Изобретение относится к способам выпуска отработанных варочных растворов и к способам производства крафт-целлюлозы. Иными словами, данное изобретение относится к рециркуляции использованной варочной жижи из прерывистого варочного процесса и преимущественной утилизации активных сухих твердых веществ и тепла при удалении из жижи вредного мыла.
В известном способе варки крафт-целлюлозной пульпы целлюлозный материал (наиболее удобно в форме древесной щепы) обрабатывают при повышенных температурах щелочной варочной жижей, содержащей соду и натрий-водород сульфид. Свежая неорганическая варочная жижа называется далее белым раствором, а отработанная жижа, содержащая растворенный древесный материал, черным раствором.
С самого начала истории варки крафт-целлюлозы и до настоящего времени, одной из главных целей является экономия энергии, требуемой для нагрева щепы и химикатов. Широко применяются методы регенерации тепла в конце процесса варки, которое затем может быть использовано для начала процесса, при смешивании щепы и химикатов. При непрерывном процессе варки это производится посредством нагрева щепы вторичным паром, полученным от горячего черного раствора. В прерывистом процессе варки наиболее эффекитивным оказалось использование горячего черного раствора, во-первых, в качестве прямой нагревательной среды при закачке его в дайджестер, и во-вторых, для нагрева белого раствора посредством теплообменников.
При этом типе прерывистой варки с малым расходом энергии были предложены несколько способов регенерации энергии. Некоторые из них получили воплощение в промышленном масштабе.
Наиболее близким способом к известному уровню техники является способ, описанный в патенте США 4578149. В изобретении по этому патенту горячий черный раствор перемещается из верхней части варочного котла в специальный аккумулятор посредством перекачки промывающего фильтрата в донную часть котла. Это перемещение в аккумулятор продолжают, пока термическое смещение не покажет явного падения температуры, после чего раствор перекачивают в отдельный резервуар с более низкой температурой. Регенерация тепла осуществляется сначала закачкой черного раствора с более низкой температурой в следующую партию для варки, а затем закачкой горячего черного раствора из аккумулятора, а также горячего белого раствора, нагретого за счет теплообмена с горячим черным раствором, в следующую партию для варки. В этом процессе дайджестер доводится до температуры примерно на 20oC ниже конечной температуры варки. Так поставляется основная часть энергии, которая поступает от горячего пара для нагрева раствора в обычном прерывистом процессе варки. В общем, эту технологию можно назвать технологией "двухрезервуарного процесса" ( один резервуар -аккумулятор черного раствора для "горячего" раствора, а другой - резервуар для раствора с более низкой температурой).
Развитие прерывистых процессов варки таким образом отличается усовершенствованием в части экономии энергии. Однако в известных работах, описанных в литературе очень мало внимания уделялось таким важным аспектам технологии варки, как непостоянство свойств восстановленного черного раствора, получение одинаковых условий варки, однородного качества пульпы, и чувствительности этих операций к возмущениям в них. В качестве примера можно привести такую критическую операцию, как удаление мыла, которое выделяется из черного раствора, даже не упоминающуюся в литературе известного уровня техники по прерывистой варке пульпы. Если же упустить эти вопросы, то получится повторение затруднений при запуске и эксплуатации установок для небольших варочных котлов, а также работа в режимах, далеких от оптимальных, что вызывает возмущения, потери продукции и неустойчивость качества варки и качества пульпы.
По данному изобретению эти и другие задачи были решены разработкой способа вывода отработанного раствора из варочного котла для прерывистой варки, содержащего сваренный материал, содержащий лигноцеллюлозу в отработанном варочном растворе, имеющего заданную температуру и содержание твердых сухих компонентов.
Способ включает подачу первой части промывочной жидкости в котел, чтобы вытеснить первую часть отработанного варочного раствора из котла, причем первая порция отработанного варочного раствора имеет температуру и содержание сухих веществ, в основном соответствующие заданной температуре и содержанию твердых веществ.
