Материал: Химия и технология баллиститных порохов, твердых ракетных и специальных топлив. Т. 2 Технология

27 — мерник крепкого гипохлорита; 28 — бак горячей воды; 29 — испа­ ритель пропан-бутана; 30 — мерник щёлочи; 31 — емкость для приготов­ лениягипохлорита; 32 — танк хранения хлора; 33камера сгорания про- пан-бутановой смеси; 34 — доиспаритель сжиженного газа; 35 — испари­ тель пропан-бутана; 36 — хранитель газа; 37 — компрессор

продукт; крепкая щёлочь; рабочий раствор щёлочи; отработанная щёлочь; I — 92%-ная серная кислота; II — хлор; Х-Х — крепкий ги­ похлорит натрия; X — отработанный гипохлорит; Т — технологическая вода; О — оборотная вода; Г — горячая вода; С — сточная вода;

М — моющее средство «Прогресс»; В — воздух; П — пропан-бутановая смесь

41

Варка хлопковой целлюлозы. Целью процесса варки («буче­ ния») хлопкового линта является:

— удаление из волокна нецеллюлозных примесей, обра­ зующихся в процессе его роста;

— удаление остатков стеблей, коробочек, листьев и т. д.;

—снижение степени полимеризации макромолекул (сни­ жение вязкости растворов);

—повышение реакционной способности целлюлозы за счет снижения степени кристалличности.

По существующей технологии процесс варки хлопковой целлюлозы (ХЦ) должен происходить в вертикальных или го­ ризонтальных стальных котлах, рассчитанных на давление до 7...8 кгс/см2. По методу подогрева раствора щелочи котлы де­ лят на две группы: котлы с трубчатым подогревателем и с по­ догревом острым паром. Применение острого пара сокращает время разогрева котла и варки в целом и уменьшает расход пара ~ на 20...25% по сравнению с расходом пара в трубчатом подогревателе, однако при этом методе в процессе подачи па­ ра происходит разбавление раствора щелочи. На вновь строя­ щихся предприятиях подогрев раствора щелочи осуществляет­ ся только трубчатыми подогревателями. В этом методе серьез­ ной проблемой является распределение по объему котла горячего раствора щелочи. Используются три вида циркуляции раствора щелочи: вертикальная, радиальная и вертикально-ра­ диальная. Каждый вид имеет свои преимущества и недостат­ ки.

Для загрузки варочных котлов волокно после рыхлителя подается в бункер-циклон, представляющий собой стальной цилиндр с конусообразным днищем. С целью сокращения времени оборота котла емкость бункера рассчитана на величи­ ну емкости котла (или на несколько котлов). Подачу разрых­ ленного линта из циклона осуществляют, открывая нижнюю течку с одновременным пуском форсунок, подающих подогре­ тый до 60...80°С раствор щелочи. Смоченный линт под дейст­ вием силы тяжести загружается в варочный котел.

В новых цехах линт загружают в варочный котел шнеко­ выми транспортерами, в этом случае обеспечивается необхо­ димая равномерность пропитки линта щелочью.

Общий оборот котла, слагающийся из операций загрузки, долива щелочи, подогрева, варки, выгрузки, чистки котла, со­ ставляет 7...10 часов. Температура варки ~ 130...140°С. Повы-

42

шение температуры сокращает время варки при получении целлюлозы того же качества (табл. 2).

Важнейшим показателем ХЦ является вязкость, опреде­ ляющая марку целлюлозы. Современный ГОСТ 595-79 уста­ навливает девять марок: 15, 25, 35, 70, 100, 115, 250, 350, 650. Регулирование вязкости ХЦ производится, как правило, изме­ нением параметров щелочной варки (бучения). Регуляторами вязкости служат температура варки (130...158°С), концентрация КОН (1...3%) и время варки при заданной температуре (4...5 час). Увеличение любого из этих параметров приводит к по­ нижению вязкости.

Отбелка. ХЦ после варки имеет серый цвет и сравнитель­ но высокую вязкость. Целью отбелки является:

—снижение степени полимеризации (вязкости) до требуе­ мых пределов;

—удаление примесей;

—улучшение реакционной способности;

—сужение разброса по молекулярно-массовому распреде­

лению;

—получение целлюлозы устойчиво белого цвета.

Для отбелки применяют растворы гипохлорита натрия. От­ белка производится в деревянных чанах (толщина досок 5...6 см), железобетонных или гранитных емкостях, покрытых свинцом или кислотоупорными плитками. Концентрация мас­ сы в отбельниках — 2,6...3%. Оборот отбельников — 9... 12 ча­ сов. Раствор гипохлорита натрия готовят в специальном баке путем насыщения хлором раствора щелочи через барботажную систему. Оборот хлоратора составляет 5...6 часов. Оборот раз­ бавителя концентрированного раствора гипохлорита натрия составляет 2 час. 30 мин.

Раствор H2S04 готовят в специальном разбавителе кислоты емкостью Юм3, заливая сначала 8200 л умягченной воды, за-

4 3

тем постепенно 570 л крепкой H2S04. Оборот разбавителя со­ ставляет 2 часа.

Комплектация общих партий производится путем смешения в железобетонных резервуарах емкостью 270 м3 частных пар­ тий (2—3), имеющих расхождение по вязкости до 4 сП.

