Эффективность и материальный баланс промывки

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 К_пр,показываю­щим, во сколько раз количество промывной жидкости превышает количество жидкости, уходящей с массой:

К_пр = 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 К_в.

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:

Мс_к = К_вМс_ж + (1 - К_в) Мс₀,(4.1)

где с_к концентрация остаточного щелока; с_ж - концентрация растворенных веществ в промывной жидкости; если промывка ведется чистой водой, то с_ж = 0.

Путем несложного преобразования уравнения (4.1) коэффи­циент вытеснения выражается через концентрацию исходного и остаточного щелока и промывной жидкости:

.

В идеальных условиях К_в = 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 Е_ср. 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; К_пр - коэффициент степени промывки сопоставляемого аппарата; Е_ст - 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

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.