NO136891B - Fremgangsm}te og apparat til kontinuerlig fortrengningsvasking av stoffmasser som inneholder en v{ske. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et apparat til kontinuerlig fortrengningsvasking av stoffmasser som inneholder en væske, hvor massen avsettes i et skikt på en filterbane som føres i sin lengderetning over en plan, horisontal bærebunn, fortrengningsvæske tilføres massen og et væsketrykk opprettholdes over masse-

skiktet for å erstatte væsken i massen med fortrengningsvæske og gjenvinne hovedsakelig ufortynnet væske fra massen.

Fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen vil kunne anvendes på forskjellige masser, f.eks. fibermasse i treforedlingsindustrien, masser av kornformede partikler som mask i bryggerier,

masser av findelte knuste sukkerrør etc. Oppfinnelsen er ikke av-

hengig av at der formeres en massekake slik som ved vasking av masser i treforedlingsindustrien, men massen må avsettes slik at der fås en noenlunde jevn massefordeling. Oppfinnelsen er spesielt utviklet for gjenvinning av lut fra sulfatmasse og vil i det etterfølgende bli be-skrevet med utgangspunkt i en slik anvendelse.

Til gjenvinning av svartlut fra sulfatmasse anvendes der diffu-sørbatterier, kontinuerlige diffusører hvor fortrengningsvæsken må tilbakelegge en vei på ca. 30 cm gjennom massen, og kontinuerlige filtre som massen avsettes på i skikt på 2 cm eller mer. Vaskevæske tilføres overflaten av massen og skal trenge gjennom denne med mest mulig jevn hastighet over hele overflaten av massen for at den væske som til å begynne med kommer ut på den motsatte side av massen gjennom filteret, skal være så ufortynnet som mulig. Det er imidlertid vanskelig å avsette massen på filteret på en slik måte at massen ikke lokalt vil yte redusert strømningsmotstand. På steder med redusert strømningsmotstand vil vaskevannet strømme meget raskere gjennom massen enn på de øvrige steder, noe som fører til en uønsket for-

tynning av den svartlut som utvinnes av massen. Der vedlikeholdes ikke noe væskeskikt over massen, trolig foråt vaskevæsken ikke skal strømme

sideveis bort til steder hvor strømningsmotstanden er minst, men virke gjennom hele massen. Isteden anvendes der dyser som er mest mulig jevnt fordelt over masseoverflaten, og som sprøyter vann ned på denne. En slik dysebesprøytning kan imidlertid aldri gi en helt jevn vanntilførsel. Vanntilførselen vil alltid være større på lokale områder. Også dette medfører en fortynning av den fortrengte væske.

Hensikten med oppfinnelsen er å komme frem til en fremgangsmåte og et apparat til kontinuerlig fortrengningsvasking av stoffmasser som f.eks. sulfatmasse, hvor de ovennevnte ulemper er vesentlig redusert, slik at der kan fås en høyere gjenvinningsgrad og/eller lavere investerings- og driftskostnader enn ved hittil anvendte fremgangsmåter og apparater til kontinuerlig fortrengningsvasking.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at der ved hjelp av fiberbanen og/eller en som motstandsbunn utført bærebunn skaffes en strømningsmotstand som er betydelig i forhold til den gjennomsnittlige strømningsmotstand gjennom masseskiktet og fortrinnsvis er flere ganger så stor som den gjennomsnittlige strøm-ningsmotstand, og at der over masseskiktet opprettholdes et lag av fortrengningsvæske som dekker overflaten av masseskiktet.

