Раздел 2. Технологические, технические решения и системы менеджмента, используемые в настоящее время в целлюлозно-бумажной промышленности

Раздел 2 Технологические, технические решения и системы менеджмента, используемые в настоящее время в целлюлозно-бумажной промышленности

Производство первичных волокон

В России в производстве волокнистых полуфабрикатов доля сульфатной целлюлозы составляет 68,3 %, доля сульфитной целлюлозы - 4,5 % и древесной массы - 27,2 % (данные Росстата).

На рисунке 2.1 приведена блок-схема производства сульфатной целлюлозы и НСЦ.

Рисунок 2.1 - Блок-схема производства сульфатной целлюлозы и НСЦ [4, 13]

2.1 Подготовка древесного сырья

На рисунке 2.2 приведена блок-схема производства щепы.

Рисунок 2.2 - Блок-схема производства щепы

2.1.1 Процесс подготовки щепы

Процесс подготовки древесного сырья может включать следующие технологические подпроцессы:

- распиловка древесины;

- окорка древесины;

- рубка древесины;

- хранение щепы;

- сортирование щепы.

2.1.2 Распиловка древесины

Древесное сырье на переработку может поступать в виде хлыстов, длинника и коротья.

В России наибольшее распространение получили барабаны для окорки коротья 1,2-2,2 м, которые требовали предварительного распила длинномерной древесины на слешере на указанные отрезки. В настоящее время созданы и используются барабаны для окорки бревен длиной 4,5-6 м, поэтому процесс распиловки древесины на современных предприятиях отсутствует или используются для трудноокариваемых пород (береза, лиственница).

2.1.3 Окорка древесины

Древесное сырье может окариваться на различном окорочном оборудовании: при групповом способе - в окорочных барабанах, при индивидуальном - окорка на роторных станках.

Барабаны предназначены для окорки мокрым, полусухим и сухим способами. В процессе мокрой окорки древесины используется большое количество воды, так как конструкция барабана помещается в ванну, заполняя барабан водой на 1/3 диаметра. При полусухом способе окорки горячая вода подается в глухую секцию барабана, что создает условия для размораживания (в зимнее время) и увлажнения коры, обеспечивая хорошую окорку любой древесины.

В последние годы на многих предприятиях стала применяться сухая окорка в барабанах. Вода используется только для промывки бревен и их размораживания. Размораживание достигается с помощью подачи пара в барабан или горячей воды на специальный конвейер, установленный перед барабаном.

Используемая в процессе вода рециркулирует при минимальном образовании сточных вод и количестве загрязняющих веществ.

Кора получается при сухой окорке с низким содержанием воды, что приводит к более выгодному энергобалансу предприятия.

Кора после окорочного барабана подается на измельчитель и, если она влажная, отжимается на прессе для последующего сжигания. В некоторых случаях она продается другим предприятиям, но при больших объемах предпочтительно сжигание на самом предприятии в многотопливных котлах.

2.1.4 Рубка древесины

Для обеспечения быстрого и однородного удаления лигнина из древесины бревна рубятся в щепу. Ширина щепы оказывает значительно меньшее влияние на процесс сульфатной варки и качество целлюлозы, чем толщина и длина. Наиболее важное значение имеет толщина щепы, что позволяет эффективно пропитывать (импрегнировать) все древесное вещество варочными химикатами. Длина также важна. Средняя длина волокна сокращается после рубительной машины и зависит от длины щепы. Рубка щепы проводится в рубительной машине или в измельчителе щепы. По способу подачи балансов различают машины с наклонным и горизонтальным питающим патроном. В настоящее время наибольшее распространение получили рубительные машины с горизонтальной подачей древесины в машину и нижним выбросом щепы. Это обусловлено увеличением длины, поступающей на рубку бревен, до 4-6 м, что снизило потери древесины от предварительной распиловки на коротье 1,2-2,2 м, а также от сокращения образования опила из-за уменьшения числа размочаленных торцов после окорки и от исключения дополнительного измельчения щепы за счет удара лопаток при выбросе вверх.

2.1.5 Сортирование щепы

Получение щепы однородного размера необходимо для повышения эффективности процесса варки и обеспечения высокого качества целлюлозы. После рубительной машины щепа сортируется для удаления нестандартной по размеру щепы и опилок. Мелкую фракцию щепы желательно варить в специальном варочном котле либо сжигать вместе с опилками и корой. Крупная и толстая щепа измельчается на специальных аппаратах и возвращается в общий поток на повторное сортирование. При использовании рубительных машин с верхней выгрузкой щепы для улучшения ее фракционного состава применяют специальные сортировки для выделения из щепы толстой фракции, которая направляется на обработку на специальном оборудовании для разрезания или раздавливания и далее уже измельченная подается в производство. Для рубительных машин с верхней выгрузкой щепы сортирование по толщине обеспечивает равномерность провара целлюлозы, тем самым повышая ее качество и выход.

Сортирование товарной щепы, поступающей от стороннего производителя

В случае поступления небольшого объема товарной щепы его подают на существующее оборудование для сортирования. При поступлении значительного объема товарной щепы дополнительно устанавливают сортирующий узел (табл. 2.1, п. 1.4).

Общая технологическая схема процесса подготовки древесного сырья приведена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Блок-схема подготовки технологической щепы

В таблице 2.1 представлены стадии технологического процесса и оборудование для подготовки щепы из круглого леса.

Таблица 2.1 - Стадии технологического процесса и основное оборудование, используемое при подготовке щепы

Входной поток	Стадии процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Длинномерная древесина неокоренная	1.1 Распиловка длинномерной древесины на короткомерные балансы	Балансы неокоренные	- устройство для приема и распиловки древесного сырья	- отходы коры; - опилки натуральной чистой древесины
Групповой способ окорки
- балансы неокоренные; - пар; - электроэнергия; - оборотная вода	1.2 Окорка древесины	- балансы окоренные; - кора, древесный лом; - сточные воды; - песок, камни; - паровоздушная смесь (при сухой окорке)	- размораживающий конвейер; - окорочный барабан; - оборудование для сбора и подготовки коры к сжиганию (конвейеры, сортировка, пресс, корорубка; - оборудование для сбора и очистки коросодержащих вод (дренажный конвейер, скребковый конвейер, водоотделительный барабан, фильтр, емкости, насосы)	- выбросы в атмосферу: - паровоздушная смесь; - сбросы в канализацию (взвешенные вещества, ХПК, БПК); - отходы (камни, песок); - шум от работающего оборудования
- балансы окоренные; - электроэнергия	1.3 Рубка древесины	- щепа несортированная	- рубительная машина; - бункер приемный с разгрузочным шнеком	Шум от работающего оборудования
- щепа несортированная; - электроэнергия	1.4 Сортирование щепы	- щепа сортированная; - опилки натуральной чистой древесины	- сортировка; - дезинтегратор: - оптимизатор.	Опилки натуральной чистой древесины
Индивидуальный способ окорки
- балансы неокоренные; - электроэнергия	1.2 Окорка древесины	- балансы окоренные, - кора, древесный лом; - коросодержащая вода; - песок, камни	- приемный стол; - ступенчатый питатель; - окорочный станок; - оборудование для сбора и подготовки коры к сжиганию (конвейеры, сортировка, корорубка)	Шум от работающего оборудования
- балансы окоренные; - электроэнергия	1.3 Рубка древесины	Щепа несортированная	- рубительная машина; - бункер приемный с разгрузочным шнеком	Шум от работающего оборудования
- щепа несортированная; - электроэнергия	1.4 Сортирование щепы	Щепа сортированная Опилки натуральной чистой древесины	- сортировка; - дезинтегратор; - оптимизатор щепы	Опилки натуральной чистой древесины

Технологические характеристики оборудования процесса подготовки щепы из круглого леса представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Характеристика оборудования процесса подготовки древесного сырья

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики 1)
Устройство для приема и распиловки длинника	Прием пачки сортиментов, разделение пачки, подача на распиловку, распиловка длинномерной древесины на коротье	Производительность, пл. м 3/час, - 125-180. Длина бревен, м, - 6,5. Диаметр пил, мм, - 1500-2000
Групповой способ окорки древесного сырья
Размораживающий конвейер	Промывка и размораживание древесины в зимнее время	Производительность, пл. м 3/час, - 85-390. Температура воды, °С, - 40-60
Окорочный барабан	Окорка древесины	Производительность, пл. м 3/час, - 85-390. Длина, м, - 25,0-42,0. Диаметр, м, - 4,0-5,2. Скорость вращения, об/мин, - 4-9
Рубительная машина	Рубка окоренной древесины	Производительность, пл. м 3/час, - 100,0-390,0. Диаметр диска, м, - 3,0-3,87. Число ножей, шт., - 12-18. Частота вращения, мин -1, - 220-300
Бункер приемный для щепы с разгрузочным шнеком	Прием щепы от рубительной машины	Производительность разгрузочного шнека, нас. м 3/час, - 750,0-1300,0
Дисковая сортировка	Отделение из коры крупных древесных отходов	Производительность, м 3/час - до 220,0
Корорубка	Измельчение коры и древесного лома	Производительность, м 3/час, - 50,0-135,0. Размер измельченной коры, мм, - до 50,0
Короотжимной пресс (цепной, винтовой, поршневой)	Прессование коры	Производительность, м 3/час, - 30,0-100,0. Влажность коры после прессования, % - 40-55. Остальные данные в зависимости от типа пресса
Межагрегатные связи	Конвейеры ленточные, цепные для транспортировки материала между оборудованием	Производительность, м 3/час. Длина, м. Ширина, мм. В зависимости от компоновки оборудования
Индивидуальный способ окорки древесного сырья
Приемный стол	Прием древесины	В зависимости от производительности линии. Объем загрузки, м 3, - 40 м 3/час. Размеры загружаемой древесины, м, - до 6,6 м
Ступенчатый питатель	Поштучная подача бревен на окорку	Скорость подачи, м/мин, - 40-75
Окорочный станок роторный	Окорка древесины	Тип. Диаметр окариваемых лесоматериалов, см, - 10-80. Длина бревна (наим.), м, - 1,5-3,0
Рубительная машина	Рубка окоренной древесины	Тип Производительность, пл. м 3/час. Диаметр диска, м. Число ножей, шт. Частота вращения, мин -1
Бункер-выравниватель со шнековым разгрузчиком	Прием щепы от рубительной машины	Производительность, пл. м 3/час. Длина шнека, м. Диаметр шнека, см
Корорубка	Измельчение крупных отходов	Производительность, м 3/час. Размер измельченной коры, мм. Диаметр ротора, мм. Частота вращения, мин -1
Межагрегатные связи	Конвейеры для транспортировки материала между оборудованием	Производительность, м 3/час. Длина, м. Ширина, мм. В зависимости от компоновки оборудования
Сортирование щепы
Сортировка щепы	Сортирование щепы	Тип - гирационная, дисковая, валковая, вибрационная. Производительность, м 3/час, - 120-700
Дезинтегратор	Измельчение крупной щепы	Тип - дисковая. Производительность, м 3/час - 60,0-100,0
Измельчитель щепы	Измельчение толстой фракции щепы	Тип - Р-рубительная машина, дисковая. Производительность - 50-100 м 3/час
Оптимизатор щепы	Обработка толстой и крупной фракции щепы	Тип - валковый. Производительность - 50-100 м 3/час
Межагрегатные связи	Конвейеры ленточные для транспортировки материала между оборудованием	Производительность - 100-400 м 3/час. Длина, м. Ширина, мм. В зависимости от компоновки оборудования
1) Технологические характеристики зависят от видов древесины и требуемой производительности линии.

Таблица 2.3 - Природоохранное оборудование процесса подготовки древесного сырья

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики 1)
Система пылеудаления	Система удаления паровоздушной смеси из окорочного барабана и размораживающего конвейера	Производительность, м 3/с, - 10,0-12,0. Давление, Па, - 3500. Концентрация пыли, мг/м 3 - 15-50
Дренажный конвейер	Первичное обезвоживание коры	Производительность (по воде), м 3/час, - 1000-1500. Диаметр перфорации, мм, - 7,0. Ширина, мм, - 900-1300
Водоотделительный барабан	Первичное обезвоживание коры	Диаметр, мм - 1500-2000. Длина, м, - 4,0-5,0. Диаметр перфорации, мм, - 6,0-8,0
Фильтр сетчатый	Локальная очистка воды	Производительность, м 3/мин, - 12,0-35,0. Диаметр барабан, м, - 2,0. Ширина сетки, м, - 8,0-10,0
Транспортер песка	Отделение осадка из бассейна коросодержащих вод	Ширина, мм, - 400-600. Длина, м, - от компоновки цеха
Промывной рольганг с камнеловушкой	Промывка балансов перед рубкой, отделение камней	Ширина, мм, - 1200-1400. Длина, м, - от компоновки цеха. Скорость, м/с
Цепной конвейер для камней у размораживающего конвейера	Удаление камней при размораживании	Ширина, мм, - 650. Длина, м, - от компоновки
1) Технологические характеристики зависят от видов древесины и требуемой производительности линии.

2.2 Процесс производства сульфатной целлюлозы

В настоящее время сульфатный способ производства целлюлозы является доминирующим химическим процессом для получения технической целлюлозы с высокими прочностными характеристиками, который позволяет перерабатывать древесину практически всех пород [4]. Сульфатный способ имеет эффективную и хорошо апробированную систему регенерации химикатов, в которой органические вещества отработанного черного щелока в виде биотоплива играют существенное значение в энергетическом балансе ЦБП. В России в 2019 году произведено 6,8 млн тонн сульфатной целлюлозы и при этом образуется 68 млн тонн черного щелока, который сжигается в энерготехнологических котлах. Это позволяет, во-первых, регенерировать 97 % используемых на варку щелочных реагентов, что составляет 2,2 миллионов тонн щелочи, которая снова расходуется на варку целлюлозы, и во-вторых, попутно производится 34 миллиона тонн пара высокого давления, которого достаточно для выработки из возобновляемого источника энергии 5,4 млн кВт*ч электрической энергии, что в 4 раза больше мощности биоэнергетики России в 2021 году, которая составила 1,373 млн кВт [4].

Биотопливо в виде сухих веществ черного щелока совместно с кородревесными материалами на 35 % покрывает потребность предприятий ЦБП в энергоресурсах.

На целлюлозно-бумажных предприятиях России вырабатывается:

- сульфатная беленая хвойная и лиственная целлюлоза (товарная и для производства печатных бумаг);

- товарная сульфатная небеленая хвойная целлюлоза;

- сульфатная небеленая хвойная целлюлоза для производства картона, флютинга, мешочных и упаковочных бумаг;

- нейтрально-сульфитная лиственная полуцеллюлоза (НСПЦ) и сульфатная лиственная полуцеллюлоза с зеленым щелоком.

Производство сульфатной целлюлозы включает следующие основные технологические блоки:

- подготовка древесного сырья;

- получение сульфатной небеленой и беленой целлюлозы;

- регенерация химикатов и энергии, получение побочных продуктов;

- отбелка, приготовление химикатов для отбелки;

- система очистки производственных сточных вод на внеплощадочных очистных сооружениях.

Технологический процесс получения беленой и небеленой сульфатной целлюлозы может включать следующие подпроцессы:

- варка целлюлозы;

- горячий размол, промывка и сортирование небеленой целлюлозы, сортирование и размол отходов;

- кислородно-щелочная делигнификация и отбелка целлюлозы;

- очистка беленой целлюлозы;

- сушка, упаковка и хранение беленой и небеленой целлюлозы.

Комбинация подпроцессов, их аппаратурное оформление и размещение в технологической схеме процесса производства сульфатной целлюлозы зависят от конкретного вида вырабатываемой продукции и технологии ее получения (см. рисунок 2.4).

Основная информация о процессе получения сульфатной целлюлозы, который используют в настоящее время в российской ЦБП, представлена в таблице 2.4.

Рисунок 2.4 - Блок-схема технологического процесса получения сульфатной целлюлозы

Таблица 2.4 - Описание процесса получения сульфатной целлюлозы

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Щепа кондиционная. Опилки, спички. Сучки, непровар. Белый щелок. Черный щелок. Фильтрат от промывки. Пар. Электроэнергия	Варка	Небеленая целлюлоза. Черный щелок. Конденсат паров вскипания черного щелока. НК ДПГ. ВК ДПГ скипидар, метанол	Система загрузки щепы в варочный котел. Варочная установка. Выдувной резервуар. Система теплообменников для конденсации паров вскипания черного щелока. Система сбора НК ДПГ. Система сбора ВК ДПГ	Выбросы в атмосферу: ДПГ, скипидар, метанол. Сбросы в производственную канализацию: взвешенные вещества, ХПК, щелочь. Минеральные отходы
Небеленая целлюлоза. Фильтрат от промывки. Очищенный конденсат с выпарной станции Электроэнергия Пар	Промывка	Небеленая целлюлоза. НК ДПГ. Фильтрат от промывки скипидар, метанол	Промывной аппарат. Насос МС	Выбросы в атмосферу: ДПГ, скипидар, метанол. Сбросы в производственную канализацию: взвешенные вещества, ХПК, щелочь
Небеленая целлюлоза. Фильтрат от промывки. Электроэнергия	Сортирование	Небеленая кондиционная целлюлоза. Сучки и непровар. Отходы тонкого сортирования. НК ДПГ	Сучколовители для отделения сучков и непровара. Промыватели сучков и непровара. Сортировки. Промыватели отходов. Рафинеры для размола отходов Вихревые очистители для отделения песка. Рафинеры для размола целлюлозы высокого выхода	Выбросы в атмосферу: ДПГ, скипидар, метанол. Сбросы в производственную канализацию: взвешенные вещества, ХПК, щелочь. Минеральные отходы. Сучки и непровар. Отходы тонкого сортирования
Небеленая очищенная целлюлоза. Фильтрат от промывки/горячая вода/очищенный конденсат. Электроэнергия	Промывка	Небеленая промытая очищенная целлюлоза. НК ДПГ. Фильтрат от промывки	Промывной аппарат. Насос МС	Выбросы в атмосферу: ДПГ. Сбросы в производственную канализацию: взвешенные вещества, ХПК, щелочь
Промытая очищенная небеленая целлюлоза. Окисленный белый щелок/едкий натр Кислород. Пероксид водорода. Пар. Сульфат магния. Электроэнергия	Кислородно-щелочная делигнификация	Небеленая целлюлоза с пониженным числом Каппа	Реакторы кислородно-щелочной делигнификации (1 или 2 ст.). Смесители с паром и кислородом. Насосы МС. Установка окисления белого щелока воздухом или кислородом. Узел приема, хранения, растворения и подачи в процесс кристаллического сульфата магния	Выбросы в атмосферу: CO
Целлюлоза после КЩО. Горячая вода/очищенный конденсат от выпарной станции. Электроэнергия	Промывка	Промытая небеленая целлюлоза с пониженным содержанием лигнина. Фильтрат от промывки	Промывной аппарат. Насос МС	Сбросы в производственную канализацию: взвешенные вещества, ХПК, щелочь
Промытая небеленая целлюлоза. Отбеливающие химикаты: хлор, диоксид хлора, кислород, пероксид водорода, едкий натр, гипохлорит натрия, серная кислота, соляная кислота, сернистая кислота. Свежая, теплая, горячая вода. Пар Электроэнергия	Отбелка	Беленая целлюлоза	Башни высокой концентрации для хранения целлюлозы перед отбелкой и после. Отбельные башни и реакторы. Промывные аппараты. Смесители с химикатами; кислородом и паром. Насосы МС. Газоочистное оборудование хлорсодержащих газов	Выбросы в атмосферу: хлор, (диоксид хлора). Кислый и щелочной фильтрат в производственную канализацию: взвешенные вещества, ХПК, AOX
Беленая целлюлоза. Оборотный брак. Пар. Оборотная вода. Гидроксид натрия. Сернистая кислота. Соляная кислота. Электроэнергия. Разбавительная вода	Сортирование и очистка.	Очищенная беленая целлюлоза. Отходы сортирования. Оборотная вода	Напорные сортировки. Вихревые очистители. Фильтр для улавливания волокна. Сгуститель.	Сбросы в производственную канализацию: взвешенные вещества, ХПК
Беленая целлюлоза. Пар. Оборотная вода. Свежая вода. Электроэнергия	Формование. Прессование. Сушка целлюлозного полотна	Целлюлозное полотно Брак (отсечки и при обрывах). Оборотная вода. Конденсат	Напорный ящик. Формующая часть. Прессовая часть. Сушильная часть. Охладитель. Накат или листорезка. Гидроразбиватели брака	Сбросы в производственную канализацию: взвешенные вещества, ХПК. Выбросы в атмосферу: мокровоздушная смесь, бумажная пыль
Целлюлозное полотно. Свежая вода. Электроэнергия	Резка и упаковка	Товарная целлюлоза. Брак (кромка, листовой брак)	Листорезка. Линия упаковки	Выбросы в атмосферу: бумажная пыль

2.2.1 Варка целлюлозы

В процессе сульфатной варки целлюлозы древесина обрабатывается варочным щелоком в течение нескольких часов при высокой температуре (обычно 170 °С).

Конкретные условия варки зависят от состава варочного раствора и определяются назначением вырабатываемой технической целлюлозы: для получения бумаги и картона или для химической переработки.

Сульфатный варочный щелок в качестве активных компонентов содержит NaOH и Na ₂S, а также примеси карбоната, тиосульфата, сульфата и полисульфидов натрия, наличие которых связано с реакциями, протекающими в процессе регенерации варочных компонентов.

В условиях сульфатной варки все компоненты древесины вступают в реакции с варочными реагентами, в результате которых большая часть лигнина, некоторая часть углеводов и экстрактивные вещества в виде продуктов деструкции переходят в раствор и образуют отработанный (черный) щелок.

Процесс варки целлюлозы сопровождается образованием летучих серосодержащих веществ, таких как метилмеркаптан, диметилсульфид, диметилдисульфид, сероводород, обладающих характерным неприятным запахом, вследствие чего их называют дурнопахнущими. Причиной образования дурнопахнущих соединений является присутствие в варочном щелоке сульфида натрия и в древесине - метоксильных групп.

Основными факторами, влияющими на процесс сульфатной варки, являются: расход щелочи и ее концентрация, температура и продолжительность варки, сульфидность щелока, пропарка и пропитка щепы, породный состав древесины.

В результате варки хвойных пород древесины (ель, сосна) можно получить целлюлозу для отбелки с числом Каппа до 25-35, поддерживая при этом приемлемые прочностные показатели целлюлозы. Для древесины лиственных пород (осина, береза) получают целлюлозу с числом Каппа 14-22.

Варка может проводиться на варочных установках периодического или непрерывного действия.

Периодическая варка осуществляется в стационарных варочных котлах с системой принудительной циркуляции щелока и непрямым нагревом.

Основными операциями традиционной периодической варки являются: загрузка котла щепой и варочным щелоком (в течение загрузки щепа уплотняется паром), заварка (подъем температуры в котле до конечной температуры варки, терпентинные сдувки (удаление газов и воздуха), варка при конечной температуре, конечные сдувки для снижения давления (если выдувка массы не производится с полного давления варки).

Общий оборот котла составляет от 4 до 6 ч.

Применение современной "модифицированной" технологии периодической сульфатной варки с холодной выгрузкой массы из котла и рекуперацией тепла черного щелока позволяет: сократить расход пара на варку (до 50-60 %), сократить оборот варочного котла, снизить расход химикатов на варку на 5-10 %, увеличить выход целлюлозы, сократить количество непровара, повысить прочность целлюлозы на 10-15 %, улучшить промывку целлюлозы за счет стадии промывки в котле, значительно сократить газовые выбросы.

Варочные установки непрерывного действия системы Камюр подразделяются на однососудные или двухсосудные, гидравлического типа или с паровой фазой, с зоной противоточной диффузионной промывки или без нее.

Щепа перед загрузкой в котел для непрерывной варки предварительно пропаривается для удаления воздуха, который препятствует пропитке щепы химикатами.

После загрузки в котел щепа пропитывается варочным щелоком, а температура повышается до 155-175 °C.

Время варки при максимальной температуре составляет 1-2 ч.

На российских предприятиях практически все варочные установки - непрерывного действия.

Три варочные установки работают по технологии LoSolids, одна установка - по технологии Compact Cooking G2.

Отработанный варочный раствор (черный щелок), содержащий остаточные варочные химикаты и перешедшие в раствор органические вещества древесины, после отделения целлюлозного волокна, направляется на выпарные станции, входящие в состав системы регенерации химикатов варки.

Выделяющиеся в процессе вскипания черного щелока и пропарки щепы ДПГ вместе с паром подаются в систему пропарки щепы, откуда направляются на конденсацию.

Неконденсированные высоко- и низкоконцентрированные дурнопахнущие газы (ВК ДПГ и НК ДПГ) через раздельные системы сбора и транспортировки подаются на термическое обезвреживание (сжигание в СРК или специальных печах) или выбрасываются в атмосферу после обезвреживания на газоочистной аппаратуре.

Скипидаросодержащий (терпентинный) конденсат от конденсаторов паров вскипания черного щелока и пропарочного бункера направляется на производство побочных продуктов для выделения скипидара-сырца.

Подскипидарная вода от отстаивания терпентинного конденсата и конденсат от промывки и охлаждения ДПГ на газоочистном скруббере направляются для очистки в стриппинг-колонну (в системе выпарной станции или отдельно стоящую).

2.2.2 Промывка небеленой целлюлозы

Целью промывки является максимальное отделение от целлюлозного волокна растворенных минеральных и органических веществ черного щелока для увеличения степени регенерации химикатов варки, сокращения расхода отбеливающих химикатов и снижения сброса загрязнений со сточными водами отбельной установки, сушильной или бумагоделательной машины.

Эффективность промывки небеленой целлюлозы зависит от количества ступеней промывки, эффективности используемого оборудования, концентраций входящей на промывку и промытой массы, расхода промывной воды и т.д.

Для современных промывных установок эффективность промывки оценивается по степени отбора сухих веществ и должна составлять не менее 99 %.

Современные промывные устройства (диффузоры, фильтры и прессы) разработаны для промывки диффузией, отжимом и вытеснением или объединением этих трех принципов.

На российских сульфат-целлюлозных заводах применяется закрытая, противоточная промывка небеленой целлюлозы в 3-5 ступеней (включая ступень диффузионной промывки в варочном котле) с использованием в качестве промывной жидкости горячей воды, очищенного конденсата выпарной станции или промывного щелока с последующей ступени, в том числе фильтрата от ступени КЩО.

Основные типы промывного оборудования на предприятиях России - барабанные фильтры, промывные прессы, атмосферные диффузоры и диффузоры давления.

2.2.3 Сортирование небеленой целлюлозы

Цель сортирования небеленой целлюлозы - отделение сучков и непровара, пучков неразделенных волокон, коры, луба, смолы и песка от основного потока кондиционной целлюлозы с помощью различного сортирующего оборудования.

Схема сортирования целлюлозы, а также выбор оборудования зависят от вида исходной целлюлозы, ее назначения и требований, предъявляемых ГОСТ, ТУ или потребителем по остаточной сорности.

Сортирование небеленой целлюлозы, как правило, включает следующие операции:

- грубое сортирование небеленой целлюлозы (отделение сучков, непровара и тяжелых включений) на комбинированной сортировке, напорном сучколовителе, промывателе сучков, вибрационной сортировке и гидроциклоне (магноклинере);

- тонкое сортирование небеленой целлюлозы (отделение костры, коры, песка и других мелких включений) на комбинированной сортировке, сортировках давления, промывателе отходов, вихревых очистителях.

В зависимости от вида вырабатываемой целлюлозы и конкретных условий производства:

- выделенные в процессе грубого сортирования сучки и непровар после отделения волокна и обезвоживания до 30-процентной концентрации могут направляться на повторную варку, на утилизацию в многотопливный котел или вывозиться на полигон промышленных отходов;

- отходы сортирования после отделения волокна и обезвоживания также могут подаваться на сжигание в многотопливный котел или вывозиться на полигон промышленных отходов;

- волокнистые отходы сортирования (костра и непровар) могут фибриллироваться на специальной размалывающей аппаратуре и возвращаться в основной поток массы или использоваться в картонно-бумажном производстве и т.д.

При производстве небеленой целлюлозы для выработки картона, флютинга, мешочных и упаковочных бумаг сучки и непровар обычно не отделяются, вся масса после варки подвергается горячему размолу, не размолотая фракция отделяется на сортировке и возвращается на повторный размол. Отсортированная размолотая масса возвращается в основной поток.

Оборудование для сортирования чаще всего размещается до промывки целлюлозы (горячее сортирование). Возможно также проводить сортирование после КЩО.

Сточная вода от оборудования установок промывки и сортирования, основное количество которой составляют слабощелочные воды от негерметичного уплотнения элементов, узлов оборудования, смыва полов, промывки оборудования перед ремонтным обслуживанием, случайные утечки поступают в производственную канализацию и далее на очистные сооружения.

Щелокосодержащие воды, образующиеся при опорожнении оборудования и трубопроводов при проведении планово-предупредительных ремонтов и при аварийных ситуациях, возвращаются в процесс или подаются на выпарную станцию для последующей регенерации совместно с черным щелоком.

Источником выделения газовых выбросов на установках промывки и сортирования небеленой целлюлозы является емкостное и промывное оборудование.

Объединенные парогазовые выбросы направляются в систему сбора и транспортировки НК ДПГ и далее на обезвреживание или выбрасываются в атмосферу без очистки.

2.2.4 Кислородно-щелочная делигнификация небеленой целлюлозы

Цель кислородно-щелочной делигнификации - снижение числа Каппа целлюлозы перед отбельной установкой, сокращение расхода химикатов на отбелку, снижение сброса загрязняющих веществ на очистные сооружения и, соответственно, снижение воздействия отбелки на окружающую среду.

Удаление лигнина в процессе кислородной делигнификации осуществляется за счет обработки небеленой целлюлозы кислородом и щелочью в реакторах при повышенной температуре под избыточным давлением.

Процесс кислородно-щелочной делигнификации проводится в одну или в две ступени при средней концентрации массы.

Двухступенчатая делигнификация обеспечивает степень делигнификации для хвойной целлюлозы 60-70 %, одноступенчатая - около 40 %.

Размещение оборудования кислородно-щелочной делигнификации в технологической схеме - после промывки небеленой целлюлозы.

Для обеспечения селективной делигнификации требуется эффективная промывка целлюлозы перед и после КЩО.

Перед кислородно-щелочной делигнификацией требуется эффективная промывка от черного щелока, так как при высоком остаточном содержании в массе растворенных органических веществ и сульфида резко увеличиваются расходы кислорода и щелочи и снижаются механические свойства целлюлозы.

Содержание ХПК в целлюлозной массе, поступающей на КЩО, не должно превышать 100 кг/в. с. т.

Промывка целлюлозы после кислородно-щелочной делигнификации также должна быть как можно более глубокой, так как качество промывки определяет величину потерь химикатов.

Эффективность промывки по фактору Norden должна составлять 15 перед кислородно-щелочной делигнификацией и 8-10 - после.

Фильтрат от промывки целлюлозы после КЩО направляется на промывку целлюлозы после варки, таким образом щелочь, израсходованная на ступени КЩО, противотоком возвращается в цикл регенерации.

Для сохранения баланса натрия и серы в системе регенерации химикатов варки в качестве щелочного реагента кислородной делигнификации предусматривается использование окисленного белого щелока вместо щелочи (NaOH).

Предотвращение деструкции хвойной целлюлозы в процессе кислородно-щелочной обработки, обусловленной влиянием металлов переменной валентности, обеспечивается введением в процесс соединений магния (обычно MgSO ₄). Уникальные стабилизирующие свойства соединений магния обусловлены сочетанием нескольких различных механизмов их действия. Вводимые в целлюлозную массу соединения магния в щелочной среде образуют осадок гидроксида, имеющий коллоидный характер. Осадок обладает развитой внутренней поверхностью и сорбирует гидроксиды и ионы переходных металлов, выводя их из сферы реакции. Второй возможный механизм действия магния - образование с переходными металлами координационных комплексных соединений, содержащих три или шесть атомов магния на один атом переходного металла. При молярном соотношении магния и железа менее семи эффект стабилизации значительно уменьшается, а при отношении менее трех - полностью исчезает.

На российских сульфат-целлюлозных заводах установки кислородно-щелочной делигнификации небеленой хвойной и лиственной целлюлозы эксплуатируются на 6 линиях: для хвойной целлюлозы предусмотрены установки двухступенчатой кислородно-щелочной делигнификации, для лиственной целлюлозы - в основном одноступенчатые установки.

Газовые выбросы от выдувного резервуара установки О ₂-делигнификации, содержащие в основном водяной пар, углекислый газ и непоглощенный кислород, а также некоторое количество окиси углерода и летучих органических соединений, направляется через систему очистки в атмосферу.

Использование окисленного белого щелока в качестве щелочного реагента предусмотрено на 2 заводах. Окисление проводится по разным технологиям:

- воздухом при атмосферном давлении;

- кислородом при повышенном давлении.

Парогазовая смесь от реактора окисления белого щелока, содержащая аэрозоль щелочи и остаточный кислород, после очистки на циклоне-сепараторе направляется в атмосферу.

2.2.5 Отбелка целлюлозы

Отбелка предназначена для окончательной делигнификации и придания целлюлозе белого цвета с удалением лигнина, экстрактивных и других веществ, содержащих хромофорные группы, придающие ей темный цвет, при минимальном снижении показателей механической прочности.

Число Каппа беленой целлюлозы - менее единицы.

Отбельная установка состоит из последовательности отдельных ступеней, на которых используются различные химикаты.

На каждой ступени отбелки имеются:

- смеситель целлюлозы с химикатами;

- смеситель целлюлозы с паром;

- отбельный реактор (башня) с наружной или внутренней колонками или без них с направлением потока снизу вверх или сверху вниз, обеспечивающими требуемую для химических реакций продолжительность обработки целлюлозы;

- промывное оборудование для отделения использованных химикатов, растворенного лигнина и прочих растворенных веществ из массы целлюлозы (обычно промывные фильтры барабанного типа, промывные прессы, иногда диффузоры).

На российских сульфат-целлюлозных заводах отбелка хвойной и лиственной целлюлозы осуществляется по следующим схемам:

Хвойная	Лиственная
Х/Д - ЩО - Г - Д1 - Щ2 - Д2 - (К)	ОП - Д0 - ЩОП - Д1 - Щ2 - Д2 - (К) (ECF)
Х/Д - ЩО - Д1 - Д2	Х/Д - Щ1 - Г - Д1 - Щ2 - Д2 - (К)
Д0 - ЩОП - Д1 - ЩП - Д2 - (К) (ECF)	Ф - Д0 - ЩГ (Щ1) - Д1 - Щ2 - Д2 - (К)
Д1 - ЩОП - Д2 - ЩП - Д3 - (К) (ECF)	A/Д0 - ЩОП - Д1 - (К) (ECF)
	Д1 - ЩОП - Д2 - (К) (ECF)
ОП - одноступенчатая кислородная делигнификация с пероксидом водорода;
Х/Д - хлорирование с добавлением диоксида хлора; Д0, Д1, Д2 и Д3 - отбелка диоксидом хлора;
А - кислотная обработка;
Ф - ферментативная обработка;
Щ1, Щ2, ЩО, ЩП, ЩОП - обработка гидроксидом натрия, гидроксидом натрия с кислородом, гидроксидом натрия с пероксидом водорода, гидроксидом натрия с кислородом и пероксидом водорода соответственно;
К - кисловка (обработка диоксидом серы).

На 4 предприятиях отбелка проводится по технологии ECF (без применения молекулярного хлора), основные отбеливающие химикаты - диоксид хлора, кислород, пероксид водорода.

На 2 предприятиях для отбелки применяются хлор и гипохлорит натрия.

Для промывки целлюлозы между ступенями отбелки используются в основном вакуум-фильтры. На одном предприятии установлен промыватель DDW после ступени Д0, на другом предприятии - промывные прессы на всех ступенях отбелки.

Потребление горячей воды для промывки сокращено за счет применения частичного противотока фильтратов.

Избыточные кислые и щелочные фильтраты от промывки целлюлозы, содержащие остаточные химикаты и растворенные органические вещества, направляются на сооружения биологической очистки комбината. Перед сбросом в производственную канализацию сточные воды, как правило, охлаждаются оборотной водой. Нагретая оборотная вода в дальнейшем используется на производстве.

На 1-м предприятии предусмотрено улавливание волокна из кислых и щелочных сточных вод отбельной установки. Уловленное волокно возвращается в процесс отбелки.

Сточные воды от отбельных установок не направляются в цикл регенерации химикатов, поскольку они могут увеличить накопление хлоридов и прочих нежелательных неорганических элементов, вызывающих коррозию, образование накипи и другие проблемы в системе регенерации.

Хлорсодержащие газовые выбросы от оборудования ступеней Х/Д, Д0, Д1 и Д2 перед выбросом в атмосферу обезвреживаются на газоочистной аппаратуре. В качестве обезвреживающих реагентов используется охлажденный щелочной фильтрат или раствор бисульфита натрия.

2.2.6 Сортирование беленой целлюлозы

После отбелки иногда проводится окончательное сортирование целлюлозы. Вторичное сортирование проходит на оборудовании того же типа, что и сортирование небеленой целлюлозы. Могут использовать центриклинеры, радиклоны (прямые и обратные), особенно для лиственной целлюлозы.

2.2.7 Сушка целлюлозы

Для получения товарной беленой или небеленой целлюлозы используют сушильные машины, на которых целлюлоза обезвоживается до воздушно-сухого состояния.

Конструкция сушильной машины аналогична конструкции бумагоделательной машины.

Состав сушильной машины:

- сеточная часть с обезвоживающими элементами и формующим устройством;

- прессовая часть;

- сушильная часть.

Высушенное целлюлозное полотно после сушильной части подается на листорезку для резки полотна на листы и формирования кип. Сформированные кипы упаковываются и формируются в транспортные пакеты.

2.2.8 Производство химикатов для отбелки

На российских сульфат-целлюлозных заводах наиболее широко используемыми химикатами для отбелки целлюлозы являются хлор, диоксид хлора, кислород, пероксид водорода, гипохлорит натрия.

