книги / Получение модифицированной порошковой целлюлозы
..pdfВ данном случае рукавный фильтр используется для дополнительной очистки воздуха от целлюлозной пыли. Воздух с целлюлозной пылью внутри камеры проходит сквозь фильтровальные рукава. Пыль оседает на внутренней стороне рукава. Чистый воздух, прошедший через фильтровальный рукав, выводится наружу. При помощи вибратора происходит периодическое встряхивание рукавов и пыль оседает в бункере.
Вибрационная сортировка (сортировка «Рассев»). Предна-
значена для сортирования на фракции по величине продуктов размола, на мукомольных предприятиях – для обеспечения высокосортного помола. В данном случае использована для сортирования порошковой целлюлозы. Отсортированная фракция представляет собой частицы с размером менее 315 мкм, а отходы – частицы размером более 315 мкм. Принцип работы установки «Рассев» заключается в параллельном и последовательном просеивании продукта через набор плоских горизонтальных сит, совершающих круговое поступательное движение. Исходный продукт из приемных коробок попадает в питатели, откуда, распределившись на три потока, направляется на ситовые рамки кузова, с помощью которых происходит процесс сортирования (рис. 20).
Рис. 20. «Рассев» самобалансирующийся РМО-4
60
Бункер отсортированной порошковой целлюлозы. Предна-
значен для хранения порошковой целлюлозы после сортирования. Бункер представляет собой сварную конструкцию, жесткость
которой обеспечена необходимым количеством ребер, углов и распорок. Бункер имеет шиберную заслонку. Для исключения возможных залипаний и облегчения подачи сыпучих материалов бункер оснащен вибропитателем (рис. 21).
Рис. 21. Бункер отсортированной целлюлозы
Линия фасовки и упаковки мешков. Предназначена для до-
зирования, фасовки и зашивания наполненных сыпучим продуктом (порошковой целлюлозой) мешков из ткани, бумаги, полипропилена и тому подобных материалов двухниточным цепным швом (рис. 22)
Оператор навешивает мешок на царгу, зажимает его мешкозажимом и включает дозирование. После автоматического формирования точной дозы оператор заменяет мешок. Заполненный мешок ленточным конвейером передается к мешкозашивочной машине. Оператор включает зашивание мешков. Зашитые мешки отводятся ленточным конвейером. Для использования различных типоразмеров мешков предусмотрены регулирование высот ленточного конвейера и швейной головки мешкозашивочной машины.
61
Рис. 22. Комплекс затаривания мешков КЗМ-1
6.4. Контроль процессов производства порошковой целлюлозы
Контроль процессов производства порошковой целлюлозы заключается в анализах качества исходной волокнистой целлюлозы, всех процессов производства и качества готовой продукции – порошковой и микрокристаллической целлюлозы.
Качество исходной волокнистой целлюлозы характеризуется химической чистотой – массовой долей нецеллюлозных примесей (лигнина, экстрактивных веществ (смол и жиров), пентозанов, золы), которые строго регламентируются нормами ГОСТ на исходную волокнистую целлюлозу.
В исходной волокнистой целлюлозе нормируются также массовая доля альфа-целлюлозы, вязкость и степень полимеризации.
Определение всех показателей целлюлозы осуществляется
вцентральной или исследовательской лабораторий предприятия.
Впроизводстве порошковой целлюлозы контролируются следующие параметры и условия процессов: температура и продолжительность процессов, концентрация волокнистой и порошковой сус-
62
пензии, концентрация кислоты в потоке, кислотность среды (величина рН). Концентрация кислоты и кислотность среды в процессе и после промывки порошковой целлюлозы – важные характеристики потерь химикатов с промывными водами и загрязнения сточных вод.
Процесс приготовления кислоты контролируется и регулируется по расходу и концентрации исходной концентрированной кислоты, концентрации (рН) деструктирующего раствора (с учетом разбавления оборотнымирастворамиотпромывкипорошковойцеллюлозы).