Mens der i tidligere diffusører og fortrengningsfiltre anvendes filtre og silduker som ikke yter noen vesentlig strømningsmotstand, skal der således ifølge oppfinnelsen anvendes et filter som kan be-tegnes som en "motstandsbunn". Den ønskede motstand kan oppnås ved en spesiell utformning av filterduken. Den kan imidlertid også oppnås ved hjelp av den bærebunn som filterduken føres over. En slik tilleggsmotstand vil hindre eventuelle "kortslutninger" gjennom sprekker i massen hvor motstanden gjennom denne kan være tilnærmet null. Hvis motstandsbunnen yter en motstand på f.eks. 0,5 ganger den gjennomsnittlige motstand gjennom massen, vil således betydningen av en slik sprekk straks være redusert og svare til hva som foreligger ved en lokal motstandsreduksjon på 67%. Den oppnådde motstand reduserer gjennomstrømningen av væske gjennom sprekken i avgjørende grad. Hvis motstandsbunnen yter en motstand på f.eks. 5 ganger den gjennomsnittlige motstand gjennom massen, noe som på ingen måte utgjør den øvre grense for de motstander som kan anvendes i motstandsbunnen, vil en sprekk svare til en lokal motstandsreduksjon på 17%. Motstands-variasjoner som er mindre enn svarende til full kortslutning gjennom massen, vil bli tilsvarende redusert ved anvendelse av en motstandsbunn. Samtidig blir ifølge oppfinnelsen fortrengningsvæsken (vaskevannet) tilført jevnt og skånsomt, idet væskeskiktet vil gi mulig-heter for utjevning av væsketilførselen og beskytte massen mot direkte innvirkning fra tilførselsdysene. Fortrinnsvis er væskeskiktet tilstrekkelig høyt til å gi et merkbart overtrykk på massen. Et slikt overtrykk er ønskelig når motstanden gjennom filteret holdes relativt høy ved anvendelse av en motstandsbunn. Det er nemlig ikke alltid praktisk å skaffe den ønskede trykkforskjell over filteret bare ved hjelp av undertrykk på undersiden av motstandsbunnen, idet dette vil kunne medføre blant annet unødige utgifter eller forstyr-rende gassingsfenomener. Væskeskiktet kan f.eks. være 10-100 cm høyt. Jo høyere væskeskikt, desto grovere, enklere og billigere kan. væsketilførselsorganene være uten uheldige virkninger på massen. Ved høye væskeskikt vil det således bli helt unødvendig å anvende dyser.

Et overtrykk på oversiden av masseskiktet kan imidlertid også oppnås på andre måter enn ved et høyt væskeskikt. Videre er et overtrykk under visse forhold unødvendig. Væskeskiktet kan da være på bare noen få millimeter, noe som riktignok krever dyser for oppnåelse av en jevn vanntilførsel.

I alle tilfelle må overtrykket over masseskiktet og væskesøylen i dette tilsammen utøve et hydrostatisk trykk som er passende for sammen med et egnet undertrykk under motstandsbunnen å overvinne strømningsmotstanden ved den ønskede fortrengningshastighet.

Det ønskede hydrostatiske trykk i massen og væskeskiktet kan fortrinnsvis oppnås ved at der mellom masseskiktet og et over dette liggende væskeskikt anordnes en tilnærmet horisontal, væskegjennomtrengelig skillebunn som danner bunn i et kammer for fortrengningsvæske, og som er anordnet nede i et kar, og at massen formeres på en filterduk mens denne føres ned i karet.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil der som følge av en relativt jevnere strømningsmotstand og en skånsommere tilførsel av fortrengningsvæske fås en bedre adskillelse av væskefaser med forskjellig konsentrasjonsnivå. Over et stort parti av motstandsbunnen vil der således fås hovedsakelig ufortynnet (100%'s) kokelut. Der-etter vil den væske som kommer ut gjennom filteret, bli mer og mer fortynnet. Mens væsken, når konsentrasjonen kommer under et visst nivå, kan føres direkte til kloakk, vil væske som kommer ut fra et overgangsparti av filteret hvor væsken begynner å bli fortynnet, kunne føres tilbake for å anvendes som fortrengningsvæske for innledende fortrengning i den første del av filteret.

Apparatet ifølge oppfinnelsen omfatter en bevegelig filterbane som bæres av en bunn i et filterkar, og er karakterisert ved at filterbanen og bunnen har en slik utførelse at de tilsammen skaffer en strømningsmotstand som er betydelig i forhold til den normale strømningsmotstand gjennom et på filterbanen avsatt masseskikt, og at der over filterbanen og masseskiktet foreligger væsketette sidevegger som gjør det mulig å vedlikeholde et sammenhengende skikt, av fortrengningsvæske på overflaten av masseskiktet.

En tilnærmet horisontal, væskegjennomtrengelig skillebunn er fortrinnsvis anordnet nede i filterkaret og danner et kammer for vaskevæske sammen med sideveggene. En endeløs filterbane som bærer massen som skal vaskes, kan være innrettet til å bevege seg ned i karet fra et sted utenfor dette, under skillebunnen, opp av karet og tilbake til utgangspunktet. En innløpskasse for masse kan dannes mellom det parti av filterbanen som beveges ned i karet, og en vegg av kammeret for fortrengningsvæske. Fyllingsnivået i innløpskassen kan reguleres for å vedlikeholde det ønskede hydrostatiske trykk i massen på nivået for skillebunnen.

