книги из ГПНТБ / Бушмелев, В. А. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства учебник

меньше концентрации раствора внутри частиц. Величина

с р

является степенью приближения концентрации раствора в осадке по­ сле промывки к равновесной его концентрации; она характеризует относительную интенсивность массообмена при известной продолжи­ тельности промывки и называется кинетическим коэффициентом про­ мывки.

При промывке нужно стремиться к е = 1; если е<П , массообмен малоинтенсивен или время, отводимое на промывку, недостаточно для установления равновесия.

Величину е определяют экспериментально. Для этого замеряют концентрацию с раствора в осадке сразу после промывки и концентра­

частично заменяется на промывную жидкость. После смешения в по­ рах получается некоторая средняя концентрация раствора с — щ 0 + + (1—ср) с0, где ф — доля вытесненной неразбавленной жидкости, место которой в осадке заняла промывная жидкость с концентрацией х 0, а (1 — ф )— доля оставшегося начального раствора с концентра­ цией с0. Отсюда

Величина ф называется коэффициентом вытеснения, который пока­ зывает, какая доля начального раствора вытесняется без равбавления из пор осадка промывной жидкостью в данных условиях промывки.

раствор вытесняется промывной жидкостью без разбавления и кон­ центрация раствора в порах осадка с = х 0. В реальных условиях вы­ тесняющей промывки ф < 1 и обычно равно ф = 0,5-г-0,75; чем боль­ ше значение ф, тем эффективней промывка.

Коэффициенты вытеснения зависят от многих факторов промывки и определяются экспериментально.

287

Составим уравнение материального баланса вытесняющей промывки по извлекаемому веществу (рис. 14-1):

L cq-{- Wx0 = ~- -I- Vx .

Сущность этого равенства в том, что разность количеств извлекае­ мого вещества, приходящего с начальным раствором и уходящего с от­ бираемым раствором, равна разности коли­ честв вещества, остающегося в промытом осадке и приходящего с промывной жидкостью.

Соотношение (14-3) справедливо для лю­ бой ступени многоступенчатой промывной установки, работающей в установившемся режиме.

Составим уравнение материального ба­ ланса промывки разбавлением (рис. 14-2). Поскольку здесь концентрация сливаемого

Физический смысл его такой же, как и равенства (14-3).

Количество неотмытого вещества, остающегося с осадком, является

Произведение mf, очевидно, равно эффективности промывки. Таким

При промывке идеального вытеснения х — с0, т. е. / = 1, эффектив­ ность ц будет также равна 1, это определяет т — 1 или V — L. Из

288

баланса промывки по жидкости (рис. 14-1 или 14-2) следует, что L + -г W0 — V + Q, откуда в этом случае Q = Wa. Такого предельного соотношения показателей промывки в практике не наблюдается, так как нельзя достичь идеального вытеснения; в результате этого всегда будет V^>L и, следовательно, W0^>Q, а m > 1. Величина

называется фактором разбавления. Чем больше Ф, тем меньше кон­ центрация отбираемого раствора. Следовательно, всегда /< П . Эффек­ тивность промывки при этом может быть близкой к единице. Однако это связано с большим разбавлением отбираемого раствора, что не­ целесообразно с экономической точки зрения. При оптимальной эф­

влекаемые вещества, адсорбированные осадком и не удаляемые при промывке, относят к массе осадка и при определении эффективности промывки в расчет не принимают. Например, при промывке сульфат­ ной целлюлозы адсорбируется и не извлекается около 2% Na20, а при промывке сульфитной целлюлозы — около 2,5% органических веществ.

ПРОМЫВКА СПОСОБОМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ РАЗБАВЛЕНИЙ

Промывка способом последовательных разбавлений значительно проще промывки вытеснением как по аппаратурному оформлению, так и с точки зрения ее расчета.

Основные уравнения промывки

На рис. 14-3 показана схема потоков осадка, промывной жидкости и сливаемого раствора в многоступенчатой противоточной промывной установке. Примем следующие обозначения:

/ = 1 , 2, , п — номера промывных аппаратов по ходу осадка;

L — влагосодержание осадка, поступающего на промывку;

с— концентрация его жидкой фазы по извлекаемому веществу; Q. — влагосодержание осадка на ступенях промывки;

Хі — концентрации его жидкой фазы; Wi — расходы промывной жидкости;

ц/0— расход начальной промывной жидкости;

х0 — ее концентрация;

у— количество отбираемого раствора;

е£ — кинетические коэффициенты промывки.