Диоксид хлора, гипохлорит натрия, кислород производятся на промышленной площадке предприятия.

Пероксид водорода, хлор и гидроксид натрия в основном доставляются на завод от производителей.

На одном предприятии хлор и гидроксид натрия производятся на промплощадке.

2.2.8.1 Получение диоксида хлора

В связи с термодинамической неустойчивостью диоксид хлора обычно производится на месте потребления.

На целлюлозных заводах диоксид хлора получают восстановлением хлорат-иона (ClO ₃ ^-) в кислой среде. Источником получения хлорат-иона, используемым в промышленном масштабе, является хлорат натрия.

Большое значение имеет выбор восстановительных реагентов с точки зрения экономичности процесса и получаемых при этом побочных продуктов. В качестве восстановителя для получения диоксида хлора на отечественных предприятиях используют диоксид серы, пероксид водорода или хлорид-ионы. На зарубежных предприятиях применяют также метанол.

В общем виде процесс получения диоксида хлора можно представить в виде формулы:

хлорат + восстанавливающий реагент + кислота диоксид хлора + побочные продукты

Развитие технологий в течение многих лет было направлено на то, чтобы максимально увеличить выход диоксида хлора из хлората, минимизировать образование побочных продуктов при гарантированно устойчивом и легком управлении процессом. Добиваются этого, работая при стехиометрическом избытке кислоты и восстанавливающих агентов (см. таблицу 2.5).

В технологиях, которые идут при кипении под вакуумом, потребление кислоты меньше, поскольку единственным выделением из реакционного раствора является газ ClO ₂, который в дальнейшем поглощается водой в абсорбционной башне, и побочный продукт - кислый реакторный остаток (соль натрия и серной кислоты), который формируется в реакционном растворе, после чего выводится из процесса.

В процессах, которые ведут под атмосферным давлением, соли побочных продуктов смешиваются с избыточной кислотой и выводятся из процесса вместе с "отработанной кислотой".

В таблице 2.5 приведены наиболее значимые современные мировые технологии производства диоксида хлора.

На российских предприятиях диоксид хлора в основном производят на установках по методу Мэтисона. Кроме того, в настоящее время на предприятиях также для получения диоксид хлора используются технологии; HP-A по методу SVP-Classic (R-3), R-5 и Chemetics (R6).

Таблица 2.5 - Наиболее распространенные технологии получения диоксида хлора

Восстанавливающий агент	Примеси в продукте ClO 2	Побочные продукты	Технология процесса		Специфические потенциальные экологические проблемы
			вакуумная	атмосферная
Метанол	Муравьиная кислота	Сульфат натрия	SVP-LITE, SVP-SCW, R8, R10		-
Пероксид водорода		Сульфат натрия	SVP-HP, SVP-Pure, R11	HP-A	-
Диоксид серы	-	Сульфат натрия	-	Мэтисон	Обращение с SO 2
Хлорид-ионы	Элементарный хлор	Хлорид натрия	R6, SVP-Total HCl, Lurgi, Chemetics		Водный раствор ClO 2 содержит Cl 2
Примечание - Источник: Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the Production of Pulp, Paper and Board Industrial Emissions Directive 2010/75/EU (Integrated Pollution Prevention and Control) 2015, р. 208.

Основным методом, по которому производится минимальное содержание свободного хлора в растворе диоксида хлора в виде побочного продукта, является процесс Мэтисона, SVP-HP, SVP-Lite, а более высокое - по методам R-5, SVP-Clasik. Современные технологии позволяют при методе R6 (Chemetics) привести к минимальному содержанию свободного хлора в растворе диоксида хлора менее 0,5 г/л.

Образование побочных продуктов важно и для экономики процесса и по качеству произведенного ClO ₂.

В таблице 2.6 приведены для сравнения стандартные показатели потребления сырья и образования побочных продуктов при разных способах производства диоксида хлора (в т/т ClO ₂).

Таблица 2.6 - Потребление сырья и выход побочных продуктов при получении двуокиси хлора по наиболее распространенным технологиям

Технология получения	Мэтисон	HP-A	SVP-LITE, R8	SVP-SCW, R10	SVP-HP, R11	Интегрированный Lurgi, R6 Chemetics
Расход химикатов (т/т ClO 2)
Хлорат натрия	1,8	1,65	1,65	1,64	1,65	NA
Серная кислота	1,4	2,10	1,0	0,8	0,78-1,03	NA
Диоксид серы	0,8	NA	NA	NA	NA	NA
Метанол	NA	NA	0,17	0,17	NA	NA
Пероксид водорода	NA	0,29	NA	NA	0,29-0,32	NA
Элементарный хлор	NA	NA	NA	NA	NA	0,73
Пар	NA	NA	4,2	5,5	5,5	8,0
Электроэнергия,	80	80	130	160	130	8900
Побочные продукты (т/т ClO 2)
Хлор	0	0	0	0	0	0,05-0,24
NaH(SO 4) 2	NA	NA	1,35	NA	1,35	NA
Na 2SO 4	1,20	1,10	NA	1,1	1,1	NA
H 2SO 4	1,5	1,3	NA	NA	NA	NA
O 2	NA	0,26	NA	NA	0,26	NA
Источник: Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the Production of Pulp, Paper and Board Industrial Emissions Directive 2010/75/EU (Integrated Pollution Prevention and Control) 2015, р. 209.

Принципиальная схема технологии Мэтисона и технологии НР-А представлена на рисунке 2.5, по интегрированной технологии Chemetics представлена на рисунке 2.6, характеристика основного и природоохранного оборудования по технологиям - в таблицах 2.7 и 2.8.

Рисунок 2.5 - Блок-схема получения диоксида хлора по технологии Метисона и технологии НР-А

Рисунок 2.6 - Блок-схема получения диоксида хлора по интегрированному методу Chemetics

Побочные продукты, содержащие натрий и серу, образующиеся при производстве диоксида хлора на целлюлозном заводе, стремятся полностью использовать, например, для регулирования pH в отбельном цехе, а также применяют при разложении сульфатного мыла в производстве таллового масла. Кроме того, для нейтрализации кислотных остатков от производства диоксида хлора по методу Метисона используют слабый черный щелок, поступающий на выпарную станцию. Следует заметить, что в кислотных остатках имеется порядка 0,5 г остаточного хлора/дм ³, поэтому при съеме сульфатного мыла следы ХОС могут в нем присутствовать, оставаясь в получаемых талловых продуктах. Помимо этого, остаточный хлор попадает с органическими веществами черного щелока в топку СРК.

Описание применяемого технологического оборудования

Таблица 2.7 - Характеристика основного оборудования

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технические и технологические характеристики 1)
Варка
Бункер щепы	- обеспечение кратковременного запаса щепы; - обеспечение постоянного заполнения карманов ротора дозатора; - предотвращение пропусков газов из ПНД в атмосферу за счет поглощения их щепой	Вместимость - 32,5-1000 м 3. Диаметр - 4,5-6. Высота общая - 8-15 м
Питатель низкого давления	- непрерывная подача щепы из дозатора в пропарочную камеру; - запорный орган между избыточным давлением в пропарочной камере и атмосферным давлением в дозаторе и бункере щепы	Тип - роторный. Число карманов - 5. Вместимость карманов ротора - 0,295-0,779 м 3/об. Частота вращения ротора - 17-29 об/мин. Рабочее давление, не более - 0,2 МПа
Пропарочная камера	- предварительный нагрев щепы; - удаление из щепы воздуха	Объем - 12,8-130 м 3
Колонна для пропаривания и пропитки щепы	- предварительный нагрев щепы; - удаление из щепы воздуха	Вместимость - 1455 м 3. Диаметр - 6,3-7,5 м. Высота - 45,7 м. Давление - атмосферное. Температура рабочая, не более - 100 °C
Пропарочный бункер	- предварительный нагрев щепы; - удаление из щепы воздуха	Время обработки - 20 мин. Вместимость - 284 м 3. Диаметр - 4,80 м. Высота общая - 21,00 м
Пропиточная колонка	- пропитка щепы	Вместимость 180 м 3. Р раб. = 14 кгс/см 2. T = 200 °C. Диаметр - 2 м. Высота - 8 м
Питатель высокого давления	Перемещение щепы из пропарочной камеры или пропиточной колонки в трубопровод верхней загрузочной циркуляции варочного котла	Тип - роторный. Число карманов - 4. Вместимость карманов ротора - 0,420-1,8 м 3/об. Частота вращения ротора - 4-20 об/мин. Рабочее давление, не более - 1,2 МПа
Щеповой насос	Перемещение щепы из пропарочной камеры или с дозатора щепы в трубопровод верхней загрузочной циркуляции варочного котла	Производительность - 200-2100 т/сут в. с. ц.
Варочный котел	- варка щепы; - экстракция черного щелока; - диффузионная промывка целлюлозы в нижней части котла	Объем - 200-2697 м 3. Производительность - 200-1931 т/сут в. с. ц. Давление рабочее в верхней части котла макс. 0,9 МПа - 1,2 МПа. Температура рабочая - 130 °C - 180 °C
Промывка
Вакуум-фильтр	Промывка целлюлозы за счет обезвоживания, диффузии и вытеснения фильтрата горячей водой, очищенным конденсатом или более чистым фильтратом последующей ступени	Производительность - 500-1400 т/сут. в. с. ц. Концентрация на входе - 1 %-1,5 %. Концентрация на выходе - 10 %-12 %. Фактор разбавления - 2-2,5 м 3/т в. с. ц. E 10 - 3,0-4,0
Промывной пресс	Промывка целлюлозы за счет обезвоживания и вытеснения фильтрата горячей водой, очищенным конденсатом или более чистым фильтратом последующей ступени	Производительность - 600-1700 т/сут. в. с. ц. Концентрация на входе - 2,5 % - 10 %. Концентрация на выходе - 25 % - 35 %. Фактор разбавления - 2,5 м 3/т в. с. ц. Е 10 - 3-6
Напорный диффузор	Промывка целлюлозы за счет диффузии и вытеснения черного щелока более чистым промывным щелоком последующей ступени	Производительность - 1000-3000 т/сут. в. с. ц. Концентрация на входе - 10 %. Концентрация на выходе - 10 %. Фактор разбавления - 2,5 м 3/в. с. т. Е 10 - 5,0-5,5
Одно- и двухступенчатый атмосферный диффузор непрерывного действия	Промывка целлюлозы за счет диффузии и вытеснения черного щелока более чистым промывным щелоком последующей ступени	Поверхность фильтрации, м 2. Производительность - 200-700 т/сут. в. с. ц. Объем - 113-222 м 3. Концентрация на входе - 10 %. Концентрация на выходе - 10 %. Фактор разбавления - 2,5 м 3/т в. с. ц. Е 10 - 3,4-4,0. Количество ступеней - 1
DD-промыватель	Промывка целлюлозы за счет обезвоживания и вытеснения фильтрата горячей водой, очищенным конденсатом или более чистым фильтратом последующей ступени, циркуляция промывного фильтрата	Концентрация на входе - 4 % - 10 %. Концентрация на выходе - 12 %. Фактор разбавления - 2,5 м 3/в. с. т. Е 10 - 5-10. Ступеней промывки - 1,5-4
CВ (Compact Buffle)-фильтр	Промывка целлюлозы за счет обезвоживания и вытеснения фильтрата горячей водой, очищенным конденсатом или более чистым фильтратом последующей ступени	Концентрация на входе - 3 % - 4 %. Концентрация на выходе - 12 %. Фактор разбавления - 2,5 м 3/в. с. т. Е 10 - 3,5-4,5
Насос средней концентрации	Подача сгущенной целлюлозной массы средней концентрации от промывного оборудования на ступень КЩО или в башни хранения	Производительность - 200-2100 т/сут в. с. ц. Концентрация - 8 % - 14 %
Сортирование
Комбинированная напорная сортировка	Отделение сучков и непровара, 1-я ступень тонкого сортирования	Производительность 100-1500 т/сут в. с. ц. Сортирующее сито для грубого сортирования - диаметр отверстий 8-10 мм; Сортирующее сито для тонкого сортирования - ширина щели 0,22-0,28 мм. Концентрация 3,5 % - 5 %
Напорный сучколовитель	Отделение сучков и непровара	Производительность - 250-1200 т/сут. Диаметр отверстий сита - 7-12 мм. Концентрация 3,5 % - 5 %
Центробежный сучколовитель	Отделение сучков и непровара	Производительность - 310-420 т/сут в. с. ц. Диаметр отверстий сита - 7-9 мм. Концентрация 1 % - 1,5 %
Гидроциклон или магноклинер	Удаление минеральных загрязнений из сучковой массы	Концентрация 3,5 % - 5 %
Промыватель сучков	Отделение волокна от сучков и непровара; Сгущение сучков и непровара	Производительность - 200-300 т/сут в. с. ц. Диаметр отверстий сита - 1,8-3,0 мм. Концентрация 1-1,2 %
Вибрационный сучколовитель	Отделение волокна от сучков и непровара. Сгущение сучков и непровара	Производительность - 46,5-105 т/сут. Диаметр отверстий сита - 6-10 мм. Концентрация 0,9 % - 1 %
Напорные сортировки тонкого сортирования	Отделение посторонних включений, в том числе костры, от волокна	Производительность - 133-1120 т/сут в. с. ц. Ширина щели сита - 0,15-0,28 мм. Концентрация 2 % - 5 %
Промыватель отходов	Отделение волокна от костры, сгущение костры	Производительность 160 т/сут в. с. ц. Площадь фильтрации - 20 м 2. Диаметр отверстий сита - 2-12 мм. Концентрация 1 % - 1,2 %
Вихревой очиститель	Удаление минеральных загрязнений из отходов тонкого сортирования	Объем - 0,13 м 3. Производительность - 162-600 м 3/час. Давление на входе - 0,3-10 МПа. Концентрация - 1 %
Рафинер массы высокой концентрации	Размол целлюлозной массы и отходов при высокой концентрации	Концентрация 30 %
Рафинер массы низкой концентрации	Размол целлюлозной массы и отходов при низкой концентрации	Концентрация 3,5 %
Кислородно-щелочная делигнификация
Реактор кислородно-щелочной делигнификации 1-й ступени с устройством выгрузки массы из реактора	Обработка небеленой целлюлозы кислородом в среде окисленного белого щелока/гидроксида натрия	Процесс OxyTrac. Объем общ. - 360-400 м 3. Концентрация - 11 % - 12 %. Температура - 85 °C. Давление - 8-10 бар. Время обработки - 30 мин
Реактор кислородно-щелочной делигнификации 2-й ступени с устройствами загрузки и выгрузки массы из реактора	Обработка небеленой целлюлозы кислородом в среде окисленного белого щелока/гидроксида натрия	Процесс OxyTrac Объем общ. - 670 м 3. Концентрация - 11 % - 12 %. Температура - 95-100 °С. Давление - 3-5 бар. Время обработки - 60 мин. pH - 10,5-11
Реактор кислородно-щелочной 1-й ступени делигнификации с устройством выгрузки массы из реактора	Обработка небеленой целлюлозы кислородом в среде окисленного белого щелока/гидроксида натрия	Концентрация - 11 % - 12 %. Температура - 95 °C - 100 °C. Давление - 4 бар. Время обработки - 90 мин. pH - 10,5-11
Смеситель с кислородом	Перемешивание целлюлозы с кислородом	Производительность - 800-2000 т/сут в. с. ц. Концентрация массы - 11 % - 12 %
Насос средней концентрации	Подача целлюлозы на 2-ю ступень делигнификации	Производительность - 800-2000 т/сут в. с. ц. Концентрация массы - 11 % - 12 %
Паровой смеситель	Подогрев массы паром	Производительность - 800-2000 т/сут в. с. ц. Концентрация массы - 11 % - 12 %. t = 12 °C - 15 °C
Реактор окисления белого щелока кислородом под давлением	Окисление белого щелока кислородом	Объем - 26 м 3. Процесс OWL. Температура - 135 °C - 160 °С. Давление - 10 бар. Время обработки - 1 ч
Реактор окисления белого щелока воздухом	Окисление белого щелока воздухом	Объем - 320 м 3. Температура - 80 °C. Давление - гидростатическое. Время обработки 20 ч
Бункер сульфата магния	Хранение сульфата магния
Отбелка
Отбельная башня с разгружающим шабером ступени А	Обработка целлюлозы серной кислотой	Давление - гидростатическое Температура - 90 °C - 93 °С. pH - 3-3,5. Время обработки - 90-120 мин. Концентрация массы - 10 % - 12 %
Реактор ступени Д 0 с разбавительным устройством	Обработка целлюлозы диоксидом хлора	Давление - 60 кПа. Температура - 109 °C. pH - 2-3. Время обработки - 15 мин. Концентрация на входе - 10 % - 12 %. Концентрация на выходе - 8,5 % - 9 %
Отбельные башни с поглотительной колонкой и разбавительным устройством ступеней Х/Д, Д 0, Д 1, Д 2	Обработка целлюлозы хлором и диоксидом хлора	Давление - гидростатическое. Температура - 45 °C - 80 °C. pH - 2-4,5. Время обработки - 45-180 мин. Концентрация на входе - 10 % - 12 %. Концентрация на выходе - 3 % - 4 %
Отбельные башни с внутренней колонкой и разбавительным устройством ступеней Х/Д, Д 0, Д 1, Д 2	Обработка целлюлозы хлором и диоксидом хлора	Давление - гидростатическое Температура - 45 °C - 80 °C. pH - 2-4,5. Время обработки - 45-180 мин. Концентрация на входе - 10 % - 12 %. Концентрация на выходе - 3 % - 4 %
Отбельная башня с промывным диффузором ступени Д 1	Обработка целлюлозы диоксидом хлора	Давление - гидростатическое. Температура - 65 °C - 80 °С. pH - 3,5-4,5. Время обработки - 120-180 мин. Концентрация на входе - 10 % - 12 %
Колонка поглощения кислорода ступеней ЩО, ЩОП	Обработка целлюлозы гидроксидом натрия, пероксидом водорода и кислородом	Рабочее давление - гидростатическое. Рабочая температура - 70 °C - 80 °C. pH - 10,5-11,5. Время обработки 30 мин. Концентрация - 10 % - 12 %
Реактор ступени ЩО с устройством выгрузки целлюлозы и выдувным баком	Обработка целлюлозы гидроксидом натрия, пероксидом водорода и кислородом	Объем общ. - 723 м 3. Рабочее давление - 3 бар (в верхней части). Рабочая температура - 70 °C - 80 °C. Время обработки - 60-90 мин. Концентрация - 10 % - 12 %
Отбельные башни с внутренней колонкой и разбавительным устройством ступеней Щ, ЩО, ЩОП, ЩП	Обработка целлюлозы гидроксидом натрия, пероксидом водорода и кислородом	Рабочее давление - гидростатическое. Рабочая температура - 70 °C - 80 °С. pH - 10,5-11,5. Время обработки - 60-90 мин. Концентрация на входе - 10 % - 12 %. Концентрация на выходе - 3 % - 4 %
Отбельные башни ступени Г с разбавительным устройством	Обработка целлюлозы гипохлоритом натрия	Рабочее давление - гидростатическое. Рабочая температура - 35 °C - 40 °С. pH - 10,5-11. Время обработки - 90-120 мин Концентрация на входе - 10 % - 12 %. Концентрация на выходе - 3 % - 4 %
Промывной пресс	Промывка целлюлозы между ступенями отбелки	Фактор разбавления - 2-2,5 м 3/в. с. т. Концентрация на входе - 9 %. Концентрация на выходе - 30 %
Вакуум-фильтр	Промывка целлюлозы между ступенями отбелки	Поверхность фильтрации - 150-176 м 2. Фактор разбавления - 2-2,5 м 3/в. с. т. Концентрация на входе - 1 % - 1,5 %. Концентрация на выходе - 10 % - 12 %
DD-промыватель	Промывка целлюлозы между ступенями отбелки	Поверхность фильтрации, м 2. Фактор разбавления - 2-2,5 м 3/в. с. т. Концентрация на входе - 8,5 % - 9 %. Концентрация на выходе - 12 % - 14 %. Количество ступеней - 1
Смесители с химикатами	Перемешивание целлюлозы с кислородом, диоксидом хлора	Производительность - 800-2000 т/сут в. с. ц. Концентрация массы - 10 % - 12 %
Паровые смесители одновальные	Подогрев массы паром низкого давления	Производительность - 800-2000 т/сут в. с. ц. Концентрация массы - 10 % - 12 %. t = 12 °С - 15 °С
Насосы средней концентрации с приемными трубами и вакуум-насосами	Транспортировка массы средней концентрации	Производительность - 800-2000 т/сут в. с. ц. Концентрация массы - 10 % - 12 %
Фильтры для улавливания волокна	Улавливание волокна из сточных вод
Теплообменное оборудование для охлаждения сточных вод	Охлаждение кислых и щелочных сточных вод	Температура на входе - 70 °C - 80 °C. Температура на выходе - 40 °C - 45 °C
Сортирование беленой целлюлозы
Бассейн - аккумулятор целлюлозы	Прием и хранение целлюлозы	Вместимость - до 8000 м 3. Концентрация - до 12 %
Сортировка	Сортирование целлюлозной массы от посторонних включений и сгустков массы	Тип - вертикальная/горизонтальная напорного типа щелевая. Габарит отверстия/щели сита - 0,2-4 мм. Концентрация - 2 % - 4 %
Вихревая очистка от тяжелых и легких включений	Удаление минеральных включений из отходов сортирования	Тип - вихревые конические очистители. Концентрация на входе грубой очистки - 0,15 % - 0,2 %. Концентрация на входе очистки от легких включений - до 0,15 %
Сушка целлюлозы
Сушильная машина, включая:	Отлив, прессование, сушка целлюлозного полотна	Производительность - до 1900 т/сут. Масса целлюлозного полотна - 800-1050 г/м 2. Обрезная ширина - 4200, 6300 мм. Скорость по приводу - до 250 м/мин
- напорный ящик	Подача целлюлозной массы на формование	Закрытого типа. Концентрация на входе - 1,2 % -1,7 %. Степень рециркуляции - макс. 10 %. Предел открытия щели - до 120 мм
- формующая часть	Формование целлюлозного полотна	Кантеливерного типа, сеточный стол c верхним (или без) формующим устройством и комплектом обезвоживающих элементов. Сухость целлюлозного полотна на выходе - до 32 %
- прессовая часть	Прессование целлюлозного полотна	Комбинированная прессовая часть, включая вал "Пикап" и несколько прессов различного типа: Комбипресс, башмачный пресс и др. Сухость на входе - до 32 %. Сухость на выходе - до 48,5 %
- сушильная часть	Сушка целлюлозного полотна	Тип - конвективная сушка на воздушной подушке, цилиндровая. Сухость на входе - до 48,5 % Сухость на выходе - 80 % - 90 %. Диаметр сушильных цилиндров - 1500 мм. Количество сушильных цилиндров - до 125 шт. Возврат конденсата - до 90 %
Накат	Намотка целлюлозного полотна на тамбур	- тип наката. - устройство смены тамбуров
Гидроразбиватели брака (под машиной)	Роспуск брака (обрывы, кромки и др.)	Гауч-мешалка, вместимость - до 80 м 3. Гидроразбиватель брака прессовой части, вместимость - до 70 м 3. Гидроразбиватель брака сушильной части - до 85 м 3. Концентрация - 2,5 % - 4 %
Вакуумные насосы	Создание вакуума для системы обезвоживания формующей и прессовой частей	Водокольцевые вакуумные насосы, водоотделители. Количество вакуум насосов - до 5 шт.
Теплообменное оборудование	Система теплорекуперации при производстве целлюлозы	Комплектность установки: теплообменники воздух/воздух, воздух, вода, вентиляторы, скруббер.
Резка и упаковка
Листорезка	Поперечная и продольная резка, резка на форматы, формирование стоп листов.	Производительность - до 2100 т/сут. Габарит листов - макс. 700 x 870 мм. Масса кипы - до 250 кг
Упаковка	Взвешивание, упаковка стоп, формирование транспортного пакета	Производительность - до 360 кип/час. Количество линий - до 2. Количество кип в транспортном пакете - до 8 шт. Масса пакета - до 2000 кг
Получение ClO 2 по технологии Метисона и технологии НР-А
Первичный реактор	Получение газообразной двуокиси хлора	Производительность - 7 31 т 100 % ClO 2/сут
Вторичный реактор
Отдувочная колонна
Газопромывная колонна
Абсорбционная колонна	Получение водного раствора ClO 2	Тип - газопоглотительная колонна. Насадка: керамические или пластмассовые кольца. Эффективность улавливания по Cl 2 - не менее 99,0 % по ClO 2 - не менее 97,5 %. Концентрация готового раствора - ClO 2 - 7 10 г/л
1) Технологические характеристики зависят от производительности линии.

Таблица 2.8 - Природоохранное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики 1)
Варка, промывка, сортирование, кислородная делигнификация
Терпентинный скруббер	Промывка ВК ДПГ водой для очистки от скипидара	Объем - 0,24-0,873 м 3. Диаметр - 800/300 мм. Высота общ. - 5400 мм. Давление рабочее - разряжение. Температура рабочая - 50 °C - 70 °C
Газопромывной скруббер НК ДПГ	Промывка и охлаждение НК ДПГ водой	Объем - 22,5 м 3. Диаметр - 2000 мм. Высота общ. - 8000 мм. Эффективность очистки - %
Отбелка
Газоочистной скруббер	Очистка газовых выбросов отбельных установок от хлора, диоксида хлора, диоксида серы	Производительность - 18000-27000 м 3/час. Эффективность - 90 % - 95 %. Концентрация активного хлора в отходящем газе - 20 мг/нм 3. Обезвреживающие реагенты - гидроксид натрия, сернистая кислота. Объем - 16,5-46 м 3
Сушка
Система удаления пыли от полотна в сушильной части	Удаление пыли с поверхности полотна и очистка загрязненного воздуха	Комплектность установки: вентилятор, сепаратор, фильтр
Система удаления пыли от полотна в узлах листорезки	Удаление пыли с поверхности полотна	Комплектность установки: отсасывающие ящики в зоне поперечной и продольной резки по ширине полотна, вентилятор, пылеотделитель
Получение ClO 2
Химический скруббер (санитарная колонна)	Очистка хвостовых газов	Тип - насадочный скруббер. Насадка - пластмассовые кольца. Очистная среда - раствор NaOH. Эффективность очистки: по Cl 2 - (не менее 99,0 %); по ClO 2 - (не менее 97,5 %)
Скруббер водорода	Очистка Н 2 газа от Cl 2	- тип: насадочный скруббер; - очистная среда: раствор NaOH; - содержание Cl 2 в выбросах: не более 5 мг/нм 3
Скруббер хвостовых газов	Улавливание газов HCl, Cl 2	Тип - насадочный скруббер. Очистная среда - деминерализованная вода. Содержание Cl 2 в выбросах: по HCl - не более 30 мг/нм 3. по Cl 2 - не более 5 мг/нм 3
Башня гипохлорита	Очистка газовых выбросов производства ClO 2	Тип - насадочный скруббер. Очистная среда - раствор NaOH. Содержание Cl 2 в выбросах - не более 10 мг/нм 3
1) Технологические характеристики зависят от производительности линии.

2.3 Процесс регенерации химикатов варки в производстве сульфатной целлюлозы

Процесс регенерации химикатов может включать следующие технологические подпроцессы [6, 7] (рисунок 2.7):

- выпарка черного щелока;

- сжигание упаренных щелоков в СРК с образованием сульфида натрия и карбоната натрия;

- каустизация карбоната натрия с целью превращения карбоната в гидроксид;

- обжиг известкового шлама в известерегенерационной печи;

- получение побочных продуктов;

- сбор и подача на обезвреживание неконденсированных дурнопахнущих газов.

Рисунок 2.7 - Блок-схема процесса регенерации химикатов

Основная информация о процессе производства регенерации химикатов, который используют в настоящее время в российской ЦБП, представлена в таблице 2.9.

Таблица 2.9 - Описание подпроцессов регенерации химикатов варки сульфатной целлюлозы

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
- черный щелок от варки целлюлозы; - кислые остатки от приготовления двуокиси хлора; - пар; - электроэнергия; - свежая вода; - сульфат натрия	Выпарка черного щелока	- крепкий черный щелок; - терпентинный конденсат; - загрязненный конденсат; - слабозагрязненный конденсат; - чистый конденсат; - ВК ДПГ; - НК ДПГ; - водометанольная фракция; - сульфатное мыло; - теплая вода	- емкости; - фильтры для улавливания волокна; - выпарные установки; - циркуляционные насосы; - вакуум-система	- выбросы в атмосферу (ДМС, ДМДС, ММ, H 2S, скипидар, метанол); - сбросы в производственную канализацию: взвешенные вещества, ХПК, щелочность (общ. Na 2O)
- крепкий черный щелок; - деминерализованная вода - слабый белый щелок; - охлаждающая вода; - сульфат натрия; - ВК ДПГ; - НК ДПГ; - электроэнергия	СРК	- зеленый щелок; - пар; - теплая вода; - зола	- СРК; - электрофильтры; - скруббер растворителя плава; - скруббер; - емкости	- выбросы в атмосферу (диоксид серы, сероводород, оксиды азота, взвешенные вещества); - сбросы в производственную канализацию: (взвешенные вещества, ХПК, щелочность (общ. Na 2O)
- зеленый щелок; - известь негашеная; - пар; - теплая вода; - загрязненный конденсат; - каустик; - электроэнергия	Каустизация зеленого щелока	- крепкий белый щелок; - слабый белый щелок; - отходы процесса приготовления и регенерации химических реагентов (шлам зеленого щелока, отходы от гашения извести, шлам белого щелока)	- емкости; - гаситель-классификатор; - каустизаторы; - фильтры; - центрифуги; - бункера шлама	- выбросы в атмосферу (ДМС, ДМДС, ММ, H 2S, взвешенные вещества); сбросы в производственную канализацию (взвешенные вещества, щелочность (общ. Na 2O) отходы процесса приготовления и регенерации химических реагентов (шлам зеленого щелока, отходы от гашения извести, шлам белого щелока)
- шлам белого щелока; - горячая вода; - известковый камень/известь; - метанол; - пек; - сырое талловое масло; - мазут; - газ; - электроэнергия	Регенерация извести	известь негашеная	- известерегенерационная печь; - транспортеры; - элеватор; - бункера хранения извести	- выбросы в атмосферу: (диоксид серы, сероводород, оксиды азота, взвешенные вещества); - сбросы в производственную канализацию (взвешенные вещества, ХПК, щелочность (общ. Na 2O)
- скипидар-сырец; - поваренная соль; - терпентинный конденсат; - едкий натр технический; - сульфатное мыло; - серная кислота; - охлаждающая вода; - пар; - электроэнергия	Производство побочных продуктов	- скипидар-сырец; - подскипидарная вода; - сырое талловое масло; - черный щелок; - НК ДПГ	- флорентина; - скруббер; - теплообменное оборудование; - сепараторы; - отстойники; - реакторы; - емкости	- выбросы в атмосферу (ДМС, ДМДС, ММ, H 2S, скипидар, метанол); - сбросы в производственную канализацию: (взвешенные вещества, ХПК, щелочность (общ. Na 2O)

Характеристика оборудования процесса регенерации химикатов представлена в таблице 2.10.

Таблица 2.10 - Характеристика оборудования подпроцессов регенерации химикатов варки сульфатной целлюлозы

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики 1)
Выпарка черного щелока
Емкости	Отстаивание черного щелока. Съем мыла. Хранение щелоков. Хранение мыла	Общий объем - 10350-20700 м 3.
Баки, работающие под давлением для упаренного черного щелока	Поддержание высокой температуры щелока для снижения его вязкости при концентрации сухих веществ 80 %	Расчетное давление - 0,3 МПа, абс. Температура - 140 °C
Фильтры для улавливания волокна	Очистка черного щелока от волокна	Тип - барабанный. Производительность - 2-3,9 м 3/сут на 1 м 2 поверхности
Напорные сортировки	Очистка черного щелока от волокна	Тип - центробежный. Температура - 80 °C - 90 °C. Давление - 0,5 МПа
Выпарные аппараты	Выпаривание влаги черного щелока до 47 % - 52 % а. с. в.	Тип - трубчатый со свободно падающей пленкой. Тип - трубчатый с принудительной циркуляцией с падающей пленкой. Тип - трубчатый с поднимающейся пленкой. Тип - ламельный со свободно падающей пленкой. Производительность по выпаренной влаге - 150-600 т/час. Количество корпусов (в том числе резервных) - 5-8 шт. Количество потоков - 1-2. Давление греющего пара - 0,15-0,35 МПа. Температура греющего пара - 126 °C - 140 °C. Концентрация упаренного щелока - 47 % - 55 %. Температура исходного/упаренного щелока - 60-85/130 °C
Концентраторы	Выпаривание влаги черного щелока до 67 % а. с. в.	Тип - трубчатый с падающей пленкой. Тип - трубчатый с принудительной циркуляцией. Тип - ламельный с падающей пленкой. Производительность по выпаренной влаге - 27-41 т/час. Поверхность теплопередачи - 1865-4200 м 2. Количество корпусов (в том числе резервных) - 1-2 шт. Количество потоков - 1-2. Давление греющего пара - 0,15-0,35 МПа. Температура греющего пара - 126 °C - 140 °C. Концентрация упаренного щелока - 57 % - 67 %. Температура исходного/упаренного щелока - 98/120 °C
Суперконцентраторы	Выпаривание влаги черного щелока до 85 % а. с. в.	Тип - ламельный, трубчатый с принудительной циркуляцией с падающей пленкой. Производительность по выпаренной влаге - 27,2 т/час. Поверхность теплопередачи - 3138 м 2
Содорегенерационный котлоагрегат (СРК)	Сжигание концентрированного черного щелока, восстановление сульфата натрия до сульфида натрия	Производительность - 540-1932 т/сут а. с. в. Выработка пара - 80-230 т/час. Давление получаемого пара - 34-90 бар. Температура получаемого пара - 390 °C - 450 °С. Степень восстановления сульфата - не менее 88 % - 93 %
Оборудование золоудаления (электрофильтр комплектно в системе очистки дымовых газов, транспортировки и растворения золы)	Очистка дымовых газов, возврат и восполнение потерь химикатов	Производительность по газу - 330 000-494 000 м 3/час; Температура на входе - 160 °C - 190 °C. Эффективность очистки - 95 % - 98,5 %
Каустизация зеленого щелока
Осветлители зеленого щелока	Подготовка щелока к реакции	Объем - 920-4400 м 3. Площадь осаждения - 94-154 м 2. Давление - атм
Фильтр шлама зеленого щелока	Удаление шлама	Производительность по шламу - 17 т/сут. Поверхность фильтрации - 35-42,4 м 2. Концентрация шлама - 45 % - 48 %
Гаситель-классификатор	Гашение извести, удаление отходов, начало процесса каустизации	Производительность - 75-90 м 3/час по белому щелоку. Производительность - 235 м 3/час по зеленому щелоку. Вместимость - 22-100 м 3. Температура - °С. Давление - атм
Каустизаторы	Проведение реакции каустизации	Вместимость - 37,5-280 м 3. Время прохождения реакции - мин. Температура - °C. Давление - атм
Осветлители белого щелока	Осветление белого щелока	Производительность - 1500 м 3/час. Вместимость - 720-4400 м 3. Температура - 80 °C - 90 °C. Давление - атм
Фильтр для промывки и сгущения шлама белого щелока	Промывка и сгущение шлама белого щелока перед ИРП	Производительность - 585 т/сут по извест. шламу. Поверхность фильтрации - 63-228 м 2. Температура - 95 °C - 98 °C. Концентрация шлама - 65 %
Вакуум-фильтр	Промывка шлама и обезвоживание белого щелока перед ИРП	Площадь фильтрации - 40-50 м 2.
Регенерация извести
Известерегенерационная печь	Обжиг известкового шлама с получением негашеной извести	Температура обжига - 1100 °С. Производительность - 100-360 т/сут
Производство побочных продуктов (сырого таллового масла, скипидара сырца)
Сборник мыла	Подготовка сульфатного мыла. Отделение щелока	Температура - 60 °C - 70 °C. Давление - атм
Реактор (непрерывного/периодического действия)	Проведение реакции разложения сульфатного мыла серной кислотой	Производительность - 17,5 м 3/час. Температура - 100 °C - 105 °C. Давление - атм
Сепаратор	Отделение масла	Производительность - 6-7,5 т/час. Температура - 90 °С. Давление - атм
Промыватель масла	Промывка масла. Отстаивание. Отделение масла от раствора	Температура - 80 °C - 95 °C. Давление - атм. Время отстаивания - час
Вакуум-сушильник	Очистка масла от влаги, загрязнений	Температура - 80 °C - 90 °C. Давление - 0,08 МПа
Декантатор (флорентина)	Отстаивание и разделение фракций	Вместимость - 0,63-25 м 3. Время отстаивания - 17-60 мин
Ректификационная колонна	Разделение фракций (получение товарного скипидара, таллового масла, канифоли, жирных кислот)	Вместимость - 18-62 м 3. Количество тарелок - 40-123 шт.
1) Технологические характеристики зависят от производительности линии.

Характеристика природоохранного оборудования процесса регенерации химикатов представлена в таблице 2.11.

Таблица 2.11 - Характеристика природоохранного оборудования подпроцессов регенерации химикатов варки сульфатной целлюлозы

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики 1)
Очистка сильнозагрязненных конденсатов
Стриппинг-колонна	Отдувка паром серосодержащих газов и метанола из сильнозагрязненных конденсатов выпарного и варочного цехов	Тарельчатая колонна. Степень очистки - 80 % - 90 %. Количество тарелок - 24 шт. Производительность - 133-175 т/час. Вместимость - 70 м 3
Теплообменник конденсата	Подогрев конденсата перед подачей на стриппинг-колонну	Тип - кожухотрубчатый. Поверхность теплообмена - м 2
Дистилляционная колонна	Отделение метанола	Тарельчатая колонна. Количество днищ - штук. Расчетная температура 159 °C. Расчетное давление - 0,5/- 0,1 МПа
Каустизация
Скруббер гасителя	Улавливание пылевых частиц щелочного аэрозоля	Эффективность очистки - 50 %
Рукавный фильтр аспирационной установки разгрузки извести в бункер		Эффективность очистки 93 %
Регенерация извести
Струйный газопромыватель (скруббер Вентури)	Очистка дымовых газов	Эффективность очистки от пыли - не менее 85 % - 98 %
Электрофильтр очистки дымовых газов	Очистка дымовых газов	Эффективность очистки - 99 % - 99,9 %
Производство побочных продуктов
Скруббер очистки газов	Очистка от сернистых соединений (ДМС, ДМДС, ММ, H 2S) отходящих газов реактора разложения мыла	Вместимость - 8-56 м 3. Эффективность очистки - 50 % - 98 %
1) Технологические характеристики зависят от производительности линии.

