Курс лекций по дисциплине технология щелочной целлюлозы для студентов высших учебных заведений по специальности
 Скачать 2.29 Mb.
|
|
3.3.4. Пресс-фильтры Эффективность промывки целлюлозы на пресс-фильтре не усту- пает эффективности промывки целлюлозы на барабанных фильтрах [7]. Пресс-фильтр объединяет в себе характерные черты барабанных вакуум-фильтров и винтовых прессов. Масса, разбавленная щелоком в выдувном резервуаре до концентрации 4–5%, подается через входной патрубок насосом под давлением 0,3–0,4 МПа в закрытую ванну фильтра, в которой вращается барабан, изготовленный из толстого металлического листа с крупными отверстиями. На барабан насажена перфорированная оболочка – грубая сетка с отверстиями диаметром 1 мм. Ванна, охватывающая перфорированный барабан снизу, имеет сужающееся сечение по ходу его вращения и заканчивается узкой вы- ходной щелью, что способствует быстрому обезвоживанию массы пе- ред переходом в промывную зону, образованную колпаком, охваты- вающим барабан снаружи примерно на четверть окружности. Про- мывной колпак разделен на три отделения, в каждое из которых насо- сами под давлением 0,3 МПа подается промывная жидкость, пред- ставляющая собой фильтрат со следующей ступени промывки, или вода. Фильтрат из промывной зоны внутри барабана смешивается со щелоком, отфильтрованным в зоне предварительного обезвоживания. 88 Пресс-фильтр работает как однозонный вакуум-фильтр. Окончательное обезвоживание промытой массы производится мощным прессовым валом, который прижимается к поверхности ба- рабана. Сухость массы после прессового вала составляет 30–40%. От- жатый слой целлюлозной массы после прессового вала снимается с поверхности барабана металлическим шабером. Снятая шабером мас- са попадает на приемный стол и падает в винтовой разбиватель. Кроме пресс-фильтров, для промывки целлюлозы используют сдвоенные прессы типа Варинип. Такой пресс состоит двух вращаю- щихся навстречу друг другу перфорированных барабанов, погружен- ных в ванну, куда поступает масса со щелоком из выдувного резерву- ара при концентрации 7–12%, пропущенная предварительно через фибриллизатор. Отжатая масса выходит кверху и при сухости около 40% попадает в шнековый конвейер, который отводит ее в вертикаль- ный разбиватель с мешалкой, где она разбавляется фильтратом со следующей ступени промывки или водой. Нормальной схемой про- мывки на прессах Варинип является трехступенчатая. При концентра- ции поступающей массы 10% трехступенчатая схема с фактором раз- бавления 3,5 м 3 /т обеспечивает эффективность промывки около 98%. При сдвоенной промывке в диффузорах на скандинавских заводах достигается эффективность промывки η = 0,97–0,98 при относитель- ной концентрации f = 0,75 и объемном коэффициенте m = l,2–1,4. Повышение эффективности промывки на каждый процент сокра- щает потери щелочи примерно на 6 кг сульфата натрия на 1 т в. с. ц. Метод сдвоенной (парной) промывки является типовым способом промывки целлюлозной массы в диффузорах. В последовательную работу включают два диффузора. В первом диффузоре находится не- промытая масса, во втором – полупромытая. Во второй диффузор под давлением подают горячую воду, вытесняющую из массы слабый ще- лок, который передавливается и первый диффузор. Из первого диффу- зора получают крепкий используемый щелок, который направляют на варку и регенерацию. Давление в трубопроводе горячей воды поддер- живается на уровне 0,3–0,35 МПа, что достаточно для продавливания жидкости через два диффузора. Практические наблюдения показали, что большая часть этого давления (примерно две трети) расходуется в диффузоре, из которого отбирают слабый пережимной щелок. Расход горячей воды на промывку теоретически равен объему полученного крепкого щелока плюс объем жидкости (слабого щелока), необходи- мый на наполнение диффузора. На практике расход воды составляет 12–15 м 3 на 1 т целлюлозы. 