книги / Технологические расчеты по получению различных видов целлюлозы

Таблица 2 . 2

Расчет состава белого щелока (характеристики щелока взяты из табл. 2.1; в фигурных скобках – молекулярные массы компонентов)

Степень активности белого щелока

82,5 + 27,5 = 0,896;

122,7

общее количество содопродуктов, поступающих на 1 т целлюлозы с белым щелоком, в единицах Na2O

315 : 0,896 = 351,6 кг;

коэффициент b для пересчета количества содопродуктов из единиц Na2O в собственные единицы

b = 163,5 : 122,7 = 1,332;

количество содопродуктов на 1 т целлюлозы, поступающих в котел с белым щелоком, в собственных единицах

N5.2 = 351,6 · b = 351,6 · 1,332 = 468,3 кг.

Наличие в белом щелоке других минеральных веществ, кромеприведенныхвтабл. 2.2, можнонеприниматьвовнимание.

31

Черный щелок, подаваемый в котел вместе с белым щелоком, при принятой плотности 1,09 кг/дм3 имеет концентрацию сухих веществ с6.2 = 0,183 кг/дм3. Примем, что сухой остаток черного щелока состоит на 70 % из органических и на 30 % из минеральных веществ [5]. Общее количество сухих веществ на 1 т целлюлозы, поступающих в котел с черным щелоком,

Y6.2 c6.2 = 1487 · 0,183 = 272,1 кг,

в том числе растворенных органических веществ

Z6.2 = 272,1 · 0,70 = 190,5 кг;

минеральных веществ (содопродуктов) в собственных единицах

N6.2 = 272,1 · 0,30 = 81,6 кг;

минеральных веществ в единицах Na2O (принимая тот же коэффициент пересчета, что и для белого щелока)

N6.2b = 81,6 : 1,332 = 61,3 кг.

Всего в котел загружается (табл. 2.3):

– воды

ΣY*.2 = Y1.2 + Y0.2 + Y5.2 + Y6.2 =

=987,0 + 179,6 + 2864 + 1487,0 = 5517,6 кг;

–минеральных веществ

ΣN*.2 = N5.2 + N6.2 = 468,3 + 81,6 = 549,9 кг.

Таблица 2 . 3

Баланс загрузки щепы и заливки щелоков на 1 т целлюлозы

32

Заварка

Во время терпентинной сдувки из котла уходит около 90 кг водяного пара на 1 т а.с. древесины. В пересчете на 1 т в.с. целлюлозы это составит

Х1.2 · 90 · 0,001 = 1833 · 90 · 0,001 = 165,0 кг (дм3).

Переброс щелока, увлекаемого со сдувками, можно принять равным 1 % от объема жидкости в котле:

0,01 · ΣY*.2 = 0,01 · 5517,6 = 55,2 кг (дм3).

Всего с терпентинной сдувкой уходит воды

Y2.7 = 165,0 + 55,2 = 220,2 кг (дм3).

Количество летучих органических веществ (скипидар, метанол, метилмеркаптан, диметилсульфид), уходящих из кот-

ла со сдувками, можно принять равным Z2.7 = 20 кг на 1 т целлюлозы [5].

Согласно кривой выхода (см. рис. 2.2), к началу терпентинной сдувки в раствор переходит 18 % древесного вещества, что на 1 т целлюлозы составляет

Х1.2 · 0,18 = 1833 · 0,18 = 329,9 кг

органических веществ. С учетом Z6.2 в котле к этому моменту будет находиться

190,5 + 329,9 = 520,4 кг

растворенных органических веществ.

К концу сдувки в раствор переходит 32 % древесного вещества (см. рис. 2.2), что на 1 т целлюлозы составляет

X1.2 · 0,18 = 1833 · 0,32 = 586,6 кг

органических веществ. За вычетом 20 кг летучих продуктов, ушедших со сдувками, в растворе к концу сдувки остается органических веществ

33

190,5 + 586,6 – 20 = 757,1 кг.

Среднеарифметическое количество растворенных органических веществ в котле во время сдувки составляет

0,5(520,4 + 757,1) = 638,8 кг;

количество жидкости, оставшееся в котле к концу сдувки,

Y*2 − Y2.7 = 5517,6 − 220,2 = 5297,4 дм3 ;

среднеарифметическое количество жидкости в котле во время сдувки

(5517,6 + 5297,4) 0,5 = 5407,5 дм3;

средняя концентрация органических веществ в растворе во время сдувки

638,8 : 5407,5 = 0,118 кг/дм3;

уходит из котла органических веществ с перебросом щелока

0,118 · 55,2 = 6,5 кг;

средняя концентрация минеральных веществ в щелоке

549,9 : 5407,5 = 0,102 кг/дм3;

уходит из котла минеральных веществ с перебросом щелока:

– в собственных единицах:

0,102 · 55,2 = 5,6 кг;

– в единицах Na2O (коэффициент пересчета найден ранее b = 1,332):

5,6 : 1,332 = 4,2 кг.