2.3.1 Выпарка черного щелока

Перед выпариванием осуществляется подготовка щелока:

- фильтрация слабого черного щелока для отделения мелкого волокна. Уловленное волокно возвращается в варочный цех;

- укрепление слабого черного щелока с массовой долей а. с. в. 12 % - 18 % полуупаренным щелоком (48 % а. с. в.) до оптимальной массовой доли сухих веществ (20 % а. с. в.);

- извлечение из черного щелока сульфатного мыла продолжительным отстаиванием укрепленного и полуупаренного черного щелока (от 8 до 12 ч) в баках.

В черном щелоке, отбираемом из котла после варки, содержание сухого остатка (органических и неорганических соединений) обычно составляет 12 % - 18 %. Неотъемлемой частью сульфатного способа производства целлюлозы является регенерация химикатов, в которой предусматривается сжигание упаренного щелока. Таким образом, в цикл производства возвращаются химикаты, производство обеспечивается паром и электроэнергией, предотвращается сброс загрязняющих веществ. Перед сжиганием в СРК необходимо увеличить содержание сухих веществ в черном щелоке до 65 %...75 %. Упаривание щелоков производится на многокорпусных выпарных установках. Количество корпусов выпарной станции может варьироваться от 5 до 7. Каждый корпус работает при определенной температуре и давлении.

В многокорпусной выпарной станции происходит постепенное снижение температуры кипения щелока. Снижение температуры в корпусах обеспечивается созданием вакуума с помощью специальной вакуумной системы.

Для обогрева первого корпуса используют соковый пар от паровых турбин давлением 0,25-0,4 МПа, а в щелоковом пространстве последнего корпуса создают вакуум, соответствующий абсолютному давлению 8-15 кПа. В результате по всей выпарной установке устанавливается общая разность температуры порядка 80 °C - 90 °C.

В процессе упаривания из щелока в соковый пар выделяются летучие серосодержащие дурнопахнущие газы с низкими температурами кипения. При конденсации соковых паров последнего корпуса большая часть этих продуктов попадает в грязный конденсат, а неконденсируемые газы направляются на очистку или сжигание.

Конденсаты обычно содержат ДМДС, ДМС, ММ, Н ₂S и различаются по степени загрязненности этими продуктами. Наиболее загрязненные конденсаты - конденсаты первых по ходу щелока корпусов - обрабатываются в стриппинг-колонне, обычно входящей в состав выпарной станции. В этой колонне проходит отдувка конденсатов с использованием свежего или вторичного пара, что делает возможным повторно использовать их для промывки небеленой целлюлозы, шламов зеленого щелока в отделе каустизации.

2.3.2 Сбор и подача на обезвреживание неконденсированных дурнопахнущих газов

Неконденсированные дурнопахнущие газы (ДПГ), образующиеся на варочной установке, установках промывки и сортирования целлюлозы, кислородно-щелочной делигнификации, выпарной станции, от растворителя плава, из щелоковых баков, характеризуются высоким содержанием сернистых соединений (в основном ДМС, ММ, Н ₂S и скипидар).

Неконденсированные ДПГ являются взрывопожароопасными и делятся на 2 группы:

- высококонцентрированные дурнопахнущие газы (ВК ДПГ) с содержанием загрязняющих веществ выше верхнего концентрационного предела воспламенения, объемное содержание кислорода - менее 10 %, транспортируются с водяными парами;

- низкоконцентрированные дурнопахнущие газы (НК ДПГ) с содержанием загрязняющих веществ ниже нижнего концентрационного предела воспламенения, объемное содержание кислорода - до 20 %, транспортируются с воздухом.

ВК ДПГ транспортируются паровым эжектором, НК ДПГ - вентилятором.

Перед подачей в систему транспортировки НК ДПГ от каждого технологического участка охлаждаются с целью отделения влаги на собственных скрубберах.

ВК ДПГ сжигаются в отдельной топке, или в известерегенерационной печи, или, чаще всего, в СРК. В топке дурнопахнущие газы окисляются до диоксида серы.

Дымовые газы от процессов сжигания в отдельной топке или в известерегенерационной печи очищаются в газопромывном скруббере, а отработанный раствор из скруббера направляется в цех каустизации.

Дымовые газы от процессов сжигания в СРК направляются на очистку на электрофильтры. При концентрации сухих веществ в черном щелоке, подаваемом на сжигание в СРК, превышающей 72 %, диоксид серы обычно сорбируется щелочными пылевыми частицами в СРК, и поэтому никакой дополнительной химической очистки дымовых газов не требуется.

Для обеспечения безопасности сжигания ДПГ организуются раздельные системы сбора и транспортировки ВК и НК ДПГ.

На периоды аварийного останова СРК предусмотрено обезвреживание ВК ДПГ на специальной факельной установке с применением вспомогательного топлива, НК ДПГ направляются в атмосферу без очистки.

На российских сульфат-целлюлозных заводах предусмотрено обезвреживание ВК ДПГ:

- в СРК - на 2 предприятиях;

- в ИРП - на 1 предприятии;

- в отдельном котле-утилизаторе - на 2 предприятиях;

- обезвреживание НК ДПГ (полное или частичное) в СРК - на 4 предприятиях.

Основные источники дурнопахнущих газов производства небеленой сульфатной целлюлозы представлены в таблице 2.12 и на рисунке 2.8.

Таблица 2.12 - Основные источники дурнопахнущих газов производства небеленой сульфатной целлюлозы

Наименование источника ДПГ	кг S/т в. с. ц.
Высококонцентрированные газы
Непрерывная варка	0,4
Выпарка (от гидрозатвора)	1,7
Стриппинг-колонна	1,1
Укрепление метанола	2,2
Всего	5,4
Низкоконцентрированные газы
Промывное оборудование	0,1
Баки щелоков	0,8
Каустизация и растворитель плава	0,2
Всего	1,1
Итого ДПГ на обезвреживание	6,5
Дымовые газы
СРК	0,03
Степень обезвреживания ДПГ, %	99,5
ИРП	0,01

Рисунок 2.8 - Основные источники дурнопахнущих газов производства небеленой сульфатной целлюлозы

2.3.3 Сжигание упаренных щелоков в СРК с образованием сульфида натрия и карбоната натрия

В процессе сжигания черного щелока в СРК происходит процесс пиролиза органических веществ, сопровождаемый карбонизацией щелочи и выжигом углерода, протекающим совместно с восстановлением сульфата натрия.

В составе минеральной части черного щелока в основном содержится связанная щелочь, которая в процессе пиролиза и выжига органических веществ подвергается карбонизации по реакции:

2NaOH + CO ₂ = Na ₂CO ₃ + H ₂O.

В процессе пиролиза щелока выделяются различные органические и серосодержащие летучие соединения, которые в большей части сгорают в топочном пространстве. Реакция восстановления сульфата протекает в присутствии углерода по следующим реакциям:

Na ₂SO ₄ + 2C = Na ₂S + 2CO ₂;

Na ₂SO ₄ + 4C = Na ₂S + 4CO.

Образующийся плав состоит в основном из карбоната (Na ₂CO ₃ - 70 %), и сульфида натрия (Na ₂S - 20 % - 25 %). Из СРК плав поступает в бак-растворитель, где растворяется слабым белым щелоком, образуя зеленый щелок.

2.3.4 Каустизация зеленого щелока

Процесс каустизации - это превращение карбоната натрия в гидроксид путем обработки карбоната негашеной известью - завершающий этап в цикле регенерации химикатов для варки сульфатной целлюлозы.

Зеленый щелок из растворителя плава подается на осветление в отстойники или фильтры различной конструкции. Шлам зеленого щелока (черный шлам) после промывки и обезвоживания направляется на полигон для размещения отходов. А слабый зеленый щелок после промывки шлама поступает в баки слабого белого щелока.

Для проведения каустизации осветленный зеленый щелок поступает в гасители-классификаторы, в которые непрерывно подается негашеная известь или оксид кальция. В гасителях происходят гашение извести и отделение примесей (песка, мелких камней), в том числе непогасившейся извести, от реакционной смеси.

Осадок тяжелых примесей (шлам) после промывки вывозится на полигон размещения отходов.

Реакция каустизации проходит две стадии. Первая стадия - гашение извести - протекает по следующей формуле:

CaO + H ₂О = Ca(OH) ₂ + 270 ккал/кг.

Образующийся гидроксид кальция реагирует с карбонатом натрия зеленого щелока по следующей обратимой реакции:

Na ₂CO ₃ + Ca(OH) ₂ 2NaOH + CaCO ₃.

Реакция протекает медленно, начинается в гасителе и продолжается в каустизаторах, пока не достигнет равновесия. Продолжительность процесса в каустизаторах - 1,5-2 ч.

Полнота реакции определяется степенью каустизации:

NaOH x 100/(NaOH + Na ₂CO ₃).

Значение степени каустизации находятся в диапазоне 75 % - 86 %.

В процессе реакции каустизации образуется суспензия шлама в белом щелоке. Для отделения крепкого белого щелока суспензия подается на отстаивание (либо фильтрацию). В процессе отстаивания и промывки отбирается крепкий белый и слабый белый щелоки. Они направляются в баки-сборники для хранения. Далее крепкий белый щелок из баков-сборников поступает в варочный отдел на варку целлюлозы, а слабый - в цех СРК, где используется в качестве растворителя плава.

Известковый шлам подается на промывку, обезвоживание и затем на обжиг.

Основные технологические показатели работы цеха - степень каустизации зеленого щелока, а также полнота очистки белого щелока от шлама.

2.3.5 Регенерация известкового шлама в известерегенерационной печи

Каустизационный (белый) шлам после отделения от крепкого белого и слабого белого щелоков и сгущения направляется во вращающиеся известерегенерационные печи для обжига.

Процесс получения извести основан на реакции разложения карбоната кальция, протекающей при температуре обжига 1000-1100 °С:

СаСО ₃ = СаО + СО ₂ - 42 ккал.

Степень регенерации извести составляет 85 % - 95 %. Потери ее пополняются добавкой в печь дробленого известняка, который обжигается вместе с каустизационным шламом. Обожженная известь охлаждается воздухом в рекуператорах.

Топливом для обжига могут быть мазут, газ, ВКДПГ, метан, талловое масло, биогазы. Основными выбросами от ИРП являются серы диоксид, окислы азота, пыль, суммарная восстановленная сера (СВС).

В подпроцессах каустизации и регенерации извести осуществляются следующие технологические операции:

- фильтрация зеленого щелока;

- промывка и сгущение шлама зеленого щелока;

- гашение извести и каустизация;

- промывка и сгущение известкового (белого щелока) шлама;

- обжиг извести;

- подача негашеной извести на каустизацию.

2.3.6 Получение побочных продуктов

2.3.6.1 Получение сырого таллового масла

При сульфатной варке древесины наряду с процессом делигнификации протекают реакции омыления смоляных и жирных кислот, основных компонентов экстрактивных веществ, которые переходят в варочный щелок в виде натриевых солей. В раствор также переходят неомыляемые (нейтральные) вещества и соли окисленных смоляных и жирных кислот. Поэтому черный щелок представляет собой сложную коллоидную систему, содержащую лигнин, натриевые соли жирных и смоляных кислот, продукты их окисления, неомыляемые и неорганические вещества, которые находятся в сложной равновесной системе (рисунок 2.9) как в молекулярно-растворенном состоянии, так и в виде мицеллярных агрегатов коллоидного раствора различной степени дисперсности.

Рисунок 2.9 - Образование в черном щелоке частиц экстрактивных веществ разной дисперсности в процессе мицеллообразования и коагуляции

На равновесие системы влияет концентрация сульфатного мыла, электролитов, рН щелока, температура, а также наличие других органических (диспергирующих) веществ. Так как плотность сухих веществ мыла меньше, чем плотность черного щелока, частицы мыла стремятся подняться к поверхности щелока. Скорость отделения и съема мыла зависит от количества сухих веществ в черном щелоке, от температуры и размера частиц мыла. Содержание сухих веществ в диапазоне 28-32 % (весовые) является оптимальным для снятия мыла [8].

При отставании черного щелока происходит выделение только грубодисперсных частиц мыла, тогда как остальные смолистые вещества остаются в щелоке в виде молекулярной и коллоидно-растворенной формах. Поэтому для более полного съема сульфатного мыла равновесие требуется сдвинуть вправо, чтобы образовалось больше грубодисперсных частиц, а это зависит от полноты протекания процессов мицеллообразования, коагуляции и отстаивания. Выход сульфатного мыла зависит не только от содержания экстрактивных смолистых веществ в древесной щепе, поступающей на варку, но и от условий его выделения, которые влияют на величину потерь экстрактивных смолистых веществ (ЭСВ) во всей технологической цепочке производства. Выход мыла 87 % в пересчете на СТМ, представленный на рисунке 2.10, является в Европе удовлетворительным выходом на хорошо работающем заводе. При этом оптимальным считается поступление остаточного СТМ в черном щелоке на сжигание в СРК не более 5 кг СТМ на 1 т в.с.ц.

Рисунок 2.10 - Получение сульфатного мыла

Для наиболее полного снятия мыла требуется снизить его молекулярную и коллоидную растворимость в черном щелоке, которая зависит от концентрации сухих веществ и содержания остаточной щелочности. Минимальная растворимость мыла наблюдается при концентрации сухих веществ 20-30 % и составляет 3-8 кг сульфатного мыла на 1 т абсолютно сухих веществ. Минимальная растворимость также зависит от величины остаточной эффективной щелочности и при величине 7-8 г Na ₂O/дм ³ минимальная растворимость составляет 0,15-0,3 % СТМ к а.с.в. (рисунок 2.11), что уменьшает потери мыла вместе со щелоком, поступающим далее на выпарную станцию и СРК.

Рисунок 2.11 - Растворимость сульфатного мыла, % СТМ от абс. сухого вещества черного щелока, в зависимости от остаточной эффективной щелочи, г Na ₂O/л

Отстаивание черного щелока производят на выпарной станции в емкостях питательного щелока с объемом баков на 16-20 часов работы [9] и при оптимальной температуре 80-90 °С. С технологической точки зрения съем мыла необходим, чтобы избежать пенообразования и образования накипи на теплопередающих поверхностях выпарных аппаратов.

Периодический съем сульфатного мыла осуществляют, поднимая уровень жидкости в баке выше встроенного желоба, что обеспечивает перелив сульфатного мыла, которое самотеком сливается в бак. Для непрерывного съема используют установленную наверху баков механическую гребенку, счерпывающую лопастями мыло с поверхности.

Для контроля за съемом мыла используют датчики температуры. Поскольку температура мыла на 5 °C ниже температуры щелока, то повышение температуры мыла сигнализирует о прекращении его съема, что исключает дополнительное попадание щелока в снятое мыло. Также используют датчики электропроводности либо на кабеле, помещенном непосредственно в бак, либо отдельной ячейкой на трубопроводе. За счет присутствия в мыле черного щелока меняется величина электрического сопротивления и процесс слива мыла останавливают. Это важно, поскольку снижается количество черного щелока в мыле, соответственно, снижается содержание лигнина, который при подкислении в производстве СТМ может до 20 % увеличить потери за счет сорбции СТМ на поверхности образующейся лигниновой фазы. Следовательно, сокращение количества лигнина в мыле повышает его качество, как сырья для производства СТМ. При содержании лигнина в сульфатном мыле менее 1 % образование лигнинной фазы в процессе разложения не наблюдается, увеличивается выход СТМ и стабилизируется процесс разложения.

Показатели качества сульфатного мыла из хвойных (марка С) и лиственных (марка Л) пород древесины представлены в таблице 2.13.

Таблица 2.13 - Показатели сульфатного мыла регламентируются ТУ 13-028-1078-28-118-88

Наименование показателя	Марка С	Марка Л
Массовая доля жирных и смоляных кислот и неомыляемых веществ, %, не менее...	45	40
Массовая доля воды, %, не более...	35	50
Массовая доля общей щелочи в пересчете NaOH, %, не более...	9	9

Массовая доля лигнина в хвойном мыле составляет 2-4 % (в лиственном мыле до 6-12 % лигнина). Еще в 1960-х годах отмечали необходимость перед стадией разложения сульфатного мыла производить его промывку подщелоченным солевым раствором (от установки разложения) для увеличения выхода сырого таллового масла на 5-10 %, повышения его кислотного числа (на 1,5 мг КОН/г) и снижения содержания лигнина на 30-50 %. Это весьма существенное улучшение количества и качества получаемого СТМ, поскольку увеличение кислотного числа на единицу на 0,5 % увеличивает выход талловой канифоли и жирных кислот и на 0,5 % снижает выход таллового пека.

Массовая доля нейтральных веществ в мыле достигает 25-30 % (к абс. сухим веществам), вызывает затруднения при получении высококачественных талловых продуктов. Поэтому использовали экстракцию сульфатного мыла, например, бензином в водно-спиртовом растворе со степенью очистки мыла от нейтральных веществ 70-84 %. Выделенные нейтральные вещества идут для получения стеринов [10], а в процессе ректификации таллового масла с содержанием нейтральных веществ 5-6 % увеличивается выход высокомаржинальных продуктов дистилляции на 10-15 %.

Получение сырого таллового масла основано на обработке сульфатного мыла серной кислотой с оптимальным расходом 190-230 кг/т при рН = 3-4 и может осуществляться следующими способами:

- периодически - в реакторах периодического действия;

- непрерывным методом с разделением масла с помощью центрифуги;

- непрерывным методом и разделением путем декантации.

Для разложения мыла используется серная кислота. На предприятиях, в состав которых входит цех по производству диоксида хлора, для разложения применяется отработанная кислота.

Вязкость сульфатного мыла при 20 °С очень высокая - до 300 , что не позволяет обеспечить необходимого контакта мыла и кислоты. Поэтому процесс проводится при повышенной температуре - около 100 °С, при которой вязкость сульфатного мыла снижается в 6-35 раз, до 8-50 , что обеспечивает его хорошее перемешивание с серной кислотой при образовании реакционной смеси. В результате отстаивания реакционной смеси образуются три слоя: верхний - талловое масло, средний - лигниновый слой, нижний - раствор бисульфата натрия. Далее сырое талловое масло отбирают и дополнительно отстаивают.

При разложении сульфатного мыла реагируют не только соли жирных и смоляных кислот, но и компоненты черного щелока, увлеченного мылом: соли других органических кислот, едкий натр, сернистый натрий и др., поэтому реакция протекает с образованием сероводорода (H ₂S) и диоксида углерода (CO ₂) по реакции:

Na ₂S + H2SO ₄ H ₂S + Na ₂SO ₄,

Na ₂CO ₃ + H ₂SO ₄ Na ₂SO ₄ + H ₂O + CO ₂.

Образующиеся парогазы направляют для очистки в скруббер, который орошают 10-процентным раствором NaOH. В результате сероводород преобразуется в сульфид натрия:

2NaOH + H ₂S Na ₂S + 2H ₂O.

После этого очищенные парогазы могут быть выброшены в атмосферу.

Недостатком периодического способа получения масла являются низкий выход, высокое потребление серной кислоты (250-300 кг серной кислоты/т масла), трудность автоматизации. Эффективность промывки сульфатного мыла для удаления остаточного лигнина и способ получения (периодический или непрерывный) являются основными факторами, оказывающими воздействие на интенсивность выделения дурнопахнущих соединений. При периодическом способе получения сырого таллового масла происходят пиковые выбросы сероводорода, при непрерывном способе поток газов от реактора намного меньше.

Таблица 2.14 - Сравнительные данные работы установок периодического и непрерывного действия

Параметр	Периодического действия	Непрерывного действия
Расход пара, кг на тонну СТМ	817-998	227-318
Расход серной кислоты, кг на тонну СТМ	227-272	159-204
Ввод кислоты	ручной	автоматический
Выход таллового масла, %	60-85	90-98
Потери кислотного числа	4-15	0-2
Время выделения таллового масла, часов	5-24	0,33-0,66
Отделение газа	Переменное	Постоянное
Условия работы	Загрязненность, воздействие сероводорода	Отсутствие загрязненности
Возможность управления с диспетчерского пункта завода	Отсутствует	Имеется
Занимаемая территория (без баков для хранения), м 2	186-372	74-139

Выход и качество таллового масла определяются породой древесины, системой съема мыла, способом получения масла. Выход сырого таллового масла составляет от 10 до 70 кг на тонну целлюлозы.

Таблица 2.15 - Физико-химические показатели таллового масла из хвойного, смешанного и лиственного сульфатного мыла

Наименование показателей	Норма для марок
	ХТМ		СТМ		ЛТМ
	I сорт	II сорт	I сорт	II сорт
1 Внешний вид	Маслообразный продукт коричневого или темно-коричневого цвета
2 Кислотное число, мг КОН на 1 г масла, не менее	145	135	130	120	96
3 Массовая доля смоляных кислот, %, не менее	40	35	30	20	-
4 Массовая доля неомыляемых веществ, %, не более	13	16	18	20	25
9 Плотность при 30 °С, г/см 3	0,92-0,98
10 Начальная температура кипения при 5 мм рт. ст., °С, не менее	180
11 Вязкость, сПз, не хуже
- при 30 °С	9000
- при 80 °С	110
12. Растворимость	Продукция нерастворима в воде, растворима в органических растворителях

2.3.6.2 Получение скипидара сырца

Скипидарными называют летучие вещества, содержащиеся в хвойной древесине и отгоняемые водяным паром. Скипидары являются смесью монотерпеновых углеводородов с общей формулой С ₁₀Н ₁₆ и небольшой примесью сесквитерпенов. В древесине сосны основные компоненты скипидара - терпены и терпеноиды: - и -пинен, - карен. В скипидаре ели имеется некоторое количество -пинена (17-22 %) и значительная доля -пинена (12-23 %) и -фелландрена. Для древесины пихты характерна высокая доля -фелландрена (43 %).

Различия в составе монотерпенов в древесном сырье предопределяют состав промышленных продуктов и, соответственно, их практическое применение. Основная масса терпеновых углеводородов сульфатного скипидара представляет собой: -пинен (64-77 -пинен (1-24 %), - карен (3-12 %), дипентен (2-8 %). В незначительных количествах находят камфен, фелландрен, -мирцен, n-цимол, -терпинен, терпинолен, -терпинеол. Кроме того, содержится 0,3-0,6 % легколетучих сероорганических соединений, которые являются продуктами реакции компонентов варочного щелока с древесным веществом.

Выход скипидара-сырца определяется в основном массовой долей летучих веществ в хвойных породах древесины и режимом варки целлюлозы. Массовая доля летучих веществ в свежесрубленной древесине сосны 0,40-0,75 %, кедра 0,34-0,60 %, ели 0,10-0,20 %, пихты и лиственницы 0,10-0,15 % от абсолютно сухой древесины. В настоящее время на большинстве предприятий РФ перерабатывают смесь хвойных пород с добавкой 10 % лиственной древесины, поэтому наибольшая доля скипидара в сырье содержится на предприятиях Сибири (до 0,5 %, или около 11 кг на тонну целлюлозы), в европейской части страны наблюдают пониженную долю содержания летучих веществ - до 0,3 %. Это связано с изменением структуры перерабатываемого древесного сырья в сторону использования еловой древесины. Кроме этого, при непрерывной варке целлюлозы из-за неполной конденсации парогазов и ненадлежащего охлаждения конденсата сбор скипидара составляет 1-2,5 кг/т в.с.ц.

Продолжительность хранения древесного сырья также приводит к существенной потере скипидара. Так, при кучевом хранении щепы в первые 3 месяца щепа в кучах разогревается до 60-64 °C. Снижение выхода скипидара при сроках хранения щепы 1, 2, 3, 4 и 5 месяцев составляет соответственно 40, 60, 70, 80 и 100 %.

Скипидар выводится из варочной установки в сконденсированном виде с так называемым терпентинным конденсатом ( 0,3 м ³/т в.с. целлюлозы по варке), из которого он выделяется отстаиванием за счет меньшей плотности (860 кг/м ³).

Основное преимущество периодического способа варки - отделять скипидар в одной производственной точке. При непрерывной варке на установке Камюр отсутствует пространство для паров, и терпентинная сдувка не производится. Поэтому скипидар распределяется со всеми материальными потоками, выходящими из котла, из которых его и выделяют.

При варке целлюлозы в варочных котлах периодического действия может быть извлечено скипидара от его массы в древесине до 75 %, при варке целлюлозы непрерывным способом в аппаратах "Камюр" - не более 20 %.

На сульфат-целлюлозных предприятиях сбор скипидара производят как по экологическим причинам, так и для безопасного ведения производства. Это связано с тем, что на установках непрерывной варки отсутствует система терпентинной сдувки, поэтому скипидар частично выделяется с парогазами верхнего расширительного циклона, и частично остается в черном щелоке. Если скипидар не выделять, то появляется риск его накопления в трубопроводах, баках сбора конденсата или щелока, где его наличие и не предполагается. Это важно при проведении огневых работ на оборудовании, поскольку с воздухом он образует опасную смесь. В последние годы в России и в мире произошло несколько несчастных случаев при проведении работ на подобных резервуарах, при этом возможность наличия в них скипидара не учитывалась.

Для выделения и сбора сульфатного скипидара при непрерывной варке предусматривается:

- установка циклона-щелокоуловителя на линии отвода парогазов из расширительного циклона;

- ступенчатая дробная конденсация паров от расширительного циклона;

- узел выделения скипидарной фракции на установках очистки грязного конденсата.

Скипидар - ценное химическое сырье, из которого делают 100 видов продукции, и крупным перерабатывающим заводам в Индии и во Франции нужен скипидар, что и обусловило высокие цены. Отечественные предприятия по переработке скипидара простаивают из-за нехватки сырья.

Рисунок 2.12 - Блок-схема процесса регенерации химикатов

Основная информация о процессе производства регенерации химикатов, который используют в настоящее время в российской ЦБП, представлена на рисунке 2.12 и в таблице 2.16.

Таблица 2.16 - Описание подпроцессов регенерации химикатов варки сульфатной целлюлозы

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
- черный щелок от варки целлюлозы; - кислые остатки от приготовления двуокиси хлора; - пар; - электроэнергия; - свежая вода; - сульфат натрия	Выпарка черного щелока	- крепкий черный щелок; - терпентинный конденсат; - загрязненный конденсат; - слабозагрязненный конденсат; - чистый конденсат; - ВК ДПГ; - НК ДПГ; - водометанольная фракция; - сульфатное мыло; - теплая вода	- емкости; - фильтры для улавливания волокна; - выпарные установки; - циркуляционные насосы; - вакуум-система	- выбросы в атмосферу (ДМС, ДМДС, ММ, H 2S, скипидар, метанол); - сбросы в производственную канализацию: взвешенные вещества, ХПК, щелочность (общ. Na 2O)
- крепкий черный щелок; - деминерализованная вода - слабый белый щелок; - охлаждающая вода; - сульфат натрия; - ВК ДПГ; - НК ДПГ; - электроэнергия	СРК	- зеленый щелок; - пар; - теплая вода; - зола	- СРК; - электрофильтры; - скруббер растворителя плава; - скруббер; - емкости	- выбросы в атмосферу (диоксид серы, сероводород, оксиды азота, взвешенные вещества); - сбросы в производственную канализацию: (взвешенные вещества, ХПК, щелочность (общ. Na 2O)
- зеленый щелок; - известь негашеная; - пар; - теплая вода; - загрязненный конденсат; - каустик; - электроэнергия	Каустизация зеленого щелока	- крепкий белый щелок; - слабый белый щелок; - отходы процесса приготовления и регенерации химических реагентов (шлам зеленого щелока, отходы от гашения извести, шлам белого щелока)	- емкости; - гаситель-классификатор; - каустизаторы; - фильтры; - центрифуги; - бункера шлама	- выбросы в атмосферу (ДМС, ДМДС, ММ, H 2S, взвешенные вещества); сбросы в производственную канализацию (взвешенные вещества, щелочность (общ. Na 2O) отходы процесса приготовления и регенерации химических реагентов (шлам зеленого щелока, отходы от гашения извести, шлам белого щелока)
- шлам белого щелока; - горячая вода; - известковый камень/известь; - метанол; - пек; - сырое талловое масло; - мазут; - газ; - электроэнергия	Регенерация извести	известь негашеная	- известерегенерационная печь; - транспортеры; - элеватор; - бункера хранения извести	- выбросы в атмосферу: (диоксид серы, сероводород, оксиды азота, взвешенные вещества); - сбросы в производственную канализацию (взвешенные вещества, ХПК, щелочность (общ. Na 2O)
- скипидар-сырец; - поваренная соль; - терпентинный конденсат; - едкий натр технический; - сульфатное мыло; - серная кислота; - охлаждающая вода; - пар; - электроэнергия	Производство побочных продуктов	- скипидар-сырец; - подскипидарная вода; - сырое талловое масло; - черный щелок; - НК ДПГ	- флорентина; - скруббер; - теплообменное оборудование; - сепараторы; - отстойники; - реакторы; - емкости	- выбросы в атмосферу (ДМС, ДМДС, ММ, H 2S, скипидар, метанол); - сбросы в производственную канализацию: (взвешенные вещества, ХПК, щелочность (общ. Na 2O)

Характеристика оборудования процесса регенерации химикатов представлена в таблице 2.17.

Таблица 2.17 - Характеристика оборудования подпроцессов регенерации химикатов варки сульфатной целлюлозы

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики 1)
Выпарка черного щелока
Емкости	Отстаивание черного щелока. Съем мыла. Хранение щелоков. Хранение мыла	Общий объем - 10350-20700 м 3.
Баки, работающие под давлением для упаренного черного щелока	Поддержание высокой температуры щелока для снижения его вязкости при концентрации сухих веществ 80 %	Расчетное давление - 0,3 МПа, абс. Температура - 140 °C
Фильтры для улавливания волокна	Очистка черного щелока от волокна	Тип - барабанный. Производительность - 2-3,9 м 3/сут на 1 м 2 поверхности
Напорные сортировки	Очистка черного щелока от волокна	Тип - центробежный. Температура - 80 °C - 90 °C. Давление - 0,5 МПа
Выпарные аппараты	Выпаривание влаги черного щелока до 47 % - 52 % а. с. в.	Тип - трубчатый со свободно падающей пленкой. Тип - трубчатый с принудительной циркуляцией с падающей пленкой. Тип - трубчатый с поднимающейся пленкой. Тип - ламельный со свободно падающей пленкой. Производительность по выпаренной влаге - 150-600 т/час. Количество корпусов (в том числе резервных) - 5-8 шт. Количество потоков - 1-2. Давление греющего пара - 0,15-0,35 МПа. Температура греющего пара - 126 °C - 140 °C. Концентрация упаренного щелока - 47 % - 55 %. Температура исходного/упаренного щелока - 60-85/130 °C
Концентраторы	Выпаривание влаги черного щелока до 67 % а. с. в.	Тип - трубчатый с падающей пленкой. Тип - трубчатый с принудительной циркуляцией. Тип - ламельный с падающей пленкой. Производительность по выпаренной влаге - 27-41 т/час. Поверхность теплопередачи - 1865-4200 м 2. Количество корпусов (в том числе резервных) - 1-2 шт. Количество потоков - 1-2. Давление греющего пара - 0,15-0,35 МПа. Температура греющего пара - 126 °C - 140 °C. Концентрация упаренного щелока - 57 % - 67 %. Температура исходного/упаренного щелока - 98/120 °C
Суперконцентраторы	Выпаривание влаги черного щелока до 85 % а. с. в.	Тип - ламельный, трубчатый с принудительной циркуляцией с падающей пленкой. Производительность по выпаренной влаге - 27,2 т/час. Поверхность теплопередачи - 3138 м 2
Содорегенерационный котлоагрегат (СРК)	Сжигание концентрированного черного щелока, восстановление сульфата натрия до сульфида натрия	Производительность - 540-1932 т/сут а. с. в. Выработка пара - 80-230 т/час. Давление получаемого пара - 34-90 бар. Температура получаемого пара - 390 °C - 450 °С. Степень восстановления сульфата - не менее 88 % - 93 %
Оборудование золоудаления (электрофильтр комплектно в системе очистки дымовых газов, транспортировки и растворения золы)	Очистка дымовых газов, возврат и восполнение потерь химикатов	Производительность по газу - 330 000-494 000 м 3/час; Температура на входе - 160 °C - 190 °C. Эффективность очистки - 95 % - 98,5 %
Каустизация зеленого щелока
Осветлители зеленого щелока	Подготовка щелока к реакции	Объем - 920-4400 м 3. Площадь осаждения - 94-154 м 2. Давление - атм
Фильтр шлама зеленого щелока	Удаление шлама	Производительность по шламу - 17 т/сут. Поверхность фильтрации - 35-42,4 м 2. Концентрация шлама - 45 % - 48 %
Гаситель-классификатор	Гашение извести, удаление отходов, начало процесса каустизации	Производительность - 75-90 м 3/час по белому щелоку. Производительность - 235 м 3/час по зеленому щелоку. Вместимость - 22-100 м 3. Температура - °С. Давление - атм
Каустизаторы	Проведение реакции каустизации	Вместимость - 37,5-280 м 3. Время прохождения реакции - мин. Температура - °C. Давление - атм
Осветлители белого щелока	Осветление белого щелока	Производительность - 1500 м 3/час. Вместимость - 720-4400 м 3. Температура - 80 °C - 90 °C. Давление - атм
Фильтр для промывки и сгущения шлама белого щелока	Промывка и сгущение шлама белого щелока перед ИРП	Производительность - 585 т/сут по извест. шламу. Поверхность фильтрации - 63-228 м 2. Температура - 95 °C - 98 °C. Концентрация шлама - 65 %
Вакуум-фильтр	Промывка шлама и обезвоживание белого щелока перед ИРП	Площадь фильтрации - 40-50 м 2.
Регенерация извести
Известерегенерационная печь	Обжиг известкового шлама с получением негашеной извести	Температура обжига - 1100 °С. Производительность - 100-360 т/сут
Производство побочных продуктов (сырого таллового масла, скипидара сырца)
Сборник мыла	Подготовка сульфатного мыла. Отделение щелока	Температура - 60 °C - 70 °C. Давление - атм
Реактор (непрерывного/периодического действия)	Проведение реакции разложения сульфатного мыла серной кислотой	Производительность - 17,5 м 3/час. Температура - 100 °C - 105 °C. Давление - атм
Сепаратор	Отделение масла	Производительность - 6-7,5 т/час. Температура - 90 °С. Давление - атм
Промыватель масла	Промывка масла. Отстаивание. Отделение масла от раствора	Температура - 80 °C - 95 °C. Давление - атм. Время отстаивания - час
Вакуум-сушильник	Очистка масла от влаги, загрязнений	Температура - 80 °C - 90 °C. Давление - 0,08 МПа
Декантатор (флорентина)	Отстаивание и разделение фракций	Вместимость - 0,63-25 м 3. Время отстаивания - 17-60 мин
Ректификационная колонна	Разделение фракций (получение товарного скипидара, таллового масла, канифоли, жирных кислот)	Вместимость - 18-62 м 3. Количество тарелок - 40-123 шт
1) Технологические характеристики зависят от производительности линии.

Характеристика природоохранного оборудования процесса регенерации химикатов представлена в таблице 2.18.

Таблица 2.18 - Характеристика природоохранного оборудования подпроцессов регенерации химикатов варки сульфатной целлюлозы

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики 1)
Очистка сильнозагрязненных конденсатов
Стриппинг-колонна	Отдувка паром серосодержащих газов и метанола из сильнозагрязненных конденсатов выпарного и варочного цехов	Тарельчатая колонна. Степень очистки - 80 % - 90 %. Количество тарелок - 24 шт. Производительность - 133-175 т/час. Вместимость - 70 м 3
Теплообменник конденсата	Подогрев конденсата перед подачей на стриппинг-колонну	Тип - кожухотрубчатый. Поверхность теплообмена - м 2
Дистилляционная колонна	Отделение метанола	Тарельчатая колонна. Количество днищ - штук. Расчетная температура 159 °C. Расчетное давление - 0,5/- 0,1 МПа
Каустизация
Скруббер гасителя	Улавливание пылевых частиц щелочного аэрозоля	Эффективность очистки - 50 %
Рукавный фильтр аспирационной установки разгрузки извести в бункер		Эффективность очистки 93 %
Регенерация извести
Струйный газопромыватель (скруббер Вентури)	Очистка дымовых газов	Эффективность очистки от пыли - не менее 85 % - 98 %
Электрофильтр очистки дымовых газов	Очистка дымовых газов	Эффективность очистки - 99 % - 99,9 %
Производство побочных продуктов
Скруббер очистки газов	Очистка от сернистых соединений (ДМС, ДМДС, ММ, H 2S) отходящих газов реактора разложения мыла	Вместимость - 8-56 м 3. Эффективность очистки - 50 % - 98 %
1) Технологические характеристики зависят от производительности линии.

2.4 Процесс производства сульфитной целлюлозы

Удельный вес производства сульфитной целлюлозы в России в 1990-е годы составлял 23 %, а в настоящее время он сократился до 4,5 %. Сокращение выпуска сульфитной целлюлозы является общемировой тенденцией.

В 1960-е годы сульфит-целлюлозные заводы сбрасывали сточные воды без очистки в водные бассейны, загрязняя водоемы токсичными солями лигносульфоновых кислот, снижающими содержание растворенного кислорода, и делали их малопригодными для рыбного хозяйства.