89 Основным достоинством метода сдвоенной промывки является от- носительно высокая концентрация используемых щелоков, а основным его недостатком – длительный оборот диффузора, который увеличива- ется за счет неизбежных простоев на ожидание парного диффузора. Индивидуальный метод промывки основан на самостоятельной работе каждого диффузора, благодаря чему появляется возможность избавиться от ожидания парного диффузора. Стадии рабочего цикла сохраняются те же, что и при сдвоенной промывке. По окончании наполнения диффузор сразу переводят на промывку горячей водой и из него последовательно отбирают три вида щелоков: а) крепкий направляют на регенерацию; б) щелок средней крепости – на варку; в) слабый – на собственные нужды для смывки массы из ловушки и наполнения следующих диффузоров. Следовательно, исключается из оборота пережимный щелок, а отбор крепкого щелока производится при подаче в диффузор свежей горячей воды. Расход горячей воды на индивидуальную промывку остается таким же, как и при сдвоенном методе. Однако из-за отсутствия пережима слабого щелока понижает- ся концентрация всех фракций отбираемого из диффузора щелока. На целлюлозных заводах, применяющих индивидуальный метод, плотность черного щелока, заливаемого в котлы, составляет всего 1,015–1,020 г/см 3 (при 15 о С), а средняя плотность щелоков, направля- емых на регенерацию, не превышает 1,065–1,075 г/см 3 (при 15 о С). Факторы, влияющие на процесс промывки в диффузоре, и получаемые показатели. Промывка массы в диффузоре как по сдво- енному, так и индивидуальному методу представляет собой процесс фильтрации жидкости сквозь слой массы значительной толщины (от 2 до 5 м). Наблюдения подтверждают [7], что после промывки на диф- фузорных ситах образуется сильно уплотненный слой целлюлозной массы толщиной в несколько сантиметров, концентрация волокон в котором достигает 20% и более, тогда как cpедняя концентрация мас- сы в диффузоре составляет 8–9%. Свойства целлюлозных волокон имеет первостепенное значение при промывке в диффузоре. Целлюлозная масса, состоящая из мелко- го волокна (например, масса древесины лиственных пород) из-за вы- сокой степени сжимаемости не может промываться в диффузоре обычного устройства. Мягкая (хорошо проваренная) целлюлоза ока- зывает большее сопротивление фильтрации и легче запрессовывается, чем жесткая целлюлоза. Однако диффузия остатков щелока изнутри волокон происходит медленнее при промывке жесткой целлюлозы. Увеличение давления и разности давлений в допустимых для дан- 90 ной массы пределах позволяет повысить скорость отбора щелока и, тем самым, сократить продолжительность промывки целлюлозы. Од- нако чрезмерное увеличение скорости промывки, помимо разбавления щелоков, приводит к увеличению расхода воды и потерь щелочи. Повышение температуры ускоряет процессы фильтрации и диф- фузии. Однако при температуре выше 60 о С замедляется процесс отбо- ра щелока из-за увеличения сопротивления фильтрации. Основными показателями диффузорной промывки являются: ко- личество и концентрация крепких щелоков, направляемых на регене- рацию, потери щелочи с промытой целлюлозной массой, расход горя- чей воды на промывку и оборот диффузора. Целлюлозные заводы, ведущие промывку по сдвоенному методу, работают с сокращенным количеством пережимных щелоков; первые крепкие щелока направляют на регенерацию. В этом случае оборот диффузоров объемом 110 м 3 составляет от 18 до 24 ч, а для диффузо- ров объемом 75–90 м 3 – от 15 до 20 ч. Заводы, применяющие индиви- дуальный метод промывки, имеют меньший оборот диффузоров: например, при объеме диффузора 110 м 3 его оборот достигал 14–15 ч. Потери щелочи при промывке в диффузоре составляют 2–3% от количества щелочи, поступающей в котел с белым щелоком, что со- ставляет 15–25 кг 95%-ного сульфата натрия на 1 т жесткой сульфат- ной целлюлозы. При использовании метода индивидуальной промыв- ки потери сульфата натрия составляют от 7,5 до 23,0 кг на 1 т целлю- лозы, причем на долю адсорбированной щелочи приходится от 10 до 30% от общего ее количества. 