Вход

Производство целлюлозы

Реферат по технологиям
Дата добавления: 26 мая 2007
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 233 кб (архив zip, 31 кб)
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Пермский государственный технический университет

Березниковский филиал









Реферат

по предмету: «Системный анализ химико-технологических процессов»

на тему: «Производство целлюлозы»















Выполнил:

студент группы МАХП-04 (дн)


Корзников Ярослав Владимирович

Проверил:

преподаватель


Кулинская Ирина Васильевна















Березники 2007


Содержание


  1. Краткое описание получаемого продукта……………………………………3

  2. Краткое описание технологии………………………………………………...7

  3. Экология………………………………………………………………………..9

Приложение 1. Технологическая схема

Приложение 2. Построение схем


Краткое описание продукта


Целлюлоза — это высокомолекулярный полисахарид, имеющий общую формулу (С6Н10О5)n, которую, принимая во внимание три активных гидроксила в каждой структурной ее единице, можно записать в виде [С6Н7О2(ОН)3]n. Молекулы целлюлозы построены в виде цепей. Целлюлоза обладает ори­ентированным аморфно-кристаллическим строением, которое объясняет все ее свойства — реакционную способность, набуха­ние в воде (чем и вызывается увеличение размеров древесины при увлажнении) и др.

Гемицеллюлозы древесины состоят из различных по­лисахаридов с разной величиной молекулы. В их число входят пентозаны (C5H8O4)n и гексозаны (C6H10О5)n. Из пентозанов древесины известны ксилан и реже встречающийся арабан, из гексозанов — маннан, галактан, фруктан и глюкан. Все они по­строены из остатков соответствующих моносахаридов: ксилозы, арабинозы, маннозы, галактозы, фруктозы, глюкозы и при кислотном гидролизе переходят в них:

5Н8О5)n + (п - 1) Н20 = п С5Н10O6;

6Н10О5)n + (n -1) Н20 = п С6Н12О6.

В состав целлюлозно-бумажного производства входит по лучение волокнистых полуфабрикатов — целлюлозы и древес ной массы — и их переработка в различные виды бумаги и картона.

При варке измельченной древесины, т. е. обработке ее рас­твором химических реагентов (варочным раствором) при по­вышенных температуре и давлении, происходит ее делигнификация - большая часть лигнина растворяется, клетки древе­сины разъединяются и получается волокнистая техническая целлюлоза.

Основными методами получения целлюлозы являются суль­фатный и сульфитный; применяют также бисульфитный, ней­трально-сульфитный, различные комбинированные и ступенча­тые методы варки. Перспективными являются окислительные методы — кислородно-содовый, кислородно-щелочной и. др., которые не связаны с использованием серосодержащих реаген­тов и поэтому оказывают меньшее влияние на окружающую среду.

Путем соответствующего подбора реагентов и условий варки регулируют выход технической целлюлозы и ее свой­ства, в первую очередь остаточное содержание лигнина. Чем полнее удален лигнин при варке, тем волокно светлее, но вы­ход его меньше. Целлюлозу вырабатывают нормального вы­хода (40—50% от массы абсолютно сухого сырья), которая подразделяется на жесткую (содержащую 3—8% лигнина), среднежесткую (1,5—3%) и мягкую (менее 1,5% лигнина) и высокого выхода (50—60 %). Получают также полуцеллю­лозу (выход 60—85%), содержащую половину или более ис­ходного лигнина и требующую механического размола для превращения ее в волокнистую массу.

Техническая небеленая целлюлоза пригодна для изготовле­ния многих видов продукции — газетной и мешочной бумаги, тарного картона и др. Для получения высших сортов писчей и печатной бумаги, где требуется повышенная белизна, исполь­зуют среднежесткую и мягкую целлюлозу, которую отбели­вают химическими реагентами, например хлором, двуокисью хлора, гипохлоритом кальция или натрия, перекисью водорода.

