19.3. Промывка массы на вакуум-фильтрах

Промывка массы на вакуум-фильтрах состоит из ряда по­следовательных операций. Поступившая в ванну фильтра масса в первый момент движется в сильно турбулентном потоке. По мере продвижения ее к противоположному концу ванны турбу­лентность исчезает и создаются условия для образования папки целлюлозы.

Под действием гидростатического давления жидкость начи­нает заполнять ячейки барабана, а на его поверхности откла­дывается слой волокна в виде папки. По мере погружения барабана в массу давление фильтрации возрастает и процесс образования папки проходит более эффективно. При достиже­нии максимального давления, определяющегося уровнем массы в ванне фильтра, когда скорость фильтрации жидкости через слой волокна уже не возрастает, ячейки барабана подключа­ются через отсасывающую головку к барометрической трубе и дальнейшее обезвоживание папки проходит под вакуумом. Продолжительность образования папки в этих условиях зави­сит от скорости вращения барабана, свойств массы и разности давления. Однако при любых условиях уже до выхода бара­бана из массы увеличение толщины папки прекращается и про­исходят лишь фильтрация и обезвоживание без дополнитель­ного осаждения на ней волокна. Кроме того, вследствие раз­ности скоростей вращения барабана и слоя массы у сетки барабана происходит смывание части волокон, отложившихся ранее на поверхности барабана.

В зоне промывки на образовавшуюся папку ровным слоем подается промывной щелок или свежая вода, которые, фильтруясь через папку, вытесняют исходный щелок. В зоне оконча­тельного обезвоживания из массы удаляется смесь исходного щелока и промывной жидкости.

Цилиндрическая внешняя поверхность барабана вакуум-фильтра образована из перфорированных сит и покрыта сеткой. Торцы барабана закрыты крышками, имеющими по оси цапфы, кото­рые опираются на подшипники вне ванны. Во внутренней поло­сти барабана концентрично внешней поверхности расположена вторая, глухая, цилиндрическая поверхность. Кольцевое пространство между этими поверхностями разде­лено радиальными перегородками на 24  28 несообщающихся каналов вдоль по образующей барабана. Полая цапфа бара­бана внутри также разделена вдоль по образующей на несооб­щающиеся каналы, имеющие свободный выход на внешнюю торцевую поверхность цапфы. Число каналов в цапфе равно числу каналов в барабане, и каждый канал барабана сооб­щается трубой со своим каналом в цапфе, т. е. последний яв­ляется продолжением канала в барабане.

К внешнему торцу цапфы барабана пружинами прижимается распределительная головка (вен­тиль), имеющая внутри четыре или пять камер, отверстия ко­торых в виде секторов с неодинаковыми центральными углами выходят на торец головки, прижимающийся к торцу цапфы барабана. Во время вращения барабана распределительная головка неподвижна, т. е. в плоскости стыка происходит трение между торцом цапфы барабана и зеркалом головки. Зеркалом головки служит сменная шлифованная шайба, имеющая та­кие же отверстия, как и головка.

При вращении барабана каждое отверстие канала в торце его цапфы последовательно проходит мимо всех отверстий в зеркале головки. Центральные углы секторных отверстий в головке (или поперечное сечение отверстий) подобраны так, что в любой момент одновременно сообщается с каждой ка­мерой головки неодинаковое количество каналов барабана. Между отверстиями камер на зеркале имеется уплотнение, преду­преждающее проскок воздуха и газов между соседними отверстиями в зеркале го­ловки.

Три расположенные ря­дом камеры распредели­тельной головки соединены с двумя барометрическими трубами, концы которых опущены под уровень жид­кости в баке для щелока. Иногда камеры соединены также с вакуум-насосом. Две барометрические трубы после выхода из головки часто объединяют в одну, которая входит в бак. Чет­вертая камера соединяется с линией сжатого воздуха или с подводом пара. В трех камерах поддержи­вается вакуум, а в четвер­той  небольшое давление. Схема расположения зон в барабане вакуум-фильтра при­ведена на рис. 67.

Рис. 67. Схема расположения зон в ба­рабане вакуум-фильтра: 1  ка­налы в барабане; 2  зона формиро­ва­ния массы; 3  зона осушки; 4  зона про­мывки; 5  зона дополни­тельной осушки массы; 6  зона съема массы; 7  канал под вакуу­мом; 8  уровень щелока в ванне; 9  первая секция спрысков; 10  вторая сек­ция спры­сков; 11  канал под давлением;. 12  канал под атмо­сферным давлением

