для производства картона, журнальной, писчей, печатной, газетной бумаги

и пушонки.

Первая промышленная установка ХТММ начала работать в 1978 году. Удельный

расход энергии на производство ХТММ составляет 1340 кВт ч/т. Использование ХМММ

в сочетании с ДДМ в производстве газетной бумаги сократило в композиции содержа-

ние полубеленой сульфатной целлюлозы с 17 до 6 %.

В настоящее время в связи с сокращением выпуска бумаги происходит сокраще-

ние производства древесных масс.

Классификация процессов получения различных видов древесной массы пред-

ставлена на рисунке 2.18.

122

Рисунок 2.18 - Классификация различных видов механической (древесной)

массы [12]

Механическая масса подразделяется на два типа (см. рисунок 2.18) [12].

К первому типу относятся различные виды механической массы, получаемой без

использования химических реагентов и имеющей выход 93 %...98 % (чисто механиче-

ская масса - Pure Mechanical Рulр). К чисто механической массе относятся:

- ДДМ - традиционная дефибрерная древесная масса с выходом 93 %...98 %,

получаемая истиранием древесины на дефибрерных камнях (SGW-StoneGroundWood)

дефибреров различных типов: цепных, прессовых, винтовых и т. д.; ДМД или ДМД/Д -

механическая масса, полученная истиранием древесины на дефибрерных камнях под

давлением на двухпрессовом дефибрере (PGW - Pressurized Ground Wood) и ее раз-

новидности (ДМД-Супер, ДМД-70 и т. д.);

- ДМД или ДМД/Д - механическая масса, полученная истиранием древесины на

дефибрерных камнях под давлением на двухпрессовом дефибрере (РGW - Pressurized

Ground Wood) и ее разновидности (ДМД-Супер, ДМД-70 и т. д.);

- РММ или РДМ - рафинерная механическая или рафинерная древесная масса

(RМР - RefinerMechanical Pulp), полуфабрикат, получаемый в результате механической

обработки щепы в дисковых мельницах при атмосферном давлении;

- ТММ - термомеханическая масса (ТМР - Thermomechanical Рulр), получаемая в

результате

термогидролитической

обработки

(пропарки)

(P = 100..300 кПа;

123

Т = 100 °С...130 °С) и размола щепы в 1-3 ступени на дисковых мельницах; размол

осуществляется под давлением.

Ко второму типу механической массы относятся различные виды химико-

механической массы (Chemimechianical Рulр), т. е. механической массы, получаемой с

применением химических реагентов. Механическая переработка древесного сырья

(размол) - основная операция в процессе их производства.

Химико-механическая масса в свою очередь подразделяется на четыре вида.

1. Масса, получаемая путем легкой обработки щепы химическими реагентами

(до 10 %, к массе а. с. древесины).

ХТММ - химико-термомеханическая масса, получаемая путем совместной хими-

ческой и термогидролитической обработки и размола щепы в две ступени под давле-

нием (СТМР - Chemithermomechanical Рulр).

2. Химически модифицированная масса (Сhemically Modified Pulps), к которой от-

носятся полуфабрикаты или их отдельные фракции, подвергнутые обработке химиче-

скими реагентами.

ТМХМ - термомеханохимическая масса (ТМСР - Thermomechanical Сhemi Рulр),

при получении которой химические реагенты добавляются после 1-й ступени размола

под давлением, в процессе размола или после размола.

ХММо - химико-механическая масса из отходов сортирования или для длинно-

волокнистой фракции всех видов механической массы (LFCMP - Long Fiber Chemime-

chanical Рulр или CTLF - Chemically Treated Long Fiber).

Технология производства полуфабриката состоит из отделения отходов сорти-

рования (длинноволокнистой фракции) механической массы, обработки их при темпе-

ратуре 80 °С...180 °C сульфитом натрия и размола.

3. Химико-механическая масса высокой степени сульфирования (ХММ), получа-

емая путем интенсивной обработки щепы химическими реагентами (при расходе

10 %...1 % и выше). Размол осуществляется при атмосферном давлении в две ступени;

УРЭ при изготовлении ХММ, как правило, свыше 1000 кВт ч/т.

СХММ - сульфированная химико-механическая масса (SCMP Sulfonated

Chemimechanical Pulp); БПОВВ - бисульфитный полуфабрикат очень высокого выхода

(VHYBS - VeryHighYieldBisulfite).

БХММ-бисульфитная химико-механическая масса (ВСМР -Bisulfite Chemime-

chanical Pulp).

СВВ-сульфитная масса высокого выхода (HYS-High-yieldSulfite), получаемая при

интенсивной обработке щепы бисульфитом.

ССВВ-сульфитная масса сверхвысокого выхода (UHYS - UltraHigh-YieldSulfite);

ОВВСМ-сульфитная масса очень высокого выхода (VHYSP-VeryHigh-

YieldSulfitePulp).

4. Бессернистая химико-механическая масса, получаемая бессернистым способом.

ЩПММ - щелочная пероксидная механическая масса (APMP - Alkaline Peroxide

Machanical Pulp); этот полуфабрикат получают путем одно-, двух- или трехступенчатой

обработки щепы щелочным раствором пероксида водорода и размола; в качестве дре-

весного сырья может быть использована щепа древесины лиственных и хвойных по-

род, а также их смесь; М-процесс отбелки щепы (M-Chip Bleaching process) и БХММ -

беленая ХММ (ВСМР - Bleaching CMP) - процессы, весьма близкие по технологии и

124

оборудованию процессу производства ЩПММ; в качестве древесного сырья использу-

ется древесина лиственных пород.

ХЩ - холодно-щелочной полуфабрикат (CS - Cold Soda), который в основном

применяется при переработке древесины лиственных пород; щепа пропитывается со-

дой при температуре ниже 100 °C и размывается при атмосферном давлении; выход -

85 %...90 %.

Основные оборудование, сырье, химикаты, выход продукции и область примене-

ния указанных полуфабрикатов приведены в таблице 2.26.

Таблица 2.26 - Основное оборудование, сырье и химикаты при производстве механических

масс, их выход и область применения

Вид

Основное

Выход, %

Сырье и химикаты

Область применения

массы

оборудование

от массы а. с. в.

Дефибреры

Печатная и писчая

бумага, газетная бу-

Хвойные (Ель, пихта),

ДДМ и

мага, бумага для изго-

балансы лиственных

95 % - 97 %

ДДМД

товления многослой-

пород до 10%

ного картона, упаков-

ки, картоны

Рафинеры (дис-

Печатная и писчая

ковые мельницы),

бумага, газетная бу-

ТММ

Ель и пихта

93 % - 95 %

пропиточные ка-

мага, картоны

меры

Рафинеры (дис-

Преимущественно

Печатная и писчая

ХТММ,

ковые мельницы),

ель, но также оси-

бумага, туалетная бу-

90 % - 93 %

БХТММ

пропиточные ка-

на и береза; NaOH,

мага, высокие марки

меры

SO2 и H2O2

картонов

Рафинеры (дис-

Печатная и писчая

ковые мельницы),

Ель, пихта, осина,

бумага, высокие мар-

ХММ

80 % - 92 %

пропиточные ка-

береза

ки картонов

меры

Основные фазы производства механических масс показаны на рисунке 2.19.

125

Рисунок 2.19 - Основные фазы производства механических масс

Таким образом, существует два основных процесса производства механической

древесноволокнистой массы. В первом из них при производстве дефибрерной древес-

ной массы (ДДМ) или дефибрерной древесной массы под давлением (ДДМД) волокни-

стая масса получается в результате прижима бревен к вращающему цилиндрическому

камню при одновременной подаче воды в зону его вращения. Во втором процессе ра-

финерная древесноволокнистая масса (РДМ) и термомеханическая масса (ТММ) полу-

чаются в процессе размола (рафинирования) древесной щепы между дисками рафи-

неров. Механическое воздействие на древесину в процессе получения массы при де-

фибрировании оказывает абразивная поверхность камня дефибрера, грани выступаю-

щих зубцов которой играют роль ножей на стальном диске рафинера во втором про-

цессе.