Особо очищенную (облагороженную) целлюлозу, содержа­щую 92—97 % альфа-целлюлозы (т. е. фракции целлюлозы, нерастворимой в 17,5 %-ном водном растворе едкого натра) используют для изготовления химических волокон, в том числе вискозного шелка и высокопрочного вискозного кордного во­локна для производства автомобильных шин.

Древесную массу получают механическим разделением дре­весины на волокна. Большое количество волокнистой массы вырабатывают из вторичного сырья — макулатуры, доля кото­рой в производстве бумаги и картона превышает 20% от всего используемого волокна. На некоторых предприятиях целлю­лозу получают из тростника.


Производство сульфатной целлюлозы

Варят целлюлозу с варочным раствором ( сульфатным, или белым, щелоком), содержащим едкий натр, сернистый натрий, небольшое количество карбоната и сульфата натрия.

Едкий натр и сернистый натрий составляют активную часть белого щелока. Их суммарная концентрация в пересчете на колеблется от 70 до 120 г/л. Чем больше активной щелочи в варочном растворе и чем выше температура и в варочном котле, тем быстрее идет варка и полнее удаляется лигнин, но тем ниже выход волокна. Обычно температура варки 165-180о С, давление в котле 0,7 – 1,2 МПа (1 МПа равен 9,81, округленно 10 кгс/см2) Гидромодуль, т.е. объем жидкости в кубических метрах на 1т. абсолютно сухого сырья, составляет 44,5:1

Варочный котел непрерывного действия «Камюр» имеет общую высоту 45 м, диаметр 4,7 м, дает в сутки 450— 500 т целлюлозы (имеются также установки производитель­ностью 800—900 т/сут). Щепу из бункера подают при помощи питателя низкого давления в пропарочную цистерну, где из щепы удаляются вода и скипидар. Пропаренная щепа перемещается винтовым конвейером к роторному питателю высокого давления, который подает ее в котел и одновременно служит запорным клапаном. Выходящая из питателя высокого давления щепа транспорти­руется щелоком к загрузочному устройству котла, оснащенному вертикальным вращающимся винтом. Варочный щелок подают насосом в верхнюю часть котла. Щепа опускается в котле под собственной тяжестью.

В верхней зоне котла идет заварка, в средней варка, в нижней частичная промывка целлюлозы слабым щелоком. Целлюлозная масса концентрацией 14—16%, охладившаяся до 80—85 °С, непрерывно выгружается и поступает в выдув­ной резервуар. Щепа в каждой зоне находится 1,5 ч, а всего 4,5 ч.

По окончании варки щелок (7—10 м3/т целлюлозы) имеет 'почти черный цвет, поэтому его называют черным щелоком. В щелок переходит большая часть лигнина древесины в виде щелочного лигнина, а также часть гемицеллюлоз, которые в щелочной среде гидролизуются и окисляются, образуя в ос­новном оксикислоты. Ацетильные группы древесины при варке отщепляются, образуя уксусную кислоту, находящуюся в ще­локе в виде уксусно-кислого натрия.

Черный щелок упаривают в многокорпусных вакуум-выпар­ных установках, добавляют сульфат натрия для возмещения потерь щелочи, -происходящих в производстве (отсюда и на­звание способа), а затем щелок сжигают в топках специаль­ных паровых котлов — содорегенерационных котлоагрегатов (СРК). При этом сгорает органическая часть щелока, а суль­фат натрия превращается в сернистый натрий; едкий натр пе­реходит в углекислый натрий.

Плав растворяют в слабом белом щелоке или в воде и по­лучают зеленый щелок, который обрабатывают гашеной из­вестью для перевода углекислого натрия в едкий натр. Полу­чается белый щелок, который снова используют для варки целлюлозы.

Смоляные и жирные кислоты, содержащиеся в древесине, при варке превращаются в натриевые соли. Эти соли при от­стаивании собираются на поверхности черного щелока, обра­зуя сульфатное мыло.

