Способ обработки волокнистого материала

Способ обработки волокнистого материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1iI! 600228

Caes Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.08.75 (21) 2168060/29-12 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень № 12 (45) Дата опубликования описания 20.02.78

Государственный комитет

ÑIIIIåòà Министров СССР ло делам изобретений и открытий (51) M. Кл. D 21С 9/10 (53) УДК 676.1.023.1 (088.8) (72) Авторы изобретения P. И. Сосновский, Е. Я. Печко, Г. Л. Аким, М, М. Белов, М. С. Коен, ж. Я. Катковник и В. А. Михайлюк

Всесоюзное научно-производственное объединение целлюлознобумажной промышленности (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и касается способа обработки целлюлозосодержащего волокнистого материала малорастворимым в воде газом, например кислородсодержащим.

Известны способы обработки волокнистых материалов кислородом или газовой смесью, содержащей свободный кислород при разных концентрациях массы. При высоких концентрациях массы (18 — 40%) химическая реакция протекает в трех фаза,.: твердой, жидкой и газообразной, а в остальных случаях— только в твердой и жидкой, причем газообразный реагент растворен в жидкой фазе.

В случае обработки волокнистых материалов малораствориvIûvI газом при высокиx концентрациях необходимо сохранить пористость волокнистого материала для обеспечения доступа к нему газовой фазы, Поэтому волокнистый материал нельзя подвергать слишком большому сзкатию, при котором поры смыкаются. Обработка производится либо при разделении столба массы на ряд слоев с принудительной задержкой ее в кахкдом слое, либо без такого разделения (1). При разделении столба массы на слои принудительная задержка массы на этих слоях требует применения дополнительных механических устройств в основном объеме реактора, что вызывает значительное усложнение конструкции, снижение ее надежности и увеличение стоимости.

Известен способ обработки волокнистого материала малорастворимым газом без разз деления столба массы на слои, (2), состоящий в том, что разрыхленную массу концентрацией 18 — 40% свободно загружают сверху в реактор с гладкими стенками, и сплошной столб массы под действием силы тяжести дви1О жется вниз, где масса разгружается, причем газ подается к сплошному столбу массы как в верхней, так и в нижней его частях. Для того, чтобы сохранить доступ газа к материалу, высота сплошного столба массы, выраженная

15 в метрах, ограничена значением 0,5 — 0,7 от численного значения концентрации массы, выраженной в процента. .

Основным недостатком этого способа является необходимость поддерживать высокую

20 концентрацию массы для того, чтобы высота столба массы, и следовательно реактора, в котором протекает обработка, были не слишком малы. Поскольку производительность реактора зависит от его объема, при слишком

25 малой cIo высоте диаметр реактора будет слишком велик.

В ряде случае, например, при отбелке кплородом целлюлозы для химической переработки высокие концентрации целлюлозы ухуд30 шают достигаемые результаты или вообще неприменимы. Поэтому обработку предпочтительнее производить при средних концентрациях. Но в этом случае для сохранения пористости нельзя нагружать материал, т. е. необходимо поддерживать его в газовом потоке во взвешенном состоянии.

Известен способ обработки материала газом путем взвешивания его частиц или гранул (3). Доступ газа к отдельным частицам обеспечивается за счет придания слою материала псевдоожиженного состояния.

Недостатком этого способа применительно к обработке волокнистых материалов является малая высота слоя. Поскольку обработка волокнистого материала является, как правило, процессом длительным, производительность кипящего слоя для этих материалов мала. Другим недостатком данного способа является нарушение процесса из-за агломерации частиц волокнистого материала.

Известен также способ обработки материлла при витании его частиц или гранул во встречном потоке газа в виде облака (4). В указанном способе доступ газа к твердой фазе обеспечивается тем, что обрабатываемый материал взвешен в .постоянном. потоке газа, подаваемого снизу. Наличие непрерывного доступа газа к материалу гарантирует непрерывный обмен между твердой и газовой флзами. Это дает возможность вести обработку материала, когда количество находящегося в ием газа недостаточно, например ввиду малой растворимости газа.

Недостатком такого процесса применительно к волокнистым материалам является малое содержание материала в единице объема реактора, так как при увеличении количества материала происходит его выпадение из облака вследствие агломерации волокнистых частиц.

Цель изобретения — интенсификация процесса обработки волокнистого материала малорастворимым газом. Для этого по предлагаемому способу обработке подвергают столб волокнистого материала в квазитвердом состоянии с пористостью 0,1 — 0,8, причем квазитвердое состояние материала поддерживают изменением расхода газа в зависимости от его давления в соответствии с уравнением

Ьд+ аЬР =- О, где Лд — относительное изменение расхода газа;

ХР— относительное изменение давления газа к его перепаду на столбе материала; а — коэффициент, принимающий значения от — 2 до 15.

Способ осуществляют следующим образо vl.

Волокнистую массу перед вводом в реактор или во время подачи в реактор разрыхляют и смешивают с кислородом. Потоком газа масса в квазитвердом состоянии транспортируется в нижшою часть реактора и постепенно перемещается по реактору снизу вверх.

600228

Квазитвердое состояние столба материала пористостью 0,1 — 0,8 поддерживают изменением расхода газа по вышеуказанной зависимости.

5 Избыточный кислород отделяется в верхней части реактора, его удаляют, а волокнистую массу направляют па дальнейшую обработку.

