Сульфитную целлюлозу варят в специальных варочных кот­лах, куда помещают подготовленную щепу и заливают ее вароч­ной кислотой. Обычный варочный котел — периодически дейст­вующий аппарат, обогреваемый острым, иногда глухим паром. Объем варочных котлов, наиболее распространенных в настоя­щее время, составляет 200, 280, 320 м3.

На рис. 100 показан общий вид типового варочного котла. Внутренняя поверхность стальных котлов защищается от корро­дирующего действия варочной кислоты специальной кислото­стойкой обмуровкой. В последнее время начинают применять котлы из биметаллических материалов: основа — обычная сталь и внутренний слой — кислотоупорная сталь (металл по металлу).

В верхней и нижней части котла имеются горловины со штуцерами. Верхняя служит для наполнения котла щепой и за­крывается крышкой, закрепляемой болтами. Основное назначе­ние нижней горловины — выгрузка массы по специальному тру­бопроводу в резервуары (сцежи). К верхней горловине при по­мощи системы тройников подключаются коммуникационные тру­бы для подачи варочной кислоты и воды, отвода сдувочных га­зов, сообщения с атмосферой, подачи пара для пропитки. В нижней горловине имеются штуцеры для отбора щелока, а также для подачи варочной кислоты и воды. Штуцеры уста­новлены также и в корпусе ва­рочного котла: в верхней части для перепуска избыточной жид­кости, внизу для подачи пара, а иногда и для отбора щелока. В центре котла имеются шту­церы для отбора проб целлю­лозы и щелока и присоедине­ния контрольно-измерительных приборов, предназначенных для измерения температуры и давления.

Для более полного исполь­зования объема котла применя­ются два способа уплотнения щепы: паровой и воздушный. В момент заполнения котла па­раллельно со щепой в котел по­дают струю пара или воздуха и щепа с силой вдувается в ко­тел. Одновременно с этим из котла через боковые штуцеры выводится паровоздушная смесь. Уплотнители увеличива­ют плотность заполнения на 20—30%, что сокращает расход пара и кислоты на варку и увеличивает выход целлюлозы с кубо­метра емкости котла и концентрацию растворенных органических веществ в сульфитном щелоке.

Рис. 100. Общий вид варочного кот­ла с бункером и сцежей: 1—корпус котла; 1—верхняя горловина; 3— нижняя горловина; 4— труба для вы­пуска массы; 5 — ввод пара; 6 — контроль и отбор проб; 7 — верхние коммуникации, 8 — нижние коммуникации; отбор щелока; 9 — сцежа для вымывки; 10 — бункер для щепы; 11 — штуцер для отвода жидкости

Техническая целлюлоза в зависимости от ее дальнейшего назначения имеет различную степень делигнификации, или сте­пени провара, и характеризуется показателем жесткости. Этот показатель по существу эквивалентен содержанию остаточного лигнина в сваренной целлюлозе. Очевидно, режим варки для
получения того или иного сорта целлюлозы будет различным и окажет влияние на состав и свойства сульфитных щелоков.

При содержании в целлюлозе примерно до 2% лигнина ее называют мягкой. Это — лучшие сорта, легко подвергающиеся в дальнейшем отбелке. При содержании лигнина 2—3,5% цел­люлозу называют средней жесткости, при содержании лигнина 3,5% и выше целлюлоза считается жесткой. Эти сорта обычно не отбеливают. Лучшие сорта мягкой целлюлозы, идущие на химическую переработку, называют вискозной целлюлозой. Жест­кость целлюлозы выражается в условных единицах — градусах жесткости, которые соответствуют расходу какого-либо окисли­теля на реакцию с оставшимися в технической целлюлозе лигни­ном и другими примесями.

В нашей практике принято для выражения жесткости целлю­лоз применять условное, но весьма определенное понятие — рас­ход 0,02н. раствора перманганата на 1 г абсолютной сухой тех­нической целлюлозы.

Характеристика целлюлоз по степени жесткости, содержанию лигнина и выходу представлена в табл. 39.

Продолжительность варки зависит от сорта вырабатываемой Целлюлозы, состава варочной кислоты и конечной температуры. Обычно процесс варки длится 6—12 часов. Его можно разделить на два периода: подогрев и собственно варка.

Таблица 39 Характеристика целлюлоз Сорт целлюлозы Перманганат - нос число Содержа­ние лигни­на в % Выход целлю­лозы в % от древесины Очень Мягкая (вискозная) .... 25— 45 1,0-1,2 43 Мягкая.................................................................................. 45- 60 1,2-1,7 46 Средняя............................................................................... 60- 80 2,0—3,0 48 Жесткая................................................................................ 80-120 3,5-5,0 50 Очень жесткая................................................................... 120-140 5,5-6,5 52

Подогрев протекает при повышении температуры до 105—110°. В этот период щепа пропитывается кислотой и равномерно про­гревается. При достижении указанной температуры дальнейший подъем ее на некоторый период задерживают. После этого начи­нают дальше поднимать температуру до конечной (135—150°) и после некоторой стоянки варка заканчивается. В этот период переходят в раствор производные лигнина и происходит основной гидролиз гемицеллюлоз.

