АППАРАТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНЫХ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к технике производства целлюлозы и может быть использовано для проведения исследований в области обработки и/или переработки целлюлозосодержащих растительных материалов древесной и недревесной природы в различных условиях путем физического воздействия на них жидкими средами или водяным паром с одновременным или последующим химическим воздействием реагентами в жидкофазной среде, а также для определения степени влияния этих воздействий и характеристик обрабатываемых материалов на свойства промежуточных и конечных паровоздушных, жидкофазных и твердых продуктов.

Известен варочный аппарат периодического действия (SU, а.с. 1719506, D21C 7/00, опубл. 15.03.92), содержащий корпус с цилиндрической частью, днищем и крышкой с горловинами, имеющими фланцы для соединения с крышкой и днищем, внешние средства для рециркуляции жидкой фазы и отбора ее проб.

Недостаток этого устройства при использовании его в исследовательской работе связан с тем, что обработке единовременно можно подвергать лишь один образец материала и поэтому для определения, например, выхода целлюлозы из щепы разных пород древесины или смесей щепы разных пород древесины при прочих равных условиях необходимо проводить большое число испытаний.

Наиболее близким по технической сущности и назначению к предлагаемому изобретению является лабораторный автоклав, разработанный экспериментально-производственными мастерскими Ленинградской лесотехнической академии имени С.М. Кирова. Автоклав состоит из образующих его рабочую полость цилиндрического корпуса, днища и крышки и снабжен средствами герметизации рабочей полости, термостатированного ее обогрева, подачи жидкой и твердой фаз и их вывода, сеткой для фильтрации жидкой фазы.

Недостаток этого автоклава (аппарата) также определяется тем, что единовременно можно подвергать обработке лишь один образец материала. Кроме того, при использовании этого аппарата нет возможности проводить обработку материала в режиме рециркуляции жидких фаз, с отбором, при необходимости, проб этих фаз.

Новыми результатами от использования предлагаемого аппарата является обеспечение возможности одновременной обработки жидкой фазой нескольких образцов материалов, проведения, при необходимости, обработки со сменой жидкой фазы, в режиме рециркуляции каждой жидкой фазы, например, с отбором проб, исследования каждого из образцов обработанных в одинаковых условиях материалов.

Указанные результаты достигаются тем, что в аппарате для обработки растительных материалов, состоящем из образующих его рабочую полость цилиндрического корпуса, днища и крышки и снабженном средствами герметизации рабочей полости, термостатированного ее обогрева, подачи жидкой и твердой фаз, вывода этих фаз и парогазов, сеткой для фильтрации жидкой фазы, согласно изобретению, его рабочая полость разделена на зоны, образованные помещенными в нее элементами, каждый из которых состоит из цилиндрической части и перфорированного днища с расположенной на нем накладной фильтрующей сеткой, при этом крышкой каждого элемента в рабочем состоянии аппарата служит днище расположенного выше элемента. Аппарат дополнительно снабжен наружными средствами принудительной циркуляции жидкой фазы, вывода одной жидкой фазы вытеснением другой жидкой фазой, термостатированного обогрева циркулирующей жидкой фазы, а также парогенератором.

На рисунках приведены схемы известного автоклава (рис.1), аппарата по предлагаемому изобретению (рис.2), вертикального разреза по диаметру элемента и крышки для верхнего элемента (рис.3, а) и б), соответственно). Обозначения на рис.1-3 следующие: 1 - корпус, 2 - крышка корпуса, 3 - обмотка подогрева, 4 - кожух, 5 - скоба, 6 - манометр, 7 - винт прижимной, 8 - вентиль сдува, 9 - вентиль нижний, 10 - фильтрующая сетка, 11 - карман для термометра, 12 - рабочая полость аппарата, 13 - элементы, образующие зоны рабочей полости, 14 - крышка для верхнего элемента, 15 - цилиндрическая часть элемента и крышки, 16 - перфорированное днище, 17 - фильтрующая сетка, 18 - зацепы для сборки и разборки элементов.

Количество зацепов 18 у элементов 13 и крышки 14 - одна или две пары.

К вентилям 8 и 9 посредством, например, «гребенок» с вентилями, присоединены средства для обеспечения принудительной рециркуляции жидких сред, для их термостатированного обогрева, для вытеснения из аппарата одной жидкой фазы другой, для отбора проб жидких фаз, насосы, баки, парогенератор (на рис.2 эти известные средства как внешние части предлагаемого аппарата не указаны).

Количество элементов 13 в аппарате может быть от 3 до 5. Оно определяется по принципу удобства эксплуатации аппарата. Объем элементов может быть от 0,5 до 1,0 дм³, одинаковым для всех элементов в аппарате или разным.

Аппарат используют следующим образом. В каждый из элементов 13 на перфорированное днище 16 укладывают фильтрующую сетку 17 с заданным размером отверстий и затем загружают образцы различных растительных целлюлозосодержащих материалов с известной массой в расчете на сухие вещества, например, образцы щепы лиственницы, березы, осины, сосны, смеси щепы этих пород древесины и т.п. Элементы помещают один на другой в полость 12 аппарата. При необходимости верхний элемент закрывают крышкой 14, изготовленной из цилиндрического обода, перфорированного диска (днища) 16 и расположенной на нем фильтрующей сеткой 17. Полость 12 с размещенной в ней сборкой элементов 13 герметично закрывают крышкой 2 аппарата. Присоединяют к аппарату средства для подвода и вывода жидкой фазы, для принудительной ее рециркуляции, для вытеснения одной жидкой фазы другой фазой, парогенератор. Эти средства приспособлены для работы всей системы при температуре жидких фаз до 100°C при работе аппарата в режиме рециркуляции жидкой фазы и при 150-170°C и соответствующем максимальной температуре давлении без рециркуляции жидкой фазы.

После подключения всех систем к аппарату он готов к работе. Обработку материалов можно проводить по любой заданной программе, которая может включать, например, двухстадийную предварительную обработку образцов материалов с рециркуляцией жидких фаз водной экстракцией на первой ступени и отработанным черным щелоком на второй ступени, с выводом из аппарата первого экстракта его вытеснением черным щелоком и выводом щелока его вытеснением варочным раствором, последующую варку по сульфатному или сульфитному способу со ступенчатым подъемом температуры, стоянкой при промежуточной температуре, варку при максимальной температуре, сдувку парогазовых продуктов варки.

После завершения программы аппарат отключают, охлаждают, выводят по заданной программе жидкую фазу, открывают аппарат, извлекают элементы с образцами материалов, обработанных в одинаковых условиях.