Круговорот химикатов на заводе!

Приветствуем вас, любители бега и активного образа жизни! Если вы принимали участие в предыдущих забегах, то уже знаете о том, как щепа превращается в целлюлозу. Но нам ещё есть, что интересного рассказать вам о производстве! Для того чтобы древесина превратилась в целлюлозу в процессе варки к ней добавляют белый щёлок, а вот откуда он берётся мы вам сегодня и расскажем. А как вы думаете, как называется цех, где готовят химикаты? Правильно, конечно же – химический.

Добро пожаловать на экскурсию в химический цех нашего завода!
Из предыдущих историй вы уже знаете, что есть два способа превращения древесины в целлюлозу: сульфатный и сульфитный. На нашем заводе применяется сульфатный способ варки: древесную щепу варят с добавление белого щёлока. Именно он расщепляет волокна древесины, и, насыщаясь при этом органическими соединениями, и из белого превращается в черный щёлок.

Рис.1
Технологическая щепа

Рис.2
Целлюлозная масса после варки

Рис.3
Целлюлозная масса после промывки

Отделение черного щёлока при промывке целлюлозной массы

Рис.4
Чёрный щелок

Этот самый черный щёлок (рис.4) возвращается на выпарную станцию химического цеха, где происходит первая стадия регенерации.

Сульфатный (черный) щёлок – отработанный раствор, образующийся после завершения варки целлюлозы и представляющий собой сложную смесь органических и неорганических веществ. Жидкость чёрного цвета с резким запахом, которая содержит различное количество сухих веществ в зависимости от степени делигнификации древесины.

Перед выпариванием чёрный щёлок проходит подготовку, которая заключается в отделении мелкого волокна и сырого сульфатного мыла, которое потом подается в цех переработки побочных продуктов на выработку таллового масла.

Упаривание чёрного щёлока (рис.5) проводится с целью удаления избыточной воды и подготовки для сжигания. Эта стадия регенерации на выпарных аппаратах различной конструкции, объединенных станции от 5 до 8 штук.
Как правило, на предприятиях используют выпарные станции со смешанной схемой питания (4→5→6→3→2→1), которая предназначена для упаривания щёлока до концентрации сухих веществ 55%.

Рис.6
выпарная станция фирмы «Раума-Репола»

На нашем заводе установлена выпарная станция фирмы «Раума-Репола» (рис.6) производительностью 121 т/ч по испаряемой воде. Несмотря на довольно простую схему движения щелоков, выпарная станция – это довольно сложный комплекс оборудования, который включает: выпарные аппараты, вакуум-насосы, спиральные теплообменники, конденсаторы, систему трубопроводов, конденсатоотводчики и т.д.

Рис.7
Зеленый щёлок

Зелёный щёлок (рис.7) — раствор тёмно-зелёного цвета, образующийся путём растворения неорганического плава, который получается после сжигания чёрного щёлока в содорегенерационном котле. Зеленовато-желтый цвет ему придают незначительные примеси соединений железа.

Основной компонент зелёного щёлока малоактивный карбонат натрия (Na2CO3), он плохо растворяет лигнин, поэтому задачей процесса каустизации является перевод карбоната натрия в активный едкий натр NaOH. Для этого зелёный щёлок смешивают с негашёной известью для проведения реакции каустизации.

Рис.8
Процесс Каустизации

Процесс каустизации начинается в гасителе-классификаторе (рис.8), где все ингредиенты: зелёный щелок и известь смешиваются в нужных пропорциях.
Эту реакцию называют гашением извести: CaO+H2O→Ca(OH)2.

Далее образовавшаяся суспензия поступает на три последовательно работающих каустизатора, где происходит завершающая стадия реакции каустизации: Na2CO3+Ca(OH)2↔2NaOH+CaCO3↓
Эта реакция обратима и никогда не доходит до конца, так как в обеих частях уравнения реакции присутствуют плохо растворимые вещества (Ca(OH)2 и CaCO3).

Рис.9
Устройство каустизации

Каустизатор представляет собой бак (рис.9), снабженный мешальным устройством. Для прохождения реакции в каустизаторах поддерживается температура от 93 до 98 градусов. Длительность процесса каустизации составляетот 100 до 120 минут.

Далее реакционная смесь поступает в четырех камерные осветлители типа Дорра, где при распределении по камерам белый щёлок (NaOH - ключевой компонент раствора) отделяется от каустизационного шлама (СаСОз ).

Рис.10
Белый щёлок

Белый щёлок (рис.10) — водный раствор, предназначенный для варки целлюлозы и содержащий в качестве основных компонентов гидроксид натрия (NaOH) и сульфид натрия (Na2S).

Рис.11
Каустизационный шлам

Каустизационный шлам (рис.11) (СаСО_з) (от нем. Schlamm — грязь) – осадок в виде мелких частиц, образующийся при отстаивании или фильтрации жидкости.