3.3.5. Непрерывные варочные котлы и диффузоры Промывка щелочной целлюлозы в непрерывном котле типа Ка- мюр ведется по принципу вытеснения при температуре 100–150 о С по двухступенчатой схеме на протяжении 3–4 ч. Эффективность про- мывки сопоставима с двух- или трехступенчатой промывкой на бара- банных вакуум-фильтрах: при факторе разбавления около 3 м 3 /т цел- люлозы достигается эффективность η = 0,97–0,98. Эффективность од- нократной промывки в диффузоре непрерывного действия типа Ка- мюр недостаточно высока, но при организации промывки в 3–4 ступе- ни достигают высоких показателей по эффективности промывки. Варочные установки непрерывного действия типа Камюр имеют в нижней части котла зону горячей промывки целлюлозы (Hi-Heat). На рис. 3.1 показано устройство этой зоны. 91 Рис. 3.1. Схема движения потоков в зоне горячей диффузионной промывки: 1 – нижний ситовый пояс зоны промывки; 2 – подогреватель щелока; 3, 5 – циркуляционные трубы; 4 – верхний ситовый пояс верхней зоны промывки; 6 – ситовый пояс зоны отбора щелока; 7 – циклон-испаритель В нижней части котла и зоне выгрузки масса разбавляется слабым промывным щелоком, поступающим с последней стадии промывки вне котла – с барабанных вакуум фильтров или из непрерывного диф- фузора. Избыток промывной жидкости вытесняет из массы слабый оборотный щелок, которой через циркуляционное сито 1 забирается насосом и через подогреватель 2, обогреваемый паром, возвращается по центральной циркуляционной трубе 3 вниз промывной зоны котла. Поднимаясь навстречу опускающейся вниз массе, слабый щелок вы- тесняет из нее более крепкий щелок, который отбирается через второе сито 4 вверху промывной зоны и насосом возвращается по циркуля- ционной трубе 5 в верхнюю часть промывной зоны, где из массы по окончании варки отбирается через первое сито 6 крепкий используе- мый щелок, уходящий из котла через циклон-испаритель 7 на регене- 92 рацию и на варку. В промывной зоне осуществляются две ступени промывки: в верхней ее части отбирается крепкий щелок при темпе- ратуре 150–160 о С, а в нижней части, где отбирается слабый оборот- ный щелок, промывка заканчивается при температуре 90–100 о С. Диффузоры непрерывного действия типа Камюр широко вошли в практику промывки целлюлозы в начале 70-х гг. ХХ в. Он представ- ляет собой воронку, насаженную на поверхность бака для щелока. В конус воронки снизу подается насосом целлюлозная масса со щело- ком из выдувного резервуара с концентрацией 10–12%. Если диффузор используется для домывки массы после котла ти- па Камюр, имеющего зону горячей промывки, то полупромытая масса непосредственно переходит котла в диффузор по передувной трубе. Внутри диффузора целлюлозная масса со щелоком при неизменной концентрации движется снизу вверх. Скорость движения в верхней (цилиндрической) части диффузора составляет 80–100 мм/мин. В верхней части цилиндрического корпуса находится от 2 до 5 коль- цевых промывных сит с диаметром отверстий около 2 мм. Внутрен- ность сит сообщается с коллекторными трубами, отводящими отфиль- трованный щелок от диффузора, причем имеющаяся внутри сит пере- городка позволяет получать два фильтрата. В промежутки между си- тами с помощью четырех или шести коллекторов и коротких патруб- ковподводится слабый промывной щелок или вода. Вращающееся коллекторное устройство обеспечивает равномерное распределение промывной жидкости в объеме промываемой массы, что создает хо- рошие условия для вытеснения крепкого щелока. Промытая масса