Путем подкисления черного щелока серной кислотой или двуокисью углерода из него можно выделить щелочной лигнин, применяемый в производстве пластических масс, резинотехни­ческих изделий и др. Из черного щелока можно получить дру­гие лесохимические продукты. Например, из подкисленного упаренного черного щелока можно извлечь метилэтилкетоном уксусную и муравьиную кислоты, различные оксикислоты.


Производство древесной массы.

Существуют два основных способа получения древесной массы. Путем истирания еловых или пихтовых балансов длиной 1 —1,2 м дефибрерными камнями в дефибрерах получают дефибрерную древесную массу, а путем размола древесной щепы любых пород на дисковых мельницах (рафинерах) — рафинерную. Преимущественное развитие в последнее время получает производство рафинер­ной древесной массы. Качество ее значительно улучшается,

если перед размолом щепу пропарить; получаемый продукт называют термомеханической древесной массой. Наиболее вы­сокое качество у химико-термомеханической древесной массы, для получения которой щепу перед размолом пропитывают не­которыми химикатами и пропаривают.

Выход обычной древесной массы 95—96 % от древесины химико-термомеханической около 90%. Древесная масса при­меняется при изготовлении большинства видов бумаги и кар­тона, составляя около 40 % от всех используемых волокнистых полуфабрикатов.


Краткое описание технологии


Порядок варки целлюлозы в котлах периодического действия следующий.


В котел загружают щепу в количестве 0,3— 0,35 м3 на 1 м3 вместимости котла, а при применении пропарки щепы или специальных уплотнителей — 0,4 м3 или даже больше. Затем заливают варочный раствор, закрывают котел и начинают нагревать его содержимое, для чего щелок непре­рывно прокачивают циркуляционным насосом через подогрева­тель. Температуру в котле поднимают до заданной конечной величины (этот период называют заваркой), потом следует стоянка при этой температуре (собственно варка). Заварку ведут медленно, чтобы щепа хорошо пропиталась варочным щелоком; в этот период для; удаления воздуха и образующихся летучих продуктов (скипидара, метилового спирта и др.) про­изводят сдувку парогазовой смеси — терпентинную сдувку. Па­рогазовая смесь поступает в щелокоуловитель и далее подвер­гается дробной конденсации. От конденсата во флорентине от­деляют сырой сульфатный скипидар в количестве 8—12 кг из сосновой древесины, 1—2 кг из еловой древесины в расчете на 1 т выработанной целлюлозы.

При производстве вискозной и кордной целлюлозы щепу в котле сначала подвергают предгидролизу с целью удаления гемицеллюлоз. Для этого ее обрабатывают 0,3—0,5%-ной сер­ной кислотой при 120—130 °С или водой, при 160—170 °С. Предгидролизат отбирают из котла и направляют на произ­водство дрожжей, после чего в котел заливают варочный рас­твор и начинают варку. По окончании варки, обычно не сни­жая давления в котле, целлюлозную массу выдувают из него в выдувной резервуар, осматривают котел и готовят к новой загрузке.

Полный оборот котла продолжается 5—8 ч, в том числе загрузка щепы и заливка щелока примерно 1 —1,5 ч, заварка 2—4,5 ч, варка до 1 ч, конечная сдувка, выгрузка целлюлозы и осмотр котла около 1 ч.

Стационарный варочный котел (рис. 2.2) стальной, облицо­ван внутри легированной сталью. Общая высота 13—17 м, диа­метр цилиндрической части 3,6—4,5 м, загрузочной горловины 800 мм, выгрузочной — 700 мм, вместимость 100—200 м3. Ще­лок забирается из средней части котла и возвращается цирку­ляционным насосом в верхнюю и нижнюю его части.

Выгруженную из котла целлюлозу промывают водой в диф­фузорах или на барабанных фильтрах и затем подвергают многоступенчатой очистке от сучков, непровара, частичек коры, песка и др. Сначала производят грубое сортирование на виб­рационных или центробежных сучколовителях, потом тонкое сортирование в центробежных сортировках, вихревых очисти­телях (центриклинерах) и др.