Способ также включает подачу второй порции промывочной жидкости в варочной котел, чтобы вытеснить вторую порцию отработанного варочного раствора из котла, причем вторая порция имеет температуру и содержание сухих твердых веществ существенно меньше, чем заданная температура и содержание сухих твердых веществ.
И наконец, способ вкючает содержание первой и второй порций отработанного варочного раствора отдельно друг от друга.
По одному воплощению способа данного изобретения заданная температура является варочной температурой для прерывистого процесса, а температура, существенно более низкая, чем заданная температура, является температурой кипения варочного раствора при атмосферном давлении.
По этому воплощению изобретения способ содержит контроль содержания сухих твердых веществ отработанного варочного раствора, чтобы определить, когда закончено получение первой порции отработанного варочного раствора.
По другому воплощению изобретения способ содержит контроль температуры отработанного варочного раствора, чтобы определить, когда закончено получение второй порции отработанного варочного раствора.
По третьему воплощению изобретения, способ содержит использование первой порции отработанного варочного раствора в качестве нагревательного раствора для варки следующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу.
В другом воплощении, способ по изобретению включает использование второй порции отработанного варочного раствора в качестве источника тепла для варки последующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу. В предпочтительном воплощении этот способ содержит передачу второй порции отработанного варочного раствора в резервуар, поддерживаемый при атмосферном давлении.
По одному воплощению изобретения, способ содержит подачу третьей порции промывочной жидкости в котел, причем третья порция отработанного варочного раствора имеет температуру ниже, чем температура кипения варочного раствора при атмосферном давлении.
По данному изобретению был также найден способ производства крафт-целлюлозы в прерывистом процессе, включающем подачу материала, содержащего лигноцеллюлозу в прерывисто работающий варочный котел, пропитывание, предварительную обработку и нагрев материала, содержащего лигноцеллюлозу, посредством добавления отработанного варочного раствора и/или свежего щелочного варочного раствора в прерывисто работающий котел, варку содержащего лигноцеллюлозу материала при заданной температуре варки, чтобы получить проваренный материал, содержащий лигноцеллюлозу, имеющий заданную температуру и содержание твердых веществ, выпускания отработанного варочного раствора из прерывисто работающего варочного котла посредством подачи первой порции промывочной жидкости в котел с вытеснением первой порции отработанного варочного раствора из котла, причем первая порция отработанного варочного раствора имеет температуру и содержание сухих твердых веществ, в основном соответствующие заданным температуре и содержанию, подачи второй порции промывочной жидкости в котел для вытеснения второй порции отработанного варочного раствора из котла, причем вторая порция отработанного варочного раствора имеет температуру и содержание сухих твердых веществ существенно ниже заданных параметров, содержание первой и второй порций отработанного варочного раствора отдельно друг от друга, использование первой порции отработанного варочного раствора для предварительной обработки и нагрева материала, содержащего лигноцеллюлозу, следующей партии и, использование второй порции отработанного варочного раствора для подачи тепла к следующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу.
В предпочтительном воплощении этого способа по изобретению способ содержит перевод второй порции отработанного варочного раствора после отдачи тепла следующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу, в резервуар раствора, поддерживаемый при атмосферном давлении. Предпочтительно этот способ содержит отделение и удаление мыла, содержащегося во второй порции отработанного варочного раствора в резервуаре, более предпочтительно резервуар содержит первичный отсек и вторичный отсек в жидком контакте друг с другом, и способ включает передачу второй порции отработанного варочного раствора во вторичный отсек резервуара. В наиболее предпочтительном варианте этот способ включает отделение и удаление мыла из второй порции отработанного варочного раствора во вторичном отсеке резервуара.
По одному варианту изобретения, способ включает утилизацию второй порции отработанного варочного раствора для пропитывания материала, содержащего лигноцеллюлозу, в последующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу. В предпочтительном воплощении этот способ включает утилизацию второй порции отработанного варочного раствора из второго отсека резервуара для пропитывания материала, содержащего лигноцеллюлозу, в последующей партии материала, содержащего лигноцеллюлозу.