В 1970-1980-е гг. мировая практика показала, что для утилизации сульфитных щелоков необходимо магниевое основание варочных щелоков с установками по их сжиганию и регенерации химикатов, благодаря чему бисульфитный способ варки становится практически экологически чистым.

В СССР также проводили техническое перевооружение сульфитных предприятий. В частности, в 1972 году началась реконструкция Светогорского ЦБК, и по завершении реконструкции он стал на самом современном оборудовании выпускать ацетатную и вискозную целлюлозу, лучшую в стране и востребованную в мире. По проекту сульфитные щелока на натриевом основании должны сжигаться вместе с сульфатными - так называемая перекрестная регенерация химикатов. В этом же году на Красноярском ЦБК внедрено сжигание отработанного сульфитного щелока на магниевом основании с регенерацией химикатов, в 1982 году - на Светлогорском ЦБЗ (ныне ОАО "Светлогорский ЦБК", Республика Беларусь). К сожалению, на обоих заводах возникли сложности с отечественным магний-регенерационным котлоагрегатом (МРК) 300 т а.с.в./сут., и технология регенерации не была доведена до логического конца по ряду проектных и конструктивных причин. В 1986 году из-за отсутствия очистных сооружений закрыт Приозерский ЦЗ, выпускающий 100 тыс. т вискозной целлюлозы, который был перепрофилирован на выпуск мебели. В 1989 году для реконструкции сульфитного производства на Архангельском ЦБК подписан контракт с австрийской фирмой "Фест Альпине" и финскими "Сунд" и "Альстрем". Однако произошел распад СССР, и переход к рыночной экономике привел к резкому сокращению объема производства продукции отрасли и краху всех планов технического перевооружения.

По разным причинам закрыли наукоемкое производство целлюлозы для химической переработки: в 1994 году - на Амурском ЦКК (вискозная целлюлоза - 100 тыс. т), в 1995 году - на Светогорском ЦБК с самым современным производством вискозной целлюлозы - 80 тыс. т и ацетатной целлюлозы - 30 тыс. т и в 2008 году - на Котласском ЦБК (вискозная целлюлоза - 100 тыс. т) (ныне "Филиал АО "Группа Илим" в г. Коряжме"). Начиная с середины 1990-х годов предприятия, выпускающие сульфитную целлюлозу для бумаги, расположенные на о. Сахалин, выработав свой ресурс и не найдя средств на модернизацию, стали останавливать производство: Холмский ЦБЗ, Макаровский ЦБЗ, Долинский ЦБЗ, Чеховский ЦБЗ, Поронайский ЦБЗ и Томаринский ЦБЗ, а также Южно-Сахалинский ЦБК, Углегорский ЦБЗ.

По причине отсутствия очистных сооружений в 2001 году закрылся Калининградский ЦБК-1, в 2007 году - Вишерский ЦБЗ, в 2011 году - Калининградский ЦБК-2. В 2012 году после пожара остановлено производство на Красноярском ЦБК (последнее название - Енисейский ЦБК).

В настоящее время продолжают работу АО "Соликамскбумпром", Сясьский ЦБК, Кондопожский ЦБК, Туринский ЦЗ суммарной производственной мощностью 0,337 млн т в год.

Еще одной проблемой сульфитного способа является переработка малосмолистых древесных пород - ели и пихты, поскольку при кислотном процессе смолистые вещества не растворяются и вызывают так называемые "смоляные затруднения", тогда как сульфатный способ варки в щелочной среде лишен данного недостатка и перерабатывает любые древесные породы.

У сульфитной целлюлозы хуже бумагообразующие свойства, чем у сульфатной, волокна которой относительно меньше укорачиваются при размоле и дают более сомкнутый и менее прозрачный лист.

Продолжительность сульфитной варки на 2-3 часа больше, чем у сульфатной. Следовательно, оборот варочного котла при периодической сульфитной варке больше, и, соответственно, суточная и годовая производительность с 1 куб. м объема котла в два раза ниже, чем у сульфатной периодической варки. Этот показатель исключительно важен, поскольку производство целлюлозы капиталоемкое и более высокая производственная мощность имеет короче срок окупаемости проекта. Целлюлозно-бумажная промышленность является исключительно капиталоемким производством. Например, капитальные затраты на строительство нового завода в Европе, производящего 550 тыс. т беленой целлюлозы, составляют 1,1 млрд долл. США со сроком окупаемости 15 лет. Затраты на строительство завода в "зеленом поле" для производства 1,3 млн т/год беленой целлюлозы в Сибири составляют 2,5 млрд долл. США со сроком окупаемости 15 лет. Продолжительность жизни предприятий 30-40 лет служит гарантией окупаемости инвестиций в течение первых 15 лет, а в течение последующих 15 лет - получения прибыли на уровне выше инвестиций, но для этого требуется привлекать значительные средства на длительный период.

Поскольку перевод предприятия с технологической платформы 1980-х гг. на НДТ потребует строительства нового завода на существующей площадке с имеющейся инфраструктурой, можно оценить затраты на такую модернизацию в 1,1 млрд долл. США. Это одна из причин, делающих возможным использование современных НДТ для предприятий с производственной мощностью 500-800 тыс. т в год.

Изменение суточного производства сульфитной и сульфатной целлюлозы в XX веке и в начале XXI века на передовых предприятиях:

Год производства	1900	1930	1950	1980	2010
Объем сульфитных варочных котлов, куб. м	50-180	50-180	70-280	70-340	160-400
Суточная производительность варочного цеха:
- сульфитный, m/сут	15	50	300	500	600
- сульфатный m/сут	-	70	500	1200	7000

Мировое производство сульфитной целлюлозы от общего производства волокон в 2015-е годы составляет всего 4 %, из которых производство сульфитной целлюлозы для химической переработки занимает одну треть и одну треть составляет производство нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы для получения тарного картона, остальное используют в производстве бумаг. Таким образом, сульфитное производство в XX веке уступило в конкурентной борьбе на рынке массовых видов бумаг, но осталось в важном сегменте целлюлозы, используемой в специальных видах бумаг, для получения вискозных волокон и более высоковязких (хлопкоподобных) видов целлюлозы для производства эфиров целлюлозы.

В России проблема модернизации небольших градообразующих целлюлозных предприятий (производительностью 30-100 тыс. т) назрела уже давно, и ее нужно планомерно решать, чтобы не вызвать социальной напряженности в регионах. За границей такие предприятия либо перепрофилируют, либо закрывают, либо строят современные большой мощности, чтобы окупить проект реконструкции для перехода на НДТ, обеспечивающие экономическую эффективность, экологическую безопасность производства и жизнь региона. Например, в Китае в 2011 году закрылись одновременно мощности по производству 8,2 млн т целлюлозы и бумаги, которые не соответствуют экологическим нормам. По производству волокон в их число вошли: производство древесной массы (менее 51 тыс. т в год); целлюлозы из недревесного растительного сырья (менее 34 тыс. т) и макулатурной массы (менее 10 тыс. т). В производстве бумажно-картонной продукции закрыты мощности бумагоделательных машин (БДМ) по производству бумаги для письма и печати с шириной сетки менее 1,76 м и скоростью ниже 120 м/мин и картоноделательные машины (КДМ), производящие картон лайнер и флютинг с шириной сетки менее 2 м и скоростью ниже 80 м/мин. Нужно отметить, что в Китае создан фонд, из которого дотируются компании, участвующие в модернизации отрасли.

Классификация сульфитных процессов производства целлюлозы в зависимости от pH и вида основания приведена в таблице 2.19.

Таблица 2.19 - Основные сульфитные процессы, используемые в ЦБП

Процесс	pH	Основание	Активный реагент	Температура варки, °C	Выход целлюлозы, % от массы а. с. д.	Применение
Кислый (би) сульфитный	1-2	Ca 2+, Mg 2+, Na +	, H +, HSO 3 -	125-143	40-50	Растворимая целлюлоза, санитарно-гигиеническая, писчие и печатные бумаги, специальные бумаги
Бисульфитный	3-5	Mg 2+, Na +	HSO 3 -, H +	150-170	50-65	Писчие и печатные бумаги, санитарно-гигиеническая бумага
Нейтрально-сульфитный (НСПЦ)	6-9	Na +, NH 4 +	HSO 3 -, SO 3 2-	160-180	75-90	Средний слой гофрированного картона, полуцеллюлоза
Щелочно-сульфитный	9-13,5	Na +	SO 3 2-, OH -	160-180	55-60	Целлюлоза типа сульфатной

2.4.1 Технологический процесс получения сульфитной целлюлозы

На рисунке 2.13 представлена блок-схема производства сульфитной целлюлозы, входящего сырья и энергии и выходящей продукции побочных и основных продуктов сульфитного завода, а также эмиссий.

Рисунок 2.13 - Блок-схема технологического процесса получения сульфитной целлюлозы

Сульфитный варочный процесс основан на использовании водных растворов диоксида серы (SO ₂) и основания - кальция, натрия, магния или аммония. Специфика используемого основания будет влиять на выбор способа регенерации химикатов и энергии, а также и на водопользование. Из отработанного сульфитного щелока возможно получение побочных продуктов - лигносульфонатов технических. Углеводы, содержащиеся в щелоке кислой сульфитной варки, можно посредством биохимической переработки превращать в этанол и дрожжи.

2.4.2 Применяемые процессы и технологии

Производство сульфитной целлюлозы состоит из трех основных блоков:

- производство целлюлозного волокна;

- утилизация сульфитных щелоков;

- регенерация химикатов и энергии (за исключением варки на кальциевом основании, при которой регенерация невозможна, но при этом отработанный сульфитный щелок можно выпарить, а его компоненты использовать для других целей). Поскольку регенерация на натриевом, аммониевом (или смешанном) основаниях экономически невыгодна, ее целесообразность рассматривается для каждого конкретного завода индивидуально;

- очистка сточных вод на внеплощадочных очистных сооружениях.

Как и при производстве сульфатной целлюлозы, некоторые вспомогательные системы, такие как переработка отходов, производство отбеливающих химикатов и генерирование дополнительной энергии, соединены с основными отделами. Во многих отношениях процессы получения сульфатной и сульфитной целлюлозы подобны, но различны по внутрицеховым и внеплощадочным мерам по снижению эмиссий в окружающую среду. Благодаря некоторому сходству процессов описаны подробно только некоторые технологические стадии сульфитной варки. Для тех стадий, которые идентичны производству сульфатной целлюлозы, даются ссылки на соответствующие параграфы:

- подготовка и обработка древесины (см. раздел 2.1);

- промывка и сортирование, очистка небеленой массы (см. раздел 2.2.2 и 2.2.3);

- сортирование и очистка беленой массы (см. раздел 2.2.6);

- отбелка (см. раздел 2.2.5);

- сушка (только для товарной целлюлозы) (см. раздел 2.2.7).

Для этих разделов приводятся только некоторые различия, имеющие место между сульфатным и сульфитным производствами. Имеющиеся различия приводят к разному уровню эмиссий, а также к некоторым различиям в технологиях, применяемых для их снижения. Основные технологические стадии производства целлюлозы с использованием бисульфита натрия, аммония и магния представлены на рисунке 2.14

Рисунок 2.14 - Основные технологические стадии производства небеленой и беленой сульфитной целлюлозы с использованием бисульфита натрия, аммония и магния

Таблица 2.20 - Описание процесса получения сульфитной целлюлозы

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
- щепа кондиционная; - опилки, спички; - сучки, непровар; - сера; - основание; - пар; - электроэнергия	Варка	- небеленая целлюлоза; - сульфитный щелок; - лигносульфонаты технические	- система загрузки щепы в варочный котел; - варочный котел; - газоочистное оборудование; - выпарной аппарат; - сушильная установка; - система сжигания упаренного щелока (МРК - магний-регенерационный котел)	- выбросы в атмосферу (диоксид серы); - сбросы в производственную канализацию: (взвешенные вещества, ХПК)
- небеленая целлюлоза; - электроэнергия - фильтрат от промывки - свежая вода	Промывка	- небеленая целлюлоза - фильтрат от промывки	- сцежа; - вакуум-фильтр; - насосы	- выбросы в атмосферу (диоксид серы); - сбросы в производственную канализацию (взвешенные вещества, ХПК)
- небеленая целлюлоза; - электроэнергия	Сортирование	- небеленая кондиционная целлюлоза; - сучки и непровар; - отходы тонкого сортирования	- сучколовители для отделения сучков и непровара; - промыватели сучков и непровара; - сортировки; - рафинеры для размола отходов; - вихревые очистители для отделения песка	- сбросы в производственную канализацию (взвешенные вещества, ХПК) - минеральные отходы
- промытая небеленая целлюлоза; - отбеливающие химикаты (хлор, диоксид хлора, едкий натр, гипохлорит натрия, сернистая кислота); - свежая, теплая, горячая вода); - пар); - электроэнергия	Отбелка	беленая целлюлоза	- бассейн МС для хранения целлюлозы перед отбелкой); - отбельные башни); - вакуум-фильтры); - смесители с химикатами и паром); - насосы МС); - газоочистной скруббер хлорсодержащих газов	- выбросы в атмосферу хлор, (диоксид хлора); - сточная вода в производственную канализацию (взвешенные вещества, ХПК, AOX)
- беленая целлюлоза; - оборотный брак; - пар; - оборотная вода; - свежая вода; - электроэнергия	Сортирование	очищенная беленая целлюлоза; - отходы сортирования; - оборотная вода	- напорные сортировки; - вихревые очистители; - фильтр для улавливания волокна	- сбросы в производственную канализацию (взвешенные вещества, ХПК)
- беленая целлюлоза; - пар; - оборотная вода; - свежая вода; - электроэнергия	* Формование Прессование Сушка целлюлозного полотна	- целлюлоза в рулонах; - брак (отсечки и при обрывах); - оборотная вода; - конденсат	- напорный ящик; - формующая часть; - прессовая часть; - сушильная часть; - накат; - гидроразбиватели брака	- сбросы в производственную канализацию (взвешенные вещества, ХПК); - выбросы в атмосферу (мокровоздушная смесь, бумажная пыль)
- целлюлозное полотно; - электроэнергия	* Резка и упаковка	- товарная целлюлоза; - брак (кромка, листовой брак)	- листорезка; - линия упаковки	- выбросы в атмосферу (бумажная пыль)
Примечание: * - на предприятиях, техническое аппаратурное оформление которых не предусматривает накат, процессы формирования, прессования, сушки, резки и упаковки целлюлозного полотна считать единым технологическим процессом.

2.4.3 Варка и делигнификация небеленой целлюлозы

При производстве обычной небеленой целлюлозы лигнин выделяется из древесины варочным раствором, в основном содержащим бисульфит магния (натрия, кальция, аммония) в качестве активного компонента, а также диоксид серы, если реализуется кислая сульфитная варка. На стадии варки древесная щепа и варочный раствор загружаются в варочный котел, где варка проводится при повышенной температуре и давлении. Когда достигается желаемое содержание остаточного лигнина (измеряемое как число Каппа), содержимое периодического котла выдувается в выдувной резервуар или вымывается в вымывной резервуар, и цикл варки повторяется. Варка также может проводиться в непрерывном варочном котле (принципы работы те же, они описаны в разделе 2.2). При кислой сульфитной варке число Каппа целлюлозы находится между 14-22 для хвойных пород древесины и 10-20 для лиственных. Число Каппа и далее можно снизить с помощью кислородно-щелочной делигнификации перед отбелкой. При двухступенчатой сульфитной варке число Каппа можно снизить до 10 и ниже. Варку можно проводить и глубже, если необходимо получить специальную растворимую целлюлозу, но это будет сопровождаться значительной потерей выхода.

Из выдувного и вымывного резервуара целлюлоза перекачивается в отдел сортирования, а затем на промывку (в ряде схем промывка предшествует сортированию).

2.4.4 Сортирование и промывка небеленой целлюлозы

После варки целлюлоза промывается в промывных установках, состоящих из вакуум-фильтров, барабанных фильтров давления или сдвоенных барабанных прессов, и сортируется на сучколовителях и, как правило, на центробежных сортировках, работающих под давлением, а затем очищается на центриклинерах. Цель сортирования и очистки массы - отделить непровар, сучки и пучки волокон, костру и минеральные включения (песок) от основного потока целлюлозы. Отработанный сульфитный щелок, содержащий остатки варочных химикатов и растворенные компоненты древесины, отделяется от целлюлозы при противоточной промывке, в результате чего получается щелок, направляемый на выпарку и сушилки. При экономической целесообразности щелок может направляться в регенерационный котел для регенерации химикатов и тепла. Отходы сортирования, в основном в виде сучков, обезвоживаются и сжигаются в корьевом котле или могут использоваться при получении оберточной бумаги или картона. После сортирования целлюлоза может отбеливаться.

2.4.5 Кислородно-щелочная делигнификация

В Европе существует несколько сульфитных заводов, использующих эту технологию, снижая тем самым число Каппа примерно на 10 единиц. Ограниченное использование кислородно-щелочной делигнификации объясняется тем, что вследствие легкой белимости сульфитной целлюлозы даже без кислородно-щелочной делигнификации для достижения ее высокой белизны достаточна короткая схема отбелки. Есть и другое препятствие. Используемое при кислородно-щелочной делигнификации основание должно быть совместимо с основанием, используемым при варке, т.е. при наличии магний-бисульфитной варки для кислородно-щелочной делигнификации в качестве щелочного агента желательно использовать MgO. Только в этом случае органические вещества, растворенные при кислородно-щелочной делигнификации, могут быть в составе щелока, получаемого в данном процессе, направлены в общую систему регенерации химикатов без значительных изменений в технологии производства. На одном заводе в Германии использовали данную технологию, несколько теряя при этом в белизне целлюлозы. В данном случае была продемонстрирована возможность концентрировать жидкости от кислородно-щелочной ступени ультрафильтрацией и сжигать концентрат в корьевом котле. Снижение ХПК в сточных водах после кислородно-щелочной делигнификации составило при этом примерно 50 %.

2.4.6 Отбелка, сортирование, очистка и сушка

В Европе на заводах, производящих сульфитную целлюлозу, отбелка выполняется без использования молекулярного хлора, а на многих и без диоксида хлора, т.е. имеет место отбелка вообще без использования соединений хлора (TCF-отбелка). Как правило, в качестве отбеливающих химикатов используются кислород, гидроксид натрия и пероксид водорода. ЭДТК добавляется в качестве комплексообразователя (0,5-2 кг/т).

Основные схемы отбелки, применяемой на европейских сульфитных заводах, представлены в таблице 2.21.

Таблица 2.21 - Примеры схем отбелки, используемых на европейских сульфитных заводах, и сбросы органических веществ от отбельного цеха, измеряемые как ХПК

Технология варки	Число Каппа	Схемы отбелки	ХПК (кг/т)	Заводы
Магнефит-процесс	21-23	EOP-Q-EP-EP (HC)	90-115	Gratkorn, Австрия
Магнефит-процесс	21-23	EOP-Q-EP-EP	100-120	Фабрика 2, Швеция
Кислый сульфитный процесс	14-16	EOP-EP (HC)	50-60	Фабрика 3, Германия
Кислый сульфитный процесс	12-15	EOP-Q-EP (HC)	45-60	Фабрика 4, Германия
Кислый сульфитный процесс	11-13	EOP-Q-EP-EP	35-45	Фабрика 5, Австрия

После отбелки, как правило, проводится окончательное сортирование целлюлозы, отходы от которого сжигаются в котельной или могут использоваться при получении бумаги или картона. Целлюлоза, выпускаемая как товарная, сушится, а остальная масса перекачивается на фабрику для производства бумаги разного назначения. Заводы по производству сульфитной целлюлозы в основном являются интегрированными предприятиями (комбинатами), производящими бумагу на месте.

2.4.7 Система регенерации химикатов и энергии

Регенерация варочных химикатов проводится в основном при варке на магниевом основании. Степень регенерации химикатов (серы и магния) колеблется по разным данным в пределах до 90 % - 95 % (с учетом степени отбора щелоков 98 % - 99,5 %).

Регенерация химикатов, используемых в процессах производства небеленой целлюлозы, состоит обычно из следующих основных элементов:

- выпарка щелока, получаемого из системы промывки небеленой целлюлозы;

- сжигание концентрированных щелоков (биотопливо) в регенерационном котле, в результате чего производится значительное количество пара, а в ряде случаев и электроэнергии;

- в процессе сжигания образуются твердый оксид магния (зола) и газообразный диоксид серы. Оксид магния отделяется от дымовых газов чаще в электрофильтрах и растворением в воде превращается в суспензию гидроксида магния;

- эта суспензия используется для абсорбции диоксида серы из дымовых газов, поступающих из регенерационного котла, а также из сдувочных газов варочных котлов, из газов от промывных и выпарных аппаратов в многоступенчатой установке (обычно 3-4 ступени) Вентури. Получаемый при этом раствор, в основном содержащий бисульфит магния, осветляется (осаждением или фильтрацией) и донасыщается диоксидом серы, поступающим либо от сжигания элементарной серы в серной печи, либо при добавлении жидкого диоксида серы. Свежеприготовленная варочная кислота перекачивается в варочный отдел после отделения взвешенных веществ.

Общее представление о круговороте химикатов представлено на рисунке 2.15, иллюстрирующем основные стадии процесса и их назначение.

В результате регенерации варочных химикатов в регенерационном котле получается пар. Получаемый пар подается в турбины с противодавлением, где производится электроэнергия.

Рисунок 2.15 - Цикл регенерации для сульфит-целлюлозного завода на магниевом основании

2.4.8 Процесс Магнефит

При Магнефит-процессе уровень pH выше (pH = 3-5), чем при кислом бисульфитном процессе, который проводится при значении pH = 1-2. Это приводит к более мягким условиям варки с повышенными прочностными свойствами целлюлозы и несколько увеличенным выходом по сравнению с кислым бисульфитным процессом. В Европе для обоих процессов магний используется в качестве главного основания. Существуют два основных технических различия, которые необходимо рассмотреть. В Магнефит-процессе при приготовлении щелока значение pH = 4 можно получить без избытка SO ₂ в свежем варочном растворе. Следовательно, нет необходимости в эксплуатации бака варочного раствора под давлением. SO ₂ в варочном щелоке находится в форме бисульфита, поэтому следующие стадии технологического процесса производства бисульфитной целлюлозы подобны производственным стадиям при кислом сульфитном процессе. Число Каппа небеленой целлюлозы для производства бумаги после варки по способу Магнефит выше, чем после кислой сульфитной варки, - от 21 до 26, тогда как при кислом сульфитном способе варки можно достичь число Каппа 12-16. Как следствие, белимость бисульфитной целлюлозы несколько хуже, чем кислой сульфитной целлюлозы. Поэтому необходимы более длинные схемы отбелки, чтобы получить высокую степень белизны. Это приводит к несколько более высокой величине ХПК и БПК в сточных водах после отбелки. Магнефит-процесс используется на четырех целлюлозно-бумажных предприятиях в Европе (Nymolla и Ustansjo (Швеция); Hundsfos (Норвегия); Gratkorn (Австрия).

2.4.9 Процесс производства нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы

Полуцеллюлоза, являющаяся промежуточным полуфабрикатом между древесной массой и целлюлозой высокого выхода, используется в производстве крафт-лайнера и бумаги для гофрирования.

В настоящее время в России в составе интегрированных предприятий, включающих сульфат-целлюлозные производства, эксплуатируются две установки по производству полуцеллюлозы по разным технологиям: нейтрально-сульфитная лиственная полуцеллюлоза (НСПЦ) и сульфатная полуцеллюлоза с зеленым щелоком.

Блок-схема процесса производства нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы приведена на рисунке 2.16.

Рисунок 2.16 - Блок-схема процесса производства нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы

Процесс получения НСПЦ заключается в сочетании неглубокой химической варки и механического размола щепы с получением полуфабриката высокого выхода и включает операции пропарки, пропитки и варки щепы, двух ступеней размола и промывки.

В качестве сырья используется древесина березы и осины, в качестве варочного раствора - сульфит натрия с буферной добавкой (например, кальцинированной соды).

Выход НСПЦ из древесины - около 80 %.

Предварительная пропарка щепы под атмосферным давлением обеспечивает хорошую пропитку ее варочным раствором, способствует увеличению выхода полуцеллюлозы, ускорению варочного процесса.

Применение размола щепы после варки под давлением улучшает характеристики волокна и обеспечивает условия для возможности применения при промывке полуфабриката высокоэффективного промывного оборудования.

Использование для промывки полуцеллюлозы современных промывных прессов позволяет достичь высокой эффективности отделения растворенных веществ от волокна при низком расходе промывной воды, обеспечивает минимальный унос растворенных веществ с промытой массой.

Отработанный варочный щелок направляется на упаривание для получения товарного продукта - технических лигносульфонатов. Регенерация химикатов экономически нецелесообразна.

Основная информация о процессе производства нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы, который используют в настоящее время на одном из предприятий России, представлена в таблице 2.22.

Таблица 2.22 - Описание процесса производства нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выход	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
- содовый раствор; - сера; - электроэнергия	Приготовление варочного раствора	раствор моносульфита	- реактор; - абсорбер	сбросы в производственную канализацию (SO 3, SO 4, щелочь)
- щепа; - вторичный пар; - электроэнергия	Пропарка щепы	нагретая щепа	- бункеры щепы; - пропарочный шнек (паровой смеситель)	- выбросы в атмосферу (диоксид серы); - сбросы в производственную канализацию (ХПК, взвешенные вещества); - отходы (опилки)
- пропаренная щепа; - горячая вода; - чистая промывная вода; - электроэнергия	Промывка щепы	- промытая щепа - вода на очистку	- сепаратор загрязнений; - шнековый обезвоживатель; - ловушки примесей; - центриклинер; - сгуститель отходов
- промытая щепа; - вторичный пар; - варочный щелок; - электроэнергия	Пропитка щепы	пропаренная и пропитанная варочным щелоком щепа	- пропарочный бункер; - пропиточная камера варочного котла
- пропитанная щепа; - варочный раствор (моносульфит); - пар; - электроэнергия	Варка	- щепа после варки; - варочный щелок; - грязный конденсат	- варочный котел; - подогреватель варочного раствора
- щепа после варки; - волокно после очистки отработанного щелока; - фильтрат 1-й ступени промывки; - пар; - электроэнергия	1-я ступень размола (дефибрирование)	- волокно/масса; - вторичный пар	- рафинер (дефибратор); - циклон под давлением; - система конденсации парогазов
- волокно/масса; - фильтрат 2-й ступени промывки; - электроэнергия	Первая ступень промывки	- промытая масса; - щелок с содержанием волокна	- массный бассейн низкой концентрации; - пресс TwinRoll; - массный насос
- масса после промывки; - фильтрат 2-й ступени промывки - промывная вода; - оборотная вода; - горячая вода; - электроэнергия	Вторая ступень размола	масса, размолотая до требуемой степени помола	рафинеры
- волокно/масса - оборотная вода; - электроэнергия	2-я ступень промывки и сгущения	- промытая масса; - фильтрат	- массный бассейн средней концентрации; - пресс TwinRoll; - массный насос
промытая масса	Хранение (аккумулирование)	полуцеллюлоза	массный бассейн высокой концентрации

Таблица 2.23 - Основное оборудование процесса производства нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики 1)
Пропарочный бункер	- Предварительный нагрев щепы; - удаление из щепы воздуха	Производительность - 125 м 3/час; объем - 130 м 3
Пропиточная камера варочного котла	Пропитка щепы	Оборудована вертикальными двойными шнеками (диаметр - 2000 мм, высота - 8000 мм)
Варочный котел	Варка щепы	Производительность - 900 т/сут в. с. ц. Тип - вертикальный с коническим корпусом: диаметр - 3200 x 2800 мм; высота - 15 000 мм. Время варки - 20-30 мин. Температура варки - 165 °C - 170 °C
Рафинер (дефибратор) 1-й ступени размола	Разделение щепы на волокна	Производительность - 170 м 3/час
Пресс TwinRoll	Промывка первой ступени	Производительность м 3/час. Концентрация на входе - 5,0 %. Концентрация на выходе - 30 %
Рафинер 2-й ступени размола	Размол массы до требуемой степени помола	Производительность - 113 м 3/час. Концентрация - 30,0 %
Пресс TwinRoll	Промывка второй ступени	Производительность - 685 м 3/час. Концентрация на входе - 5,0 %
Фильтры для очистки отработанного щелока от волокна	Улавливание волокна из щелока 1-й ст. промывки	Производительность - 277 м 3/час. Площадь фильтрации - 13 м 2
1) Технологические характеристики зависят от производительности линии.

2.4.10 Производство растворимой сульфитной целлюлозы (сульфитная целлюлоза для химической переработки) [11]

В Европе существует лишь несколько компаний, производящих растворимую сульфитную целлюлозу. Процесс получения такой целлюлозы очень похож на производство сульфитной целлюлозы для производства бумаги. Используются те же химикаты, что и в обычном магниево-бисульфитном процессе. Однако, например, на фирме "Ленцинг" при производстве вискозной целлюлозы используют разное основание для варки целлюлозы и в процессе кислородно-щелочной делигнификации. Так, варку осуществляют на магниевом основании и сжигают щелока в МРК. При проведении кислородно-щелочной делигнификации ее совмещают со ступенью горячего облагораживания (ГО) с использованием гидроксида натрия (аналогично, как было смонтировано оборудование по отечественной технологии на Амурском ЦКК). При этом щелок после ГО поступает на сжигание в небольшой СРК. Основные различия наблюдаются в параметрах процесса варки и отбелки, цель которых заключается в получении химически чистой целлюлозы по содержанию альфа-целлюлозы не менее 92 % при достижении заданного уровня степени полимеризации, белизны целлюлозы за счет более полного удаления из древесины гемицеллюлоз, лигнина, экстрактивных веществ и зольных компонентов.

2.4.11 Переработка сульфитных щелоков

В сульфитном щелоке содержится около 50 % органических веществ, считая от массы исходной древесины. Кроме органических соединений, в нем присутствуют неизрасходованная сернистая кислота и ее соли, а также другие сернистые соединения. Групповой состав органических веществ сульфитного щелока приведен в таблице 2.24.

Таблица 2.24 - Состав органических веществ сульфитного щелока, % от СВ

Компоненты	Сульфитная варка		Бисульфитная варка		Моносульфитная варка
	хвойных	лиственных	хвойных	лиственных	лиственных
Лигносульфонаты	55-60	30-37	65-66	55-56	45-49
Углеводы (по РВ)	28-32	38-42	16-17	17-19	12-14
Органические кислоты	11-12	23-26	16-18	24-25	36-38
Экстрактивные вещества	1	2	1	2	3

Лигносульфонаты представляют собой соли лигносульфоновых кислот, образующиеся в результате сульфирования лигнина. Они имеют сложное, окончательно не установленное строение; их молекулярная масса лежит в пределах 2000-100 000. На одну метоксильную группу приходится 0,5-1,0 сульфогрупп.

Углеводы сульфитного щелока состоят в основном из моносахаридов (таблица 2.25) с небольшим содержанием олигосахаридов. В отработанных щелоках после бисульфитной и моносульфитной варки углеводы находятся в виде олигомеров и полимеров.

Таблица 2.25 - Относительный состав моносахаридов сульфитных щелоков (после инверсии), %

Соединение	Сульфитная варка		Бисульфитная варка хвойных	Моносульфитная варка лиственных
	хвойных	лиственных
Манноза	48	3	50	2
Ксилоза	22	80	19	82
Галактоза	10	2	11	5
Глюкоза	9	10	15	4
Арабиноза	6	3	3	5
Рамноза	5	2	2	2

В ходе варки образуются летучие кислоты (муравьиная и уксусная кислоты) с преобладанием уксусной кислоты (85-92 %). При варке еловой древесины выход летучих кислот составляет 20 кг/т, а при варке березы - около 70 кг/т в расчете на исходную древесину.

Основная масса нелетучих кислот имеет углеводную природу и представлена альдоновыми, уроновыми и углеводсульфоновыми кислотами.

Подготовка щелока к биохимической переработке

Общая технологическая схема подготовки щелока к биохимической переработке обычно включает следующие операции: 1) фильтрацию щелока от целлюлозного волокна; 2) десульфитацию и удаление летучих веществ; 3) окисление сульфитов и фенолов; 4) нейтрализацию; 5) введение питательных веществ; 6) осветление и охлаждение.

2.4.11.1 Получение технических лигносульфонатов

Технические лигносульфонаты получают концентрированием растворов после стадии получения этанола (сульфитно-спиртовая бражка) или дрожжей (сульфитно-дрожжевая бражка). Сухой остаток (6-9 %) сульфитно-дрожжевой бражки состоит в основном из лигносульфонатов, а в сульфитно-спиртовой бражке может содержаться до 1 % пентозных моносахаридов. Содержание сульфогрупп в лигносульфонатах колеблется в интервале 2,0-2,5 мэкв/г.

В зависимости от содержания сухих веществ в конечном продукте технические лигносульфонаты бывают трех видов: жидкие концентраты (КБЖ), содержащие до 50 % сухих веществ; твердые концентраты (КБТ), содержащие 76-80 % сухих веществ; порошкообразные концентраты (КБП), содержащие 87-90 % сухих веществ. Высокие клеящие и вяжущие свойства лигносульфонатов находят применение в промышленности.

2.4.11.2 Получение ванилина

Из технических лигносульфонатов в ряде стран получают ванилин, широко использующийся не только в качестве отдушки в пищевой и парфюмерной промышленности, но также для получения медицинских препаратов и синтеза других соединений.

В природе ванилин встречается в значительных количествах (1,2-2,7 %) в плодах тропического растения - ваниль, откуда его выделяют в промышленных масштабах. Однако экономически целесообразнее его получать окислением лигносульфонатов кислородом в щелочной среде (рисунок 2.17), и в настоящее время при общем объеме ежегодно производимого ванилина около 6000 т более 70 % вещества получают из лигносульфонатов.

Рисунок 2.17 - Схема получения ванилина из лигносульфонатов

2.5 Процессы получения различных видов механической (древесной) массы [12]

Удельный вес производства древесной массы в России составляет 27 % от всех производимых волокнистых полуфабрикатов.

В производстве массовых сортов бумаги и картона механические виды древесной массы являются основными волокнистыми полуфабрикатами, обеспечивающими необходимые физико-технические свойства продукции, ее высокую рентабельность, экологичность и высокий выход с единицы используемого древесного сырья 12].

Механические виды древесной массы в России, как и во всем мире, получают с использованием двух основных типов оборудования, давших название соответствующим технологическим процессам:

- дефибреров (технология производства древесной массы из балансовой древесины: классическая дефибрерная масса (ДДМ), дефибрерная древесная масса под давлением (ДДМД), термодефибрерная древесная масса (ТДДМ);

- рафинеров (технология производства древесной массы из щепы на рафинерах: рафинерная древесная масса (РДМ), термомеханическая древесная масса (ТММ), химико-термомеханическая древесная масса (ХТММ) и химико-механическая масса (ХММ) (далее - механическая (древесная) масса).

Основным процессом при получении любого из перечисленных видов массы является процесс механического разделения древесины на волокна - процесс дефибрирования непосредственно бревен (балансов) в дефибрерах (получение ДДМ, ДДМД) или размол щепы в рафинерах (получение ТММ, ХТММ, ХММ).

Способ механического разделения балансовой древесины на волокна в дефибрерах впервые в промышленности осуществили в 1852 году и получили первую бумагу в композиции 60 % дефибрерная древесная масса (ДДМ) и 40 % ветоши. Это стало началом применения древесины для производства бумаги, которая частично заменила дефицитное и дорогое тряпье.

Через 120 лет в 1970-е гг. в связи с требованиями к охране окружающей среды на предприятиях по производству сульфитной целлюлозы резко увеличилась стоимость производства, выросли капитальные затраты на строительство заводов. Это привело к сокращению производства сульфитной целлюлозы и быстрому внедрению нового способа производства волокнистого полуфабриката из древесной щепы - термомеханической массы (ТММ) - взамен сульфитной целлюлозы в композиции бумаги. По сравнению с другими видами древесной массы ТММ содержит большее количество длинных волокон благодаря размягчению щепы в процессе ее предварительной пропарки. Этот технологический элемент повышает физико-механические свойства полуфабриката, что увеличивает прочность бумажного полотна во влажном состоянии, повышает безобрывность работы БДМ и печатных станков. Кроме того, производство ТММ характеризуется незначительными выбросами в окружающую среду и низкими, в 4-6 раз меньшими, удельными капитальными затратами. В качестве сырья для производства ТММ используют хвойные породы древесины: ель, сосну, гемлок, бальзамическую и дугласову пихту, отходы лесопиления. ТММ из лиственных пород древесины используют для производства картона, журнальной, писчей, печатной, газетной бумаги и пушонки.

Первая промышленная установка ХТММ начала работать в 1978 году. Удельный расход энергии на производство ХТММ составляет 1340 кВт ч/т. Использование ХМММ в сочетании с ДДМ в производстве газетной бумаги сократило в композиции содержание полубеленой сульфатной целлюлозы с 17 до 6 %.

В настоящее время в связи с сокращением выпуска бумаги происходит сокращение производства древесных масс.

Классификация процессов получения различных видов древесной массы представлена на рисунке 2.18.

Рисунок 2.18 - Классификация различных видов механической (древесной) массы [12]

Механическая масса подразделяется на два типа (см. рисунок 2.18) [12].

К первому типу относятся различные виды механической массы, получаемой без использования химических реагентов и имеющей выход 93 %...98 % (чисто механическая масса - Pure Mechanical Pulp). К чисто механической массе относятся:

- ДДМ - традиционная дефибрерная древесная масса с выходом 93 %...98 %, получаемая истиранием древесины на дефибрерных камнях (SGW-StoneGroundWood) дефибреров различных типов: цепных, прессовых, винтовых и т.д.; ДМД или ДМД/Д - механическая масса, полученная истиранием древесины на дефибрерных камнях под давлением на двухпрессовом дефибрере (PGW - Pressurized Ground Wood) и ее разновидности (ДМД-Супер, ДМД-70 и т.д.);

- ДМД или ДМД/Д - механическая масса, полученная истиранием древесины на дефибрерных камнях под давлением на двухпрессовом дефибрере (РGW - Pressurized Ground Wood) и ее разновидности (ДМД-Супер, ДМД-70 и т.д.);

- РММ или РДМ - рафинерная механическая или рафинерная древесная масса (RМР - RefinerMechanical Pulp), полуфабрикат, получаемый в результате механической обработки щепы в дисковых мельницах при атмосферном давлении;

- ТММ - термомеханическая масса (ТМР - Thermomechanical Pulp), получаемая в результате термогидролитической обработки (пропарки) (P = 100...300 кПа; Т = 100 °С...130 °С) и размола щепы в 1-3 ступени на дисковых мельницах; размол осуществляется под давлением.