Влагосодержание осадка и расходы промывных вод берутся в м3/т сухого осадка или в кгікг сухого осадка, а концентрации — соответст­ венно в кгім3 жидкости или в кгікг жидкости.

289

Составим уравнение материального баланса і'-го аппарата по из­ влекаемому веществу:

Qh-1 хп-і

Рис. 14-3. Промывка способом последовательных разбавлений

Подобные уравнения можно составить для всех промывных аппа­ ратов. При сравнении видно, что правые части одного уравнения равны левым частям другого. Отсюда получаем равенство, характерное для установившегося процесса промывки на установке:

Физический смысл этого равенства в том, что при установившемся процессе разности К количеств извлекаемого вещества, приходящего с осадком и уходящего с раствором, на каждой ступени промывки оди-

наковы и равны потере вещества с промытым осадком Ёп = G за

вычетом прихода вещества с начальной промывной жидкостью W0x0.

Иначе говоря, эти разности равны

290

При подаче на последнюю ступень чистой воды (х0 = 0) указан­ ные разности .равны потере вещества с промытым осадком.

Равенство (14-7) используем для вывода основных уравнений мно­ гоступенчатой промывки. Сначала получим зависимость концентра­ ции раствора хь уходящего с і-й ступени промывки, от концентрации промывной жидкости х і+х и величины К, характеризующей потери

вещества с промытым осадком. Из равенства (14-7)

имеем

Поскольку величины гс, Qt и Ц7І+1 при установившемся процессе не­ изменны, коэффициенты при К и хі+1 назовем к о н с т а н т а м и рассматриваемой с т у п е н и п р о м ы в к и или и х п о с т о ; я н н ы м и. Константы і-й ступени равны:

а, = -

Qi

ß r

(14-9)

e . . W i+1

Qi

Следовательно.,

Аналогичные уравнения можно составить для каждого промывного аппарата и ступени промывки:

а'2 = а2К + ß2*3

Хз — азК 4" ßs*4

хп= апК + $ пх0.

При последовательной подстановке концентраций из последнего уравнения в предпоследнее, затем из предпоследнего — в уравнение строкой выше и т. д. получим зависимость концентрации раствора х х, уходящего с промывной установки, от величины К и концентрации начальной промывной жидкости х 0:

где константы промывной установки, зависящие от частных констант ступеней промывки,- равны

a= -.a1 + a ?ß1+ a 3ß2ß1+ . . . - f a n (ßn_j . . . ß3ß2ß1) ;

I (14-12)

ß = ß,ß2ß3 • • • К - A -

291

ß = ßo-

Свяжем уравнение (14-11) с граничными условиями промывной уста­ новки. Из равенства (14-7) для входа в установку К = Lc0 — Ѵхх, для выхода К ~ G — W0хй. Подставив К == G — W0x0 в уравнение (14-11), получим расчетное уравнение

Два последних уравнения являются основными уравнениями про­ мывки. Они связывают все определяющие характеристики этого про­ цесса. При использовании в качестве начальной промывной жидкости чистой воды (х0 = 0) уравнения существенно упрощаются:

Составим уравнение материального баланса /'-го аппарата по жид­ кости:

<?І-, + ^ +. = « £ + ^ Г

Отсюда

W .— Q. .1 — I F1. , 1— Q.. I М— +

Аналогичные равенства можно составить для любого из аппаратов и для всей установки:

Смысл этого равенства в том, что при установившемся процессе про­ мывки факторы разбавления во всех аппаратах одинаковы. Из равенства

(14-18) количество отбираемого раствора равно

Аппаратура и схемы промывки

Каустизационный шлам промывают методом разбавлений в много­ камерных промывателях Дорра (рис. 14-4). По устройству этот аппа­ рат аналогичен многокамерному уплотнению Дорра. Он представляет

292

собой цилиндр, разделенный по высоте перегородками, которые иначе называют ярусами или этажами. В центре перегородок имеются от­ верстия и цилиндры для смешения шлама и промывной жидкости. Через центр аппарата проходит вал с гребками, с помощью которых осевший шлам по наклонной перегородке перемещается от периферии к смесительному цилиндру. Шлам последовательно сверху вниз про­ ходит все этажи и выгружается внизу первого яруса.