Som følge av blant annet variasjoner i massens egenskaper, vil fortrengningshastigheten kunne variere, noe som ville medføre at beliggenheten av den foran omtalte overgangssone hvor den fortrengte væske begynner å bli fortynnet, kan variere. Imidlertid kan med for-del hastigheten av filterduken være regulerbar i avhengighet av

konsentrasjonen på et bestemt sted av filteret for å holde konsentrasjonen på dette sted og dermed beliggenheten av overgangssonen

så konstant som mulig. Alternativt kan overgangssonen være oppdelt i avsnitt og væsken fra disse styres slik at dens konsentrasjon av-gjør hvor den skal føres.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen og spesielt apparatet til utførelse av fremgangsmåten vil fremgå nærmere av den etterfølgende beskrivelse under henvisning til tegningen, som sterkt skjematisk viser prinsippene for apparatet ifølge oppfinnelsen.

På tegningen er der vist et kar 1 hvis bunn 2 er utført som motstandsbunn og f.eks. kan ha en konstruksjon som vil bli nærmere omtalt senere. En sammenhengende, relativt tettvevd filterduk 3 er innrettet til å bevege seg ned i karet 1, over motstandsbunnen 2 og opp av karet ved den motsatte ende. Nede i karet 1 er der anordnet et kammer 4 for fortrengningsvæske 5. Den tørste del av kammeret 4 kan ved hjelp av skillevegger 6 som strekker seg på tvers av filterets bevegelsesretning, være oppdelt i flere avdelinger 7, 8 og 9.

Mellom det parti 10 av filterduken som beveges nedover i karet 1

ved dettes ene ende, og en vegg 11 av kammeret 4 for fortrengningsvæske 5 dannes der en innløpskasse 12 som får tilført masse 13 fra en iKke vist massebinge. Massen, som spesielt kan være sulfatmasse som inneholder svartlut, formeres i innløpskassen til et masseskikt 14 på det parti av filterduken 3 som beveger seg over motstandsbunnen 2. Massen 14 vil fylle rommet mellom filteret 3 og bunnen 15 av kammeret 4 for fortrengningsvæske. Denne bunn 15 er væskegjennomtrengelig og kan f.eks. være perforert. Den bør bestå av et materiale som gir relativt liten friksjon mot massen 14, slik at dennes be-vegelse sammen med filterduken 3 ikke hindres. Eventuelt kan der under skillebunnen gli et endeløst, væskegjennomtrengelig, f.eks. perforert bånd 16 som beveger seg med massen, som antydet strek-punktert pa tegningen. Et slikt bånd kan også erstatte skillebunnen 15, idet der isåfall nede i karet 1 kan være anordnet passende lede-vegger. Hvis der ikke foreligger noe beveget bånd 16, kan der ved utløpsenden være anordnet et mindre transportbånd 17 til å presse vasket masse mot filteret 3 og transportere den opp av karet 1.

For at filterduken 3 skal kunne føres i den ønskede bane nede

i karet 1, kan den fortrinnsvis være avstivet i tverretningen, mens den er lett bøyelig i lengderetningen. På denne måte vil det kunne være mulig å nøye seg med en føring av filterduken ved karets sidevegger. Uønsket stramming av filterduken 3 i karet 1 kan også unngås ved at både en vendevalse 18 og en vendevalse 19 for filterduken 3 ved henholdsvis innløpet til og utløpet fra karet 1 er drevet og styrt i avhengighet av hinannen.

Motstandsbunnen 2 kan på undersiden stå under undertrykk som sammen med det hydrostatiske trykk på oversiden av masseskiktet skaffer den nødvendige trykkforskjell for overvinnelse av strøm-ningsmots tanden gjennom massen 14, filterduken 3 og motstandsbunnen 2. Motstandsbunnen 2 er i den viste utførelsesform oppdelt i lengderetningen i seksjoner a-m som igjen kan være oppdelt i seksjoner i tverretningen. Hver seksjon består av et øvre silparti 20 med relativt liten motstand og én eller flere underliggende dyser 21 som bestemmer strømningsmotstanden gjennom seksjonen. Volumet av hver seksjon mellom silpartiet 20 og dysen 21 bør fortrinnsvis være så lite som mulig, spesielt i et av seksjonene j, k og 1 dannet overgangsparti som vil bli nærmere omtalt senere, idet et slikt lite død-volum reduserer tregheten av systemet ved kontinuerlig regulering av dette for oppnåelse av mest mulig stabil drift. Andre utførelser av motstandsbunnen er mulig. F.eks. vil den ønskede motstand kunne oppnås bare ved hjelp av en tett duk eller en bane med ønsket, jevnt fordelt motstand, og isåfall er det ikke nødvendig med en så vidt-gående oppdeling av bunnen 2 i seksjoner som vist på tegningen. En slik tett motstandsbane kan utgjøre en del av bunnen 2, eller den kan være bevegelig med massen og således utgjøre filterbanen.