Контроль процесса гидролиза целлюлозы включает: расход волокнистой целлюлозы, загружаемой в реактор; расход гидролизующего раствора с учетом гидромодуля процесса гидролиза; температуры и продолжительности.
Процесс промывки порошковой целлюлозы контролируется: по концентрации поступающей в центрифуги порошковой суспензии, по концентрации отжатой целлюлозы, по рН (кислотности) и концентрации промывных вод (оборотных растворов 1-й, 2-й, 3-й ступеней отжима на центрифугах).
Контроль процесса сушки включает температуру и сухость (влажность) поступающей порошковой целлюлозы, давление и температуру по потоку сушки целлюлозы, влажность и температуру целлюлозы на выходе из циклона.
В воздушных выбросах из рукавного фильтра контролируется содержание целлюлозной пыли. Контролируется также температура порошковой целлюлозы после охладительных циклонов, а также целлюлозы, направляемой на упаковку и маркировку.
Процесс контроля осуществляется рабочими визуально по показаниям контрольно-измерительных приборов, контролируется и регулируется средствами автоматизации, а все показатели волокнистой и порошковой целлюлозы – в лабораториях.
Для контроля качества исходной волокнистой и готовой порошковой целлюлозы используются показатели, приведенные в табл. 5 и 6.
63
Таблица 5
Показатели качества волокнистой целлюлозы (древесной сульфитной вискозной по ГОСТ 5982 и хлопковой по ГОСТ 595) для получения порошковой и микрокристаллической целлюлозы
|
Значение показателей |
|
|
Показатель |
(для хлопковой целлюло- |
Метод |
|
зы первого сорта / для |
испытания |
||
качества целлюлозы |
|||
сульфитной вискозной |
приведен по |
||
|
|||
|
целлюлозы первого сорта) |
|
|
Влажность, % |
Не более 10 / 6–10 |
ГОСТ 16932 |
|
Массовая доля в целлюлозе, %: |
|
|
|
– альфа-целлюлозы, не менее |
97,2 / 92,0 |
ГОСТ 6840 |
|
– лигнина |
Не регламентируется |
ГОСТ 11960 |
|
– экстрактивных веществ (смол |
|
|
|
и жиров), не более |
Не регламентируется / 0,3 |
ГОСТ 6841 |
|
– золы, не более |
0,2 / 0,12 |
ГОСТ 18461 |
|
Белизна, %, не менее |
85 / 90 |
ГОСТ 7690 |
|
Динамическая вязкость, мПа*с |
10–20 / 24±2,5 |
ГОСТ 14363.2 |
|
Набухание, % |
Не регламентир. / 450–550 |
ГОСТ 7516 |
|
|
|
Таблица 6 |
Показатели качества порошковой целлюлозы для пищевой, фармацевтической и медицинской промышленности
(ТУ9199-005-12043303-2003 «Целлюлоза микрокристаллическая порошковая»)
|
|
Метод |
|
Показатель качества целлюлозы |
Значение |
испытания |
|
|
|
приведен по |
|
Влажность, %, не более |
15 |
ГОСТ 16932 |
|
Массовая доля экстрактивных веществ |
|
ГОСТ 6841 |
|
(смол и жиров), %, не более |
0,6 |
||
|
|||
Массовая доля золы, %, не более |
0,6 |
ГОСТ 18461 |
|
Белизна, % |
Белый цвет |
ГОСТ 7690 |
|
Степень полимеризации, не более |
300 |
ГОСТ 9105 |
|
Сорбционная способность по йоду, |
|
ТУ9199-005- |
|
мг I2 /г целлюлозы, не менее |
10 |
12043303-2003 |
|
Водоудерживающая способность, %, |
30 |
ТУ 9199-005- |
|
не менее |
|
12043303-2003 |
|
64 |
|
|
Окончание табл. 6
Показатель качества целлюлозы |
Значение |
Метод |
|
испытания |
|||
|
|
||
Допустимые уровни микроэлементов |
Значения показа- |
ТУ 9199-005- |
|
(свинец, кадмий, мель, цинк, мышьяк), |
телей приведены |
12043303-2003 |
|
микробиологические показатели, пести- |
в ТУ 9199-005- |
порошковая» |
|
циды |
12043303-2003 |
|
|
|
порошковая» |
|
7.Охрана окружающей среды при получении порошковой
имикрокристаллической целлюлозы
Одной из основных проблем современности является охрана окружающей среды, а именно очистка сточных вод, дымовых и парогазовых выбросов, которые загрязняют атмосферный воздух, почву, бассейны рек и озер.