На характеристики массы могут повлиять повышение температуры процесса и, в

случае применения процесса рафинирования, химическое воздействие на щепу. И то и

другое требует повышенного расхода энергии. При этом содержание загрязняющих

веществ в сточных водах растет вследствие уменьшения выхода массы. Химико-

термомеханический процесс производства массы (ХТММ), в котором древесина перед

размолом пластифицируется (особенно лигнин межклетника) с использованием хими-

ческих реагентов, обычно относится к химико-механическим (или механохимическим)

процессам, поскольку лигнин в данном случае не растворяется, как в процессе варки

при получении целлюлозы, а лишь пластифицируется с разрывом некоторых связей в

его макромолекуле.

Волокнистая масса используется в производстве бумаги и картона. Основная цель

замены части целлюлозы на такую массу, например, в композиции печатной бумаги -

снижение расхода дорогой целлюлозы, позволяющее существенно снизить себестои-

мость бумаги, а также увеличение коэффициента непрозрачности и ее печатных

свойств.

126

2.5.1 Технологический процесс получения дефибрерной древесной массы

(ДДМ)

Производство ДДМ включает линию производства волокна, сортирование и

вспомогательные системы - хранение химических реагентов и производство пара и

энергии.

Основные процессы производства ДДМ показаны на рисунке 2.20. Производство

дефибрерной древесной массы обычно сочетается с производством бумаги, и поэтому

обычно массу не сушат.

Рисунок 2.20 - Процесс производства дефибрерной древесной массы

Благодаря некоторому сходству процессов описаны подробно только некоторые

отличительные технологические стадии производства механической массы. Для тех

стадий, которые идентичны производству сульфатной целлюлозы, даются ссылки на

соответствующие параграфы:

- подготовка и обработка древесины (см. разделы 2.1.1-2.1.3);

- сортирование, очистка небеленой массы (см. разделы 2.1.5).

Для этих разделов приводятся только некоторые различия, имеющие место

между сульфатным и производствами механической массы.

2.5.1.1

Дефибрирование балансов

Первичное измельчение древесины на волокна происходит в дефибрерах, в ко-

торых бревна прижимаются к вращающимся абразивным камням. При этом волокна

древесины должны быть параллельны оси вращения камня. Получается масса с кон-

центрацией примерно 2 %. Как правило, используются керамические камни, и они

должны периодически «насекаться» специальными аппаратами для восстановления

режущей способности истирающей бревна поверхности камня.

Большая часть энергии, используемой в процессе размола, трансформируется в

тепло. Древесина разогревается, и за счет присутствия достаточного количества воды

лигнин размягчается, и волокна высвобождаются в месте контакта древесины с кам-

нем. Абразивные камни охлаждают и очищают от волокон, застрявших между зернами

истирающей поверхности, водой, которую также используют в процессе размола и пе-

рекачки массы на следующие стадии обработки. Присутствие воды в процессе являет-

127

ся важным, поскольку она способствует отводу тепла из зоны дефибрирования, равно-

мерному его распределению, процессу пластификации древесины в зоне контакта с

камнем и снижению трения между волокнами.

Удельный расход энергии (кВт·ч/т) - УРЭ - в процессе производства древесной

массы является важным параметром. Так, увеличение УРЭ всегда связано с повыше-

нием прочности древесной массы, но при этом и с увеличением степени ее помола.

Необходимость повышения прочности механических масс явилась следствием

дальнейшего усовершенствования обычного процесса дефибрирования. Был разрабо-

тан процесс производства дефибрерной древесной массы под давлением (ДДМД), в

котором размол происходит при повышенном давлении (до приблизительно 0,3 МПа).

Это позволяет применить процесс, в котором достигается температура оборотной воды

95 °C, а температура в ванне дефибрера - 125 °C. Более интенсивная пластификация

лигнина вследствие воздействия высоких температур дает массу с улучшенными свой-

ствами (повышенная прочность), но технические и финансовые проблемы при этом

значительно возрастают. При декомпрессии массы получается пар низкого давления,

используемый в основном для подогрева воды.

Другим, относительно недорогим способом получения древесной массы с улуч-

шенными свойствами, является процесс термодефибрирования, в котором потери теп-

ла вследствие испарения воды из зоны дефибрирования минимизируются за счет со-

здания дополнительного водного слоя в шахте дефибрера и применяется автоматизи-

рованный контроль процесса.

2.5.1.2

Сортирование и очистка

В массе, полученной механическим способом, содержатся нежелательные ком-

поненты, такие как крупные, недостаточно измельченные фрагменты древесины и пуч-

ки волокон. Последние должны быть удалены, так как они снижают прочность и каче-

ство печатной бумаги.

Сортирование включает несколько ступеней, чтобы полнее выделить из массы

относительно крупные фрагменты и пучки волокон, рафинировать (размолоть) их и по-

сле дополнительного сортирования вернуть в основной поток отсортированной массы,

сведя количество окончательных отходов к минимуму. Удалить крупные частицы мож-

но легко, но удаление пучков волокон требует более сложного оборудования. Содер-

жание пучков волокон в несортированной древесной массе может достигать 5 % в за-

висимости от вида процесса. Схема сортирования и очистки древесной массы, предна-

значенной для получения наиболее качественной бумажно-картонной продукции, опи-

сана ниже. Когда к качеству древесной массы предъявляются менее строгие требова-

ния по чистоте, схема сортирования может быть проще.

Крупные включения удаляются из потока древесной массы на плоских вибраци-

онных сортировках, снабженных вибрирующими перфорированными пластинами. От-

деленные крупные фрагменты измельчаются в дезинтеграторах и вместе с массой ос-

новного потока направляются на первую ступень сортирования, которая осуществляет-

ся на центробежных сортировках с цилиндрическими перфорированными ситами. Ос-

новной поток массы после сортирования сгущается и аккумулируется в бассейне, отку-

да подается на бумажное или картонное производство. Отходы первой ступени сорти-

рования подаются на сортировки второй ступени сортирования, из которых хорошая

128

масса смешивается с основным потоком перед первой ступенью сортирования, а отхо-

ды от сортировок второй ступени размалываются в дисковой мельнице и подаются на

сортировку отходов. Хорошая масса с этой сортировки после очистки в центриклинерах

соединяется с основным потоком очищенной массы (перед ее сгущением), а отходы

возвращаются для повторного размола (рафинирования) на дисковую мельницу.

В результате реализации такой схемы сортирования и очистки массы от отходов еще

до их размола удается отделить все качественное волокно (чтобы избежать его не-

оправданного повреждения при размоле вместе с отходами и увеличения УРЭ), а всю

волокнистую часть пучков волокон и других относительно крупных волокнистых фраг-

ментов превратить в хорошее волокно. Окончательными отходами при такой схеме

сортирования и очистки является только очень небольшое количество отходов со сту-

пени центриклинеров. Эти отходы представляют собой неволокнистые включения, а из

компонентов древесины - костру, наличие которой крайне нежелательно в композиции

бумажной массы, поскольку она препятствует связеобразованию волокон в бумажном

листе, приводит к дефектам на стадии прессования, а мелкая ее часть существенно

увеличивает показатель сорности бумаги. В зависимости от вида и качества древесно-

го сырья, техники и технологии дефибрирования, типа используемых сортировок и

схемы сортирования содержание отходов, отделяемых от основного потока для пере-

работки, может составлять от 5 до 30 %. В процессе производства дефибрерной дре-

весной массы потребляется достаточно большая энергия на процесс сортирования,

сгущения и дополнительного сортирования - до 25 % от общего потребления энергии.

Основное оборудование для производства ДДМ (цепные дефибреры)

На отечественных предприятиях установлены цепные дефибреры фирмы

Фойт V величины типа «2В-Европа» и отечественные дефибреры типа ДЦ: ДЦ-01,

ДЦС-02, ДЦ-О3, ДЦ-04 (см. таблицу 2.27). Производительность этих дефибреров 40-

45 т/сут. для одиночных и 80 т/сут. для спаренных.

Таблица 2.27 - Техническая характеристика цепных дефибреров типа ДЦ

Показатели

ДЦ-01

ДЦС-02

ДЦ-03А

ДЦ-04-1

ДЦ-06

Мощность главного

двигателя, кВт

2500

4000

2500

3200

1250

Длина балансов, мм

1220

Диаметр керамиче-

ского камня, мм

1800

Частота вращения

камня, мин^-1

245

250

300

Окружная скорость

камня, м/с

23,0

23,3

28,3

23,3

Производительность

по воздушно-сухой

массе, т/с

Масса, т

132,6

193,0

123,8

125,0

60,0

Головной моделью является дефибрер ДЦ-04-1, основными отличиями которого

от эксплуатируемых на предприятиях других марок являются: повышенная окружная

129

скорость камня, большая мощность главного двигателя, большая скорость рабочих це-

пей - мощная система спрысков. Это обеспечивает производительность дефибрера

ДЦ-04-1 на 35 % - 40 % большую, чем дефибрера ДЦ-03 и «2В-Европа» при одинако-

вой массе и занимаемой производственной площади.

2.5.2 Технология производства рафинерной древесной массы (РДМ)

Целью процесса рафинирования (размола) являются процесс пластификации

лигнина и всего древесного матрикса в зоне размола, ослабление межволоконных свя-

зей и разволокнение щепы без чрезмерного повреждения клеточной стенки волокон

при требуемой степени их укорочения.

В процессе получения механических масс щепа подвергается размолу между

стальными дисками рафинера. В зависимости от необходимого качества массы размол

проводится в одну, две, а иногда даже в три ступени. Ножи дисков, воздействующие на

щепу, размельчают ее, и получаются отдельные волокна, пучки волокон, частицы дре-

весины. В процессе обработки также меняется поверхность волокон. Большая часть

энергии, расходуемой на размол (преимущественно на трение), переходит в тепло, ко-

торое высвобождает часть влаги, содержащейся в щепе. Чтобы избежать возгорания

древесины и для разбавления массы, в зону размола подается охлаждающая вода.

На выходе из рафинеров обычно получается масса высокой концентрации (25 % -

50 %). Большое количество пара, образующегося в процессе размола, обычно улавли-

вается для дальнейшего использования.

В первоначальном варианте технологии производства РДМ, который редко ис-

пользуется в наши дни, щепа размалывалась при атмосферном давлении. Из-за низ-

кой температуры процесса получалось большое количество поврежденных волокон, но

оптические свойства РДМ были относительно неплохими. Для улучшения качества по-

лучаемой массы процесс модифицировали с целью повышения в зоне размола пла-

стичности лигнина межклеточного пространства, волокон в целом и т. д., чтобы про-

цесс разделения щепы на волокна мог идти с минимальным их повреждением. Для

этого стали применять предварительный нагрев щепы или повышение давления в ра-

финере. Эти технологии позволили производить рафинерную массу большей прочно-

сти и с пониженным содержанием пучков, но почти с теми же оптическими свойствами.

Термомеханический процесс производства массы позволяет получать массу с

еще большей прочностью и меньшим содержанием пучков. В нем используется как

нагрев щепы перед размолом (пропарка), так и давление в рафинере.

Незначительная предварительная химическая обработка щепы способствует

еще большей пластификации древесины и улучшению качества массы, получаемой в

процессе рафинирования при атмосферном давлении (ХМРМ - химико-механическая

рафинерная масса) или под давлением (ХТММ).

В процессе более глубокой химической обработки и размола при атмосферном

давлении получается масса с еще большей прочностью, как из хвойных, так и листвен-

ных пород древесины. Такая масса - химико-механическая масса (ХММ) - сравнима по

свойствам с целлюлозой. Характеристика различных видов механической массы при-

ведена в таблице 2.28.

130

Таблица 2.28 - Сравнение свойств различных видов механической массы и сульфатной

целлюлозы

Порода

древесного

Ель

Осина

сырья

Беле-

Вид

Беле-

ная

Беле-

ная

волокнистого

ДДМ

ДДМ/Д

РДМ

ТММ

ХТММ

ная

СФА

ная

СФА

полуфабриката

ХТММ

цел-

ХТММ

цел-

люлоза

Свойства полуфабрикатов

Выход, %

Садкость, мл

кан. ст.

100

400

(степень помо-

ла, ШР)

(68)

(32)

Пухлость, см³/г

2,5

2,6

2,7

2,5

2,7

1,3

2,0

1,4

Разрывная

длина, км

2,8

3,6

4,0

4,4

4,8

4,4

10,5

5,0

8,0

Сопротивление

раздиранию

мН·м²/г

4,4

5,1

7,4

8,0

8,8

1,3

10,0

6,2

9,1

Белизна, %

Непрозрач-

ность, %

2.5.2.1

Термомеханическая масса (ТММ)

Термомеханический процесс производства волокнистой массы включает линию

получения волокна и вспомогательные системы. Последние включают, например, хра-

нение некоторых химических реагентов и выработку энергии. Основные производ-

ственные процессы термомеханической технологии представлены на рисунке 2.21.

Ниже подробно описываются, главным образом, особенности процесса произ-

водства ТММ, отличающие его от производства дефибрерной древесной массы. Сор-

тирование, промывка, переработка отходов, сгущение механических масс аналогичны

целлюлозным процессам. Отбелка механических масс рассматривается в 2.5.3.

В термомеханическом процессе (ТММ) промытая и отсортированная древесная

щепа подвергается термической обработке, а затем процессу размола с применением

дисковых мельниц, работающих при повышенном давлении.

Определенное количество древесины может поступать также в виде щепы, яв-

ляющейся отходом лесопильных и лесоперерабатывающих производств. Эта поступа-

ющая извне щепа сортируется и затем поступает на хранение. Если используется ба-

ланс в коре, то он подвергается окорке, а затем превращению в щепу в рубительной

машине. Древесина для ТММ не должна содержать камни, песок, металлические вклю-

чения или другие твердые включения, которые могут привести к повышенному износу

или повреждению дисков рафинера. Поэтому в большинстве процессов получения

131

Большая часть высокого расхода электроэнергии, требуемой на размол, транс-

формируется в тепловую энергию в виде пара, который получается из влаги, содержа-

щейся в древесине, и воды, подаваемой для разбавления массы в рафинер. Поскольку

процесс проходит при давлении до 0,5 МПа, на многих предприятиях значительное ко-

личество пара может быть регенерировано и использовано после его очистки в тепло-

обменниках с получением чистого технологического пара для использования, напри-

мер, при сушке бумаги. Часть энергии пара может использоваться для нагрева воды.

После размола выбрасываемая из рафинера масса разгружается через циклон, раз-

бавляется, проходит через сортирование, сгущается и хранится в массном бассейне

высокой концентрации.

Поскольку в механическом процессе производства ТММ вода имеет существен-

ное значение, свежесрубленная древесина является предпочтительным сырьем. Если

древесина для ТММ хранится на складе, то необходимо избегать ее подсушивания,

для чего древесину следует хранить либо в воде, либо орошать водой балансы. Для

этого на бирже может потребоваться система сбора воды, которая позволит избежать

попадания органических веществ, содержащихся в этой воде, в окружающую среду.

Поскольку потери древесины в термомеханическом процессе очень малы и

большая часть древесного сырья превращается в волокнистую массу, теплосодержа-

ние сточных вод от установки по производству ТММ слишком мало, чтобы их можно

было использовать так же, как черный щелок при получении целлюлозы. Это означает,

что в системе завода по производству ТММ необходимо предусматривать очистку

сточных вод.

Производство ТММ почти всегда сочетается с производством бумаги или карто-

на. В этих случаях избыточное тепло, образуемое при размоле, можно продуктивно ис-

пользовать на бумажно-картонном производстве, обеспечивая тем самым высокую

степень утилизации вторичного тепла. Производство же товарной ТММ, когда необхо-

димо иметь процесс сушки волокна, встречается не очень часто.

