19. Промывка целлюлозы

19.1. Задачи и общая характеристика процесса промывки

Сваренная целлюлоза представляет собой суспензию воло­кон в черном щелоке. В процессе промывки целлюлозы проис­ходит отделение черного щелока от сваренной целлюлозной массы. Промывку целлюлозы можно считать начальной стадией регенерации химикатов, так как отделенный от волокна щелок поступает в отдел регенерации щелочи.

Сваренная масса после окончания варки содержит 4  6 м³ черного щелока на 1 т в.с. целлюлозы. Этот щелок распределяется в массе следующим образом: 75 % от общего объема составляет свободный щелок, окружающий отдельные волокна или пучки волокон, 15  20 % заключено во внутренних каналах и полостях волокон и 5 %  во внутренних капиллярах клеточ­ных стенок и внутри межфибриллярных промежутков, т. е. в порах клеточной стенки.

Цель промывки заключается в том, чтобы возможно полнее, с наименьшими потерями отделить черный щелок от волокна. Так как черный щелок в дальнейшем поступает на выпарива­ние, необходимо отобрать его с максимально возможной высо­кой концентрацией. Масса после промывки должна содержать минимальное количество остаточного щелока, так как плохо промытая масса при дальнейшей обработке сильно вспени­вается.

Механические способы (отжим, центрифугирование, прессование) не разделяют полностью щелок и волокна, по­этому основным способом является промывка водой, при кото­рой часть щелока удаляется из массы вытеснением, часть неиз­бежно смешивается с промывной водой, в результате чего ис­ходная концентрация щелока снижается.

Промывка по методу вытеснения основана на фильтрации жидкости сквозь неподвижный слой массы. В этом случае ще­лок, находящийся между волокнами, вытесняется из массы без разбавления. Щелок внутри волокон не вытесняется, и его уда­ление возможно только за счет диффузии растворенных веществ через стенки волокон, в результате чего происходит разбавле­ние. В методе смешения основную роль играет процесс диффу­зии. Смешение черного щелока с промываемой массой ведут до тех пор, пока концентрации черного щелока и промывной жид­кости не сравняются. Для уменьшения разбавления получаемого черного щелока промывку обоими способами проводят ступенчато, используя оборотные слабые щелоки.

Процессы при промывке массы можно разделить на меха­нические (механический отжим, фильтрация) и физико-хими­ческие (диффузия, набухание, адсорбция, пенообразование).

Механический отжим  наиболее простой способ разделения волокна и щелока, но он не обеспечивает достаточно полного отделения щелока. При отжиме жидкость из каналов и капилляров массы выдавливается под действием внешнего давления. При этом одновременно происходит сжатие массы и уменьшение сечения капилляров.

При отжиме масса будет отдавать жидкость до тех пор, пока возрастание внутреннего капиллярного давления за счет спрессовывания массы и уменьшения диаметра капилляров не уравновесит внешнее приложенное давление.

При отжиме массы в винтовых прессах сухость её достигает 30  40 % при давлении до 2 МПа, а в поршневых прессах  48 % при давлении 40 МПа. Таким образом, осуществить про­мывку за счет одного отжима технически невозможно.

Под фильтрацией при промывке понимают про­цесс разделения волокна и щелока через перегородку с мел­кими отверстиями, удерживающую волокно и пропускающую жидкость. Такой процесс происходит при отделе­нии щелока на барабанных фильтрах в зоне погружения бара­бана в массу. В зоне промывки на фильтре промывания жид­кость фильтруется уже через готовый слой волокна без дальнейшего увеличения этого слоя, т. е. фильтрация осуществ­ляется через тонкий слой массы.

При промывке в диффузорах жидкость филь­труется сквозь готовый слой массы значительной тол­щины.

Процесс фильтрации применяют при промывке по методу вытеснения, когда с помощью воды или оборотного щелока вытесняют крепкий щелок, находящийся в массе. Практически удаляется без разбавления лишь свободный щелок, заключен­ный между отдельными волокнами и пучками волокон. Между волокнами имеются каналы разной ширины. По широким кана­лам жидкость движется быстрее, и из них интенсивнее вытес­няется щелок. Таким образом, когда по широким каналам будет двигаться поток промывной жидкости, из узких еще бу­дет вытесняться щелок, который при выходе из слоя массы смешается с промывной жидкостью и разбавится. Следо­вательно, чем неравномерней размеры каналов и толщина слоя массы, тем интенсивнее будет проходить процесс смеше­ния и понижения концентрации вытесняемого щелока.

При вытеснении удаляется только свободный щелок, а ще­лок, находящийся в полостях и порах, можно удалить только за счет диффузии (передвижения ионов, молекул и коллоид­ных частиц) из-за разности концентраций.

условно допускается, что диффузия при промывке носит стационарный характер. при этом условии скорость диффузии прямо пропорциональна поверхности и гра­диенту концентраций. Для обеспечения высокого градиента концентраций и ускорения экстракции щелока из пор волокна необходима быстрая смена промывной жидкости и соприкосно­вение с ней возможно большего числа волокон.

Механическое перемешивание очень сильно ускоряет про­цесс диффузии, так как при этом обновляется поверхность и увеличивается градиент концентраций. Перемешивание  необ­ходимое условие при промывке по методу смешения. При про­мывке по методу вытеснения масса не перемешивается, поэтому для быстрого и полного прохождения диффузии необ­ходимо хорошее сепарирование массы и равномерное распреде­ление жидкости по сечению промывного аппарата.