CN1087798C - 离心喷放式造纸制浆蒸煮废液的提取及设备 - Google Patents

Abstract

本发明是离心喷放式造纸制浆废液分离设备，系利用蒸煮器在喷放时所具有的高温高压能量，在离心机离心力的作用下，把纸浆浆料与蒸煮废液分离开，其一次提液率为95%。利用通风设备把分离所产生的蒸汽排出，在不另加热能的情况下，其废液浓度可由原来的13.75%提高到14.96%。

Description

离心喷放式造纸制浆蒸煮废液的提取及设备

本发明属造纸机械环保领域。涉及由离心机、喷放头及排气通风机械组成的造纸制浆蒸煮废液(以下简称废液)提取设备。

目前，废液的提取都是由蒸煮锅向喷放仓或放料池放料之后，再由提液设备进行提液的。我们把这种在温度低于100℃的提液方法称为冷法提液。

经过研究，我们认为冷法提液效率不高。因为废液温度降低，粘度升高，(60℃时，9.5Be的废液粘度为0.78cP)在不加水的情况下，虽可得到较高的浓度，但粘附于纤维间的废液，不管采用任何设备也难提完。欲提高提液率，须加大洗浆用水量，但又会使废液浓度下降，送入蒸发工段搞碱回收，势必要耗掉大量能源及钢材，使基本投资及运行费用都很高。

由此可见，冷法提液工艺流程复杂，动力消耗大，很难同时得到高浓度、高提取率的废液(简称双高废液)。

为了直观的表示废液的提取效果，我们把废液的提取率的百分数η及废液浓度的百分数C的乘积，称为ηC值。观察ηC值，我们可以清楚地了解某种提液设备的提取效果。需要注意的是，浓度C表示在不另加任何热能的情况下废液提取的浓度。

各种类型提液设备的性能在附表中显示。理想状态下，废液提取率η为100％，浓度为不含水份的绝干粉末，即固形物含量C为100％，其ηC值为：

    ηC_理想＝100×100＝10000

但在实际操作中，由于各种因素的影响，ηC值都远远低于理想值。众所周知，废液的粘度随着温度的升高而降低，而低粘度的废液对浆料纤维的粘附力很小，因此，高温废液有利于提液率的提高。蒸煮锅在喷放时浆料废液本身已经具有160～170℃的高温(160℃其粘度降为0.07CP)，[注1]充分利用这个有利条件可显著地提高浆料与废液的分离效果，使废液的提取率在92-95％。我们把温度高于100℃条件下的提液方法称为热法提液。

我们知道，高速旋转的离心机具有很好的脱液效果，但由于普通离心机的机械结构及加料方式的原因，不能适用于带压浆料的分离，否则会使转鼓受压不均，失去动平衡而引起震动，造成主轴扭曲，转鼓变形，发生严重的机械故障。

本发明的设计目的是：针对目前离心机转鼓结构不适应于带压喷料的部分进行改造，使其可以利用蒸煮锅放料时所具有的高温高压能量，从根本上改变目前的提液方式，显著的提高度液提取的效果。

经检索，目前专利文献上没有该项技术的记载。

下面结合附图和具体实施方法对本发明作详细地说明。本发明是这样实现的：

附图1为离心喷放的整体图

附图2为离心机与喷放头的具体结构图

附图3为离心机转鼓与喷放头的展开图

附图4为实施例二的碱回收工艺流程图

在底盘(13)上，安装着由轴承座(10)动力轴(9)和转鼓(1)组成的离心机系统。为方便卸料，转鼓内壁不设拦液板，为使转鼓在高速旋转时保持一定的刚度而不发生形变，在转鼓下部外沿增加了一个机械强度很高的钢质圆环(14)；在转鼓内壁安装了一个由圆形钢筒(11)，沿钢筒上开出由若干个矩形孔组成的螺旋状喷口(12)，以及每个喷口下方安置一个端部与转鼓内圆相切的刮刀(7)组成的喷放头装置(参看附图2、附图3)，喷放头用法兰盘(4)与由蒸煮器来的喷放管道连为一体，并严格地作好喷放头的防震工作。

由于是边喷料脱液边卸料的操作方式，浆料喷在转鼓内壁上的厚度很小，所以离心机的负荷也很小，经计算后与常规离心机相比其负荷量趋近于空载，又由于本机设计为360°全方位螺旋状喷口，喷料时在转鼓圆周各处产生的压力差很小，因此，此种结构能适应于有压力的浆料脱液，而不会产生震动，引起主轴扭曲和转鼓变形，同时为了保证刮刀与转鼓内壁有一个精确的间隙，离心机轴承座与底盘之间的连接采用刚性连接。

浆液分离时，由蒸煮锅来的浆料沿喷放头钢筒通过螺旋状矩形喷口(2)向转鼓(1)内壁喷料(图中

为含液浆料的移动方向)，在蒸煮锅与离心机两者压力之和共同作用下，促使纸浆在极短的时间内脱去废液(附图2中的

为含液浆料在转鼓内壁上作圆周移动)，被分离的高温高压废液在蒸发容器(5)中降压后，产生的水蒸汽被安置在蒸发容器上方的排气风机排出，得到浓缩的废液由排液口(6)排出，脱液后的纸浆在离心机转鼓旋转一周之后，被安置在喷口下方的刮刀(7)刮下(附图2中的 为脱液纸浆移动的方向)落入传送带(8)中，送至下工段。

在实际运行中，由于喷放头可以连续喷放，刮刀连续卸料，故此分离设备可以连续生产。

实施例一：以25/m³蒸球碱法制浆为例，说明本发明的实施效果。

一、废液原始浓度C₁的计算：

绝干原料重量(G₁)3500公斤

原料中水分含量15％

液比1∶3

液体总体积3500×3＝10500升

蒸煮药液总体积10500-620＝9880升

蒸煮药液比重1.05

蒸煮药液重量(G₃)9800×1.05＝10374公斤

NaOH用量392公斤(固体)

Na₂S用量94公斤(固体)

药液含水量10374-392-94＝9888公斤

每球蒸汽用量(平均值)(G₄)3965公斤

每球水的总重量(G₅)＝G₂+G₃+G₄

9888+620+3965＝14473公斤

粗浆得率48％

溶出物重量G₆ 3500×(1-0.48)＝1820公斤

废液中固形物重量G₇溶出物+药品重

G₇＝1820+392+94＝2306公斤

废液总重量(G₈)溶出物+液体重(含药品)

G₈＝2306+14473＝16779公斤[注4]

$=\frac{2306}{16779}\×100\%=13.74\%$

折波美度10.57°Bé(15℃)[注5]

二、蒸发水量G₁₀的计算

已知废液总重为16779公斤，浓度在13.74％时的比热为0.91卡/克。喷放时，蒸汽温度由0.6MPa/cm²(绝压)的158.1℃降至0.1MPa/cm²(绝压)的101℃时，废液中的水份被汽化，带走的热量为：Q_汽化＝0.91×16779×(158.01-101)＝871853.6千卡

已知101℃时，水汽的汽化热为639.78千卡/公斤水那么汽化所带走水的重量为：

水汽化后废液的浓度为C₂ $C_2=\frac{2306}{16779-1362.74}\×100\%=14.96\%$

三、离心机参数的确定

已知25m³蒸球喷放轴孔径为0.15m[注12]。可选用直径为0.3m的转鼓。要达到雾状液珠，要求转鼓线速度V在100～150m/s之间。[注13]本文选用V＝105m/S的值，其转速为n₂

原离心机功率P₂为1.1kw，转速n₁为2800转/每分钟，增速后的功率为P₃ $P_3=P_2\frac{n_2^3}{n_1^3}=1.1\×\frac{{6690}^3}{{2800}^3}=15\mathrm{KW}$

四、浆层厚度的计算

已知绝干浆重量为G₉

每球浆液总喷放量为G₁₀。

G₉＝3500×0.48＝1680公斤

G₁₁＝G₈+G₉＝16779+1680＝18459Kg

转鼓每转所获得的喷放量为G₁₁

已知浆液比重为1.05，则浆液体积为V

已知转鼓过滤面积为15平方分米，则浆液厚度为δ₁

五、每转周期t₁的计算

已知转鼓转速n₂为6690转/每分钟，则每转周期为t₁，

六、滤液穿越浆层所用时间t₂的计算

已知160℃时废液的粘度为7×10^-6kgf.s/m²

离心机转鼓半径R₁为0.15米，液浆厚度δ₁为0.00116米，则转鼓内半径R₂为0.15-0.00116＝0.14884米。

ρ₁为废液比重，ρ₂为干浆料比重(视比重0.8g/cm³)两者之差为Δρ。 $\mathrm{\Δ\ρ}=\frac{1050}{9.81}-\frac{800}{9.81}=25\mathrm{kgf}.s^2/m^4$ 已知转鼓转速n₂，其角速度为ω

已知d为纤维直径，其值为20×10^-6米则通过滤饼时间t₂为 $t_2=\frac{18\mathrm{\μ}}{d_2({\mathrm{\ρ}}_1-{\mathrm{\ρ}}_2){\mathrm{\ω}}^2}1n\frac{R_1}{R_2}$

由计算可得转鼓周期为8.97毫秒，某一喷放口占转鼓一周期的1/8。则对某喷放口的喷放时间为t₃

七、脱液时间t₄的计算

脱液时间为t₄＝t₁-t₂-t₃＝7.649毫秒

脱液时间t₄占每转周期t₁的百分比为 $\frac{t_4}{t_1}=\frac{7.694}{8.97}\×100\%=85.27\%$

上式表明，在转鼓一周8.97毫秒的时间内，喷放时间和过滤时间都很短，还有85.27％的时间可充分进行脱液。

实施例二：废液提取和碱回收工艺流程参看附图4

由蒸煮器(15)来的浆料，送至离心喷放设备中，使浆液得到分离，脱液纸浆被送至洗涤工段，滤出的废液在蒸发容器(5)中经降压汽化后，至干燥器(16)内脱水干燥成粉状木素，并与汽化的水蒸汽一块被风机(18)抽入旋风分离器(17)，被分出的木素经压制成型(19)后，送至一座专为燃烧低熔点盐木素的固体燃烧炉(20)中燃烧，所产生的高温烟道气(21)被风机(22)抽入干燥器(16)中干燥被分离出的废液，所排的废气被送至水处理工段(23)处理漂洗废水；燃烧剩下的灰渣(24)被送至苛化工段(25)苛化成烧碱(26)。

Claims (7)

1、一种由离心机、喷放头和排汽风机组成的离心喷放式造纸制浆蒸废液提取设备，其特征是在底盘(13)上安置有轴承座(10)、主轴(9)和外沿有钢质圆环的转鼓(2)组成的离心机和由圆形钢筒(11)、钢筒上若干个矩形孔的螺旋形喷口(2)及喷口下部与转鼓内壁相切的刮刀(7)组成的喷放头系统；浆液分离时含有160～170℃高温及0.5～0.6Mpa/cm²压力的浆料，全方位360°的喷向高速旋转的离心转鼓，其滤液由转鼓滤孔排出，浆料在转鼓旋转一周之后，被设置在喷口下的刮刀刮下，完成浆液的脱液操作。

2、根据权利要求1所述废液提取设备，其中离心机转鼓下部外沿设置一个钢质圆环(14)。

3、根据权利要求1所述废液提取设备，其中喷头上安置由若干个矩形孔组成的360°螺旋状喷口(2)。

4、根据权利要求1所述废液提取设备，其中在每个喷口下方各安置一片卸料的刮刀(7)。

5、根据权利要求1所述废液提取设备其中废液的提取是利用蒸锅喷放时所具有的高温高压能量进行的。

6、根据权利要求1所述废液提取设备，其中特征在于喷放头上的喷口为360°全方位喷放。

7、根据权利要求1所述废液提取设备，其特征在于采用螺旋形刮刀连续卸料。

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