Seksjonene a og b danner en forkondisjoneringssone for konsen-trasjonsregulering. Et relativt stort utløp 31 i endeveggen 30 ved innløpet kan også tjene til forkondisjonering. Seksjonene a-i er på tegningen vist tilsluttet en felles ledning 22 for konsentrert kokelut som føres bort for videre opparbeidelse. Også seksjonene j, k og 1 er vist tilsluttet konsentratledningen 22, men det er også antydet stiplet at væske som kommer ut fra disse seksjoner, kan føres tilbake til avdelingene 7, 8 og 9 for å anvendes påny som fortréng-ningsvæske for innledende fortrengning i den første del av filteret. Driften av apparatet ifølge oppfinnelsen kan, f.eks. ved regulering av hastigheten av filterduken 3, innstilles slik at konsentrasjonen av den væske som kommer ut gjennom motstandsbunnseksjonene a-i, er ca. 100%, mens der fra seksjonene j, k og 1 kommer ut væske med en avtagende konsentrasjon, f.eks. 99-95% i seksjon j, 95-90% i seksjon k og 90-85% i seksjon 1. Seksjon m utgjør en ettervaskesone hvor konsentrasjonen kan være så lav at væsken via en ledning 2 3 kan føres direkte til kloakken. Eventuelt vil væske fra disse seksjoner kunne benyttes andre steder i bedriften. Apparatet kan også drives

■med konstant hastighet av filterduken, og der kan da ventes en noe varierende konsentrasjon i væsken fra seksjonene j-m. Bortføringen av denne væske kan da styres i avhengighet av den konsentrasjon som til enhver tid foreligger. I enkelte systemer er det også tenkelig at man ønsker å ta vare på væsken helt ned til konsentrasjoner på f.eks. 30%. Det vil forstås at dette er fullt mulig ved egnet oppdeling av bunnen 2 og styring av væskestrømmene. Oppfinnelsen er således ikke begrenset til gjenvinning av ufortynnet væske.

Den endeløse, omløpende filterduk 3 kan passende renses og eventuelt rekondisjoneres på andre måter utenfor karet 1 på veien tilbake til innløpsenden, idet den f.eks. kan spyles med vann som antydet ved 24 og tørkes med luft som antydet ved 25.

Organer til å holde motstandsbunnen 2 under undertrykk, pumper til resirkulering av væske og forskjellig reguleringsutstyr er ikke vist på den skjematiske tegning av apparatet ifølge oppfinnelsen.

Fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen vil gi bedre resultater enn de fremgangsmåter og utstyr som for tiden anvendes til kontinuerlig vasking av sulfatcellulose. Apparatet ifølge oppfinnelsen vil for en bestemt kapasitet bli vesentlig rimeligere i anskaffelse enn tidligere kjente apparater. Det vil også bli rimeligere i drift.

Ved en fortrengningshastighet på 5 cm/min (en relativt lav fortrengningshastighet tor sulfatmasse) vil der med en effektiv filter-flate på 60 m 2 kunne gjenvinnes 180 m 3 lut per time, svarende til ca. 20 tonn cellulose per time hvis massen har en konsentrasjon på 10%. Dette viser at den nødvendige kapasitet for praktisk anvendelse av filteret uten videre kan oppnås. Ved en tykkelse på 30 cm av masseskiktet 14 og en effektiv filterlengde på ca. 10 m vil filterduken 3 måtte føres frem med en hastighet på ca. 1,7 m/min, en meget moderat hastighet som ikke torde medføre problemer.

Mens gjennomsnittsmotstanden gjennom massen 14 ved vanlige for-trengningshastigheter f.eks. kan ligge i størrelsesordenen 10-40 cm P^O (både lavere og høyere motstander kan forekomme), kan der lett anvendes en motstandsbunn 2 med en strømningsmotstand på ca.

100-160 cm H20 ved de samme hastigheter, idet høyden av fortrengningsvæsken 5 kan være f.eks. ca. 100 cm og undertrykket under motstandsbunnen 2 f.eks. kan være av omtrent samme størrelsesorden, dvs. svarende til et vanntrykk på ca. 100 cm.

