книги / Технологические расчеты по получению различных видов целлюлозы

Таблица 1 . 3

Итоговый материальный баланс для периода варки (на 1 т целлюлозы)

Конечная сдувка (спуск давления). При конечной сдув-

ке давление снижается с 0,6 до 0,2 МПа (с 6 до 2 кгс/см2). За время конечной сдувки из котла уходит значительное количество SO2: титр щелока снижается с 1,5 до 0,3 % SO2 (см. рис. 1.1). Можно с небольшим приближением считать, что в конечный момент спуска давления в газовом пространстве котла не будет содержаться SO2, а будет находиться только водяной пар. Давлению насыщенного пара 0,2 МПа (2 кгс/см2), т.е. 0,30 МПа (3,03 кгс/см2) абсолютного давления, отвечает температура около 133 °С (см. табл. П1 приложения). Следовательно, будем считать, что в конце спуска давления температура содержимого котла равна 133 °С. Снижение температуры содержимого котла вызывает выделение водяного пара, уходящего с конечной сдувкой.

Если принять теплоемкость целлюлозы и органических растворенных веществ щелока равной 1,34 кДж/(кг·°С), то при снижении температуры содержимого котла со 140 до 133 °С выделится всего тепла

21

[6660 · 4,19 + (880 – 848) · 1,34] · (140 – 133) = 211 410 кДж.

Средняя температура жидкости в котле за время конечной сдувкиравна(140 + 133) : 2 = 136,5 °С. Этойтемпературепотаблицам насыщенного пара отвечает теплота испарения 2158,8 кДж/кг (515,6 ккал/кг). Следовательно, пара при конечной сдувке выде-

лится211 410 : 2158,8 = 98 кг.

Жидкости в котле в конце спуска давления будет

6660 – 98 = 6562 л.

В щелоке после спуска давления останется SO2

6562 – 0,003 = 20 кг.

При конечной сдувке уходит из котла SO2 100 – 20 = 80 кг. Итоговый баланс конечной сдувки приведен в табл. 1.4. Концентрация органических веществ в щелоке к моменту

выдувки равна

848 6562 = 129 г/л.

Таблица 1 . 4

Концентрацияорганическихвеществ вщелоке кмоменту выдувки

Выдувка. Во время выдувки избыточное давление падает со 196 кПа (с 2 кгс/см2) до 0 и температура соответственно со 133 до100 °С. Засчетохлаждениясодержимогокотлавыделяетсятепла

[6562 · 4,19 + (880 + 848) · 1,34] · (133 – 100) = 983 090 кДж.

22

При среднем избыточном давлении (196 + 0) : 2 = 98 кПа, или 199 кПа (2,03 кгс/см2) абсолютного давления, теплота испа-

Концентрация органических веществ в щелоке равна

848 10006117 = 139 г/л.

Количество SO2, уходящего с парами вскипания, примем равным 50 % от SO2, содержавшегося в щелоке, т.е. 20 · 0,5 = 10 кг. Остальные20 – 10 = 10 кгSO2 останутсявщелоке.

Суммарный материальный балансдля разобранного примера сульфитной варки приведен в табл. 1.5. Общее количество сдувочной и перепускной жидкости, уходящей из котла, с учетом конденсата водяных паров (см. табл. 1.5) составит 2240 + 138 = 2378 л/т целлюлозы.

Процент регенерации жидкости по отношению к количеству варочной кислоты в котле составит

Rжидк = 75602378100 = 31,4.

Общее количество SO2, уходящего в регенерационную систему, равно 91 + 332 = 423 кг/т целлюлозы.

Процент регенерации SO2 (по отношению к количеству SO2 в варочной кислоте)

RSO2 = 605423100 = 70.

Общий расход SO2 на варку (химические реакции плюс потери в конечном щелоке) составит 162 + 20 = 182 кг/т целлюлозы, что эквивалентно 91 кг серы на 1 т целлюлозы.

23

Таблица 1 . 6

Суммарный баланс сульфитной варки (расход)

Направив на улавливание 10 кг SO2, выделяющегося из сцежи с парами вскипания, можно уменьшить расход серы до 86 кг/т целлюлозы.

24

2. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ВАРКИ СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Приведем пример расчета материального баланса варки целлюлозы марки НС-1 в варочных котлах периодического действия вместимостью 180 м3 с непрямым обогревом и принудительной циркуляцией щелока [3]. Варочный цех входит в состав целлюлозного завода, вырабатывающего 250 000 т товарной целлюлозы в год. Схема варочного цеха изображена на рис. 2.1. Исходные данные для расчета приведены в табл. 2.1 [3, 5, 6].

Расчеты ведутся на 1 т воздушно-сухой целлюлозы по варке с влажностью 12 % (коэффициент сухости 0,88), независимо от фактической влажности вырабатываемой целлюлозы.

