Рассмотрим систему промывки как один технологический блок. Введем обозначения:
V 0- количество щелока, поступающего с волокнистой массой в блок промывки, м 3на 1 т целлюлозы;
G 0 - количество растворенных веществ в этом щелоке, кг на 1 т целлюлозы;
V - количество используемого щелока, отбираемого из блока промывки и направляемого на регенерацию и на собственные нужды, м 3/ т;
G - количество растворенных веществ в используемом щелоке, кг / т;
W - расход воды на промывку целлюлозы, м 3/ т;
М — количество воды, уходящей с промытой массой, м 3/ т;
с 0 - концентрация растворенных веществ в щелоке, поступающем с массой, кг / м3;
с - концентрация растворенных веществ в неиспользуемом щелоке, кг / м3.
Для характеристики работы блока используются относительные коэффициенты:
степень отбора, или эффективность промывки, представляющая собой отношение количества растворенных веществ в полученном используемом щелоке к их количеству в щелоке после варки
η = G / G 0;
относительная концентрация
f = с / с 0;
относительный объем
т = V / V 0.
Так как G 0 = c 0 V 0и G = cV,то, очевидно, η = fm. Коэффициенты η и f всегда меньше единицы (меньше 100 %), а относительный объем т может быть и меньше, и больше единицы (как правило, больше). Относительные потери растворенных веществ при промывке можно оценить величиной ξ = 1 - η.
Если система промывки замкнута и не имеет сброса в канализацию (только такие системы применяются на современных предприятиях), справедливо уравнение суммарного жидкостного баланса блока
V0 + W= V + M.
Следовательно, общее количество используемого щелока составит
V = V 0 + W - M.
Аналогичное уравнение будет справедливо и для суммарного баланса растворенных веществ:
G 0 = G + N.
Выражение для концентрации используемого щелока связывает между собой все основные величины материального баланса:
.
Результаты промывки по замкнутому циклу удобно характеризовать фактором разбавления F,представляющим собой разность между расходом промывной воды и количеством жидкости, оставшейся в промытой массе, или разность между количеством полученного после промывки используемого щелока и исходным количеством щелока в массе до промывки:
F = W – M = V - V 0.
Он показывает, сколько воды попало в щелок при промывке по замкнутому циклу. Фактор разбавления легко связать с относительным объемом щелока:
F = V 0(m - 1).
Обычные значения F = 1,5...3,5 м 3/ т.
Для оценки степени разбавления при расчетах промывных систем пользуются коэффициентом промывки Кпр,показывающим, во сколько раз количество промывной жидкости превышает количество жидкости, уходящей с массой:
Кпр = W / M.
Для характеристики промывки массы по методу вытеснения, осуществляемому на вакуум-фильтрах, в диффузорах, варочных аппаратах непрерывного действия с зоной диффузионной промывки, применяют коэффициент вытеснения Кв.
В идеальных условиях промывная жидкость должна полностью вытеснить из массы исходный щелок; при этом концентрация щелока, оставшегося в массе после промывки, будет равна концентрации промывной жидкости. В действительности концентрация остаточного щелока в массе всегда выше теоретической. Остаточный щелок можно рассматривать как смесь определенного количества промывной жидкости и соответствующего количества исходного щелока. Количество сухого вещества в остаточном щелоке определяется по уравнению материального баланса:
Мск = КвМсж + (1 - Кв) Мс0,(4.1)
где ск концентрация остаточного щелока; сж - концентрация растворенных веществ в промывной жидкости; если промывка ведется чистой водой, то сж = 0.
Путем несложного преобразования уравнения (4.1) коэффициент вытеснения выражается через концентрацию исходного и остаточного щелока и промывной жидкости:
.
В идеальных условиях Кв = 1. Практически он всегда меньше единицы, т. е. показывает, какая часть щелока в уходящей массе вытеснена и заменена промывной жидкостью.
Для характеристики эффективности отдельной промывной ступени или целой установки можно использовать фактор эффективности, показывающий количество противоточных идеальных промывных систем, необходимых для достижения эффекта промывки, получаемого на данной ступени или установке. Под идеальной промывной системой понимают такую систему, при которой концентрация отбираемого щелока равна концентрации щелока в массе после этой промывной системы.
Фактор эффективности рассчитывается по формуле
.