Ко второму типу механической массы относятся различные виды химико-механической массы (Chemimechianical Pulp), т.е. механической массы, получаемой с применением химических реагентов. Механическая переработка древесного сырья (размол) - основная операция в процессе их производства.

Химико-механическая масса в свою очередь подразделяется на четыре вида.

1. Масса, получаемая путем легкой обработки щепы химическими реагентами (до 10 %, к массе а. с. древесины).

ХТММ - химико-термомеханическая масса, получаемая путем совместной химической и термогидролитической обработки и размола щепы в две ступени под давлением (СТМР - Chemithermomechanical Pulp).

2. Химически модифицированная масса (Chemically Modified Pulps), к которой относятся полуфабрикаты или их отдельные фракции, подвергнутые обработке химическими реагентами.

ТМХМ - термомеханохимическая масса (ТМСР - Thermomechanical Chemi Pulp), при получении которой химические реагенты добавляются после 1-й ступени размола под давлением, в процессе размола или после размола.

ХММо - химико-механическая масса из отходов сортирования или для длинноволокнистой фракции всех видов механической массы (LFCMP - Long Fiber Chemimechanical Pulp или CTLF - Chemically Treated Long Fiber).

Технология производства полуфабриката состоит из отделения отходов сортирования (длинноволокнистой фракции) механической массы, обработки их при температуре 80 °С...180 °C сульфитом натрия и размола.

3. Химико-механическая масса высокой степени сульфирования (ХММ), получаемая путем интенсивной обработки щепы химическими реагентами (при расходе 10 %...1 % и выше). Размол осуществляется при атмосферном давлении в две ступени; УРЭ при изготовлении ХММ, как правило, свыше 1000 кВт ч/т.

СХММ - сульфированная химико-механическая масса (SCMP Sulfonated Chemimechanical Pulp); БПОВВ - бисульфитный полуфабрикат очень высокого выхода (VHYBS - VeryHighYieldBisulfite).

БХММ-бисульфитная химико-механическая масса (ВСМР - Bisulfite Chemimechanical Pulp).

СВВ-сульфитная масса высокого выхода (HYS-High-yieldSulfite), получаемая при интенсивной обработке щепы бисульфитом.

ССВВ-сульфитная масса сверхвысокого выхода (UHYS - UltraHigh-YieldSulfite);

ОВВСМ-сульфитная масса очень высокого выхода (VHYSP-VeryHigh-YieldSulfitePulp).

4. Бессернистая химико-механическая масса, получаемая бессернистым способом.

ЩПММ - щелочная пероксидная механическая масса (APMP - Alkaline Peroxide Machanical Pulp); этот полуфабрикат получают путем одно-, двух- или трехступенчатой обработки щепы щелочным раствором пероксида водорода и размола; в качестве древесного сырья может быть использована щепа древесины лиственных и хвойных пород, а также их смесь; М-процесс отбелки щепы (M-Chip Bleaching process) и БХММ - беленая ХММ (ВСМР - Bleaching CMP) - процессы, весьма близкие по технологии и оборудованию процессу производства ЩПММ; в качестве древесного сырья используется древесина лиственных пород.

ХЩ - холодно-щелочной полуфабрикат (CS - Cold Soda), который в основном применяется при переработке древесины лиственных пород; щепа пропитывается содой при температуре ниже 100 °C и размывается при атмосферном давлении; выход - 85 %...90 %.

Основные оборудование, сырье, химикаты, выход продукции и область применения указанных полуфабрикатов приведены в таблице 2.26.

Таблица 2.26 - Основное оборудование, сырье и химикаты при производстве механических масс, их выход и область применения

Вид массы	Основное оборудование	Сырье и химикаты	Выход, % от массы а. с. в.	Область применения
ДДМ и ДДМД	Дефибреры	Хвойные (Ель, пихта), балансы лиственных пород до 10 %	95 % - 97 %	Печатная и писчая бумага, газетная бумага, бумага для изготовления многослойного картона, упаковки, картоны
ТММ	Рафинеры (дисковые мельницы), пропиточные камеры	Ель и пихта	93 % - 95 %	Печатная и писчая бумага, газетная бумага, картоны
ХТММ, БХТММ	Рафинеры (дисковые мельницы), пропиточные камеры	Преимущественно ель, но также осина и береза; NaOH, SO 2 и H 2O 2	90 % - 93 %	Печатная и писчая бумага, туалетная бумага, высокие марки картонов
ХММ	Рафинеры (дисковые мельницы), пропиточные камеры	Ель, пихта, осина, береза	80 % - 92 %	Печатная и писчая бумага, высокие марки картонов

Основные фазы производства механических масс показаны на рисунке 2.19.

Рисунок 2.19 - Основные фазы производства механических масс

Таким образом, существует два основных процесса производства механической древесно-волокнистой массы. В первом из них при производстве дефибрерной древесной массы (ДДМ) или дефибрерной древесной массы под давлением (ДДМД) волокнистая масса получается в результате прижима бревен к вращающему цилиндрическому камню при одновременной подаче воды в зону его вращения. Во втором процессе рафинерная древесно-волокнистая масса (РДМ) и термомеханическая масса (ТММ) получаются в процессе размола (рафинирования) древесной щепы между дисками рафинеров. Механическое воздействие на древесину в процессе получения массы при дефибрировании оказывает абразивная поверхность камня дефибрера, грани выступающих зубцов которой играют роль ножей на стальном диске рафинера во втором процессе.

На характеристики массы могут повлиять повышение температуры процесса и, в случае применения процесса рафинирования, химическое воздействие на щепу. И то и другое требует повышенного расхода энергии. При этом содержание загрязняющих веществ в сточных водах растет вследствие уменьшения выхода массы. Химико-термомеханический процесс производства массы (ХТММ), в котором древесина перед размолом пластифицируется (особенно лигнин межклетника) с использованием химических реагентов, обычно относится к химико-механическим (или механохимическим) процессам, поскольку лигнин в данном случае не растворяется, как в процессе варки при получении целлюлозы, а лишь пластифицируется с разрывом некоторых связей в его макромолекуле.

Волокнистая масса используется в производстве бумаги и картона. Основная цель замены части целлюлозы на такую массу, например, в композиции печатной бумаги - снижение расхода дорогой целлюлозы, позволяющее существенно снизить себестоимость бумаги, а также увеличение коэффициента непрозрачности и ее печатных свойств.

2.5.1 Технологический процесс получения дефибрерной древесной массы (ДДМ)

Производство ДДМ включает линию производства волокна, сортирование и вспомогательные системы - хранение химических реагентов и производство пара и энергии.

Основные процессы производства ДДМ показаны на рисунке 2.20. Производство дефибрерной древесной массы обычно сочетается с производством бумаги, и поэтому обычно массу не сушат.

Рисунок 2.20 - Процесс производства дефибрерной древесной массы

Благодаря некоторому сходству процессов описаны подробно только некоторые отличительные технологические стадии производства механической массы. Для тех стадий, которые идентичны производству сульфатной целлюлозы, даются ссылки на соответствующие параграфы:

- подготовка и обработка древесины (см. разделы 2.1.1-2.1.3);

- сортирование, очистка небеленой массы (см. разделы 2.1.5).

Для этих разделов приводятся только некоторые различия, имеющие место между сульфатным и производствами механической массы.

2.5.1.1 Дефибрирование балансов

Первичное измельчение древесины на волокна происходит в дефибрерах, в которых бревна прижимаются к вращающимся абразивным камням. При этом волокна древесины должны быть параллельны оси вращения камня. Получается масса с концентрацией примерно 2 %. Как правило, используются керамические камни, и они должны периодически "насекаться" специальными аппаратами для восстановления режущей способности истирающей бревна поверхности камня.

Большая часть энергии, используемой в процессе размола, трансформируется в тепло. Древесина разогревается, и за счет присутствия достаточного количества воды лигнин размягчается, и волокна высвобождаются в месте контакта древесины с камнем. Абразивные камни охлаждают и очищают от волокон, застрявших между зернами истирающей поверхности, водой, которую также используют в процессе размола и перекачки массы на следующие стадии обработки. Присутствие воды в процессе является важным, поскольку она способствует отводу тепла из зоны дефибрирования, равномерному его распределению, процессу пластификации древесины в зоне контакта с камнем и снижению трения между волокнами.

Удельный расход энергии (/т) - УРЭ - в процессе производства древесной массы является важным параметром. Так, увеличение УРЭ всегда связано с повышением прочности древесной массы, но при этом и с увеличением степени ее помола.

Необходимость повышения прочности механических масс явилась следствием дальнейшего усовершенствования обычного процесса дефибрирования. Был разработан процесс производства дефибрерной древесной массы под давлением (ДДМД), в котором размол происходит при повышенном давлении (до приблизительно 0,3 МПа). Это позволяет применить процесс, в котором достигается температура оборотной воды 95 °C, а температура в ванне дефибрера - 125 °C. Более интенсивная пластификация лигнина вследствие воздействия высоких температур дает массу с улучшенными свойствами (повышенная прочность), но технические и финансовые проблемы при этом значительно возрастают. При декомпрессии массы получается пар низкого давления, используемый в основном для подогрева воды.

Другим, относительно недорогим способом получения древесной массы с улучшенными свойствами, является процесс термодефибрирования, в котором потери тепла вследствие испарения воды из зоны дефибрирования минимизируются за счет создания дополнительного водного слоя в шахте дефибрера и применяется автоматизированный контроль процесса.

2.5.1.2 Сортирование и очистка

В массе, полученной механическим способом, содержатся нежелательные компоненты, такие как крупные, недостаточно измельченные фрагменты древесины и пучки волокон. Последние должны быть удалены, так как они снижают прочность и качество печатной бумаги.

Сортирование включает несколько ступеней, чтобы полнее выделить из массы относительно крупные фрагменты и пучки волокон, рафинировать (размолоть) их и после дополнительного сортирования вернуть в основной поток отсортированной массы, сведя количество окончательных отходов к минимуму. Удалить крупные частицы можно легко, но удаление пучков волокон требует более сложного оборудования. Содержание пучков волокон в несортированной древесной массе может достигать 5 % в зависимости от вида процесса. Схема сортирования и очистки древесной массы, предназначенной для получения наиболее качественной бумажно-картонной продукции, описана ниже. Когда к качеству древесной массы предъявляются менее строгие требования по чистоте, схема сортирования может быть проще.

Крупные включения удаляются из потока древесной массы на плоских вибрационных сортировках, снабженных вибрирующими перфорированными пластинами. Отделенные крупные фрагменты измельчаются в дезинтеграторах и вместе с массой основного потока направляются на первую ступень сортирования, которая осуществляется на центробежных сортировках с цилиндрическими перфорированными ситами. Основной поток массы после сортирования сгущается и аккумулируется в бассейне, откуда подается на бумажное или картонное производство. Отходы первой ступени сортирования подаются на сортировки второй ступени сортирования, из которых хорошая масса смешивается с основным потоком перед первой ступенью сортирования, а отходы от сортировок второй ступени размалываются в дисковой мельнице и подаются на сортировку отходов. Хорошая масса с этой сортировки после очистки в центриклинерах соединяется с основным потоком очищенной массы (перед ее сгущением), а отходы возвращаются для повторного размола (рафинирования) на дисковую мельницу. В результате реализации такой схемы сортирования и очистки массы от отходов еще до их размола удается отделить все качественное волокно (чтобы избежать его неоправданного повреждения при размоле вместе с отходами и увеличения УРЭ), а всю волокнистую часть пучков волокон и других относительно крупных волокнистых фрагментов превратить в хорошее волокно. Окончательными отходами при такой схеме сортирования и очистки является только очень небольшое количество отходов со ступени центриклинеров. Эти отходы представляют собой неволокнистые включения, а из компонентов древесины - костру, наличие которой крайне нежелательно в композиции бумажной массы, поскольку она препятствует связеобразованию волокон в бумажном листе, приводит к дефектам на стадии прессования, а мелкая ее часть существенно увеличивает показатель сорности бумаги. В зависимости от вида и качества древесного сырья, техники и технологии дефибрирования, типа используемых сортировок и схемы сортирования содержание отходов, отделяемых от основного потока для переработки, может составлять от 5 до 30 %. В процессе производства дефибрерной древесной массы потребляется достаточно большая энергия на процесс сортирования, сгущения и дополнительного сортирования - до 25 % от общего потребления энергии.

Основное оборудование для производства ДДМ (цепные дефибреры)

На отечественных предприятиях установлены цепные дефибреры фирмы Фойт V величины типа "2В-Европа" и отечественные дефибреры типа ДЦ: ДЦ-01, ДЦС-02, ДЦ-03, ДЦ-04 (см. таблицу 2.27). Производительность этих дефибреров 40-45 т/сут. для одиночных и 80 т/сут. для спаренных.

Таблица 2.27 - Техническая характеристика цепных дефибреров типа ДЦ

Показатели	ДЦ-01	ДЦС-02	ДЦ-03А	ДЦ-04-1	ДЦ-06
Мощность главного двигателя, кВт	2500	4000	2500	3200	1250
Длина балансов, мм	1220	1220	1220	1220	1220
Диаметр керамического камня, мм	1800	1800	1800	1800	1800
Частота вращения камня, мин -1	245	250	250	300	300
Окружная скорость камня, м/с	23,0	23,3	23,3	28,3	23,3
Производительность по воздушно-сухой массе, т/с	40	80	40	55	20
Масса, т	132,6	193,0	123,8	125,0	60,0

Головной моделью является дефибрер ДЦ-04-1, основными отличиями которого от эксплуатируемых на предприятиях других марок являются: повышенная окружная скорость камня, большая мощность главного двигателя, большая скорость рабочих цепей - мощная система спрысков. Это обеспечивает производительность дефибрера ДЦ-04-1 на 35 % - 40 % большую, чем дефибрера ДЦ-03 и "2В-Европа" при одинаковой массе и занимаемой производственной площади.

2.5.2 Технология производства рафинерной древесной массы (РДМ)

Целью процесса рафинирования (размола) являются процесс пластификации лигнина и всего древесного матрикса в зоне размола, ослабление межволоконных связей и разволокнение щепы без чрезмерного повреждения клеточной стенки волокон при требуемой степени их укорочения.

В процессе получения механических масс щепа подвергается размолу между стальными дисками рафинера. В зависимости от необходимого качества массы размол проводится в одну, две, а иногда даже в три ступени. Ножи дисков, воздействующие на щепу, размельчают ее, и получаются отдельные волокна, пучки волокон, частицы древесины. В процессе обработки также меняется поверхность волокон. Большая часть энергии, расходуемой на размол (преимущественно на трение), переходит в тепло, которое высвобождает часть влаги, содержащейся в щепе. Чтобы избежать возгорания древесины и для разбавления массы, в зону размола подается охлаждающая вода. На выходе из рафинеров обычно получается масса высокой концентрации (25 % - 50 %). Большое количество пара, образующегося в процессе размола, обычно улавливается для дальнейшего использования.

В первоначальном варианте технологии производства РДМ, который редко используется в наши дни, щепа размалывалась при атмосферном давлении. Из-за низкой температуры процесса получалось большое количество поврежденных волокон, но оптические свойства РДМ были относительно неплохими. Для улучшения качества получаемой массы процесс модифицировали с целью повышения в зоне размола пластичности лигнина межклеточного пространства, волокон в целом и т.д., чтобы процесс разделения щепы на волокна мог идти с минимальным их повреждением. Для этого стали применять предварительный нагрев щепы или повышение давления в рафинере. Эти технологии позволили производить рафинерную массу большей прочности и с пониженным содержанием пучков, но почти с теми же оптическими свойствами.

Термомеханический процесс производства массы позволяет получать массу с еще большей прочностью и меньшим содержанием пучков. В нем используется как нагрев щепы перед размолом (пропарка), так и давление в рафинере.

Незначительная предварительная химическая обработка щепы способствует еще большей пластификации древесины и улучшению качества массы, получаемой в процессе рафинирования при атмосферном давлении (ХМРМ - химико-механическая рафинерная масса) или под давлением (ХТММ).

В процессе более глубокой химической обработки и размола при атмосферном давлении получается масса с еще большей прочностью, как из хвойных, так и лиственных пород древесины. Такая масса - химико-механическая масса (ХММ) - сравнима по свойствам с целлюлозой. Характеристика различных видов механической массы приведена в таблице 2.28.

Таблица 2.28 - Сравнение свойств различных видов механической массы и сульфатной целлюлозы

Порода древесного сырья	Ель							Осина
Вид волокнистого полуфабриката	ДДМ	ДДМ/Д	РДМ	ТММ	ХТММ	Беленая ХТММ	Беленая СФА целлюлоза	Беленая ХТММ	Беленая СФА целлюлоза
Свойства полуфабрикатов
Выход, %	96	95	94	94	92	90	46	85	57
Садкость, мл кан. ст.	100	100	100	100	100	400	400	40	400
(степень помола, ШР)	(68)	(68)	(68)	(68)	(68)	(32)	(32)	(32)	(32)
Пухлость, см 3/г	2,5	2,6	2,6	2,7	2,5	2,7	1,3	2,0	1,4
Разрывная длина, км	2,8	3,6	4,0	4,4	4,8	4,4	10,5	5,0	8,0
Сопротивление раздиранию /г	4,4	5,1	7,4	8,0	8,8	1,3	10,0	6,2	9,1
Белизна, %	59	57	57	55	60	78	88	80	90
Непрозрачность, %	97	96	95	95	94	82	68	86	72

2.5.2.1 Термомеханическая масса (ТММ)

Термомеханический процесс производства волокнистой массы включает линию получения волокна и вспомогательные системы. Последние включают, например, хранение некоторых химических реагентов и выработку энергии. Основные производственные процессы термомеханической технологии представлены на рисунке 2.21.

Ниже подробно описываются, главным образом, особенности процесса производства ТММ, отличающие его от производства дефибрерной древесной массы. Сортирование, промывка, переработка отходов, сгущение механических масс аналогичны целлюлозным процессам. Отбелка механических масс рассматривается в 2.5.3.

В термомеханическом процессе (ТММ) промытая и отсортированная древесная щепа подвергается термической обработке, а затем процессу размола с применением дисковых мельниц, работающих при повышенном давлении.

Определенное количество древесины может поступать также в виде щепы, являющейся отходом лесопильных и лесоперерабатывающих производств. Эта поступающая извне щепа сортируется и затем поступает на хранение. Если используется баланс в коре, то он подвергается окорке, а затем превращению в щепу в рубительной машине. Древесина для ТММ не должна содержать камни, песок, металлические включения или другие твердые включения, которые могут привести к повышенному износу или повреждению дисков рафинера. Поэтому в большинстве процессов получения ТММ посторонние включения предварительно удаляются, а щепа промывается в специальном аппарате, в результате чего получается загрязненная вода.

Затем щепа пропаривается, после чего размалывается в одну или две ступени при повышенной температуре и давлении. Размол отходов обычно происходит на отдельном рафинере. Часть органических веществ, содержащихся в древесине, растворяется в воде и направляется на очистные сооружения комбината от производства ТММ или из технологического потока бумагоделательной машины.

Рисунок 2.21 - Принципиальная схема производства ТММ/ХТММ

Большая часть высокого расхода электроэнергии, требуемой на размол, трансформируется в тепловую энергию в виде пара, который получается из влаги, содержащейся в древесине, и воды, подаваемой для разбавления массы в рафинер. Поскольку процесс проходит при давлении до 0,5 МПа, на многих предприятиях значительное количество пара может быть регенерировано и использовано после его очистки в теплообменниках с получением чистого технологического пара для использования, например, при сушке бумаги. Часть энергии пара может использоваться для нагрева воды. После размола выбрасываемая из рафинера масса разгружается через циклон, разбавляется, проходит через сортирование, сгущается и хранится в массном бассейне высокой концентрации.

Поскольку в механическом процессе производства ТММ вода имеет существенное значение, свежесрубленная древесина является предпочтительным сырьем. Если древесина для ТММ хранится на складе, то необходимо избегать ее подсушивания, для чего древесину следует хранить либо в воде, либо орошать водой балансы. Для этого на бирже может потребоваться система сбора воды, которая позволит избежать попадания органических веществ, содержащихся в этой воде, в окружающую среду.

Поскольку потери древесины в термомеханическом процессе очень малы и большая часть древесного сырья превращается в волокнистую массу, теплосодержание сточных вод от установки по производству ТММ слишком мало, чтобы их можно было использовать так же, как черный щелок при получении целлюлозы. Это означает, что в системе завода по производству ТММ необходимо предусматривать очистку сточных вод.

Производство ТММ почти всегда сочетается с производством бумаги или картона. В этих случаях избыточное тепло, образуемое при размоле, можно продуктивно использовать на бумажно-картонном производстве, обеспечивая тем самым высокую степень утилизации вторичного тепла. Производство же товарной ТММ, когда необходимо иметь процесс сушки волокна, встречается не очень часто.

2.5.2.2 Химико-термомеханический процесс

Добавление химикатов в процессе рафинирования стало важным фактором улучшения процесса, так как древесина может быть легко ими пропитана. Легкая предварительная обработка сырья химикатами способствует процессу пластификации древесины и улучшает свойства массы, получаемой в процессе ее размола при атмосферном давлении (ХММ) или повышенном давлении (ХТММ). В большинстве случаев предварительная обработка древесины (щепы) химикатами приводит к дополнительному сбросу со сточными водами загрязняющих веществ. Это является следствием снижения выхода массы в результате химической обработки, а также следствием использования химикатов. Для различных пород древесины используется разная обработка, и свойства ХТММ могут значительно варьироваться, если дозировка и вид используемых химикатов будут различными. В химико-термомеханическом процессе получается полуфабрикат достаточной прочности и приемлемых оптических свойств. Его можно использовать в качестве основного волокнистого компонента для производства печатной бумаги, упаковочного картона и туалетной бумаги.

Производство ХТММ включает линию получения волокнистого материала и вспомогательные системы. К последним относятся, например, хранение химикатов и системы выработки энергии. Стадии производства ХТММ приведены на рисунке 2.21.

Процесс производства ХТММ включает производство термомеханической массы и использование химикатов для предварительной пропитки щепы или массы между ступенями размола. Ниже описаны только основные процессы, которые отличают получение ХТММ от процессов производства термомеханической массы. Процессы сортирования и промывки, переработки отходов, сгущения и отбелки волокнистой массы рассматриваются в соответствующих разделах.

После окорки балансов, их рубки в щепу, ее промывки и сортирования щепа пропитывается в башне путем погружения в щелочной раствор. Сульфит натрия (Na ₂SO ₃) в основном используется для хвойных пород древесины. В последнее время для лиственных пород древесины используются в основном щелочные растворы пероксида водорода. После пропитки щепу пропаривают, и затем ее температура еще повышается при размоле на рафинерах в 1-2 ступенях. Это приводит к размягчению лигнина и ослаблению межволоконных связей. Полученная масса разбавляется оборотной водой, которую также используют при размоле и транспортировке древесной массы на следующие стадии производства.

Получение химико-механической массы (ХММ) является дальнейшим развитием процесса производства ХТММ. В процессе более глубокой обработки химикатами и размола при атмосферном давлении щепы как из хвойных, так и из лиственных пород получается масса с улучшенными прочностными свойствами. После пропитки химикатами древесная масса варится при температуре 70 °C - 170 °C от 15 мин до 2 час. Для различных пород древесины используют разные варианты технологии. Оптические свойства ХММ значительно ниже, чем у других механических масс. Поэтому этот полуфабрикат без отбелки может быть лишь ограниченно использован для производства печатной бумаги.

Выход ХММ может составлять даже ниже 90 %, следствием чего является повышенное содержание в сточных водах как органики, так и химикатов, используемых для более глубокой, чем при получении ХТММ, химической обработки древесины.

Иногда ХММ производят в виде товарного продукта. В этих случаях ее сушат в специальной сушилке до сухости 90 %.

Характеристика основного размалывающего оборудования для процессов ТММ/ХТММ приведена в таблице 2.29.

Таблица 2.29 - Характеристика основного размалывающего оборудования для процессов ТММ/ХТММ

Параметр	Тип мельницы
	RGP 60	RGP 65	RGP 68	RGP 268	RGP 70 CD	RGP 76 CD	RGP 82 CD	RGP 86 CD
Диаметр диска, мм (дюйм)	1500 (60)	1650 (65)	1730 (68)	1730 (68)	1870 (70)	1930 (76)	2082 (82)	2135 (8)
Производительность, т/сут:
- в линии ТММ при размоле в одну ступень при УРЭ = 1800 /т и 2000 /т при размоле отходов;	130	130	150	150	210	280	315	530
- в линии ХТММ при размоле в одну ступень при УРЭ = 1400 /т	140...170	140...170	170...200	170...200	240...270	290...350	340...416	-
Давление (расчетное), кПа	700	700	900	1400	900	700	900	800
Температура (расчетная), °C	180	180	180	180	180	180	180	180
Электродвигатель: - мощность, МВт;	8...10	10...12	12...16	10...12	15...17	19...23	22...26	25...32
- частота вращения вала, мин -1	1500-1800	1500-1800	1500-1800	1500-1800	1500-1800	1500-1800	1500-1800	1500-1800
Масса, т	18	22	22	25	32	25	27	27

2.5.3 Отбелка механических масс

Поскольку спрос на бумагу и картон с повышенной белизной растет, все чаще используется процесс отбелки механических и химико-механических масс. Их отбелка в принципе отличается от процесса отбелки химической целлюлозы, так как в его основе лежит принцип сохранения лигнина, а не его удаление, как при варке или отбелке целлюлозы. Отбелка древесной массы реализуется путем перевода хромофорных групп лигнина в бесцветную форму. Таким образом, при повышении белизны снижение выхода волокна минимально. Эффект от такой отбелки не является постоянным, и бумага под воздействием солнечной радиации со временем желтеет (происходит реверсия белизны). Поскольку стабильной белизны при отбелке таких полуфабрикатов достичь невозможно, их лучше использовать для производства газетной и журнальной бумаги, а не для производства книг или архивных документов. Процесс отбелки с сохранением лигнина происходит в 1-2 этапа, в зависимости от того, какой белизны нужна масса. Процессы отбелки отличаются друг от друга в зависимости от того, какой используется реагент.

2.5.3.1 Восстановительная отбелка с использованием дитионита натрия (Na ₂S ₂O ₄)

При отбелке дитионитом (гидросульфитом: условное обозначение - S) органическая часть древесины фактически не растворяется. Обычно используется от 8 до 12 кг дитионита/т в. с. массы. Это позволяет добиться минимальных потерь выхода продукции, а белизна может быть повышена на 12 единиц от начального ее уровня - от 58 % - 70 % ISO до 70 % - 76 % ISO. При этой отбелке pH процесса составляет от 5,6 до 6,5, а температура - до 70 °С. Разложение остаточного дитионита в массе может привести к коррозии металлических деталей оборудования, используемого на последующих стадиях производства. Во избежание этого на большинстве предприятий используются хелаты (например, натриевые соли этилендиаминтетра или пентауксусной кислоты, ЭДТК или ДТПК), предотвращающие разложение дитионита. Концентрация массы при обычной гидросульфитной отбелке - 3 % - 5 %. Однако появление насосов средней концентрации (MC), способных перекачивать массу при концентрации 10 % - 12 %, позволило при этой же концентрации проводить и гидросульфитную отбелку, что привело к повышению ее эффективности.

2.5.3.2 Окислительная отбелка с использованием пероксида водорода (H ₂O ₂)

Снижение выхода продукции при отбелке пероксидом (условное обозначение - P) составляет приблизительно 2 %. Это происходит в основном из-за щелочной среды, сохраняемой в процессе отбелки и приводящей к возрастанию количества растворимого органического вещества древесины, что приводит к увеличению нагрузки на очистные сооружения.

Отбелка пероксидом влияет на свойства массы - кроме большей белизны, повышается ее прочность, содержание экстрагируемых веществ снижается и водный баланс улучшается. Если использовать максимально допустимое с экономической точки зрения количество пероксида, то можно повысить белизну на 20 единиц - до 78 % - 84 % ISO. При наличии в системе ионов тяжелых металлов процесс отбелки заканчивается с меньшей белизной и требует более высокого расхода пероксида в результате его частичного разложения. Поэтому до отбелки добавляют хелаты (например, ЭДТК, ДТПК), чтобы образовать стабильные комплексы с тяжелыми металлами (Fe, Mn, Cu, Cr). Это позволяет избежать деструкции пероксида и снижения белизны массы. ЭДТК и ДТПК содержат азот, который в их составе появляется в сточной воде. Использование ступени промывки небеленой массы перед ее отбелкой является эффективным методом снижения в ней содержания упомянутых металлов и, таким образом, позволяет снизить расход дорогостоящих хелатов. Отбеленная масса затем подкисляется серной кислотой или диоксидом серы до pH = 5-6. Современный процесс отбелки пероксидом проходит при концентрации массы 25 % - 35 %.

Два процесса отбелки могут комбинироваться. Более высокая конечная белизна получается при отбелке пероксидом, чем при использовании дитионита, но непрозрачность массы в последнем случае меньше. Окончательная белизна полуфабриката зависит от белизны небеленой массы, которая, в свою очередь, зависит от сырья и вида отбелки. На белизну конечного продукта влияют также порода древесины и степень помола массы.

2.6 Производство макулатурной массы (общие сведения)

2.6.1 Подготовка макулатурной массы для производства различных видов продукции

Системы переработки макулатуры отличаются в зависимости от вида производимой из нее бумаги и картона. Обычно процессы производства регенерируемого волокна (РВ) делятся на две основные категории:

- процессы, в которых используется исключительно механическая очистка, без удаления типографской краски, для производства такой продукции, как тестлайнер, гофрокартон, коробочный или тарный картон;

- процессы с использованием механической очистки и удалением чернил и типографской краски для производства такой продукции, как тонкая санитарно-гигиеническая, газетная, журнальная, бумага для копировальной техники и другие печатные виды бумаги, мелованный и упаковочный картоны или товарная макулатурная масса, освобожденная от типографской краски.

На бумажных фабриках применяют различные системы переработки макулатуры. Процессы направлены на разволокнение перерабатываемой макулатуры, дефлокуляцию (разволокнение пучков волокон - флокул) и удаление различных включений. Схемы установок по производству макулатурной массы имеют схожие блоки, которые используются для компонования заданной технологической схемы. Типичная схема процесса производства макулатурной массы состоит из следующих элементов (блоков):

- хранение макулатуры;

- роспуск сухой макулатуры с получением волокнистой суспензии;

- удаление механических примесей;

- облагораживание: удаление чернил (краски) с помощью флотации и отбеливание (для высокосортной продукции);

- очистка технологической воды;

- утилизация осадков и отходов.

Качество макулатуры влияет на выбор технологии ее переработки в зависимости от требований, предъявляемых к качеству волокнистого сырья для конечной продукции.

В процессах подготовки макулатурного волокна необходимо не только эффективно удалять посторонние включения, но и создавать условия, способствующие восстановлению физических параметров и механических свойств вторичных целлюлозных волокон.

2.6.2 Вид, физические свойства загрязнений и технологические процессы для их удаления

Для эффективного использования вторичного волокна его необходимо собирать, сортировать и классифицировать в соответствии с его качеством. Поэтому после сбора макулатуры ее сортируют и маркируют. Нежелательные включения, такие как пластик, ламинированная бумага и т.п., по возможности удаляют как можно более тщательно до того, как упаковать макулатуру в виде кип. Отсортированная макулатура обычно прессуется на специальных пакетировочных прессах.

Основными критериями качества макулатуры согласно ГОСТ 10700-97 ⁸ являются: влажность (не более 15 %), массовая доля примесей макулатуры других марок (5...10 %), массовая доля загрязнений (группа А - 0,5 %, группа Б - 1,0 %, группа В - 1,5 %). К основным запрещенным загрязнениям относятся:

А.1 Загрязнения на бумажной (картонной) основе:

- пергамент и пергаментная бумага;

- металлизированная бумага;

- чертежная калька;

- бумага (картон), покрытые лаками, красками и синтетическими материалами и смолами;

- бумага, пропитанная смолами, жирами;

- фотобумага;

- многослойная бумага с тканью;

- бумага со вставками из вискозной фольги и пергаментной бумаги;

- обложки из макулатурного картона с логотипом, фольной и синтетическими материалами;

- окрашенные водостойкие виды бумаги и картона.

А.1 Химические и другие виды загрязнений:

- краски типографские флуоресцентные, магнитные, металлические, жирные печатные надписи;

- металлические соединения;

- строительные материалы (цемент, гипс, гравий, камни, кирпичи, металлические скрепки);

- минералы (мел и др.);

- химикаты (удобрения, краски, детергенты);

- песок, пыль, грязь, земля и пр.;

- остатки пищевых продуктов и кормов;

- остатки табака.

Европейские критерии качества более жесткие - влажность не должна превышать 10 %, в список запрещенных материалов включены, наряду с перечисленными, медицинские отходы; загрязненные продукты личной гигиены; органические отходы, включая продукты питания; опасные отходы; битум; токсичные порошки и т.п. Массовая доля примесей нежелательных материалов должна быть не более 1,5 %, для макулатуры из крафт-бумаги - не более 1 %.

В таблице 2.30 представлены типичные виды загрязнений, удаляемых на разных стадиях технологического процесса подготовки макулатурной массы, а также основные факторы, обеспечивающие их отделение от волокна.

Таблица 2.30 - Типичные загрязнения и основные факторы их отделения от макулатурной массы на разных стадиях технологического процесса переработки макулатурного сырья

Стадии процесса	Основной фактор разделения	Типичные загрязнения, удаляемые на данной ступени
Роспуск	Размер	Крупные посторонние включения: - фрагменты полимерных пленок, проволока, тряпье, камни и т.д.
Вихревая очистка	Плотность	Грубая очистка (тяжелые крупные примеси): - камешки, болты, песок, стекло, скрепки и т.д. Тонкая очистка: Тяжелые мелкие примеси: - песок, частицы пластмассы высокой плотности и т.д. Полулегкие мелкие примеси: - частицы плавких веществ, клейкие включения, частицы битума и т.д. Легкие мелкие примеси: - частицы пластмасс (ПЭВД, ПЭСД, ПЭНД, полипропилен)
Сортирование	Размер	Грубое сортирование (крупные загрязнения): Куски пластмассы, пенопласта, не распустившиеся фрагменты макулатуры, фрагменты полимерных пленок и др. Тонкое сортирование (мелкие примеси): Флоккулы, пластик, клейкие частицы
Флотация	Свойства поверхности	Частицы краски
Промывка	Размер	Зола, измельченные частицы краски

Требования к качеству подготовки вторичного волокна для производства темных сортов оберточной, картона отличаются от требований к качеству макулатурного волокна, направляемого в производство высококачественных санитарно-гигиенических бумаг и писчепечатных видов бумаг.

При использовании макулатурного волокна для получения санитарно-гигиенических бумаг, для которых необходимо придать продукции мягкость, максимальное содержание золы в массе должно быть не более 1 %, поэтому необходимо удалить не только частицы краски, но и наполнителя.

Вторичное волокно, которое может быть использовано в производстве писчепечатных видов бумаги, должно иметь белизну порядка 85 % ИСО, а допустимое содержание клейких частиц - 5 мг/кг (для сравнения - в первичном волокне их содержание не превышает 2 мг/кг).

В производстве макулатурной массы количество отходов может достигать до 20 %, поэтому для снижения потерь годного волокна и воды обработка отходов перед утилизацией осуществляется в несколько ступеней, очередность которых может варьироваться.

2.6.3. Роспуск макулатуры (традиционные гидроразбиватели и гидроразбиватели барабанного типа)

Восстановлению физических параметров и бумагообразующих свойств макулатурного волокна способствуют различные механохимические обработки, приводящие к его набуханию и оказывающие влияние на его фибриллярную структуру.

Операция роспуска макулатуры на отдельные фрагменты и пучки волокон с удалением из массы крупных посторонних включений (пленка полиэтиленовая, куски проволоки, тряпье, камни и т.д.) проводится в гидроразбивателях. Целью роспуска макулатуры является получение в процессе механического и гидравлического роспуска листов бумаги и картона волокнистой водной суспензии с размерами частиц, позволяющими транспортировать массу с помощью насоса на последующие стадии обработки. Для осуществления данной операции на современных предприятиях используют гидроразбиватели непрерывного и периодического действия различных типов, в зависимости от конструкции, работающие при низкой (4...6 %), средней (7...15 %) и высокой (15...20 %) концентрации массы ⁹.

Разволокнение макулатуры - технологическая операция, при которой вторичное сырье - макулатура - превращается в суспензию - низкокачественный волокнистый полуфабрикат, потенциально способный к значительному улучшению бумагообразующих свойств в процессе дальнейшей переработки. По существу, разволокнение макулатуры осуществляется в две ступени: на первой производится только грубое разволокнение макулатуры в гидроразбивателе с целью экономии энергии, на второй - дороспуске - более тщательное тонкое разволокнение. Дороспуск может осуществляться на оборудовании различной конструкции: гидроразбивателях, турбосепараторах, пульсационных мельницах и другом оборудовании.

Роспуск макулатуры в гидроразбивателе происходит благодаря комплексному воздействию на фрагменты макулатуры различных сил, возникающих вследствие вращения лопастей ротора, которые превращают макулатуру в суспензию вторичных волокон и благодаря сортирующему ситу на дне ванны удаляют из нее крупные посторонние включения.

