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

уходящего с фильтратом или промывной жидкостью, на каждой сту­ пени промывки одинаковы и равны потерям вещества с промытым осад-

Равенство (14-20) используем для вывода основного уравнения

Подставив эти значения в выражение фг, получим зависимость кон­ центрации фильтрата вытесняющей ступени хп от концентрации оро­ шающей жидкости -ѵі:+1:

где константы ступени вытеснения, определяемые величинами пото­ ков жидкости и значениями г!о, е; и cpt-, равны:

11 fioQC1—Фі) Kt

(14-23)

в.

E(o (1 ф() QiVii

Составим уравнение материального баланса по извлекаемому ве' ществу для бака фильтрата:

( W і + $ і ) X i = V І0СІ0 + V ц Х ц -

Подставим с,.0= - ^ + Еі'оУ‘° хп ; и после преобразований получим

Qio Qio

зависимость концентрации х£ от хп :

297

ß; == ß/oßa-

Уравнение (14-26) справедливо для любого фильтра промывной установки. Оно аналогично уравнению (14-10), которое было выве­ дено для ступени промывки методом последовательных разбавлений. Все дальнейшие выводы в рассматриваемой промывке на фильтрах были бы повторением рассуждений и выводов промывки разбавлением, поэтому мы их не приводим. Константы промывной установки, зави­ сящие от частных констант фильтров, определяют по формулам (14-12) или (14-13), потери извлекаемого вещества с промытым осадком — по формулам (14-15) или (14-16), а концентрации растворов, отбираемых

сустановки, по формулам (14-14) или (14-17). Все эти формулы общие

ипригодны для любого случая промывки.

Расчет коэффициентов вытеснения

Абсолютные значения коэффициентов вытеснения зависят от ха­ рактера осадка, числа спрысков, равномерности распределения про­ мывной жидкости, ее расхода и степени обезвоживания осадка на фильтре.

Наиболее надежными сведениями по коэффициентам вытеснения являются экспериментальные данные, получаемые при обследовании действующих промывных установок. Для этого достаточно опреде­ лить концентрации жидкой фазы в порах осадка на барабане фильтра перед спрысками и на выходе с фильтра и концентрацию промывной жидкости, после чего коэффициент вытеснения рассчитывают по фор­ муле (14-2).

Приближенно коэффициент вытеснения можно определить по фор­ муле

к влагосодержанию массы на выходе с фильтра Qt (вели­ чины Wi+l и Q[ нужно брать в одних и тех же размерностях);

ф— коэффициент, зависящий от характера осадка (его фрак­ ционного состава, степени насыщения газами, сжимаемости

идругих характеристик) и определяемый экспериментально. Величина ф = 0,7-ч-1,3.

298

Промывка на двухзонных фильтрах

Схема потоков осадка, промывных вод и фильтратов при промывке на двухзонных фильтрах представлена на рис. 14-8. Отсчет числа сту­

Остальные обозначения прежние (см. пояснения к рис. 14-7). Вывод уравнений промывки на двухзонных фильтрах производится

аналогично тому, как это было сделано для промывки разбавлением и промывки на однозонных фильтрах. При этом приходим к конеч­ ным уравнениям (14-14) — (14-17), являющимися общими уравнениями промывки. Разница при расчете промывки на двухзонных фильтрах заключается лишь в определении констант ступеней промывки и кон­ стант промывки по фильтрам.

Для второй ступени вытеснения константы равны:

299

фильтрата, который смешивается с фильтратами первой вытесняющей ступени и ступени разбавления.

Другие способы промывки вытеснением

В практике целлюлозно-бумажного производства широко распро­ странена промывка сульфитной целлюлозы в сцежах и сульфатной — в диффузорах. Эти способы периодического действия описаны в спе­ циальных курсах по технологии целлюлозно-бумажного производства. Кроме того, они постепенно утрачивают свое значение и заменяются более совершенными способами непрерывной промывки, частично рас­ смотренными выше. В связи с этим описывать указанные здесь перио­ дические способы не будем. Однако некоторые из этих старых спосо­ бов имеют отдельные достоинства, которых недостает рассмотренным способам непрерывной промывки. В частности, промывка сульфатной целлюлозы в диффузорах хороша отсутствием ценообразования. Серь­ езные затруднения от пены наблюдаются при промывке сульфатной целлюлозы на вакуум-фильтрах. В связи с этим в настоящее время снова возвращаются к промывке в диффузорах, но на более высоком уровне — к непрерывной промывке. Фирмой «Камюр» разработаны конструкции диффузоров непрерывного действия для промывки цел­ люлозы после варки и после отбелки. Однако они еще не нашли рас­ пространения в отечественной промышленности.

