Устройство для промывки древесной волокнистой массы - RU2095502C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к устройству для промывки древесной волокнистой массы, а точнее к усовершенствованному устройству для промывки целлюлозных волокон.

Когда древесина подвергается химической обработке для получения целлюлозных волокон, предназначенных для производства бумаги, процесс включает в себя приготовление или варку древесной щепы с помощью различных варочных жидкостей, при этом смолы и материалы, связывающие целлюлозные волокна, растворяются в варочной жидкости и происходит освобождение волокон. В результате получается жидкая масса с волокнами, взвешенными в водном растворе, при этом затрачиваются химикаты или раствор. Для дальнейшего приготовления целлюлозы, предназначенной для производства бумаги, волокна должны быть отделены от жидкости, жидкость удаляется и волокна подвергаются промывке для удаления тех химикатов, которые остаются вместе с волокнами.

Промывка целлюлозы заключается в отделении растворимых примесей от целлюлозных волокон с тем, чтобы получить целлюлозу, в которой фактически отсутствуют примеси. Оптимальная система для промывки целлюлозы должна полностью удалять отработанный раствор и другие примеси, используя минимальное количество промывной жидкости. Для регенерации химикатов и/или другой последующей обработки отработанного раствора любая промывная жидкость, добавляемая в течение стадии промывки, также должна быть подвергнута обработке посредством выпаривания или других средств. Поэтому желательно свести к минимуму количество промывной жидкости, добавляемой в течение процесса промывки с тем, чтобы тем самым свести к минимуму разбавление растворов, используемых при варке, а следовательно, и стоимость повторно участвующих в процессе химикалиев при последующих стадиях обработки.

При оценке эффективности промывных систем в бумажной промышленности принят термин "коэффициент разбавления", который определяет количество используемой промывной жидкости. Коэффициент может быть определен, как количество воды или другой промывной жидкости, подаваемой в систему и не забираемой из системы промытой целлюлозой, когда целлюлоза удаляется из системы. Если количество добавленной промывной жидкости равно количеству промывной жидкости, выходящей из системы с целлюлозой, коэффициент разбавления равен нулю. Поэтому наиболее желательны малые величины коэффициента разбавления.

Известно устройство для промывки древесной волокнистой массы, содержащее полый корпус, образующий напорное отделение для потока массы из целлюлозных волокон в несущей жидкости. Корпус имеет отверстие для подачи массы во входную зону и отверстие для ее выхода, стационарную цилиндрическую промывную сетку, расположенную в напорном отделении, создающую барьер для прохождения волокон целлюлозы от одной стороны сетки к ее противоположной стороне и обеспечивающую прохождение через нее несущей жидкости в камеру для сбора жидкости, образованную сеткой и корпусом. Устройство содержит подающее средство для введения промывной жидкости, вытесняющей и заменяющей жидкость, проходящую через промывную сетку, средство для создания осевой скорости в направлении подачи массы от входной зоны устройства к выходной его зоне, средство для создания радиальной скорости для обезвоживания массы, перемещающейся вдоль сетки от первого ее конца по второму, вращающееся средство, смонтированное соосно с промывной сеткой внутри объема, занимаемого сеткой, с образованием между ними зазора для обеспечения прохождения массы от средства доставки ее к указанному зазору и для локализованного перемешивания массы вдоль промывной сетки (см. заявку Великобритании N 2009274, кл. D 21 C 9/02, 1979 г.).

Недостатком известного устройства является необходимость использования массы высокой концентрации при низкой скорости вращающегося средства, тогда как изобретение предусматривает низкую концентрацию и высокую скорость. Результатом является то, что относительно небольшое устройство согласно изобретению дает значительно большую производительность, чем известное устройство.

Достигается это тем, что вращающееся средство представляет собой ротор для обеспечения высокочастотных низкоамплитудных импульсов в массе, проходящей вдоль сетки, имеющий цилиндрическую поверхность, а промывная сетка выполнена в виде обечайки. Цилиндрическая поверхность ротора имеет большое число идущих наружу выступов. Выступы имеют полусферическую форму. Камера для сбора жидкости имеет средство отвода из нее части жидкости, проходящей через второй конец сетки к входной зоне устройства. Камера для сбора жидкости имеет по меньшей мере два отделения, одно из которых расположено ближе к первому концу сетки для сбора жидкости, проходящей через первый конец сетки, а второе отделение расположено ближе ко второму концу сетки для сбора жидкости, проходящей через второй конец сетки.