С целью повышения эффективности работы гидроразбивателей в большинстве технологических схем применяется двухступенчатый роспуск макулатуры (дороспуск), при котором масса после гидроразбивателя направляется в аппарат для дополнительного роспуска и очистки от легких и мелких тяжелых включений. При разволокнении прочность исходного макулатурного сырья должна быть снижена путем увлажнения, при этом происходит разрушение водородных связей между волокнами.

При увлажнении образцов бумаги из обычных марок макулатуры прочность на разрыв снижается на 86-98 %, а влагопрочных марок - на 60-80 %. Снижение прочности образцов бумаги из макулатурного сырья небольшой массы 1 м ² происходит в течение первой минуты увлажнения. Таким образом, быстрое и полное увлажнение поступающей макулатуры является важным условием ее эффективного разволокнения.

Дополнительный роспуск фрагментов макулатуры и пучков волокон в массе на отдельные волокна, совмещенный с грубым сортированием целлюлозной суспензии от легких и тяжелых посторонних включений, проводится в аппаратах различной конструкции. Оптимальным считается разволокнение, при котором более 70-80 % макулатуры, подаваемой в гидроразбиватель, превращается в мелкие фрагменты, пучки волокон или отдельные волокна. Использование химических реагентов и повышение температуры при разволокнении макулатуры способствуют снижению прочности так называемых липких (или клейких) веществ - stickies.

При роспуске макулатуры действующие на посторонние включения ударные и истирающие нагрузки приводят к уменьшению их размеров, что затрудняет в дальнейшем их удаление. На процесс измельчения загрязнений оказывают влияние как вид и конструктивные особенности используемого оборудования, так и технологические параметры. Например, низкая концентрация массы в ванне гидроразбивателя (до 5 %) приводит к значительному измельчению частиц загрязнений, при средней концентрации массы 12-15 % измельчение загрязнений происходит в меньшей степени. Кроме того, на производительность процесса роспуска влияют температура процесса и химические реагенты ¹⁰.

Суспензия макулатуры после роспуска имеет заданную концентрацию и представляет собой низкокачественный волокнистый полуфабрикат, потенциально способный к значительному улучшению бумагообразующих свойств в процессе переработки.

Технологические характеристики оборудования для роспуска макулатуры представлены в таблицах 2.31, 2.32.

Таблица 2.31 - Стадия роспуска макулатуры и основное оборудование

Входной поток	Стадии процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Макулатура	Роспуск макулатуры	Масса из мелких фрагментов и пучков волокон (70-80 % от поступившей макулатуры)	Гидроразбиватель со жгутовытаскивателем	- отходы: полимерные пленки, проволока, тряпье, камни
			Барабанный гидроразбиватель
Масса из мелких фрагментов и пучков волокон (70-80 % от поступившей макулатуры	Дороспуск макулатуры	Распущенная макулатурная масса	Гидроразбиватель (турбосепаратор), мельницы пульсационные

Таблица 2.32 - Характеристика оборудования процесса роспуска макулатуры

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики 1)
Гидроразбиватель ГРВм и горизонтальный ГРГм-24 и ГРГм-40	Роспуск массы	Концентрация не менее 3,5 %. Объем ванны, 24 и 40 м 3. Мощность двигателя 200 и 315 кВт. Частота вращения 235 и 187 об/мин
Барабанный гидроразбиватель FiberFlow Drum	Роспуск массы	Диаметр барабана 2500 мм. Концентрация макулатуры: поступающей - 88 95 %. в секции роспуска - 12 15 %. в ситовой секции - 3,5 4,5 %. мощность 250 кВт. Скорость вращения 1500 об/мин
Гидроразбиватели сортирующие ГРС-80 и ГРС-200 (Турбосепаратор)	Дороспуск массы	Концентрация не менее 2,5-3,5 %. Объем ванны, 0,5 и 1 м 3. Мощность 75 и 132 кВт. Давление массы: на входе - 3,0, на выходе - 2,5, перепад - 0,3-0,5 кгс/см 2
Пульсационные мельницы МП-375, МП-400	Аппарат для дороспуска макулатурной массы	Концентрация 2-5 %. Давление массы: на входе - не менее 0,05 МПа, на выходе - не более 0,4 Мпа. Мощность 75 кВт. Скорость вращения 1500 об/мин
1) Технологические характеристики зависят от вида макулатуры и требуемой производительности линии.

Отходы роспуска - это крупные частицы примесей и неразволокненные фрагменты влагопрочных материалов, которые удаляются в течение его работы через перфорированное сито и попадают на конвейер отходов.

Вода, используемая для роспуска макулатуры, циркулирует в виде оборотной воды.

2.6.4. Очистка и сортирование макулатурной массы

Степень сложности технологической схемы отдела сортирования и очистки зависит от используемой марки макулатурного сырья, сорта производимой бумаги/картона, композиции по волокну.

Удаление примесей основано на различиях в физических свойствах волокон и загрязняющих веществ. Стадии очистки и сортирования макулатурной суспензии являются обязательными для всех видов макулатурного сырья и могут включать ступени грубой и тонкой очистки, грубого и тонкого сортирования. Для снижения потерь годного волокна сортирование и очистка макулатурной массы осуществляются в несколько стадий и ступеней.

Очистка массы - удаление из массы в циклонных очистителях (гидроциклонах) крупных тяжелых и легких включений, присутствие которых делает невозможной ее дальнейшую обработку. Производится очистка в гидроциклонах различной конструкции под действием центробежных сил (от тяжелых включений используются аппараты HW - heavy weight, от легких - LW - light weight), работающих по принципу противотока и прямотока.

Грубая очистка макулатурной массы производится для удаления крупных тяжелых (частицы металла, стекла) и легких (частицы пластика, пленки, парафинов) включений в параллельно подключенных вихревых очистителях высокой концентрации (2,5...4,5 %) между ступенями разволокнения макулатуры и грубого сортирования. Тяжелые включения могут стать причиной поломки технологического оборудования за счет "наждачного" эффекта.

Тонкая очистка массы производится при более низкой концентрации - 0,7...1,0 % в несколько ступеней и необходима для удаления более мелких абразивных включений и легких примесей.

На ступенях грубого сортирования массы в основном используются напорные сортировки различной конструкции, работающие при средней концентрации массы (3...5 %), оснащенные ситами с круглыми отверстиями диаметром 1,4...4,0 мм. Размер отверстий сит зависит от вида и размеров загрязнений, качества готовой продукции. Целью грубого сортирования является снижение содержания в массе крупных грубодисперсных неразволокненных фрагментов макулатурного сырья. Отходы грубого сортирования макулатурной массы направляются на сортировку конечной ступени, которая работает без давления и выполняет функцию аппарата для промывки отходов с целью предотвращения потери волокна.

Тонкое сортирование массы осуществляется при низкой (до 1,5 %) и средней концентрации массы в аналогичных по устройству напорных сортировках с меньшими размерами отверстий сита или шириной щелей. Сортирование и очистка при низкой концентрации массы являются более эффективными, но требуют установки оборудования с большей пропускной способностью и потребляют больше энергии. Тонкое сортирование стало техническим решением, совмещающим как удаление посторонних включений, так и фракционирование массы.

Таблица 2.33 - Стадия сортирования, очистки макулатурной массы и применяемое оборудование

Входной поток	Стадии процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Распущенная макулатурная масса с содержанием крупных фрагментов загрязнений	Сортирование макулатурного волокна для отделения крупных включений	Грубосортированная макулатурная масса с содержанием песка и липких включений	Напорная сортировка	Куски пластмассы, пенопласта, нераспустившиеся фрагменты макулатуры, фрагменты полимерных пленок и др.
Грубосортированная макулатурная масса с содержанием песка и липких включений	Очистка макулатурной массы от крупных тяжелых минеральных, металлических примесей	Очищенная масса вторичных волокон с липкими и мелкими тяжелыми включениями	Очистители массы ОВМ-250, ОВМ-400	Камешки, болты, песок, стекло, скрепки и другие загрязнения неволокнистого характера
Очищенная масса вторичных волокон с липкими включениями	Тонкое сортирование для удаления липких включений	Очищенная масса вторичных волокон с мелкими тяжелыми включениями	Щелевые сортировки	Флоккулы, клейкие частицы и другие загрязнения неволокнистого характера
Очищенная масса вторичных волокон с мелкими тяжелыми включениями	Тонкая очистка для удаления мелких тяжелых включений	Очищенная масса вторичных волокон	Вихревые конические очистители	Песок, частицы пластмассы высокой плотности, частицы плавких веществ, клейкие включения, частицы битума и другие загрязнения неволокнистого характера

Технологические характеристики оборудования процесса сортирования и очистки макулатурной массы представлены в таблице 2.34.

Таблица 2.34 - Характеристика оборудования процесса роспуска макулатуры

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технические характеристики 1)
Барабанная сортировка	Отделение крупных загрязнений из массы макулатурных волокон	Рабочая концентрация - 4,0-5,0 %. Диаметр отверстий сита - 12 мм. Мощность двигателя - 90 кВт. Давление на входе - не менее 3,0 Мпа. Перепад давления - 0,6-0,9 МПа
Гидроциклон (очиститель) массы ОВМ-250, ОВМ-400	Очистка суспензии волокон от крупных тяжелых примесей	Рабочая концентрация - 4,0-5,5 %. Перепад давления равен 0,16 МПа, давление на входе - 0,2-0,6 Мпа. Удельный расход энергии - 0,5-3,0 кВтч/т
Гидроциклон (очиститель) ALBIA 500 Т DLR	Удаление из суспензии волокон растворенного воздуха и легких включений	Рабочая концентрация - 0,5-1,5 %. Перепад давления равен 0,07-0,12 Мпа. Удельный расход энергии - 2-10 кВтч/т
Щелевая сортировка	Удаление из суспензии волокон липких включений, фракционирование волокна	Концентрация - до 2,5 %. Давление на входе - 0,45 Мпа. Давление на выходе - 0,4-0,35 Мпа. Ширина щели - не более 0,25 мм
Вихревые очистители	Очистка от мелких тяжелых примесей (песка, металлических частиц, кусочков керамической плитки и др.)	Концентрация - до 0,9-1,5 %. Расход промывной воды - 15-50 л/мин
1) Технические характеристики зависят от вида макулатуры и требуемой производительности линии.

2.6.5. Фракционирование макулатурной массы

Макулатурная суспензия после роспуска, очистки и сортирования является сложной полидисперсной системой. В результате повторных циклов переработки макулатурного сырья нарастает доля мелких волокон, обрывков и скопа в общем составе.

Фракционирование макулатурной массы - технологическая операция по разделению волокнистой суспензии на фракции, отличающиеся по средней длине волокна и содержанию примесей. Цель фракционирования - отделение коротковолокнистой фракции, состоящей из коротких целлюлозных волокон и волокон древесной массы от длинноволокнистой фракции с последующей отдельной переработкой.

Фракционный состав макулатурной массы зависит от марки макулатуры. Коротковолокнистая фракция макулатурной массы (short fiber fraction - SF/КФ) состоит из коротких ороговевших волокон, обрывков длиной менее 0,2 мм; характеризуется высокой степенью помола и низкими бумагообразующими свойствами. Длинноволокнистая фракция макулатурной массы (long fiber fraction - LF/ДФ) состоит из грубых длинных волокон; имеет низкую степень помола и потенциально высокие показатели механической прочности. Фракционирование чаще применяют в схемах подготовки макулатуры из использованной картонной тары (МС-5Б, МС-6Б) в связи с тем, что в ней содержатся волокна технической целлюлозы из хвойных и лиственных пород древесины, древесной массы и макулатурные волокна.

Процесс осуществляется в напорных сортировках различного типа с цилиндрическими ситами, имеющими круглые отверстия диаметром 1,2 1,8 мм или щелевые - шириной от 0,1 до 0,25 мм при низкой концентрации массы от 1,5...2,5 %. Оптимальные результаты фракционирования макулатурной массы достигаются при обработке очищенной макулатуры с повышенным содержанием длинных волокон. Ширина щели сита фракционатора подбирается с учетом условий достижения высокой чистоты SF-фракции и достаточного отделения длинных волокон. Далее SF-фракция макулатурной массы сгущается и подается на хранение или используется для получения верхнего слоя картона.

Дополнительное сортирование LF-фракции макулатурной массы производится в сортировке с дефлокулирующим эффектом, так как она содержит большое количество примесей, пучков волокон и, возможно, неразволокненных фрагментов макулатуры. Отходы тонкого сортирования LF-фракции макулатурной массы непрерывно удаляются из системы. При наличии легких примесей применяется очистка LF-фракции макулатурной массы в реверсивных гидроциклонах. При недостаточном отделении легких примесей в гидроциклонах LF-фракция макулатурной массы после сгущения обрабатывается в диспергаторе, что способствует ее гомогенизации. Кроме того, диспергирование LF-фракции макулатурной массы позволяет отделить от волокон частицы печатной краски и распределить на волокне остаточные частицы липких веществ. Таким образом, обработка LF-фракции макулатурной массы завершается размолом с целью повышения показателей механической прочности картона или диспергированием для гомогенизации суспензии. Полученная масса используется для производства нижнего слоя картона.

Таблица 2.35 - Стадия фракционирования макулатурной массы и применяемое оборудование

Входной поток	Стадии процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Очищенная масса вторичных волокон с липкими включениями	Разделение волокон на фракции	Фракции с различной длиной волокна	Фракционатор волокнистых полуфабрикатов (напорная сортировка)	Загрязнения не образуются

Технологические характеристики оборудования процесса фракционирования макулатурной массы представлены в таблице 2.36.

Таблица 2.36 - Характеристика оборудования процесса фракционирования макулатурной массы

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технические характеристики 1)
Фракционатор (напорная сортировка)	Фракционирование массы на коротковолокнистое и длинноволокнистое волокно	Концентрация массы 2,0...2,5 % Давление массы на входе - 0,7...0,9 кгс/см 2 Перепад не более 0,2 кгс/см 2
1) Технические характеристики зависят от вида макулатуры и требуемой производительности линии.

Фракционирование макулатурной массы позволяет снизить удельный расход энергии (УРЭ) на переработку макулатуры на 15-20 % по сравнению с традиционным способом, так как дополнительному размолу подвергается лишь длинноволокнистая фракция.

На стадиях подготовки макулатурной массы проводятся промежуточные технологические операции. Сгущение массы (до концентрации 10-15 %) производится с целью отделения водооборота в схеме подготовки массы от водооборота бумагоделательной машины и, соответственно, для уменьшения переноса химических реагентов и загрязнений в растворенной и коллоидной форме на БДМ. Обезвоживание массы (до концентрации 25-35 % и более) производится как для удаления из нее загрязнений, так и для подготовки массы к процессу механической или механохимической обработки. Данная технологическая операция проводится с использованием шнек-прессов горизонтального и вертикального типов, а также двухбарабанных прессов.

2.6.6 Термодисперсионная обработка и технологии облагораживания макулатурной массы

Многие виды макулатуры, такие как тароупаковочные бумаги и тарный картон с гидрофобизирующей обработкой, газетная, журнальная и офисная макулатура содержат примеси, в числе которых битум, воски, парафины, латекс, смолы и печатные краски. Данные виды макулатурного сырья могут быть использованы в производстве широкого ассортимента картона и бумаги, в том числе санитарно-гигиенического назначения, для чего применяют процесс механической или механохимической обработки макулатурной массы при повышенной температуре - термодисперсионную обработку. Термодисперсионная обработка (ТДО) массы базируется на общем свойстве данных загрязнений пластифицироваться (плавиться) и диспергироваться (измельчаться) в условиях повышенных температур и проводится как для повышения степени разволокнения, так и для равномерного диспергирования загрязнений (типографская краска, клей, воски, битум и т.д.) в массе до размеров, которые не окажут отрицательного влияния в производстве бумаги и картона. Термодисперсионная обработка проводится также для отделения загрязнений с поверхности волокон, что обеспечит их удаление из массы при проведении последующих стадий, например, сортирования или флотации.

ТДО - это многофункциональный процесс, включающий ряд последовательных операций и служащий для решения комплекса задач, главными из которых являются диспергирование частиц плавких загрязнений до размеров, не фиксируемых человеческим глазом (менее 25...40 мкм), и равномерное распределение их в массе. В результате этого достигается улучшение внешнего вида продукции. Дополнительные результаты ТДО: доразволокнение оставшихся в массе пучков; отделение загрязнений, закрепленных на поверхности волокон, что дает возможность удаления их на последующих стадиях обработки массы; улучшение гидратации клеточной стенки макулатурного волокна, как следствие повышение качества готовой продукции.

Для придания частицам чернил и типографской краски дополнительной гидрофобности используются различные ПАВы.

Повышенная температура процесса способствует стерилизации массы, необходимой для некоторых видов продукции. Высокая концентрация массы в сочетании с нагревом дает возможность совмещения ТДО и отбелки вторичного волокна. Если ТДО массы проводится при атмосферном давлении и температуре до 95 °С, то процесс называют "холодным", если обработка проводится при повышенном давлении (0,2-0,5 МПа) и температуре свыше 95 °С, то его называют "горячим". Тепловая обработка массы при температуре свыше 130 °С способствует ее стерилизации. Выбор температуры обработки осуществляют в зависимости от точки плавления компонентов, содержащихся в макулатуре. Необходимость повышения концентрации обрабатываемой массы до 25-35 % продиктована стремлением к экономии расхода пара на ее прогрев. Данные по энергозатратам для известных диспергаторов макулатурной массы показывают, что процесс диспергирования является энергоемким процессом и расходы энергии колеблются от 30 до 140 /т. В связи с этим поиск новых технологических решений представляется целесообразным Выбор режима термодиспергирования зависит от точки плавления преимущественных загрязнений в массе, а также от требований, предъявляемых к конечной продукции. Необходимость повышения концентрации обрабатываемой массы до 25-35 % продиктована стремлением к экономии расхода пара на ее прогрев.

Таблица 2.37 - Стадия термодисперсионной обработки макулатурной массы и применяемое оборудование

Входной поток	Стадии процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Промытая и сгущенная масса до 12 15 %	Сгущение до 30 35 %, нагрев до 95 °С, измельчение частиц краски, разбавление	Очищенная макулатурная масса	Диспергатор KD-710 Cellwood	Фильтрат с печатной краской

Технологические характеристики оборудования процесса термодиспергирования макулатурной массы представлены в таблице 2.38.

Таблица 2.38 - Характеристика оборудования процесса термодисперсионной обработки макулатурной массы

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технические характеристики 1)
Дисковый диспергатор	Диспергирование, уменьшение размеров частиц липких загрязнений и печатной краски (частицы устойчивы к агломерации)	Окружная скорость ротора - 50-100 м/с. УРЭ кВт - 50-80 (150). Концентрация массы - 22...35 %. Температура - 60...130 °С
Растирающий диспергатор	Диспергирование, уменьшение размеров частиц липких загрязнений и печатной краски	Окружная скорость ротора - 7-13 (одновальный) м/с. 0,5...1,5 (двухвальный) м/с. УРЭ кВт - 30-80 (120). Концентрация массы - 22...35 %. Температура - 45...95 °С
Термодисперсионная установка	Для получения оптически более однородного полотна продукции и уменьшения проблем засмоления сеток на БДМ и КДМ.	Концентрация массы - 30...35 %. Температура - 95 °С
Пресс шнековый	Сгущение массы до 30-35 %	Разделительное сито с двойными просверленными отверстиями толщиной 8 мм. Цилиндрические отверстия: в первой части шнека - 1,5 мм, вторая секция - 1,8 мм. Концентрация на входе - 8-10 %. Концентрация на выходе - 30-35 %
1) Технические характеристики зависят от вида макулатуры и требуемой производительности линии.

К процессам облагораживания макулатурной массы также относятся стадии удаления из волокнистой суспензии частиц печатной краски, предварительно отделенных от волокон при диспергировании, а также последующее обесцвечивание и/или отбелка. Данные стадии применяются при производстве печатной бумаги (газетная, каландрированная, легкомелованная и офисная, бумаги санитарно-гигиенического назначения, а также подслоя коробочного картона типа хром-эрзац).

Основной целью является повышение яркости и белизны волокнистого полуфабриката. Для различных типов сырья и продукции могут использоваться разнообразные технологические реагенты. Для удаления типографской краски используется раствор каустика (NaOH), дозированный в ванну гидроразбивателя на этапе роспуска макулатуры, при этом для предотвращения повторного осаждения типографской краски на волокнах в роли буфера используется жидкое стекло (силикат натрия Na ₂SiO ₃). При использовании марок макулатуры, содержащих механическую массу для компенсации пожелтения волокон, вызываемого гидроксидом натрия, используется пероксид водорода. Эффективность работы пероксида водорода повышается при высокой температуре. Для предотвращения разложения пероксида водорода в присутствии металлов переменной валентности используются органические комплексообразователи (хелаты). В качестве примера можно представить следующий состав химических реагентов, традиционно добавляемых в ванну гидроразбивателя:

- силикат натрия (Na 2SiO 3)	1,0 %.
- пероксид водорода (Н 2О 2)	1,0 %.
- гидроксид натрия (NaOH)	1,0 %.
- поверхностно-активные вещества	0,25 %.
- хелатирующие реагенты	0,25 %.

Дальнейшей операцией облагораживания макулатурной массы является удаление диспергированных частиц краски из водной суспензии путем промывки или флотации. Для повышения эффективности удаления частиц краски и повышения белизны массы комбинируют оба способа с последующей отбелкой и тонким сортированием массы.

Промывка бумажной массы производится на ленточных, дисковых, наклонных, дуговых фильтрах и применяется в основном при производстве низкозольных писчепечатных и санитарно-гигиенических бумаг.

Эффективное удаление частиц краски достигается на установках флотационного типа различной конструкции. Чернильная пена и отходы обезвоживаются отдельно с последующим прессованием.

Отбелку массы после удаления печатной краски (DIP - deinked pulp) для достижения требуемого уровня заданных оптических характеристик волокна (белизна и люминесцентность) используют при производстве высококачественных белых видов бумаги и картона различного назначения. Технология отбелки и количество стадий определяются количеством и характером примесей, присутствующими в макулатурной массе. Для отбелки используют различные химические реагенты, обеспечивающие сохранение (пероксид водорода H ₂O ₂, дитионит натрия Na ₂S ₂O ₄, формамидин сульфоновой кислоты FAS) и удаление (гипохлорит натрия NaOCl, диоксид хлора ClO ₂, кислород O ₂, озон O ₃) лигнина.

2.6.7 Технологические линии для подготовки макулатурной массы в производстве продукции различного назначения

Технология отдела массоподготовки макулатурного сырья определяется видом и характеристиками качества готовой продукции, качеством сырья, производительностью потока, характеристиками БДМ/КДМ и целым рядом факторов. Далее представлены возможные вариации технологических линий производства.

На рисунке 2.22 представлена схема подготовки макулатурной массы для производства бумаги низкого качества и формованных изделий, которая при небольшом числе технологических операций позволяет достичь заданной однородности волокнистой массы вторичных волокон при небольших потерях волокна за счет многоступенчатой схемы сортирования отходов.

Рисунок 2.22 - Схема подготовки макулатурной массы для производства низкокачественной бумаги и формованных изделий (ТП - тяжелые примеси)

Отделы подготовки макулатуры с многоступенчатыми схемами очистки и сортирования позволяют сократить безвозвратные потери макулатурного волокна и получили распространение в производстве упаковочных видов бумаги и тарных картонов (рисунок 2.23).

Рисунок 2.23 - Схема подготовки макулатурной массы для производства упаковочных видов бумаги, покровного слоя картона и бумаги для гофрирования

Для производства наиболее многотоннажной продукции - упаковочных бумаг, тест-лайнера и бумаги для гофрирования - в технологической схеме системы подготовки макулатурного сырья применяются механическая очистка и фракционирование с последующим отдельным рафинированием длинноволокнистой фракции. Схема позволяет достичь достаточной однородности волокнистой массы при малых потерях волокна при небольшом числе технологических операций, а также снижения удельного расхода энергии на размол на 15...20 %.

На рисунке 2.24 показана типичная система подготовки макулатурного сырья для производства двухслойного тест-лайнера. Для однослойных видов продукции принципиальные стадии процесса аналогичны без разделения потоков отдельно на верхний и нижний слои.

Рисунок 2.24 - Принципиальная схема подготовки макулатурной массы в производстве тест-лайнера

Для производства писчепечатных видов бумаг используют 1 и 3 группы макулатуры и сложные технологические схемы, которые включают процессы облагораживания макулатурного волокна.

Схемы классифицируют по двум признакам: по типу использования технологии облагороженного волокна (промывка, флотация или комбинация промывки и флотации, наличие ступени отбелки) и по числу технологических циклов с собственным водооборотом (от одного до трех).

На рисунке 2.25 представлена блок-схема процесса производства макулатурной массы для писчепечатных видов бумаги. В качестве сырья используется обычная обесцвеченная макулатура из смеси газетной и журнальной бумаги в разном соотношении после удаления печатной краски. Системы подготовки макулатурной массы усложняются в связи с увеличением содержания в сырье окрашенной бумаги, бумаги из небеленой целлюлозы и механической (древесной) массы. Для данной технологии особенностями подготовки являются двухступенчатая флотация, диспергирование и отбелка. Для производства сортов газетной и писчепечатной бумаги с улучшенными свойствами и повышенной белизной после ступени сгущения массы используется двухступенчатая отбелка при высокой концентрации массы с использованием пероксида водорода на первой ступени и дитионита натрия FAS на второй. Стадия рафинирования не является обязательной при производстве печатных видов бумаги и может быть включена в схему подготовки макулатурного сырья при необходимости достижения требуемых качественных показателей.

Определяющим качественные характеристики бумаги из макулатуры является система использования оборотной воды и стадии ее очистки. Обязательной ступенью внутрицеховой очистки воды, образующейся на ступенях сгущения массы, является флотация/микрофлотация, которая позволяет снизить нагрузку по коллоидным и анионным загрязняющим веществам и поддерживать зольность бумаги на требуемом уровне.

Образующиеся при подготовке макулатурной массы грубые отходы и пена с флотации утилизируются после предварительной обработки.

Рисунок 2.25 - Принципиальная схема подготовки макулатурной массы в производстве улучшенной газетной и писчепечатной бумаги

Для санитарно-гигиенических видов бумаги в основной композиции используется макулатура без древесной массы (в том числе макулатура из офисной бумаги). Для низкокачественных видов бумаги может использоваться то же макулатурное сырье, что и для производства газетной бумаги.

Основное отличие технологии подготовки макулатурного сырья санитарно-гигиенических видов бумаги от газетной заключается в необходимости обеззоливания макулатуры (удаления "мелочи" и частиц наполнителя), а также получения мягкости и высоких впитывающих свойств конечного продукта.

На рисунке 2.26 приведена схема установки подготовки массы из макулатуры, имеющая следующие особенности: промывка массы при низкой концентрации включает эффективное использование и рециркуляцию промывной воды. Печатная краска и другие взвешенные вещества удаляются из оборотной воды в процессе флотации растворенным воздухом или другой эффективной технологией очистки воды. Стадия промывки 1 служит для удаления зольных элементов, очень коротких волокон и мелких частиц краски. После нее масса обезвоживается до концентрации 30-35 %. Фильтрат от промывки очищается путем флотации с использованием катионных флокулянтов. Зольные элементы и очень короткое волокно удаляются, а вода возвращается в систему. Масса нагревается в шнеке и обрабатывается в диспергаторе, что приводит к удалению печатной краски, которая еще осталась на волокнах. При этом одновременно происходит перемешивание массы с отбельными химикатами.

На ступени флотации удаляются частицы краски, отделенные при диспергировании, а также темные мелкие включения и частицы проклеивающих веществ. Вторичная отбелка может использоваться после ступени промывки II. Затем масса подается либо в башню для хранения, либо на рафинирование, окончательное сортирование и очистку, находящуюся уже в системе подачи массы на бумагоделательную машину.

Рисунок 2.26 - Принципиальная схема подготовки макулатурной массы для производства санитарно-гигиенической бумаги

В таблице 2.39 показано улучшение качества макулатуры без содержания древесной массы, в том числе из офисной бумаги, используемой в производстве санитарно-гигиенических и писчепечатных видов бумаги, которое достигается по технологии подготовки макулатурного сырья, представленной на рисунках 2.25, 2.26.

Таблица 2.39 - Повышение показателей качества макулатуры без содержания древесной массы, в том числе из офисной бумаги

Характеристики качества	Поступающая макулатура	Показатели эффективности
Белизна, % ISO	60...70	Повышается на 5...10 % до 70...80 %
Средняя зольность смешанной макулатуры, определенная при температуре 575 °С, %	15...20	Снижается на 75,7 % (остается менее 5 %)

Облагороженное макулатурное волокно имеет потребительские свойства, аналогичные первичным волокнам, однако для достижения экономической эффективности производства необходимы потоки с высокой производительностью не менее 250 т/сут, при этом средние затраты на производство 1 т макулатурного волокна равны или даже выше уровня затрат на производство первичного волокна, а общая стоимость инвестиций сопоставима со стоимостью отбельного цеха первичного волокна аналогичной производительности.

2.6.8. Природоохранное оборудование в процессах подготовки макулатурной массы

На предприятиях РФ, перерабатывающих макулатуру, выбросы в атмосферу не содержат маркерных соединений серосодержащих газов, оксидов серы и азота. Это справедливо для предприятий-переработчиков, не имеющих в своей технологической схеме стадии отбелки макулатуры хлорсодержащими веществами.

Макулатурная масса и образующиеся в процессе ее переработки твердые отходы классифицируются в соответствии с N 89-ФЗ как:

- IV класс - малоопасные отходы (макулатура марок МС-9В; МС-11В; МС-12В);

- V класс - практически неопасные отходы (макулатура марок МС-1А; МС-2А; МС-3А; МС-4А; МС-5Б; МС-6Б; МС-7Б; МС-8В МС-10В).

Уровень загрязнений по удельным показателям сточных вод (кг/т) не интегрированных производств бумаги и картона или значительно ниже, или находятся на одном уровне с интегрированными предприятиями, при этом объемы стоков ниже в 2,5-5 раз.

При получении вторичных волокон высокого качества и для рационального ресурсопользования в производстве необходимо проводить процессы массоподготовки при средней и высокой концентрации массы с трехконтурной противоточной системой использования осветленной и оборотной воды с разделением потоков менее загрязненной и более загрязненной воды, включая стадии осветления загрязненных фильтратов. Для осветления загрязненных фильтратов используют процессы фильтрации и флотации. Очищенный фильтрат используется в гидроразбивателе и на другие технологические нужды, а твердые отходы направляют на установку обработки осадка, на которой он обезвоживается до концентрации 30...35 % и затем загружается в контейнеры для вывоза отходов. Перечисленные мероприятия позволяют снизить объемы и количество загрязнений в образующихся стоках. В таблице 2.40 представлено оборудование, распространенное для осветления образующихся оборотных и сточных вод.

Таблица 2.40 - Природоохранное оборудование процесса подготовки макулатурной массы

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технические характеристики 1)
Флотаторы	Локальная очистка оборотной воды и фильтратов	Концентрации скопа 1,5...4,0 %. Эффект очистки 96...97 %
Дисковые фильтры	Локальная очистка оборотной воды и фильтратов	Количество дисков 4-12 шт. Концентрации: поступающей оборотной воды не более 1,0 %, образующегося скопа 4,0 %, осветленной воды 0,001 %. Эффект очистки 96...97 %
1) Технические характеристики зависят от вида макулатуры и требуемой производительности линии.

2.7 Процесс производства бумаги и картона

На целлюлозно-бумажных предприятиях России вырабатывается большое многообразие видов бумаги и картона [13].

Основным сырьем для производства различных видов бумаги и картона являются первичные волокнистые полуфабрикаты, получаемые из растительного сырья (целлюлоза, полуцеллюлоза, различные виды механической массы), и вторичные, регенерируемые из макулатуры. В настоящее время композиция бумаги и картона определяется больше, чем когда-либо, стоимостью отдельных составляющих. Состав сырья, используемого для производства бумаги, существенно влияет на общие производственные расходы, качество продукции и окружающую среду.

Несмотря на большое разнообразие выпускаемых видов бумаги и картона, а также различные технологические схемы производства, все они включают следующие основные подпроцессы (рисунок 2.27):

1) массоподготовка;

2) система короткой циркуляции;

3) БДМ/КДМ в составе:

- напорный ящик - обеспечивает равномерность напуска массы на сетку, однородность ее концентрации по профилю полотна и постоянство расхода по ширине машины;

- сеточная часть - на ней происходит формование бумажного полотна и его обезвоживание до 20 % сухости;

- прессовая часть - удаляется вода из полотна за счет уплотнения под действием нагрузки до сухости порядка 50 %;

- сушильная часть - обезвоживание бумажного полотна происходит за счет его нагрева. Сухость полотна после сушильной части - 93 % - 96 %;

- накат - осуществляется наматывание бумаги в рулон.

В зависимости от видов бумаги/картона используется дополнительное технологическое оборудование, такое как: крепирующее и микрокрепирующее устройства, клеильный пресс, меловальная установка, лощильный цилиндр, каландры.

Рисунок 2.27 - Блок-схема процесса производства бумаги и картона

Таблица 2.41 - Описание процесса получения бумаги/картона

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Волокнистые полуфабрикаты жидким потоком: - целлюлоза беленая; - целлюлоза небеленая; - ХТММ; - ХММ; - БХТММ; - ТММ; - ДДМ; - ДДМД; - макулатурная масса; - оборотная вода; - электроэнергия	Прием, хранение, сгущение	- сгущенный волокнистый полуфабрикат; - оборотная вода	- бассейн-аккумулятор; - сгуститель
- целлюлоза беленая привозная (кипы); - целлюлоза небеленая привозная (кипы); - ХТММ (кипы); - оборотная вода; - электроэнергия	Роспуск и хранение	- волокнистый полуфабрикат	Бассейн-аккумулятор; гидроразбиватель	сбросы в производственную канализацию (взвешенные вещества, ХПК)
- волокнистый полуфабрикат - электроэнергия	Размол	- волокнистый полуфабрикат	- мельницы дисковые/конические
- бумажная масса: волокнистые полуфабрикаты; оборотный брак; наполнитель; проклеивающие, удерживающие, пластифицирующие вещества; оптический отбеливатель; краситель; - оборотная вода; - электроэнергия	Очистка и сортирование	- бумажная масса; - отходы очистки и сортирования; - оборотная вода	- очистители; - сортировки; - деаэратор	- сбросы в производственную канализацию: (взвешенные вещества, ХПК)
- бумажная масса; - клей для поверхностной проклейки; - меловальная паста; - оборотная вода; - пар; - газ; - электроэнергия; - свежая вода	Формование. Прессование. Сушка	- бумага/картон; - брак (кромка, обрывы); - оборотная вода; - конденсат; - вода (от уплотнения и охлаждения)	- бумаго/картоноделательная машина: - напорный ящик; - формующее устройство; - прессовая часть; - сушильная часть; - клеильный пресс/меловальная установка; - микрокрепирующее устройство; - каландр; - накат; - вакуумные насосы; - теплорекуперационное оборудование	сбросы в производственную канализацию: (взвешенные вещества, ХПК); - выбросы в атмосферу: (паровоздушная смесь, бумажная пыль)
- бумага/картон; - электроэнергия	Отделка и упаковка	товарная продукция: - рулоны/листы бумаги/картона; - бумажный брак	- продольно-резательный станок; - рулонно-упаковочный станок; - листорезка; - киповальный пресс для брака; - фильтр для очистки воздуха	выбросы в атмосферу (бумажная пыль)
- оборотная вода; - электроэнергия	Очистка избыточной оборотной воды	- оборотная вода (мутный/светлый фильтрат); - уловленное волокно	- дисковый фильтр; - флотационная ловушка	- сбросы в производственную канализацию (взвешенные вещества, ХПК)
- мокрый брак; - сухой брак; - оборотная вода; - электроэнергия	Переработка брака	- волокнистый полуфабрикат	- гидроразбиватели брака; - дефлокулятор брака; - сгуститель брака; - сортировки и очистители брака

2.7.1 Прием, хранение и сгущение

На интегрированных предприятиях в ЦБП волокнистый полуфабрикат на бумаго/картоноделательную машину поступает из технологических процессов производства целлюлозы и/или древесной, макулатурной массы жидким потоком.

Волокнистый полуфабрикат подается в сгуститель, где отделяется избыточное количество воды, и далее сгущенный волокнистый полуфабрикат поступает на стадию размола.

На неинтегрированных предприятиях в ЦБП используются товарные волокнистые полуфабрикаты и/или макулатура, которые поступают на предприятия в кипах, и начальной стадией подготовки бумажной массы является роспуск в гидроразбивателях различной конструкции.

2.7.2 Размол

Назначение процесса размола - придать волокну определенные структуру и размеры по длине и толщине, сделать волокна гибкими и пластичными за счет внешней и внутренней фибрилляции волокна. В зависимости от вида выпускаемой продукции и вида исходного сырья используются различное оборудование и различные режимы размола.

Наибольшее применение в настоящее время имеют дисковые мельницы - однодисковые, сдвоенные. Однако на ряде предприятий используются также модифицированные конические мельницы.

При использовании различных видов полуфабрикатов, как правило, осуществляются раздельный роспуск и размол. При составлении композиции бумажной массы добавляются оборотный брак и при необходимости наполнители, красители, проклеивающие вещества, вспомогательные химические вещества.

Процесс размола является очень энергоемким, расход энергии составляет от 100 до 500 /т для большинства видов бумаг и картона.

2.7.3 Очистка и сортирование

Готовую бумажную массу далее разбавляют водой до требуемой концентрации и очищают от нежелательных включений, которые удаляют из массы при очистке и сортировании.

В центробежных очистителях удаление волокнистых включений из массы осуществляется под действием центробежных сил. Различают очистители для тяжелых и легких частиц. Центробежные очистители обычно устанавливают в несколько ступеней (до 6 ступеней).

Масса от установки вихревых очистителей поступает в деаэратор, где происходит удаление воздуха из массы. Далее деаэрированная масса поступает на сортировки со щелевыми или круглыми отверстиями.

От степени очистки бумажной массы зависят качество вырабатываемой бумаги и работа бумаго/картоноделательных машин: загрязнения являются одной из причин обрывов бумажного полотна.