Пример 1. Рассчитать .четырехступенчатую промывку сульфатной целлю­ лозы на однозонных вакуум-фильтрах. Концентрации массы, проходящей по установке, следующие (в массовых процентах): на входе в выдувной резервуар —

коэффициенты промывки ступеней разбавления равны единице, а ступеней вы­ теснения— 0,98. Концентрация жидкой фазы в массе, приходящей на промывку, 240 кг/м3. Расход чистой воды на промывку 8 м3/т сухой целлюлозы (х0 = 0). Доля Na20 в сухом остатке черного щелока 0,25.

300

и Q.i = 6,15. Приходит щелока с начальной массой L = ------— -----=7,33 м - /т

сухой целлюлозы. Фактор разбавления Ф = 8 — 6,15 = 1,85 м3/т сухой цел­ люлозы. Расходы промывных вод (м3/пі сухой целлюлозы) из равенства (14-18) равны: на первом фильтре W2 — Qi + Ф = 5,9 + 1,85 = 7,75; на втором —

17а = 6 + 1,85 = 7,85 и на третьем — = 6,4 + 1,85 = 8,25; количество отбираемого щелока V = I1'+ = L + Ф = 7,33 -(- 1,85 = 9,18. Количество обо­ ротного щелока, необходимого для разбавления массы перед первым фильтром

ступеней разбавления, одинаковы и равны У;0 = 79 — 11,5 = 67,5. Количества фильтратов, уходящих со ступеней вытеснения, по всем фильтрам также одина­

ковы и равны Ѵіх = Q,'o + Ф = 11,5 + 1,85 = 13,35.

Константы разбавительных ступеней (формулы 14-25) для всех фильтров одинаковы (так как Si + Wi = const):

Суммарные константы фильтров равны (формулы 14-27):

«4= 0,0725 + 0,415 • 1,133 = 0,543.

Общая константа а промывной установки равна (формула 14-12)

« = 0,637 + 0,466 -2,135 + 0,486 • 1,765 • 2,135 + 0,543 х

X 1,83-1,765-2,135 = 7,169.

Величину ß не определяем, так как хй = 0.

Потери сухого остатка черного щелока с промытой массой равны (формула 14-16)

Из них NaaO (без учета адсорбированной щелочи)— 0,25-26,35 = 6,6 к г /т сухой целлюлозы.

301

дованной двумя двухзонными и одним однозоииым фильтрами. Исходные данные

302

= 9,26 кг/т сухой целлюлозы.

Концентрация черного щелока (по Na„0), отбираемого на выпарку (формула

14-14):

=? 5,596-9,26 — (8-5,596— 9,92) 0,1 = 48,3 кг/м3.

С учетом щелочи, вводимой в промывку с начальной промывной жидкостью, эффективность равна:

8,93-48,3

= 0,98.

7,33-240-0,25

Глава 15. СУШКА

СОСТОЯНИЕ ВЛАГИ В МАТЕРИАЛЕ

Вещества могут содержать в себе влагу. Соединение влаги с сухой частью вещества бывает разное. Влага может смачивать лишь поверх­ ность сухого вещества, удерживаясь на нем силами молекулярного сцепления. Если у сухого вещества пористое строение и в нем образо­ ваны капилляры, распространяющиеся в толще вещества, то жидкость

303

под действием тех же молекулярных сил с поверхности проникнет внутрь капилляров и образует так называемую капиллярную жид­ кость. У некоторых веществ строение клеточное. В них жидкость за­ ключена внутри каждой клетки. В этом случае проникновение жидко­ сти внутрь клетки, а также удаление ее из клетки возможны лишь путемдиффузии через клеточную оболочку. Такие вещества назы­ ваются набухающими. Примером их может служить древесина. Одно и то же вещество одновременно может быть по-разному соединено с жидкостью. Примером служит древесина, в которой жидкость мо­ жет находиться внутри клеток, в межклеточных капиллярах и на поверхности.

