SE505603C2 - Metod att slutindunsta svartlut i flera steg där luten förs i serie genom stegen och primärånga tillförs varje steg - Google Patents

Description

35 505 603 2 utsidan av tuberna. Svartluten bildar således en fallande film inuti tuberna och avger en del av sitt vatteninnehåll i form av ånga som används för indunstning av andra appara- ter. En sådan apparat kallas för fallfilmsindunstare. Flera sådana apparater är vanligen kopplade i serie. De kan vara så arrangerade att luten strömmar i motström till ångan men även medströmsanordningar är kända. I dessa senare anord- ningar är det vanligt med värmeväxlare mellan indunstnings- apparaterna för höjning av temperaturen på luten.

Tunnlut med en torrhalt av 14-17% kokar strax över vattnets kokpunkt vid atmosfärstryck (l00°C). Allteftersom svart- luten koncentreras kommer emellertid kokpunkten att höjas gradvis och kokpunktshöjningen är exempelvis för lut med en torrhalt av cirka 50% ungefär 8°C, för en lut av cirka 60% torrsubstans är den cirka l2°C och för en mycket kon- centrerad lut av ungefär 80% torrsubstans är kokpunktshöj- ningen cirka 25°C. Detta betyder att den ånga som matas in på utsidan av tuberna och som skall åstadkomma indunst- ningen måste ha en kondenseringstemperatur överstigande kokpunkten för den mest koncentrerade luten, dvs vid ett mottryck på lutsidan hos den avdunstade ångan av exempelvis 1 bar (övertryck) svarande mot en kondenseringstemperatur av 120°C, lutfilmen måste få en temperatur av i trakterna av 145°C. För de apparater som har en lägre koncentration av torrsubstans, exempelvis 70% och 60% kokar lutfilmen vid 136 Och l32°C.

Det är tidigare känt att mata ånga, primärånga, av samma tryck och temperatur till alla apparaterna i slutindunst- ningseffekten och att sammanföra den avdunstade ångan från alla apparaterna i en och samma ledning under samma tryck.

I ett sådant fall kommer därför temperaturskillnaden mellan primärångan och kokpunkterna i de olika apparaterna att vara olika. 10 15 20 25 30 35 505 603 3 För att minimera värmeytan och möjliggöra tvättning av slutindunstningseffekten delas denna ofta upp i flera apparater där avluten förs i serie genom. apparaterna.

Eftersom hela slutindunstningseffekten har samma ångtryck i alla apparaterna på både primär- och sekundärångsidan kommer framförallt den apparat där man har den högsta torrhalten och därmed den högsta kokpunktsförhöjningen att bestämma minsta möjliga temperaturdifferens mellan primär- och sekundärångsidans mättnadstemperatur. I de apparater som har en lägre koncentration kommer temperaturdifferensen mellan primärångan och luten att vara ur värmeteknisk synpunkt onödigt stor.

När torrhalten förhöjs ökar även viskositeten. Denna viskositetsökning är speciellt markant vid höga torrhalter (>50%). Denna förhöjda viskositet försvårar värmeöverför- ingen. Eftersom en och samma apparat arbetar med en torrhalt som motsvarar den utgående torrhalten, kommer den utgående torrhalten att bestämma värmeöverföringen i hela denna apparat. Genom att dela upp slutindunstningseffekten i flera apparater, där svartluten förs i serie genom apparaterna, kan en eller flera apparater arbeta med en svartlut av lägre torrhalt än den som har den högsta. Detta kommer då att underlätta värmeöverföringen. Det finns således flera skäl till att dela upp slutindunstnings- effekten i flera apparater.

I den europeiska patentskriften 365 060 beskrivs ett förfarande där den avdunstade ångan från en indunstnings- apparat förs vidare till en annan indunstningsapparat med högre torrhalt och där strömmar in på lutsidan och därigen- om skjuvar den fallande filmen. På detta sätt erhålles en förbättrad värmeöverföring. Detta förfarande kallas ofta ångrecirkulation. 10 15 20 25 30 35 505 603 TEKNISKA PROBLEMET: I den eller de apparater som har den högsta koncentrationen av torrsubstans i luten.kommer därför temperaturdifferensen att bli liten medan den blir större och större allteftersom koncentrationen faller bakåt i systemet. Ur värmeekonomisk synpunkt är detta icke bra och man har därför försökt att på olika sätt åstadkomma en bättre ekonomi i indunstnings- förfarandet.