По другому варианту воплощения этого изобретения, способ включает утилизацию второй порции отработанного варочного раствора для предварительного подогрева свежего щелочного варочного раствора, подаваемого в варочный котел в следующую партию материала, содержащего лигноцеллюлозу.
В другом воплощении этот способ включает подачу третьей порции промывочной жидкости в варочный котел, чтобы вытеснить третью порцию отработанного варочного раствора из котла, причем третья порция отработанного варочного раствора имеет температуру ниже точки кипения варочного раствора при атмосферном давлении. В предпочтительном варианте промывочная жидкость содержит фильтрат из последующей промывочной установки для крафт-целлюлозы.
В общем случае данное изобретение таким образом предусматривает преодоление недостатков известного уровня техники для прерывистой варки крафт-целлюлозы с малым потреблением энергии посредством процесса для получения крафт-целлюлозы, который используют три резервуара, предназначенных для определенных черных жиж, новую последовательность рециркуляции раствора и удаление мыла в оптимальном месте процесса.
Чтобы дать соответствующее описание данного изобретения и сравнение с известным уровнем техники, важно точно понять, что происходит при конечном вытеснении сверху варочного котла при использовании промывочного фильтра. Для лучшего понимания ниже приводим подробное описание, относящееся к чертежам, где на фиг. 1 представлено графическое изображение изменения температуры и концентрация сухих твердых материалов в вытесняемом черном растворе, выходящем из варочного котла; на фиг. 2 графическое изображение концентрации мыла при вытеснении для прерывистой варки крафт-целлюлозы в функции заканчиваемого объема промывочного фильтра в процентах от объема варочного котла; на фиг. 3 графическое изображение остаточной концентрации щелочи в горячей черной загрузке варочного котла; на фиг. 4 схематичное представление резервуаров и последовательности передачи жидкости по способу данного изобретения.
Обратимся сначала к фиг. 1, на которой показаны ход температуры и концентрации сухих твердых материалов в вытесняемом черном растворе, уходящем из варочного котла. Особенно важно для понимания изобретения определить характерные объемы в процентах, описывающие различные аспекты объема жидкости, заполняющей котел.
На фиг 1: Vtot обозначает полный объем пустого котла, Vvoid объем котла, который не заполнен щепой, V chip объем щепы. Поэтому можно написать
Vvoid Vtot Vchip
Vlig объем, характеризующий способность котла вмещать жидкость, обозначает сумму объема жидкости в котле и объема жидкости, пропитывающей щепу, или можно написать
Vlig Vtot Vsolid phase
На фиг. 1 полный объем котла Vtot обозначен 100% Способность котла вмещать жидкость равна Vtot минус объем твердой фазы (или волокнистого материала), которая обычно составляет 90% ( конечная консистенция пульпы в гидравлически заполненном прерывисто работающем котле составляет примерно 10% таким образом остальные 90% жидкость).
На фиг. 1 свободный объем котла Vvoid является объемом, не заполненным щепой, т.е. полный объем минус объем щепы, и обычно составляет 60% (Эти 60% объема свободной жидкости следует из того факта, что щепа мягких пород дерева, заполняющая прерывисто работающий котел, обычно составляет примерно 160 кг абсолютно сухого древесного твердого материала на кубометр объема котла. Удельная плотность древесины мягких пород примерно 0,4 кг/л, что дает заполненный деревом объем примерно 0,4 м3 на кубометр объема котла, поэтому 0,6 кубометра остается для жидкости. Конечно, эта цифра колеблется в зависимости от степени упаковки щепы и удельной плотности древесины.
При закачке более холодного промывочного фильтра, температура которого ниже точки кипения, или составляет примерно 85-90oC, а содержание сухих твердых веществ 12% в районе дна котла, черный раствор, вытесняемый сверху, будет иметь свойства, имеющиеся в зависимости от объема фильтра, закачанного в котел.
