Механизм и факторы сортирования

ЛЕКЦИЯ № 19 . СОРТИРОВАНИЕ И ОЧИСТКА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

ПЛАН

1.Характеристика загрязнений.

2.Принцип и последовательность ступеней сортирования и очистки

3.Основные показатели оценки работы сортировок.

4.Механизм и факторы сортирования.

5.Принципы создания схем сортирования

6.Очистка целлюлозы на центриклинерах

Характеристика загрязнений

Качество готовой продукции (товарной целлюлозы, бумаги) во многом зависит от процессов сортирования и очистки волокнистых полуфабрикатов.

Целлюлозная масса, полученная в результате варки не только неоднородна по длине волокна, но и содержит ряд загрязнений, отличающихся размером, формой, удельной массой. Основным видом сора в целлюлозе является костра (65…75%). Она образуется при отделении от сучков, непровара слабо делигнифицированных пучков волокон, имеющих более темную окраску по сравнению с целлюлозой. (рис.2).

Содержание частиц коры достигает 20…25 % от общего количества сора. При сульфитной варке кора не варится, и при дальнейшей обработке целлюлозной суспензии сильно измельчается, увеличивая сорность целлюлозы. Для сульфатной целлюлозы наличие в суспензии частиц коры не характерно, так как при сульфатной варке кора растворяется практически полностью у хвойных пород древесины.

Кроме того, в сульфитной небеленой и беленой целлюлозе и сульфатной беленой из лиственных пород древесины можно обнаружить частицы смолы, являющиеся результатом коагуляции молекул смоляных, жирных кислот, неомыляемых веществ при резком изменении параметров технологических процессов (температуры, рН, жесткости воды)

Вышеперечисленные виды загрязнений относятся к так называемому технологическому сору. Кроме того, в массе могут присутствовать частицы песка, угля, бетона, ржавчины, слизи, составляющие так называемый технический сор.

Последовательность ступеней сортирования

Основной целью сортирования является отделения посторонних включений из целлюлозной суспензии при небольших потерях годного волокна, минимальном расходе энергии (рис.1).Процесс сортирования и очистки целлюлозы состоит из нескольких стадий:

- разделение проваренной щепы на отдельные волокна сепарирование массы;

- отделение от массы сучков и непровара - грубое сортирование;

- отделение от массы костры, коры, луба – тонкое сортирование;

- отделение от массы минеральных включений – очистка массы на центриклинерах;

- отделение мелкого волокна, состоящего из обрывков трахеид, смолосодержащих сердцевинных лучей, паренхимных клеток – фракционирование массы.

Первые три стадии относятся к сортированию небеленой целлюлозы, рис.3. Переработка отходов сортирования является обязательной ступенью производства небеленой целлюлозы.

Основные показатели оценки работы сортировки

Работу сортировки можно оценить по следующим показателям: количество отходов (R_w), коэффициент сгущения (T_c), эффективность сортирования (E_c) – рис.5.

R_w = mR / mF,

где: mR , mF – количество отходов и поступающей массы соответственно.

Т_с = cR / cF,

Где: cR , cF – концентрация отходов и поступающей массы соответственно.

E_c = (1 – S_a/S_f)*100, %

где: S_a,S_f – содержание костры в % (по массе) в хорошей и поступающей массе соответственно.

Для определения количества загрязнений в целлюлозе используются 2 метода – весовой (г сора/г волокна) и визуальный (шт/м²), рис.6

Механизм и факторы сортирования

Отделение загрязнений от целлюлозной суспензии, рис.7 – это вероятностный процесс, который зависит от:

- конструкции и принципа работы сортировки (модель ротора, скорость его вращения);

- конструкции ситового барабана (форма и размер отверстий, способ изготовления);

- условий работы сортировки (концентрации поступающей массы, перепада давления, количества поступающей массы и отходов);

- числа каппа поступающей массы (гибкости волокна);

- количества загрязнений.

Из вышеперечисленных параметров, свойства поступающей массы оказывают сильное влияние на вероятностный процесс отделения загрязнений, рис.8. Чем выше сорность поступающей массы, тем больше будет сорность отсортированной целлюлозы. С уменьшением числа каппа небеленой целлюлозы снижается производительность сортировки из-за свойлачивания волокон целлюлозы с меньшей жесткостью. С увеличением температуры снижается вязкость массы, увеличивается гибкость волокон, растет производительность сортировки (схема горячего сортирования).

Основными факторами, влияющими на процесс и результаты сортирования являются:

- количество поступающей массы.

- количество отходов сортирования.

Объемный расход и вид массы (число каппа), геометрические характеристики сита влияют на перепад давления в сортировке (рис.9). С увеличением объемного расхода растет перепад давления, что, в конце концов, приводит к забиванию отверстий сита. Таким образом, при превышении оптимальной гидравлической производительности сортировки эффективность отделения сора снижается, растет концентрация и количество отходов mR (при постоянном объемном расходе отходов).

Количеством отбираемых из сортировки отходов пользуются для управления сортированием (рис.10). Если необходимо увеличить производительность сортировки без повышения сорности хорошей массы, следует увеличить количество отходов. Для сохранения чистоты хорошей массы при увеличении сорности поступающей целлюлозы также необходимо увеличить количество отходов сортирования. В моделях сортировок с небольшим объемным количеством отходов для поддержания низкой сорности годного волокна выбирают небольшие размеры отверстий или щелей в ситовом барабане, а для уменьшения сгущения волокна на поверхности сита с сортировку подают воду.

При грубом сортировании отделение сучков и непровара происходит под действием центробежной силы, и результат зависит только от размера отверстий сита (рис.11).

Процесс разделения отходов и целлюлозного волокна при тонком сортировании описывается теорией свойлачивания и ориентации. Свойлачивание (образование на поверхности сита мата из переплетенных целлюлозных волокон) объясняет способность сортировки отделить от массы частицы сора, меньшие по размеру, чем отверстия сита. В соответствии с этой теорией на вероятность попадания частиц сора в хорошую массу оказывают влияние:

- разница размеров отверстий сита и частиц сора;

- перепад давления между поступающей и хорошей массой, удерживающий слой волокна на поверхности сита. В этом случае сито работает, как фильтр грубой очистки, слой волокон на нем – как фильтр тонкой очистки, пропускающий жидкость и тонкие волокна;

- форма и скорость вращения ротора не должны предотвращать образование слоя волокна на поверхности сита.

По теории ориентации основными факторами, влияющими на вероятность попадания частиц сора в хорошую массу, являются:

- разница скоростей течения потоков, параллельных с поверхностью сита и потоков жидкости в радиальном направлении (ориентация частиц по направлению к поверхности сита);

- перепад давления. Частицы, двигающиеся к поверхности сита, вблизи круглого отверстия или щели, попадают в радиальное поле течения, образовавшееся под действием перепада давления, причем силы инерции перемещают тяжелые или жесткие частицы через отверстия сита;

- разница размеров отверстий или щелей сита и частиц сора.

Ориентация волокон играет важную роль в процессе сортирования (рис.13). Ротор сортировки обеспечивает вращательное движение суспензии. Волокна, частицы сора ориентируются по направлению потока. Вода проникает через перфорацию легче, чем волокна, но гибкие волокна следуют с потоком жидкости.

Окружная скорость вращающейся суспензии понижается при продвижении к поверхности сита, в связи с чем, в суспензии наблюдается несколько соосных усилий сдвига. В каждом поле скоростей частицы стремятся ориентироваться по течению.

Профилирование поверхности сита является необходимым при использовании небольших размеров перфорации сита, высокой концентрации поступающей массы, так как создает на поверхности сита турбулентность, предотвращающую забивание отверстий сита.