LösNINGEN= Enligt föreliggande uppfinning har man därför åstadkommit ett förfarande vid slutindunstning av svartlut i minst två indunstningsapparater av i och för sig känd konstruktion kopplade i serie med avseende på svartluten och i parallell med avseende på den för indunstningen drivande färskångan (primärångan), varvid den genom indunstning alstrade ångan (sekundärångan) i båda eller alla apparaterna står i öppen förbindelse med varandra, vilket förfarande kännetecknas av att den eller de apparater där luten har en högsta kon- centration tillföres primärångan med ett högre tryck än i (den) eller de andra.

Enligt uppfinningen är det lämpligt att indunstningen företas i minst två, företrädesvis tre eller fyra appara- ter, varav den sista i lutriktningen räknat, matas med primärånga av högre tryck än de övriga tre. Har man tre eller flera apparater kan det vara fördelaktigt att även förhöja ångtrycket i den näst sista i lutriktningen räknat.

I en fabrik för framställning av cellulosamassa förekommer ångnät med olika ångtrycksnivåer. Den så kallade lågtrycks- nivån (3-4 bar (ö)) används normalt för att driva indunst- ningen. Exempelvis kan primärångtrycket då vara 3 bar (ö) till första effekten motsvarande 143°C i kondenserings- temperatur. Första effekten utgör ofta slutindunstnings- effekten. Enligt uppfinningen matas en eller flera appara- 10 15 20 25 30 35 505 60.3 5 ter med ett primärångtryck av exempelvis 3 bar (ö) medan den eller de apparater, som matas med ett högre primärång- tryck, har ett primärångtryck av exempelvis 4,4 bar (ö) (cirka 155°C i kondenseringstemperatur). Detta ångtryck väljs så att den erhållna temperaturskillnaden. mellan ångsida och lutsida är ungefär lika stor, företrädesvis något större, än den som föreligger i apparaterna med det lägre primärångtrycket.

Sekundärångan kan enligt uppfinningen ha ett tryck av 0,7 bar (ö) och en mättnadstemperatur av över 115°C.

Genom förfarandet enligt föreliggande uppfinning kommer torrsubstanshalten i luten att överstiga en halt av 70% när den lämnar den sista apparaten i lutriktningen räknat.

Förfarandet enligt uppfinningen utgöres företrädesvis av ett s.k. fallfilmsförfarande.

Det är enligt uppfinningen lämpligt att avdunstad ånga från apparater i slutindunstningseffekten med lut av lägre koncentration tillföres apparaterna med lut av högre koncentration tillsammans med luten för skjuvning av fallfilmen. D.v.s. att man tillämpar det ovan beskrivna och så kallade ångrecirkulationsförfarandet.

FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritningar där Fig. 1 delvis i snitt visar en indunstningsapparat som används enligt föreliggande uppfinning, där Fig. 2 visar mera schematiskt en indunstningsanläggning enligt föreliggande uppfinning och där 10 15 20 25 30 35 505 603 6 Fig. 3 visar schematiskt förfarandet enligt uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING: Figuren 1 visar en indunstningapparat som används vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning. Denna apparat består av ett vertikalt långsträckt, praktiskt taget cylindriskt ytterhölje 1, som vid sin nedre del är något utvidgat. Inuti det cylindriska höljet 1 finns en värmeväx- lare 2 bestående av företrädesvis tuber genom vilka luten är avsedd att rinna neråt och omkring vilka primärångan är avsedd att kondensera för uppvärmning av tuberna och in- dunstning av luten. Tubpaketet 2 är med dess tubändar sammanfogat. med. en 'tubplatta 3 i. sin övre del och en tubplatta 3 i sin nedre del. Tubplattorna 3 är borrade så att tubändarna sammanfaller med dessa borrhål. För tillför- sel av lut i den övre delen finns exempelvis en sprayanord- ning 4 som jämt fördelar luten över tubplattan 3 och ner genom tuberna. Primärångan som är avsedd att strömma omkring tuberna 2 införs genom en öppning 5. Kondenserad ånga tas ut vid öppningen 6 och den koncentrerade luten vid öppningen 7 i apparatens botten. Anordningar är gjorda för att återföra en del av den koncentrerade luten från öppningen 7 till spraymunstycket 4 i den övre delen.

