Сульфитный способ получения целлюлозы .Основная аппаратура Автоклав и технологическая схема

 

8. Основное оборудование, его характеристика

 

Сульфитную целлюлозу варят в специальных варочных котлах, куда помещают подготовленную щепу и заливают ее варочной кислотой. Обычный варочный котел — периодически действующий аппарат, обогреваемый острым, иногда глухим паром. Объем варочных котлов, наиболее распространенных в настоящее время, составляет 200, 280, 320 м3.

На рис. 3 показан общий вид типового варочного котла. Внутренняя поверхность стальных котлов защищается от корродирующего действия варочной кислоты специальной кислотостойкой обмуровкой. В последнее время начинают применять котлы из биметаллических материалов: основа — обычная сталь и внутренний слой — кислотоупорная сталь (металл по металлу).

В верхней и нижней части котла имеются горловины со штуцерами. Верхняя служит для наполнения котла щепой и закрывается крышкой, закрепляемой болтами. Основное назначение нижней горловины — выгрузка массы по специальному трубопроводу в резервуары (сцежи). К верхней горловине при помощи системы тройников подключаются коммуникационные трубы для подачи варочной кислоты и воды, отвода сдувочных газов, сообщения с атмосферой, подачи пара для пропитки. В нижней горловине имеются штуцеры для отбора щелока, а также для подачи варочной кислоты и воды. Штуцеры установлены также и в корпусе варочного котла: в верхней части для перепуска избыточной жидкости, внизу для подачи пара, а иногда и для отбора щелока. В центре котла имеются штуцеры для отбора проб целлюлозы и щелока и присоединения контрольно-измерительных приборов, предназначенных для измерения температуры и давления. [3]

 

Рис 3. Общий вид варочного котла с бункером и сцежей:

1-корпус котла

2-верхняя горловина

3-нижняя горловина

4-труба для выпуска  массы

5-ввод пара

6-контороль и отбор  проб

7-верхние коммуникации

8-нижние коммуникации

9-сцежа для вымывки

10-бункер для щепы

11-штуцер для отвода  жидкости

 

Список использованной литературы

 

1. Ковернинский И.Н. “Комплексная химическая переработка древесины”. Учебник для вузов/ АГТУ. Архангельск, 2002;

2. Новикова А.И. “Производство  волокнистых полуфабрикатов”. Учебное  пособие/ ГОУВПО СПбГТУРП. СПб., 2006;

3. Славянский А.К. “Химическая технология древесины”. Учебное пособие/ ГОСЛЕСБУМИЗДАТ. Москва, 1962.

Оборудование автоклавных пропиточных установок

Автоклавные пропиточные установки представляют собой сравнительно сложные устройства, состоящие из ряда агрегатов и узлов. Их обычно проектируют для того или иного конкретного способа пропитки и определенного вида пропитывающих жидкостей (масел, водных растворов и др.); они могут быть стационарными или передвижными. Оборудование автоклавных установок может быть разделено на резервуарное, пневмогидравлическое, тепловое, контрольно-регулирующее и вспомогательное.

Резервуарное оборудование. К основному оборудованию этой группы относятся пропиточные автоклавы, маневровые автоклавы, мерники, баки-смесители, резервуары для хранения жидкостей.

Пропиточный автоклав (рис. 1) изготавливают в виде цилиндрического стального резервуара, рассчитанного на рабочее давление до 1,2 МПа. Он имеет два полусферических днища, одно из которых глухое, а другое, представляет собой съемную крышку. Крышки автоклавов современных конструкций снабжены клиновыми герметичными запорными устройствами с гидравлическим или электрическим приводом. 
Автоклавы устанавливают горизонтально или с небольшим уклоном в сторону сливного трубопровода. Размеры их зависят от заданной производительности установки и размеров пропитываемых материалов. На отечественных шпало- и мачтопропиточных заводах чаще всего используют автоклавы диаметром 2,0 и длиной 24,0...27,0 м, которая приблизительно пропорциональна длине шпал (2,75 м) и столбов (8... 12 м). Новые установки большой производительности оборудуют автоклавами диаметром 2,6 и длиной до 29,0 м. Установки для пропитки мелких сортиментов (например, строительных деталей) имеют автоклавы диаметром 1 1,5, длиной 6...12 м.

Рис. 1. Общий вид автоклава с открытой крышкой

Автоклавы оборудуют предохранительными клапанами и штуцерами для присоединения трубопроводов, а также датчиков уровня жидкости, температуры и давления. Снаружи их покрывают теплоизоляцией. В нижней их части (рис. 6.15) прокладывают рельсовую колею 4 для закатки вагонеток 2. Под рельсами и между ними монтируют гладкотрубные паровые калориферы 3, предназначенные для поддержания заданной температуры пропитывающей жидкости.