После закачки примерно 60% от полного объема Vtot котла свободный объем почти полностью заменяют промывочным фильтром, который, следовательно, начнет вытекать из котла. Эта точка (точка перехода 1) видна на кривой "вытеснение сухих твердых материалов" (DS), показанной на фиг.1, которая затем быстро падает, сходя к содержанию твердого вещества в промывочном фильтре, так как диффузия сухих твердых веществ из щепы в жидкость является медленным процессом. Уровень концентрации промывочного фильтра впервые достигается только после продленного объема вытеснения, т.е. при 130-140% полного объема котла. Однако в точке перехода 1 температура раствора, выходящего из котла, еще близка к варочной температуре быстрой теплопередачи, которая происходит из внутреннего объема щепы, где находится почти неподвижная жидкость, в подвижную жидкость свободного объема.
После закачки примерно 90% Vtot, вытесненный объем примерно равен 100% способности котла вмещать жидкость, и внутреннее тепло щепы почти полностью перешло в соответственно нагревающийся промывочный фильтрат. Эта точка (точка перехода 2) видна на "кривой температурного вытеснения" (TEMP), показанной на фиг. 1, которая быстро спадает, приближаясь к температуре промывочного фильтра.
На фиг. 2 показана зависимость концентрации мыла при конечном вытеснении крафт-целлюлозы из котла, работающего в прерывистом режиме, от объема закачанного фильтра в процентах от полного объема котла Vtot. Важно отметить противоположный ход кривой концентрации мыла вследствие того, что промывочный фильтрат имеет высокую концентрацию мыла, т.е. примерно 2 г/л, что приводит к росту концентрации мыла в растворе, уходящем из котла в точке перехода 1, когда фильтрат начинает прорываться наружу. При дальнейшем вытеснении раствора с увеличением выходящей части промывочного фильтрата, эта концентрация приближается к концентрации мыла в промывочном фильтрате.
По известному уровню техники, вытесняемый черный раствор идет в аккумулятор горячего черного раствора по данным термического вытеснения, т.е. момент передачи в аккумулятор более низкой температуры определяют по точке перехода 2. Эта процедура очевидно эффективно регенерирует тепло, но она не выдерживает постоянного качества черного раствора. С ходом вытеснения за 60% полного объема Vtot кривая содержания сухого твердого вещества резко падает. При достижении 90% полного объема содержание сухих твердых веществ уменьшается практически до содержания в промывочном фильтре. В результате этого концентрация полезных варочных химикатов и особенно остаточной щелочи и серы в конце скачивания горячего черного раствора становится очень низкой. Этот разделенный раствор, однако, попадает в аккумулятор горячего черного раствора, а так как он используется для варки последующих партий, то эта варка идет в условиях изменяющегося химического состава раствора, что сказывается на степени варки и качестве пульпы. Также в аккумуляторе горячего черного раствора одновременно оказываются большие количества нежелательного мыла.
На фиг. 3 показана концентрация остаточной щелочи, измеренная на входящих загрузках раствора в промышленный прерывисто действующий котел для варки крафт-целлюлозы на установке, работающей по процессу известного уровня техники. Оттуда видно, что концентрация остаточной щелочи беспорядочно колеблется между примерно 10 и 17 г эффективной щелочи на литр, как и можно ожидать по данным фиг. 1, т.е. концентрация сухих твердых веществ может меняться между примерно 11,5 и 21%
На фиг. 4, представлена последовательность наполнения резервуаров и передача раствора по предлагаемому изобретению. В конце варки крафт-целлюлозы вытеснение раствора из котла закачкой промывочного фильтра E в нижнюю часть котла ведется до первой точки перехода (см. фиг.1), при этом удаляется в основном весь концентрированный горячий раствор при температуре варки и давлении из объема свободной жидкости. Этот вытесненный раствор переваривается как B1 и передается в резервуар черного раствора 1 в точке B. Точный объем который может быть запасен наиболее целесообразно определяется по результатам измерения концентрации сухих твердых веществ в вытесненном растворе, выходящем из верхней части котла обычными анализаторами сухого твердого вещества. После обнаружения четкого падения концентрации сухих твердых веществ, вытесняемый раствор подается на вход второго резервуара черного раствора 2, пока не будет достигнута температура, близкая к точке кипения в атмосферных условиях. Этот вытесняемый раствор назван 1 и таким образом он запасается. Эта конечная точка заметно дальше, чем точка перехода 1 (см. фиг. 1), которая соответствует вытесненному объему, при котором тепло в объеме жидкости переходит к вытесняемому промывочному фильтрату. Это значит, что все тепло использовано. Чтобы дальше промывать пульпу, подача промываемого фильтра может быть продолжена, и соответствующая вытесненная жидкость A1 подается в резервуар 3 черного раствора под атмосферным давлением в точке AB.
