Показатели процесса промывки

Степень отбора сухих веществ щелока или эффективность промывки при условии использования на последнюю ступень промывки чистой воды, определяется отношением:

 

 

 

Ŋ = G / G₀, или Ŋ = (V • C)/(V₀•C₀)

 

где G – это количество сухих веществ в щелоке, отбираемом с первой ступени промывки, кг/т

G₀ – количество сухих веществ в щелоке после варки, кг/т;

C, C₀ – концентрации сухих веществ в отобранном и исходном щелоках, соответственно

 

При использовании на последней ступени промывки промывного фильтрата, образующегося, например, при промывке целлюлозы после кислородной делигнификации, расчет степени отбора сухого остатка производится по формуле:

 

Ŋ = (V • C – W • C_w)/(V₀ • C₀)

 

Для современных промывных установок эффективность промывки должна составлять 98…99 %.

 

Оценить результаты промывки можно также по относительной концентрации сухих веществ (f):

 

f = C / C₀ = 0.65…0.80

 

где: C – концентрация сухих веществ в отбираемом щелоке, %

C₀ – концентрация сухих веществ в щелоке после варки

 

Степень разбавления щелока может быть выражена зависимостью:

 

k = 1 / f

 

Относительный объем также характеризует степень разбавления щелока, отбираемого с первой ступени промывки:

 

m = V / V₀ = 1.2…1.4

 

где: V – масса щелока, отбираемого с первой ступени промывки, т/ т;

V₀- масса щелока в конце варки целлюлозы, т/ т

 

V всегда больше V₀ на фактор разбавления при промывке целлюлозы (F), который представляет собой объем (массу) промывной жидкости (в м³/т), которая поступает в щелок при промывке целлюлозы, т.е.

 

F = V - V₀;

 

Фактор разбавления также можно рассчитать по формуле:

 

F = W₀ – V_i,

 

где: W₀ - расход воды на промывку, м³/т

V_i – объем фильтрата в промытой массе, м³/т

 

Коэффициент вытеснения (DR) определяется по формуле:

 

DR = (C_v- C_s) / (C_v- C_w),

 

Где: C_v - концентрация сухих веществ в щелоке в ванне фильтра;

C_s - концентрация сухих веществ в целлюлозной папке после промывки;

C_w – концентрация сухих веществ в промывном фильтрате.

 

 

Основные процессы и явления при промывке.

 

К числу важнейших физико-механических процессов и физико-химических явлений, происходящих при промывке целлюлозы следует отнести: отжим щелока из целлюлозной массы; фильтрацию щелока сквозь целллюлозную массу; диффузию растворенных веществ из целлюлозного волокна, адсорбцию волокном растворенных в щелоке веществ; вспенивание щелока.

 

При механическом отжиме полнота отделения щелока ограничена из-за возрастания внутреннего капиллярного давления и уменьшения диаметра капилляров в результате спрессовывания массы. Как известно, высота поднятия жидкости в капилляре (h) определяется по следующей формуле:

 

h = 4σ/ ρd,

где: σ – поверхностное натяжение жидкости;

ρ– плотность жидкости;

d – диаметр капилляра.

 

Капиллярное давление определяется из выражения:

p = ρ • h = 4σ / d;

 

Даже при давлении на слой массы 15 МПа, остаточное содержание щелока в массе составляет 0.7 кг/кг сухого волокна, т.е. сухость волокна достигает примерно 59 %. Влага удерживается не только в клеточных стенках волокна, но и в люменах волокон.

 

При фильтрации происходит перемещение жидкости через слой массы, находящийся на фильтрующей поверхности. Скорость фильтрации может быть вычислена по уравнению Пуазейля:

 

q = ∆p / Rl,

 

где: ∆p - разность давлений по сторонам фильтрующего слоя;

l - толщина фильтрующего слоя;

R - коэффициент сопротивления фильтра,

 

R = 32µ / φd²,

 

Где: µ - динамическая вязкость жидкости;

φ – коэффициент живого сечения фильтра (доля площади поверхности, приходящаяся на промежутки между волокнами);

d – средний диаметр капилляров в фильтрующем слое.

 

q = ∆p• φd² / l•32µ

 

Коэффициент сопротивления фильтра зависит от вязкости фильтруемой жидкости и диаметра канальцев в фильтрующем слое. Вязкость щелока снижается с понижением концентрации сухих веществ и с повышением температуры, поэтому при использовании для промывки горячей воды, скорость промывки возрастает.