На фиг. 1 представлено схематическое вертикальное сечение, на котором показано устройство для промывки целлюлозной массы, сконструированное и действующее согласно принципам изобретения; на фиг. 2 вид в вертикальном поперечном сечении предпочтительного варианта осуществления устройства для промывки древесной волокнистой массы, который работает в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Устройство для промывки древесной волокнистой массы согласно изобретению включает в себя полый корпус 1, образующий напорное отделение для потока массы, и роторный узел 2, расположенный в корпусе в осевом направлении. Основная оболочка или корпус 1 разделен на три главные зоны. Первая зона это входная зона 3, расположенная в передней части промывного устройства обычно в конце ротора. Впускной трубопровод 4 тангенциально подходит к входной зоне в верхней части оболочки с тем, чтобы подать волокнистую массу, содержащую целлюлозные волокна в несущей жидкости, к промывному устройству со скоростью, тангенциальной к оси аппарата, через отверстие для подачи массы.

Вторая зона внутри корпуса 1 представляет собой промывную зону 5, которая может быть разделена на несколько зубцов у наружной поверхности оболочки для экстрагирования промывочных растворов. Цилиндрическая промывная сетка, выполненная в виде обечайки 6, располагается вдоль промывной зоны, изолируя трубопровод 7 для фильтрата (несущей жидкости, проходящей через сетку), находящийся в верхней части оболочки, от роторного узла 2, расположенного в осевом направлении внутри промывного аппарата, и промывной сетки, с зазором по отношению к ней. Следовательно, достигнет трубопровода для фильтрата только та жидкость, которая проходит через промывную сетку. Промывная сетка формирует барьер, вдоль которого происходит отделение волокна от раствора.

Третья зона корпуса представляет собой выходную зону 8, расположенную у задней части промывного аппарата у противоположного конца ротора и сети от входной зоны и является зоной, в которой промытая целлюлозная масса выпускается из промывного устройства.

Как показано, промывная зона устройства имеет два отделения 9 и 10 позади промывной сетки. Эти отделения разделены между собой перегородкой 11. Промывная (свежая) вода вводится с задней стороны промывного устройства через подающее средство в виде трубопровода 12. Количество добавленной свежей воды контролируется управляющим клапаном 18. Раствор в целлюлозной массе вытесняется свежей водой и через промывную сетку извлекается в отделение 10. После промывки целлюлозная масса выпускается через отверстие для ее выхода из промывного аппарата по линии 19. Фильтрат (жидкость проходящая через сетку) из отделения 10 вводится с входной стороны промывного аппарата по трубопроводу 13 без помощи насоса лишь на основе разности давления. Давление в центральной зоне промывного аппарата ниже давления в месте выпуска фильтрата из отделения 10. Однако очевидно, что насос также может быть использован.

Фильтрат, вводимый с входной стороны промывного аппарата по трубопроводу 13, используется для внутреннего разбавления. Поскольку фильтрат имеет более низкую концентрацию, чем раствор, уже находящийся в целлюлозной массе, когда фильтрат вытесняет раствор более высокой концентрации в этой зоне, который транспортируется к отделению 9 через промывную сетку, целлюлозное волокно освобождается от определенного количества растворимых примесей. Раствор более высокой концентрации в отделении 9 выпускается из промывного аппарата через трубопровод 7 для фильтрата.

Поток через впускной трубопровод 4, линию 7 для фильтрата высокой концентрации, трубопровод 13 для рециркуляции фильтрата, линию 19 выхода промытой целлюлозной массы и трубопровод 12 для свежей воды контролируется посредством клапанов соответственно 14, 15, 16, 17 и 18, с тем чтобы сохранить устойчивую работу промывного аппарата путем создания перепада давления на сетке между внутренней и наружной поверхностями, а также на промывном аппарате между входом целлюлозной массы и выходом промывной целлюлозной массы.

Далее со ссылкой на фиг.2 будет дано более конкретное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения, схематически раскрытого на фиг. 1. На фиг.2 позицией 100 обозначено устройство для промывки древесной волокнистой массы, сконструированное для работы в соответствии с принципами изобретения. Корпус 110, предпочтительно изготовленный из нержавеющей стали или подобного материала, включает в себя наружную, фактически цилиндрическую оболочку 112, имеющую фланец 114 для захождения на него крышки 116 у входного конца промывного аппарата. Корпус 110 дополнительно включает в себя фактически конусообразную часть 118 у входного конца промывного аппарата.

