Описание и анализ объекта автоматизации. Содорегенерационный агрегат (СРК). Описание технологического процесса и основного оборудования, страница 2

В процессе сульфатной варки целлюлозы в варочном котле происходит удаление лигнина и большей части полусахаридов из древесины в раствор белого щелока и образование черного щелока, который в конце варки отбирается из котла и подается на выпарную станцию.   Упаренный черный щелок с концентрацией 64 %  затем сжигается в содорегенерационных котлах (СРК).

В составе сухого остатка черного щелока на сжигание содержится около 53-60% органических веществ и 40-47% - минеральных.

Перед сжиганием к щелоку добавляется сульфат натрия для возмещения производственных потерь щелочи.

Процесс сжигания черных щелоков можно разделить на три последовательные стадии:

-  сушка щелока;

-  пиролиз и коксование органического остатка, сопровождаемые карбонизацией щелочи;

-  выжигание кокса и плавление минерального остатка, сопровождаемые восстановлением сульфата.

Химические реакции, происходящие в первой стадии во время подсушивания щелока, сводятся к взаимодействию щелока с дымовыми газами.

2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O

2NaOH + SO₂ = Na₂SO + H₂O

2NaOH + SO₃ = Na₂SO₄ + H₂O

Na₂S + CO₂ + H₂O = Na ₂CO₃ + H₂S

2Na₂S + 2SO₂ + O₂ = 2Na₂S₂O₃

Na₂S + SO₃ + H₂O = Na₂SO₄ + H₂S

2RCOONa + SO₂ + H₂O = Na₂SO₃ + 2RCOOH

В результате этих реакций весь свободный едкий натр и значительная часть сернистого натрия переходит в карбонат, сульфит, тиосульфат и сульфат натрия. Сульфит и сульфат могут, кроме того, образоваться за счет органически связанной щелочи.

Во второй стадии, во время пиролиза органической части сульфатного щелока, образуется метиловый спирт, ацетон, фенолы, меркаптаны, сероводород и ряд других соединений. Большая часть этих продуктов воспламеняется и сгорает в потоке горячих газов, образуя CO, CO₂, H₂O, SO_2, SO₃, незначительная часть уходит в дымовую трубу не сгорая. Среди минеральных соединений, оставшихся после пиролиза, основную часть составляет карбонат натрия (Na₂SO₃), образующийся в результате разрушения и отложения органических соединений. Кроме того, карбонат получается как продукт карбонизации едкого натра (NaOH) и сернистого натрия (Na₂S), имевшимися в исходном щелоке. [4]

Во время третьей стадии процесса происходит  выжигание кокса и расплавление всех оставшихся  минеральных солей. Параллельно протекает процесс восстановления сульфата в сернистый натрий за счет остаточного органического кокса по реакции:

Na₂SO₄ + 2C = Na₂S + 2CO₂ – 53,6 ккал

Na₂SO₄ + 4C = Na₂S + 4CO – 136 ккал

Na₂SO₄ + 4CO = Na₂S + 4CO₂ – 28,8 ккал

Восстановление сульфата – реакция эндотермическая. По практическим данным для восстановления 1 кг сульфата расходуется до 1700 ккал тепла.

Примерный состав плава, выходящего из топки СРК:

-  карбонат Na₂CO₃ – 55%

-  сернистый натрий Na₂S – 27%

-  не восстановленный сульфат Na₂SO₄ – 10%

-  прочие – 7%

Итого – 100%.

Плав, растворенный в слабом белом щелоке (промывных водах), образует зеленый щелок, который откачивается в цех каустизации при концентрации щелочи 110-120 г/л Na₂O. Реакция каустизации зеленого щелока:

Na₂CO₃ + Na₂S + Ca(OH)₂ = 2NaOH + Na₂S + CaCO₃

После чего опять получается белый щелок, необходимый для варки сульфатной целлюлозы.

Тепловая сторона процесса сжигания черного щелока

В тепловом отношении черный щелок можно рассматривать как высоковлажное малокалорийное топливо. Высшая теплота сгорания сухого вещества черного вещества колеблется в пределах 3500-4000 ккал/кг в зависимости от сорта свариваемой целлюлозы. Распределение общего количества тепла, получаемого при сжигании щелоков, выясняется из теплового баланса СРК:

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆ + Q₇ + Q₈ , где

Q – тепло, получаемое при сжигании щелока;

Q₁ – тепло, затрачиваемое на испарение воды из щелока;

Q₂  - тепло на восстановление сульфата;

Q₃ – тепло плавления минеральной части;

Q₄ – физическое тепло плава;

Q₅ – потери от химической и механической неполноты сгорания;

Q₆ – потери тепла в окружающую среду;

Q₇ – потери тепла с уходящими дымовыми газами;