 

С повышение перепада давления ускорение фильтрации происходит только до определенной величины ∆p, называемой критическим давлением (0.25…0.30 МПа), так как придальнейшем увеличении перепада давлений целлюлозная масса сжимается, и коэффициент сопротивления фильтра R растет по степенной зависимости:

 

R = A∆pⁿ,

где: А - постоянный коэффициент;

n – показатель сжимаемости, равный 0.40…0.45. Зависит от числа каппа целлюлозы – у мягких целлюлоз показатель сжимаемости выше, чем у жестких.

 

Практический вывод – чтобы избежать «мертвой» запрессовки и добиться успешной фильтрации необходимо вести промывку массы в тонком слое.

 

Диффузия - это процесс перемещения молекул, ионов, коллоидных частиц за счет разности концентраций. Извлечение растворенных веществ из клеточных стенок целлюлозных волокон происходит за счет диффузии. Процесс диффузии сопровождается выравниванием концентрации, т.е., смешением и разбавлением жидкости. Скорость диффузии определяет продолжительность промывки целлюлозы и обуславливает многоступенчатость процесса. Скорость диффузии в стационарных условиях определяется первым законом Фика:

 

dG/dτ = DFdc/dx

 

где: dG/dτ – количество вещества, диффундируемого в единицу времени;

D - коэффициент диффузии, зависит от природы растворителя;

F - площадь поверхности, через которую происходит диффузия;

dc/dx - градиент концентрации, т.е. снижение концентрации диффунидируемого вещества на единицу длины х вдоль направления, в котором происходит диффузия.

 

Так как скорость диффузии возрастает с увеличение площади поверхности, через которую идет процесс диффузии, целлюлозную суспензию перед промывкой сепарируют, т.е. разделяют на волокна. При производстве целлюлозы высокого выхода, полуцеллюлозы перед промывкой эти полуфабрикаты подвергают рафинирующему размолу.

 

Кроме того, скорость диффузии возрастает с увеличением температуры, для чего повышают температуру промывной жидкости до 60…80⁰С.

 

Адсорбционная способность целлюлозы – обусловлена пористой структурой, сильно развитой внутренней поверхностью и отрицательным зарядом поверхности. В кислой среде центрами адсорбции являются полярные гидроксильные группы, в щелочной - ОН и СООН группы. Предел адсорбции целлюлозой ионов металлов пропорционален величине рН раствора. С увеличением валентности катионов металлов адсорбция их возрастает. В зависимости от числа каппа адсорбция щелочи составляет 06…2.5 кг Na₂O/т целлюлозы. Адсорбированные катионы натрия не могут быть удалены при промывке и являются неизбежной потерей щелочи при промывке.

 

Вспенивание щелоков - вызывает большие затруднения при промывке целлюлозы на барабанных вакуум-фильтрах. Причиной вспенивания щелоков является присутствие в них органических поверхностно-активных веществ (ПАВ) – лигносульфонатов в сульфитном щелоке, сульфатного мыла – в черном щелоке. Эти ПАВ понижают поверхностное натяжение на границе соприкосновения щелока с воздухом и адсорбируются в поверхностном слое, образуя прочные пленки, окружающие воздушные пузырьки. Получается очень устойчивая пена, способная продержаться больше суток. Для борьбы с пеной используют дорогостоящие пеногасители. В последнее время создано промывное оборудование, исключающее попадание воздуха в щелок.

 

Техника промывки. Оборудование для промывки целлюлозы.

 

На современных предприятиях промывка целлюлозы производится с использованием многоступенчатой противоточной схемы (рис 1, 2)

 

Промывные установки с барабанными вакуум-фильтрами включают 3…4 ступени промывки. Количество ступеней определяется способом опорожнения варочного котла. При использовании «вымывки» отбор крепкого щелока производится из котла, и для промывки используется 3-х ступенчатая промывная установка При опорожнении котла «выдувкой» промывка осуществляется на 4-х ступенчатой установке. Концентрация массы при поступлении на промывную установку поддерживается в пределах 1.0…1.2 %, концентрация массы, сходящей с фильтра – 10…14 %. Количество промывной горячей воды (60…80⁰С), подаваемой на спрыски последнего фильтра, составляет 7…10 м³/т целлюлозы. На остальных фильтрах в качестве промывной жидкости используется фильтрат с последующей ступени промывки (противоток). Технические характеристики отечественных вакуум-фильтров приведены в книги Оборудование целлюлозно-бумажного производства. Т.1, оборудование производства целлюлозы под ред.Чичаева, а также в томе 1 (часть2) Технологии целлюлозно-бумажного производства. Справочные материалы.2003 г., с.103.

 

В современных варочных установках КАМЮР промывка целлюлозы начинается в котле в зоне горячей диффузионной промывки (рис.3) и продолжается в диффузорах непрерывного действия, работающих под атмосферным или повышенном давлении. Промывка осуществляется в закрытой системе, исключающей пенообразование и выбросы дурнопахнущих соединений в атмосферу. Атмосферные диффузоры устанавливают над бассейнами для хранения массы. Первый диффузор был установлен в 1978 г.