2.5.2.2

Химико-термомеханический процесс

Добавление химикатов в процессе рафинирования стало важным фактором

улучшения процесса, так как древесина может быть легко ими пропитана. Легкая пред-

варительная обработка сырья химикатами способствует процессу пластификации дре-

весины и улучшает свойства массы, получаемой в процессе ее размола при атмо-

сферном давлении (ХММ) или повышенном давлении (ХТММ). В большинстве случаев

предварительная обработка древесины (щепы) химикатами приводит к дополнитель-

ному сбросу со сточными водами загрязняющих веществ. Это является следствием

снижения выхода массы в результате химической обработки, а также следствием ис-

пользования химикатов. Для различных пород древесины используется разная обра-

ботка, и свойства ХТММ могут значительно варьироваться, если дозировка и вид ис-

пользуемых химикатов будут различными. В химико-термомеханическом процессе по-

лучается полуфабрикат достаточной прочности и приемлемых оптических свойств. Его

можно использовать в качестве основного волокнистого компонента для производства

печатной бумаги, упаковочного картона и туалетной бумаги.

133

Производство ХТММ включает линию получения волокнистого материала и

вспомогательные системы. К последним относятся, например, хранение химикатов и

системы выработки энергии. Стадии производства ХТММ приведены на рисунке 2.21.

Процесс производства ХТММ включает производство термомеханической массы

и использование химикатов для предварительной пропитки щепы или массы между

ступенями размола. Ниже описаны только основные процессы, которые отличают по-

лучение ХТММ от процессов производства термомеханической массы. Процессы сор-

тирования и промывки, переработки отходов, сгущения и отбелки волокнистой массы

рассматриваются в соответствующих разделах.

После окорки балансов, их рубки в щепу, ее промывки и сортирования щепа про-

питывается в башне путем погружения в щелочной раствор. Сульфит натрия (Na2SO3)

в основном используется для хвойных пород древесины. В последнее время для лист-

венных пород древесины используются в основном щелочные растворы пероксида во-

дорода. После пропитки щепу пропаривают, и затем ее температура еще повышается

при размоле на рафинерах в 1-2 ступенях. Это приводит к размягчению лигнина и

ослаблению межволоконных связей. Полученная масса разбавляется оборотной во-

дой, которую также используют при размоле и транспортировке древесной массы на

следующие стадии производства.

Получение химико-механической массы (ХММ) является дальнейшим развитием

процесса производства ХТММ. В процессе более глубокой обработки химикатами и

размола при атмосферном давлении щепы как из хвойных, так и из лиственных пород

получается масса с улучшенными прочностными свойствами. После пропитки химика-

тами древесная масса варится при температуре 70 °C - 170 °C от 15 мин до 2 час. Для

различных пород древесины используют разные варианты технологии. Оптические

свойства ХММ значительно ниже, чем у других механических масс. Поэтому этот по-

луфабрикат без отбелки может быть лишь ограниченно использован для производства

печатной бумаги.

Выход ХММ может составлять даже ниже 90 %, следствием чего является по-

вышенное содержание в сточных водах как органики, так и химикатов, используемых

для более глубокой, чем при получении ХТММ, химической обработки древесины.

Иногда ХММ производят в виде товарного продукта. В этих случаях ее сушат в

специальной сушилке до сухости 90 %.

Характеристика основного размалывающего оборудования для процессов

ТММ/ХТММ приведена в таблице 2.29.

134

Таблица 2.29 - Характеристика основного размалывающего оборудования для процессов

ТММ/ХТММ

Тип мельницы

Параметр

RGP

RGP 70

RGP 76

RGP 82

RGP 86

RGP 60

RGP 65

RGP 68

268

Диаметр диска, мм

1500

1650

1730

1870

1930

2082

2135

(дюйм)

(60)

(65)

(68)

(70)

(76)

(82)

(8)

Производитель-

ность, т/сут:

- в линии ТММ при

130

150

210

280

315

530

размоле в одну

ступень

при

УРЭ = 1800кВт·ч/т и

2000 кВт·ч/т

при

размоле отходов;

- в линии ХТММ при

140…

170…

240…

290…

340…

размоле в одну

170

200

270

350

416

ступень

при

УРЭ = 1400 кВт·ч/т

Давление (расчет-

700

900

1400

900

700

900

800

ное), кПа

Температура (рас-

180

четная), °C

Электродвигатель:

8…10

10…12

12…16

10…12

15…17

19…23

22…26

25…32

- мощность, МВт;

- частота вращения

1500-

вала, мин^-1

1800

Масса, т

2.5.3 Отбелка механических масс

Поскольку спрос на бумагу и картон с повышенной белизной растет, все чаще

используется процесс отбелки механических и химико-механических масс. Их отбелка

в принципе отличается от процесса отбелки химической целлюлозы, так как в его осно-

ве лежит принцип сохранения лигнина, а не его удаление, как при варке или отбелке

целлюлозы. Отбелка древесной массы реализуется путем перевода хромофорных

групп лигнина в бесцветную форму. Таким образом, при повышении белизны снижение

выхода волокна минимально. Эффект от такой отбелки не является постоянным, и бу-

мага под воздействием солнечной радиации со временем желтеет (происходит ревер-

сия белизны). Поскольку стабильной белизны при отбелке таких полуфабрикатов до-

стичь невозможно, их лучше использовать для производства газетной и журнальной

бумаги, а не для производства книг или архивных документов. Процесс отбелки с со-

хранением лигнина происходит в 1-2 этапа, в зависимости от того, какой белизны нуж-

135

на масса. Процессы отбелки отличаются друг от друга в зависимости от того, какой ис-

пользуется реагент.

2.5.3.1

Восстановительная отбелка с использованием дитионита натрия

(Na2S2O4)

При отбелке дитионитом (гидросульфитом: условное обозначение - S) органиче-

ская часть древесины фактически не растворяется. Обычно используется от 8 до 12 кг

дитионита/т в. с. массы. Это позволяет добиться минимальных потерь выхода продук-

ции, а белизна может быть повышена на 12 единиц от начального ее уровня - от

58 % - 70 % ISO до 70 % - 76 % ISO. При этой отбелке pH процесса составляет от 5,6

до 6,5, а температура - до 70 °С. Разложение остаточного дитионита в массе может

привести к коррозии металлических деталей оборудования, используемого на после-

дующих стадиях производства. Во избежание этого на большинстве предприятий ис-

пользуются хелаты (например, натриевые соли этилендиаминтетра или пентауксусной

кислоты, ЭДТК или ДТПК), предотвращающие разложение дитионита. Концентрация

массы при обычной гидросульфитной отбелке - 3 % - 5 %. Однако появление насосов

средней концентрации (MC), способных перекачивать массу при концентрации 10 % -

12 %, позволило при этой же концентрации проводить и гидросульфитную отбелку, что

привело к повышению ее эффективности.

2.5.3.2

Окислительная отбелка с использованием пероксида водорода

(H2O2)

Снижение выхода продукции при отбелке пероксидом (условное обозначение - P)

составляет приблизительно 2 %. Это происходит в основном из-за щелочной среды,

сохраняемой в процессе отбелки и приводящей к возрастанию количества растворимо-

го органического вещества древесины, что приводит к увеличению нагрузки на очист-

ные сооружения.