При большом объеме котла равномерно варить всю массу щепы довольно трудно не только потому, что температура в раз­личных слоях различна, но неодинакова также и крепость кисло­ты по высоте котла. Пример неравномерного провара массы в котле показан на рис. 101, а. Это можно в значительной мере устранить, применяя принудительную циркуляцию жидкости в котле при помощи циркуляционных насосов. Они забирают жидкость в одной точке котла и подают в другую часть. Здесь возможны различные варианты циркуляции: снизу вверх, сверху вниз, из центра вниз и вверх и другие (рис. 101,6, в).

Наличие искусственной циркуляции позволяет осуществлять обогрев жидкости через выносные подогреватели, включенные в систему циркуляции (рис. 101, в). Встречаются также комбини­рованные системы с прямым и непрямым обогревом.

Принудительная циркуляция, обеспечивая хороший провар щепы, увеличивает выход целлюлозы из древесины и улучшает ее механические свойства, снижает расход пара и ускоряет вар­ку. Принудительная циркуляция позволяет также вести варку при большом уплотнении щепы в котле. Непрямой обогрев и большая степень уплотнения позволяют получить сульфитный щелок с более высокой концентрацией органических веществ и Сахаров, что очень важно при их дальнейшей переработке.

Целлюлозу варят по определенному температурному графи­ку. Принципиальный график варки приведен на рис. 102, а. В за­висимости от сорта вырабатываемой целлюлозы применяются различные температурные режимы, значительно различающиеся между собой (рис. 102,6).

Среди возможных вариантов крайними будут так называемые быстрые и замедленные варки. В первом случае (кривая /) ко­нечной температуры достигают в относительно короткий срок и поддерживают ее наиболее высокой (до 150—155°). Такие ре­жимы обычно применяются для варки жестких целлюлоз. Напро­тив, варки мягких и вискозных целлюлоз характеризуются растя­нутым процессом при относительно низкой конечной температуре (135—140°). Кроме активного времени, затрачиваемого на варку, в полный оборот котла входит время на операции загрузки ще­пы, подачи кислоты, спуска газа, разгрузки котла. Из общего оборота котла активное время варки составляет 65% и 35%' времени расходуется на операции вспомогательного характера.

По окончании варки частично или полностью сдувается газ и содержимое котла выгружается в сцежу.

Излишки сернистого ангидрида и часть жидкости путем сдувок паро­газовой смеси и оттяжек отводят из варочных котлов в регенераиионную си­стему. Основная задача регенерации—укрепление варочной кислоты и повы­шение ее начальной температуры. Применяются различные варианты регене­рации, из которых мы рассмотрим принципиальную схему горячей двухсту­пенчатой регенерации (рис. 103).

По данной схеме работают две регенерационных цистерны под разными давлениями: первая при 3 атм, вторая при 1,5 атм. Сырая башенная кислота

ГлЬ!

Варка

135450

Подогрев

Кг

И

Время

Подъем Подъем Сдцбна

T ISO W № 120 No 100 30 80 70 60 50

W5-I10

Стоянка варка

О

10 11

__ 1__ ' ' ' ■

* 5 В Яоемя час

Рис. 102. Температурный режим варки целлюлозы:

А — принципиальный график; б — примеры различных варок: /—быстра? варка; 2 и 3 — обычные средние варки; 4 — мягкая варка

Вода

ИзВестнш

Рис. 103. Принципиальная схема горячей двухступенчатой регенерации:

/ — варочный ко тел; 2— цистерна высокого давления; 3 — цистеоня нипкого давления; 4 — поглотительный бак; 5 — колонка; 6 — сборник сырой (турменной) кислоты; 7—Тур- Ма; 8 — насосы

Поступает в цистерну низкого давления, куда направляется для поглощения избыточный газ из цистерны высокого давления. Последняя и служит резер­вуаром, из которого поступает на варку готовая варочная. кислота. Сдувочные газы поступают из котла в нижнюю часть первой цистерны, где большая часть S02 поглощается кислотой. Избыточные газы подают во вторую цистер­ну, также наполненную кислотой, а из нее в сборник башенной кислоты. Над сборником кислоты установлена скрубберная колонка с деревянной или кера­миковой насадкой. Через эту колонку наполняют сборник холодной башен­ной кислотой, которая поглощает избыточный газ. Непоглощенный газ из колонки направляется в башню.