 

Устройство диффузора непрерывного действия Масса при концентрации 10…12 5 подается в диффузор из котла Камюр или выдувного резервуара насосом через патрубок в нижней части конуса. Внутри диффузора масса перемещается снизу вверх при неизменной концентрации. В верхней части диффузора находится пакет двухсторонних концентрических кольцевых сит (рис.4,5) с размером отверстий около 2 мм. Высота перфорированной части около 90 см. В промежутки между ситами, заполненными промываемой массой при помощи патрубков из коллектора подается вода или фильтрат. Коллектор с центральным распределителем установлены на вертикальном валу, вращающемся со скоростью 10 об/мин, что обеспечивает равномерное распределение промывной жидкости и хорошие условия для вытеснения щелока. Внутренняя полость сит соединена с коллекторными трубами, отводящими отфильтрованный щелок. Радиальные трубы-держатели служат для поддержания всего пакета сит. Перемещение и встряхивание сит осуществляется с помощью гидроцилиндров, штоки которых соединены с концами держателей в наружных карманах. Из нижнего положения сита вместе с потоком массы медленно, со скоростью 80…10 мм/мин поднимаются вверх на высоту 100…150 мм. В крайнем верхнем положении срабатывает механизм встряхивания, сита резко опускаются вниз, при этом происходит самоочистка сита.. Промытая масса на выходе из ситовой зоны скребками выгружается в приемный круговой карман, откуда сливается в бассейн промытой массы, либо насосом перекачивается на следующую ступень промывки. Отобранный крепкий щелок поступает в бак фильтрата.

 

Производительность диффузоров для промывки сульфатной целлюлозы составляет 300…1400 т/сут.

 

Характеристика барабанных фильтров.

Безгазовый фильтр GFF фирмы Альстрем. Принцип действия основан на разделении газовой и жидкой фаз (рис.7,8,9). GFF – это улучшенная конструкция вакуум-фильтра. Отсасывающая головка GF снижает количество воздуха, поступающего в барометрическую трубу обычного вакуум-фильтра, что вызывает пенообразование и снижает производительность фильтра. Отказ от длинных отсасывающих труб внутри барабана уменьшает стоимость эксплуатации фильтра. Специальная конструкция барабана исключает повторное увлажнение папки. Фильтры GF используются в основном в схемах отбелки, но известны случаи их применения при промывке небеленой целлюлозы.

 

Главная особенность конструкции GFF – минимизировать поступление воздуха в барометрическую трубу. При использовании обычного вакуум-фильтра содержание воздуха составляет 20…30%, при применении GFF – не более 10 %. Максимальный вакуум зависит от температуры процесса, имеется ввиду, температуры массы на ступенях отбелки. Более высокая разность давлений увеличивает скорость фильтрации, производительность фильтра и концентрацию папки. Папка, сформированная при обезвоживании и деаэрации, получается рыхлой, что снижает сопротивление фильтрации. Низкое содержание воздуха в фильтрате позволяет существенно снизить расход пеногасителя и улучшить эффективность промывки.

 

Масса при концентрации 0.7…1.5 % поступает сначала в приемную ванну, а затем плавно перетекает в ванну фильтра даже при перегрузке фильтра. Под поверхностью барабана находятся каналы, сваренные вместе. Наружная поверхность барабана покрыта перфорированным металлическим листом, обтянутым металлической или синтетической сеткой. Отсасывающие трубки – короткие. Когда барабан погружается в массу, каналы заполняются фильтратом под действием гравитации. Далее фильтрат движется по каналам, вытесняя воздух из каналов и отсасывающих трубок в отсасывающую головку, из которой воздух удаляется в газовое пространство под колпаком фильтра. Фильтрат, следующий за воздухом, удаляется из отсасывающей головки в бак фильтрата.

 

После гравитационной ступени начинается обезвоживание папки под действием вакуума, создаваемого барометрической трубой.

 

Барабанный промывной фильтр давления Pro-Feed. Разработан финской фирмой Раума-Репола. Имеет меньшие габариты при более высокой (в 2 раза) производительности. Не имеет барометрических труб. Концентрация массы на входе 3…4 %. Фильтрация осуществляется за счет давления массы в ванне, создаваемого с помощью насоса, подающего массу. Удельный съем с 1 м² поверхности фильтра составляет 14…15 т/сут.

 

Барабанный промывной фильтр давления IMPCO

Барабанный фильтр вытеснительного типа DD

Горизонтальный столовый фильтр Chemi-Washer

Фильтр-прессы

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: