Способ концентрирования отработанного щелока целлюлозного производства

 

СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ОТРАБОТАННОГО ЩЕЛОКА ЦЕЛЛШОЗНОГ ПРОИЗВОДСТВА путем многоступенча упаривания щелока в условиях ест Греющий nCffl 15. На ТЭЦ продукт венной циркуляции, отличающийся .тем, что, с целью повьшения эффективности процесса за счет увеличения коэффициента теплопередачи , снижения расхода пара и предотвращения выпадения солей при концентрировании щелока от азотнокислой варки, упаривание щелока в условиях естественной циркуляции осуществляют до содержания абсолютно сухих веществ в щелоке 25-28% и его температуры 45-47 С, после чего дополнительно проводят упаривание щелока в условиях принудительной циркуляции при начальной температуре щелока 125-127°С и его конечной температуре 90-95 С. ноло. нужды Ясходншй 1 щелок

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(5Ц З 21 С 11/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .:

К АВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЛФ

77 1Я (21) 3467249/29-12 (22) 09.07.82 (46) 28.02.85. Бюл. Р 8 (72) А.В.Герасименко, Е.П.Новиков, Л.В.Кузнецова и Н.N.Áåñïÿòoâà (53) 676.22.082. 1 (088.8) (56) 1. Непенин tO.Н. Технология целлюлозы. И., Гослесбумиздат, 1963, с. 325-366.

2. Проспект фирмы Rosen blads

"Black liguor evaporator", 1969 (прототип) . (54)(57) СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ

ОТРАБОТАННОГО ЩЕЛОКА ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО

ПРОИЗВОДСТВА путем многоступенчатого упаривания щелока в условиях естест„„SU;, 1142557 А венной циркуляции, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повьппения эффективности процесса sa счет увеличения коэффициента теплопередачи, снижения расхода пара и предотвращения выпадения солей при концентрировании щелока от азотнокислой варки, упариванне щелока в условиях естественной циркуляции осуществляют до содержания абсолютно сухих веществ в щелоке 25-28Х и его о температуры 45-47 С, после чего дополнительн о проводят упаривание щелока в условиях принудительной циркуляции при начальной температуре щелока 125-127 С и его конечной о температуре" 90-95 С. о

1142557

Изобретение относится к процессам концентрирования отработанных щелоков в производстве целлюлозы .. азотнокислым, щелочным (сульфатным или натронным) способом варки раз- 5 личных пород древесины и может быть применено в других смежных отраслях промышленности, где возникает необходимость в концентрировании различных растворов, склонных к накипеобр азованию.

Известны способы концентрирования черных сульфатных щелоков щелочной варки древесины (далее щелок) в многокорпусных выпарных установ- 15 ках, укомплектованных выпарными аппаратами с восходящей пленкой жидкости при естественной циркуляции.

Установки работают по различным схемам питания их исходным щелоком: 20 противоточной, смешанной с шестикратным использованием греющего пара t1) .

Недостатком этих способов является необходимость укрепления исходных щелоков крепким щелоком, так как из-за повышения начальной концентрации увеличиваются температурные.потери на установку вследствие повышения температурной деп- Зо рессии щелока, увеличивается вязкость щелока, что ведет к снижению коэффициентов теплопередачи по àïïàратам. Имеет место также отложение накипи органического и неоргаиического характера на греющих трубах выпарных аппаратов, особенно в первых высокотемпературных корпусах, которые часто отключаются на промывку .

®и очистку, что значительно снижает 40 эффективность работы установки. Кроме того, увеличение потока щелока на 35-402 иэ-за укрепления его до

20-227. абсолютно сухого волокна приводит к увеличению расхода тепла, необходимого для нагрева щелока, возрастают мощности насосов на перекачку жидкости, что ведет к увеличению расхода пара и электроэнергии.

