Sposób oddzielania zanieczyszczen z zawiesiny wlókien Przedmiotem wynalazku jest sposób oddzielania z zawiesiny wlókien a zwlaszcza masy celulozo¬ wej nie pozadanych zanieczyszczen takich jak lu¬ sek i innych lekkich czastek, które ze wzgledu na swój ksztalt i gestosc sa trudne do oddzielenia.W produkcji celulozy obowiazuje wysoki stopien czystosci produktu. Powazna czesc zanieczyszczen w gotowym produkcie stanowia czasteczki pocho¬ dzace z odbarwionych czastek kory i peczków wlókien. Powstawanie peczków wlókien ma miej¬ sce przykladowo w przypadku, w którym pewne partie drewna sa niedostatecznie nasycone w cza¬ sie trwania procesu scierania albo gotowania, badz tez w wyniku nierównomiernego rozwlóknie¬ nia drewna w autoklawie z innych przyczyn. Po procesie gotowania w autoklawie z zawiesiny wló¬ kien oddzielane sa seki wraz z otaczajaca je war¬ stewka drewna i wieksze kawalki drewna nie po¬ zbawione drzewnika i nie ulegajace latwemu roz¬ wlóknieniu. W czasie kolejnej seperacji, której za¬ wiesina wlókien je&t zwykle poddawana, oddzie¬ lane sa pozostale fragmenty drewna oraz kory.W zaleznosci od tego jak dalece dokladnie prze¬ prowadzona jest separacja, zawiesina wlókien mo¬ ze byc mniej lub wiecej pozbawiona wyzej wy¬ mienionych zanieczyszczen, przy czym o stopniu dokladnosci separacji decyduja oczywiscie czyn¬ niki ekonomiczne. W praktyce okazalo sie, ze za¬ wiesina oczyszczona nawet z najwieksza staran¬ noscia zawiera mniejsza lub wieksza ilosc peczków 10 15 20 30 wlókien róznych rozmiarów, w kolorze zmiennym od zólto-brazowego do prawie czarnego.Peki wlókien wystepujace w oczyszczonej nie- bielonej zawiesinie wlókien powoduja skazy na produkowanym z niej papierze oraz skazaja rów¬ niez zawiesine wlókien bielona poniewaz peczki wlókien nie ulegaja wybieleniu w normalnym pro¬ cesie.Sposobem powszechnie stosowanym w fabrykach dla podniesienia stopnia czystosci zawiesiny wló¬ kien jest jej przeprowadzenie przez separatory hydrocyklonowe. W separatorach typu konwencjo¬ nalnego z calkowicie lub czesciowo zbiezna komo¬ ra seperacyjna, zawiesina wprowadzana jest stycz¬ nie do obwodu w szerszej czesci komory i rozdzie¬ lana jest na dwie frakcje, lekka i ciezka. Frakcja lekka która jest odprowadzana ze zródla szersze¬ go konca komory stanowi oczyszczona zawiesine wlókien.Mniejsza czesc zawiesiny zawierajaca glównie la¬ two oddzielajace sie zanieczyszczenia takie jak czastki kory, krótkie peczki wlókien i inne czastki ciezkie takie jak zwir i inne, stanowia frakcje cdezka i odprowadzane sa ze srodkowej czesci wezszego konca komory. Niemniej jednak, separa¬ tory cyklonowe konwencjonalnego typu nie umozli¬ wiaja oddzielenia w stopniu nawet zauwazalnym zanieczyszczen trudnooddzielajacych sie, lekkich, które sa niedostatecznie rozwlóknione albo przetra¬ wione, peczków wlókien dlugich i podobnych cza- 792553 steczek o duzym wydluzeniu w jednym lub w dwu kierunkach. Te niepozadane zanieczyszczenia mimo separacji przeprowadzanej w cyklonie znajduja sie we frakcji lekkiej.Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie wysoko wydajnego i i efektywnego sposobu odsepa- rowywania z plynnej zawiesiny wlókien niepoza¬ danych zanieczyszczen takich jak lusek i innych lekkich czastek, które ze wzgledu na swój ksztalt i gestosc sa trudne do oddzielenia.Cel ten zostal osiagniety przez to, ze zawiesine doprowadza sie do separatora cyklonowego o dwóch wylotach, z których jeden jest wylotem dla frakcji lekkiej a drugi wylotem dla frakcji ciezkiej dla jej rozdzielenia na lekka frakcje za¬ wierajaca glówna 'czesc lusek, struzyn i innych niepozadanych lekkich czastek i mniejsza czesc akceptowanych wlókien oraz na druga frakcje za¬ wierajaca oprócz czesteczek ciezkich glówna czesc, 60% lub wiecej akceptowanych wlókien oraz mniej¬ sza czesc struzyn i innych niepozadanych lekkich czasteczek,; utrzymujac pomiedzy wylotem dla frakcji lekkiej a wylotem dla frakcji ciezkiej sto¬ sunek cisnien i/lub: stosunek powierzchni, pozwa¬ lajacy na utrzymywanie sie zasadniczo normalnego przeplywu objetosciowego przez separator, a za¬ wiesina zostaje rozdzielona na wspomniana pierw¬ sza i druga frakcje, nastepnie wyladowuje sie pierwsza frakcje przez wylot dla frakcji lekkiej, a druga frakcje przez wylot dla frakcji ciezkiej.Wzgledne warunki przeplywu niezbedne dla uzy¬ skania wyzej wspomnianego wyladowania frakcji sa uzyskiwane przez stworzenie odpowiedniego stosunku skutecznych powierzchni przekroi wylo¬ tów i/lub odpowiedniego stosunku wzglednych cisnien na wylotach, przy utrzymaniu zasadni¬ czo normalnego przeplywu objetosciowego przez separator. Zadany stosunek skutecznych powierzch¬ ni mozna uzyskac jesli skuteczna powierzchnia przekroju wylotu frakcji ciezkiej jest powierzchnia wieksza, a zadany stosunek cisnien mozna uzyskac stosujac w jednym z wylotów, a najkorzystniej w wylocie frakcji lackiej, konwencjonalnie i wlas¬ ciwie ustawione srodki dlawiace jak na przyklad zawory dlawiace.' Dla kazdego z rodzaji separatorów uzywanych do stosowania sposobu wedlug wynalazku daja sie 4atwo obliczyc dane okreslajace potrzebne stosun¬ ki' skutecznych powierzchni i/lub cisnien. Regula¬ cja stezenia frakcji otrzymywanych z separato¬ ra cyklonowego dokonywana jest w zasadzie na drodze zmiany stosunku powierzchni i/lub cisnien w wylotach. Nominalny przeplyw instalacji jest wy¬ znaczony11 nominalna wydajnoscia jej czesci skla¬ dowych, na przyklad przez wydajnosc separatorów cyklonowych. Sposób wedlug wynalazku umozliwia praktyczni calkowite wykorzystanie tej wydajno¬ sci. Sposób wedlug wynalazku zostanie nastepnie dokladniej ^wyjasniony w oparciu o rysunek, na którym: fig. 1—4 przedstawiaja instalacje sepa¬ ratorów cyklonowych w róznych ukladach dla sto¬ sowania sposobu wedlug wynalazku, fig. 5 — przedstawia wykres uwidaczniajacy stopien oczysz¬ czania zawiesiny z lekkich czastek takich jak trud¬ no oddzielajacych sie lusek, uzyskiwany w insta- 79255 4 lacjach przedstawionych na fig. 1—4 oraz stopien stezenia tych czastek uzyskiwany w jednym se¬ paratorze.Na fig. 1—4, C oznacza przeplyw wlókien wpro- 5 wadzanych do instalacji, D przewód do przeplywu frakcji