УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 1999 года по МПК D21C3/22 D21C7/00 

Изобретение относится к технике для производства целлюлозы и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности.

Известны устройства, включающие варочный реактор, в котором находятся сульфатный щелок и лигноцеллюлозный материал. Циркуляция щелока осуществляется насосом через подогреватель (см., например, Ю.Н.Непенин " Технология целлюлозы ", т. 2, " Производство сульфатной целлюлозы ", М., 1990 г., с 141).

Недостатком этого устройства является то обстоятельство, что оно не обеспечивает окисление сульфатного щелока и, соответственно, перевод сульфида в полисульфиды. В связи с этим выход конечного продукта недостаточен.

Известны также устройства для изготовления целлюлозы, содержащие варочный реактор, в котором находится варочный раствор - сульфатный щелок и лигноцеллюлозный материал, а также источник постоянного тока и электроды, контактирующие с сульфатным щелоком в специальной камере (см., например, " Химия древесины ", изд. Академии наук Латвийской ССР, Рига, 1979 г., N 5, с. 37-38). Циркуляция сульфатного щелока из варочного реактора в камеру для обработки осуществляется посредством насоса. В процессе обработки происходит воздействие на щелок электрическим постоянным током, в результате чего имеет место электрохимическое окисление варочного раствора. Продукты окисления сульфида - элементарная сера и полисульфиды - являются активной формой "сернистого" катализатора сульфатной варки.

Данное устройство принято за прототип настоящего изобретения. Его недостатком являются большие затраты электроэнергии; для эффективной работы устройства необходимо применение катализаторов, например, ферроцианида калия, имеющих весьма высокую стоимость. В процессе окисления варочного щелока катализаторы должны регенерироваться. Значительная их часть попадает в промышленные стоки. В связи с этим необходима соответствующая очистка, или происходит загрязнение окружающей среды.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи снижения энергопотребления в процессе работы устройства, а также обеспечение его эффективной работы без применения катализаторов.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в устройстве для изготовления целлюлозы, содержащем варочный реактор, в котором находятся сульфатный щелок и лигноцеллюлозный материал, источник постоянного тока и электроды, контактирующие с сульфатным щелоком, параллельно источнику постоянного тока подключен конденсатор, а контактирующие с сульфатным щелоком электроды выполнены с образованием искрового промежутка; между конденсатором и искровым промежутком включен коммутатор; устройство может быть снабжено двумя катушками индуктивности и дополнительным искровым промежутком, который включен последовательно с основным искровым промежутком, одни концы катушек индуктивности подсоединены между дополнительным искровым промежутком и конденсатором, при этом второй конец одной из катушек индуктивности подсоединен между основным и дополнительным искровыми промежутками, а второй конец другой катушки индуктивности подсоединен между коммутатором и основным искровым промежутком; устройство может быть снабжено одной катушкой индуктивности, дополнительным конденсатором и дополнительным искровым промежутком, который включен последовательно с основным искровым промежутком, при этом дополнительный конденсатор подсоединен параллельно дополнительному искровому промежутку, катушка индуктивности одним концом подсоединена между дополнительным искровым промежутком и конденсатором, а вторым концом подсоединена между коммутатором и основным искровым промежутком.

Заявителем не установлены какие-либо источники информации, которые содержали бы сведения о технических решениях, идентичных заявленному. Это позволяет, по мнению заявителя, сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

Реализация отличительных признаков заявленного устройства (вместе с признаками, указанными в ограничительной части формулы изобретения) обусловливает новые свойства объекта. На жидкую среду - сульфатный щелок осуществляется воздействие импульсными электрическими разрядами. При этом в жидкости сначала происходит микроэлектролиз и осуществляется начальное окисление сульфидов. Затем в жидкости происходит тепловой пробой и возникает электрическая дуга. В результате этого образуется озон, который резко повышает интенсивность окислительного процесса. В месте теплового пробоя возникает парогазовый пузырь, который сначала увеличивается в объеме, так как внутри него возрастает давление, а затем через некоторое время схлопывается. Происходит гидравлический удар, акустические волны распределяются по всему объему жидкости, что существенно улучшает циркуляцию и интенсифицирует массообмен сульфатного щелока. Это дополнительно повышает интенсивность процесса окисления сульфида.

Благодаря акустическим волнам улучшается пропитка лигноцеллюлозного материала, находящегося в сульфатном щелоке.

Реализация отличительных признаков изобретения обеспечивает весьма высокую интенсивность процесса окисления сульфатного щелока с образованием полисульфидного раствора, при котором имеет место высокий выход конечного продукта и исключается необходимость применения катализаторов. Кроме того, существенно снижается расход электроэнергии.

Заявителем не выявлены какие - либо сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Указанное обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг. 1 - принципиальная схема устройства;
на фиг. 2 - вариант устройства по п.3 формулы изобретения;
на фиг. 3 - вариант устройства по п.4 формулы изобретения.