Наиболее близким к предлагаемому является способ концентрирования отработанного сульфатного щелока путем многоступенчатого упаривания щелока в условиях естественной циркуляции LZl

Коэффициенты теплопередачи при 55 упаривании щелоков но этому способу составляют 1000-1100 ккал/м > ч С в начале процесса упаривания и.« 00z

600 ккал/м -ч С в конце процесса д упаривания. Обязательна операция укрепления исходного щелока пер; д выпарной установкой.

Недостатком известного способа концентрирования является то, что в данных условиях аппараты с восходящей пленкой работают неэффективно, с низкими коэффициентами теплопередачи.

Цель изобретения — повышение эффективности процесса за счет увеличения коэффициента теплопередачи, снижения расхода пара и предотвращения выпадения солей при концентрировании щелока от азотнокислой варки.

Поставленная цель. достигается тем, что согласно способу концентрирования отработанного щелока целлюлозного производства путем многоступенчатого упаривания щелока в условиях естественной циркуляции, упаривание щелока в условиях естественной циркуляции осуществляют до содержания абсолютно сухих веществ в щелоке 25-28Х и его температуры

45-47оС, после чего дополнительно проводят упаривание щелока в условиях принудительной циркуляции при начальной температуре щелока 125127 С и его конечной температуре

90-95 С.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что в начале процесс осуществляют в мягком безнакппном режиме с естественной циркуляцией щелока при концентрациях, не достигающих предела насыщения по солям, а окончательное упаривание осуществ» ляют в режиме работы с выпадением солей в осадок при высоких постоянных скоростях жидкости в циркулирующем контуре, способствующих предотвращению оседания осадков на греющих поверхностях.

На чертеже представлена технологическая схема предлагаемого способа концентрации щелоков в пятиступенчатой выпарной установке с движением щелока по сдвоенному прямотоку по отношению к движению грекнпего пара.

Установка включает бак 1 исходного щелока, насос 2 исходного щелока, подогреватель 3 исходного щелока, установленные на входе щелока в ныпарные аппараты 4-6 пленочного типа, насос 7 полууплотненного щелока, установленный после нынарного аппа1142557 где Й

Ю ъ„Ък1000 (22 — 12)

53 — 22 рата 6, подогреватели 8- 11 полууплотненного щелока, выпарные аппараты 12 и 13 с принудительным движением щелока по греющим трубам. В схему входит насос 14 упаренного щелока, установленный после аппарата

13, испаритель 15 конденсата, установленный после греющей камеры аппарата 12, конденсатный насос 16, установленный после испарителя 10

15 конденсата, конденсатор 17 поверхностный, установленный после аппарата 6, бак 18 сбора конденсата, установленный после пароэжекторного блока 19 и трубопроводы, связующие 15 аппараты между собой по технологической цепочке.

Концентрирование щелока согласно предлагаемому способу осуществляют следующим образом. 20

Исходный щелок, например, азотнокислой варки подают насосом 2 в подогреватель 3, затем направляют в аппарат 4 первой прямоточной части установки. Щелок кипит в нем и повы- 25 шает концентрацию, выделяя вторичный пар. Затем щелок самотеком подают последовательно в аппараты 5 и 6, где концентрация его повышается вследствие кипения и выделения вто- 30 ричного пара. Так как при концентрации щелока выше 30% абсолютно сухих веществ (а.с.в.) наблюдается обильное выпадение солей, то процесс повышения концентрации в аппаратЬ

6 осуществляют до 25-28Х а.с.s

Концентрирование щелока проводят здесь в условиях мягкого безнакипного режима при температуре кипения

45-47оС, а концентрация его такова, 40 что не достигнут еще предел насыщения по солям и осадок не выпадает.

После аппарата 6 щелок через подогреватели подают насосом 7 в аппарат

12 второй прямоточной части установ- 45 ки. Концентрирование щелока в àïïàрате 12 осуществляют при 125-127 С.

Затем щелок самотеком поступает в аппарат 13, где его концентрирование осуществляют до товарной кондиции g0 о при температуре кипения 90-95 С.