Таблица 2 . 1

Исходные данные для расчета материального баланса периодической сульфатной варки

25

–варка (стоянка на конечной температуре);

–спуск давления (конечная сдувка);

–выдувка.

В расчетах приняты следующие обозначения:

Х– количество твердых веществ (древесины, целлюлозы)

впотоке, тонны абсолютного сухого вещества на 1 т воздушносухой (0,88 т абсолютно сухой) целлюлозы;

Y – количество жидкости (воды) в потоке, т/т;

Z – количество растворенных органических веществ, т/т;

N – количество содопродуктов в пересчете на Na2O, т/т; с – концентрация (массовая доля) вещества.

Рис. 2.2. Температурно-временной график периодической сульфатной варки [3, 5]: 1 – температура; 2 – давление; 3 – выход целлюлозы из древесины

На рис. 2.3 изображена расчетная (для наглядности «расчлененная» на узлы) технологическая схема цеха. Каждому узлу присвоен номер (из одного числа), который далее используется для обозначения (идентификации) материальных потоков в виде индексов из двух чисел, разделенных точкой. Первое из этих чисел является номером устройства, из которого выходит поток,

27

второе – номером устройства, в который входит поток. Цифра 0 присвоена устройствам за пределами схемы. Обращаем внимание на то, что номера устройств и материальных потоков на этом рисунке иные, чем на рис. 2.1, они используются только в пределах текущего подраздела.

Рис. 2.3. Расчетная схема варочного цеха [3]: Устройства: 1 – складщепы; 2 → 3 → 4 – варочныйкотел; 5 – бакбелогощелока; 6 – бак-мерникчерногощелока; 7 – терпентинныйконденсатор; 8 → 9 – выдувнойрезервуар; 10 – струйныйконденсатор; 11 – бак-аккумулятор

Потоки: 0.2 – пар для уплотнения щепы; 0.6, 0.9 – черный щелок из промывного отдела; 1.2 – щепа; 4.8 – выгружаемая из котла волокнистая масса; 4.10 – конечная сдувка; 5.2 – белый щелок из цеха каустизации; 6.2 – черный щелок; 8.10 – пары самовскипания щелока;

9.0– волокнистаямассавпромывнойотдел; 10.11 – горячийконденсат;

11.0– грязный конденсат в сток; 11.10 – охлажденный конденсат

Загрузка щепы и заливка щелоков

Абсолютную влажность древесины с принятой относительной влажностью 35 % (см. табл. 2.1) вычисляют по формуле

28

Так как Waбc > 30 %, содержание абсолютно сухой древесины в 1 м3 плотной древесины может быть принято равным базисной плотности А30, т.е. 425 кг/м3.

Количество а.с. древесины, загружаемой в 1 м3 котла (при степени объемного наполнения котла щепой g = 0,43),

А30 · g = 425 · 0,43 = 182,75 кг.

Выход целлюлозы из 1 м3 котла (при принятом выходе целлюлозы из древесины 48 %):

а.с.

182,75 · 0,48 = 87,72 кг;

в.с.

87,72 : 0,88 = 99,68 кг.

Для получения 1 т в.с. целлюлозы Х4.8 в котел нужно загрузить а.с. древесины

Х1.2 = 880 : 0,48 = 1833 кг;

с этой древесиной поступит воды в виде влаги

на 1 м3 котла поступит воды со щепой

Расход пара на уплотнение щепы принят 0,20 т/т целлюлозы, т.е.

99,68 · 0,20 = 19,94 кг (дм3)

на 1 м3 котла. Можно принять, что 90 % этого пара конденсируется и остается в котле, что составит

19,94 · 0,90 = 17,9 кг

29

на 1 м3 котла, или

Y0.2 =17,9 99,681000 = 179,6 кг(дм3 )

на 1 т целлюлозы.

Общее количество воды, поступающей в котел со щепой и конденсатом пара на 1 т целлюлозы,

Y1.2 + Y0.2 = 987,0 + 179,6 = 1166,6 дм3;

объем щелоков, закачиваемых на 1 м3 котла (см. табл. 2.1), 550 – 98,4 – 17,9 = 433,7 дм3,

или на 1 т целлюлозы

433,7 1000 = 4351 дм3 ,

99,68

в том числе белого щелока (при расходе активной щелочи 315 кг/т и ее концентрации 110 кг/м3, см. табл. 2.1):

= 315 1000 = 3 Y5.2 110 2864 дм ,

что составляет

2864 100 = 65,8 %

4351

от общего объема щелоков; черного щелока

Y6.2 = 4351 – 2864 =1487 дм3,

что составляет

100 – 65,8 = 34,2 %

от общего объема щелоков.

Расчет состава белого щелока приведен в табл. 2.2.

30