2.7.4 Бумаго/картоноделательная машина. Формование, прессование, сушка

На бумаго/картоноделательной машине производятся отлив, формование полотна и формирование большинства свойств бумаги и картона.

В напорном ящике масса принимает форму плоской струи, являющейся основой для отлива полотна. Из напорного ящика масса попадает на сетку, где из разбавленной массы осаждаются волокна и образуется бумажное/картонное полотно. В последнее время для формования полотна используются машины со сдвоенной сеткой, которые представляют современный технический уровень бумагоделательного оборудования. В формерах со сдвоенной сеткой волокнистая суспензия проходит между двумя сетками, и вода удаляется с обеих сторон. Существуют комбинации длинносеточных машин и машин со сдвоенной сеткой (гибридные формующие устройства).

Далее полотно подвергается прессованию. В процессе прессования вода удаляется из полотна в результате его уплотнения под действием внешней нагрузки. Прессовая часть машины состоит обычно из нескольких различных прессов, через которые последовательно проходит бумажное полотно. После прессовой части сухость бумаги обычно составляет 28 % - 40 %.

Дальнейшее обезвоживание до конечной сухости (92 % - 95 %) происходит на сушильной части бумаго/картоноделательной машины за счет испарения влаги из полотна.

Основными методами сушки являются контактная (применяется для сушки бумаги и картона) и воздушная (применяется для сушки картона).

Сушильная часть машины является, как правило, самой затратной частью машины, на которую приходится около 65 % стоимости энергии, потребляемой бумажным производством.

Сушильная часть закрыта колпаком для снижения потерь тепла и повышения эффективности процесса, а также имеет установки для регенерации тепла, в которые поступает горячий влажный воздух из-под колпака. Температура воздуха составляет обычно 80 °C - 85 °C, влажность - 140-160 г H ₂O/кг сухого воздуха. Часть влаги (около 1-1,5 м ³/т бумаги) выбрасывается в атмосферу. По экономическим соображениям все бумажные предприятия устанавливают системы регенерации тепла (рисунок 2.28).

Рисунок 2.28 - Схема регенерации тепла

В большинстве случаев в состав БДМ/КДМ входят различные узлы, которые необходимы для придания бумаге потребительских свойств. Например, в сушильной части устанавливаются клеильный пресс для поверхностной проклейки, меловальная установка, крепирующее или микрокрепирующее устройство. Составы для поверхностной обработки наносятся на поверхность бумаги с помощью валов, шабером и т.д., после чего полотно поступает на сушку в короткую досушивающую часть.

Для повышения лоска, гладкости бумаги, а также придания бумаге равномерной толщины по ширине полотна после сушильной части устанавливается каландр.

Наматывание бумаги в рулоны производится на накате.

Для получения товарной продукции готовую бумагу/картон на продольно-резательном станке разрезают на рулоны. Ролевую бумагу/картон упаковывают и в виде рулонов отправляют на склад. Для выработки листовой продукции рулоны бумаги/картона направляют в листорезательный цех, где происходят резка бумаги/картона на требуемые форматы, сортирование, укладка в стопы/кипы, упаковка. Готовая листовая продукция отправляется на склад.

2.7.5 Очистка избыточной оборотной воды

В процессе производства бумаги/картона на машине происходит непрерывное удаление воды.

С целью экономии волокна и сокращения расхода свежей воды воду, удаляемую в процессе формования полотна на машине, используют как оборотную в технологическом процессе (рисунок 2.29).

В зависимости от места образования и содержания взвешенных и растворенных веществ оборотную воду разделяют на три потока (цикла).

Первый поток образует регистровая вода из зоны формования бумажного полотна сеточной части, обогащенная волокном, наполнителями. Эта вода без осветления направляется на разбавление в массоподготовительный отдел и в поток бумаго/картоноделательной машины.

Вода второго потока (из отсасывающих ящиков, гауч-вала, прессовой части, промывки сеток) содержит в два-три раза меньше взвешенных частиц, чем регистровая вода. Эта вода отправляется на локальную внутрицеховую очистку, после чего осветленную воду используют в технологическом процессе вместо свежей воды.

Уловленное волокно от локальной очистки возвращается в поток.

Вода третьего потока содержит избыточную оборотную воду из вторичного цикла (от очистителей, сортировок и др.). Из-за высокой степени загрязненности ее, как сточную воду, направляют на механическую, химико-механическую и (или) биологическую очистку.

Рисунок 2.29 - Упрощенная схема водного и массного потоков бумажной фабрики

2.7.6 Проклейка

В технологии производства массово выпускаемых видов бумаги (писчепечатных, в том числе для офисной оргтехники) и картона важную роль играет процесс проклейки. Основное назначение проклейки - обеспечение получения прочной и сомкнутой поверхности листа, что обеспечивает пригодность бумаги для письма и нанесения печати.

Различают два способа проклейки бумаги и картона - проклейка в массе и поверхностная проклейка.

При проклейке в массе проклеивающие вещества добавляются непосредственно в бумажную массу. В настоящее время для проклейки бумаги применяют различные проклеивающие вещества и способы проклейки - кислый, нейтральный и псевдонейтральный. В России реализуются все три варианта проклейки в массе.

При кислом способе проклейки в качестве гидрофобизирующего вещества (клея) используют продукты различной степени омыления живичной, талловой канифоли или их модификаций, в качестве осадителя клея на волокно применяют сернокислый алюминий. Проклейку ведут в кислой среде при pH 4,3-5,5. Для повышения pH проклейки в качестве осадителя используют алюминат натрия, pH проклейки при этом составляет 5,5-6,0.

При применении высокосмоляных, дисперсионных канифольных клеев (например, торговой марки "Сакоцел") проклейку осуществляют при pH, близких к нейтральным (6,0-6,5). Такую проклейку называют псевдонейтральной проклейкой. Осадителем клея в этом случае также является сернокислый алюминий или полиоксихлорид алюминия. Псевдонейтральная проклейка позволяет минимизировать расходы сульфата алюминия - с 25-40 кг/т до 7-21 кг/т и канифольного клея - с 9-25 кг/т до 6-16 кг/т.

В последние десятилетия наибольшее распространение получила проклейка в среде, близкой к нейтральной (pH 6,5-8,5), - нейтральная проклейка. В качестве клея применяют водные дисперсии реакционноспособных синтетических веществ на основе димеров алкилкетенов жирных кислот, ангидрида алкилянтарной кислоты или их модификаций. Активные группы этих веществ взаимодействуют с гидроксильными группами волокон целлюлозы, а их гидрофобные радикалы блокируют поверхность волокон, придавая бумаге гидрофобность. Для закрепления клея на волокне и ускорения реакции взаимодействия используют катионные добавки (крахмалы, полиамидэпихлоргидринные смолы, полиакриламид (ПАА), полиэтиленимин (ПЭИ), полиэлектролиты и др.).

Применение проклейки в нейтральной среде дает ряд преимуществ. Процесс производства становится экологически более чистым, отсутствуют сточные воды с кислой средой. Повышается качество бумаги, и снижаются затраты на ее производство. Улучшаются показатели механической прочности бумаги, ее белизна, сохранность при долговременном хранении, устойчивость к термическим воздействиям. При нейтральной проклейке достигаются высокий эффект проклейки при малых расходах проклеивающего вещества (от 0,8 до 1,5 кг/т по сухому веществу), устойчивость к воздействию как кислых, так и щелочных сред.

В производстве печатных видов бумаги важную роль играет поверхностная проклейка, которая обеспечивает бумаге требуемую степень впитываемости печатных красок, снижает пылимость и выщипывание при нанесении печати, улучшает структурно-механические свойства бумаги, повышает устойчивость бумаги к деформации во влажном состоянии. Для поверхностной проклейки печатных видов бумаги наиболее часто применяют крахмал, модифицированный химическим или физико-химическим способами. Порядка 60 % от всего объема потребляемых модифицированных видов крахмалов приходится на долю окисленного и ферментативного. Существуют различные схемы процесса получения окисленного и ферментативного крахмала. При окислении крахмала получают высокодисперсные коллоидные растворы с пониженной вязкостью, обладающие высокой адгезией, которые глубже проникают в поры бумаги, лучше склеивают волокна, дают более прочную пленку. Поэтому окисленный и ферментативный крахмал часто применяют в качестве основного связующего при поверхностной проклейке бумаги. При поверхностной проклейке бумаги и картона используется клей стирол-акриловая дисперсия с анионно-катионным зарядом для увеличения гидрофобности бумаги и картона.

При поверхностной проклейке бумажное полотно пропускается между валами клеильного пресса, установленного перед последней группой сушильных цилиндров сушильной части БДМ. Проклеивающий раствор в жале валов клеильного пресса подается на бумагу с одной или двух сторон. Количество наносимого проклеивающего вещества зависит от концентрации проклеивающего раствора и линейного давления в жале валов клеильного пресса. Как правило, количество нанесенного проклеивающего вещества составляет 0,3-0,5 г/м ².

Использование для поверхностной проклейки бумаги клеильного пресса усовершенствованной конструкции - пленочного клеильного пресса - обеспечивает существенные преимущества по сравнению с традиционной конструкцией пресса, где полотно обильно увлажнялось между двумя валами, что создавало определенные проблемы с равномерностью нанесения проклеивающего вещества по ширине полотна бумаги. Конструкция клеильного пресса пленочного типа позволяет наносить регулируемое количество проклеивающих веществ и обеспечивает равномерное распределение его по ширине полотна бумаги. Технология нанесения проклеивающего состава на бумагу при использовании пленочного пресса принципиально отличается от традиционной, так как при этом проклеивающий состав наносится первоначально на наносящий вал, образуя ровный по толщине пленочный слой, который затем переносится на бумажное полотно. Вода, содержащаяся в проклеивающем составе, удаляется при прохождении влажного бумажного полотна по последней группе сушильных цилиндров БДМ.

При использовании в технологии производства писчих, печатных видов бумаги только поверхностной проклейки бумажного полотна значительно снижаются затраты на очистку сточных вод предприятия.

2.7.7 Мелование

Технология производства высококачественных видов бумаги книжно-журнальной и картона мелованного для изготовления складных коробок с многокрасочной печатью включает специальную обработку поверхности бумаги или картона, так называемый процесс мелования (нанесение на поверхность бумаги или картона меловальной пасты), который можно отнести к одному из видов поверхностной проклейки, обеспечивающей улучшение печатных свойств поверхности бумаги и картона.

Меловальная паста - водная суспензия, содержащая белые пигменты, связующие и различные вспомогательные вещества. В качестве пигментов применяют каолин, тальк или карбонат кальция. Состав меловальной пасты зависит от требований к качеству поверхности бумаги, определяемых используемым методом печати. Подготовка меловальной пасты производится на так называемой кухне - отделе подготовки пасты, где осуществляются подготовка и смешение в определенном соотношении компонентов пасты. Перед подачей на меловальную установку меловальную пасту фильтруют.

Производят одно- или многократное покрытие бумаги меловальной пастой. Двукратное покрытие, как правило, происходит в два этапа: сначала один слой меловальной пасты наносится на бумагу на встроенной в БДМ меловальной установке, а затем - на отдельно стоящей меловальной установке. Масса первого слоя, наносимого в режиме онлайн непосредственно на БДМ, - 4-6 г/м ². Масса второго слоя, который наносится на отдельно стоящей меловальной установке, - 20-25 г/м ² (иногда до 40 г/м ²).

Включение установок для мелования в состав БДМ стало возможным после разработки валкового устройства пленочного типа, с помощью которого покровную пасту наносят одновременно на обе стороны бумажного полотна при сохранении контурного профиля бумаги. Новые конструкции меловального устройства имеют два вала, к каждому из которых примыкает дозирующий вал, вращающийся со скоростью, отличающейся от скорости наносящего вала, благодаря чему в пленке наносимого покровного состава возникают усилия сдвига, обеспечивающие стабильность пленки при высокой скорости.

Существуют конструкции БДМ, которые позволяют выполнять двойное покрытие бумаги меловальной пастой в едином технологическом процессе. При этом второе покрытие может наноситься на высушенное первое (метод "влажным по сухому") или прямо на влажное (метод "влажным по влажному"). Бумага после мелования имеет матовую поверхность, которая после каландрирования приобретает лоск.

Мелование подразделяется на легкое, полное и литое. При различных видах обработки не только варьируется количество наносимой меловальной пасты, но и изменяется характер ее проникновения в структуру бумажного полотна. Глубина проникновения может быть как значительной, так и небольшой. Среди методов (способов) мелования бумаги наиболее перспективным является метод шторного мелования. В устройстве для его осуществления отсутствуют механические элементы для разравнивания пасты по поверхности полотна. Паста вытесняется через узкую щель напускной камеры и под действием силы тяжести падает на полотно в виде шторы. В точке соприкосновения с полотном штора изменяет направление движения и растягивается, образуя на поверхности бумажного полотна тонкую пленку, которая высушивается воздухом. Недостатком метода шторного мелования является то, что покрытие наносится только на одну сторону полотна.

Отдельно стоящие меловальные установки включают оборудование для размотки рулона бумаги (раскат), узел или узлы мелования, сушильную часть (инфракрасную сушку, сушку теплым воздухом и нагреваемые цилиндры) и накат. Для управления работой установки используются различные системы управления и контроля.

В системе узла мелования в процессе работы осуществляются циркуляция меловального состава и его фильтрация для удаления волокон и других включений, что обеспечивает стабильность свойств меловальной пасты. Фильтры периодически очищают, при этом образуется поток концентрированных отходов.

2.7.8 Крашение

Крашение бумаги проводят с целью придания ей определенного цвета разной интенсивности. Различают густоокрашенные бумаги и бумаги с подцветкой. Бумага может быть окрашена в массе и с поверхности. Наиболее распространен способ крашения непосредственно бумажной массы. Для этого раствор красителя вводят в бумажную массу в процессе ее подготовки, при этом краситель адсорбируется на целлюлозном волокне. Бумага, окрашенная таким способом, является прокрашенной по всей толщине. Для повышения удержания красителей в бумажную массу вводят специальные добавки. Эффективность крашения бумажной массы зависит от многих факторов, в числе которых: степень помола и вид используемого волокна, содержание проклеивающих веществ, минеральных наполнителей и сернокислого глинозема, pH среды и температура процесса крашения, температура сушки бумаги, каландрирование и др.

Крашение бумаги с поверхности осуществляют на клеильном прессе БДМ, на суперкаландре или на других специальных устройствах, где красители смешиваются с проклеивающим составом. При такой технологии внутренние слои бумаги остаются непрокрашенными. Преимуществами такого способа крашения являются значительно меньший расход красителя (до 30 %), значительно меньшее количество окрашенных сточных вод, возможность окрашивать бумагу малыми партиями. Поверхность бумаги может быть окрашена в процессе мелования, если в состав меловальной пасты введена добавка органического или неорганического пигмента.

Для крашения бумаги наибольшее применение находят органические синтетические красители, разделяющиеся на водорастворимые красители и нерастворимые пигменты. Водорастворимые красители используют при крашении бумаги в массе, нерастворимые пигменты - при крашении бумаги с поверхности.

Водорастворимые органические красители делятся на основные, кислотные и прямые. Наиболее широко для крашения бумаги используют прямые красители, имеющие непосредственное сродство к целлюлозе, что дает возможность хорошо удерживать краситель на волокне без введения специальных химических вспомогательных веществ (ХВВ). Прямые красители применяют главным образом для крашения очищенной делигнифицированной целлюлозы, неклееной бумажной массы, не содержащей древесной массы. Разработаны и используются технологии совместного крашения бумажной массы, например, прямыми и основными красителями, основными и кислотными.

Из пигментных красителей наибольшее применение при крашении бумаги и картона нашли кубовые (антрахиноновые), фталоцианиновые и азокрасители, а также технический углерод.

2.7.9 Технологии применения ХВВ в производстве бумаги и картона

Эффективное применение ХВВ в производстве бумаги и картона позволяет при малых капитальных вложениях и минимальных затратах значительно снизить издержки производства и повысить экологическую безопасность данной подотрасли ЦБП. Как указывалось ранее, ХВВ используют на разных этапах технологических процессов производства бумаги и картона. Остановимся на наиболее значимых процессах производства массовых видов бумаги и картона, которыми являются удержание компонентов бумажной массы, проклейка и упрочнение.

Для удержания компонентов бумажной массы при формовании бумажного полотна на сеточном столе БДМ используют комбинации катионного крахмала и силиказоля или анионного бентонита.

Использование комбинации катионного крахмала и силиказоля, так называемой системы Композил, предусматривает обработку бумажной массы путем последовательного введения в нее катионного крахмала и силиказоля. Эта система в России в основном внедрена специалистами компании Акзо-Нобель.

Технология применения комбинации: "катионный крахмал" - бентонит предусматривает последовательное введение в бумажную массу раствора крахмала, затем - суспензию бентонита. Эта система имеет очевидное преимущество перед системой Композил: на предприятие бентонит поставляется в виде сухого порошка в отличие от водных дисперсий силиказоля, что значительно расширяет временные рамки его использования. Для приготовления раствора катионного крахмала используют джет-кукер, суспензии бентонита - специальную автоматическую установку. Использование данной технологии позволяет обеспечить до 82 % удержания катионного крахмала. Приведенная технология используется на ОАО "Монди СЛПК".

Технология упрочнения массовых видов бумаги и картона предусматривает в основном, введение в бумажную массу катионных крахмалов различных производителей, при этом предпочтение отдается крахмалам средней и выше степени замещения. Расход составляет 4-12 кг/т. Для приготовления растворов крахмалов на крупных предприятиях (например, Сегежский ЦБК) используют автоматические джет-кукеры разных производителей. Использование джет-кукеров позволяет проводить варку крахмала в автоматическом режиме в температурном интервале 110-165 °С. Производительность аппаратов - 1-2 т/час, что обеспечивает бесперебойную работу БДМ производительностью 200-300 т/час. Установка автоматического джет-кукера занимает не более 20 м ². Важнейшими преимуществами варки крахмала в джет-кукере являются: практически полное отсутствие пыли, минимальные потери крахмала (менее 0,5 %), чрезвычайно легкая управляемость. Кроме того, нет необходимости иметь большие емкости для хранения рабочего раствора крахмала, специальных операторов.

Также при производстве бумаги и картона применяются биоциды для обеззараживания потока, снижения обрывности за счет уменьшения слизи образования. На БДМ КДМ применяются пассирующие системы для предотвращения отложений на сетках и сукнах. Для упрочнения бумаги и картона также применяют различные синтетические уравнители.

2.7.10 Каландрирование

Подавляющую часть продукции, вырабатываемой на БДМ и КДМ, подвергают процессу машинного каландрирования, который в значительной степени определяет такие качественные показатели полотна, как плотность, гладкость и равномерность толщины. Перечисленные показатели, имеющие важное значение для ряда массовых видов бумаги и картона, обеспечиваются управляемыми параметрами процесса каландрирования. На показатели процесса каландрирования в основном влияют давление между валами, число захватов, продолжительность каландрирования, температура валов и влажность обрабатываемого полотна. Эти параметры можно отнести к управляемым параметрам процесса. Наиболее важный параметр каландрирования - линейное давление и его распределение по ширине площадки контакта между валами и бумагой.

В процессе машинного каландрирования полотно бумаги или картона проходит между валами при определенном линейном давлении, часто под воздействием тепла и увлажнения.

Машинный каландр состоит из двух или более закаленных чугунных валов с очень гладкой поверхностью, которые расположены один над другим, как показано на рисунке 2.30.

Рисунок 2.30 - Машинный и суперкаландр

Полотно бумаги пропускают через зазоры между валами (жесткие зазоры). Современные каландры оснащены нагреваемыми чугунными валами в сочетании с валом, имеющим мягкое резиновое покрытие (мягкий каландр). Два или более из них расположены один за другим. Валы каландров изнутри нагреваются горячей водой, паром или маслом.

Бумажное полотно, полученное на БДМ или меловальной установке, часто подвергается дополнительной обработке, которая называется суперкаландрированием. При проходе полотна через суперкаландр его поверхность приобретает очень высокую гладкость. Суперкаландры устанавливаются отдельно от БДМ. Обработка в них также позволяет повысить лоск поверхности. Суперкаландрирование повышает лоск и печатные свойства бумаги до требований, предъявляемых к бумаге для художественной печати. Перед суперкаландрированием рулон подвергают перемотке, при которой устраняются возможные дефекты и обрезаются кромки. Система суперкаландрирования включает оборудование для размотки рулонов (раскат), суперкаландр и оборудование для намотки в рулоны (накат).

Воздействие на окружающую среду процесса (супер) каландрирования в основном заключается в потреблении энергии, необходимой для работы оборудования и нагрева валов.

2.7.11 Увлажнение, намотка, резка и упаковка бумаги

Некоторые сорта бумаги, к которым предъявляются высокие требования по показателям гладкости и лоска, подвергают дополнительной обработке на суперкаландрах. Бумагу, поступающую на суперкаландр, увлажняют, как правило, на накате БДМ при намотке на тамбур. Степень увлажнения бумаги различна и зависит от требуемых свойств бумаги, ее композиции и массы бумаги площадью 1 м ². Принцип работы увлажняющих аппаратов, устанавливаемых между машинным каландром и накатом БДМ, основан на распылении воды спрыском, щеткой или сжатым воздухом. Увлажненная сторона бумаги при намотке на накате соприкасается с неувлажненной стороной, и влага равномерно распределяется по обеим сторонам полотна бумаги. Некоторые специальные высокосортные виды бумаги увлажняют на отдельных увлажнительных станках, совмещая эту операцию с контрольной перемоткой бумаги. Используют увлажнительные станки различных типов: со щеточным распылением воды, с распылением воды сжатым воздухом, с передачей влаги на бумагу при помощи валиков или с увлажнением бумаги влажным воздухом. После увлажнения на БДМ или на отдельных увлажнительных станках бумагу направляют на суперкаландр.

Готовую бумагу на накате наматывают на тамбур в рулоны. По типу намотки различают накаты с осевой намоткой (фрикционный накат) и накаты барабанного типа (периферические накаты). Фрикционные накаты применяют на тихоходных машинах при выработке бумаги и картона с большой массой 1 м ². В настоящее время на большинстве БДМ используют периферические накаты, обеспечивающие плотную намотку бумаги. Вращение наматываемого валика бумаги у периферического наката осуществляется за счет трения качения этого валика о несущий барабан, вращающийся от привода с постоянной угловой скоростью.

В зависимости от требований к формату поставляемую на дальнейшую переработку бумагу в тамбурах подают на перемоточный и продольно-резательный станок (ПРС), где бумагу нарезают на рулоны нужного формата. При условии поставки бумаги в листах рулоны после ПРС направляют на листорезательные машины, где бумажное полотно разрезается на листы соответствующего формата.

Рулоны или стопы листов упаковывают на упаковочных станках в соответствии с требованиями к конкретному виду продукции.

Воздействие на окружающую среду этих операций достаточно незначительное, но есть возможность образования пыли при резке. В этих процессах потребляется мало энергии. Отходы образуются из обрезков бумаги, которые обычно перерабатываются и поступают обратно в технологический процесс.

2.7.12 Переработка брака

Основное назначение системы переработки брака заключается в подготовке его к повторному использованию в композиции бумаги. Принципиальная схема переработки брака приведена на рисунке 2.31

Количество образуемых во время производства бумаги/картона отходов обычно составляет 5 % - 20 % от производительности машины.

Отходы бумаги образуются в разных местах БДМ/КДМ. Мокрый бумажный брак образуется при нормальной работе БДМ/КДМ в виде отсечек кромок в сеточной части. Сухой брак образуется при отделке бумаги, а также в виде срывов или обрезков.

С БДМ/КДМ брак поступает в гидроразбиватели брака под машиной и далее подается в бассейн брака. Оборотный брак сгущается на сгустителе до концентрации 4 % - 5 %, затем масса поступает на несколько ступеней очистки, что позволяет снизить безвозвратные потери. Далее оборотный брак добавляется в композицию бумаги/картона в определенном соотношении.

Рисунок 2.31 - Принципиальная схема переработки брака

Описание применяемого технологического оборудования

Таблица 2.42 - Характеристика основного оборудования производства бумаги/картона

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики 1)
Мельницы	Размол волокнистых полуфабрикатов	Тип - коническая, дисковая. Производительность - до 480 т/сут. Концентрация - 2,0 % - 6,5 %. Степень помола на входе - 10-18 °ШР. Степень помола на выходе - 15-50 °ШР
Сортировки	Сортирование бумажной массы	Тип - вертикальная/горизонтальная напорная щелевого типа, перфорированная. Производительность - до 800 т/сут. Габарит отверстия/щели сита - 0,35-3 мм. Концентрация на входе - до 4 %
Очистители	Улавливание и удаление тяжелых и легких включений	Тип - многоступенчатая установка вихревых конических очистителей. Производительность - до 110 000 л/мин. Количество ступеней - до 6. Концентрация на входе - до 2 %. Количество хорошей массы - 84 % - 99,5 %. Количество отходов - 0,5 % - 16 %
Бумаго/картоноделательная машина в составе:	Изготовление бумаги/картона	Ассортимент - писчепечатные виды бумаг, картон коробочный, тарный и др. Производительность - до 1250 т/сут. Обрезная ширина - 3160, 4200, 6300, 8550, 9100 мм. Скорость по приводу - до 1350 м/мин
- напорный ящик;	Подача бумажной массы на формование	Тип - закрытый. Производительность - до 120 000 л/мин. Концентрация на входе - до 1,2 %. Пределы открытия щели - до 90 мм. Степень рециркуляции - 10 %
- формующее устройство;	Формирование бумажного/картонного полотна	Тип - одно/многосеточное кантеливерного типа с обезвоживающими элементами. Сухость на выходе - до 25 %
- прессовая часть;	Прессование бумажного/картонного полотна	Тип - Пикап, обычный прямой, отсасывающий, сглаживающий, с расширенной зоной прессования и др. Сухость на входе - до 25 %. Сухость на выходе - 31 % - 48 %
- сушильная часть;	Сушка полотна до конечной влажности	Тип - цилиндровая, типа "Флект", Янки-цилиндр. Сухость на входе - 31 % - 48 %. Сухость на выходе - 92 % - 98 %. Диаметр сушильных цилиндров - 2200 мм. Количество сушильных цилиндров - до 106 шт. Процент отвода конденсата - до 95 %
- клеильный пресс/меловальная установка	Поверхностная проклейка/мелование	Тип устройства - # Количество проклеивающего слоя - 2,2-4 г/м 2
- каландр;	Поверхностное каландрирование полотна с целью повышения гладкости бумаги, улучшения печатных свойств бумаги, повышения плотности и выравнивание толщины бумаги	Тип - двухвальный, четырех-шестивальный. Количество каландров - 1 шт. Гладкость полотна на выходе - 30-200 сек
- накат;	Намотка полотна бумаги/картона на тамбур	Тип - периферический. Диаметр наматываемого рулона - 900-3000 мм.
Вакуумные насосы	Создание вакуума для системы обезвоживания формующей и прессовой частей	Тип - водокольцевые вакуум-насосы. Комплектность установки - 5-13 шт.
Теплорекуперационное оборудование	Система теплорекуперации при производстве бумаги и картона	Комплектность установки: теплообменники "воздух-воздух", воздух, вода, вентиляторы, скруббер
Продольно-резательный станок	Резка рулонов на потребительские форматы	Количество в потоке машины - 1-2 шт. Производительность - до 800 т/сут. Скорость - до 2600 м/мин
Рулонно-упаковочный станок	Упаковка рулонов бумаги/картона	Производительность - до 60 рулонов/ч

Таблица 2.43 - Природоохранное оборудование производства бумаги/картона

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Сгуститель	Сгущение полуфабрикатов	Тип - одно/двухбарабанный. Производительность - 60-380 т/сут. Поверхность фильтрации -17,5-70 м 2. Концентрация на входе - 1 % - 4 %. Концентрация на выходе - 8 % - 30 %. Диаметр барабана - 3,5-5,8/1,5 м. Мощность основного электродвигателя - 15-30/110 кВт
Гидроразбиватель	Роспуск листовых полуфабрикатов	Тип - вертикальный. Производительность - 50-250 т/сут. Вместимость - 16-80 м 3. Концентрация - 2,5 % - 5 %. Мощность электродвигателя перемешивающего устройства - 90-270 кВт
Дисковый фильтр	Очистка избыточной оборотной воды	Тип - сегментный/флотационный. Количество дисков - 10-20 шт. Диаметр диска - 3660-5000 мм. Производительность - до 26 000 л/мин по осветленной воде. Концентрация мутного фильтрата - 3000-4000 мг/л. Концентрация светлого фильтрата - 10-50 мг/л. Концентрация суперсветлого фильтрата - до 5 мг/л
Гидроразбиватель брака	Роспуск оборотного брака	Комплект оборудования брака под машиной: гауч-мешалка, гидроразбиватель брака прессовой части, гидроразбиватель брака сушильной части. Концентрация - 2,5 % - 4 %
Сгуститель брака	Сгущение оборотного брака	Тип - шаберный/безшаберный. Производительность - 15-240 т/сут. Поверхность фильтрации - 14-50 м 2. Концентрация на входе - 1 % - 2,5 %. Концентрация на выходе - 4-4,5. Тип - шаберный/безшаберный. Производительность - 15-240 т/сут. Поверхность фильтрации - 14-50 м 2. Концентрация на входе - 1 % - 2,5 %. Концентрация на выходе - 4-4,5
Сортировки брака	Сортирование оборотного брака	Тип - вертикальная сортировка напорного типа щелевая. Габарит отверстия/щели сита - 0,2-4 мм. Концентрация - 2 % - 4 %
Очистители брака	Очистка оборотного брака	Тип - вихревые конические очистители. Концентрация на входе - до 1 %
Система удаления кромки и пыли от продольно-резательного станка	Удаление кромки и пыли	Комплектность установки: вентилятор-разрыватель, сепаратор
Система удаления пыли от полотна в узлах листорезки	Удаление пыли с поверхности полотна	Комплектность установки: отсасывающие ящики в зоне поперечной и продольной резки по ширине полотна вентилятор, пылеотделитель
1) Технологические характеристики зависят от производительности линии.

2.7.13 Технологии и основное оборудование, применяемые при производстве массовых видов бумаги

Наиболее массово выпускаемыми видами бумаги являются различные виды писчих и печатных видов бумаги. Основные требования, предъявляемые к писчепечатным видам бумаги, включают: минимальные колебания по ширине полотна по массе бумаги площадью 1 м ², толщине, гладкости, отсутствие разнооттеночности и пылимости, достаточную прочность поверхности. Эффективное обеспечение указанного комплекса свойств зависит от применяемых технологий и возможностей используемого основного технологического оборудования.

В настоящее время для отлива различных массово выпускаемых видов бумаги широко используются БДМ с двухсеточными формующими устройствами. Формующее устройство обеспечивает быстрое обезвоживание массы, равномерную структуру бумажного полотна, хорошее формование при любой скорости машины, высокое удержание наполнителя и волокна, легкость в управлении, низкие эксплуатационные расходы, обезвоживания бумажного полотна. Использование новейшей технологии формования позволяет изготавливать бумаги для печати, как содержащие в композиции древесную массу, так и без нее. Использование формующего устройства предпочтительнее на высокоскоростных БДМ (свыше 1200 м/мин), а также при проведении реконструкции плоскосеточных БДМ, давая возможность дальнейшего использования многих компонентов плоской сетки. Бумажная масса, подаваемая на формующее устройство через напорный ящик, равномерно распределяется по ширине сетки. Обезвоживание бумажной массы начинается на формующем валу. Далее следует изогнутый формующий башмак с вертикально расположенными эластичными формующими планками, так называемая Д-часть. С помощью вакуума можно управлять структурой полотна в Z-направлении. Формующие планки мягко прижимаются к башмаку пневматической системой.

Прессовая часть современных БДМ для производства писчепечатных видов бумаги оснащена прессами с удлиненной зоной прессования (с тремя или четырьмя зонами) и безобрывной проводкой полотна. Использование той или иной конструкции пресса определяется требованиями к изготавливаемому виду бумаги, а также рабочей скоростью БДМ. Например, при производстве высокосортных видов бумаги без содержания в композиции древесной массы (бумаги - основы для мелования, бумаги для глубокой печати) используют пресса с тремя зонами прессования. При этом в последнем зазоре прессования верхняя сторона бумажного полотна прижимается к гладкому валу, что дает возможность регулировать двусторонность поверхности полотна.

Эффективная сушка печатных видов бумаги, производство которых осуществляют на высокоскоростных БДМ (1200-2000 м/мин), обеспечивается при использовании конструкции сушильной части с однорядной верхней компоновкой сушильных цилиндров.

Для отделки бумажного полотна при производстве печатных видов бумаги используют процесс каландрирования, например, с использованием мягкого каландра, состоящего из двух валов - верхнего плавающего, имеющего мягкое покрытие, и второго приводного вала.

Для намотки бумаги на тамбур на высокоскоростных БДМ используют, например, накат фирмы, процесс намотки на котором управляется современной системой управления плотностью намотки.

В таблице 2.44 приведены основные типы БДМ.

Таблица 2.44 - Основные типы БДМ, используемые для производства массовых видов бумаги

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
1 БДМ	Производство легкомелованной бумаги	1 Напорный ящик MasterJet с системой регулирования профиля массы ModuleJet. 2 Двухсеточное формующее устройство. DuoFormer TQ w. 3 Пресс Tandem NipcoFlex. 4 Сушильная часть TopDuoRan. 5 Клеильный пресс SpeedSizerAT. 6 Мягкий каландр EcoCal. 7 Встроенное мелование. 8 Ширина, мм - 8100-10600. 9 Скорость, м/мин - 2000
2. БДМ	Производство бумаги для печати	1 Напорный ящик OptiFloII. 2 Формующее устройство OptiFormer. 3 Пресс OptiPress. 4 Клеильный пресс SymSizer. 5 Мягкий каландр OptiSoft. 6 Накат OptiReel. 8 Ширина, мм - 10 200. 9 Скорость, м/мин - 2000 (расч.)

2.7.14 Технология и оборудование для производства тонкой мелованной бумаги (LWC)

LWC применяется для производства иллюстрированных журналов, проспектов, рекламных каталогов с многокрасочной печатью. Отличительной особенностью LWC является низкая масса бумаги площадью 1 м ² (50-80 г/м ²), что обуславливает особенности технологии ее производства. В качестве волокнистых составляющих в композиции LWC используют древесную массу (ДДМ, ТММ, ХТММ) и макулатуру в количестве 60 % - 70 % и 30 % - 40 % сульфатной или бисульфитной хвойной целлюлозы.

Проектные мощности БДМ для производства LWC достигают 350-400 тыс. т в год при ширине 9-10 м и рабочей скорости 1500-2000 м/мин. В настоящее время внедряется компактная система мокрой части БДМ - РОМ, быстро реагирующая на изменения технологических параметров и поддерживающая стабильность ее работы. Использование РОМ повышает эффективность работы БДМ на 3 % - 10 %. Регулирование массы бумажного полотна площадью 1 м ² на сетке БДМ производится при помощи ступенчатого диффузора гидравлического напорного ящика.

Конструкция мокрой части современных скоростных БДМ представляет собой двухсеточное формующее устройство - gap-former, обеспечивающее эффективное обезвоживание массы на сетке и высокое качество формования бумажного полотна.

Повышение скорости БДМ обуславливает необходимость ликвидации свободных участков передачи бумажного полотна в прессовой части машины, для чего используются широкозахватные пресса башмачного типа, увеличивающие площадь обезвоживания. Сухость полотна достигает 50 % - 52 %, расход пара на сушку снижается на 20 % - 25 %.

Технология импульсной сушки является новым направлением в совершенствовании процессов прессования и в настоящее время находится в стадии внедрения. Ее отличие от обычного прессования состоит в том, что один из валов пресса нагревается газом или электричеством до высокой температуры (400 °С), благодаря чему сухость полотна бумаги повышается до 60 % в течение 20-100 мс. Применение данного способа позволяет сократить расход энергии, улучшить прочностные показатели бумаги и оптимизировать ее композицию.

Включение установок для мелования в состав БДМ стало возможным после разработки клеильных прессов валкового устройства пленочного типа, которые наносят покровную пасту одновременно на обе стороны бумажного полотна при сохранении контурного профиля бумаги. Новые конструкции меловального устройства имеют два вала, к каждому из которых примыкает дозирующий вал, вращающийся со скоростью, отличной от скорости наносящего вала, благодаря чему в пленке наносимого покровного состава возникают усилия сдвига, обеспечивающие ее стабильность при высокой скорости.

Использование SpeedCoater при производстве LWC дает значительные преимущества по сравнению с традиционным двухшаберным устройством. К ним относятся существенное снижение капитальных затрат и сокращение требуемой площади под установку. Другим преимуществом SpeedCoater является более высокая производительность машины.

2.7.15 Технологии и основное оборудование, применяемые при производстве бумаги санитарно-гигиенического назначения

Современные технологии производства бумаги санитарно-гигиенического назначения (СГБ) в основном определяются свойствами используемых волокнистых полуфабрикатов, ХВВ и уровнем техники основного технологического оборудования (БДМ).

На современных БДМ, в зависимости от конструкции, можно получать одно-, двух- и трехслойную крепированную или некрепированную СГБ, белую или окрашенную, с тиснением или без.

Изготовителями БДМ для производства СГБ являются различные иностранные компании.

Основные параметры современных БДМ для производства СГБ:

- ширина сетки - 1800-5600 мм;

- рабочая скорость - 1800-2500 м/мин;

- производительность - 24-110 тыс. т/год;

- диаметр Янки-цилиндра - 3660-5500 мм;

- масса 1 м ² бумаги - 11-45 г;

- степень крепирования - 10 % - 30 %.