Варочный котел непрерывного действия «Камюр» _(рис. 2,3) имеет общую высоту 45 м, диаметр 4,7 м, дает в сутки 450— 500 т целлюлозы (имеются также установки производитель­ностью 800—900 т/сут).

Щепу из бункера подают при помощи питателя низкого давления в пропарочную цистерну, где из щепы удаляются вода и скипидар. Пропаренная щепа перемещается винтовым конвейером к роторному питателю высокого давления, который подает ее в котел и одновременно служит запорным клапаном. Выходящая из питателя высокого давления щепа транспорти­руется щелоком к загрузочному устройству котла, оснащен­ному вертикальным вращающимся винтом. Варочный щелок подают насосом в верхнюю часть котла. Щепа опускается в котле под собственной тяжестью.

В верхней зоне котла идет заварка, в средней варка, в нижней частичная промывка целлюлозы слабым щелоком. Целлюлозная масса концентрацией 14—16%, охладившаяся до 80—85 °С, непрерывно выгружается и поступает в'выдув­ной резервуар. Щепа в каждой зоне находится 1,5 ч, а всего 4,5 ч.

По окончании варки щелок (7—10 м3/т целлюлозы) имеет почти черный цвет, поэтому его называют черным щелоком. I В щелок переходит большая часть лигнина древесины в виде щелочного лигнина, а также часть гемицеллюлоз, которые в щелочной среде гидролизуются и окисляются, образуя в ос­новном оксикислоты. Ацетильные группы древесины при варке отщепляются, образуя уксусную кислоту, находящуюся в ще­локе в виде уксусно-кислого натрия.

Черный щелок упаривают в многокорпусных вакуум-выпар­ных установках, добавляют сульфат натрия для возмещения потерь щелочи, происходящих в производстве (отсюда и на­звание способа), а затем щелок сжигают в топках специаль­ных паровых котлов — содорегенерационных котлоагрегатов (СРК). При этом сгорает органическая часть щелока, а суль­фат натрия превращается в сернистый натрий; едкий натр пе­реходит в углекислый натрий.

Плав растворяют в слабом белом щелоке или в воде и по­лучают зеленый щелок, который обрабатывают гашеной из­вестью для перевода углекислого натрия в едкий натр. Полу­чается белый щелок, который снова используют для варки целлюлозы.

Смоляные и жирные кислоты, содержащиеся в древесине, при варке превращаются в натриевые соли. Эти соли при от­стаивании собираются на поверхности черного щелока, обра­зуя сульфатное мыло.

Путем подкисления черного щелока серной кислотой или двуокисью углерода из него можно выделить щелочной лигнин, применяемый в производстве пластических масс, резинотехни­ческих изделий и др. Из черного щелока можно получить дру­гие лесохимические продукты. Например, из подкисленного упаренного черного щелока можно извлечь метилэтилкетоном уксусную и муравьиную кислоты, различные оксикислоты и др.


Экология


Очистка и обезвреживание промышленных стоков и газовых выбросов

В процессах производства лесохимических продуктов обра­зуются различные сточные воды — отбросные воды ректифика­ционных аппаратов, промывные, подсмольные и подскипидарные воды и др. Все они объединяются общим названием про­мышленных стоков (промстоков). Они подразделяются на сильно загрязненные, частично загрязненные и условно чистые воды.

К условно чистым водам относится охлаждающая вода от теплообменных аппаратов, не содержащая вредных примесей и используемая в основном повторно в виде оборотной воды. Доля оборотной воды на лесохимических предприятиях доходит до 90 % от общего количества стоков. К числу сточных вод от­носятся также загрязненные хозяйственно-бытовые стоки и лив­невые воды.

Особенно много сильно загрязненных стоков получается при извлечении уксусной кислоты из жижки и при выработке этилацетата (табл.1). Они содержат кислоты, спирты, эфиры, альдегиды и кетоны, смолистые вещества, соли металлов и др. В меньших количествах загрязненные промышленные стоки об­разуются в канифольно-скипидарном производстве.