Барабан в ванне погружен под уровень массы под углом 115  120⁰ (до 130⁰). Пра­вильность уровня массы в ванне и постоянство его определя­ются тем, как барабан набирает массу: при низком уровне масса не пристает, при высоком  всплывает. При вращении барабана часть его каналов, находящаяся под уровнем ще­лока (примерно шесть каналов на дуге поворота 78⁰), сооб­щается с одним отверстием в зеркале распределительной го­ловки. Щелок проходит сквозь массу и ситовую поверхность барабана и по каналам 7 отсасывается вакуумом в барометрическую трубу и сборный бак. На поверхности барабана начинает от­кладываться рыхлая масса. Дуга поворота барабана в этом месте называется зоной формирования массы 2. При дальней­шем вращении барабана каналы начинают выходить из-под уровня массы в ванне. На следующей дуге в 50⁰ в направлении поворота барабана одновременно размещается четыре канала, сообщающихся с другим отверстием головки, в котором также создан вакуум. Примерно на первой половине этой дуги каналы находятся еще под уровнем массы, а на второй  уже выходят из-под уровня. С этого момента начинается отсос щелока из массы, находящейся на барабане после выхода его из-под уровня массы. Эта дуга поворота в 50° называется зоной осушки 3.

Следующая дуга поворота примерно в 90° (где размещается одновременно семь каналов) называется зоной промывки. По длине этой дуги над барабаном стоят спрыски, через них подается вода или слабый щелок в зависимости от ступени промывки, на которой работает фильтр. Эта зона соединена с третьим отверстием в зеркале, и здесь промывная жидкость отсасывается. Следующая дуга поворота в 64° (размещается пять каналов) соединяется с тем же третьим отверстием зоны про­мывки 4, а иногда имеется и четвертое отверстие, в котором поддерживается более высокий вакуум для сушки массы на барабане. Эта дуга называется зоной дополнительной осушки массы 5.

Последняя дуга поворота в 78° (где размещается шесть каналов) соединяется с пятым отверстием, через которое внутрь канала 11 поступает воздух или пар, отдувающий массу от по­верхности барабана. Здесь же под массой находится съемный шабер. Масса в виде непрерывного листа сходит в промежуточ­ную или концевую ванну в зависимости от ступени. Эта дуга поворота носит название зоны съема массы. Последняя часть дуги этой зоны (20°) попадает уже под уровень массы. Цикл оборота барабана и работы фильтра при этом заканчивается, и с каждым оборотом такой цикл повторяется.

Фильтр с описанным циклом называется однозонным, потому что весь отобранный из массы щелок через четыре от­верстия в зеркале сливается в один и тот же бак и смеши­вается независимо от количества барометрических труб (одна или две).

Применяют барабаны и с большим числом зон промывки.

Оборудование и устройства, комплектующие фильтры и промывные установки. Любой фильтр комплектуется начальной и конечной ван­нами, промывными спрысками, отжимными валами, устройст­вами для съема массы с барабана и чистки сетки, конструкция которых для всех фильтров примерно одинакова.

В комплект промывной установки входят также промежуточные мешальные бассейны, баки фильтрата, пеносборники, насосы.

Начальная ванна. Ее конструкция должна обеспечивать равномерное распределение суспензии по длине барабана и в ванну фильтра.

Для лучшего распределения суспензии по длине ванны ввод массы в нее предусматривается через несколько патрубков, число которых в зависимости от типа фильтра и длины бара­бана может быть 2  4; скорость массы при входе в ванну не должна превышать 0,9  1 м/с.

Промывные спрыски. На современных промывных фильтрах в зависимости от диаметра барабана предусматривается от двух до шести спрысковых труб. Распределение промывной жидкости по поверхности барабана происходит через сопла. Факелы двух соседних спрысков должны перекрывать друг друга во избежание образования на барабане несмоченных уча­стков. Во избежание нарушения папки необходимо, чтобы на­пор жидкости в спрыске не был слишком большим. Следует поддерживать давление жидкости над верхней точкой спрыска 2 м.

Устройства для съема массы с барабана. К этим устройст­вам предъявляются требования наиболее полного съема массы с барабана без повреждения сетки. В производственных усло­виях часто возникают разного рода трудности при осуществле­нии этой операции, особенно при промывке целлюлозы из лист­венных пород древесины. У большинства типов фильтров массосъемное устройство со­стоит из рифленого валика и шабера. Зазор между валиком и барабаном 3,2  5 мм. Валик вращается со скоростью, на 3  5 % превышающей скорость вращения барабана. За массосъемным валиком с зазором 5 мм располагается шабер, отво­дящий массу на массосъемный стол или непосредственно в ко­нечную ванну.

Устройство работает надежно при условии достаточной прочности, толщины и сухости папки. Наиболее часто затруд­нения, возникающие при работе такого устройства, связаны с обрывом полотна между валиком и барабаном. Причиной об­рыва могут быть слишком высокая скорость вращения валика, наличие вакуума в зоне съема папки, а также повторное увлажнение папки, в результате чего она становится менее прочной.

