ВЛИЯНИЕ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ НА СКОРОСТЬ ПРОЦЕССА

Лекция 4. Факторы сульфатной варки.doc
1
ВЛИЯНИЕ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ НА СКОРОСТЬ ПРОЦЕССА,
ВЫХОД И КАЧЕСТВО ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
К факторам варки относятся переменные процессы, изменение которой оказывает влияние на скорость делигнификации и качество получаемого полуфабриката. Наиболее существенными факторами являются:
• Концентрация активной щелочи в варочном растворе;
• Расход активной щелочи на варку;
• Температура варки;
• Порода древесины;
• Качество щепы;
• Сульфидность белого щелока;
• Добавка черного щелока в процесс;
• Применение принудительной циркуляции при варке;
• Присутствие посторонних натриевых соединений
Влияние расхода активной щелочи
Расход активной щелочи, заключенной в белом щелоке зависит от свойств
древесины и качества получаемой целлюлозы и составляет теоретически 12 % в
единицах Nа2O к массе абсолютно сухой древесины, но для нормального хода
варки необходимо иметь избыток щелочи составляющей 50…70 % от теоретического.
Увеличение глубины провара требует повышения расхода щелочи, так как
количество кислых продуктов реакции повышается за счет большого разрушения
углеводов. Для целлюлозы повышенного выхода (53…55 %) требуется активной
щелочи 200…260 кг/т воздушно-сухой целлюлозы. Для изоляционной целлюлозы
(45…46 %) требуется 330…360 кг/т воздушно-сухой целлюлозы. Чем мягче мы
варим целлюлозу, тем больше составляет расход активной щелочи. Это объясняется более глубокой деструкцией углеводов, так как именно продукты разрушения углеводов связывают основное количество щелочи. Повышение расхода активной щелочи уменьшает продолжительность варки, повышает содержание αцеллюлозы за счет разрушения гемицеллюлоз. Расход активной щелочи на варку
(А) в кг в ед. Na2О в перерасчете на тонну воздушно-сухой целлюлозы рассчитывается по формуле:
А=
где
880  a
, кг,
b
а – расход активной щелочи в ед. Na2О, % к абсолютно сухой древесине;
Лекция 4. Факторы сульфатной варки.doc
2
b – выход целлюлозы по варке, %
Например:
880  a 880  12

 210кг
b
50
Влияние концентрации активной щелочи
Скорость варки можно изменить в зависимости от концентрации активной
щелочи в пределах концентрации от 30 до 90 Na2O/л щелока, повышение ее в 2
раза ускоряет процесс варки вдвое. Однако повышение концентрации щелочи
усиливает деструкцию углеводов, понижает выход целлюлозы, ее механическая
прочность. В производственных условиях концентрация активной щелочи не может быть выше, чем позволяет это сделать работа цехов по регенерации щелоков.
С учетом добавки черного щелока для обеспечения гидромодуля варки концентрация актив, щелочи в варочном щелоке равна 30…60 г/л в ед. Na2O
Начальная концентрация активной щелочи в варочном щелоке связана с
расходом щелочи на варку через гидромодуль
А = С0 V,
где А – расход активной щелочи на варку, % Na2O к массе а.с. древесины
С0 - начальная концентрация щелочи в вар. Щел. , %
V – жидкостный модуль, м3 щелока/т а.с. древесины
Например: 20 = С0∙5,5
С0 = 3,6
Влияние температуры варки
Температура варки является основным фактором, влияющим на продолжительность варки. При повышении температуры на 10 °С в интервале от 140 до 180
°С увеличивается скорость варки в 2…3 раза. Повышение температуры до 200 °С
ведет к понижению выхода целлюлозы на 1…3 %, увеличивая при этом количество непровара. Оптимальной является температура от 170
Влияние породы древесины
Могут применяться любые породы древесины, но результаты варок будут
не одинаковы из-за отличия в химическом составе и морфологическом строении
древесины. При варке сосны выход целлюлозы на 1…1,5 % меньше, чем из ели,
из-за меньшего содержания смолы в древесине ели. Древесина лиственных пород
дает целлюлозу с хорошими показателями механической прочности.
Выход целлюлозы из березы на 1…2 % больше, чем из ели при меньшем
расходе шелочи. Практикуют совместные варки различных пород, но выход целлюлозы при этом ниже, а степень провара ухудшается. Возможно, добавлять до
Лекция 4. Факторы сульфатной варки.doc
3
15…20% неокоренной лиственной древесины без снижения прочности целлюлозы
и получать из нее мешочную бумагу.
Влияние качества щепы
Несмотря на то, что пропитка при щелочной варке происходит быстро и
равномерно, качество щепы сильно влияет на выход и провар целлюлозы. При
варке щепы неравномерной по размерам, особенно по толщине, повышается количество непровара. Толщина щепы должна быть равна 3…5 мм, 90 % щепы
должно иметь нормальную длину (15…25 мм)
Влияние сульфидности щелока
Сульфидность – эквивалентное отношение Na2S к сумме NaOH+Na2S, выраженное в % или относительных долях. В производственных условиях сульфидность щелока равна 15…35 % Na2S участвует в процессе делигиификации древесины и благоприятно влияет на ход варки. Он облегчает делигнификацию, ускоряя переход лигнина в раствор, в то время как скорость растворения углеводной
части древесины практически не изменяется. При повышении сульфидности варка
ускоряется, повышается прочность и равномерность провара целлюлозы, понижается содержание остаточного лигнина. Na2S положительно влияет в пределах от
16 до 40 %. При большей сульфидности (75…100 %) варка замедляется, понижается степень делигиификации целлюлозы. Оптимальная сульфидность зависит от
расхода щелока. Повышение сульфидности имеет ряд нежелательных моментов:
усиливается коррозия оборудования, повышается образование дурнопахнущих
летучих соединений, целлюлоза после варки имеет более темный цвет и труднее
поддается отбелке.
Влияние добавки черного щелока
Перед началом варки в белый щелок добавляется черный щелок. Органические вещества черного щелока в умеренных количествах благоприятно влияют на
ход варки. Добавка в котел черного щелока осуществляется с целью повышения
концентрации щелока после варки и экономии тепла на его выпарку, а также для
поддержания заданного гидромодуля варки. Добавка черного щелока до 50 % от
общего количества жидкости в котле ускоряет варку, улучшает провар целлюлозы, снижает белизну после варки. Дальнейшее повышение приводит к обратному
эффекту.
Влияние присутствия других натриевых соединений в щелоке
Карбонат натрия (Nа2СО3) считается полезным, смягчающим деструктирующее действие гидрооксида натрия на углеводы.
Лекция 4. Факторы сульфатной варки.doc
4
Сульфат натрия и другие минеральные примеси-соли натрия не принимают
участия в варке.
Влияние применения принудительной циркуляции
Имеет особое значение в связи с относительно небольшой продолжительностью процесса. Применение данной системы выравнивает температуру и концентрацию щелочи во всем объеме котла и способствует получении равномерно проваренной целлюлозы с повышенным выходом. С принудительной циркуляцией
чаще всего используется не прямой способ обогрева котла, что позволяет устранить разбавление щелока конденсатом пара и влечет за собой ускорение процесса
варки.