РЕАКТОР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО АВТОГИДРОЛИЗА ДРЕВЕСИНЫ
REACTOR FOR CONTINUOUS AUTO-HYDROLYSIS OF WOOD

Изобретение относится к конструкции устройства для проведения автогидролиза древесной массы с целью получения целлюлозы и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности. Преимущественно данное изобретение предназначено для переработки отходов древесины осины в виде щепы.
Известно устройство для получения волокнистой массы из щепы, состоящее из загрузочного устройства, пропиточной камеры высокого давления, разгрузочного устройства, узла сброса давления и выдувного резервуара (см., например, а.с. СССР №561763, МПК D21B 1/36, 1977).
Недостатком данного изобретения является выделение вредных веществ в процессе обработки древесной щепы.
Указанный недостаток обуславливается обработкой древесной щепы в пропиточной камере химикатами, которые в результате взаимодействия с веществами древесины образуют вредные и дурнопахнущие летучие соединения.
Известна также установка взрывного автогидролиза древесной биомассы, состоящая из бойлера, паронакопителя, реактора, циклона-приемника и разгрузочного устройства (см., например, книгу «Комплексная переработка древесных отходов с использованием метода взрывного автогидролиза», А.А.Ефремова, И.В.Кротова, Красноярский государственный торгово-экономический институт, г.Красноярск, 1999 г.).
Недостатком данного изобретения является периодичность действия и, следовательно, малая производительность.
Указанный недостаток обусловлен наличием реактора однократного периодического действия, работающего в режиме «загрузка - выдержка под давлением - выгрузка». Данная конструкция не обеспечивает непрерывности процесса.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является реактор для непрерывного автогидролиза, состоящий из загрузочного устройства, входного шнека, реактора, парогенератора, выходного шнека, центрального шнека, клапана для сброса давления, сборника продукции (см., например, Технология целлюлозы в 3-х т. Т.3. Непенин Ю.Н. Прочие способы производства целлюлозы. - 2-е изд., перераб. - М.: Лесн. пр-ть, 1990. С.571-572).
Для обеспечения непрерывности процесса в конструкции установки предусмотрены шнековые винты загрузки и разгрузки, а также центральный шнек, перемещающий обрабатываемую древесную массу в самом реакторе. Наличие таких конструктивных особенностей приводит к образованию пробок из обрабатываемого материала, которые обеспечивают герметичность системы и равномерную подачу сырья.
Недостатками известного технического решения являются высокие энергетические затраты, неравномерность пропарки древесной щепы за короткий промежуток времени и, как следствие, низкое качество получаемого продукта.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией центрального винтового шнека в реакторе цилиндрической формы. Он применяется непосредственно для транспортировки материала в процессе его обработки в реакторе, в связи с чем происходит уплотнение щепы и, как следствие, низкая степень пропарки ее водяным паром извне за короткий промежуток времени. Следовательно, время, необходимое для полного прогрева и пропарки щепы, возрастает, а с ним возрастают и энергетические затраты как на образование водяного пара, так и на работу самого реактора.
Технической задачей изобретения является снижение энергозатрат на процесс автогидролиза за счет специальной конструкции центрального шнека, транспортирующего материал в реакторе, и рационального использования тепла водяного пара, а также повышение качества получаемого продукта.
Техническая задача решается тем, что в реакторе для непрерывного автогидролиза древесины, включающем загрузочное устройство, входной шнек, реактор, парогенератор, выходной шнек, центральный шнек, клапан для сброса давления, сборник продукции, новым является то, что реактор выполнен в виде конуса с рубашкой для сбора конденсата, подача пара производится из полости перфорированного вала центрального шнека, выполненного в виде конуса, сборник продукта выполнен в виде трех вертикальных резервуаров, каждый из которых оснащен в нижней части горизонтальным шнеком, в верхней части емкостью с растворителями и системой орошения, сборником отработанного раствора; горизонтальный шнек последнего резервуара сообщен с пневматической сушильной камерой; вертикальные резервуары сообщены с барометрическим конденсатором.
Технический результат заключается в снижении энергозатрат на процесс автогидролиза за счет специальной конструкции центрального шнека, транспортирующего материал в реакторе, и рационального использования тепла водяного пара, а также в качественном экстрагировании и очистке полученной целлюлозы.
