Терпентинная сдувка При периодической варке из котла производят две сдувки: терпентинную во время подъема температуры и конечную для спуска давления перед выдувкой. Если выдувка ведется с полного давления, конечная сдувка отсутствует и все продукты, обычно уходящие из котла с конечной сдувкой, оказываются в парах выдувки. Во время заварки в варочном котле из пор щепы выделяется воздух, а затем образуются летучие продукты: скипидар, метиловый спирт, метилсернистые соединения и др. Газы создают в котле в соответствии с законом Дальтона дополнительное (парциальное) давление, которое суммируется с давлением водяного пара Р = Рводы + Рвозд + Рорг (1) где Р – общее (суммарное) давление в котле над жидкостью; Рводы, Рвозд и Рорг – парциальные давления соответственно водяного пара, воздуха и паров легкокипящих органических соединений. Для возможности дальнейшего нагрева содержимого котла излишнее давление сбрасывают через сдувочный вентиль – производят так называемую подъемную или терпентинную сдувку. Во время заварки либо сдувку повторяют несколько раз, либо после достижения в котле температуры примерно 130 оС сдувку ведут непрерывно для того, чтобы в щепу успело впитаться больше щелока. При непрерывной сдувке унос жидкости с парогазовой смесью уменьшается. В результате такой сдувки, продолжающейся до достижения в котле конечной температуры 165…180 о С, в паровом пространстве котла практически не остается посторонних газов и полное давление соответствует парциальному давлению водяного пара. В процессе сдувки из котла вместе с газами уходит водяной пар. При варке хвойной древесины с большим содержанием терпенов удаляется примерно 90 кг пара на 1 т абсолютно сухой древесины. В состав органической части парогазовой смеси входит метанол, скипидар, небольшие количества ацетона, метилсернистых соединений, сероводорода, аммиака. Количество этих веществ зависит от породы древесины (от количества и состава древесной смолы) и от условий сульфатной варки. При охлаждении сдувочной парогазовой смеси образуется конденсат из двух слоев: верхнего маслянистого скипидарного слоя и нижнего – водного конденсата. Ниже приведены примерные количества органических веществ (в том числе дурнопахнущих) в килограммах на 1 т воздушно-сухой целлюлозы из сосновой древесины (числитель – в маслянистом слое, знаменатель – в водном конденсате). Таблица 1 – Количества органических веществ, кг/т Вещество Метилмеркаптан (СН3SH) Диметилсульфид (СН3SCH3) Диметилдисульфид (CH3SSCH3) Скипидар Тяжелые масла (остаток перегонки) Метанол (СН3ОН) Аммиак (NH3) количество вещества в маслянистом слое, кг/т в.с.ц количество вещества в водном конденсате, кг/т в.с.ц 0,062 0,06 0,927 0,17 0,103 0,05 0,474 0,92 0,721 - - 5,00 0,18 Как видно, оба слоя в равной степени загрязнены метилсернистыми соединениями. В процессе терпентинной сдувки парогазовая смесь направляется по сдувочному трубопроводу в утилизационную установку, которая должна обеспечивать улавливание ценных побочных продуктов, уходящих из котла со сдувками, и утилизацию тепла сдувочных паров и газов. На рисунке 23 изображена схема типовой сдувочной установки. Сдувки из варочного котла 1 поступают в щелокоуловитель 3, где отделяется увлеченный со сдувками щелок. Щелокоуловитель представляет собой небольшой стальной резервуар со слегка выпуклым верхним днищем и коническим нижним, рассчитанный на полное рабочее давление в котле 1…1,2 МПа. Объем его составляет 10…15 м3, что достаточно для накопления щелока от 6…8 варок. Щелок периодически спускают в баки-мерники варочного отдела и возвращают обратно в котлы. Для лучшего отделения щелока на сдувочных линиях иногда устанавливают два-три щелокоуловителя последовательно. Рисунок 23 – Схема сдувочной установки 1 – варочный котел; 2 – сдувочные пары и газы; 3 – щелокоуловитель; 4 – поверхностный конденсатор; 5 – несконденсировавшиеся газы; 6 – конденсат; 7 – охлаждающая вода; 8 – горячая вода; 9 – флорентина; 10 – скипидар–сырец; 11 – грязный водный конденсат; 12 – щелок Из щелокоуловителя пары и газы перепускаются в поверхностный конденсатор 4, охлаждаемый водой. За счет тепла конденсации водяных паров охлаждающая вода нагревается до 60…70 оС и может быть использована, например, для промывки целлюлозы. Образующийся в конденсаторе сдувочный конденсат отводится в непрерывно действующий отстойник – флорентину 9, в которой происходит разделение маслянистого и водного слоев. Флорентина выполняется в виде цилиндрического бака с плоским или коническим дном. Подводящая труба от конденсатора опускается достаточно глубоко, примерно до половины высоты флорентины, и сырой скипидар, имеющий плотность около 0,86 г/см3, всплывает на поверхность. Скипидар с поверхности жидкости сливается по трубе в приемный бак. Водный конденсат отводится со дна флорентины по коленчатой сливной трубе 11. В конденсате, кроме скипидара и воды, оказываются также образующиеся в процессе варки диметилдисульфид, температура кипения которого 112 оС, и частично диметилсульфид, температура кипения которого 38 оС. Расход охлаждающей воды переменный и зависит от интенсивности сдувки и температуры сдувочной парогазовой смеси. Не сконденсировавшиеся в первичном теплообменнике газы (температура конденсации их ниже 50 оС) выбрасываются в атмосферу, вызывая неприятный запах. Эти газы содержат метилмеркаптан, диметилсульфид и сероводород. Во избежание загрязнения воздушного бассейна не сконденсировавшиеся газы подвергаются дополнительному охлаждению (конденсации) во второй ступени теплообменников, но для их нормальной работы необходима холодная вода с температурой не выше 15 о С. Уловленные дурнопахнущие газы – сульфаны используются для придания специфического запаха бытовому газу. Далее скипидар-сырец идет на установку, где из него выделяется сульфатный скипидар. Подскипидарная вода может служить сырьем для получения метилового спирта. Если со сдувочными газами попадает из котла черный щелок, то в подскипидарной воде остается скипидар в виде эмульсии. Подкисляя воду до рН 4,5…5, выделяют из нее эмульгированный скипидар. Количество отбираемого скипидара–сырца зависит от породы древесины и ее возраста. На 1 т целлюлозы из сосны образуется 11…18 л скипидара, из ели – 1…1,2 л. Пары скипидара и сульфанов взрывоопасны и ядовиты, поэтому оборудование для получения конденсатов этих паров разполагается в варочном цехе изолированно. При его обслуживании необходимо строго соблюдать установленные правила техники безопасности. Снизить количество потерь щелока, уносимого из котла, можно путем правильного подбора диаметра сдувочного трубопровода и объема щелокоуловителей (15…22 % от объема котла). Конечная сдувка и выдувка Конечную сдувку можно вести по тому же трубопроводу, что и терпентинную, но некоторые заводы имеют отдельные сдувочные линии для терпентинных и конечных сдувок. Продолжительность конечной сдувки на разных предприятиях весьма различна – примерно от 30 мин до 1,5 ч. Поскольку посторонних газов и паров в паровом пространстве котла практически нет, вскипание жидкости начинается почти сразу же после начала спуска давления, и за время сдувки из котла уходит значительное количество пара. Тепло паров, образующихся при выдувке, используется на сульфатцеллюлозных заводах для приготовления горячей воды. На рисунке 24 изображена схема типовой теплоутилизационной установки со струйным конденсатором, работающей на многих предприятиях. Рисунок 24 – Теплоутилизационная установка для выдувочных паров типа Розенблад 1 – сдувочная линия; 2 – смешивающий конденсатор; 3 – охлажденный конденсат; 4 – горячий конденсат; 5 – датчик терморегулятора; 6 – верхняя часть бака–аккумулятора; 7 – вытяжная труба; 8 – сливной зонт; 9 – отбор горячего конденсата; 10 – фильтр; 11, 14 – центробежные насосы; 12 – теплообменник; 13 – распределительный зонт; 15 – сток избытка конденсата Выдувочные пары из котла и выдувного резервуара, пройдя массную ловушку, по трубе 1 поступают в смешивающий конденсатор 2, куда во время выдувки по трубопроводу 3 подается охлаждающая вода. Горячий конденсат, имеющий температуру около 90 оС, вытекает из конденсатора по трубе 4, в колене которой установлен датчик терморегулятора 5, автоматически регулирующего подачу воды в конденсатор в зависимости от давления поступающего пара и температуры конденсата. Горячий конденсат поступает в верхнюю часть бака-аккумулятора 6, снабженного вытяжной трубой 7 и имеющего объем от 1,5 до 3 м3 на 1 м3 котла. В верхней части аккумулятора расположен сливной зонт 8, от которого отходит труба 9, ведущая через фильтр 10 для отделения волокна к центробежному насосу 11 для подачи горячего конденсата в спиральный или пластинчатый теплообменник 12. В этом теплообменнике за счет тепла конденсата производится нагрев свежей воды для промывки целлюлозы, а конденсат охлаждается до 40 оС и через распределительный зонт 13 поступает в нижнюю часть бака-аккумулятора. Насос 11, теплообменник и фильтр работают круглосуточно. Во время выдувки охлажденный конденсат центробежным насосом 14, имеющим относительно большую производительность, нагнетается в конденсатор в качестве охлаждающей жидкости и за счет тепла конденсации паров снова нагревается до 90 оС, возвращаясь в верхнюю часть аккумулятора. Таким образом, система работает без затраты свежей воды на процесс конденсации. Количество циркулирующего в установке конденсата при каждой выдувке возрастает за счет конденсирующегося пара, поэтому предусмотрен перелив избытка конденсата из аккумулятора в сток по трубе 15.