Отбелка пероксидом влияет на свойства массы - кроме большей белизны, по-

вышается ее прочность, содержание экстрагируемых веществ снижается и водный ба-

ланс улучшается. Если использовать максимально допустимое с экономической точки

зрения количество пероксида, то можно повысить белизну на 20 единиц - до 78 % -

84 % ISO. При наличии в системе ионов тяжелых металлов процесс отбелки заканчи-

вается с меньшей белизной и требует более высокого расхода пероксида в результате

его частичного разложения. Поэтому до отбелки добавляют хелаты (например, ЭДТК,

ДТПК), чтобы образовать стабильные комплексы с тяжелыми металлами (Fe, Mn, Cu,

Cr). Это позволяет избежать деструкции пероксида и снижения белизны массы. ЭДТК и

ДТПК содержат азот, который в их составе появляется в сточной воде. Использование

ступени промывки небеленой массы перед ее отбелкой является эффективным мето-

дом снижения в ней содержания упомянутых металлов и, таким образом, позволяет

снизить расход дорогостоящих хелатов. Отбеленная масса затем подкисляется серной

кислотой или диоксидом серы до pH = 5-6. Современный процесс отбелки пероксидом

проходит при концентрации массы 25 % - 35 %.

Два процесса отбелки могут комбинироваться. Более высокая конечная белизна

получается при отбелке пероксидом, чем при использовании дитионита, но непрозрач-

136

ность массы в последнем случае меньше. Окончательная белизна полуфабриката за-

висит от белизны небеленой массы, которая, в свою очередь, зависит от сырья и вида

отбелки. На белизну конечного продукта влияют также порода древесины и степень

помола массы.

2.6 Производство макулатурной массы (общие сведения)

2.6.1 Подготовка макулатурной массы для производства различных видов

продукции

Системы переработки макулатуры отличаются в зависимости от вида произво-

димой из нее бумаги и картона. Обычно процессы производства регенерируемого во-

локна (РВ) делятся на две основные категории:

- процессы, в которых используется исключительно механическая очистка, без

удаления типографской краски, для производства такой продукции, как тестлайнер,

гофрокартон, коробочный или тарный картон;

- процессы с использованием механической очистки и удалением чернил и ти-

пографской краски для производства такой продукции, как тонкая санитарно-

гигиеническая, газетная, журнальная, бумага для копировальной техники и другие пе-

чатные виды бумаги, мелованный и упаковочный картоны или товарная макулатурная

масса, освобожденная от типографской краски.

На бумажных фабриках применяют различные системы переработки макулату-

ры. Процессы направлены на разволокнение перерабатываемой макулатуры, дефло-

куляцию (разволокнение пучков волокон - флокул) и удаление различных включений.

Схемы установок по производству макулатурной массы имеют схожие блоки, которые

используются для компонования заданной технологической схемы. Типичная схема

процесса производства макулатурной массы состоит из следующих элементов (бло-

ков):

- хранение макулатуры;

- роспуск сухой макулатуры с получением волокнистой суспензии;

- удаление механических примесей;

- облагораживание: удаление чернил (краски) с помощью флотации и отбелива-

ние (для высокосортной продукции);

- очистка технологической воды;

- утилизация осадков и отходов.

Качество макулатуры влияет на выбор технологии ее переработки в зависимости

от требований, предъявляемых к качеству волокнистого сырья для конечной продук-

ции.

В процессах подготовки макулатурного волокна необходимо не только эффек-

тивно удалять посторонние включения, но и создавать условия, способствующие вос-

становлению физических параметров и механических свойств вторичных целлюлозных

волокон.

2.6.2 Вид, физические свойства загрязнений и технологические процессы

для их удаления

137

Для эффективного использования вторичного волокна его необходимо собирать,

сортировать и классифицировать в соответствии с его качеством. Поэтому после сбора

макулатуры ее сортируют и маркируют. Нежелательные включения, такие как пластик,

ламинированная бумага и т.п., по возможности удаляют как можно более тщательно до

того, как упаковать макулатуру в виде кип. Отсортированная макулатура обычно прес-

суется на специальных пакетировочных прессах.

Основными критериями качества макулатуры согласно ГОСТ 10700-97⁸ являются:

влажность (не более 15 %), массовая доля примесей макулатуры других марок (5…10 %),

массовая доля загрязнений (группа А - 0,5 %, группа Б - 1,0 %, группа В - 1,5 %). К основ-

ным запрещенным загрязнениям относятся:

А.1 Загрязнения на бумажной (картонной) основе:

- пергамент и пергаментная бумага;

- металлизированная бумага;

- чертежная калька;

- бумага (картон), покрытые лаками, красками и синтетическими материалами

и смолами;

- бумага, пропитанная смолами, жирами;

- фотобумага;

- многослойная бумага с тканью;

- бумага со вставками из вискозной фольги и пергаментгной бумаги;

- обложки из макулатурного картона с логотипом, фольной и синтетическими ма-

териалами;

- окрашенные водостойкие виды бумаги и картона.

А.1 Химические и другие виды загрязнений:

- краски типографские флуоресцентные, магнитные, металлические, жирные пе-

чатные надписи;

- металлические соединения;

- строительные материалы (цемент, гипс, гравий, камни, кирпичи, металличе-

ские скрепки);

- минералы (мел и др.);

- химикаты (удобрения, краски, детергенты);

- песок, пыль, грязь, земля и пр.;

- остатки пищевых продуктов и кормов;

- остатки табака.

Европейские критерии качества более жесткие - влажность не должна превышать

10 %, в список запрещенных материалов включены, наряду с перечисленными, меди-

цинские отходы; загрязненные продукты личной гигиены; органические отходы, вклю-

чая продукты питания; опасные отходы; битум; токсичные порошки и т.п. Массовая до-

ля примесей нежелательных материалов должна быть не более 1,5 %, для макулатуры

из крафт-бумаги - не более 1 %.

⁸ ГОСТ 10700-97 МАКУЛАТУРА БУМАЖНАЯ И КАРТОННАЯ Технические условия Waste paper and

board. Specifications https://docs.cntd.ru/document/1200030476

138

В таблице 2.30 представлены типичные виды загрязнений, удаляемых на разных

стадиях технологического процесса подготовки макулатурной массы, а также основные

факторы, обеспечивающие их отделение от волокна.

Таблица 2.30 - Типичные загрязнения и основные факторы их отделения от макулатурной мас-

сы на разных стадиях технологического процесса переработки макулатурного сырья

Основной

Стадии

Типичные загрязнения,

фактор

процесса

удаляемые на данной ступени

разделения

Крупные посторонние включения:

Роспуск

Размер

- фрагменты полимерных пленок, проволока, тряпье,

камни и т.д.

Грубая очистка (тяжелые крупные примеси):

- камешки, болты, песок, стекло, скрепки и т.д.

Тонкая очистка:

Тяжелые мелкие примеси:

- песок, частицы пластмассы высокой плотности и т.д.

Вихревая

Плотность

Полулегкие мелкие примеси:

очистка

- частицы плавких веществ,

клейкие включения, частицы битума и т.д.

Легкие мелкие примеси:

- частицы пластмасс

(ПЭВД, ПЭСД, ПЭНД, полипропилен)

Грубое сортирование (крупные загрязнения):

Куски пластмассы, пенопласта, не распустившиеся

фрагменты макулатуры, фрагменты полимерных пле-

Сортирование

Размер

нок и др.

Тонкое сортирование (мелкие примеси):

Флоккулы, пластик, клейкие частицы

Свойства

Флотация

Частицы краски

поверхности

Промывка

Размер

Зола, измельченные частицы краски

Tребования к качеству подготовки вторичного волокна для производства темных

сортов оберточной, картона отличаются от требований к качеству макулатурного волокна,

направляемого в производство высококачественных санитарно-гигиенических бумаг и

писчепечатных видов бумаг.

При использовании макулатурного волокна для получения санитарно-гигиенических

бумаг, для которых необходимо придать продукции мягкость, максимальное содержание

золы в массе должно быть не более 1 %, поэтому необходимо удалить не только частицы

краски, но и наполнителя.

Вторичное волокно, которое может быть использовано в производстве писчепечат-

ных видов бумаги, должно иметь белизну порядка 85 % ИСО, а допустимое содержание

клейких частиц - 5 мг/кг (для сравнения - в первичном волокне их содержание не превы-

шает 2 мг/кг).

139

В производстве макулатурной массы количество отходов может достигать до 20 %,

поэтому для снижения потерь годного волокна и воды обработка отходов перед утилиза-

цией осуществляется в несколько ступеней, очередность которых может варьироваться.