Современная БДМ для производства СГБ, как правило, включает:

- гидравлический напорный ящик с разделительными перегородками для выработки многослойной бумаги и системой автоматического регулирования профиля массы 1 м ² за счет разбавления оборотной водой по зонам напорного ящика, обеспечивающим равномерную турбулентность при напуске массы на сетку;

- компактное формующее устройство, обеспечивающее качественное формование, снижение количества обрывов и увеличение скорости БДМ;

- пресс специальной конструкции с изогнутым башмаком и удлиненной зоной прессования, применение которого в конструкции БДМ обеспечивает высокое качество СГБ и сокращение удельного расхода энергии;

- перфорированный сушильный цилиндр для сушки бумаги с продуванием струй горячего воздуха или сушильный цилиндр "Янки" с колпаком скоростной сушки, преимуществом которого является возможность сократить примерно в два раза потребление энергии по сравнению с БДМ, оснащенной перфорированным сушильным цилиндром продуванием струй горячего воздуха. Современные БДМ могут быть оснащены крепирующим устройством или быть без него. Для интенсификации сушки бумаги предполагается оснащение машины тепловым центром, работающим на природном газе;

- мягкий каландр (для многослойной некрепированной бумаги после сушки струями горячего воздуха) и тиснильный пресс;

- накат с системой автоматического регулирования натяжения бумажного полотна и плотности намотки тамбуров бумаги;

- систему удаления бумажной пыли на участке от крепирующего шабера до наката, обеспечивающую концентрацию пыли в воздухе не более 1 мг/м ³.

Современные БДМ оснащены автоматизированной системой регулирования влажности бумаги в машинном и поперечном направлениях.

АСУТП бумажной фабрики предусматривает управление и регулирование процессов размола и подготовки массы, композиции массы, изменение композиции в соответствии с заданием на выпуск бумаги, регулирование массы 1 м ², влажности, степени крепирования бумаги.

В качестве волокнистых полуфабрикатов для изготовления высококачественной СГБ используют сульфатную и сульфитную беленую хвойную и лиственную целлюлозу, беленую ХТММ (преимущественно хвойную) и отбеленное вторичное волокно. В некоторых видах СГБ, например, для изготовления скатертей и полотенец, используют химические волокна длиной 5-9 мм (полиэфирные, вискозные и т.п.).

Основные типы БДМ, используемые для производства СГБ, приведены в таблице 2.45.

Таблица 2.45 - Основные типы БДМ, используемые для производства СГБ

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
1 БДМ, концепция PrimLine	Производство СГБ	1 Гидродинамический напорный ящик с одно-, двух-, трехслойным формованием бумажной массы. 2 Формующее устройство Crescent Former. 3 Пресс башмачного типа TissueFlex. 4 Сушильная часть PrimeTAD 5 Крепирующий шабер. 6 Горизонтальный накат. 7 Скорость, м/мин, - 1000-2200. 8 Ширина сетки, мм, - 2000-5600. 9 Температура воздуха в колпаке скоростной сушки, °С, - 300-700
2. БДМ, концепция Advantage	Производство СГБ	1 Напорный ящик OptiFlo 11. 2 Формующее устройство Crescent Former. 3 Пресс башмачного типа ViscoNip. 4 Янки-цилиндр и колпак скоростной сушки AdvantageAirCap. 5 Крепирующий шабер. 6 Горизонтальный накат. 7 Скорость, м/мин, - 1600-2000. 8 Ширина сетки, мм, - 2800

Для улучшения качества СГБ в современных технологиях используют упрочняющие добавки, мягчители, средства для улучшения крепирования, а также катионные красители различных оттенков, обеспечивающие равномерную окраску бумаги при минимальном загрязнении оборотных вод.

Элементом технологической цепочки при производстве СГБ являются продольно-резательные станки (ПРС) со скоростью резки до 2200 м/мин, позволяющие разрезать рулоны бумаги на необходимую для дальнейшей переработки ширину. Современные ПРС, имеющие в раскате до четырех рулонов, оснащены оригинальным ножевым валом, предусматривающим наличие индивидуального привода для каждого ножа. Настройку формата для резки бумаги на таких ПРС оператор осуществляет практически без останова.

2.8 Многотопливные котлы для сжигания древесно-корьевых отходов и осадков очистных сооружений

Общая технологическая схема процесса сжигания кородревесных материалов и осадков сточных вод предприятия приведена на рисунке 2.32.

Рисунок 2.32 - Общая технологическая схема процесса сжигания кородревесных материалов и осадков сточных вод предприятия

2.8.1 Описание технологического процесса сжигания кородревесных материалов и осадков сточных вод

Процесс сжигания отходов производства и осадков сточных вод включает следующие подпроцессы:

- подготовка топливной смеси и подача в котел;

- подготовка питательной воды и подача в котел;

- подготовка воздуха для горения и подача в котел;

- горение топлива в специализированной топке (реакторе);

- сбор и удаление золы и донного осадка;

- просеивание донного осадка;

- очистка дымовых газов.

Информация по указанным подпроцессам представлена в таблице 2.46.

Таблица 2.46 - Описание технологического процесса сжигания кородревесных материалов производства и осадков сточных вод

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
- необезвоженный осадок сточных вод; - обезвоженные кородревесные материалы; - сера; - электроэнергия	Подготовка топливной смеси и подача в котел	- топливная смесь надлежащего качества	- ленточные прессы; - промежуточный бункер осадка с нижним разгрузочным устройством; - бункер топлива с верхним перемешивающим устройством и нижним радиальным разгрузчиком; - уравнительный карман с разгрузочным устройством; - роторные питатели	- газовые выбросы (в атмосферу); - вода от обезвоживания кородревесных материалов и осадков сточных вод (в канализацию)
- химически очищенная вода; - конденсат; - пар; - электроэнергия; - химикаты	Подготовка питательной воды и подача в котел	- котловая вода надлежащего качества	- деаэраторы; - установка приготовления и дозирования химикатов; - подогреватели низкого и высокого давления; - питательные электронасосы	- шум от работающего оборудования; - теплая вода из уплотнений насосов в канализацию; - конденсат для повторного использования
- воздух; - пар; - электроэнергия	Подготовка воздуха для горения и подача в котел	нагретый воздух	- паровые калориферы; - дутьевые вентиляторы	шум от работающего оборудования; - конденсат для повторного использования
- топливная смесь; - воздух; - растопочное топливо; - котловая вода; - песок; - электроэнергия	Горение топлива в специализированной топке (реакторе)	перегретый пар	водоохлаждаемая провальная решетка	- дымовые газы (включая частицы песка) в систему очистки; - продувочная вода в сепаратор продувок; - донная зола и осадок в систему сбора и удаления; - шум от работающего оборудования
- зола (летучая и донная после конвективной шахты); - донный осадок; - электроэнергия; - механически очищенная вода	Сбор и удаление золы и донного осадка	зола и донный осадок	система конвейеров различных типов	- шум от работающего оборудования; - теплая вода в канализацию; - зола в отвал; - донный осадок на просеивание
- донный осадок; электроэнергия	Просеивание донного осадка	просеянный песок для повторного использования	сетчатый фильтр (грохот)	- шум от работающего оборудования; - донный осадок (спекшийся песок) в отвал
дымовые газы	Очистка дымовых газов	дымовые газы с допустимым содержанием летучей золы и других взвешенных частиц	- циклон, электрофильтр; - дымососы	- очищенные дымовые газы в атмосферу через дымовую трубу; - летучая зола в систему сбора и удаления.

Характеристики основного оборудования представлены в таблице 2.47.

Таблица 2.47 - Характеристики основного оборудования процесса сжигания кородревесных материалов и осадков сточных вод

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики 1)
Промежуточный бункер осадка с нижним разгрузочным устройством	Для регулирования равномерной подачи осадка к кородревесным материалам в нужной пропорции	Полезный расчетный объем бункера - 50 м 3. Влажность материала, до 75 %
Бункер топлива с верхним перемешивающим устройством и нижним радиальным разгрузчиком	Равномерное перемешивание осадка и кородревесных материалов. Равномерная подача топливной смеси на сжигание и регулирование подачи. Создание запаса топливной смеси на заданное время	Полезный расчетный объем бункера, 100 м 3. Влажность топливной смеси до 65 %. Размер частиц топливной смеси, 3,1-90 мм. Насыпная плотность, 0,7 т/м 3
Уравнительный карман с разгрузочным устройством	Регулирование подачи топливной смеси исходя из заданной паропроизводительности котла	-
Роторные питатели	Дополнительное перемалывание и измельчение топливной смеси. Защита от присосов воздуха в топку	-
Бункер серы	Для подачи серы в топливную смесь с целью связывания хлора в обезвоженном осадке и, как следствие снижения коррозии поверхностей нагрева котла	Полезный расчетный объем бункера - 2,0 м 3
Деаэраторы	Термическая деаэрация воды для удаления растворенных в воде агрессивных газов (кислорода и диоксида углерода). Создание запаса деаэрированной воды на заданное время	Производительность - 5-300 т/час. Объем бака деаэрированной воды - 2-75 м 3
Установка приготовления и дозирования химикатов	Коррекционная обработка деаэрированной воды с целью снижения углекислотной коррозии и снижения содержания в воде окислов железа	-
Подогреватели низкого и высокого давления	Подогрев воды до требуемой температуры перед деаэратором и за ним для достижения расчетных показателей работы деаэраторов и котла	Рабочее давление греющего пара - 0,4-1,5 МПа. Рабочая температура греющего пара - до 300 °C. Температура воды на входе и на выходе,°C
Питательные электронасосы	Подача котловой воды в барабан котла	Производительность - до 275 т/час. Развиваемый напор - до 120 бар. Требуемый запас по кавитации - до 90 бар. КПД - до 80 %. Потребляемая электрическая мощность - до 1250 кВт. Частота вращения - до 3000 об/мин
Паровые калориферы первичного/вторичного воздуха	Подогрев воздуха до требуемой температуры для достижения расчетных показателей сжигания топливной смеси	Рабочее давление греющего пара - 1,2 МПа. Рабочая температура греющего пара - до 270 °C. Температура воздуха на входе/выходе - 35/80 °C - 120 °C. Тепловая мощность - 1350/2400 кВт
Дутьевые вентиляторы первичного/вторичного воздуха	Забор и подача воздуха в топку котла	Производительность - 17,4/17,5 - 38,5 нм 3/с. Общая разность давлений - 17,92/6,0 кПа. Температура воздуха на входе - 40 °C. Частота вращения - 1000-1500 об/мин
Водоохлаждаемая провальная решетка	Создание псевдоожиженного слоя, который функционирует как тепловой аккумулятор, поддерживающий процесс горения и выравнивающий флуктуации, вызываемые качеством различных видов топлива. Удаление грубой фракции материала кипящего слоя (спекшийся песок, мусор)	Влажность топливной смеси, 60 % - 64 %. Низшая теплота сгорания топливной смеси на рабочую массу - 1,4 ккал/кг. Адиабатическая температура сгорания - 1188 °C. Размер частиц инертного материала - 0,5-1,5 мм
Система скребковых конвейеров	Перемещение материала в пределах цеха	Производительность - 6,0 нас. м 3/ч
Сетчатый фильтр (грохот)	Просеивание донного осадка для отделения фракций песка, подходящего для повторного использования	Производительность - 6,0 м 3/ч. Частота вращения - 20 об/мин. Мощность редуктора, 1,5 кВт
Дымососы	Преодоление сопротивления газового тракта для удаления дымовых газов	Производительность - 48,7-74,9 нм 3/с. Общая разность давлений - 4,66 кПа. Температура воздуха на входе - до 200 °C. Частота вращения - 1000 об/мин
1) Технологические характеристики зависят от требуемой производительности линии.

Природоохранное оборудование представлено в таблице 2.48.

Таблица 2.48 - Природоохранное оборудование процесса сжигания кородревесных материалов и осадков сточных вод

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики 1)
Электрофильтр	Для улавливания твердых частиц (пыль, летучая зола) с помощью электростатического поля, создаваемого между коронирующими и осадительными электродами	Объемный поток дымовых газов (влажных) - 43,4 нм 3/с. Массовый поток дымовых газов (влажных) - 53,2 кг/с температура дымовых газов, нормальная - до 200 °C. Максимальная постоянная рабочая температура,185 °C. Температура конструкции - 230 °C. Перепад давления на установке, 350 Па. КПД - 95-99,75 %

2.9 Очистка производственных сточных вод

2.9.1 Общая схема процесса очистки сточных вод производства первичных волокон

Технологический процесс производства на целлюлозно-бумажных комбинатах связан с образованием большого количества сточных вод, загрязненных взвешенными и растворенными органическими веществами [14, 15, 16].

Среди рассматриваемых предприятий количество сточных вод составляет от 64 до 167 м ³ в расчете на тонну производимой продукции (товарной целлюлозы).

Из-за особенностей, реализуемых на предприятиях ЦБП технологий, сточные воды представляют собой многокомпонентную водную систему, содержащую основные группы веществ:

- взвешенные вещества;

- растворенные неорганические компоненты;

- растворенные органические компоненты.

В перечне контролируемых показателей качества сточных вод предприятий ЦБП можно выделить маркерные вещества. К первой группе относятся маркерные (интегральные) параметры, которые в соответствии с методикой аналитического определения характеризуют содержание в воде ряда различных соединений. В перечень таких параметров, в частности, входят химическое потребление кислорода (ХПК), биохимическое потребление кислорода (БПК ₂₀/БПК _5/7), взвешенные вещества (ВВ), сухой остаток, цветность, минерализация.

Основными источниками загрязнения сточных вод при производстве целлюлозы являются варочные, промывные и отбельные цеха.

По характеру содержащихся загрязняющих веществ производственные сточные воды ЦБП разделяют на следующие группы:

- щелокосодержащие;

- кислотощелокосодержащие;

- волокносодержащие;

- коросодержащие;

- дурнопахнущие.

На основе статистического анализа данных по составу сточных вод предприятий ЦБП Уро РАН [7] было получено, что при наличии довольно разнородного состава сточных вод после биологической очистки для всех производств общим репрезентативным показателем является параметр ХПК.

Химическое потребление кислорода - мера общей загрязненности воды содержащимися в ней органическими и неорганическими восстановителями, реагирующими с сильным окислителем. Его обычно выражают в миллиграммах эквивалента кислорода на литр исследуемой воды. Указанный метод рекомендуется использовать при анализе сточных вод, окисляемость которых превышает 100 мг О ₂/л, в частности при исследовании сточных вод целлюлозно-бумажных предприятий.

В международных рекомендациях показателем ХПК представлена норма сброса загрязнений со сточными водами ЦБП в виде потерь щелока и органических веществ с ним. В России параметр ХПК введен в государственную статистическую форму отчетности с 1999 года.

Согласно международному стандарту ISO и методикам ПНД Ф при оценке качества сточных вод параметр ХПК соответствует общему количеству кислорода, равному количеству бихромата калия, который восстанавливается за счет окисления компонентов различной химической природы и агрегатного состояния, т.е. не только растворенных, но и взвешенных компонентов.

Для подтверждения интегральной природы параметра "химическое потребление кислорода" проводился комплексный анализ показателя ХПК применительно к технологическим средам предприятий химико-лесного комплекса и оценке эффективности его использования для эколого-аналитического контроля.

Экспериментальный метод анализа строился на определении вклада индивидуальных веществ и групп органических компонентов в маркерный показатель ХПК путем измерения величины химического потребления кислорода исходной воды, воды после удаления нерастворенных взвешенных веществ, растворенных минеральных веществ, выделения органических фракций и определении показателя ХПК каждой индивидуальной фракции веществ, присутствующих в анализируемой воде.

Вклад взвешенных веществ в показатель ХПК сточных вод с различных точек производственного процесса различен и может составлять более 2 % от общего значения ХПК (см. таблицу 2.49). Следует отметить, что данный факт зависит от целого ряда факторов (технологии процесса, эффективности работы оборудования, концентрации ВВ и др.).

Таблица 2.49 - Вклад взвешенных веществ в общее значение показателя ХПК для различного типа сточных вод ЦБП при получении первичных и макулатурных волокон

Производство/тип сточных вод	Вклад взвешенных веществ, % от общего значения ХПК
Интегрированное целлюлозно-бумажное предприятие, производящее волокнистый полуфабрикат и готовую продукцию (бумага, картон):
- камера смешения сооружений биологической очистки (БО)	7-8
- I ступень биологической очистки	40-43
- после биологической очистки	3-24
Сточные воды производства сульфатной целлюлозы:
- производство небеленой целлюлозы;	29-49
- производство беленой целлюлозы;	2-10
- ступень кислородно-щелочной обработки;	7-11
- ступень отбелки Д0	2-4
Сточные воды предприятий, производящих бумагу из макулатурного сырья:
- до биологической очистки;	35-40
- после биологической очистки	0,5-5,0
Сточные воды производства ХТММ	33-34

Вклад ион-молекулярного состава неорганических компонентов в величину параметра ХПК сточных вод определялся посредством разделения органической и неорганической составляющих сточных вод методом ионной хроматографии. После ионного обмена происходит снижение параметра ХПК по сравнению с исходной водой за счет извлечения большей части минеральной составляющей из сточных вод. Остаточное содержание минеральных компонентов можно рассматривать как фоновый уровень, который вносит вклад в величину бихроматной окисляемости, сравнимый с погрешностью определения ХПК стандартным методом (10 % - 15 %). Для сточных вод ЦБП вклад растворенных минеральных веществ может составлять до 80 % от общего значения ХПК (см. таблицу 2.50).

Таблица 2.50 - Вклад растворенных минеральных веществ в общее значение показателя ХПК для различного типа сточных вод ЦБП при получении первичных и макулатурных волокон

Производство/тип сточных вод	Вклад растворенных минеральных веществ, % от общего значения ХПК
Интегрированное целлюлозно-бумажное предприятие, производящее волокнистый полуфабрикат и готовую продукцию (бумага, картон):
- камера смешения сооружений БО	49-82
- после биологической очистки	53-82
Сточные воды производства целлюлозы:
- производство небеленой целлюлозы;	15-60
- производство беленой целлюлозы;	55-84
- ступень кислородно-щелочной обработки;	30
- ступень отбелки Д0	39
Сточные воды предприятий, производящих бумагу из макулатурного сырья:
- до биологической очистки;	27-50
- после биологической очистки;	65
Сточные воды производства ХТММ	34-38

Разница между общим значением показателя ХПК и вкладом взвешенных веществ и растворенных минеральных веществ составляет вклад в ХПК растворенных органических веществ (см. таблицу 2.51).

Таблица 2.51 - Вклад растворенных органических веществ в общее значение показателя ХПК для различного типа сточных вод ЦБП при получении первичных и макулатурных волокон

Производство/тип сточных вод	Вклад растворенных органических веществ, % от общего значения ХПК
Интегрированное целлюлозно-бумажное предприятие, производящее волокнистый полуфабрикат и готовую продукцию (бумага, картон):
- камера смешения сооружений БО;	20,4-44
- после биологической очистки	20-32
Сточные воды производства сульфатной целлюлозы:
- производство небеленой целлюлозы;	6,8-11,4
- производство беленой целлюлозы;	9,0-15,1
- ступень кислородно-щелочной обработки;	Более 50
- ступень отбелки Д0	Более 50
Сточные воды предприятий, производящих бумагу из макулатурного сырья:
- до биологической очистки;	8,3-15,5
- после биологической очистки	17-24
Сточные воды производства ХТММ	27,6-31,9

Состав органической составляющей сточных вод ЦБП имеет очень важное значение. С использованием разработанной схемы фракционирования были выделены представительные фракции основных групп органических компонентов из локальных и общих сточных вод предприятий ЦБП и определен их вклад в маркерный показатель ХПК. Для определения ХПК лигнинных веществ, нейтральных веществ, нелетучих фенолов, смоляных и жирных кислот (СЖК) были построены калибровочные зависимости ХПК от концентрации вещества. Коэффициент корреляции R2 составил от 0,94 до 0,99.

Наибольший вклад в органическую составляющую баланса ХПК вносят фракции лигнинных веществ, летучих органических компонентов - летучие с паром фенолы, метанол, формальдегид, нелетучие фенолы, экстрактивные вещества (рисунок 2.33).

Рисунок 2.33 - Баланс органической составляющей величины ХПК биологически очищенных сточных вод для одного из предприятий ЦБП

Сводный баланс показателя ХПК в сточных водах двух интегрированных предприятий, реализующих однотипные технологии и выпускающих схожую номенклатуру продукции, представлен на рисунке 2.34.

При реализации однотипных технологических процессов, но варьировании технологических параметров, вида сырья, химикатов, используемого основного оборудования качество сточной воды характеризуется близкими значениями ХПК. Вместе с тем анализ состава сточных вод свидетельствует о различии как в количественном содержании индивидуальных компонентов и групп органических соединений, так и в их химической, функциональной природе.

Как видно, для неочищенных производственных сточных вод наибольший вклад в общий параметр ХПК вносят взвешенные вещества, эффективное удаление которых на стадии механической очистки позволит снизить ХПК в сточных водах примерно на 30 % - 40 %.

Фракции летучих веществ и лигнинных компонентов оказывают максимальный вклад и в общий баланс ХПК для неочищенных сточных вод (19-33 отн. % и 12-20 отн. % соответственно). После прохождения биологической очистки вклад фракции летучих веществ снижается до 5-10 отн. %, лигнинных веществ - примерно в два раза.

Из остальных групп компонентов вклад вносят нелетучие фенольные вещества - от 1-3 отн. % и экстрактивные вещества - 0,7-7,7 отн. %.

Суммарный "органический" ХПК при прохождении через биологическую очистку снижается примерно в 5 раз, ХПК летучих компонентов - более чем в 10 раз.

Однако биоокислению подвергаются не все органические компоненты, содержащиеся в сточных водах. Технология биологической очистки сточных вод позволяет эффективно производить ассимиляцию группы летучих и низкомолекулярных фенольных компонентов, при этом транзитом через систему проходит наиболее высокомолекулярная составляющая фракция лигнинных компонентов и экстрактивных веществ, представляющих собой трудноокисляемую составляющую величины ХПК.

Особое внимание необходимо уделить растворенной минеральной составляющей производственных сточных вод предприятий ЦБП. Как показано выше в таблице 2.50 и на рисунке 2.34, вклад неорганических веществ в показатель ХПК составляет порядка 30 отн. %, при этом после биологической очистки при "утилизации" органической составляющей происходит перераспределение вклада загрязняющих веществ и рост минеральной составляющей до 70 отн. %, т.е. минеральные вещества также транзитом проходят в водоем.

Таким образом, приведенные результаты свидетельствуют о том, что показатель ХПК действительно является маркерной (интегральной) величиной, т.е. функцией концентрации содержащихся в сточных водах загрязняющих веществ различной химической природы, и служит показателем качественной и количественной оценки загрязняющих веществ, присутствующих в сточных водах целлюлозно-бумажных предприятий, в различных количествах (в том числе в пределах ниже диапазонов существующих методов выполнения измерений). С внесением изменений в технологический процесс (реконструкция производства, замена используемых химикатов и т.д.) последует изменение состава сточных вод, для оценки изменения которого также целесообразно использовать показатель ХПК.

Рисунок 2.34 - Вклад загрязняющих веществ различной химической природы сточных вод ЦБП в маркерный показатель ХПК, отн. %:

а - производственные сточные воды (предприятие 1);

б - производственные сточные воды (предприятие 2);

в - сточная вода на выпуске в водоем (предприятие 2)

Основные усредненные показатели загрязняющих веществ, поступающих с производственными сточными водами на внеплощадочные очистные сооружения, представлены в таблице 2.52.

Таблица 2.52 - Усредненные показатели загрязняющих веществ, поступающих с производственными сточными водами на очистные сооружения

Показатель	Единица измерения	Значение показателя
Взвешенные вещества	кг/т в. с. ц.	8,5-10
БПК полн.	кг/т в. с. ц.	10,5-31,5
ХПК	кг/т в. с. ц.	50,1-155,5

Общая принципиальная схема процесса очистки сточных вод предприятий ЦБК представлена на рисунке 2.35.

Рисунок 2.35 - Общая принципиальная схема процесса очистки производственных сточных вод

Процесс очистки производственных сточных вод целлюлозно-бумажных предприятий на внеплощадочных очистных сооружениях включает в себя следующие основные стадии:

- первичную очистку сточных вод - механическую очистку;

- нейтрализацию и усреднение (опционально);

- вторичную очистку сточных вод - биологическую очистку;

- третичную очистку сточных вод - доочистку;

- обработку осадка сточных вод;

- выпуск очищенных сточных вод.

2.9.1.1 Механическая очистка сточных вод

Загрязненные производственные сточные воды от различных технологических подпроцессов целлюлозно-бумажных предприятий перед подачей их на внеплощадочные очистные сооружения частично проходят предварительную очистку на локальных внутрицеховых сооружениях очистки.

Внутрицеховая очистка позволяет обеспечить остаточное содержание взвешенных веществ в сточных водах, поступающих на внеплощадочные очистные сооружения, не более 200-250 мг/л ¹¹.

Первичная или механическая очистка производственных сточных вод на внеплощадочных очистных сооружениях включает:

- механическую очистку от крупных взвешенных веществ на решетках;

- механическую очистку от мелкодисперсных взвешенных веществ в первичных отстойниках.

Крупные включения (кора, непровар, сучки и т.д.) задерживаются на решетках, удаляются в контейнер и далее вывозятся автотранспортом в санкционированные места хранения отходов.

Мелкодисперсные взвеси (целлюлозное волокно, древесные частицы, шлам и т.д.) под действием сил гравитации осаждаются на дно первичных отстойников и в ряде предприятий откачиваются насосами на илоуплотнители. Влажность осадка первичных отстойников составляет 97 % - 98 %.

Осветленные сточные воды подаются на биологическую ступень очистки.

Эффект от первичной очистки зависит от свойств и качества сточных вод, поступающих на очистные сооружения. Эффективность удаления взвешенных веществ может находиться в пределах 50 % - 70 %.

При необходимости более глубокой механической очистки (с эффективностью более 70 %) возможно применение физико-химических методов очистки сточных вод.

2.9.1.2 Нейтрализация и усреднение сточных вод

Перед ступенью биологической очистки сточные воды подвергаются нейтрализации, обогащению биогенными элементами и усреднению.

Данные мероприятия могут предусматриваться как непосредственно перед биологической очисткой, так и перед подачей сточных вод на первичные отстойники.

Нейтрализация предназначена обеспечить реакцию среды сточных вод, наиболее благоприятную для развития микроорганизмов-окислителей. Наиболее благоприятной для активного ила является нейтральная среда, соответствующая водородному показателю pH = 6,5-7,8.

Нейтрализация осуществляется путем введения в сточную воду соответствующих реагентов - щелочи или кислоты в зависимости от среды сточных вод - до подачи сточных вод в усреднитель.

Также в камеру смешения усреднителя производится подача биогенных элементов - фосфора и азота. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов содержание биогенных элементов перед биологической очисткой должно быть не менее 5 мг/л азота (N) и 1 мг/л фосфора (Р) на каждые 100 мг/л БПК _полн, т.е. БПК:N:Р = 100:5:1. В зависимости от состава стока дефицит биогенных элементов частично или практически полностью может быть устранен приносом богатого азотом и фосфором коммунального стока.

Необходимость усреднения сточных вод перед ступенью биологической очистки обусловлена неравномерностью их поступления от производств, как по расходным показателям, так и по содержанию загрязняющих веществ. Смешение и усреднение сточных вод предусматривается в специальных сооружениях - усреднителях.

2.9.1.3 Биологическая очистка сточных вод

Целью вторичной, или биологической, очистки сточных вод является удаление органических веществ. Для вторичной очистки основными альтернативами являются аэробный и анаэробный способы биологической очистки. Наибольшее распространение на российских предприятиях ЦБП получили аэробные способы очистки с использованием активного ила в присутствии растворенного кислорода.

Активный ил представляет собой искусственно выращиваемый при аэрации загрязненных вод биоценоз, населенный бактериями, простейшими и многоклеточными организмами. Очистные сооружения с активным илом состоят из двух основных блоков: аэротенков и вторичных отстойников.

В аэротенках осуществляется процесс биохимического окисления органических веществ аэробными микроорганизмами. Для окисления органики, дыхания микроорганизмов и поддержания активного ила во взвешенном состоянии в систему биологической очистки подается воздух. Осаждение и отделение активного ила от очищенной воды производится во вторичных отстойниках. Очищенная вода после вторичных отстойников либо отводится в водный объект, либо подается на третичную очистку - сооружения доочистки.

Циркулирующий активный ил возвращается в аэротенки для поддержания высокой концентрации ила. Избыточный активный ил поступает на сооружения обработки осадка. Эффективность удаления органических загрязнений по БПК при биологической очистке производственных сточных вод целлюлозно-бумажных предприятий может находиться в пределах 70 % - 98 %. Уровень очищенных сточных вод по показателю БПК ₅ находится в пределах 10-25 мг/л. Соотношение ХПК/БПК - в диапазоне от 4 до 10.

2.9.1.4 Доочистка сточных вод

На некоторых российских предприятиях ЦБП для отделения тонкодисперсных веществ применяется третичная очистка сточных вод - доочистка. В качестве оборудования доочистки используют флотофильтры, фильтры с песчаной загрузкой, пруды-аэраторы. Физико-химическая очистка позволяет получить более низкое содержание органических веществ (БПК, ХПК), а также значительно снизить количество взвешенных веществ, азота, фосфора. От очистки промывных вод фильтров образуется флотошлам, который также поступает на сооружения обработки осадка. Основные усредненные показатели загрязняющих веществ в очищенных сточных водах российских предприятий ЦБП представлены в таблице 2.53.

Таблица 2.53 - Усредненные показатели загрязняющих веществ в очищенных сточных водах

Показатель	Единица измерения	Значение показателя
Взвешенные вещества	кг/т в. с. ц.	0,19 1) - 2,9
БПК полн.	кг/т в. с. ц.	0,16 1) - 2,71
ХПК	кг/т в. с. ц.	13 1) - 50
1) Минимальные показатели соответствуют предприятиям с наличием в схеме очистных сооружений третичной очистки сточных вод (доочистки).

2.9.1.5 Обработка осадков сточных вод

На сооружениях очистки производственных сточных вод образуется большое количество осадков:

- осадок первичных отстойников;

- избыточный активный ил;

- флотошлам от очистки промывных вод флотофильтров.

Обработка всех видов осадков осуществляется, как правило, совместно, поскольку осадки биологической (избыточный ил) и химической (флотошлам) очистки плохо обезвоживаются, и для улучшения способности к обезвоживанию их необходимо смешивать с волокнистым осадком.

Процесс обработки осадка включает в себя следующие технологические операции:

- уплотнение (сгущение) осадка;

- обезвоживание осадка;

- утилизация обезвоженного осадка.

Узел уплотнения осадков предназначен для смешивания исходных осадков перед механическим обезвоживанием и повышения их концентрации. Уплотнение осадков осуществляется на илоуплотнителях.

Для обезвоживания уплотненного осадка используются фильтр-прессы различных конструкций или сепараторы. Для повышения степени водоотдачи осадок перед обезвоживанием, как правило, обрабатывается флокулянтом (раствор полимера). Обезвоживание осадка позволяет уменьшить его объем в 20 раз. Образовавшийся фильтрат возвращается на биологические очистные сооружения. Обезвоженный осадок направляется на сжигание либо на захоронение на полигонах или иных санкционированных местах хранения отходов. Усредненное общее количество отходов от внеплощадочных очистных сооружений рассматриваемых предприятий составляет 20-40 кг в расчете на тонну товарной целлюлозы. Общая схема технологического процесса очистки производственных сточных вод предприятий ЦБК представлена на рисунке 2.36.

Рисунок 2.36 - Общая схема технологического процесса очистки производственных сточных вод

Основная информация о процессе очистки производственных сточных вод, который используют в настоящее время в российской ЦБП, представлена в таблице 2.54.

Таблица 2.54 - Основная информация о процессе очистки производственных сточных вод

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование
Загрязненные производственные сточные воды	Механическая очистка сточных вод	Осветленные сточные воды. Отходы с решеток. Осадок	Решетки. Песколовки. Первичные отстойники
Осветленные сточные воды. Биогенные соли; Реагенты (кислоты, щелочи)	Нейтрализация и усреднение сточных вод	Осветленные сточные воды	Усреднители
Осветленные сточные воды	Биологическая очистка сточных вод	Биологически очищенные сточные воды. Активный ил	Аэротенки. Биореакторы. Вторичные отстойники
Биологически очищенные сточные воды	Доочистка сточных вод	Очищенные сточные воды. Шлам	Песчаные фильтры. Флотофильтры. Пруды-аэраторы
Осадок. Избыточный активный ил	Обработка осадка сточных вод	Обезвоженный осадок	Илоуплотнители. Сгустители. Сепараторы. Фильтр-прессы. Центрифуги

Характеристика технологического оборудования, применяемого в процессе очистки производственных сточных вод, представлена в таблице 2.55.

Таблица 2.55 - Характеристика технологического оборудования

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики 1)
Решетки	Удаление крупных включений	Количество. Пропускная способность в соответствии с гидравлическим расчетом
Первичные отстойники	Удаление мелкодисперсных взвешенных веществ	Количество. Объем. Габаритные размеры в соответствии с гидравлическим расчетом
Усреднитель	Нейтрализация, усреднение, обогащение биогенными элементами	Количество. Объем. Габаритные размеры в соответствии с гидравлическим расчетом
Аэротенки	Окисление органических веществ аэробными микроорганизмами	Количество. Объем. Габаритные размеры в соответствии с гидравлическим расчетом
Вторичные отстойники	Разделение активного ила и очищенной воды	Количество. Объем. Габаритные размеры в соответствии с гидравлическим расчетом
Флотофильтры	Удаление тонкодисперсных веществ	Количество. Объем. Габаритные размеры в соответствии с гидравлическим расчетом
Фильтры с песчаной загрузкой	Удаление тонкодисперсных веществ	Количество. Объем. Габаритные размеры в соответствии с гидравлическим расчетом
Пруды-аэраторы	Удаление тонкодисперсных веществ	Количество. Объем
Илоуплотнители	Уплотнение осадка	Количество. Объем. Габаритные размеры
Сгустители	Сгущение осадка	Количество. Производительность
Ленточные фильтр-прессы	Обезвоживание осадка	Количество. Производительность
Декантеры	Обезвоживание осадка	Количество. Производительность
Сепараторы	Обезвоживание осадка	Количество. Производительность
Камерные фильтр-прессы	Обезвоживание осадка	Количество. Производительность
Иловые площадки	Обезвоживание осадка, хранение	Количество. Объем
1) Технологические характеристики зависят от производительности линии.

2.9.2 Общая схема процесса очистки сточных вод производства макулатурных волокон

Предприятия - переработчики макулатурного сырья, производящие бумагу и картон, отличаются меньшими объемами сточных вод, по сравнению с целлюлозно-бумажными предприятиями полного цикла переработки. Объемы сточных вод составляют от 7 и более м ³/т, в зависимости от уровня цикличности водооборота. pH сточных вод имеет уровень значений 7,5...9,0.

Сточные воды таких предприятий представляют собой многокомпонентную водную систему, содержащую основные группы веществ:

- взвешенные вещества;

- растворенные неорганические компоненты;

- растворенные органические компоненты.

Перечень контролируемых показателей качества сточных вод предприятий переработчиков макулатуры аналогичен списку маркерных веществ общепринятых в ЦБП. Основными источниками загрязнения сточных вод предприятий, перерабатывающих макулатуру являются стадии очистки, сортирования, промывки массы и отходов. По характеру содержащихся загрязняющих веществ производственные сточные воды относятся к волокносодержащим.

Многообразие систем водоотведения, очистки и возврата повторно используемой воды при производстве продукции из макулатурного сырья может быть приведено к основным вариантам:

- отведение всех сточных на очистку (механохимическую или биологическую) одним потоком;

- отведение сточных вод на очистные сооружения несколькими потоками, которые собираются на различных стадиях подготовки макулатурной массы, а также от картоно- или бумагоделательных машин.

Система отведения сточных вод раздельными потоками основана на объединении потоков, содержащих близкие по фазово-дисперсному состоянию загрязнения. На начальных этапах переработки макулатуры в оборотные воды переходят преимущественно органические вещества с низкой молекулярной массой, легко поддающиеся биоокислению, организация циркуляции оборотной воды размольно-подготовительного отдела позволяет выводить эти загрязнения непосредственно на биологическую очистку. Загрязнения, содержащиеся в избыточных водах отдела формирования бумаги и картона, хорошо удаляются физико-химическим способом. Данная технология раздельной очистки сточных вод позволяет уменьшить объем стоков, отправляемых на механохимическую очистку и сократить образование осадка. Основной задачей очистки оборотной воды является извлечение растворенных органических веществ, эффективность механохимической очистки составляет 30...35 %, биологической - до 90 %.

Очистку сточных вод проводят в 3 основные стадии: механическая очистка, биологическая очистка и современные способы очистки (ультра-микрофлотация, обработка озоном).

Большинство предприятий - переработчиков макулатуры не имеет собственных очистных сооружений, что обусловлено их невысокой производительностью и сравнительно малым объемом образующихся стоков. В большинстве случаев предприятия имеют стадию локальной очистки, оснащенную флотаторами, дисковыми фильтрами и/или другими устройствами, направленными на удержание волокна и прочих взвешенных частиц. Как правило, после локальной очистки сточные воды направляются на общегородские очистные сооружения.

Примерный состав сточных вод представлен в таблице 3.10.

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Вместо слов "таблице 3.10" следует читать "таблице 2.56"

Таблица 2.56 - Вклад растворенных минеральных веществ в общее значение показателя ХПК при производстве вторичных волокон и продукции на их основе

Производство/тип сточных вод	Вклад растворенных минеральных веществ, % от общего значения ХПК
Предприятия, производящие бумагу из макулатурного сырья:
- до биологической очистки	27-50
- после биологической очистки	65

Разница между общим значением показателя ХПК и вкладом взвешенных веществ и растворенных минеральных веществ составляет вклад в ХПК растворенных органических веществ (см. таблицу 2.57).

Таблица 2.57 - Вклад растворенных органических веществ в общее значение показателя ХПК при производстве вторичных волокон и продукции на их основе

Производство/тип сточных вод	Вклад растворенных органических веществ, % от общего значения ХПК
Предприятия, производящие бумагу из макулатурного сырья:
- до биологической очистки	8,3-15,5
- после биологической очистки	17-24