Для съема массы с барабана при промывке небеленой лист­венной целлюлозы иногда применяют паровой шабер. На кромке шабера, расположенного на расстоянии 3,2  4,7 мм от барабана, имеется ряд отверстий, через которые подается пар с давлением 0,1  0,14 МПа. Выхо­дящий пар отрывает папку от сетки, после чего шабер опу­скается.

Устройство для очистки сетки. Для непрерывной очистки сетки под массосъемным валиком устанавливается неподвиж­ная или подвижная спрысковая труба. При неподвижной трубе предусматривается специальное приспособление для очистки сопел. Подвижные спрысковые трубы являются самоочищающи­мися.

Трубе при помощи эксцентрика придается возвратно-посту­пательное движение (ход трубы 60  80 мм). Вода подается в трубу через гибкое соединение. Сопла в такой трубе распо­ложены с шагом 30 мм и имеют диаметр 1,5 мм.

Расход жидкости на промывку сетки 65  150 л/мин на 1 м длины барабана (для неподвижных труб до 200 л/мин); давле­ние воды 0,35  0,45 МПа.

Баки щелоков. Баки обычно делают вертикальными, ци­линдрической формы. щелок в бак вводят таким образом, чтобы избежать попадания в щелок воздуха, а в слу­чае установки высоковакуумных фильтров – образовать гидрозатвор. Для этого в нижней части бака предусматрива­ется приемный клапан, всегда находящийся под заливом. Слив щелока из него на дно баков происходит по образующей.

Полезный объем баков промывных установок должен быть рассчитан на пребывание в них ще­лока в течение 10  12 мин (для сулбфатной целлюлозы) и 5  6 мин (для сульфитной).

Типы барабанных вакуум-фильтров. высоковакуумный фильтр (рис. 68). разряжение в нем составляет примерно 100 мм ртутного столба.

Р ис. 68. Вакуум-фильтр с барометри-ческой трубой: 1 – барабан; 2 – коры-то; 3 – началь­ная ванна; 4 – конечная ванна; 5 – узел съема осадка; 6 – отжимный валик; 7 – спрыски промыв-ные; 8 – зонт вентиляционный; 9 – от­сасывающая головка барабана; 10 – труба ре­генерации сетки; 11 – винтовой разрыватель; 12 – привод барабана

Для создания такого разряжения ячейки барабана подключают к вакуум насосу или барометрической трубе. Глубина погружения барабана в ванну 130⁰. Первая зона 80⁰ формование папки. Вторая зона 50⁰ обезвоживание, далее зона промывки 130⁰ (две зоны промывки). Оставшиеся 60⁰ – зона съема массы и промывки сетки. Каждая ячейка барабана имеет отводную трубку, один конец которой соединен с ячейкой, а другой введен в цапфу. В цапфе все концы трубок выполнены в виде розетки. Цапфа в процессе работы вращается вместе с барабаном. Непосредственно к цапфе прижимается неподвижная распределительная головка. Соприкасающиеся поверхности цапфы и распределительной головки тщательно отполированы во избежание подсоса воздуха. Внутри распределительной головки имеются каналы, обеспечивающие создание внутри какойлибо ячейки определенного разряжения в процессе работы. В процессе работы свободные концы отводных трубок, закрепленные в цапфе, постепенно проходят по всем четырем зонам. В пределах одной зоны в ячейке поддерживается постоянное разряжение.

Распределительная головка соединена с барометрической трубой каналами различного сечения и за счет этого в каждом секторе поддерживаются различные величины разряжения. Барометрические трубы выходят из распределительных головок вниз, и их концы опущены под уровень жидкости в баке для щелока. Барометрическая труба выполняет роль водяного поршня, в котором стекающая по вертикальному отводу жидкость создает необходимое разряжение. Для эффективной работы длина прямого участка трубы должна составлять 7  10 м. Поэтому фильтры с барометрической трубой устанавливают на верхних этажах. При оснащении фильтров вакуум-насосом расположение может быть различным.

Отечественной промышленностью выпускаются фильтры типа БВК.

Одной из разновидностей высоковакуумных фильтров являются двухзонные фильтры. В этом случае спрыски в зоне промывки делятся на две секции: первая располагается сбоку барабана вблизи горизонтальной оси, а вторая  вблизи вертикальной оси со стороны выхода барабана из массы. Промывка осуществляется противотоком, т.е. в зоне промывки происходит вытеснение щелоком, отобранным со следу­ющей зоны, а на конечную стадию промывки поступает горячая вода, вытесняющая остатки щелока в массе. Один фильтр может иметь до пяти стадий промывки.

Низковакуумный фильтр (рис. 69). состоит из тех же основных частей, что и высоковаку­умный, однако принцип создания разряжения в нем иной.

Барабан погружен в массу под углом 210⁰, несколько из­менена величина углов, соответствующих определенным зонам.