Рис. 2. Схема загрузки автоклава пиломатериалами (а), шпалами (б), деталями опор ЛЭП (в): 1 - автоклав, 2 - вагонетки, 3 - калориферы, 4 - рельсовый путь

Изготовление пропиточных автоклавов машиностроительные заводы осуществляют по индивидуальным заказам. В некоторых случаях для пропитки можно использовать автоклавы, выпускаемые серийно для других отраслей промышленности, например, для производства цемента.

Маневровый автоклав предназначен для межоперационного хранения пропитывающей жидкости и ее предварительного нагрева до температуры, заданной режимом. Его обычно устанавливают над пропиточным автоклавом и оборудуют гладкотрубными паровыми калориферами повышенной мощности, люками для осмотра и чистки, штуцерами для присоединения трубопроводов и датчиков. 
Маневровые автоклавы могут работать или при повышенном давлении (пропитка маслами по технологическим схемам ДДВ и ДВ), или только при атмосферном давлении (пропитка водными растворами по схемам ВДВ, ДВ н ВАДВ). В первом случае их делают конструктивно аналогичными пропиточным автоклавам (но без съемных крышек). Во втором случае для их изготовления можно использовать цилиндрические резервуары, серийно выпускаемые заводами химического машиностроения и рассчитанные на давление до 0,17 МПа. Иногда вместо маневровых автоклавов применяют открытые баки, устанавливаемые под пропиточными автоклавами. 
Вместимость маневрового автоклава или бака должна быть достаточной для заполнения жидкостью загруженного пропиточного автоклава, включая жидкость, поглощаемую древесиной при пропитке. 
Мерник служит для контроля поглощения древесиной жидкости в процессе пропитки. Он представляет собой стальной цилиндрический герметичный резервуар, установленный, как правило, вертикально и снабженный устройством для дистанционного измерения уровня жидкости. Мерники вместимостью 10, 16 и 25 м для крупных пропиточных установок изготовляют заводы нефтяного машиностроения по отраслевым нормам на рабочее давление 0,6; 0,8; 1,6 МПа. 
Бак-смеситель предназначен для подготовки пропитывающих растворов. Смесители, имеющие обычно цилиндрическую форму, рассчитывают на рабочее давление не более 0,1 МПа. Их оборудуют паровыми гладкотрубными калориферами и воздушными или механическими мешалками.

Резервуары-хранилища предназначены для хранения запасов пропитывающих масел. Число и вместимость хранилищ зависит от производительности пропиточной установки. Их оборудуют устройствами для нагрева и учета расхода жидкостей.

Пневмогидравлическое оборудование. Основные агрегаты этого оборудования — вакуум-насосы, жидкостные насосы, воздушные компрессоры и аккумуляторы сжатого воздуха. К оборудованию этой группы можно отнести также системы трубопроводов с монтажной и запорной арматурой.

Вакуум-насос создает пониженное давление (вакуум), которое необходимо: 
- в пропиточном автоклаве в начале и конце процесса пропитки, 
- в маневровом автоклаве и других резервуарах для засасывания в них жидкостей, 
- в пропиточном и маневровом автоклавах для удаления паров воды при сушке древесины в пропитывающей жидкости под вакуумом.

В пропиточных установках большой производительности используют преимущественно ротационные водокольцевые вакуум-насосы РМК-3, РМК-4 и улучшенной конструкции ВВН-12. Глубина вакуума, создаваемого этими насосами, доходит до 0,09 МПа. На установках малой производительности устанавливают вакуум-насосы ВВН-1,5, ВВН-3, ВВН-6 (цифра, стоящая за буквами ВВН, характеризует производительность насоса, м3/мин).

Жидкостный насос предназначен для перекачки пропитывающих жидкостей из одного резервуара в другой, а иногда для создания жидкостного давления. Наиболее употребительны центробежные насосы типа X, обеспечивающие производительность 1,5...600 м3/ч и давление 0,12...1,5 МПа (напор-12...150 м вод. ст.). Марку насоса выбирают в зависимости от требуемой производительности и давления, а параметры выбранного насоса устанавливают по его индивидуальной характеристике. В качестве примера на рис. 3 дана характеристика насоса 8Х-12-1.

