Особенности непрерывной варки

До середины XX века варку целлюлозы производили толь­ко в котлах периодического действия. После второй мировой войны достигнуты значительные успехи в освоении непрерывно действующих варочных установок, и в настоящее время в об­ласти щелочных способов получения целлюлозы проблема не­прерывной варки успешно решена.

К числу основных преимуществ непрерывной варки по сравнению с периодической относятся следующие:

- исключение из баланса рабочего времени операций по загрузке и опорожнению варочного котла, в результате чего возрастает производительность 1 м объема котла;

- сокращение объема и площадей производственных помещений в результате увеличения производительности;

- сокращение размеров емкостей для щепы, щелоков и массы вследствие равномерности работы;

- уменьшение размеров теплоутилизационных устано­вок, так как сдувка и выдувка происходят непрерывно;

- возможность полной автоматизации процесса и сокра­щения численности обслуживающего персонала;

- постоянство расхода пара и энергии, что облегчает ра­боту теплосиловой станции;

- сокращение расхода пара вследствие применения пониженного гидромодуля;

- отбор отработанного щелока без разбавления.

Все перечисленные преимущества делают непрерывный варочный процесс более экономичным по сравнению с перио­дическим. Вместе с тем, непрерывная варка связана с рядом ог­раничений. Важнейшие из них:

- повышенные требования к качеству и однородности исходного сырья;

- постоянство параметров пара, чистота и постоянство состава и правильность дозировки варочных растворов;

- внимательное обслуживание.

Без этих условий нельзя рассчитывать на использование преимуществ непрерывной варки.

Непрерывная варка не всегда имеет преимущества перед периодической. Можно назвать ряд ситуаций, когда варка в кот­лах периодического действия пока предпочтительнее:

- при необходимости перерабатывать растительное сы­рье, породный состав и качество которого часто и спонтанно меняется из-за неритмичной поставки;

- при выработке на одном предприятии целлюлозы не­скольких марок с разными свойствами;

- при производстве целлюлозы, предназначенной для химической переработки.

В технологии непрерывной варки можно выделить два на­правления: нормальная и быстрая варка.

Первое направление - варка при тех же параметрах, при которых проводится процесс в котлах периодического, действия. При этом сохраняется период заварки, т.е. период постепенного подъема температуры до конечного ее значения. Для того, что­бы в разных точках одного и того же варочного аппарата могла создаваться различная температура, в варочном аппарате под­держивают избыточное гидравлическое давление, препятст­вующее парообразованию. Продолжительность варки соответ­ствует чистому времени варки в периодическом котле; например, для сульфатной варки при конечной температуре около 170 °С она составляет 3...3,5 ч.

Второе направление заключается в применении высоких температур, которые позволяют сократить продолжительность варки до 20...40 мин,причем период заварки отсутствует и вво­димые в аппарат сырье и щелок сразу попадают в пространство, нагретое до конечной температуры варки. Успешное проведе­ние быстрой высокотемпературной варки возможно при прину­дительной пропитке щепы варочным раствором и интенсивном механическом перемешивании реакционной смеси. В варочных аппаратах, которые используют для этой цели, всегда имеется паровое пространство и обычно применяется прямой обогрев.

По конструктивным признакам устройства для непрерыв­ной варки можно разделить также на две группы: с вертикаль­ным и горизонтальным перемещением компонентов реакции.

В вертикальных варочных котлах направление движения может быть сверху вниз под действием силы тяжести или снизу вверх под действием нагнетательного устройства. Вследствие действия сил сцепления весь столб щепы или сечки в смеси со щелоком продвигается по сечению аппарата с практически рав­номерной скоростью, что обеспечивает возможность достиже­ния одинаковой степени провара. Средние линейные скорости
передвижения колеблются примерно в пределах от 0,1 до 0,5 м/мин.

В горизонтальных установках древесина и щелок переме­щаются с помощью винтовых конвейеров (шнеков). При этом скорости движения отдельных щепочек одинаковы, и в этом случае нет оснований опасаться неравномерности провара. Од­нако винтовые конвейеры оказывают механическое разрушаю­щее воздействие на волокна. Кроме того, за счет винтов и не­полного заполнения варочных труб их коэффициент полезного сечения уменьшается до 0,5...0,6.

Выбор системы обогрева определяется режимом варки. Если варку ведут с постепенным подъемом температуры, то це­лесообразнее непрямой нагрев с циркуляцией щелока через по­догреватели. При этом должно иметься не менее двух циркуляционно-подогревательных устройств, так как подогрев щелока происходит скачкообразно и чем больше: зон; циркуляции и по­догрева, тем плавнее осуществляется подъем температуры вар­ки. Желательна также большая кратность циркуляции; При вы­сокотемпературной варке без заварки проще пользоваться ост­рым паром, подавая его сразу при входе растительного сырья и щелоков в варочный аппарат. В отношении расхода пара пре­имущество имеют шнековые варочные аппараты, позволяющие снижать жидкостный модуль до 2 : 1.

Опорожнение непрерывных варочных аппаратов обычно производится выдувкой с полного рабочего давления в циклон или выдувной резервуар. Для регулирования выдувки на выдув­ном трубопроводе устанавливают задвижку, дроссельный клапан или специальный регулятор. С целью сохранения прочности целлюлозы массу у выхода из котла следует разбавлять холод­ным черным щелоком (холодная выдувка) для понижения тем­пературы до 100 °С и ниже. При снижении температуры выдув­ки с 90 до 60 °С наблюдается повышение разрывной длины, со­противления раздиранию и жесткости при изгибе отливок цел­люлозы на 8...13 %.

Из варочных котлов вертикальной конструкции наиболее широкое применение нашли установки типа Камюр, из горизон­тальных - типа Пандия.