В низковакуумных фильтрах разряжение внутри ячеек создается гравиметрическими трубками. Каждая ячейка имеет трубу определенной конфигурации. Вначале промывки происходит фильтрация жидкости внутри ячеек за счет гидростатического давления. Зона формирования папки составляет около 130⁰ по ходу вращения барабана. В пределах этой зоны открытый конец гравиметрической трубки находится над поверхностью жидкости, находящейся внутри барабана. Во второй зоне (примерно 50⁰) вся гравиметрическая трубка оказывается заполненной жидкостью и фильтрация не наблюдается. В третьей зоне  зоне обезвоживания (примерно 80⁰), ячейка барабана поднимается над уровнем жидкости, находящейся внутри барабана, а конец трубки остается погруженным в фильтрат и фильтрат из трубки вытекает внутрь барабана. В результате этого внутри трубки и связанной с ней ячейки барабана возникает разряжение, под действием которого происходит обезвоживание слоя массы, находящегося на поверхности барабана.

Рис. 69. Низковакуумный фильтр с гравиметрическими трубками: 1  барабан; 2  сек­ции (ячейки); 3  слой массы; 4  каналы для отвода щелока из ячейки (гравиметрические трубки); 5  выходные отвер­стия каналов; 6  вход массы; 7  обратный перелив

По мере движения масса дополнительно отжимается прижимным валиком и дополнительно водой не промывается.

Концентрация массы на выходе 7  8 %. Фильтрат из барабана удаляется через сифонную трубку.

Промышленностью выпускаются фильтры типа БгВК-60,-80,-120 (г –грави­тационный).

Фильтр давления. Принципиальное отличие заключается в том, что разность дав­ления в нем создается за счет избыточного давления над наружной поверх­ностью барабана.

Эти фильтры применяются для промывки сульфитной, нейтраль­но-сульфитной и моносульфитной целлюлозы.

Барабан фильтра не имеет ячеек. Фильтр (рис. 70) представляет собой перфорированный барабан, обтянутый сеткой. Барабан погружен в ванну с массой, сверху закрыт герметичным колпаком.

Рис. 70. Схема работы фильтра давления с двумя зонами промывки целлюлозы

Масса поступает через штуцер, расположенный в нижней части ванны. Напор массы создается центробежным насосом. Под колпак фильтра воздуходувкой высокого давления нагнетается воздух. Создаваемая воздушная подушка вытесняет промывную жидкость из слоя массы, находящейся на поверхности сетки. Фильтрат из барабана выводится по сифонной трубке. В фильтре осуществляется двухзонная промывка.

Преимущества: возможность работы при высоких температурах, герметичность конструкции, циркуляция воздуха в системе, отсутствие отложений в отводящих трубках, отсутствие пенообразования, возможность установки на лю­бом уровне.

Недостатки: невысокая производительность, чувствительность к колебаниям давления, относительная сложность, высокий расход электроэнергии.

Отечественной промышленностью не выпускаются.

Фильтр жидкостного давления (рис. 71). состоит из перфо­рированного фильтрующего барабана, эксцентрично расположенного в корпусе, работающем при избыточном давлении до 150 кПа и выше и имеющем несколько зон уплотнения. В этом фильтре волокнистая сус­пензия с концентрацией 4  5 % подается под давлением 60  120 кПа в постепенно сужающееся пространство между фильтрующим барабаном и корпусом фильтра.

Рис. 71. Схема работы фильтра жид­костного дав­ления: 1  вход массы; 2  вход промывной жидкости; 3  корпус; 4  перфорированный бара­бан; 5  пружина; 6  съемный валик; 7  выход про­мытой массы

Образовавшийся при фильтровании жидкости волокнистый слой массы в узком сечении перекрывает прост­ранство между корпусом и бараба­ном, создавая подвижную волокнис­тую «пробку», что обеспечивает ее дальнейший отжим за счет возрастающего механического давления. Волокнистая масса перемещается вместе с барабаном в рабочей зоне фильтра благодаря силам сцепления ее с перфорированной поверхно­стью барабана.

Промывная жидкость под давлением до 120 кПа подается в про­мывные камеры (конфузоры), проходит в массу, а затем по ходу вращения барабана отжимается. В зонах подачи промывной жидкости объем массы возрастает, поэтому здесь зазор между корпу­сом и барабаном несколько увеличивается. На корпусе фильтра уста­новлено три зоны промывки массы, однако их может быть и больше. После последней зоны промывки давление отжима может регулиро­ваться с помощью пружины, обеспечивающей сухость промытой массы до 16  27 %. Удельная производительность фильтра жидкостного давления примерно в 8  10 раз выше, чем обычных промывных вакуум-фильтров, и достигает 40  50 т/м² в сутки. Похожую конструкцию имеет фильтр-пресс типа «КМВ-Камюр».