Tillförsel av lut som skall koncentreras sker vanligen i detta återföringssystem, dvs genom någon av tuböppningarna i apparatens undre del.

Den apparat som visas i Fig. 1 föredras vid förfarandet enligt uppfinningen. Den är byggd.på fallfilmsprincipen och har en hög effektivitet. Istället för tuber kan platt- formiga värmeöverföringsytor användas och man kan även enligt uppfinningen tänka sig en process med uppåtstigande lut, s.k. stigfilmsteknik.

Figuren 2 visar fem s.k. effekter för indunstningen, varvid effekten I utgöres på ritningen av fyra enheter enligt Fig. 10 15 20 25 30 35 505 603 7 1 och effekterna II, III, IV och V består av enskilda enheter enligt Fig. 1. Mellan dessa effekter är värmeväx- lare 8 av lämpligt slag anordnade för höjning av lutens temperatur.

Slutindunstningssteget, nämligen effekten I, matas med färskånga 9, varvid de fyra enheterna matas parallellt. Det är därför lätt att stänga av någon av dem för rengöring.

Lut som tidigare har koncentrerats i effekterna II, III, IV och. V' matas in i effekten. I vid 10 och koncentrerad färdigindunstad lut tas ut vid 11. En del av färskångan 9 leds till värmeväxlaren 8 för upphettning av luten 10 som skall matas in i effekten I. Kondensat från denna värmeväx- lare 8 och kondensat från effekten I ledes ut vid 12.

Svartlut som skall indunstas ledes in i. effekten III, Tunnlut från effekten III nmtas in i effekten IV genom ledningen 14 och från IV till V genom ledningen 15. Ãnga för indunstning av luten i de olika effekterna tas från föregående effekt genonlledningarna 16 och uppvärmningsånga till. värmeväxlarna 8 'tas från föregående effekt genom ledningarna 17. Kondensat från de olika enheterna uttages genom ^tuberna 18. En värmeväxlare 19 är anordnad för slutlig kondensering av den avdunstade ångan från sista effekten V. Anordningen enligt Fig. 2 är endast ett exempel på anordningar som kan användas vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning. Således är det både möjligt och vanligt att exempelvis anordna indunstningen i effekterna II, III, IV och V enligt motströmsprincipen. Värmeväxlare mellan effekterna blir då onödiga.

Figur 3 visar schematiskt förfarandet enligt uppfinningen.

Enheterna IA, IB och IC är enheter i slutindunstnings- steget, således tre enheter i effekten I enligt Fig. 2, vilka enheter är de som visas i Fig. 1. Enligt tidigare principer infördes färskånga av sama tryck och temperatur till alla tre enheterna IA, IB och IC. En sådan tillförsel 10 15 20 25 30 35 505 603 8 av färskånga visas exempelvis ifüg. 2. Enligt föreliggande uppfinning tillföres emellertid färskånga av högre tryck till enheten 1A än till enheterna IB och IC, nämligen exempelvis 4,4 bar (ö), med en temperatur av 155°C mot 3,0 bar (ö) och en temperatur av 143°C. Den lut som matas in i enheten IC har exempelvis en torrsubstanshalt av 51% och med utgående torrhalt av 63% och kokpunktsförhöjningen i IC blir därför cirka 12,4°C, luten i IB har koncentrationen 71% torrsubstans och i IB råder kokpunktsförhöjningen 16,1°C medan luten till IA har en koncentration av 80% torrsubstans, vilket motsvarar en kokpunktsförhöjning av 24°C. Luten som tas ut från IA är högkoncentrerad lut, dvs med en torrsubstanshalt av 80%.

Sekundärånga 20 från enheterna IA, IB och IC står i öppen förbindelse med varandra och inställes på ett mottryck av cirka 1,0 bar (ö), vilket betyder en kondenseringstempera- tur av 120°C. Denna ånga förs vidare till effekten II.

I effekten IA kommer enligt uppfinningen en temperatur- skillnad mellan utsidan och insidan av tuberna att uppgå till cirka l1°C, nämligen på utsidan 155°C och på insidan 144°C (120°C (vid ångtryck 1,0 bar (ö) plus kokpunkts- förhöjningen 23 ,9°C) . Detta ger en effektiv indunstning som vida överstiger den som skulle kunna uppnås med förfarandet enligt tidigare känd teknik då ånga av cirka 3 bar (ö) tillfördes till alla enheterna IA, IB och IC. Om man istället för att leda ånga av olika tryck in på dessa enheter skulle höja trycket och leda ånga av samma tryck in på alla tre enheterna så skulle en onödigt stor temperatur- differens uppkomma i enheterna IB och i synnerhet IC.

Genom förfarandet enligt uppfinningen som ger en mycket effektivare enhet IA kan man göra denna enhet mindre vilket betyder lägre investeringskostnader och man kan också utnyttja det högre trycket som är möjligt att åstadkomma i 10 15 20 25 30 505 603 9 sekundärångan till att eventuellt införa ytterligare en effekt eller att minska värmeytan i de övriga effekterna eftersom det finns en större temperaturdifferens att tillgå.

Den erforderliga värmeytan i effekten I omfattande en- heterna IA, IB, IC blir genom ovanstående exempel 15% mindre. Det högre trycket i sekundärångan kan i sin tur utnyttjas för att minska värmeytan i de övriga effekterna med 15%. Således blir den totala värmeytan i anläggningen 15% mindre. Den mängd färskånga av högre tryck som behöver tillföras till enheten IA blir endast 25% av total mängd färskånga.

Som nämnts ovan används normalt lågtrycksånga (3-4 bar (ö)) för att driva indunstningen. Detta tvingar oss att använda ånga av högre tryck. Normalt förekommer det i en massafab- rik även mellantrycksånga, som vanligen har ett tryck över 10 bar (ö). Detta tryck är onödigt högt i detta sammanhang och därför kan trycket för denna ånga komma att behöva reduceras. En ökad användning av mellantrycksånga kommer att medföra att det blir mindre ånga genom turbinen och därmed lägre elgenerering. Genom i istället för att reducera mellantrycksångan genom en reducerventil kan mellantrycksånga istället användas för att driva en ångejektor som suger in lågtrycksånga och höjer trycket på denna ånga. Ett sådant förfarande skulle då kunna minska behovet av mellantrycksånga och skulle vara att på mekanisk väg komprimera lågtrycksångan.

Uppfinningen är icke begränsad till det ovan nämna exemplet utan den kan varieras på olika sätt inom patentkravens ram.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 505 603 10 Patentkrav

1. Förfarande vid slutindunstning av svartlut i minst två indunstningsapparater av känd konstruktion kopplade i serie med avseende på svartluten och i parallell med avseende på den för indunstningen drivande färskångan (primärångan), varvid den genom indunstningen alstrade ångan (sekundärångan) i båda eller alla apparaterna står i öppen förbindelse med varandra, k ä n n e t e c k n a t a v att i den eller de apparater där luten har en högsta koncentrationq tillföres primärångan.med ett högre tryck än i (den) de andra, vilket högre tryck väljs så att den erhållna temperaturskillnaden mellan ångsida och lutsida är ungefär lika stor, företrädesvis något större, än den som föreligger i apparaterna med det lägre primärtrycket.

2. Förfarande enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a t a v att indunstningen företas i minst två, företrädesvis tre eller fyra apparater varav den sista i lutriktningen räknat matas med primärånga av högre tryck än de övriga.

3. Förfarande enligt något av kraven 1-2, k ä n n e - t e c k n a t a v att det högsta trycket för primärångan överstiger trycket av massafabrikens lågtrycksånga 4 bar (ö) och att primärångtrycket för övriga apparater högst motsvaras av lågtrycksnivån.

4. Förfarande enligt något av kraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a t a v att sekundärångan har ett tryck av över 0,7 bar (ö) motsvarande en kondenseringstemperatur över ll5°C. 10 15 505 603 ll

5. Förfarande enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t a v att indunstningen sker enligt fallfilmstekniken.

6. Förfarande enligt något av kraven 1-5, k ä n n e - t e c k n a t a v att avdunstad ånga från apparater med lut av lägre koncentration tillföres apparaterna med lut av högre koncentration tillsammans med tillförseln av luten för skjuvning av fallfilmen på lutsidan, vilket före- trädesvis är insidan av tuberna i värmeväxlaren.

7.n Förfarande enligt något av kraven 1-6, k ä n n e - t e c k n a t a v att det högre ångtrycket förhöjs medelst en ångejektor, där drivånga av ett ännu högre tryck tillföres.

8. Förfarande enligt något av kraven 1-6, k ä n n e - t e c k n a t a v att det högre ångtrycket förhöjs medelst en mekanisk kompressor.