Изобретение иллюстрируется чертежом, где показана принципиальная схема установки для проведения непрерывного автогидролиза древесины.
Установка для автогидролиза состоит из загрузочного устройства 1, входного шнека 2, центрального шнека 3, перфорированного вала 4, парогенератора 5, реактора 6, выходного шнека 7, клапана сброса давления 8, сборника продукта, выполненного в виде трех вертикальных резервуаров 9, 10 и 11, каждый из которых оснащен в нижней части горизонтальным шнеком 12, в верхней части емкостью с растворителями 13, системой орошения 14, сборником отработанного раствора 15; пневматической сушильной камеры 16, калорифера 17, вентилятора 18, циклона 19, линии отвода отработанных растворов 20, приемника отработанных растворов 21, регулирующих вентилей 22, 23, 24, 25, 26, шиберной заслонки 27, центробежного насоса 28, приемника готового продукта 29. Валы шнеков соединены с электродвигателями 30, 31, 32 через редукторы 33, 34, 35, реактор оснащен рубашкой 36 и шлюзовой камерой 37. Пневматическая сушильная камера оснащена механическим размешивающим устройством 38, редуктором 39, электродвигателем 40. Вертикальные резервуары сообщены через линию отвода пара 41 с барометрическим конденсатором 42.
Установка работает следующим образом. Сырье в виде опилок осины загружают в загрузочное устройство 1, откуда оно переходит во входной шнек 2, вращающийся от электродвигателя 30 через редуктор 33. На входе в реактор 6 сырье образует герметизирующую пробку. Попадая в центральный шнек 3, вращающийся на перфорированном валу 4, через полость которого поступает пар из парогенератора 5, опилки пропитываются водяным паром и подвергаются воздействию температуры. Перфорированный вал 4 соединен с электродвигателем 31 через редуктор 34. Количество поданного пара регулируется вентилем 22. Образующийся конденсат стекает по рубашке 36 через перфорированную часть реактора и удаляется через шлюзовую камеру 37 с вентилями 23 и 24. За счет сужающейся конструкции реактора 6 на выходе образуется пробка, которая сохраняет герметичность реактора. Обработанная древесная масса по выходному шнеку 7, соединенному с валом центрального шнека, доходит до клапана сброса давления 8, в результате открытия которого древесная масса выстреливается в виде волокнистого материала в сборник продукта - резервуар 9. В резервуар 9 из емкости 13 через систему орошения 14 подают растворитель этанол-вода в соотношении 9:1. Подача растворителя регулируется вентилем 25. Отработанный раствор по линии отвода 20 через накопитель 15 и вентиль 26 направляется в приемник отработанных растворов 21. Часть растворителя возвращается на орошение с помощью центробежного насоса 28. Обработанная древесная масса по шнеку 12, работающему от электродвигателя 32 через редуктор 35, направляется в следующий резервуар 10, где происходит аналогичный процесс, в котором в качестве растворителя используется раствор гидроксида натрия концентрацией от 0,4 до 2%. В резервуаре 11 проводят промывку волокнистой массы водой. Далее готовый продукт направляется в пневматическую сушильную камеру 16, куда вентилятором 18 подается воздух, нагреваемый в калорифере 17. Для равномерной сушки целлюлозы используется механическое размешивающее устройство 38, работающее от электродвигателя 40 через редуктор 39. Высушенная целлюлоза пневмотранспортируется через улавливающий циклон 19 и, осаждаясь, попадает в приемник готового продукта 29. Подача воздуха регулируется шиберной заслонкой 27. Водяной пар удаляется из резервуаров 9, 10 и 11 по линии отвода пара 41 и конденсируется в барометрическом конденсаторе 42.
Таким образом, предлагаемая установка для автогидролиза древесины имеет следующие преимущества:
- центральный шнек, выполненный в виде конуса, обеспечивает герметичность реактора за счет образования пробки из древесного материала на выходе;
- перфорированный вал центрального шнека обеспечивает равномерный прогрев и пропарку материала, что сокращает расход пара и, как следствие, сокращает энергозатраты.
- сборник продукта, выполненный в виде трех вертикальных резервуаров, каждый из которых оснащен в нижней части горизонтальным шнеком, в верхней части емкостью с растворителями и системой орошения, сборником отработанного раствора, обеспечивает качественное экстрагирование и очистку полученной целлюлозы.