2.6.3

Роспуск макулатуры (традиционные гидроразбиватели и

гидроразбиватели барабанного типа)

Восстановлению физических параметров и бумагообразующих свойств макула-

турного волокна способствуют различные механохимические обработки, приводящие к

его набуханию и оказывающие влияние на его фибриллярную структуру.

Операция роспуска макулатуры на отдельные фрагменты и пучки волокон с

удалением из массы крупных посторонних включений (пленка полиэтиленовая, куски

проволоки, тряпье, камни и т.д.) проводится в гидроразбивателях. Целью роспуска ма-

кулатуры является получение в процессе механического и гидравлического роспуска

листов бумаги и картона волокнистой водной суспензии с размерами частиц, позволя-

ющими транспортировать массу с помощью насоса на последующие стадии обработки.

Для осуществления данной операции на современных предприятиях используют гид-

роразбиватели непрерывного и периодического действия различных типов, в зависи-

мости от конструкции, работающие при низкой (4…6 %), средней (7…15 %) и высокой

(15…20 %) концентрации массы⁹.

Разволокнение макулатуры - технологическая операция, при которой вторичное

сырье - макулатура - превращается в суспензию - низкокачественный волокнистый по-

луфабрикат, потенциально способный к значительному улучшению бумагообразующих

свойств в процессе дальнейшей переработки. По существу, разволокнение макулатуры

осуществляется в две ступени: на первой производится только грубое разволокнение ма-

кулатуры в гидроразбивателе с целью экономии энергии, на второй - дороспуске - более

тщательное тонкое разволокнение. Дороспуск может осуществляться на оборудовании

различной конструкции: гидроразбивателях, турбосепараторах, пульсационных мельницах

и другом оборудовании.

Роспуск макулатуры в гидроразбивателе происходит благодаря комплексному воз-

действию на фрагменты макулатуры различных сил, возникающих вследствие вращения

лопастей ротора, которые превращают макулатуру в суспензию вторичных волокон и бла-

годаря сортирующему ситу на дне ванны удаляют из нее крупные посторонние включения.

С целью повышения эффективности работы гидроразбивателей в большинстве

технологических схем применяется двухступенчатый роспуск макулатуры (дороспуск), при

котором масса после гидроразбивателя направляется в аппарат для дополнительного ро-

спуска и очистки от легких и мелких тяжелых включений. При разволокнении прочность

исходного макулатурного сырья должна быть снижена путем увлажнения, при этом проис-

ходит разрушение водородных связей между волокнами.

При увлажнении образцов бумаги из обычных марок макулатуры прочность на раз-

рыв снижается на 86-98 %, а влагопрочных марок - на 60-80 %. Снижение прочности об-

разцов бумаги из макулатурного сырья небольшой массы 1 м² происходит в течение пер-

⁹ ЛеспромИнформ Техника и технологии. С.С. Пузырев Ресурсосберегающая технология переработки макулатуры

: https://lesprominform.ru/jarticles.html?id=1388 ; https://lesprominform.ru/jarticles.html?id=1310

140

вой минуты увлажнения. Таким образом, быстрое и полное увлажнение поступающей ма-

кулатуры является важным условием ее эффективного разволокнения.

Дополнительный роспуск фрагментов макулатуры и пучков волокон в массе на

отдельные волокна, совмещенный с грубым сортированием целлюлозной суспензии от

легких и тяжелых посторонних включений, проводится в аппаратах различной кон-

струкции. Оптимальным считается разволокнение, при котором более 70-80 % макулату-

ры, подаваемой в гидроразбиватель, превращается в мелкие фрагменты, пучки волокон

или отдельные волокна. Использование химических реагентов и повышение температуры

при разволокнении макулатуры способствуют снижению прочности так называемых лип-

ких (или клейких) веществ - stickies.

При роспуске макулатуры действующие на посторонние включения ударные и

истирающие нагрузки приводят к уменьшению их размеров, что затрудняет в дальней-

шем их удаление. На процесс измельчения загрязнений оказывают влияние как вид и

конструктивные особенности используемого оборудования, так и технологические па-

раметры. Например, низкая концентрация массы в ванне гидроразбивателя (до 5 %)

приводит к значительному измельчению частиц загрязнений, при средней концентра-

ции массы 12-15 % измельчение загрязнений происходит в меньшей степени. Кроме

того, на производительность процесса роспуска влияют температура процесса и хими-

ческие реагенты¹⁰.

Суспензия макулатуры после роспуска имеет заданную концентрацию и представ-

ляет собой низкокачественный волокнистый полуфабрикат, потенциально способный к

значительному улучшению бумагообразующих свойств в процессе переработки.

Технологические характеристики оборудования для роспуска макулатуры пред-

ставлены в таблицах 2.31, 2.32.

Таблица 2.31 - Стадия роспуска макулатуры и основное оборудование

Стадии

Основное

Входной по-

Выходной

процесса

технологическое

Эмиссии

ток

поток

(подпроцесс)

оборудование

Масса из мел-

Гидроразбиватель со

- отходы:

ких

жгутовытаскивателем

полимерные

фрагментов и

Макулату-

Роспуск

пленки, про-

пучков волокон

ра

макулатуры

волока,

(70-80 % от по-

Барабанный гидрораз-

тряпье, кам-

биватель

ступившей ма-

ни

кулатуры)

¹⁰ Переработка макулатуры Е.В. Дьякова: учебное пособие/ Е.В. Дьякова, Д.А. Дулькин, В.И. Комаров. - Архан-

гельск: Арханг. гос. техн. ун-т, 2009. - 172 с.

141

Окончание таблицы 2.31

Стадии

Основное

Входной по-

Выходной

процесса

технологическое

Эмиссии

ток

поток

(подпроцесс)

оборудование

Масса из

мелких

фрагмен-

тов

Гидроразбиватель

пучков

Распущенная

Дороспуск

(турбосепаратор),

волокон

макулатурная

макулатуры

мельницы пульсацион-

(70-80 %

масса

ные

от посту-

пившей

макулату-

ры

Таблица 2.32 - Характеристика оборудования процесса роспуска макулатуры

Наименование

Назначение

Технологические

оборудования

характеристики¹⁾

Концентрация не менее 3,5 %.

Гидроразбиватель

Объем ванны, 24 и 40 м³.

ГРВм и горизонтальный

Роспуск массы

Мощность двигателя 200 и 315 кВт.

ГРГм-24 и ГРГм-40

Частота вращения 235 и 187 об/мин

Диаметр барабана 2500 мм.

Концентрация макулатуры: поступаю-

Барабанный

щей - 88÷95 %.

гидроразбиватель

Роспуск массы

в секции роспуска - 12÷15 %.

FiberFlow Drum

в ситовой секции - 3,5÷4,5 %.

мощность 250 кВт.

Скорость вращения 1500 об/мин

Концентрация не менее 2,5-3,5 %.

Гидроразбиватели сор-

Объем ванны, 0,5 и 1 м³.

тирующие ГРС-80 и ГРС-

Дороспуск массы

Мощность 75 и 132 кВт.

200 (Турбосепаратор)

Давление массы: на входе - 3,0, на вы-

ходе - 2,5, перепад - 0,3-0,5 кгс/см²

Концентрация 2-5 %.

Аппарат для доро-

Давление массы: на входе - не менее

Пульсационные мельни-

спуска макулатур-

0,05 МПа, на выходе - не более 0,4 Мпа.

цы МП-375, МП-400

ной массы

Мощность 75 кВт.

Скорость вращения 1500 об/мин

¹⁾ Технологические характеристики зависят от вида макулатуры и требуемой производительно-

сти линии.

142

Отходы роспуска - это крупные частицы примесей и неразволокненные фраг-

менты влагопрочных материалов, которые удаляются в течение его работы через пер-

форированное сито и попадают на конвейер отходов.

Вода, используемая для роспуска макулатуры, циркулирует в виде оборотной

воды.