Процесс концентрирования щелока выше 30-35% а.с.в. осуществляют в условиях принудительной циркуляции жидкости в контуре аппарата с выделе- 5 нием солей в осадок,. Режим работы аппаратов с принудительной циркуляцией и высокими скоростями позволяет, осуществлять упаривание щелока в этих аппаратах с высокими коэффициентами теплопередачи порядка 900-

1000 ккал/м ч С. Греющий пар из

ТЭЦ направляют в греющую камеру аппарата 4. Образовавшийся в сепараторе вторичный пар является греющим паром аппарата 5, вторичный пар последнего является грекщим паром аппарата 6 и т.д. Таким образом, вторичный пар предыдущего аппарата является грекщим паром последующего аппарата. Вторичный пар из аппарата 6 направляют на конденсацию в кондейсатор 17. Парогазовую смесь из конденсатора 17, греющих камер аппара-тов 5, 6, 12, 13 и подогревателей

8-11 направляют на пароэжекторный блок 19. Конденсат грекщего пара аппарата 12 после испарителя 15 направляют насосом 16 на ТЭЦ. Конденсат грекщего пара из аппаратов

3-6 и подогревателей 8-11 пропускают последовательно через греющие камеры этих аппаратов, где конденсат отдает избыточное тепло вследствие самовскипания при перепаде температур. Охлажденный конденсат с температурой 50-55 С отправляют на очистку и далее — на технологические нужды.

Предлагаемый способ иллюстрируется примерами, где все расчеты отнесены с 1000 кг/ч исходного щелока.

Пример 1. Осуществление известного способа при упаривании щелока сульфатной варки ведут по указанной схеме ° Количество упаренного щелока, поступающего на укрепление исходного, рассчитывается по формуле количество исходного щело- ь ка, KI /÷ количество упаренного щелока, подаваемого на укрепление, кг/ч, концентрация укрепленного щелока, Х а.с.в.; концентрация исходного ще-1 лока, Х а.с.в., концентрация упаренного щелока, Х а.с.в., Количество укрепленного щелока, подаваемого на упаривание, определяется по формуле K4н=4н +5 = 1000+ 332 6 =

1332,6 кг/ч

Из расчета видно, что поток щелока увеличивается на 33,2%. Кроме того, при увеличении концентрации щелока увеличивается вязкость и депрессия.

Вязкость щелока при 12% а.с.в.

0,72 сП, при 22% а.с.в, 1,42 сП, т.е. увеличивается в 2 раза. Депрессия щелока при концентрации 12% а. с, в, 1 С, при 22% а.с.в. 4,7"С, т.е. увеличивается в 4,7 раза.

Расчет расхода экстрапара на по. догрев исходного щелока определяется по следукяцей формуле С<н Сн(к н) ° чн г где 6и — количество пара на подо1 грев щелока, кг/ч

- количество исходного щелока, KF/÷, C — теплоемкость исходного щелока, ккал/кг С; о н — температура щелока перед подогревом, оС, — температура щелока после к о подогрева, С вЂ” теплота конденсации греницего пара, ккал/кг

1332,6 0,95(85 — 75) 540

= 23,5 кг/ч

Расчет копичества,выпаренной воды, упаренного щелока на установку и по аппаратам определяется по следующей формуле: для установки @ н р для аппарата ь

Количество выпаренной воды на установке .ЕФ = 1332 6 (1 — — ) 22

Ф 53

779,4 кг/ч

Количество щелока, выходящего из установки

= - и — "- = 1332,6—

779,4 = 553,2 кг/ч.