На всех стадиях производства лесохимических продуктов об­разуются также и газовые выбросы. Их количество и состав не постоянны, так как зависят от многих причин.


Очистка и обезвреживание промышленных стоков


Таблица: «Количество сточных вод, м3 на 1 т продукции»

Продукция

Стоки, подлежащие очистке

Условно

чистые

воды

Промышленные

Хозяйственно-бытовые

Всего


Уголь древесный

0,5

1,5

2,0

59

Уксусная кислота:





  • техническая

28,0

5,7

33,7

596

  • пищевая

0,3

1,9

2,2

77

Древесно-спиртовые продукты

1,0

0,3

1,3

25

Этилацетат

5,4

7,2

12,6

425

Рутилацетат

0,4

0,3

0,7

41


Количество промышленных стоков и степень их загрязнен­ности зависят от принятой схемы технологических процессов и на различных заводах колеблются в весьма широких пределах. В частности, при экстракции уксусной кислоты из жижки этилацетатом загрязненность отбросной воды с эфироводного аппарата по ХПК при переработке неперегнанной жижки превы­шает 70 тыс. мг/л, а при перегнанной жижке не более 13 тыс. мг/л. Наименьшую загрязненность (не выше 5 тыс. мг/л) имеют аналогичные стоки с азеотропных установок, использующих в качестве антренера спиртовые масла или бутилацетат.

Часть отбросных вод используется повторно. Например, про­мывная вода от скрубберов после трехкорпусного аппарата и вода от вакуум-насосов может циркулировать в системе много­кратно. Воду от эфироводных НДА в уксусно-кислотном произ­водстве и частично в производстве ацетатных растворителей применяют для промывки кубов; отбросную воду от регенера­ции эфироводы нейтрализуют содой и используют для про­мывки эфира-сырца и приготовления растворов соды. В произ­водстве метанола до 40 % отбросной воды с НДА-I и НДА-П после отстаивания идет на отмывку спиртовых масел, сиропку метанола-сырца и растворителя-сырца.

При налаженной системе оборотного водоснабжения с испа-рительно-охладительными устройствами (бассейном, градир­ней) расход свежей воды (на подпитку) можно сократить до 10 % от оборотной, а общий расход снизить на 70 %. На одном из заводов оборотное водоснабжение организовано при помощи искусственного пруда. Нагретая условно чистая вода сбрасы­вается в дальний конец пруда, зеркало которого рассчитано на охлаждение воды до заданной температуры. В некоторых слу­чаях расход охлаждающей воды можно снизить в 3—4 раза пу­тем использования конденсаторов воздушного охлаждения, на­пример, для конденсации паров сушки и отдувки щепы в канифольно-экстракционном производстве.

Существенно уменьшить объем загрязненных промышлен­ных стоков можно путем применения более совершенной техно­логии на ряде предприятий.

Основными способами обезвреживания промышленных сто­ков лесохимических предприятий являются их биохимическая очистка, выпаривание и сжигание. Менее загрязненные про­мышленные стоки отстаиваются, фильтруются, обрабатываются химикатами, разбавляются оборотной или условно чистой водой и направляются в биохимическую очистку. Наиболее загрязнен­ные стоки, не поддающиеся очистке (например, различные кубо­вые остатки), выпаривают или сжигают в различных печах.


Обезвреживание газовых выбросов

Отходящие газы от различных аппаратов лесохимических производств содержат значительное количество паров летучих веществ и подлежат очистке с целью предотвращения попада­ния их в атмосферу и регенерации некоторых из них.

Газовые выбросы уксусно-кислотного производства.

