Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Варочный котёл — основной аппарат целлюлозно-бумажного производства (ЦБП), предназначенный для получения целлюлозной массы путём химического разложения древесины на целлюлозу и лигнин. В варочный котёл загружают измельчённую древесину (технологическую щепу), которую подвергают химической обработке варочным раствором (щёлоком) при высокой температуре (130–180 °C) и давлении (1,1–1,3 МПа). Выбор типа варочного котла и режима варки определяется видом вырабатываемой целлюлозы, используемым сырьём и масштабом производства.
Варочный котёл обеспечивает химическое разделение компонентов древесины: целлюлозные волокна отделяются от лигнина, связывающего их в структуре древесины. В зависимости от химического состава варочного раствора различают основные способы варки:
Сульфатный (крафт) способ является наиболее распространённым в мировом производстве целлюлозы благодаря высокой прочности получаемого волокна и возможности переработки различных пород древесины.
К оглавлению
По режиму работы варочные котлы подразделяются на аппараты периодического и непрерывного действия.
Вертикальные цилиндрические сосуды объёмом от 50 до 400 м3, работающие при давлении 10–12 кгс/см2. Цикл включает загрузку щепы, заливку щёлока, подъём температуры, выдержку при максимальной температуре (стоянку) и выдувку сваренной массы. Продолжительность полного цикла — 5–8 часов.
Непрерывная загрузка щепы и выгрузка целлюлозной массы обеспечивает стабильность режима и высокую производительность (300–400 т целлюлозы в сутки и более). К непрерывно-действующим установкам относятся: установки с вертикальным котлом типа Камюр (Kamyr); многотрубные горизонтальные установки типа Пандия (Pandia).
Установка типа Камюр (Kamyr) — наиболее распространённый тип непрерывно-действующей варочной установки для производства сульфатной целлюлозы. Варочный котёл представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат большого диаметра и высоты.
В комплект установки входят: бункер для щепы с вибраторами; дозатор-расходомер; питатель низкого давления (разделяет зоны атмосферного и избыточного давления); пропарочная шнековая горизонтальная камера; питатель высокого давления; варочный котёл; выдувной резервуар; теплообменники и подогреватели щёлока.
Щепа подаётся в верхнюю часть котла, перемещается вниз под действием собственного веса и давления щёлока. Температурный режим поддерживается за счёт циркуляционно-подогревательных систем: щёлок отбирается через ситчатые пояса, нагревается в теплообменниках и возвращается в котёл. В котле поддерживается избыточное давление около 1,2 МПа.
Современные установки непрерывной варки оснащаются устройствами для горячей промывки целлюлозы непосредственно в нижней части варочного котла (так называемая холодная выдувка). Это позволяет снизить потери тепла и улучшить качество промывки. Также применяются модифицированные режимы варки с пониженным содержанием щёлочи в зоне варки для улучшения прочностных свойств целлюлозы.
Установка типа Пандия (Pandia) — многотрубный горизонтальный аппарат, состоящий из нескольких последовательно соединённых горизонтальных цилиндрических труб (секций).
Аппарат Пандия имеет от двух до восьми труб длиной 6–10 м каждая и диаметром от 300 до 1200 мм. Внутри каждой трубы вращается шнек, перемещающий сырьё от входа к выходу. Варочный щёлок и пар подаются через сопла, расположенные на верхней части первой и второй варочных труб.
Установки типа Пандия нашли наибольшее распространение для получения полуцеллюлозы из лиственных пород древесины по нейтрально-сульфитному способу (NSSC). Хотя установки Камюр также применяются для варки полуцеллюлозы, многотрубная конструкция Пандия обеспечивает компактность и удобство при работе с короткими временами варки.
Конструкция с большим количеством движущихся механизмов (шнеки, сальниковые уплотнения) затрудняет эксплуатацию по сравнению с установками Камюр. Однако установки Пандия позволяют гибко регулировать время пребывания щепы в зоне варки за счёт изменения скорости вращения шнеков и количества подключённых секций.
Число Каппа — показатель степени провара (делигнификации) целлюлозы, характеризующий остаточное содержание лигнина. Метод определения числа Каппа регламентирован ГОСТ 10070-74 «Целлюлоза и полуцеллюлоза. Метод определения числа Каппа».
Метод основан на окислении лигнина перманганатом калия (KMnO4) и последующем йодометрическом определении его расхода. Число Каппа пропорционально содержанию остаточного лигнина: ориентировочно содержание лигнина (%) ≈ число Каппа × 0,15.