После окончания смешивания ХЦ при работающих мешал­ ках (во избежание оседания на дно) подают на водоотжим.

Обезвоживание ХЦ производится на водоотжимном агрегате (рис. 13), состоящем из приемного бункера, барабана сгусти­ теля, водоотжимного барабана с прижимным валиком, съем­ ного обрезиненного валика, двух пар стальных обжимных вал­ ков и рыхлительного волчка.

ХЦ с концентрацией массы в воде 2...3% из смесителя об­ щих партий массонасосом подается в приемный бункер водо­ отжимного агрегата и далее на водоотжимной барабан-сгусти­ тель. Затем масса проходит две пары отжимных валиков и от­ жимается до окончательной влаги 55...60%, а затем съемным стальным гуммированным валиком подается в рыхлительный волчок. Разрыхленная ХЦ через шлюзовой затвор равномерно подается в газоход сушилки.

Габариты водоотжимного агрегата — 4,4x2,9x2,3 м, произ­ водительность — 560... 1200 кг/ч.

Сушка ХЦ осуществляется в 2-х типах сушилок: ленточной

иаэрофонтанной.

Вленточной сушилке материал загружается на движущую­ ся проволочную сетку и сушится воздухом, нагнетаемым вен­

тиляторами через калориферы. Сечение сушилки — 2,5x3 м, расход пара — 2,5 т на 1 т целлюлозы.

Аэрофонтанная сушилка (рис. 14) обеспечивает более ин­ тенсивную сушку топочным газом во взвешенном слое. Су­ шилка представляет собой три конусных устройства типа рю­ мок, в которые целлюлоза подается горячими газами вверх, отбрасывается радиально к периферии, где образуется кольце­ вой скользящий по стенке слой, затем материал выносится га­ зами к рюмке второй и третьей.

Температура газов после первой рюмки — 90...150°С, вто­ рой рюмки — 80...100°С, третьей рюмки — 60...80°С.

Температура топочных газов в печи — 600...1100°С, в кана­ ле смешения с воздухом — 280...450°С.

Влажность материала на выходе из сушилки — 10... 12%. Упаковка ХЦ производится в кипы, уплотненные на меха­

нических или гидравлических прессах. Масса кип — 40...60 кг.

44

Рис. 14. Трехрюмочная аэрофонтанная сушилка:

1 — шлюзовый затвор; 2 — водоотжимной агрегат; 3 — аэрофонтанная сушилка; 4 — циклон; 5 — пресс ПГЦ-2; 6 — скруббер улова целлюлоз­ ной пыли; 7 — вентилятор

В заключение раздела по технологии производства хлопко­ вой целлюлозы следует отметить, что вышеописанные процес­ сы являются периодическими, весьма трудоемкими и энерго­ емкими и не соответствуют современным направлениям

иуровню развития.

Втечение нескольких последних десятилетий различными научно-исследовательскими организациями в стране проводи­ лись НИОКР по созданию непрерывных технологий. Среди них наиболее перспективными являются две работы.

Владимирским НИИ синтетических смол разработана не­ прерывная технология получения ХЦ по образцу зарубежной, включающей:

— непрерывную варку при 180°С в течение 15...40 минут в горизонтально-трубном шнековом аппарате непрерывного действия типа «Хемопальпер-Пандия»;

46

—непрерывную многоступенчатую отбелку по режиму: хлорирование — щелочение — гипохлоритная отбелка — от­ белка двуокисью хлора — кисловка;

—отжим и рыхление на водоотжимном агрегате;

—сушка в аэрофонтанной сушилке.

Такая же схема была проработана и в Ташкентском НИИ химии и технологии целлюлозы.

Представляет интерес разработанный непрерывный процесс производства ХЦ на круговом аппарате. При этом операции варки и отбелки проводятся в одном круговом аппарате, в ко­ тором линт двукратно подвергается поочередной обработке растворами едкого натра и гипохлорита натрия.

Данная технология была отработана в производственных условиях, однако ее реализация в действующих цехах требует значительных капитальных вложений вследствие полной заме­ ны существующего оборудования.

Тем не менее техническое переоснащение производств ХЦ должно проводиться только по непрерывной технологии.

2.1.2 Производство древесной целлюлозы

Производство древесной целлюлозы (ДЦ) включает сле­ дующие операции:

—удаление коры (окорка);

—получение щепы;

—варка щепы с кислыми, щелочными или нейтральными

водными растворами, обеспечивающими перевод лигнина

врастворимое состояние и его удаление;

—сортировка;

—отбелка и облагораживание;

—сортирование, сушка и резка целлюлозы.

В качестве сырья используют в основном хвойные породы дерева.

По способу технологического процесса варки получают сульфатную или сульфитную древесную целлюлозу.

При сульфатной варке щепу любых пород древесины обра­ батывают варочным щелоком — водным раствором едкого на­ тра и сульфида натрия (NaOH + Na2S). Температура варки по­ вышается в течение 2...3 часов до 165...180°С, и при этой тем­ пературе процесс варки продолжается в течение 1...4 часов.

Варка ДЦ проводится по периодической схеме в котлах емкостью 100... 160 м3 или в установках непрерывного действия типа шнекового аппарата «Хемопальпер-Пандия», состоящего

47