Рис.12
Отстойник Дорра

Отстойник Дорра (рис.12) является одним из первых осветлителей, получивших широкое применение в промышленности. Он представляет собой цилиндрический резервуар большого диаметра со слегка коническим днищем. По оси отстойника расположено перемешивающее устройство рамного типа. Осью мешалки служит труба, по которой осветляемая жидкость подается в аппарат. Очищаемый раствор подается в нижнюю часть аппарата и медленно поднимается вверх, к переливному жёлобу, а твердая фаза оседает на дно и непрерывно перемещается к разгрузочному отверстию.

При распределении по камерам Дорра белый щёлок стекает в желоб и поступает в бак крепкого нефильтрованного щёлока. Образующийся известковый шлам соскребается с днищ камер к центру и попадает в разгрузочную камеру, а потом насосами откачивается в следующий Дорр.
После осаждения в Доррах известковый шлам откачивается в мешалку шлама и по мере накопления подается в баки шлама отдела регенерации извести.

Рис.13
Пресс-фильтр тонкой отчистки

Из бака крепкого нефильтрованного щёлока раствор подается на фильтр-пресс для тонкой очистки (рис.13).
Фильтр-пресс состоит из фильтрующих плит (перегородки с фильтрующей тканью), через которые проходит белый щёлок и отводится из камер фильтр-пресса через систему внутренних каналов.
Твердая фаза (взвешенные вещества и соединения железа) задерживается на фильтровальной ткани, образуя слой фильтрационного осадка, который выгружается в приемный лоток.

В химическом цехе происходит не только регенерация (процесс восстановления отработанных веществ, необходимых для повторного использования) щёлока, но и известкового шлама, который образуется в процессе каустизации: Na2CO3+Ca(OH)2↔2NaOH+CaCO3↓, где известь Са(ОН)2 превращается в карбонат кальция СаСО3 (известковый шлам).

Рис.14
Баки для перемешивания с воздухом

Этот известковый шлам направляется в отдел регенерации извести, где из карбоната кальция превращается в оксид кальция: СаСО3 = СаО + СО2

Для этого известковый шлам из отдела каустизации направляется в баки, куда для лучшего перемешивания подают воздух (рис.14).

Далее известковый шлам подается на вакуум-фильтры, где происходит его обезвоживание и уплотнение.

Рис.15
Блок фильтрации

Для промывки (снижения содержания щёлочи в шламе) на спрыски фильтра подается горячая вода. В зоне фильтрации (рис.15) (на сетке) вакуум-фильтра происходит отекание жидкости и образуется шлам осадка, который проходит дальнейшее обезвоживание за счет просасывания воздуха и уплотняется, после чего удаляется с сетки сжатым воздухом.

Далее сгущённый шлам подается в холодный конец известерегенерационной печи.

Рис.16
Известерегенерационная печь

Известерегенерационная печь (рис.16) представляет собой барабан, расположенный под наклоном, который вращается вокруг продольной оси, опираясь своими бандажами на роликовые катки, установленные на опорах. Длина барабана составляет 85 метров, диаметр – 3 метра. Продолжительность нахождения шлама в печи, начиная с момента загрузки, составляет 4 часа. В качестве источника тепла в ИРП до момента газификации завода использовали мазут, с октября 2024 года печь работает на природном газе.
Внутри ИРП имеет огнеупорную футеровку, которая защищает кожух печи от перегрева и ограничивает потери тепла.

За счет медленного вращения барабана шлам проходит четыре условные зоны известерегенерационной печи:
- зону сушки ( цепная зона), где происходит гранулирование шлама при температуре 140-220 С
- зону нагрева, где при температуре от 180 до 500 начинается реакция термической диссоциации карбоната кальция (или кальционирования).
- зону обжига – диссоциация (разложение) карбоната кальция с образованием оксида кальция при температуре от 900 до 1200С.
- зону охлаждение оксида кальция (извести).

Для дальнейшего охлаждения известь поступает в холодильник, после чего направляется в бункера для хранения, откуда подается в отдел каустизации.

Степень регенерации извести составляет 85% — 95%, её потери в циклеиспользования компенсируется добавлением свежего известняка.
В системе регенерации химикатов современного сульфатного завода восстанавливаются и повторно используются примерно 97 % варочных химикатов.
Помимо регенерации щелока для варки целлюлозы, химический цех выпускает и побочную продукцию: талловое масло и скипидар.

Скипидарный отдел
В процессе варки щепы в варочных котлах образуются летучие вещества (общая формула С10Н16) - это и есть основа скипидара (сырец), которые отводятся из котлов. После конденсации в теплообменнике и прохождения газоотделителя скипидарная эмульсия поступает на отстаивание во флорентину, где происходит разделение воды и скипидара, который накапливается в сборнике и направляется в скипидарный отдел химического цеха.
Для получения товарной фракции скипидар-сырец поступает в ректификационную установку для очистки его от серосодержащих соединений.

