ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ВАРОЧНЫЙ КОТЕЛ

Полезная модель вертикального варочного котла предназначена для обеспечения эффективного удаления химических и других примесей из технологической древесины с получением α - целлюлозы, отвечающей требованиями соответствующих стандартов при получении заданного фракционного состава и повышения эффективности процесса.
Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности варочного котла для непрерывной варки волокнистого материала. Оно может быть использовано в других отраслях промышленности, например, в схемах по переработке бытовых отходов водой при сверхкритических параметрах (СКВО), получения крупнозернистого гидроксида алюминия в технологии получения глинозема и др.
Известен варочный котел периодического действия (Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы. Том II. Производство сульфатной целлюлозы. - М.: Гослесбумиздат, 1963. С. 137-138), содержащий биметаллический вертикальный цилиндрический корпус, имеющий верхнюю загрузочную и нижнюю разгрузочные горловины, крышку, разгрузочное устройство, циркуляционную сетку с круговым конусообразным козырьком (навесом), штуцеры для подачи и отвода варочной жидкости, пара и промывочной жидкости.
Наиболее близким к заявляемому является варочный котел (RU 2 221 910 МПК D21C 7/00 опубликован 20.01.2004), включающий вертикальный цилиндрический корпус с верхней и нижней горловинами, крышку, разгрузочный узел, жестко прикрепленный к стенке котла, технологические отверстия для подачи и отвода технологических сред.
В то же время прототип обладает следующими недостатками:
1. Вследствие того, что основная часть котла имеет цилиндрическую форму, поток древесной технологической щепы движется сверху вниз как квазитвердое тело. В этих условиях реакционные процессы определяются диффузией, не обеспечивающей равномерное обтекание и проникновение варочной жидкости в капилляры технологической щепы, что приводит к непроварам.
2. Отсутствие регулирования процесса загрузки технологической щепы внутрь котла и, как следствие, необходимость уплотнения и разравнивания щепы путем подачи горячего пара.
3. Процесс является длительным и составляет 2-3 часа.
4. Наличие внутри котла дополнительных элементов, в частности кругового конусообразного козырька, приводит к забиванию котла древесной технологической щепой и, как следствие, к эксплуатационным трудностям. Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
В основу изобретения поставлена задача создания конструкции варочного котла, которая бы позволила осуществить технологию переработки древесных волокнистых материалов в условиях суб- или сверхкритического водного окисления с целью получения α - целлюлозы повышенной белизны при сокращении времени реакции в 10-15 раз, получить классифицированный готовый продукт без «засоров», отвечающий требованиям международных стандартов по физико-химическим и физико-механическим характеристикам.
Техническим результатом является:
1. Повышение производительности котла путем создания псевдоожиженного движения технологической древесной щепы в двухступенчатом котле цилиндроконической формы, обеспечивающего равномерное проникновение варочного раствора внутрь щепы.
2. Повышение эксплуатационной надежности варочного котла, так как в котле отсутствуют дополнительные конструкционные элементы внутри корпуса, которые препятствуют движению потока щепы, при сохранении регламентированных механических и физико-химических свойств получаемой целлюлозы.
Поставленная задача достигается тем, что процесс варки производится в вертикальном варочном котле высокого давления, обеспечивающем проведение технологического процесса при суб- и сверхкритического водного окисления с газификацией древесной технологической щепы. Массообмену в данном котле придается организованный характер, когда поток древесной технологической щепы перемещается снизу аппарата вверх в режиме псевдоожижения в воде. Контакт окислителя, воды и древесной технологической щепой происходит в наиболее эффективном режиме псевдоожиженного слоя. Подвод окислителя и воды осуществляют через технологические отверстия для тангенциального ввода в конусообразной части первой ступени, что позволяет более эффективно организовать их перемешивание. Смешивание варочной жидкости, окислителя и древесной технологической щепы происходит в специально предусмотренной камере смешения, которая является цилиндрической и находится в первой ступени аппарата. Для перехода из турбулентного режима в ламинарный предусмотрена переходная камера в виде конуса во второй ступени аппарата. Зона реакции и дополнительной классификации (при необходимости) происходит в цилиндрической части второй ступени.
Существенным отличием заявляемого котла является то, что вертикальный варочный котел, включающий цилиндроконический корпус с расположенными соосно горловинами для загрузки технологической щепы и выгрузки готового продукта, крышку и разгрузочный узел, жестко прикрепленные к корпусу котла, и технологические отверстия для отвода сред отличающийся тем, что варочный котел выполнен двухступенчатым, при этом первая ступень состоит из последовательно соединенных в едином корпусе конуса с углом конусности 30 - 45°, в котором предусмотрены технологические отверстия для тангенциального ввода варочного раствора и окислителя, и цилиндра, при этом отношение высот конической части к цилиндрической части равно 0,1 - 1,1, а вторая ступень состоит из конуса с углом конусности 20 - 30°, в котором расположен узел для ввода древесной технологической щепы в варочный котел в виде жестко зафиксированной трубы со шнековой подачей продукта длиной, равной 1,1 - 2,0 диаметров цилиндрической части первой ступени, причем отношение высот конической части второй ступени к цилиндрической части второй ступени равно 3-5, отношение диаметров цилиндров первой и второй ступени составляет 0,6 - 0,9, а узел для отвода образовавшихся в котле газообразных продуктов окисления расположен в крышке котла.
Предлагаемый двухступенчатый цилиндроконический вертикальный варочный котел представлен на фиг. 1 в виде схемы с указанием распределения потоков варочной жидкости и технологической щепы
Варочный котел состоит из:
1 - технологическое отверстие для тангенциального ввода варочного раствора; 2 - технологическое отверстие для тангенциального ввода окислителя; 3 - камера выгрузки крупного продукта; 4 - устройство для ввода древесной технологической щепы; 5 - камера смешения; 6 - переходная камера; 7 - реакционная камера; 8 - устройство для отвода готового продукта; 9 - устройство для отвода газообразных продуктов окисления. Нижний конус (2) и цилиндр (3) образуют первую ступень варочного котла; верхний конус (6) и цилиндр (7) образуют вторую ступень варочного котла.
Котел работает следующим образом. Варочная жидкость через технологическое отверстие (1) и окислитель через технологическое отверстие (2) поступают тангенциально в конусообразную камеру выгрузки готового продукта (3). Оба потока смешиваются и подхватывают поступающую через узел для ввода древесной технологической щепы (4) щепу. Перемешивание всех компонентов и организация псевдоожиженного движения технологической щепы осуществляется в цилиндрической камере смешения (5). Здесь же происходит пропарка технологической щепы. Перемешанная с варочной жидкостью насыщенной окислителем и пропаренная древесная технологическая щепа в режиме псевдоожижения поступает в коническую переходную камеру (6). Из камеры (6) технологическая щепа поступает в цилиндрическую реакционную камеру (7), где поток из турбулентного режима переходит в ламинарный, то есть стабилизируется. В камере (7) осуществляется газификация и классификация технологической щепы. Готовый продукт из камеры (7) стекает вниз по стенкам корпуса и удаляется через устройство (8). Газы, являющиеся продуктом окисления, выводятся через устройство для отвода газообразных продуктов окисления (9).
Пример 1.
Габаритные размеры и характеристики котла представлены в таблице 1.
Пример 2.
Габаритные размеры и характеристики котла представлены в таблице 2.
Предложенная конструкция варочного котла работает более эффективно в сравнении с существующими конструкциями, как с точки зрения повышения производительности, так и с точки зрения эксплуатации. Такая конструкция может быть использована в целлюлозной промышленности, производстве глинозема, пищевой промышленности и т.п.