koncowej, która jest zasadniczo pozbawio¬ na lusek, a E przewód dla przeplywu drugiej frakcji koncowej skladajacej sie zasadniczo z lu¬ sek. 10 Trzy separatory cyklonowe 5, 6, 7 przedstawio¬ ne na fig. 1 sa polaczone szeregowo, ze lekka frak¬ cja z separatora 5 zasila seperator 6, a lekka frak¬ cja z separatora 6 zasila separator 7, przy czym ciezkie frakcje (w których- przewazaja pozadane is wlókna) sa doprowadzone do wspólnego przewodu zbiorczego D. Frakcja uzyskiwana z przewodu D moze zawierac i czesto zawiera poza posiadanymi wlóknami zwykle zanieczyszczenia takie jak pia¬ sek, to jest zanieczyszczenia o wiekszym ciezarze 20 wlasciwym niz -pozadane wlókna oraz luski. Tego rodzaju ciezkie zanieczyszczenia moga byc latwo usuniete na drodze * dodatkowego oddzielania, wy¬ konywanego w zwykly sposób.Odrzucona lekka frakcja {zawierajaca wiekszosc 25 lusek i minimum pozadanych wlókien) jest odbie¬ rana z separatora 7 przewodem E. Bardziej wy¬ dajny jest uklad (fig. 2), w którym trzy separa¬ tory cyklonowe 8, 9 i 10 pracuja w ukladzid z obiegiem zwrotnym w którym lekka frakcja 30 z separatora 8 zasila separator 9 a lekka frakcja z separatora 9 zasila separator 10. Ciezka frakcja z separatora 10 (w której przewazaja pozadane wlókna) jest kierowana ponownie do separatora 9, ciezka' frakcja z separatora 9 (w której przewaza- 35 ja pozadane wlókna) jest kierowana ponownie na wejscie (surowcowe) separatora 8 a ciezka frak¬ cja z separatora 8 (w której przewazaja pozadane wlókna) jest odbierana poprzez przewód D. Odrzu¬ cona lekka frakcja {zawierajaca wiekszosc lusek 40 a minimum pozadanych wlókien) jest odbierana z separatora 10 przewodem E.Jeszcze bardziej wydajna instalacja (fig. 3) skla¬ da sie z trzech separatorów cyklonowych 11, 12 i 13. W instalacji tej lekka frakcja z separatora 11 4B zasila separator 13 a ciezka frakcja z separatora 11 (w której przewazaja pozadane wlókna) zasila separator 12. Lekka frakcja z separatora 12 i ciezka frakcja z separatora 13 (w której przewa¬ zaja pozadane wlókna) sa kierowane ponownie na 50 wejscie (surowcowe) separatora 12. Ciezka frakcja z separatora 12 (w której przewazaja pozadane wlókna) jest odbierana przez przewód D, a lekka frakcja (zawierajaca wiekszosc lusek i minimum pozadanych wlókien) jest odbierana przewodem E 55 z separatora 13.Jeszcze inna wysokowydajna instalacja (fig. 4) zawiera piec separatorów cyklonowych 14, 15, 16; 17 i 18 pracujacych w zlozonym ukladzie szerego¬ wym i z obiegiem zwrotnym, w którym lekka 60 frakcja z separatora 14 zasila separator 15 a lekka frakcja z separatora 15 zasila separator 16. Ciezka frakcja z separatora 16 jest kierowana ponownie ' do separatora 15 a ciezka frakcja 2-separatora 15 na wejscie (surowcowe) separatora 14. Ciezka frakcja z os separatora 14 zasila separator 17, którego ciezka-frak-79255 5 6 cja zasila z kolei separator 18 natomiast ciezka frak¬ cja z separatora 18 (w której przewazaja pozadane wlókna) jest odbierana przewodem D. Lekkie frakcje z separatorów 17 i 18 sa kierowane wraz z ciezka frakcja z separatora 15 na wejscie (surowcowe) separatora 14. Lekka frakcja (zawierajaca wiek¬ szosc lusek i minimum pozadanych wlókien) jest odbierana z separatora 16 przewodem E. Po usu¬ nieciu lusek w postaci lacznej lekkiej frakcji i przy minimalnych stratach pozadanych wlókien, frakcja ciezka (skladajaca sie w wiekszosci z wló¬ kien pozadanych) jest poddawana dalszej obróbce w celu usuniecia latwo oddzielanych ciezkich cza¬ steczek takich jak na przyklad piasek.Wyniki zastosowania sposobu wedlug wynalazku ilustruja przeprowadzone próby: 10 15 Próba A. 1000 gram celulozy siarczynowej wagi suchej zawierajacej 1000 czasteczek trudno oddzie¬ lajacych sie w zawiesinie o 0,5% stezeniu przepro¬ wadzono stosownie do wynalazku przez separator cyklonowy w taki sposób, ze 950 gram strumie¬ nia wlókien uzyskano jako frakcje ciezka a pozo¬ stale 50 gram jako frakcje lekka. W obydwu frak¬ cjach znajdowaly sie czasteczki trudno oddzielaja¬ ce sie, które zostaly policzone.Próba B. Próba jak wyzej przy sposobie prze¬ prowadzenia wedlug metody konwencjonalnej; przez separator w taki sposób, ze 50 gram stru-' mienia wlókien znajdowalo sie we frakcji ciezkiej, a pozostale 950 gram we frakcji lekkiej. W oby¬ dwu frakcjach czasteczki trudno oddzielajace sie zostaly policzone: A. Separacja cyklonowa metoda wedlug wy¬ nalazku B. Separacja cyklonowa metoda konwencjonal¬ na Tabela Waga sucha wlókien celulozowych lekka ciezka frakcja ^ 50 950 950 50 i I Ilosc czastek trudno- oddzielanych lekka ciezka frakcja 850 950 150 50 Koncentracja czastek trudno-oddzielanych na 1 kg wlókien wagi suchej lekka ciezka frakcja 1700 1000 158 1000 Material badany. 1000 gram celulozy siarczy¬ nowej wagi suchej zawierajacej 100 wydluzonych czasteczek trudno oddzielajacych sie na 1 kilogram celulozy wagi suchej w zawiesinie o 0,5% koncen¬ tracji.Jak wynika z tabeli I — 85% ilosci czasteczek trudnooddzielajacych sie wprowadzonych do sepa¬ ratora odprowadzonych zostalo wylotem frakcji lekkiej razem z 5% ogólnej ilosci wprowadzonych wlókien. Zostalo jednak udowodnione, ze tylko w wyjatkowych przypadkach mozna liczyc na uzy¬ skanie tak wysokiego stopnia separacji czastek trudno oddzielajacych sie. Realna cyfra ilustruja¬ ca stopien oddzielenia czasteczek omawianego ro¬ dzaju w jednym separatorze cyklonowym nor¬ malnej budowy jest 70% przy zawartosci wlókien we frakcji lekkiej na poziomie 20%. Separacja ta¬ ka oznacza stosunkowo wysoka strate wlókien.Przez przeprowadzenie separacji stopniowo w se¬ paratorach cyklonowych odpowiednio laczonych strata miazgi sprowadzona jest do mnimum. Krzy¬ we wykresu I—IV przedstawionego na fig. 5 do¬ tycza odpowiednio instalacji jak na fig. 1—4, przy czym symbole a, b, p i r sa skladnikami funkcji okreslajacej zaleznosc pomiedzy a i p oraz b i r okreslaja: a — zaleznosc pomiedzy iloscia czasteczek trud¬ no oddzielajacych sie w przeplywie E i iloscia tych czasteczek w przeplywie C miazgi, p — stopien separacji w jednym separatorze, to 40 45 50 55 znaczy stosunek pomiedzy iloscia czasteczek trud¬ no oddzielajacych sie odprowadzanych z separatora wraz z frakcja lekka a iloscia tych czasteczek do¬ prowadzanych do separatora wraz z zawiesina; b — stosunek miedzy iloscia wlókien dobrych we frakcji ostatecznego przeplywu E i przeplywie miazgi C; r — stopien separacji wlókna w jednym separa¬ torze, to znaczy stosunek miedzy iloscia odprowa¬ dzanych z separatora wlókien dobrych wraz z frakcja lekka a iloscia wlókien dobrych dopro¬ wadzanych do separatora wraz z miazga.Wartosci a, p, b i r sa wyrazone w procentach.Ponizsza tabela II przedstawia kilka uzyska¬ nych praktycznych danych dotyczacych wydajnosci przeplywu Q i wyrazonych w procentach wartosci p i r przy róznych zaleznosciach cisnienia wloto¬ wego i wylotowego.Z tabeli tej wynika, ze w kilku przypadkach procent usunietych sposobem wedlug wynalazku niepozadanych zanieczyszczen trudnych do oddzie¬ lenia byl tak wysoki jak: 81% (przyklad A), 84,4% (przyklad E) i 93,6% (przyklad F); przy czym: pi — oznacza cisnienie wlotowe, pa — oznacza cisnienie wylotowe, di — oznacza srednice wylotu.Odpowiadajace zaleznosci miedzy a i p oraz b i r przy separacji jedno-fazowej reprezentowane sa prosta linia V na fig. 5.Z krzywych na fig. 5 mozna odczytac wartosci a i b uzaleznione od wartosci p i r. Dla wartosci79255 Tabela II Pyiypadek A B C D ' E F pi kg/cm2 4,5 3,4 4,5 4,5 2,0 2,0 pa kg/cm2 1,00 0,65 0,05 0,10 0,4 0,3 di mm 10 16 12 12 — — ¦ Q t l/min. 60,9 245 64,5 66,3 83 97 t p % Si 47 77 77 1 84,4 93,6 r 1 •/• 21,3 35,9 26,7 13,0 — — pi/pa 4,5 5,2 90 45 5 | 6,7 p — 70f/o i r * 2G%» które jak poprzednio poda¬ no, moga byc uanant Jako realne, odpowiednie, teoretycznie molliwf do uzyskania wartosci, bez uwzglednienia strat w instalacji, wynosza: Wedlug fi*. 1 (taywa I: »= 34 i b = 0,8 co oznacza 3^/* czasteczek trudno oddzielajacych sie w frakcji E zawierajacej 0,8*/* strumienia wlókien C; Wedlug fig. 2 (krzywa II): a — 59 i b = 1,2 co oznacza 59% czasteczek trudno oddzielajacych sie w ostatecznej frakcji E zawierajacej l,2°/o dostar¬ czanego strumienia wlókien C; Wedlug fig. 3 (krzywa III): a = 84 i b = 5,9 co oznacza 84% czasteczek trudno oddzielajacych sie W ostatecznej frakcji zawierajacej 5,9% dostar¬ czanego strumienia wlókien C; Wedlug |ig. 4 (krzywa IV): a = 94 i b = 1,8 co oznacza 94% czasteczek trudno oddzielajacych sie w ostatecznej frakcji 3 zawierajacej 1,8% dostar¬ czanego wplywu miazgi C.Sposób wedlug wynalazku nie ogranicza sie tyl¬ ko do procesu separacji zawiesiny wlókien celu¬ lozowych, lecz moze byc stosowany do oczyszcze¬ nia w sposób prosty i ekonomiczny innych zawie¬ sin, oraz zawiesin czasteczek wydluzonych trudno oddzielajacych sie, przy uzyciu separatorów cyklo¬ nowych, które to zanieczyszczenia koncentrowane sa w lekkiej frakcji zawierajacej tylko niewielka czesc strumienia zawiesiny poddawanej oczyszcze¬ niu.Niewielka czesc strumienia miazgi, która sto¬ sownie do wynalazku uzyskana zostala jako frak¬ cja lekka o duzej zawartosci czasteczek trudno oddzielajacych sie, moze byc nastepnie poddana procesowi filtrowania wedlug znanych sposobów badz tez poddana dodatkowemu rozwlóknieniu. 20 25 30 35 40 45 50 PL PL