Удаление жидкости из вещества происходит через его поверхность, поэтому жидкость может быть удалена сначала с поверхности, затем из капилляров и после этого из клеток. Увлажнение вещества, есте­ ственно, происходит в обратном порядке.

Существуют вещества, обладающие сродством с влагой, благодаря чему некоторое количество влаги оказывается особенно прочно соеди­ ненным с сухой частью вещества. Такие вещества называются гигро­ скопичными, а влажность, соответствующая этому состоянию веще­ ства, называется гигроскопической.

При увеличении влажности гироскопичного вещества сверх гигро­ скопической последующая влага будет соединяться менее прочно. Точку перехода от гигроскопической влажности к более высокой на­ зывают гигроскопической точкой.

Гигроскопичные вещества обладают свойством поглощать влагу из окружающего воздуха, вследствие чего они всегда содержат гигро­ скопическую влагу.

СПОСОБЫ УДАЛЕНИЯ ВЛАГИ, ВЛАЖНОСТЬ И СУХОСТЬ

Из влажного вещества влагу можно удалять следующими спосо­ бами:

механическим — путем отжатия, отсасывания, фильтрования, цен­ трифугирования;

физико-химическим — при помощи гигроскопических веществ для поглощения влаги;

тепловым — путем выпаривания влаги; этот способ называется сушкой.

Первые два способа — не дают возможности удалить большое ко­ личество влаги. Поэтому в тех случаях, когда требуется получить до­ статочно сухое вещество, применяют третий, тепловой, способ, т. е. сушку. Иногда для экономии тепла прибегают к предварительному механическому удалению влаги.

Если взять 1 м3 влажного вещества, в котором содержится ус кг сухого вещества и у кг влаги, то общий вес его будет

'304

Сухостью называется отношение веса сухого вещества к общему

Сделав замену, согласно равенствам (15-2) и (15-3), получим

СВОЙСТВА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

При сушке к влажному веществу подводится тепло, которое нагре­ вает как сухое вещество, так и влагу, в результате чего последняя на­ чинает испаряться. Вследствие происходящего парообразования пар­ циальное давление паров на поверхности влаги, содержащейся в су­ хом веществе, становится больше, нежели парциальное давление паров в окружающем воздухе.1 Вследствие разности этих давлений образовавшиеся пары влаги удаляются из сушимого вещества в окру­ жающий воздух. В результате получается смесь воздуха с парами, или так называемый влажный воздух. Заметим, что обычный атмос­ ферный воздух не является абсолютно сухим, он всегда содержит не­ которое количество водяных паров.

1 Если в каком-либо объеме находится смесь нескольких газов, то согласно закону Дальтона каждый из ниХ создает такое давление, какое он создавал бы, занимая один весь данный объем. Общее давление, создаваемое смесью газов, равно сумме давлений, создаваемых каждым из газов. Давление каждого из га­ зов, входящих в состав газовой смеси, называется его парциальным давлением. В данном случае над поверхностью влаги находится смесь воздуха и паров влаги и рассматриваются их парциальные давления.

В 1 ж3 влажного воздуха содержится yL кг сухого воздуха и у кг водяного пара. А так как вес газов или паров в объеме 1мя называется их удельным весом, то в данном случае yL и у будут удельными ве­ сами воздуха и пара. Из термодинамики известно, что газы и (с доста­ точной точностью) пары подчиняются уравнению Клапейрона, поэтому для водяных паров можно написать

(15-8)

Ттемпература паров, °К;

R — газовая постоянная пара, равная 8314 : 462 (здесь гп —мо-

лекулярный вес пара, равный 18).

Известно, что каждой температуре соответствует некоторое опреде­ ленное наибольшее давление рн, которое может создавать насыщенный

Величина <р, равная отношению количества влаги, содержащейся в 1 м3 воздуха, к насыщающему количеству, называется относитель­ ной влажностью воздуха. Относительная влажность также равна от­ ношению давления водяных паров р к давлению рн при насыщении.

Отношение веса у влаги к весу yL сухого воздуха, содержащихся в 1 ж3, называется влагосодержанием воздуха, т. е.

306