При из­влечении уксусной кислоты из жижки экстракцией этилацета-том наибольший унос паров летучих веществ через воздушники происходит при регенерации экстрагента на эфирокислотном и эфироводном аппаратах. Так, в пробах воздуха из общего воз­душника этих аппаратов обнаружено 41 ±1 тыс. мг/м3 этилаце-тата и до 4 тыс. мг/м3 спиртов (табл. 14.6). Во избежание потерь этих веществ на большинстве заводов воздушники аппа­ратов и емкостей экстракционной системы и этилацетатного от­деления присоединяют к коллектору, связанному со скруббе­ром, орошаемым кислой или оборотной водой. Воздушники от ректификационных аппаратов также связаны с коллектором. Промывная вода от скрубберов присоединяется к жижке.

Несмотря на такую промывку, суммарное содержание лету­чих веществ в газах, отходящих из общего воздушника уксусно-кислотного производства, превышает в среднем 4 тыс. мг/м3; особенно много в них альдегидов и кетонов, а также этилаце-тата. Однако вследствие того, что количество газов, выбрасы­ваемых из общих воздушников, незначительно, заметного за­грязнения атмосферы не происходит.


Газовые выбросы канифольно-скипидарных производств.

В канифольно-терпентинном производстве воздушные выбросы от аппаратов загрязнены парами скипидара, однако этих выб­росов немного и их влияние на состояние атмосферы незначи­тельно. Для очистки от скипидара воздух от воздушников про­пускают через концевой холодильник, охлаждаемый большим количеством речной или артезианской воды.

В канифольно-экстракционном производстве применяемая схема очистки газовых выбросов обеспечивает одновременно и сокращение количества сточных вод. По этой схеме оборотная вода пропускается через холодильную машину и с температу­рой 1—2 °С подается в насадочный скруббер, куда противото­ком поступает воздух из системы воздушников. При охлажде­нии воздуха происходит конденсация содержащихся в нем па­ров бензина в виде очень мелких капель. Эти капли механи­чески улавливаются водой, а промытый воздух с температурой 3—5°С отводится в атмосферу. Промывная вода из скруббера с температурой 8—10°С поступает во флорентину, откуда вод­ный слой самотеком стекает к вакуум-насосу. После вакуум-на­соса вода собирается в сборник и затем насосом вновь подается в холодильную машину. Далее цикл повторяется. Потери бен­зина при этом определяются количеством отходящего воздуха, его температурой и упругостью паров применяемого бензина. Исчерпывающую очистку от паров бензина можно обеспечить, если воздух дополнительно направить на скруббер, орошаемый охлажденным соляровым маслом.

Адсорбционные методы для улавливания паров бензина в канифольно-экстракционном производстве неприменимы, так как в воздухе от воздушников, кроме бензина, содержатся также терпеновые углеводороды, которые легко окисляются и полимеризуются в порах; адсорбента.

Кроме предельно-допустимых концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе, предприятия должны руководствоваться величинами предельно-допустимых выбросов в единицу времени (ПДВ). Нормативы ПДВ утверждаются для каждого предпри­ятия отдельно с таким расчетом, чтобы после смешения выбросов с приземным слоем воздуха концентрация вредных веществ в этом слое не превышала ПДК.

Помимо выбросов в атмосферу, вредные вещества могут по­падать через неплотности в аппаратах и в воздух производ­ственных помещений. Если их концентрация в воздухе рабочей зоны превысит ПДК, условия труда станут неблагоприятными. Поэтому содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны должно систематически контролироваться.

Неблагоприятные условия труда могут возникать и при от­клонении параметров, характеризующих микроклимат в рабо­чей зоне, от допустимых величин, установленных ГОСТом 12.1.005—76. Этими параметрами являются температура, влаж­ность и подвижность (скорость движения) воздуха.

При надлежащей герметизации и теплоизоляции аппара­туры и эффективной работе вентиляционных систем воздух ра­бочей зоны соответствует установленным санитарно-гигиениче­ским требованиям. Например, в производстве этилацетата на рабочем месте аппаратчиков обычно обнаруживается около 50 мг/м3 этилацетата, в производстве бутилацетата 50—85 мг/м , т. е. значительно ниже ПДК.


© Рефератбанк, 2002 - 2017