Следует заметить, что при работе по этому способу, первая порция черного раствора B1 находится при температуре варки и имеет содержание сухих твердых веществ как в конце варки. Никакая технология по известному уровню техники не может выполнить эти два важных требования по чистоте в одном резервуаре, предназначенном только для этого раствора. С другой стороны, второй запасаемый черный раствор 1 содержит разжижающий промывочный фильтрат, который начинает прорываться в точке перехода 1. Важно отметить, что черный раствор 1 имеет переменное качество, а также содержит большую часть мыла, так как концентрация мыла (см. фиг.1) первый раз увеличивается, когда начинает промываться фильтрат в черный раствор после точки перехода 1. Никакая технология по известному уровню техники не может выделить одну порцию черного раствора в отдельном резервуаре, который содержит всю переменную составляющую в содержании сухих и твердых веществ и в температуре, и по выбору более высокое содержание мыла. Смешанный раствор в резервуаре черного раствора 2 используется исключительно для нагревания белого раствора и теплой воды в теплообменнике, и затем закончит свой путь в резервуаре черного раствора 3, отсек S, чтобы дальше использоваться в качестве черного раствора для пропитки AA.
Резервуар 3 и его отсек S имеют теперь важную роль в варке крафт-целлюлозы. То есть, функция приемного отсека S -это удалить определяющее мыло от охлажденной и освобожденной от давления черного раствора из резервуара 2, и изолировать черный раствор малым содержанием мыла для щелей пропитки. Отсек S соединен с главным отсеком резервуара 3 трубой, которая простирается из области дна, чтобы предотвратить проход мыла в другую сторону или другой отсек. Никакая технология известного уровня техники не в состоянии отделять мыло от возвращенного черного раствора и по выбору подавать черный раствор с малым содержанием мыла обратно в процесс. Практический опыт в промышленных процессах показал, что удаление мыла в этом месте последовательности операций над черным раствором имеет большое значение. К тому же этот тип двухрезервуарной регенерации тепла должен, по самой своей природе, проходить под давлением, и поэтому эффективно предотвращает удаление из него мыла. В результате, технология по известному уровню техники сопровождается повторяющимися проблемами в работе, когда собравшееся мыло в резервуарах черного раствора подается в котел, вызывая большие затруднения в поддержании циркуляции в котле и снижая эффективность операций по вытеснению жидкости.
По данному изобретению варка крафт-целлюлозы начинается с заполнения котла щепой, заполнения и пропитки щепы черным раствором AA с малым содержанием мыла из приемного отсека в резервуар черного раствора 3, чтобы полностью пропитать щепу черным раствором. Предпочтительно использование слива A2 обратно в резервуар 3 в точке AB, чтобы удалить воздух и первичный разжиженный материал. В ходе пропитки предпочтительна довольно низкая температура, ниже точки кипения, так как пропитка при более высокой температуре слишком быстро заберет остаточную щелочь, что приведет к пропитке черным раствором с нулевым содержанием остаточной щелочи, что в свою очередь повысит брак и неоднородность варки. Это фактически является другим выгодным признаком изобретения, так как черный раствор AA принципиально имеет нужную для пропитки температуру, в противоположность известному уровню техники, где предпочитают подавать его для пропитки при температуре, значительно превышающей точку кипения.