2.6.4 Очистка и сортирование макулатурной массы

Степень сложности технологической схемы отдела сортирования и очистки зави-

сит от используемой марки макулатурного сырья, сорта производимой бумаги/картона,

композиции по волокну.

Удаление примесей основано на различиях в физических свойствах волокон и

загрязняющих веществ. Стадии очистки и сортирования макулатурной суспензии яв-

ляются обязательными для всех видов макулатурного сырья и могут включать ступени

грубой и тонкой очистки, грубого и тонкого сортирования. Для снижения потерь годного

волокна сортирование и очистка макулатурной массы осуществляются в несколько

стадий и ступеней.

Очистка массы - удаление из массы в циклонных очистителях (гидроциклонах)

крупных тяжелых и легких включений, присутствие которых делает невозможной ее

дальнейшую обработку. Производится очистка в гидроциклонах различной конструкции

под действием центробежных сил (от тяжелых включений используются аппараты

HW - heavy weight, от легких - LW - light weight), работающих по принципу противотока

и прямотока.

Грубая очистка макулатурной массы производится для удаления крупных тяже-

лых (частицы металла, стекла) и легких (частицы пластика, пленки, парафинов) вклю-

чений в параллельно подключенных вихревых очистителях высокой концентрации

(2,5…4,5 %) между ступенями разволокнения макулатуры и грубого сортирования. Тя-

желые включения могут стать причиной поломки технологического оборудования за

счет «наждачного» эффекта.

Тонкая очистка массы производится при более низкой концентрации

0,7…1,0 % в несколько ступеней и необходима для удаления более мелких абразивных

включений и легких примесей.

На ступенях грубого сортирования массы в основном используются напорные

сортировки различной конструкции, работающие при средней концентрации массы

(3…5 %), оснащенные ситами с круглыми отверстиями диаметром 1,4…4,0 мм. Размер

отверстий сит зависит от вида и размеров загрязнений, качества готовой продукции.

Целью грубого сортирования является снижение содержания в массе крупных грубо-

дисперсных неразволокненных фрагментов макулатурного сырья. Отходы грубого сор-

тирования макулатурной массы направляются на сортировку конечной ступени, кото-

рая работает без давления и выполняет функцию аппарата для промывки отходов с

целью предотвращения потери волокна.

Тонкое сортирование массы осуществляется при низкой (до 1,5 %) и средней

концентрации массы в аналогичных по устройству напорных сортировках с меньшими

размерами отверстий сита или шириной щелей. Сортирование и очистка при низкой

концентрации массы являются более эффективными, но требуют установки оборудо-

вания с большей пропускной способностью и потребляют больше энергии. Тонкое сор-

143

тирование стало техническим решением, совмещающим как удаление посторонних

включений, так и фракционирование массы.

Таблица 2.33 - Стадия сортирования, очистки макулатурной массы и применяемое обору-

дование

Стадии процесса

Выходной по-

Основное технологи-

Входной поток

Эмиссии

(подпроцесс)

ток

ческое оборудование

Грубосорти-

Куски пластмас-

Распущенная

рованная ма-

сы, пенопласта,

Сортирование

макулатурная

кулатурная

нераспустивши-

макулатурного

масса с содер-

масса с со-

Напорная

сорти-

еся фрагменты

волокна для от-

жанием крупных

держанием

ровка

макулатуры,

деления круп-

фрагментов за-

песка и лип-

фрагменты по-

ных включений

грязнений

ких включе-

лимерных пле-

ний

нок и др.

Очистка маку-

Очищенная

Камешки, бол-

Грубосортиро-

латурной массы

масса

вто-

ты, песок, стек-

ванная макула-

от крупных тя-

ричных воло-

ло, скрепки и

турная масса с

Очистители массы

желых

мине-

кон с липкими

другие загряз-

содержанием

ОВМ-250, ОВМ-400

ральных,

ме-

мелкими

нения неволко-

песка и липких

таллических

тяжелыми

нистого харак-

включений

примесей

включениями

тера

Очищенная

Флоккулы, клей-

Очищенная

Тонкое сорти-

масса

вто-

кие частицы и

масса вторич-

рование

для

ричных воло-

Щелевые

другие загряз-

ных волокон с

удаления лип-

кон с мелкими

сортировки

нения неволок-

липкими вклю-

ких включений

тяжелыми

нистого харак-

чениями

включениями

тера

Песок, частицы

пластмассы вы-

сокой плотно-

Очищенная

сти,

частицы

масса вторич-

Тонкая очистка

Очищенная

плавких

ве-

ных волокон с

для удаления

масса

вто-

Вихревые кониче-

ществ, клейкие

мелкими тяже-

мелких тяжелых

ричных воло-

ские очистители

включения, ча-

лыми включе-

включений

кон

стицы битума

ниями

и другие загряз-

нения неволок-

нистого харак-

тера

Технологические характеристики оборудования процесса сортирования и очист-

ки макулатурной массы представлены в таблице 2.34.

144

Таблица 2.34 - Характеристика оборудования процесса роспуска макулатуры

Наименование

Назначение

Технические

оборудования

характеристики ¹⁾

Рабочая концентрация

4,0-

5,0 %.

Отделение крупных за-

Диаметр отверстий сита - 12 мм.

Барабанная сортировка

грязнений из массы ма-

Мощность двигателя - 90 кВт.

кулатурных волокон

Давление на входе - не менее

3,0 Мпа.

Перепад давления - 0,6-0,9 МПа

Рабочая концентрация

4,0-

5,5 %.

Гидроциклон

(очисти-

Очистка суспензии воло-

Перепад

давления

равен

тель) массы ОВМ-250,

кон от крупных тяжелых

0,16 МПа, давление на входе -

ОВМ-400

примесей

0,2-0,6 Мпа.

Удельный расход энергии - 0,5-

3,0 кВтч/т

Рабочая концентрация

0,5-

Удаление из суспензии

1,5 %.

Гидроциклон

(очисти-

волокон растворенного

Перепад давления равен

0,07-

тель) ALBIA 500 Т DLR

воздуха и легких вклю-

0,12 Мпа.

чений

Удельный расход энергии -

10 кВтч/т

Концентрация - до 2,5 %.

Удаление из суспензии

Давление на входе - 0,45 Мпа.

волокон липких включе-

Щелевая сортировка

Давление на выходе

0,4-

ний, фракционирование

0,35 Мпа.

волокна

Ширина щели - не более 0,25 мм

Очистка от мелких тяже-

лых примесей (песка,

Концентрация - до 0,9-1,5 %.

Вихревые очистители

металлических частиц,

Расход промывной воды - 15-

кусочков керамической

50 л/мин

плитки и др.)

¹⁾ Технические характеристики зависят от вида макулатуры и требуемой производительности

линии.

2.6.5 Фракционирование макулатурной массы

Макулатурная суспензия после роспуска, очистки и сортирования является

сложной полидисперсной системой. В результате повторных циклов переработки маку-

латурного сырья нарастает доля мелких волокон, обрывков и скопа в общем составе.

Фракционирование макулатурной массы - технологическая операция по разде-

лению волокнистой суспензии на фракции, отличающиеся по средней длине волокна и

содержанию примесей. Цель фракционирования

- отделение коротковолокнистой

145

фракции, состоящей из коротких целлюлозных волокон и волокон древесной массы от

длинноволокнистой фракции с последующей отдельной переработкой.

Фракционный состав макулатурной массы зависит от марки макулатуры. Корот-

коволокнистая фракция макулатурной массы (short fiber fraction - SF/КФ) состоит из ко-

ротких ороговевших волокон, обрывков длиной менее 0,2 мм; характеризуется высокой

степенью помола и низкими бумагообразующими свойствами. Длинноволокнистая

фракция макулатурной массы (long fiber fraction - LF/ДФ) состоит из грубых длинных

волокон; имеет низкую степень помола и потенциально высокие показатели механиче-

ской прочности. Фракционирование чаще применяют в схемах подготовки макулатуры

из использованной картонной тары (МС-5Б, МС-6Б) в связи с тем, что в ней содержатся

волокна технической целлюлозы из хвойных и лиственных пород древесины, древес-

ной массы и макулатурные волокна.