Наибольший вклад в выбросы загрязняющих веществ промышленностью вносит электроэнергетика, а в сбросы загрязненных сточных вод – лесная, деревоперерабатывающая и целлюлознобумажная промышленности.
Целлюлозно-бумажная промышленность – одна из основных потребителей большого количества воды, которая после использования сбрасывается в водоемы. Сброс сточных вод в водоемы без очистки не допускается, так как может привести к гибели микроорганизмов, растений, рыб.
7.1. Сточные воды и их очистка
Сточные воды целлюлозно-бумажных предприятий необходимо подвергать очистке от волокнистых и минеральных примесей.
При производстве порошковой целлюлозы основными загрязняющими окружающую среду сточными водами являются кислые воды после промывки порошковой целлюлозы. В процессе промывки целлюлозного порошка образуется значительное количество кислых стоков, так как процесс получения порошковой целлюлозы осуществляется водным раствором минеральных кислот.
65
Для сокращения сброса этих промывных вод в окружающую среду в технологической схеме производства порошковой целлюлозы предусмотрено рациональное повторное использование кислых оборотных вод.
Процесс промывки целлюлозного порошка предлагается проводить в две ступени на центрифугах по методу «отжим – разбавление – отжим» с противоточным использованием оборотного раствора.
На рис. 23 представлена принципиальная схема стадий «гидролиз – промывка» получения порошковой целлюлозы.
После окончания процесса гидролиза порошковая целлюлоза в виде суспензии порошка с концентрацией 5–6 % через промежуточную емкость № 1 центробежным насосом подается на промывку. Промывка осуществляется в две ступени по принципу «отжим – разбавление – отжим». Для этого суспензия подается на шнековую центрифугу № 1 для отжима до концентрации 40–45 % и отделения от целлюлозы отработанной жидкости.
Оборотный раствор (ОР-1) из шнековой центрифуги № 1 направляется на приготовление раствора кислоты для гидролиза (~70 %) и в сборник сточных вод (~30 %).
Сгущенный порошок поступает в промежуточную емкость № 2, где разбавляется оборотным раствором (ОР-3) из шнековой центрифуги № 3 до концентрации 3–4 %, и водная суспензия порошка насосом перекачивается в шнековую центрифугу № 2 для отжима до концентрации 40–45 %. Сгущенный порошок направляется в промежуточную емкость № 3, где разбавление осуществляется свежей водой до концентрации 3–4 %. Оборотный раствор (ОР-2) из центрифуги № 2 поступает частично на приготовление кислоты для гидролиза, а остаток – на нейтрализацию в сборник сточных вод и далее на очистные сооружения.
Из промежуточной емкости № 3 порошковая суспензия насосом подается для отжима на шнековую центрифугу № 3, откуда с концентрацией 40–45 % поступает в протирочный барабан и на сушку.