Этап пропитки черным раствором заканчивается герметизацией и подъемом давления в котле, чтобы предотвратить вспышки во время последующих этапов, которые вводят более высокотемпературные жидкие компоненты. По данному изобретению, процесс варки крафт-целлюлозы продолжается посредством закачки горячего черного раствора B из резервуара 1. В отличие от известного уровня техники черный раствор из резервуара 1 находится при постоянной температуре и с постоянной концентрацией сухих твердых веществ, что облегчает получение идентичных зарядок черным раствором от варки к варке. Это чрезвычайно важно, потому что этап работы с горячим черным раствором имеет большое химическое влияние на древесину и управляет селективностью и кинетикой варки в главной фазе варки с белым раствором. По известному уровню техники эффектом горячего черного раствора пренебрегли и большая часть степени реакции и переменности в качестве пульпы может быть объяснена неуправляемыми свойствами качества черного раствора.
Поэтому в случае варки крафт-целлюлозы с малыми затратами энергии особенно благотворно скомбинировать данное изобретение с новым методом варки крафт-целлюлозы, предлагаемым заявкой на патент США N 563 438 и заявкой на патент Финляндии N 90,0663, раскрытия которых введены в данное изобретение за счет ссылки, используя преимущества хорошо управляемого процесса обработки черного раствора для более эффективной варки и улучшенного качества пульпы.
Охлажденный черный раствор A3, который вытеснен горячим черным раствором, проводится в резервуар 3 в точке AB для выдачи затем на выпаривающую установку с целью возврата из раствора варочных химикатов.
Последовательность варки продолжается закачкой горячего белого раствора из резервуара хранения C, и меньшего количества горячего черного раствора, во-первых, одновременно с горячим белым раствором, чтобы получить возможно больше тепла и развести очень высокое содержание щелочи свежего белого раствора и, во-вторых, после подачи белого раствора, чтобы промыть трубопроводы. Полное количество горячего черного раствора B, потребляемое в этой последовательности, соответствует объему восстановленного горячего черного раствора B1 из предыдущей варки. Вытесненный раствор 2 с температурой выше точки кипения при атмосферном давлении, проводится в резервуар горячего черного раствора 2.
После описанной выше процедуры загрузки температура котла сравнительно близка к конечной температуре варки. Окончательный нагрев осуществляется обычным образом, прямым или косвенным обогревом. После того как реакция варки прошла до желаемой степени, партия целлюлозы готова к вытеснению фильтратом E, как описано в начале. Последовательность теперь может повториться.
Хотя изобретение здесь было описано по конкретным воплощениям, следует понимать, что эти воплощения являются лишь иллюстрацией принципов и применений данного изобретения. Поэтому следует понимать, что могут быть произведены многочисленные модификации этих воплощений и придуманы другие устройства без отхода от существа и объема данного изобретения, как оно определено в формуле изобретения.
Изобретение относится к способам выпуска отработанного варочного раствора из работающего прерывисто варочного котла, имеющего сваренный материал, содержащий лигноцеллюлозу, в отработанном варочном растворе, включающим подачу первой порции промывочной жидкости в варочный котел для вытеснения первой порции отработанного варочного раствора при температуре и содержании сухого твердого материала, которые практически соответствуют температуре и содержанию сухих твердых материалов отработанного варочного раствора в конце варки партии; подачу второй порции промывочной жидкости в варочной котел для вытеснения второй порции отработанного варочного раствора, имеющего температуру и содержание сухих твердых материалов существенно ниже, чем в отработанном варочном растворе; хранение первой и второй порций отработанного варочного раствора отдельно друг от друга. Также раскрыты способы производства крафт-целлюлозы в прерывистом процессе варки в варочном котле с использованием этого способа, 2 с. и 14 з.п.ф-лы, 4 ил.
| Патент США N 4578149, кл | |||
| Выбрасывающий ячеистый аппарат для рядовых сеялок | 1922 |
|
SU21A1 |