I den foregående beskrivelse er det kort omtalt en regulert resirkulasjon av fortrengt væske, en regulering av hastigheten av filterduken 3, at motstandsbunnen kan gis forskjellige utformninger, og at den væskegjennomtrengelige bunn 15 for ikke å gi for stor friksjon mot massen 14 kan bevege seg sammen med denne. Det vil forstås at det på tegningen skjematisk viste apparat dessuten kan modifiseres på en rekke andre måter og utstyres med en rekke ytterligere detaljer. Blant annet bør man påse at massen mates inn i innløpskassen 12 på en slik måte at der fås en kontrollert formering av massen på filterduken 3 og unngås varierende hydrostatisk trykk.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til kontinuerlig fortrengningsvasking av stoffmasser som inneholder en væske, spesielt til gjenvinning av avlut fra sulfatmasse, hvor massen avsettes i et skikt på en filterbane som føres i sin lengderetning over en plan, horisontal bærebunn, fortrengningsvæske tilføres massen og et væsketrykk opprettholdes

over masseskiktet for å erstatte væsken i massen med fortrengningsvæske og gjenvinne hovedsakelig ufortynnet væske fra massen,karakterisert ved at der ved hjelp av filterbanen (3) og/eller en som motstandsbunn (2) utført bærebunn skaffes en strømningsmotstand som er betydelig i forhold til den gjennomsnittlige strømningsmotstand gjennom masseskiktet og fortrinnsvis er flere ganger så stor som den gjennomsnittlige strømningsmotstand, og at der over masseskiktet opprettholdes et lag av fortrengningsvæske som dekker overflaten av masseskiktet.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at der mellom masseskiktet (14) og et over dette liggende væskeskikt anordnes en tilnærmet horisontal, væskegjennomtrengelig skillebunn ( 15) som danner bunn i et kammer for fortrengningsvæske (5), og som er anordnet nede i et kar (1), og at massen formeres på en filterbane (3) mens denne føres ned i karet..

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at væske som kommer ut fra et overgangsparti av filteret hvor væsken begynner å bli fortynnet, som i og for seg kjent føres tilbake for å anvendes som fortrengningsvæske for innledende fortrengning i den første del av filteret.

4. Apparat til utførelse av en fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, omfattende en bevegelig filterbane (3) som bæres av en bunn (2) i et filterkar (1),karakterisert ved at filterbanen (3) og bunnen (2) har en slik utførelse at de til- .sammen skaffer en strømningsmotstand som er betydelig i forhold til den normale strømningsmotstand gjennom et på filterbanen avsatt masseskikt, og at der over filterbanen (3) og masseskiktet (14) foreligger væsketette sidevegger som gjør det mulig å vedlikeholde et sammenhengende skikt av fortrengningsvæske (5) på overflaten av masseskiktet.

5. Apparat som angitt i krav 4, karakterisert ved at en væskegjennomtrengelig skillebunn (15) er anordnet nede i filterkaret (1), og at en endeløs filterbane (3) som bærer massen som skal vaskes, er innrettet til å beveges ned i karet (1) fra et sted utenfor dette, under skillebunnen (15), opp av karet (1) og tilbake til utgangspunktet.

6. Apparat som angitt i krav 5,karakterisert ved at den væskegjennomtrengelige skillebunn (15) utgjøres av et ende-løst bånd (16) som beveger seg med massen.

7. Apparat som angitt i krav 5 eller 6, karakterisertved at der til formering av masseskiktet (14) er anordnet en inn-løpskasse (12) som dannes mellom det parti av filterbanen (3) som beveges ned i karet (1), og en vegg (11) av kammeret for fortrengningsvæske (5) , idet der er anordnet organer til å regulere nivået av tilført masse til kassen for å vedlikeholde et hydrostatisk trykk i massen foran skillebunnen (15) som er likt det hydrostatiske trykk i væsken ved skillebunnen.

8. Apparat som angitt i et av kravene 4-7, karakterisert ved at filterbanen (3) er avstivet i tverretningen og har hovedsakelig tettende føring mot karets sidevegger, mens den er lett bøyelig i lengderetningen og føres eller understøttes i ønsket bane.

9. Apparat som angitt i et av kravene 4-8, karakterisert ved at bærebunnen (2) er oppdelt i seksjoner (a-m) som hver, som i og for seg kjent, har én eller flere dyser (21) som bestemmer strømningsmotstanden gjennom seksjonen.

10. Apparat som angitt i krav 9, karakterisert ved at hver seksjon (a-m), spesielt i overgangspartiet (j, k, 1), er slik utført at det rommer minst mulig væske mellom filterbanen (3) og den eller de dyser (21) som bestemmer strømningsmotstanden.