Современные технологии варки и отбелки хлопковой целлюлозы

2.3. Современные технологии варки и отбелки хлопковой целлюлозы

Аппарат Bi-Vis. В конце 1950-х годов во Франции был разработан процесс Bi-Vis (Bi-Vis Technology) – сначала для переработки пластиков, а позже – для обработки волокнистых масс в ЦБП. Движущиеся части аппарата (рис.6) состоят из двух сопряженных шнеков, которые вращаются в одном и том же направлении. Шнеки помещены в неподвижный корпус – баррель. Эта пара шнеков приводится во вращение электродвигателем через двухступенчатый редуктор.

Аппарат может применяться как для химических процессов (например, отбелки и промывки), так и для предразмола массы. Технология Bi-Vis может использоваться для обработки хвойных и лиственных волокон, волокон однолетних растений, таких как солома, кенаф и багасса, текстильных волокон – хлопка, льна, конопли, а также макулатурной массы. Аппарат отличается низким потреблением энергии, небольшими монтажными и эксплуатационными затратами, хорошей управляемостью процесса. Представляет интерес использование этого аппарата для рубки текстильных волокон (например, хлопка) перед основным размолом, так как ранее эта операция выполнялась в размалывающих машинах периодического действия (например, в роллах или специальных гидроразбивателях высокой концентрации).

В табл. 1 приведены результаты сравнения качества хлопковой массы, переработанной по традиционной технологии и по новой технологии с применением аппарата Bi-Vis, а также документной бумаги из нее.

Технология Bi-Vis обеспечивает при автоматизированном непрерывном процессе высокие качественные показатели массы и бумаги, снижает удельный расход электроэнергии до 40 %, расход воды на промывку со 100 до 7,5 м³ на 1 т а.с. волокна и т.д.

Рис.6 – Устройство двухшнекового аппарата Bi-Vis:

1 – выход отработанной жидкости; 2 – выход размолотого материала; 3 – подшипники; 4 – шнеки; 5 – крышка корпуса; 6 – подача химикатов; 7 – вход размалываемого материала; 8 – редуктор; 9 – электродвигатель

Рекомендуемые материалы

Таблица 1

Техническая эффективность шнекового аппарата Bi-Vis при размоле хлопковой целлюлозы

НЕПРЕРЫВНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОПКОВОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ НА ДВУХ АППАРАТАХ «БИВИС»

Известен следующий непрерывный способ получения хлопковой целлюлозы (ХЦ) на двух аппаратах Бивис. Существующая технология состоит из следующих стадий: сухая механическая очистка, варка в аппарате «Бивис-1», отлежка, отбелка в аппарате «Бивис-2», отлежка, промывка и отжим.

Для получения качественной ХЦ основное внимание всегда уделяется на способы разрушения и удаления нецеллюлозных примесей, содержащихся в хлопковом линте (ХЛ) на различных стадиях его переработки, т.к. неравномерное протекание процесса получения ХЦ приводит к получению неоднородного продукта недостаточно высокого качества.

Высокая чистота ХЦ достигается, как правило, за счет ужесточения режимов ее получения. Обработка ХЛ щелочью, кислотой, сильными окислителями ведет к структурно-химическим, физико-механическим изменениям целлюлозы, накоплению пылевой фракции, что приводит в свою очередь к ухудшению таких показателей как прочность, относительное удлинение. При мягких условиях обработки эти изменения не существенны, при жестких – возможны глубокие изменения и как результат этого – низкое качество ХЦ.

Непрерывный способ получения ХЦ в силу своих особенностей позволяет изменять ограниченное число параметров технологического процесса, а в условиях, когда все стадии процесса получения ХЦ компьютеризированы и управление осуществляется автоматически – еще меньше. Так температура варки и отбелки ХЦ поднимается самопроизвольно за счет процессов сжатия и трения при прохождении волокна через шнеки аппарата. Время процесса, т.е. время нахождения линта (бученной целлюлозы) в аппарате зависит от его конструкции и не может регулироваться извне.

Повышение чистоты конечного продукта можно обеспечить за счет изменения расхода химикатов, а также времени отлежки целлюлозы.

Качественные показатели образцов ХЦ, полученных при обработке растворами щелочи при расходе 3 и 5% отличаются незначительно. Этот фактор можно учитывать на производстве при использовании линта высшего класса засоренности и среднего класса с засоренностью до 8%. Для ХЛ, имеющих невысокую засоренность, с целью экономии химикатов и повышения рентабельности производства, при варке можно использовать щелочь с расходом 3%.

Обработка линта раствором щелочи в Бивисе-1 осуществляется в течение 13 сек. Далее щелочная масса подается на выдержку (отлежку) в течение часа.

Увеличение времени отлежки до 90 мин незначительно увеличивает массовую долю альфа-целлюлозы и чистоту, поэтому увеличение продолжительности выдержки ХЦ невыгодно. Уменьшение времени отлежки до 30 мин не обеспечивает достаточную чистоту целлюлозы. Таким образом, оптимальным временем выдержки целлюлозы после варки на этом предприятии является 60 мин.

Отбелка целлюлозной массы пероксидом водорода производится в одну стадию. При повышении концентрации массы резко возрастает скорость отбелки. Преимуществом отбелки массы высокой концентрации являются меньшие производственные площади, сокращение времени обработки массы.