Роторный узел 120 в целом располагается вдоль оси корпуса 110 и включает в себя вал 122 ротора с возможностью приведения в движение прикрепленный к двигателю 124 и подсоединенный к корпусу 126, имеющему большое количество головок или выпуклостей 128 на своей наружной поверхности. Ротор, описываемый далее, часто упоминается как ротор фракционирующего типа, который генерирует в целлюлозной массе импульсы высокой частоты и низкой амплитуды. Выпуклости 128 могут иметь полусферическую или иную форму.

Впускная зона 130 в целом образована крышкой 116, частью оболочки 120, фланцем 132 внутренней оболочки и торцем 136 корпуса 126 ротора. Впускной трубопровод 140 обеспечивает подачу жидкой целлюлозной массы, предназначенной для промывки, к впускной зоне 130. Ориентация впускного трубопровода 140 по отношению к ротору, оси ротора и впускной зоне такова, чтобы обеспечить существенную тангенциальную скорость целлюлозной массы.

Внутренняя стенка 142 оболочки 112 удерживает роторный узел 120 на подшипниках 144, в которые заходит вал 122 ротора. Стенка 142 включает в себя фланец 146. Фланец 132 с одного конца промывного аппарата и фланец 146 с его другого конца в целом определяют впускной и выпускной края промывной зоны 150, в которую поступает целлюлозная масса из впускной зоны 130.

Промывная сетка 160 подсоединена к фланцам 132 и 144 посредством ее монтажных фланцев соответственно 162 и 164.

Промывная сетка 160 представляет собой цилиндрическую перфорированную обечайку, предпочтительно ровную, и имеет отверстия или прорези, достаточно небольшие, чтобы ограничить прохождение волокон целлюлозы под действием пульсаций от роторного узла 120. Установлено, что прорези, составляющие 0,015 см в конструкции обечайки, работают достаточно хорошо, однако приемлемы прорези, находящиеся в диапазоне 0,005-0,03 см и отверстия в диапазоне 0,01-0,03 см.

Промывная сетка 160 образует стационарный барьер, вдоль которого целлюлозная масса течет от входного которого целлюлозная масса течет от входного конца промывного устройства к его выходному концу. Промывная сетка близко отстоит от корпуса 126 ротора с выпуклостями 128 на нем и разделяет промывную зону 150 на радиальную внутреннюю и радиальную наружную части. Целлюлозная масса из входной зоны 130 поступает в радиальную внутреннюю часть промывной зоны через пространство 166 между ротором и внутренней поверхностью промывной сетки. Жидкости, вытесненные из целлюлозной массы, текут через прорези в сетке к радиальной наружной части промывной зоны 150. Некоторые или все вытесненные жидкости могут направляться из промывного устройства через выход 170 для фильтрата, в то время как промытая целлюлозная масса подается из промывного аппарата через выход 180 для промытой целлюлозной массы.

Радиальная наружная часть промывной зоны 150 разделена на субзоны 190 и 200 посредством перегородки 210. Понятно, что могут быть использованы две или более перегородки, подобные перегородке 210, для образования трех или более промывных субзон, подобных субзонам 190 и 200.

Целлюлозная масса поступает в пространство 166 между наружной поверхностью роторного узла 120 и внутренней поверхностью промывной сетки 160 и течет вдоль промывной сетки благодаря сохраняющейся разности давления между входом и выходом. Линия 220 для промывной жидкости выполнена в стенке 142 и обеспечивает подачу этой жидкости, которая вытесняет раствор в целлюлозной массе, при этом раствор извлекается через промывную сетку и поступает в субзоны 190 и 200. Линия 230 для рециркуляции фильтрата подает фильтрат из субзоны 200 к входу 232 для рециркулирующего фильтрата, выполненному в крышке 116.

Волокна, предназначенные для промывки, подводятся в виде жидкой целлюлозной массы с помощью средств, которые не показаны, к впускному трубопроводу 140, при этом целлюлозная масса выпускается тангенциально к промывному аппарату у впускной зоны 130. Жидкая целлюлозная масса, состоящая из раствора и волокон консистенцией 0,2- 4,5% а предпочтительно 3,0-3,5% подается при температуре 93^oC к промывному аппарату.

Жидкая волокнистая масса поступает в промывную зону 150 через пространство 166. Волокна принудительно движутся вдоль промывной зоны 150 по пути, фактически параллельному промывной сетке 160. Волокнам трудно проходить через сетку из-за угла их подхода к прорези. Волокна перемещаются в осевом направлении от входной зоны 130 к предназначенному для промытой целлюлозной массы выходу 180 промывного аппарата.

