Эффективность и материальный баланс промывки

Рассмотрим систему промывки как один технологический блок. Введем обозначения:

V₀- количество щелока, поступающего с волокнистой мас­сой в блок промывки, м³на 1 т целлюлозы;

G₀ - 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, м³/т;

G - количество растворенных веществ в используемом ще­локе, кг/т;

W - расход воды на промывку целлюлозы, м³/т;

М — количество воды, уходящей с промытой массой, м³/т;

с₀ - 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/G₀;

относительная концентрация

f = с/с₀;

относительный объем

т = V/V₀.

Так как G₀ = c₀V₀и 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 = V₀ + W - M.

Аналогичное уравнение будет справедливо и для суммарно­го баланса растворенных веществ:

G₀ = 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 - V₀.

Он показывает, сколько воды попало в щелок при промывке по замкнутому циклу. Фактор разбавления легко связать с отно­сительным объемом щелока:

F = V₀(m - 1).

Обычные значения F = 1,5...3,5 м³/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