Устройство содержит варочный реактор 1. Внутри варочного реактора 1 находится сульфатный щелок 2 с лигноцеллюлозным материалом 3, в конкретном примере - древесной щепой. Источником постоянного тока является выпрямитель 4. Электроды выполнены с образованием искрового промежутка 5 и контактируют, в конкретном примере, с сульфатным щелоком 2 внутри варочного реактора 1, однако возможно осуществление контакта электродов с сульфатным щелоком в отдельной камере, сообщающейся с варочным реактором 1. Параллельно выпрямителю 4 подключен высоковольтный импульсный конденсатор 6. В цепь между конденсатором 6 и искровым промежутком 5 может быть включен коммутатор 7. В варианте устройства, изображенном на фиг. 2, оно снабжено двумя катушками индуктивности - 8 и 9, а также дополнительным искровым промежутком 10, который включен последовательно с искровым промежутком 5 и также находится внутри варочного реактора 1. Одни концы обеих катушек индуктивности подсоединены между дополнительным искровым промежутком 10 и конденсатором 6. Второй конец катушки индуктивности 8 подсоединен между искровыми промежутками 5 и 10, а второй конец катушки индуктивности 9 подсоединен между коммутатором 7 и искровым промежутком 5.

В варианте устройства, изображенном на фиг. 3, вместо катушки индуктивности 8 включен дополнительный конденсатор 11.

Устройство работает следующим образом. Зарядное устройство 4 заряжает конденсатор 6 до напряжения 20-25 кВ. Коммутатор 7 автоматически через заданные интервалы времени соединяет конденсатор 6 с искровым промежутком 5. Происходит разряд конденсатора 6 через искровой промежуток 5. При этом сначала возникает микроэлектролиз сульфатного щелока с образованием первичных соединений полисульфидов. Затем происходит тепловой пробой и появляется электрическая дуга. Образуется озон, способствующий дополнительному интенсивному окислению сульфидов и переводу их в полисульфиды и другие серосодержащие соединения.

В месте теплового пробоя возникает пузырь, содержащий водяной пар, кислород, озон и другие газы. Давление внутри пузыря возрастает до некоторого предела, после чего пузырь схлопывается и происходит гидравлический удар. Возникающие в результате этого акустические волны распределяются по всему объему варочного реактора 1, что интенсифицирует циркуляцию щелока и улучшает пропитку лигноцеллюлозного материала.

Устройство может работать и без коммутатора 7. В этом случае разряд конденсатора 6 через искровой промежуток 5 происходит тогда, когда напряжение на конденсаторе 6 превысит пробивное напряжение искрового промежутка 5. Однако при этом возрастает потребление электроэнергии вследствие утечек. Варианты устройства по фиг. 2 и фиг. 3 позволяют интенсифицировать процесс окисления варочного щелока за счет введения дополнительных искровых промежутков без дополнительного расхода электроэнергии.

При этом катушки индуктивности 8 и 9 (в варианте по фиг. 2) и катушка индуктивности 9 и конденсатор 11 (в варианте по фиг. 3) обеспечивают одновременный равномерный разряд в обоих искровых промежутках. В принципе, возможно использование и более двух искровых промежутков.

Устройство изготовлено из обычных конструкционных материалов в заводских условиях, в связи с чем можно сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Устройство предназначено для использования в целлюлозно-бумажной промышленности. Содержит варочный реактор, в котором находятся сульфатный щелок и лигноцеллюлозный материал, источник постоянного тока и электроды, контактирующие с сульфатным щелоком, параллельно источнику постоянного тока подключен конденсатор, а электроды установлены с образованием искрового промежутка. Обеспечивается высокая интенсивность процесса окисления сульфатного щелока с образованием полисульфидного раствора, при котором имеет место высокий выход конечного продукта и исключается необходимость применения катализатора. Кроме того, существенно снижается расход электроэнергии. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для изготовления целлюлозы, содержащее варочный реактор, в котором находятся сульфатный щелок и лигноцеллюлозный материал, источник постоянного тока и электроды, контактирующие с сульфатным щелоком, отличающееся тем, что параллельно источнику постоянного тока подключен конденсатор, а контактирующие с сульфатным щелоком электроды установлены с образованием искрового промежутка. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между конденсатором и искровым промежутком включен коммутатор. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено двумя катушками индуктивности и дополнительным искровым промежутком, который включен последовательно с основным искровым промежутком, одни концы катушек индуктивности подсоединены между дополнительным искровым промежутком и конденсатором, при этом второй конец одной из катушек индуктивности подсоединен между основным и дополнительным искровыми промежутками, а второй конец другой катушки индуктивности подсоединен между коммутатором и основным искровым промежутком. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено катушкой индуктивности, дополнительным конденсатором и дополнительным искровым промежутком, который включен последовательно с основным искровым промежутком, при этом дополнительный конденсатор подсоединен параллельно дополнительному искровому промежутку, катушка индуктивности одним концом подсоединена между дополнительным искровым промежутком и конденсатором, а вторым концом подсоединена между коммутатором и основным искровым промежутком.