66
|
Целлюлоза |
|
|
|
Влажность ~7 % |
|
|
C ~ 4,5 % |
|
|
Химические потери |
Реактор |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суспензия целлюлозного |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
порошка: К = 5 – 6 % |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Промежуточная ем- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кость № 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суспензия: |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К = 5 – 6 % |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К ~ 6 % |
|
||
|
|
ОР-1 |
|
|
|
|
|
|||||
Центрифуга № 1 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К = 40 – 45 % |
|
||
30 % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Промежуточная |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
емкость № 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К = 3 – 4 % |
|
||
70 % |
ОР-2 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Центрифуга № 2 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К= 40 – 45 % |
|
||
30 % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
70 % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Свежая вода |
||
|
|
|
Промежуточная |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
емкость № 3 |
|
|
|
Емкость приготов- |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ления раствора ки- |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
К= 3 – 4 % |
|
||||||||||
|
слоты |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Свежая кислота |
Центрифуга № 3 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К= 40 – 45 % |
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
На нейтрализацию и далее |
Порошок |
|
|||||||||
|
в сток (на очистные |
|
|
|||||||||
|
|
сооружения) |
|
на сушку |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ОР-3
Рис. 23. Принципиальная схема стадий «гидролиз – промывка» получения порошковой целлюлозы
67
Кислые сточные сточные воды (смесь растворов ОР-1 и ОР-2) сбрасываются в сток и имеют следующие характеристики:
ХПК, кг О2/т целлюлозы – 5,21–7,53; БПК5, кг О2/т целлюлозы – 14–35;
перманганатная окисляемость, кг О2/т целлюлозы – 0,39–0,84. Очистка сточных вод после гидролиза (в частности, оборот-
ный раствор после 1-й и 2-й ступени промывки) включает следующие стадии: нейтрализация, отстаивание и биологическая очистка.
Поскольку на очистные сооружения предприятия следует направлять сточные воды при нейтральных значениях рН, сточные воды от производства порошковой целлюлозы следует подвергать цеховой очистке – нейтрализации известковым молоком до рН ≈ 7.
Нейтрализация сточных вод известковым молоком позволяет снизить содержание трудноокисляемых компонентов растворенных веществ (показатель ХПК уменьшается на 25–40 %), а содержание легкоокисляемых компонентов повышается (БПК увеличивается на 14–19 %). Заметно снижается перманганатная окисляемость (на 18– 34 %). Все это облегчает дальнейшую биологическую очистку сточных вод на очистных сооружениях предприятия.
Сточные воды с общим потоком сточных вод предприятия направляются на внеплощадочные очистные сооружения, включающие первичные отстойники, подготовку сточных вод к биологической очистке (усреднение, нейтрализация, обогащение солями азота и фосфора), и далее на биологическую очистку в аэротенки, где в течение 6–12 ч происходит минерализация органических веществ под действием микроорганизмов активного ила. Для насыщения воды кислородом и поддержания активного ила во взвешенном состоянии в аэротенк подается воздух. Далее сточные воды вместе с илом направляются во вторичные отстойники. Осветленная вода спускается в водоем, активный ил регенерируется и возвращается в отстойник, избыток его направляется на переработку.
68
7.2. Газопылевые выбросы и их обезвреживание
Основным источником загрязнения газопылевых выбросов в производстве порошковой целлюлозы является стадия разрыхления целлюлозы перед реактором. Выбросы могут содержать целлюлозную пыль, которая оказывает вредное воздействие на организм человека, а также является источником взрыво- и пожароопасности. Предельно допустимая концентрация взвешенных веществ (частиц целлюлозной пыли) составляет 2 мг/ м3, класс опасности 3.
Каждое производство порошковой целлюлозы должно быть снабжено системой обеспыливания (рис. 24). Задача системы обеспыливания – снижение выбросов в окружающую воздушную среду. Отсос взвешенных частиц производится вытяжным вентилятором. Наиболее распространенная установка для обеспыливания – струйный газопромыватель. После каплеотделителя очищенный воздух можно направить в атмосферу или для дополнительной очистки.
В атмосферу
Вода
Воздух, содержащий Вентилятор целлюлозную пыль
Каплеотделитель Струйный газопромыватель
Вода с уловленной пылью на повторное использование
Рис. 24. Схема обеспыливания
69