Файл: Бушмелев, В. А. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства учебник.pdf

в простоте устройства и надежности в работе при любой начальной концентрации суспензии, имеют ряд существенных недостатков. Прежде всего, это небольшая скорость отстаивания и, как следствие этого, громоздкость аппаратуры. Осаждение значительно ускоряется, если его проводить в поле центробежной силы. При этом размеры ап­ паратов уменьшаются. В связи с тем, что при работе на концентриро­ ванных суспензиях в аппаратах центробежной очистки возникают за­ труднения с удалением уловленных частиц, очистку в поле центро­ бежной силы применяют только для низкоконцентрированных суспен­ зий. Метод центробежного разделения, в частности очистка целлюлоз­ ной и бумажной массы от загрязнений минерального характера, широко распространен в промышленности.

Фактор разделения

При любом изменении направления движения частицы возникает сила инерции, направленная перпендикулярно касательной ее траек­

рением центробежной силы. Таким образом, фактор разделения можно также определить, как отношение ускорения центробежной силы

кускорению силы тяжести.

Внекоторых случаях фактор разделения целесообразно выразить

не через окружную скорость, а через число оборотов п в минуту. По-

103

кращения постоянных равен

п-г

(5-21)

900 ’

где И = м. Формула (5-21) применяется для расчета фактора разде­ ления центрифуг с вращающимся барабаном, а предыдущая формула (5-20) — для стационарных очистных аппаратов, называемых гидро­ циклонами.

Скорость осаждения

По аналогии с выводом уравнений скорости отстаивания скорость осаждения под действием центробежной силы может быть определена из условия С — AU< S , где — выталкивающая сила, подобная архимедовой силе А, но характерная для поля центробежной силы. Поскольку С = 0G и Лц = ФА, получаем Ф (G—А) < S. Это соотно­ шение является условием выделения частиц из жидкости в поле цен­ тробежной силы. Поскольку оно отличается от соответствующего ус­ ловия процесса отстаивания только фактором'разделения Ф, то по­ сле подстановки в него величин G, А и S и преобразований получим формулу, аналогичную формуле (5-1), но отличающуюся от нее лишь наличием фактора разделения:

Эта формула связывает'величину ФАг с критерием Re и коэффи­ циентом сопротивления К. Подставив в нее значения из формул (2-15), (2-16) и (2-17), получим расчетные формулы, аналогичные формулам

(5-2), (5-3) и (5-4):

для ФАг < 3 6 (ламинарный режим) R e= — (АгФ); (5-23)

18

дляФАг = 36ч-84000(переходныйрежим^е = 0,15(АгФ)°''15; (5-24)

для Ф А г> 84 000 (турбулентный режим) Re = 1,74 (Ar Ф)0,5. (5-25)

Зная число Re, скорость осаждения молено определить но формуле (5-5). Для ламинарного релеима (Аг Ф <36) скорость осаледения равна

18 ^

Гидроциклоны

Для очистки целлюлозной и бумаленой массы применяют кониче­ ские и цилиндрические гидроциклоны.

Конические гидроциклоны

Рассмотрим устройство и принцип действия конического гидро­ циклона (рис. 5-5). Конический гидроциклон (центриклинер) — это полый конус (угол конусности около 10°) с тремя отверстиями: для

104

ввода очищаемой суспензии, выхода очищенной массы и выброса от­ ходов. Входной патрубок с круглым или квадратным сечением распо­ ложен тангенциально в верхней части аппарата. Здесь же имеется выходной патрубок, ось которого совпадает с осью аппарата. Отходы удаляются через нижнее отверстие. Сечение входного патрубка равно сечению патрубка для отвода очищенной массы или немного меньше его. Диаметр отверстия для отходов составляет 0,5 — 0,25 диаметра патрубка очищенной массы. Нижняя часть конуса съемная.