Чистая промывная вода подается в цилиндр первого яруса, где смешивается со шламом, приходящим со второго яруса. Полученный при этом слабый щелок отводится в распределитель промывных вод, откуда его подают на смешение со шламом, поступающим из третьего этажа. Образующийся здесь более крепкий, чем в предыдущем этаже, щелок через распределитель на­

коэффициент вытеснения. Чем больше концентрация массы на выходе из пресса, тем выше эффективность извлечения вещества.

На рис. 14-5 показан винтовой пресс (или шнек-пресс). Он состоит из корпуса, в котором помещен винт (шнек). Между корпусом и вин­ том расположена перфорированная перегородка. Предварительно сгущенная до 8—12% целлюлозная масса подается в цилиндрическую часть пресса, где подхватывается вращающимся шнеком и переме­ щается в направлении его оси в конусную часть. За счет противодав­ ления, вызванного сужением выходного отверстия, масса отжимается до концентрации 37—41% и удаляется из пресса. Отжимающаяся жид­ кость проходит через перфорированную перегородку и также отво­ дится на дальнейшее использование.

На рис. 14-6 показана схема двухбарабанного пресса фирмы «Сунд». Он состоит из двух цилиндрических барабанов с перфорированной поверхностью, помещенных в герметический корпус и вращающихся навстречу один другому. Масса с концентрацией 3—5% подается в корпус снизу при давлении до 1,5 am, под действием которого филь­

293

трат проходит внутрь барабанов, а на поверхности образуется слой осадка. Проходя между барабанами, масса отжимается до концентра­ ции 30—45%. Выйдя из зоны отжима, слой массы с помощью специаль­ ного отражателя перебрасывается на один из барабанов и снимается с него шабером. Отжатый щелок отводится через полые цапфы бараба­ нов. Производительность пресса зависит от размеров барабанов и давления.

При промывке способом последовательных разбавлений прессы являются концентраторами массы. Собственно промывка осущест­ вляется в устройствах для разбавления отжатой массы, где и проис­ ходит диффузия извлекаемого вещества. Интенсивность массопереноса во многом зависит от интенсив­ ности перемешивания массы с промывной жидкостью.

Пример 1. Промывка каустизационного шлама проводится в четырехкамерном аппарате. Концентрация шлама: на входе 25%, после разбавления 12,5%, после уплотнения 33,3%. Концентрация солей натрия (в единицах NaOH) в ис­

По формуле (14-13) величина общей константы а многокамерного аппарата равна

а = 0,5 (1 + 2,5 + 2,52+ 2,53) =£ 12,69.

294

По формуле (14-16) потери NaOH с промытым осадком

и концентрацией щелока с0 = 22%; концентрация массы перед шнек-прессами 10%, после прессов — 40%. Условия промывки по прессам одинаковые. Содер­ жание Na20 в сухом, остатке черного щелока 25%'. Коэффициент промывки 6 = = 0,93.

Из них Na20 (без учета адсорбированной щелочи): 0,007-0,25 = 0,00175 кгікг сухой целлюлозы.

Концентрация отбираемого щелока по формуле (14-17):

= 0,007-16,9 = 0,1183 кгікг, или 11,83%.

13-11,83

Эффективность промывки 1] = —Y~22— 0,995.

ПРОМЫВКА СПОСОБОМ ВЫТЕСНЕНИЯ

Промывка на однозонных фильтрах

На рис. 14-7 представлена схема потоков влажного осадка, про­ мывных вод и фильтратов і-го фильтра противоточной промывной установки. Каждый фильтр имеет одну ступень промывки разбавле­ нием (в промежуточной мешалке) и одну ступень промывки вытесне­ нием (орошение слоя на барабане фильтра). Граница между ступенями условно проходит по сечению А —А. Порядок отсчета фильтров при­ нят в направлении движения осадка по установке. Обозначим:

Q._,, Qiо и Qi — влагосодержание осадка на входе и выходе сту­ пеней промывки;

295

его и е, — кинетические коэффициенты ступеней промывки; ср,: — коэффициент вытеснения;

і— 1 , 2, , п, где 11 — число фильтров в уста­ новке.

Влагосодержание осадка и расходы фильтратов и промывных вод берутся в м3/іп сухого осадка или в кг/кг сухого осадка, а концентра­

Аналогичное равенство можно написать для всей промывной установки состоящей из п фильтров:

Здесь все обозначения прежние (см. промывку разбавлением).

Смысл равенства (14-20) в том, что при установившемся процессе разности К количеств извлекаемого вещества, приходящего с осадком и

296