Компрессор обеспечивает получение сжатого воздуха: 
- для создания в пропиточном и маневровом автоклавах воздушного 
давления при пропитке способом ДДВ, 
- для перемещения жидкости из пропиточного автоклава в маневровый после выдержки древесины под избыточным жидкостным давлением, 
- для достижения и поддержания жидкостного давления в пропиточном автоклаве и мернике, 
- для перемешивания жидкости в процессах приготовления растворов и их нагревания.

Рис. 3. Характеристика насоса 8Х-12-1 при частоте вращения 1450 мин-1: Н— напор, м; V— производительность, м3/ч; n — коэффициент полезного действия; N—потребляемая мощность, кВт; D—диаметр рабочего колеса, мм

На крупных пропиточных заводах используют компрессоры ВК-200, ВВК-240, 2Р-10/20. Их рабочее давление 0,8... 1,2 МПа, а производительность 5... 20 м3/мин. На установках небольшой производственной мощности применяют компрессоры ВК-25-3, ВУ-3/8, ВУ-6/8 производительностью 2,5... 1,35 м3/мин.

Аккумуляторы — цилиндрические вертикальные резервуары, содержащие запас сжатого воздуха давлением 1,2... 1,6 МПа. Использование аккумуляторов позволяет сократить сроки создания воздушного давления в пропиточных автоклавах, надежнее поддерживать заданное давление и обеспечивать равномерную работу компрессора. Компрессор может работать на питание аккумулятора независимо от автоклава, поэтому его мощность снижается, а коэффициент полезного использования повышается. 
Аккумуляторы и компрессоры обычно монтируют в отдельном помещении — компрессорной. Вместимость аккумуляторов 10...25 м2 для крупных и 2.. .6 м3 для небольших пропиточных установок.

Тепловое оборудование. К тепловому оборудованию пропиточных установок относятся теплообменные аппараты (конденсаторы, калориферы и др.), конденсатоотводчики, парораспределительные системы.

Конденсатор — теплообменный аппарат, служащий для конденсации удаляемых из автоклава паров воды или пропитывающей жидкости. Его устанавливают на трубопроводной линии между автоклавом и вакуум-насосом. В пропиточных установках применяют поверхностные конденсаторы (рис. 6.17), в которых охлаждение и конденсация паров происходят внутри металлических трубок, охлаждаемых с поверхности водой. Конденсатор имеет патрубки для ввода охлаждающей воды и ее отвода, ввода паров и вывода конденсата, стекающего затем в специальный сборник.

Другие детали теплового оборудования по устройству и принципам работы аналогичны деталям сушильных установок и были рассмотрены ранее в дисциплине «Тепловая обработка и сушка древесины».

Контрольно-регулирующее и вспомогательное оборудование. В пропиточных установках используют приборы и устройства для измерения давления, глубины вакуума, температуры, уровня жидкости в резервуарах. Параметры режима пропитки регулируют посредством вентилей и задвижек на трубопроводах. Современные пропиточные установки снабжены автоматическими регуляторами температуры и давления. Принципы их контроля и автоматического регулирования практически не отличаются от устройств тепловой обработки и сушки древесины.

Рис. 4. Схема горизонтального поверхностного конденсатора: 1 — корпус; 2 — трубка; 3 — направляющая перегородка; 4 — патрубки

К вспомогательному оборудованию пропиточных установок относятся транспортные механизмы, весы, дозаторы, дробилки для измельчения твердых пропитывающих веществ, отстойники или сепараторы для очистки жидкостей и некоторые другие устройства.

Схемы монтажа пропиточных установок. Монтаж оборудования пропиточной установки должен обеспечивать возможность проведения в автоклаве технологических операций в соответствии с принятым способом пропитки. Имеется много схем монтажа. Для примера рассмотрим схемы установок, предназначенных для пропитки древесины способами ВДВ, ДДВ, ВАДВ и совмещенной сушки — пропитки.

Принципиальная схема установки для пропитки способом ВДВ приведена на рис. 6.18. Установка работает следующим образом. В автоклаве, загруженном древесиной, создают вакуум. Для этого включают вакуум-насос при открытых вентилях 2, 6 и 7 (остальные вентили закрыты). После выдержки древесины в вакууме, не сбрасывая его, заполняют автоклав жидкостью, для чего открывают вентили 11, 2, 3 и 5, а остальные закрывают. Жидкость при этом нагнетается из маневрового резервуара VI в автоклав под действием атмосферного давления. Затем в автоклаве создают и поддерживают избыточное давление жидкости. Для этого включают жидкостный насос, при открытых вентилях 4, 9 и 10. Жидкость, расходуемая на пропитку, поступает при этом в автоклав из мерника, что позволяет контролировать ее поглощение древесиной.