Повышение содержания сернистого газа в сырой кислоте.

Для получения крепкой варочной кислоты необходимо приготавливать сырую кислоту с повышенным содержанием в ней растворимого сернистого газа. Повышение содержания сернистого газа в сырой серной кислоте производят различными способами: понижением температуры сырой кислоты; насыщением сырой кислоты печными газами при повышенном давлении; повышением концентрации сернистого газа; применением жидкого сернистого газа. Растворимость сернистого газа повышается с понижением температуры сырой кислоты. Повышение в ней содержания сернистого газа достигается подачей холодной воды с температурой 6-10 ⁰С. С повышением давления растворимость сернистого газа увеличивается. Насыщение серной кислоты печными газами под давлением производят в специальных башнях. Чем выше концентрация сернистого газа, тем больше он растворяется в сырой кислоте. Чтобы повысить концентрацию сернистого газа, серу сжигают в кислороде или воздухе, обогащенном кислородом. Жидкий сернистый газ 100%-ной концентрации вводят в баки, наполненные сырой или варочной кислотой. При этом необходимо обеспечить хорошее смешение его с кислотой.

Варка сульфитной целлюлозы

Варкой называют процесс получения целлюлозы из древесины при нагревании ее с варочной кислотой. Небеленую сульфитную целлюлозу в зависимости от того, при каких условиях варки она получена, разделяют на жесткую, среднюю и мягкую. Жесткая целлюлоза содержит наибольшее количество инкрустирующих веществ, а мягкая – наименьшее.

Основная цель варки – растворить лигнин и другие вещества, сопутствующие клетчатке. В зависимости от характера варки, в целлюлозе остается от 1,5 до 6% лигнина и от 3 до 7% гемицеллюлоз. Выход целлюлозы составляет от46- 50% от массы абсолютно сухой древесины. Для варки применяют вертикальные котлы объемом 50-400 м³, изготовленные   изготовленные из стальных листов толщиной 25-35 мм. Так как метал быстро разъедается кислотой, стенка котла изнутри покрывается кислотоупорной обмуровкой. Она уменьшает объем котла на 10-15% и требует тщательного ухода.

Варочный котел оборудован: механизированной крышкой с пневматическим, гидравлическим или электрическим дистанционным приводом; стационарным паровым уплотнением, коллектором для промывки котла водой после каждой варки; заборной сеткой, предотвращающей попадание щепы в отбираемую на циркуляцию кислоту; коллектором, который предназначен для подачи воды или отработанного щелока внутрь котла при удалении сваренной целлюлозы вымывкой; циркуляционно-подогревательны устройством и другим вспомогательным оборудованием. Котлы рассчитывают на рабочее давление до 1,2 МПа. Получение целлюлозы в котлах периодического действия состоит из следующих операций: загрузки щепы, заливки кислоты, заварки, варки, опоражнивания котла.

Процесс варки. Заварка.

Варка целлюлозы в зависимости от ее назначения проводится по специальному графику, в котором точно определены все стадии варочного процесса и его параметры. Условно процесс варки делится на два периода: заварку и собственно варку.

Заварка- является первой стадией варки целлюлозы. Назначение заварки – полностью и равномерно пропитать кислотой щепу, для того чтобы лигнин прореагировал с сульфитной кислотой с образованием лигносульфоновой кислоты. В присутствии основания лигносульфоновая кислота реагируя с ним, превращается в соль лигносульфоновой кислоты. Происходит так называемое сульфирование лигнина. Это соединение в период заварки находится еще в твердом состоянии. Чем полнее лигнин сульфирован в период заварки, тем лучше он растворяется во время варки. Этому процессу способствует также однородность размеров щепы повышенная крепость и температура кислоты.

Продолжительность заварки зависит от емкости котла и начальной температуры кислоты. Скорость пропитки зависит от крепкости кислоты, а также от влажности щепы. Для ускорения процесса пропитки щепы кислотой применяют способ переменного гидравлического давления.

Пропуск щелока. Его производят по окончании стадии пропитки щепы кислотой при температуре 110-125 ⁰С. Щелоком называется варочная кислота после реагирования ее с древесиной. Щелок перепускают из котла в другой котел, который находится на стадии заполнения варочной кислотой, или в запасную цистерну, работающую под давлением. Количество перепускаемого щелока при загрузке котла щепой без уплотнения составляет 25-40% и при уплотнении щепы 20-30%от объема жидкости, поступившей в него перед заваркой.

Преимущества варки целлюлозы с перепуском щелока заключаются в следующем: сокращается оборот варочного котла, уменьшается удельный расход пара и серы на варку, увеличивается содержание сахаров в щелоке.

Варка. По окончании заварки следует процесс варки. Во время варки в раствор переходит лигносульфоновая кислота и ее соли, образовавшиеся в период заварки. Одновременно с удалением лигнина происходит гидролиз, и растворение значительной части гемицеллюлоз и небольшого количества целлюлозы.   Варку производят по различным температурным режимам в зависимости от марки требующейся целлюлозы. Подъем температуры с 105-110⁰ С до конечной 130-155⁰С осуществляется медленно, в течении 1-3 часов. После достижения заданной температуры осуществляется процесс варки. Во время варки в котле поддерживается постоянное давление 0,6-0,7 МПа. Варка продолжается от 1,5 до 5 часов и зависит от применяемого температурного режима, состава кислоты, качества целлюлозы и давления в котле. С повышением температуры и давления в котле время варки сокращается. Однако выход целлюлозы из древесины уменьшается, качественные показатели снижаются.

Окончание варки определяют по цвету, запаху щелока, по содержанию в нем основания и SО₂ , а также по пробе массы отбираемой в конце варки через специальный штуцер. В конце варки содержание сернистого газа в щелоке может быть 0,2-1% и более, щелок приобретает темно-коричневый цвет.

Полный оборот котла длится от 7 до 16 часов. Широко распространено автоматическое регулирование варки с помощью контрольно-регулирующей аппаратуры, а также дистанционного и автоматического управления всеми операциями по обслуживанию котлов. Варочный котел опоражнивают двумя способами: выдувкой и вымывкой.