Способ основан на способности волокнистых материалов к àгрегатированию и созданию

10 пространственной структуры, сохраняющей пористость, обладающей свойствами твердого тела, по способной при небольших механ»»ческих воздсйствиях разрушаться.

В реакторе через квазитвердый слой волох15 нистого материала фильтруется газ. Если давлсние газа на высоте h равно Р, а напряжение в твердом скелете т, поток газа на входе реактора q и плотность единицы объема материала р, то условием равновесия слоя массы

20 толщиной dh является: — — dh — dh =- gpdh, дй дй где @= 9,8 м/с .

25 С другой стороны, поток воздуха через слой равен дР дй

Д:

30 где S — площадь поперечного сечения столба массы;

r — удельное сопротивление фильтрации.

Для того, чтобы напряжение B твердом скеЗ5 лете было равно О, исходя из приведенных уравнений необходимо, чтобы

Sog

Если поток равен этой величине, то вес каждого слоя материала уравновешен силой трения восходящего потока газа, и этот слой не давит на слои, лежащие ниже. Поэтому весь столб оказывается взвешенным.

45 Наруше» ие состояния равновесия может происходить за счет изменения свойств материала (например, во влажности или степени предварительного сжатия твердой структуры при подаче в реактор), за счет потребления газа материалом и изменений такого потребления, а также за счет изменения давления газа в реакторе. Отклонение концентрации волокнистого материала в этом случае равно

кс»и1ой массы;

00 Kp — напр»1»кение в ии»кием слое массы;

С вЂ” концентрация массы; е — пористость;

Aq — величина, связанная с изменением потребления газа в реакторе или его давления;

65 Н вЂ” полная высота столба материала;

600228 о а=: — b, с.

Составитель С. Соловьева

Редактор 3. Старикова Техред И. Михайлова Корректоры: Т. Добровольская и Е. Хмелева

Подписное

Заказ 352/15 Изд. М 317 Тираж 515

НПО Государственного комптста Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 х (Н, h, в), хз(й, в) — функции, ограниченные по абсолютному значению;

/ и» вЂ” †величи, связанная с изменением

dС напряжения при изменении концентрации.

Приведенное уравнение означает, что столб материала является устойчивым, т. е. малым возмущениям соответствует малое изменение концентрации массы.

Изменение концентрации материала или его влажности вызывает изменение Веса столоа материала в реакторе. Если оставлять неизменной разницу давлений в верхней и нижней частях реактора, то такое изменение может вызвать нагружение нижних слоев материала и охлопывание пор в нем.

Изменение концентрации или влажности материала вызывают изменения сопротивления фильтрации того же знака. Тогда в формуле (1) одновременно увеличивается плотность (р) в числителе и удельное сопротивление фильтрации (г) в знаменателе. Проведенные нами эксперименты показывают, что удельное сопротивление фильтрации (г) растет быстрее плотности (о) и поэтому с ростом плотности необходимо уменьшать поток газа (V)

Если изменение свойств материала контролируется, то из (1) определяют значение потока газа. Если же эти изменения не контролируемы, то для наиболее полной компенсации изменений свойств материала следует изменять поток газа пропорционально изменению перепада давления на слое материала, но в противоположную сторону, так чтобы

hq+aAP =0. (3)

Оптимальное значение коэффициента определяется по формуле где в — пористость материала, 6 — постоянная, зависящая от свойств материала и характера их изменений.

В соответствии с формулой (4) значение коэффициента а лежит в диапазоне от — 2 до

+ 15.

Пример. Обрабатывают кислородом псбелсную сульфатную целлюлозу с концентрацией 17% и пористостью I==0,22, при высоте столба массы h=20 и и площади его поперечного сечения S=8 и, давление кислорода

10 ати.

Плотность материала при этом режиме согласно экспериментальным данным р=

=830 кг/м", а удельное сопротивление фильтрации r=2,8 10 нс/м4. Расход кислорода через столб целлюлозной массы составляет в этом случае в соответствии с формулой (1)

q=2,3 10 — и /с.

Коэффициент а в формуле (3) для достижения наилучшей компенсации изменений

10 свойств материала равен 5,6.

Согласно полученным экспериментальным результатам высота столба обрабатываемого материала при его сухости 15% может быть доведена до 25 м; при большой сухости воз15 можная высота столба увеличивается.

Обработка материала в квазитвердом состоянии обеспечивает значительное повышение содержания материала в единице объема при сохранении доступа газа по всему объему

20 материала, что приводит к значительному увеличению производительности реактора при постоянном его объеме, т. е. к интенсифика цпи процесса.

Формула изобретения

Способ обработки волокнистого материала, например цсллюлозосодержа1цего, путем воздействия малорастворимым газом на непрерывный перемещающийся снизу вверх взве30 шенный столб материала, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, обработке подвергают волокнистый материал в квазптвердом состоянии с пористостью 0,1—

0,8, причем квазитвердое состояние материа35 ла поддерживают путем изменения расхода газа в зависимости от его давления в соответствии с уравнением

Лсу + а Р = О, 40 где Лд — относительное изменение расхода газа;

ЛР— относительное изменение давления газа к его перепаду на столбе материла; а — коэффициент, принимающий значения от — 2 до + 15.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции Л 2012740, кл. D 21С

50 9/00, 1970.

2. Патент Франции Л 2099568, кл. D 21С

9/00, 1972.

3. Патент США Хо 3266171, кл. 34 — 164, 1966.

55 4. Патент СШЛ М 3364583, кл. 34 — 1О, 1968