Имеется три основных компонента скорости, действующих внутри промывного аппарата для содействия механизму промывки. Этими компонентами являются осевая, радиальная и тангенциальная скорости. Осевая скорость направлена вдоль оси вращения промывного аппарата и в целом параллельна промывной поверхности сетки. Эта скорость контролируется разностью давления между входом целлюлозной массы и выходом промытой целлюлозной массы. На эту осевую скорость оказывает влияние размер кольцевого зазора между промывной сеткой и корпусом ротора и объем потока по направлению к выходу целлюлозной массы.

Радиальная скорость направлена через промывную сетку. Эта скорость контролируется разностью давления между входом для целлюлозной массы и выходом для промытого фильтрата. Радиальная скорость зависит от общей площади промывной сетки, площади отверстий в сетке и от объема потока фильтрата.

Тангенциальная скорость это вращательная скорость целлюлозной массы относительно промывного аппарата. Тангенциальная скорость в значительной степени зависит от конструкции ротора.

Скорости в промывном аппарате создают радиальные тяговые усилия, срезающие усилия и турбулентные усилия, которые совместно друг с другом перемешивают, повторно превращают в жидкую массу и обезвоживают целлюлозную массу для получения желаемой степени эффективности промывки в промывной зоне.

Вследствие поперечной скорости, которая является комбинацией скоростей, создаваемых в промывном аппарате, имеющийся эффективный размер отверстий сетки для волокон, текущих через промывной аппарат, может быть уменьшен. Это уменьшение видимых отверстий сетки является важным механизмом для эффектного отделения жидкости от целлюлозной массы. Разность давления, создаваемая между внутренней частью промывного аппарата и камерой для фильтрата, обеспечивает движение жидкости через промывную сетку. Однако волокна, на которые оказывает влияние поперечная скорость, не будут проходить через отверстия сетки, которые обеспечивали бы прохождение волокон, если бы на волокна оказывала влияние только радиальная скорость. Целлюлозная масса внутри промывного аппарата достигает более высокой консистенции, чем консистенция на входе, вследствие экстрагирования жидкости.

Целлюлозная масса в промывной зоне подвергается воздействию нескольких промывных механизмов, включающих в себя разбавление, перемешивание, экстрагирование и вытеснение. Эффективность процесса зависит от степени равновесия, достигаемой при перемешивании, и от степени экстрагирования и вытеснения, достигаемой при конкретных условиях работы промывного аппарата. Высокая степень перемешивания достигается в этом промывном аппарате благодаря работе высокоскоростного ротора в непосредственной близости от промывной сетки. При этом быстро обеспечивается равномерная концентрация раствора в любой точке промывного аппарата, когда раствор высокой концентрации в целлюлозной массе перемешивается с раствором низкой концентрации или свежей водой. Этот раствор после достижения равновесной концентрации экстрагируется через сетку.

Устройство выполняет две стадии промывки, но для специалистов очевидно, что оно может быть расширено для введения в одну систему любого количества стадий.

Устройство для промывки древесной волокнистой массы создает трубулентное жидкостное вытеснение в отличие от известного ранее статического вытеснения. Вытеснение более эффективно и устройство может составлять по размеру одну треть от сопоставимого, например, барабанного промывного аппарата.

Таким образом из описания видно, что создано улучшенное устройство промывки, которое обеспечивает достижение указанных целей и отличительных признаков. Однако очевидно, что без отклонения от объема изобретения в него могут быть внесены различные изменения.

Реферат

Изобретение относится к устройству для промывки древесной волокнистой массы, преимущественно к усовершенствованному устройству для промывки целлюлозных волокон. Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве для промывки, содержащем полый корпус, стационарную промывную сетку, камеру для сбора жидкости, образованную сеткой и корпусом, средства для подачи потока массы и промывной жидкости и удаления жидкости, проходящей через промывную сетку, имеется вращающееся средство. Это средство представляет собой ротор для обеспечения высокочастотных низкоамплитудных импульсов в массе, проходящей вдоль сетки, имеющий цилиндрическую поверхность, а промывная сетка выполнена в виде обечайки. Цилиндрическая поверхность ротора имеет большое число идущих наружу выступов. Выступы имеют полусферическую форму. Приводится конструкция камеры для сбора жидкости. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула