СПОСОБ СГУЩЕНИЯ ВОЛОКНИСТОЙ МАССЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК D21C9/18 

Изобретение относится к целлюлозно-бумажному производству и может быть использовано для сгущения (обезвоживания, концентрирования) волокнистой целлюлозной массы.

Целью изобретения является снижение энергозатрат и упрощение конструктивного выполнения способа сгущения волокнистой массы.

На фиг. 1 представлена схема установки для изучения возможностей осуществления способа; на фиг. 2 - схема экспериментальной установки для сгущения волокнистой массы.

В круглой трубе 1 выполнено отверстие 2, выход из которого закрыт краном 3.

В трубу 1 насосом подают волокнистую массу. При ее движении с минимальной скоростью наблюдается режим пристенного скольжения - волокнистая пробка как единое пористое твердое тело скользит по стенкам трубы. По мере увеличения скорости скольжения возрастают касательные напряжения сил трения волокон о стенки. За счет этого происходит разрушение волокнистой пробки в пристенном слое, из которого образуются жгуты, вращающиеся в слое чистой жидкости между остатками волокнистой пробки и стенками трубы. Экспериментально установлено, что критическая скорость перехода к режиму движения по вращающимся жгутам не зависит от концентрации массы, слабо зависит от вида целлюлозы и составляет величину V_к=0,17±0,03 м/с. После достижения этой скорости, когда происходит разделение фаз в пристенном слое, постепенно открывают кран. За счет избыточного давления в трубе жидкость оттекает из пристенного слоя через отверстие и кран. Ее собирают в мерную емкость. Среднюю скорость оттока жидкости V через отверстие диаметра d определяют по результатам измерений объема жидкости Q, отведенной за время t:
V = 4Q/πd²t. (1) В случаях, если отбор жидкости проводят при скоростях движения массы, меньше критической, или средняя скорость отвода жидкости превышает скорость движения волокнистой пробки, наблюдается забивание отверстия волокном или проникновение волокон и их агрегатов (жгутов) через отверстие. Скорость движения волокнистой пробки может быть определена аналогично измерению скорости движения жидкости, (1) или по измерениям времени движения через фиксированный отрезок стеклянной трубы.

Волокнистую массу подают коловратным насосным агрегатом 4 в экспериментальный трубопровод. Для изучения отбора жидкости из вертикальной трубы установлен отвод 5. Для того, чтобы увеличить скорость движения массы, установлен конфузор 6, на выходе из которого установлена труба экспериментального концентратора 1. По длине трубы выполнены отверстия 2, над которыми закреплен кожух 7 с краном 3.

Опыты на установке (фиг. 2) проводят аналогично опытам на установке, изображенной на фиг. 1. Масса движется по экспериментальному трубопроводу. На участке трубы с отверстиями из пристенного слоя отбирают часть жидкости. Уплотнение массы происходит под действием создаваемого насосным агрегатом осевого давления. Жидкость выжимается из волокнистой пробки в радиальном направлении. Через отверстия, кожух и кран она поступает в мерную емкость. По мере отвода части жидкости скорость движения массы замедляется. Опыты показали, что режим движения по вращающимся жгутам при замедлении скорости массы сохраняется. Но для гарантирования надежности работы устройства, скорость на его входе следует устанавливать таким образом, чтобы и на выходе скорость волокнистой пробки была не менее 0,14 м/с. Скорость движения массы по трубе меняют, изменяя ее подачу насосным агрегатом. Расход отводимой жидкости регулируют краном. На выходе из экспериментального трубопровода массу собирают в емкости, из которых она может быть снова подана в коловратный насос и трубопровод. Результаты опытов, полученные на установке, схема которой представлена на фиг. 2 подтверждают все выводы, сделанные по результатам экспериментов на установке, схема которой изображена на фиг. 1.

Сопоставительный анализ предложенного способа и устройства для его осуществления с прототипом позволяет сделать вывод о том, что они имеют новую совокупность общих существенных признаков, то есть отвечают критерию "новизна".

Такие отличительные признаки, как ограничение расхода отводимой жидкости кранами в технике хорошо известны (например, сети водопровода). Однако в изобретении оно обеспечивает стабильность отвода жидкости из волокнистой массы, т.е. сообщает изобретению новые свойства по сравнению с известными техническими решениями. Другие отличительные признаки способа: поддержание скорости, соответствующей определенному режиму движения волокнистой массы; отвод жидкости из пристенного слоя движущейся волокнистой массы, разделение фаз в котором происходит под действием сил трения, в известных из науки и техники решениях не обнаружено в объеме проведенного поиска. Это же относится и к отводу жидкости от волокнистой массы не через сетку или перфорацию, а через цепочку отверстий, которые не забиваются благодаря учету особенностей движения волокнистой массы. Таким образом можно утверждать, что изобретение соответствует критерию "существенность отличий".

Для сгущения массы путем отбора жидкости из пристенного слоя не требуется затрат энергии на очистку сетки, перемешивание массы и т.п.. При переходе от режима пристенного скольжения к режиму движения по вращающимся жгутам отмечают падение потерь напора на трение. Конструкция устройства значительно проще известных установок аналогичного назначения. В ней нет движущихся деталей, сеток. Таким образом можно считать, что изобретение соответствует критерию "положительный эффект".

Предложенный способ нельзя использовать отдельно от устройства для его осуществления, поскольку тогда не ясна возможность его практической реализации. С другой стороны, предложенная конструкция не может обеспечить устойчивый процесс сгущения массы без соблюдения условий реализации способа.

П р и м е р 1.

На установке (фиг. 1) проводили опыты по сгущению водной суспензии хвойной сульфитной полубеленой целлюлозы с начальной концентрацией 4%. Труба с внутренним диаметром 80 мм выполнена из стали Х18Н9Т. Диаметр отверстия 6 мм. За 45 мин. непрерывной работы установки, при которой скорость движения массы по трубе составляла 0,28 м/с, было отобрано через отверстие и кран 14,5 л жидкости. Волокнистую массу с выхода установки снова подавали на ее вход, таким образом масса многократно проходила мимо отверстия для отвода жидкости. После опыта концентрация массы составила 6%. Концентрацию массы определяли методом отбора проб и их высушивания до постоянной массы. Визуальными наблюдениями не было отмечено попадания волокна в отводимую жидкость. Отбор проб жидкости и определение содержания в ней волокна показали, что в жидкости содержалось не более 0,06% целлюлозы.

П р и м е р 2.

В условиях опыта по примеру 1 начальная концентрация массы составляла 18% . За 30 мин. работы было отобрано 8,2 л жидкости. При этом концентрация массы увеличилась до 21%. Содержание волокна в пробах отведенной жидкости не превышало 0,01%.

П р и м е р 3.

По трубе с внутренним диаметром 60 мм из органического стекла (фиг. 1) осуществлялась транспортировка суспензии полубеленой хвойной сульфитной целлюлозы с начальной концентрацией 4, 9 и 12%. При этом варьировалась скорость подачи массы, а отверстие в стенке трубы последовательно рассверливали от диаметра 2 до 10 мм с шагом 1 мм. Было установлено, что стабильный отбор жидкости возможен при условиях, уже упомянутых в описании через отверстия диаметром до 9 мм. Через отверстия большего диаметра наблюдалось проникновение волокон (жгутов).

П р и м е р 4.

По трубе с внутренним диаметром 80 мм из органического стекла подают суспензию беленой лиственной целлюлозы в воде. Схема установки изображена на фиг. 2. На участке трубы длиной 60 см в одну линию выполнено 13 отверстий на расстоянии 50 мм одно от другого. Начальная скорость движения массы по трубе составляла 0,26 м/с, начальная концентрация 8%. За 15 мин. непрерывной работы установки через отверстия и кран было отобрано 30 л жидкости. Масса с выхода экспериментального трубопровода снова подавалась в коловратный насосный агрегат и на вход в трубопровод. За время опыта концентрация массы увеличилась до 14%. Содержание волокна в пробах отведенной жидкости не превышало 0,01%. Были проведены опыты, которые позволили установить, что стабильность отбора жидкости не зависит от положения концентратора (вертикальное, горизонтальное) или от расположения цепочки отверстий на трубе (верх, низ).

П р и м е р 5.

На установке (фиг. 2) в трубе с внутренним диаметром 60 мм было выполнено 25 отверстий на участке длиной 60 см. Подавалась суспензия беленой лиственной целлюлозы в воде. Начальная скорость массы составляла 0,32 м/с. За однократный проход массы в начальной концентрацией 16% через трубу с отверстиями, диаметр которых составлял 7 мм, концентрация целлюлозы увеличилась до 20%. Содержание волокна в отведенной жидкости не превышало 0,01%.

Использование: сгущение волокнистой массы. Сущность изобретения: увеличивают скорость движения волокнистой пробки до образования в пристековом слое ее скольжения жгутов из волокнистого материала, вращающихся в слое жидкости, и затем отводят часть жидкости из пристенного слоя. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

СПОСОБ СГУЩЕНИЯ ВОЛОКНИСТОЙ МАССЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.