Процесс осуществляется в напорных сортировках различного типа с цилиндри-

ческими ситами, имеющими круглые отверстия диаметром 1,2÷1,8 мм или щелевые -

шириной от 0,1 до 0,25 мм при низкой концентрации массы от 1,5…2,5 %. Оптимальные

результаты фракционирования макулатурной массы достигаются при обработке очи-

щенной макулатуры с повышенным содержанием длинных волокон. Ширина щели сита

фракционатора подбирается с учетом условий достижения высокой чистоты SF-

фракции и достаточного отделения длинных волокон. Далее SF-фракция макулатурной

массы сгущается и подается на хранение или используется для получения верхнего

слоя картона.

Дополнительное сортирование LF-фракции макулатурной массы производится в

сортировке с дефлокулирующим эффектом, так как она содержит большое количество

примесей, пучков волокон и, возможно, неразволокненных фрагментов макулатуры.

Отходы тонкого сортирования LF-фракции макулатурной массы непрерывно удаляются

из системы. При наличии легких примесей применяется очистка LF-фракции макула-

турной массы в реверсивных гидроциклонах. При недостаточном отделении легких

примесей в гидроциклонах LF-фракция макулатурной массы после сгущения обраба-

тывается в диспергаторе, что способствует ее гомогенизации. Кроме того, диспергиро-

вание LF-фракции макулатурной массы позволяет отделить от волокон частицы печат-

ной краски и распределить на волокне остаточные частицы липких веществ. Таким об-

разом, обработка LF-фракции макулатурной массы завершается размолом с целью по-

вышения показателей механической прочности картона или диспергированием для го-

могенизации суспензии. Полученная масса используется для производства нижнего

слоя картона.

Таблица 2.35 - Стадия фракционирования макулатурной массы и применяемое оборудова-

ние

Основное

Стадии процесса

Выходной

Входной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

поток

оборудование

Очищенная

Фракционатор

Фракции

масса вторич-

Разделение во-

волокнистых

различной

Загрязнения не

ных волокон

локон

полуфабрикатов

длиной

во-

образуются

с липкими

на фракции

(напорная сорти-

локна

включениями

ровка)

146

Технологические характеристики оборудования процесса фракционирования ма-

кулатурной массы представлены в таблице 2.36.

Таблица 2.36 - Характеристика оборудования процесса фракционирования макулатурной

массы

Наименование

Назначение

Технические

оборудования

характеристики ¹⁾

Фракционирование мас-

Концентрация массы 2,0...2,5 %

сы на коротковолокни-

Фракционатор

Давление массы на входе

стое

(напорная сортировка)

0,7…0,9 кгс/см²

и длинноволокнистое

Перепад не более 0,2 кгс/см²

волокно

¹⁾ Технические характеристики зависят от вида макулатуры и требуемой производительности

линии.

Фракционирование макулатурной массы позволяет снизить удельный расход

энергии (УРЭ) на переработку макулатуры на 15-20 % по сравнению с традиционным

способом, так как дополнительному размолу подвергается лишь длинноволокнистая

фракция.

На стадиях подготовки макулатурной массы проводятся промежуточные техно-

логические операции. Сгущение массы (до концентрации 10-15 %) производится с це-

лью отделения водооборота в схеме подготовки массы от водооборота бумагодела-

тельной машины и, соответственно, для уменьшения переноса химических реагентов и

загрязнений в растворенной и коллоидной форме на БДМ. Обезвоживание массы (до

концентрации 25-35 % и более) производится как для удаления из нее загрязнений, так

и для подготовки массы к процессу механической или механохимической обработки.

Данная технологическая операция проводится с использованием шнек-прессов гори-

зонтального и вертикального типов, а также двухбарабанных прессов.

2.6.6 Термодисперсионная обработка и технологии облагораживания

макулатурной массы

Многие виды макулатуры, такие как тароупаковочные бумаги и тарный картон с

гидрофобизирующей обработкой, газетная, журнальная и офисная макулатура содер-

жат примеси, в числе которых битум, воски, парафины, латекс, смолы и печатные крас-

ки. Данные виды макулатурного сырья могут быть использованы в производстве широ-

кого ассортимента картона и бумаги, в том числе санитарно-гигиенического назначе-

ния, для чего применяют процесс механической или механохимической обработки ма-

кулатурной массы при повышенной температуре - термодисперсионную обработку.

Термодисперсионная обработка (ТДО) массы базируется на общем свойстве данных

загрязнений пластифицироваться (плавиться) и диспергироваться (измельчаться) в

условиях повышенных температур и проводится как для повышения степени разволок-

нения, так и для равномерного диспергирования загрязнений (типографская краска,

клей, воски, битум и т.д.) в массе до размеров, которые не окажут отрицательного вли-

яния в производстве бумаги и картона. Термодисперсионная обработка проводится

также для отделения загрязнений с поверхности волокон, что обеспечит их удаление

147

из массы при проведении последующих стадий, например, сортирования или флота-

ции.

ТДО - это многофункциональный процесс, включающий ряд последовательных

операций и служащий для решения комплекса задач, главными из которых являются

диспергирование частиц плавких загрязнений до размеров, не фиксируемых человече-

ским глазом (менее 25…40 мкм), и равномерное распределение их в массе. В резуль-

тате этого достигается улучшение внешнего вида продукции. Дополнительные резуль-

таты ТДО: доразволокнение оставшихся в массе пучков; отделение загрязнений, за-

крепленных на поверхности волокон, что дает возможность удаления их на последую-

щих стадиях обработки массы; улучшение гидратации клеточной стенки макулатурного

волокна, как следствие повышение качества готовой продукции.

Для придания частицам чернил и типографской краски дополнительной гидро-

фобности используются различные ПАВы.

Повышенная температура процесса способствует стерилизации массы, необхо-

димой для некоторых видов продукции. Высокая концентрация массы в сочетании с

нагревом дает возможность совмещения ТДО и отбелки вторичного волокна. Если ТДО

массы проводится при атмосферном давлении и температуре до 95 °С, то процесс

называют «холодным», если обработка проводится при повышенном давлении (0,2-

0,5 МПа) и температуре свыше 95 °С, то его называют «горячим». Тепловая обработка

массы при температуре свыше 130 °С способствует ее стерилизации. Выбор темпера-

туры обработки осуществляют в зависимости от точки плавления компонентов, содер-

жащихся в макулатуре. Необходимость повышения концентрации обрабатываемой

массы до 25-35 % продиктована стремлением к экономии расхода пара на ее прогрев.

Данные по энергозатратам для известных диспергаторов макулатурной массы показы-

вают, что процесс диспергирования является энергоемким процессом и расходы энер-

гии колеблются от 30 до 140 кВт·ч/т. В связи с этим поиск новых технологических ре-

шений представляется целесообразным Выбор режима термодиспергирования зависит

от точки плавления преимущественных загрязнений в массе, а также от требований,

предъявляемых к конечной продукции. Необходимость повышения концентрации обра-

батываемой массы до 25-35 % продиктована стремлением к экономии расхода пара на

ее прогрев.

Таблица 2.37 - Стадия термодисперсионной обработки макулатурной массы и применяемое

оборудование

Стадии процесса

Выходной по-

Основное технологи-

Входной поток

Эмиссии

(подпроцесс)

ток

ческое оборудование

Сгущение

до

30÷35 %,

Промытая

Очищенная

нагрев до 95 °С,

Диспергатор

Фильтрат с пе-

сгущенная мас-

макулатурная

измельчение

KD-710 Cellwood

чатной краской

са до 12÷15 %

масса

частиц краски,

разбавление

Технологические характеристики оборудования процесса термодиспергирования

макулатурной массы представлены в таблице 2.38.

148

ИТС 1-2023 Целлюлозно-бумажное производство - часть 2