Для сравнения эффективности различных по конструкции промывных аппаратов или одинаковых, но работающих при разных концентрациях промытой массы, применяется показатель сравнительной эффективности Еср. Этот показатель определяет, сколько стандартных промывных аппаратов (например, однозонных высоковакуумных фильтров) может быть заменено другим аппаратом (например, диффузором непрерывного действия):
,
где Е - фактор эффективности сопоставляемого аппарата; Кпр - коэффициент степени промывки сопоставляемого аппарата; Ест - фактор эффективности стандартного аппарата; - коэффициент степени промывки стандартного аппарата.
При одинаковых факторах эффективности фактическая эффективность выше у того аппарата, который работает при более высокой концентрации промытой массы.
Таблица 4.1 - Среднее значение фактора эффективности
в зависимости от вида аппарата
Вид промывного аппарата | Концентрация промытой массы, % | Фактор эффективности, Е | Показатель сравнительной эффективности, Еср |
Однозонный фильтр | 2,5 | 1,0 | |
Однозонный фильтр | 2,5 | 1,25 | |
Двухзонный фильтр | 3,5 | 1,4 | |
Пресс 1 | 1,0 | 1,22 | |
Пресс 2 | 1,0 | 1,84 | |
Диффузионная промывка в котле | |||
непрерывной варки в течение, ч: | |||
1,5 | 5,9 | 1,98 | |
3,0 | 9,6 | 3,22 | |
Диффузор непрерывного действия | 5,0 | 1 52 | |
Одна ступень промывки в котле | |||
периодического действия | 4,0 | 1,34 |
Среднее значение фактора эффективности и показателя сравнительной эффективности для различных промывных аппаратов при факторе разбавления F = 2 приведено в таблице 4.1.
Техника промывки
Обзор способов промывки
В разные периоды истории целлюлозного производства предприятия пользовались различными устройствами и способами для промывки Целлюлозы. К числу основных устройств относятся:
- сцежи:
- диффузоры периодического действия;
- барабанные фильтры;
- винтовые прессы;
- пресс-фильтры;
- ленточные фильтры;
- диффузоры непрерывного действия;
- нижние части варочных котлов непрерывного действия.
Сцежи. Периодическая промывка в сцежах на заводах сульфатной целлюлозы не применяется, но сохранило некоторое значение в сульфитцеллюлозном производстве. Эффективность промывки низкая, в лучшем случае достигается значение η = 0,92...0,94.
Диффузоры периодического действия. До 50-х годов прошлого века диффузоры периодического действия были основным оборудованием для приема из варочных котлов и промывки массы. В настоящее время повсеместно заменены более совершенными устройствами. Эффективность промывки может достигать величины η= 0,97...0,98 при относительной концентрации f = 0,75 и объемном коэффициенте т = 1,2...1,4, что соответствует фактору разбавления F порядка 2,5 м 3 на 1 т целлюлозы.
Барабанные фильтры применяются для промывки на современных предприятиях наиболее часто. Эффективность промывки на барабанных фильтрах при использовании многоступенчатых схем составляет обычно η = 0,96...0,99 при относительной концентрации получаемого крепкого щелока f = 0,65...0,80, что при относительном объеме т = 1,3..1,4 соответствует фактору разбавления от 2 до 4 м 3/ т целлюлозы. Повышение эффективности промывки на 1 % сокращает потери щелочи примерно на 6 кг сульфата на 1 т воздушно-сухой целлюлозы.
Винтовые прессы (шнек-прессы). Промывка в винтовых прессах по эффективности не уступает промывке на барабанных фильтрах. При трехступенчатой промывке в прессах эффективность составляет η = 0,96 при относительной концентрации f = 0,78, что отвечает фактору разбавления F = 2,1 м 3/ т.
Пресс-фильтры и ленточные фильтры совсем недавно начали применяться предприятиями для ступенчатой противоточной промывки. По эффективности эти устройства не уступают барабанным фильтрам.
Диффузоры непрерывного действия относятся к современным видам промывного оборудования. Они появились, в начале 70-х годов и быстро завоевали признание. Эффективность однократной промывки в диффузоре непрерывного действия типа Камюр недостаточно высока, но при организации промывки в 3...4 ступени можно достичь высоких показателей по эффективности и относительной концентрации.
Промывка в варочных котлах. Высокотемпературная (при 100...150 °С) промывка сульфатной целлюлозы в котле непрерывного действия типа Камюр ведется по принципу вытеснения по двухступенчатой схеме, при этом ее продолжительность достигает 3...4 ч. Эффективность промывки сопоставима с двух- или трехступенчатой промывкой на барабанных фильтрах; при факторе разбавления около 3 м 3/ т целлюлозы достигается эффективность η= 0,97...0,98.