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

СПОСОБЫ ПРОМЫВКИ ОСАДКОВ

В осадках из растительных волокон, в частности в целлюлозной массе, жидкая фаза находится не только в капиллярах и порах между волокнами, но и в их внутренних каналах и полостях и клеточных стенках. Для целлюлозной массы, приходящей на промывку после варки, общий объем жидкой фазы распределен приблизительно сле­ дующим образом (в массовых процентах):

Следовательно, при свободном отекании жидкости можно удалить из массы только 15—20% извлекаемого вещества. Остаточное влагосодержание массы после отекания зависит от характера волокна и плотности и вязкости жидкости.

Жидкость, заключенная в порах между волокнами, наиболее просто удаляется отжимом. Однако всю жидкость из пор отжать невозможно, так как часть ее, находящаяся в мелких порах, обладает настолько большими капиллярными силами и силами молекулярного взаимо­ действия с волокном, что преодолеть их не удается даже при сверх­ высоких давлениях отжима. Концентрация массы, получаемая на практике при отжиме, составляет 40—50% массовых по сухому во­ локну. При концентрации 65% на волокне оставался бы мономоле­ кулярный, слой жидкости; при отжиме это недостижимо.

Из пор осадка жидкость может быть удалена также вытеснением ее промывной жидкостью. Аналогично работе поршня насоса, вытал­ кивающем жидкость из цилиндра, действие промывной жидкости при такой промывке заключается в вытеснении раствора из пор осадка. Если вытесняющая жидкость не смешивается с раствором, способ называется п р о м ь Г в к о й и д е а л ь н о г о в ы т е с н е н и я . Концентрация удаляемого раствора равна концентрации раствора в порах осадка до промывки. В реальных условиях промывная жид­ кость и раствор до некоторой степени перемешиваются в порах осадка и такая промывка называется в ы т е с н я ю щ е й п р о м ы в к о й . Концентрация удаляемого раствора становится меньшей, чем его кон­ центрация в порах до промывки.

дующем. В осадок подается промывная жидкость, которая равномерно перемешивается с раствором в порах осадка, и в промывном аппарате получается разбавленный раствор какой-то средней концентрации с равномерно распределенными частицами осадка. После смешения жидкая фаза отделяется от осадка, чаще всего с помощью фильтрации или отстаивания, и вместе с ней удаляется определенное количество извлекаемого вещества. Затем раствор в осадке разбавляется новой порцией промывной жидкости и цикл повторяется до достижения за­

285

данной степени извлечения вещества из осадка. Характерной особен­ ностью метода последовательных разбавлений является равенство концентраций удаляемого и остающегося в порах осадка растворов.

Из внутренних полостей волокон жидкость и извлекаемое вещество могут быть удалены прессованием. Однако при повышении сухости до 18% жидкость из волокон не выжимается, так как расстояния ме­ жду ними еще велики и давление на стенки волокон незначительно. С увеличением концентрации массы сверх 18% жидкость начинает выжиматься из внутренних полостей волокон, а при концентрации 33% содержание жидкости внутри и вне волокон становится одина­ ковым.

Из клеточной стенки при отжиме жидкость не удаляется. Вещество, не удаленное из осадка рассмотренными способами,

извлекается д и ф ф у з и е й , движущей силой которой является разность концентраций извлекаемого вещества. Это значит, что диф­ фузионная промывка, как и вытесняющая и разбавительная промывки, обычно сопровождается разбавлением отбираемых растворов. В ре­ альных условиях диффузия всегда сопутствует разбавительной и вы­ тесняющей промывкам.

В практике целлюлозно-бумажного производства в разных соче­ таниях находят применение все рассмотренные виды промывок. На­ пример, при промывке целлюлозы на фильтрах наблюдаются такие элементы промывки, как отбор всего свободного щелока и частичный отвод щелока из пор осадка фильтрацией, вытеснение щелока промыв­ ной жидкостью из слоя осадка с участием диффузии и отжим щелока с помощью прессового валика. При промывке на шнек-прессах имеют место последовательные отжим жидкости, разбавление оставшегося вещества, диффузия и снова отжим; при промывке в диффузоре — вытеснение и диффузия и т. д. При этом чем больше эффекты отжима и вытеснения, тем выше концентрация отбираемых щелоков и другие показатели промывки.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПОКАЗАТЕЛИ ПРОМЫВКИ

Под общей эффективностью промывки установки т] понимают от­ ношение количества извлеченного вещества, уходящего с отбираемым раствором, к содержанию вещества в осадке до промывки. Ее величина зависит от многих факторов промывки. Наиболее существенными из них являются скорость внутренней диффузии вещества, движущегося изнутри частиц к поверхности, массоотдача в окружающую жидкость и продолжительность процесса. Допустим, что при промывке в данных условиях скорость массопередачи и продолжительность процесса .та­ ковы, что в системе пористое вещество — окружающий раствор уста­ навливается равновесие. При этом концентрация раствора внутри по­ лостей частиц равна концентрации раствора в порах между частицами; она называется р а в н о в е с н о й к о н ц е н т р а ц и е й ср. Если массопередача при промывке малоинтенсивна или недостаточна про­ должительность процесса, равновесие при промывке не достигается. При этом концентрация раствора с в порах между частицами будет

286

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