1142557

Количество выпаренной воды и упаренного щелока по аппаратам при пятиступенчатом использовании греющего пара и питанию щелоком аппаратов по схеме сдвоенного прямотока 3- 4- 5-

1- 2

1332,6 (1 — — 6) = 205 кг/ч

Ci) = 1332,6 — 205 = 1127,6 кг/ч и „вЂ” 1 127, 6 (1 — 32) — 21 1, 4 кг/ч, 26

Cj = 1127,6 — 211,4 = 916,2 кг/ч;

11

916,2 (1 — — ) = 218,1 кг/ч

32 — 916,2 — 218,1 = 698, 1 кг/ч, Ъ< = 698,1 (1 — — ) = 74,3 кг/ч, 42

С < < = 698, 1 — 74,3 = 623,8 кг/ч, 47 — — — 3) — 70,6 кг/ч, G = 623,8 — 70,6 = 553,2 кг/ч.

Проверка суммарного количества выпаренной воды на установке

30 K% +< + + 4 + 4+ 4

= 205 + 211,4 + 218,1 + 74,3 +

+ 70,6 = 779,4 кг/ч, что соответствует заданным величинам. д Пример 2. Предлагаемый способ осуществляют при упаривании щелоков азотнокислой варки. Щелок азот нокислой варки не содержит в своем составе сульфатного мыла, и поэтому

40 не требуется укрепления его перед упарив анием.

Расчет расхода экстрапара на подогрев исходного щелока

1000 ° 0, 95 (85 — 75) и 540 — 17,6 кг/ч

Расчет количества выпаренной воды, упаренного щелока с начальной

«<<0 концентрацией 8% а.с в. при естественной циркуляции, температуре кипения в последней ступени 45-47 С и конечной концентрации 25-28% а.с.в °

Так как диапазон концентраций и

55 температур очень мал и практически не влияет на конечный результат, то расчет выполняется при среднем значении конечной концентрации (25 +

557

W> ®6 ®а+ 1 >

= 238,1 + 228,6 + 231,4 +

+ 89,7 + 85,2 = 873 кг/ч

Составитель А.Моносов

Техред Т.Маточка Корректор Е.Рошко

Редактор С.Лисина

Заказ 671/28 Тираж 361 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, -Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,. 4,7 1 142

+ 28) /2 = 26,5 а.с.в. Упаривание осуществляется на установке пятикратного действия. Схема движения щелока из аппарата в аппарат по сдвоенному прямотоку 4 5 6 1213. 5

Количество выпаренной воды на установке .

2W= 1000 (1 — — ) = 873,0 Kr/ч, 8

63 1О

Количество упаренного щелока, выходящего из установки

1000 — 873 = 127 кг/ч.

Количество выпаренной воды и упа15 ренного щелока по аппаратам

Wq = 1000 {1 — ) = 238,1 кг/ч"

10,5

1000 — 238,1 = 761,9 кг/ч, W = 761,9 (1 - — ) = 228,6 кг/ч

761,9 — 228,6 = 533,3 кг/ч

h(= 533,2 (1 — — ) = 231,4 кг/ч 25

С = 533,3 — 231,4 = 301,9 кг/ч

Далее упаривание осуществляется в условиях с принудительной циркуляцией при упаривании до конечной кон30 центрации, например, b< = 63X а.с.в.

Начальная температура кипения 1258

127>С. Коне-.ная температура кипения

90-95 С, при этом

W g = 301,9 (1 — . ) = 89,7 кг/ч

26,5 — 301,9 — 89,7 = 212,2 кг/ч, 3г

Ъ = 2122 (1 — — ) = 852 кг/ч

37,7 — 212,2 — 85,2 = 127 кг/ч т.е. упаривание в аппарате 12 происходит при температуре кипения

126,5 С, а в аппарате 13 — при о

92,5 С.

Проверка суммарного количества выпаренной воды на установке

Как видно из приведенных примеров, относительно при одинаковых начальных условиях и более жестких конечных условиях (637. а.с.в. вместо 53_#_ а.с.в.) упаривания, производительность каждой ступени по выпаренной воде вьппе, чем у аналогов.

Согласно предлагаемому способу на подогрев щелока потребуется на

337. экстрапара меньше, чем согласно прототипу. В переводе на греппций пар это составляет ч 500 т/год.