при выходе из диффузора переливается в приемный круговой карман и сливается в бассейн либо перекачивается насосом на следующую сту- пень промывки. Отобранный при промывке щелок поступает в от- дельно стоящий бак и откачивается насосами по назначению. Эффективность промывки целлюлозы в диффузоре непрерывного действия сопоставима с эффективностью промывки на однозонном барабанном вакуум-фильтре. Чаще всего такие диффузоры использу- ют для домывки массы после зоны горячей промывки в котле непре- рывного действия типа Камюр 1 (рис. 3.2). В этом случае одной сту- пени промывки в диффузоре 2 оказывается достаточно, чтобы снизить потери щелочи с промытой целлюлозной массой до 6–10 кг сульфата натрия на 1 т целлюлозы. Диффузоры непрерывного действия можно использовать и для промывки массы после котлов периодической варки. При этом для че- тырех периодических котлов, каждый из которых имеет объем 160 м 3 , 93 требуется промывная линия из трех последовательно работающих не- прерывных диффузоров диаметром 4 м. Недостатком такой системы промывки являются высокие потери сульфата натрия, достигающие 20–25 кг на 1 т целлюлозы Рис. 3.2. Схема дополнительной промывки массы в диффузоре непрерывного дей- ствия после горячей диффузионной промывки в варочном котле: 1 – варочный котел; 2 – диффузор Cтупенчатая промывка целлюлозы в непрерывных диффузорах осуществляется следующим образом. Перед подачей целлюлозы на промывку происходит ее разбавление в нижней части выдувного ре- зервуара до концентрации около 4%; для этого используют крепкий фильтрат из первого диффузора. Для сгущения массы до 10% перед зоной промывки в диффузоре предусмотрен дополнительный ситовый пояс из двусторонних сит. Затем полупромытая масса при выходе из первого диффузора также разбавляется оборотным фильтратом со второго диффузора до 4%, а во втором диффузоре снова сгущается с 4 до 10% перед зоной промывки с помощью дополнительных сит. 94 В настоящее время применяют двухступенчатый диффузор не- прерывного действия, оснащенный дополнительным пакетом сгуща- ющих сит, что позволяет осуществлять две ступени промывки в одном корпусе. В этом случае нижний ситовый пояс устраивается как про- мывной и снабжается подводом фильтрата, отбираемого через верх- ние сита. Такие двухступенчатые диффузоры с большим эффектом используются для домывки массы после горячей диффузионной про- мывки в непрерывных котлах. К достоинствам такого диффузора по сравнению с диффузором периодического действия относятся: • повышение скорости фильтрации в 2–3 раза; • отсутствие избыточного гидравлического давления в зоне филь- трации, в которой щелок удаляется под естественным напором, созда- ваемым высотой слоя массы в 0,5–1,5 м над зоной сит; • исключение припрессовывания массы к ситам; • снижение содержания волокна в фильтратах до 30–35 мг/ дм 3 ; • уменьшение фактора разбавления до 2 м 3 /т целлюлозы; • сокращение пенообразования щелоков. Для повышения эффективности промывки целлюлозы в диффузо- рах непрерывного действия фирма «Камюр» разработала конструк- цию диффузоров, работающих под давлением. Такой диффузор поз- воляет отобрать крепкий щелок перед окончательной промывкой цел- люлозы на барабанных фильтрах или в диффузорах непрерывного действия, работающих без давления. Поэтому его часто используют в качестве промывного аппарата первой ступени. Диффузоры, работающие под гидравлическим давлением, имеют удельную производительность от 15 до 30 т целлюлозы в сутки на 1 м 2 поверхности сит против 2–3 т/(сут∙м 2 ) для диффузоров непрерывного действия, работающих без давления. Диффузоры, работающие под давлением, отличаются большой компактностью. Типовой схемой яв- ляется установка диффузора непосредственно после котла непрерыв- ного действия типа Камюр. В качестве аппаратов для окончательной