Ввиду высокой химической агрессивности внутренней среды (щелочные растворы при температуре 130–180 °C) варочные котлы выполняются двухслойными (биметаллическими). Внешний (несущий) слой изготавливается из конструкционной углеродистой стали, воспринимающей давление и механические нагрузки. Внутренний (защитный) слой обеспечивает коррозионную стойкость и изготавливается из высоколегированных нержавеющих сталей (типа аустенитных хромоникельмолибденовых).
Ранее внутренний слой иногда выполнялся из химически стойкого кирпича, однако в современных конструкциях применяются исключительно металлические плакирующие слои или наплавка.
При сульфатной варке отработанный варочный щёлок (чёрный щёлок) содержит растворённый лигнин и неорганические соли. Регенерация химикатов осуществляется в содорегенерационном котлоагрегате (СРК), где чёрный щёлок сжигается, а минеральная часть (плав) превращается в зелёный щёлок (раствор Na2CO3 + Na2S), который затем каустизируется известью (CaO) для получения белого щёлока (NaOH + Na2S), возвращаемого в варочный процесс.
Цикл регенерации обеспечивает возврат до 95–97% варочных химикатов, что является одним из ключевых преимуществ сульфатного способа.
Камюр — вертикальный варочный котёл, в котором щепа перемещается сверху вниз под действием гравитации. Пандия — горизонтальная многотрубная установка с внутренними шнеками для принудительного перемещения щепы. Камюр предпочтителен для сульфатной варки целлюлозы, Пандия — для производства полуцеллюлозы по нейтрально-сульфитному способу.
Температура сульфатной варки составляет 155–175 °C, давление в котле — 0,7–1,3 МПа (избыточное). Конкретные параметры зависят от породы древесины, требуемой степени делигнификации и типа вырабатываемой целлюлозы.
Число Каппа — показатель степени провара (делигнификации) целлюлозы, характеризующий остаточное содержание лигнина. Определяется по ГОСТ 10070-74 методом окисления лигнина перманганатом калия. Чем ниже число Каппа, тем глубже делигнификация. Для хвойной сульфатной целлюлозы, направляемой на отбелку, число Каппа обычно составляет 25–35.
Внутренняя среда варочного котла (щелочной раствор при 130–180 °C и давлении более 1 МПа) обладает высокой химической агрессивностью. Внешний несущий слой из конструкционной стали воспринимает давление, а внутренний слой из высоколегированной нержавеющей стали обеспечивает коррозионную стойкость.
Белый щёлок — варочный раствор для сульфатной варки, содержащий NaOH и Na2S. Чёрный щёлок — отработанный варочный раствор, содержащий растворённый лигнин и неорганические соли. Чёрный щёлок направляется на регенерацию в содорегенерационный котлоагрегат (СРК), где из него восстанавливаются химикаты для повторного использования.
Выход сульфатной целлюлозы составляет 42–52% от массы абсолютно сухой древесины для хвойных пород и 48–56% для лиственных. Выход зависит от глубины делигнификации: чем ниже число Каппа, тем ниже выход. Для полуцеллюлозы выход составляет 65–85%.
Производительность установок непрерывной варки типа Камюр составляет от 300 до 400 и более тонн целлюлозы в сутки. Крупнейшие современные установки, оснащённые системами горячей промывки и холодной выдувки, обеспечивают производительность, значительно превышающую эти значения.
Установки непрерывной варки получили широкое применение для сульфатной и нейтрально-сульфитной варки целлюлозы и полуцеллюлозы. Для кислых сульфитных и бисульфитных варок непрерывные установки применяются значительно реже ввиду особенностей химии процесса.
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Представленные сведения не являются руководством к действию и не заменяют профессионального проектирования. Автор и издатель не несут ответственности за последствия использования информации. Проектирование и эксплуатация варочного оборудования должны выполняться квалифицированными специалистами в соответствии с действующими нормативными документами.
1. Непенин Н.Н. Технология целлюлозы. Т. I–III. — М.: Лесная промышленность.
2. Иванов С.Н. Технология бумаги. — М.: Лесная промышленность.
3. Фляте Д.М. Технология бумаги. — М.: Лесная промышленность.
4. ГОСТ 10070-74 «Целлюлоза и полуцеллюлоза. Метод определения числа Каппа» (с изменениями N 1–4).
5. ГОСТ 11208-82 «Целлюлоза древесная (хвойная) сульфатная небелёная. Технические условия».
6. Smook G.A. Handbook for Pulp and Paper Technologists. — TAPPI Press.
7. Sixta H. (Ed.) Handbook of Pulp. — Wiley-VCH, 2006.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.