Ректификация — процесс разделение жидких смесей на чистую жидкую и паровую фазы за счет многократного повторения процессов испарения жидкости и конденсации пара (переход водяного пара, в жидкое состояние с образованием капель).

Определенное количество скипидара загружают в куб-испаритель, где он нагревается до кипения (температура пара 155°С) и начинает испарятьсяв ректификационную колонну, где конденсируется под воздействием воды и делится на два потока. Первый поток дистиллят (в нашем случае – скипидар) отбирается в качестве готового продукта, а второй - флегма (жидкость, которая находится в состоянии температуры кипения) направляется на орошение верхней части колонны.

Рис.19
Ректификационная колонна

Для равномерного распределения пара и жидкости внутри ректификационной колонны (рис.19) расположены тарелки (распределители). На тарелке жидкость контактирует с паром и под действием силы тяжести стекает вниз, где попадает на следующую тарелку и здесь снова происходит взаимодействие и перераспределение фаз.

Достигнув верхней части колонны, пар поступает в дефлегматор - устройство, для разделения смесей на фракции путем их охлаждения. Часть полученной жидкости (это готовый продукт) отводится на отстаивание во флорентину, вторая часть жидкости из дефлегматора снова возвращается в колонну для дальнейшей перегонки (это флегма).

Флорентина (рис.20) – это аппарат для разделения несмешивающихся жидкостей. Процесс отделения эмульсий основан на разности плотностей взаимонерастворимых жидкостей, в нашем случае скипидара и воды. Так как плотность скипидара меньше плотности воды (плотность скипидара можно принять за 860 кг/м³, а воды — 1000 кг/м³): тяжелая фракция (вода) будет опускаться вниз к днищу флорентины, а легкая фаза (скипидар) будет всплывать вверх.

Рис.21
Сульфатный скипидар

Весь объем полученного скипидара подаётся в ёмкость (реактор), где промывается водой и поступает в баки готовой продукции.

Сульфатный скипидар (рис.21) - масляная по консистенции прозрачная жидкость с еловым запахом. Благодаря своим уникальным свойствам он находит широкое применение в лакокрасочной и парфюмерной промышленности, медицине.

Талловый отдел

Талловый отдел
Для освобождения мыла от черного щелока, механических примесей (целлюлозных волокон), неомыляемых веществ и устранения избыточной щелочности проводят облагораживание сульфатного мыла. Процесс переработки сульфатного мыла состоит из разложения
сульфатного мыла, промывки и сушки таллового масла.

Сульфатное мыло из выпарной станции поступает в маслосборники, где промывается нейтрализованным белым щёлоком (раствором бисульфита натрия) и кислой воды. Сборник мыла условно разделён на две зоны:

- нижняя часть для приёма мыла
- верхняя часть для промывки.

Далее мыло поступает реактор, куда дозировано подаётся серная кислота H2SO4, полученная реакционная смесь тщательно перемешивается при поддержании температуры95- 106С и отстаивается.
После отстаивания смесь разделяется на три слоя:

- верхний – талловое масло
- средний – лигнин
- нижний – раствор сульфата-бисульфата натрия.

Сырое талловое масло снимается с поверхности и подаётся в промыватель-сушильник, раствор сульфат-бисульфата натрия откачивается в сборник для промывки сульфатного мыла, лигнин растворяют в белом щёлоке при температуре от 90 до 100С и откачивают на выпарную станцию.

Талловое масло попадает в сушильник, где промываетсягорячей водой (температура 70-90С), а потом сушится «глухим» паром при температуре 90-126С в течение 24-48 часов.
Готовый продукт – талловое масло из сушильника подаетсяв бак хранения таллового масла.

Сырое талловое (сульфатное) масло – это темно-коричневая жидкость, не растворимая в большинстве органических растворителей.
Талловое масло используется для получения:

- талловой канифоли;
- жирных талловых кислот;
- дистиллированного таллового масла.
- имеет широкое применение в лакокрасочной промышленности.

Цикл регенерации химикатов вы можете посмотреть на схеме производства целлюлозы.

Рис.23
Коллектив химического цеха

Команда цеха — это 93 сотрудника: миксовщики, обжигальщики извести, аппаратчики испарения, выпарщики щелоков, аппаратчики скипидарной и талловой установок, сменные мастера и ремонтный персонал. Это сплоченный и дружный коллектив, работники которого даже в самых сложных ситуациях умеют сохранять оптимизм и проявлять профессионализм, что довольно важно и необходимо для результативного труда. Ряды коллектива пополняются новыми кадрами, которые наряду с опытными работниками вносят свой вклад в развитие химического цеха. Помимо того, что коллектив цеха умеет слаженно и добросовестно трудиться, его сотрудники активно принимают участие в общественной и спортивной жизни завода, есть и свои традиции, которые живут в коллективе ни один десяток лет: отмечать вместе корпоративные и профессиональные праздники!

Химический цех