промывки целлюлозы могут использоваться пресс-фильтры. При та- кой схеме промывки достигается коэффициент вытеснения 0,9 при факторе разбавления 1,6 м 3 на 1 т в. с. ц. 3.3.6. Ленточные фильтры Ленточные фильтры начали использовать начале 80-х гг. ХХ в. на некоторых американских предприятиях. Их устройство напоминает собой устройство сеточной части пресспата или картоноделательной 95 длинносеточной машины. Длина всей установки достигает 35 м, а вы- сота – 3,5 м. При производительности 650 т в. с. ц. в сутки ленточный фильтр имеет сеточный стол поверхностью 110 м 2 ; их удельная суточ- ная производительность составляет около 6 т в. с. ц. на 1 м 2 поверхно- сти сеточного стола. Синтетическая сетка, изготовленная из полиэтиленфторидных ни- тей, движется со скоростью 24–27 м/мин, огибая приводной и сетко- ведущие валики. Под горизонтальным участком сетки установлены семь широких отсасывающих ящиков, каждый из которых соединен со своим центробежным насосом, откачивающим фильтрат. Масса со щелоком при концентрации от 1 до 4% поступает на сетку из напуск- ного ящика и равномерно разливается по всей ширине сетки, образуя слой папки массой 2,0–2,5 кг/м 2 . При проходе над первым отсасыва- ющим ящиком масса обезвоживается до концентрации 10–11%, и от- сасываемый щелок возвращается в напорный ящик для обратного раз- бавления. Остальные шесть отсасывающих ящиков используются для промывки целлюлозы по принципу противоточного вытеснения без изменения концентрации массы на сетке. Горячая вода подается через спрыск, установленный над последним отсасывающим ящиком. Вы- тесненный из целлюлозной массы слабый фильтрат подается насосом в спрыск над предпоследним ящиком и т. д. до второго ящика. Филь- трат (крепкий щелок), вытесненный над вторым отсасывающим ящи- ком, направляют на выпаривание. Основным преимуществом ленточных фильтров является устра- нение промежуточных разбавлений целлюлозной массы между ступе- нями промывки и большое число ступеней промывки (шесть), что обеспечивает минимальное разбавление щелоков. Показатели, характеризующие промывку целлюлозы на лен- точных фильтрах. В последних конструкциях ленточных фильтров синтетическая сетка заменена стальной лентой, которая может рабо- тать неограниченно долго. Ленточный фильтр, промывающий 800 т целлюлозы в сутки, оснащен сеткой, изготовленной из особо прочной стали. Сетка имеет ширину 6 м и длину 70 м. В зоне формования об- разуется целлюлозная папка толщиной 30 мм, которая движется со скоростью 30 м/мин через шесть зон промывки. Промывка целлюлозы на ленточных фильтрах имеет несколько преимуществ по сравнению с барабанными вакуум-фильтрами. Во-первых, снижается почти в 2 раза фактор разбавления, который не превышает 1,5 м 3 /т в. с. ц. Во-вторых, отбираемый черный щелок име- ет высокую концентрацию (не ниже 18%). В-третьих, повышается эф- 96 фективность промывки до 97,5% и снижаются потери щелочи до 13 кг Na 2 SO 4 на 1т целлюлозы и менее. В-четвертых, исключается попада- ние в щелок мелкого волокна, т. к. при противоточной промывке фильтраты многократно пропускаются через слой целлюлозной массы на сетке, который хорошо его улавливает. В-пятых, закрытый колпак препятствует попаданию паров в атмосферу производственных поме- щений и одновременно способствует поддержанию относительно вы- сокой температуры массы и щелока, направляемого на выпаривание. Благодаря повышению концентрации и температуры отбираемого на регенерацию черного щелока достигается экономия пара, которая на стадии выпаривания оценивается примерно в 1 500 МДж/т целлю- лозы. При промывке лиственной целлюлозы пенообразование практи- чески отсутствует, что позволяет исключить использование пеногаси- тельных добавок к щелоку. Один ленточный фильтр заменяет 3–4 ба- рабанных фильтра такой же производительности. |