Известно, что увеличение концентрации отбеливающего реагента приводит к росту степени белизны. В основном зависимость между степенью белизны и количеством пероксида водорода не является линейной. Необходимо в каждом конкретном случае решать вопрос о целесообразности повышения расхода пероксида водорода для увеличения белизны. При концентрации пероксида водорода выше 3% наблюдается более заметное увеличение белизны, однако повышается стоимость отбелки.

Пероксид водорода очень чувствителен даже к незначительным количествам ионов тяжелых металлов, органических соединений и различных загрязнений, которые всегда имеются в наличии в волокне, химикатах, технологической воде и которые являются катализаторами разложения пероксида водорода. Для увеличения степени белизны целлюлозы в отбеливающий раствор могут вводить стабилизатор пероксида водорода. Использование стабилизатора пероксида водорода может привести к повышению степени белизны на 3-5%. При этом значения  а-целлюлозы и СП практически не изменяются.

Таким образом, анализ работы этого предприятия следующий:

- увеличение расхода щелочи в процессе варки способствует увеличению альфа-целлюлозы и чистоте ХЦ. При использовании ХЛ с засоренностью менее 8% можно снизить расход щелочи до 3 % .

- при увеличении расхода пероксида водорода с 3 до 5% , прирост степени белизны составляет 4-7%, а СП уменьшается на 10-12%.

- при изучении времени отлежки целлюлозной массы было определено, что оптимальной продолжительностью отлежки является время 60 мин.

-использование в процессе отбелки стабилизатора пероксида водорода способствует увеличению белизны ХЦ на 3-5%

Совмещенная варка и отбелка

В настоящее время технология получения хлопковой целлюлозы сводится к совмещенной варке и перекисной отбелки в одну стадию, позволяющих получить целлюлозу требуемого качества и исключить хлорсодержащие реагенты с одновременным решением экологических проблем производства.

Совмещенную варку и отбелку можно проводить при модуле 1:10. Факторами процесса являются: температура и продолжительность отбелки, рН, концентрация щелочи, расход пероксида водорода и силиката натрия (может не использоваться при больших расходах перекиси).

При повышении содержания химических реагентов в растворе происходит снижение вязкости целлюлозы. Наиболее сильное влияние на деструкцию целлюлозы оказывает количество щелочи в растворе. Резкое снижение вязкости происходит при концентрациях до 5 г/л. Дальнейший рост содержания щелочи не вызывает значительного снижения вязкости.

Для получения максимальной белизны содержание щелочи 4…6 г/л является оптимальным (при прочих равных условиях). Из литературы известно, что если щелочи мало, то она быстро связывается органическими кислотами; в результате отбелка становится не эффективна. При избытке щелочи она усиленно поглощается волокнами, что приводит к потемнению массы. Известно также, что избыток щелочи способствует разложению пероксида водорода, а это также может влиять на падение белизны в области высоких концентраций.

Присутствие силиката натрия оказывает заметное влияние на белизну и вязкость целлюлозы при низком содержании отбеливающего агента в растворе. В этом случае активизирующее и стабилизирующее действие силиката проявляется наиболее четко. Рост концентрации силиката натрия до 20 % от массы линта при прочих равных условиях позволяет повысить белизну до 80 %. В растворах с более высоким содержанием пероксида белизна доходит до 90…92 %, но влияние силиката натрия на белизну менее заметно.

Отбелку проводят в щелочной среде, так как в этом случае преобладает распад пероксида водорода с образованием пероксидных ионов, что увеличивает эффективность отбелки, особенно если рН среды в начале составляет 10…11 и постепенно падает до 8…9 в конце отбелки.

На рисунке 7 показано снижение рН варочного раствора от первоначального значения в зависимости от температуры и продолжительности процесса отбелки при концентрации щелочи 5 г/л, расходе пероксида водорода 4% от массы линта.

Рис. 7- Зависимость снижения рН среды от продолжительности и температуры совмещенного способа варки и отбелки при концентрации NaOH 5 г/л, расход Н₂О₂ - 4% от массы линта. Температура, °С: 1 - 90; 2 - 100; 3 - 110; 4 - 130; 5-150

В первые 30-60 мин наблюдается снижение рН среды, тем больше, чем выше температура отбелки, в дальнейшем процесс снижения рН замедляется.

Для поддержания необходимого рН среды во время процесса перекисной отбелки можно добавлять силикат натрия. Являясь стабилизатором пероксида водорода, силикат натрия дополнительно выступает в качестве буферного раствора и постепенно высвобождает щелочь, поддерживая рН на желаемом уровне.

Однако, как уже было сказано выше, щелочность не должна выходить за определенные пределы, так как при этом степень белизны массы понижается, что наблюдается при использовании растворов с содержанием щелочи более 6 г/л.

"Специфика работы детского практического психолога,связанная с возрастными особенностями психики ребенка" - тут тоже много полезного для Вас.

Таким образом, рН раствора 13…10 в начале и 10 в конце процесса можно считать оптимальной величиной. Можно предположить, что вышеуказанным значениям рН соответствует максимальная белизна целлюлозы.

В таблице 2 представлены качественные показатели хлопковых целлюлоз, полученных при различных режимах совмещенной варки и отбелки.

Таблица 2

Таким образом, оптимальными условиями проведения совмещенного способа варки и перекисной отбелки являются концентрация щелочи 4…6 г/л, расход пероксида водорода 4…6% от массы линта и силиката натрия 5…10% от массы линта.