Масса в аппарат подается под давлением со значительной ско­ ростью. Благодаря тангенциальному вводу жидкость внутри аппарата

входе жидкости в аппарат число ее оборотов достигает 300—350 в ми­ нуту. Угловая скорость слоев жидкости в любом произвольном гори­ зонтальном сечении потока возрастает от периферии к центру, что объясняется увеличением сил трения вблизи стенок.

Для эффективного разделения суспензий нужно обеспечить высо­ кие окружные скорости. Для этого наряду с увеличением давления жидкости на входе нужно уменьшить потери на трение и избежать турбулизации потоков внутри аппарата. Поэтому внутренняя поверх­ ность гидроциклона должна быть как можно более гладкой.

На жидкость в гидроциклоне действует сложная система сил. Наи­ более существенными из них будут центробежная сила и давление. В плоскости горизонтального сечения по направлению от стенки аппа­ рата к центру и по мере движения жидкости вниз давление снижается, а центробежная сила возрастает. Очищаемая жидкость и загрязнения по-разному реагируют на эти силы. В соответствии с распределением давления жидкость в аппарате перемещается к центру и в нижнюю

105

часть аппарата. Более тяжелые загрязнения, двигающиеся вместе с жидкостью, проходя объемы с постепенно нарастающей центробеж­ ной силой, сначала замедляют свое движение к центру. При дальнейшем движении жидкости вниз движение частиц к центру приостанавли­ вается, а затем они начинают двигаться от центра к периферии и осаж­ даются на поверхности гидроциклоиа. Опускаясь спиралеобразным потоком по поверхности конуса вниз, загрязнения выводятся через нижнее отверстие вместе с некоторым количеством очищенной жидко­ сти. Основная масса очищенной жидкости отжимается к центру и вос­ ходящим спиралеобразным потоком выводится из аппарата через верх­ ний центральный патрубок.

Для очистки целлюлозной и бумажной массы применяются конус­ ные трубки диаметром от 300 до 75 мм в верхней части и соответственно 100—12,5 мм внизу. Производительность таких аппаратов составляет 3200—75 лімин. Давление массы на входе 2,8—3,5 сипи, а на выходе 0,2—1 ати. В таких условиях гидроциклоны работают без образова­ ния центрального воздушного столба. Оптимальная концентрация массы около 0,5—1%. Повышение концентрации возможно; это уве­ личивает производительность аппарата по сухому волокну, но до некоторой степени снижает эффективность очистки. С увеличением перепада давления эффективность аппарата возрастает. Степень очистки и производительность аппарата можно регулировать также изменением сечения отверстия для отходов путем смены насадки. С уменьшением этого отверстия производительность увеличивается, но эффективность очистки снижается.

Вцеллюлозной и бумажной массе могут находиться загрязнения

сменьшей плотностью, чем масса. Эти загрязнения сосредоточиваются

вцентре гидроциклона и уходят вместе с очищенной массой. Для того чтобы их отделить, верхний выходной патрубок изготовляют по типу «труба в трубе». Через кольцевое сечение в этом случае удаляется очи­ щенная масса, через центральную трубу — легкие загрязнения.

Гидроциклоны, работающие с центральным воздушным столбом, применяются как для очистки суспензий от тяжелых загрязнений, так и для удаления из них газов. Такие аппараты для более эффектив­ ного отсоса газов соединяют с вакуум-насосами. Чаще всего они имеют цилиндрическую форму и применяются для удаления воздуха из бу­ мажной массы перед подачей ее на сетку машины.

Впоследнее время стали применять также двухкамерные гидро­ циклоны, которые представляют собой два гидроциклона, соединенных по оси. Нижняя трубка делается примерно в 2 раза короче верхней.

Вверхней трубке масса очищается обычным способом, а в нижней про­ мываются отходы, для чего имеется тангенциальный подвод воды. От­ мытое от массы волокно переходит в верхнюю трубку и удаляется вме­ сте с очищенной массой.

Гидравлические сопротивления

Перепад давления Ар между входом и выходом жидкости в аппа­ рате зависит от критерия Рейнольдса во входном патрубке ReBX, про­ изводительности гидроциклона по начальной суспензии Q и по очи-

106