В табл. 2.4 приведен итоговый материальный баланс заварки.

34

Таблица 2 . 4

Материальный баланс заварки (на 1 т целлюлозы)

Варка

В период стоянки на конечной температуре происходит дальнейшее растворение компонентов древесины до достижения выхода 50 % (см. рис. 2.2), т.е. за период варки растворяется

68 – 50 = 18 %

древесного вещества и в раствор переходит

X1.2 · 0,18 = 1833 · 0,18 = 329,9 кг

органических веществ.

35

К концу варки в котле находится (кг/т): целлюлозы

Х3.4 = Х2.3 – 329,9 = 1246,4 – 329,9 = 916,5;

воды

Y3.4 = Y2.3 = 5297,4;

органических веществ

Z3.4 = Z2.3 + 329,9 = 750,6 + 329,9 = 1080,5;

минеральных веществ (содопродуктов)

N3.4 = N2.3 = 544,3;

всего

Х3.4 + Y3.4 + Z3.4 + N3.4 = 916,5 + 5297,4 + 1080,5 + 544,3 = 7838,7;

в том числе всего Na2O

544,3 : 1,332 = 408,6.

Конечная сдувка

Давление пара в варочном котле перед началом сдувки должно соответствовать температуре 172 °С. Для нахождения абсолютного давления воспользуемся линейной интерполяцией:

0,792 + 172 − 170 (1,000 − 0,792) = 0,833 МПа. 180 − 170

В технологических регламентах производства принято указывать избыточное (манометрическое) давление Ризб, МПа. Абсолютное давление Рабс, МПа, и избыточное давление связаны соотношением

Ризб = Рабс – 0,101.

В данном случае

Ризб = 0,833 – 0,101 = 0,732 МПа.

36

После открытия сдувочного вентиля в котле начнется вскипание воды, избыточное давление снижается с 0,732 до 0,5 МПа (см. рис. 2.2), абсолютное давление – с 0,833 до 0,5 + 0,101 = = 0,601 МПа. Теплосодержание воды i' при этих давлениях находится интерполяцией по таблице «Свойства насыщенного водяного пара» (см. табл. П1 приложения):

вначале сдувки

i′н = 716 + 0,833 − 0,792 (766 − 716) = 729 кДж/кг; 1,00 − 0,792

вконце сдувки

i′к = 632 + 0,601− 0,476 (678 − 632) = 668 кДж/кг. 0,618 − 0,476

При этом за счет охлаждения воды в котле выделится тепла

за счет охлаждения целлюлозы и растворенных органических и минеральных веществ от 172 до 158 °С (см. рис. 2.2) выделится тепла

здесь qц – средняя теплоемкость растворенных органических и минеральных веществ, qц = 1,34 кДж/(кг·°С). Всего выделяется тепла во время спуска давления

Qв + Qц = 323,7 + 47,6 = 371,3 МДж.

Среднее абсолютное давление в котле за время конечной сдувки

(0,833 + 0,601) 0,5 = 0,717 МПа.

37

Этому давлению соответствует теплота парообразования (интерполяция)

2081+ 0,717 − 0,618 (2052 − 2081) = 2065 кДж = 2,065 МДж/кг. 0,792 − 0,618

Следовательно, образуется пара

371,3 : 2,065 = 179,8 кг.

Во время спуска давления выход целлюлозы снижается на 2 % (см. рис. 2.2), т.е. в раствор переходит древесного вещества

Х1.2 · 0,02 = 1833 – 0,02 = 36,5 кг.

Переброс щелока со сдувочными парами можно принять равным 2 % от объема жидкости в котле:

Y3.4 · 0,02 = 5297,4 · 0,02 = 105,9 дм3.

Количество жидкости в котле к концу сдувки, за вычетом уходящего пара и переброса щелока,

5297,4 – 179,8 – 105,9 = 5011,7 дм3;

среднее количество жидкости в котле за время конечной сдувки

(5297,4 + 5011,7) 0,5 = 5154,6 дм3;

количество органических веществ в растворе к концу сдувки

1080,5 + 36,5 = 1117,0 кг;

среднее количество растворенных органических веществ

(1080,5 + 1117,0) 0,5 = 1098,8 кг;

их средняя концентрация

1098,8 : 5154,6 = 0,213 кг/дм3;

количество органических веществ, уходящих из котла с перебросом щелока,

Z4.10 = 0,213 · 105,9 = 22,6 кг.

38

Средняя концентрация минеральных веществ в щелоке за время конечной сдувки

544,3 : 5154,6 = 0,106 кг/дм3;

количество минеральных веществ, уходящих из котла с перебросом щелока,

N4.10 = 0,106 · 105,9 = 11,2 кг,

в том числе всего Na2O

11,2 : 1,332 = 8,4 кг.

Материальный балансконечнойсдувкиприведенвтабл. 2.5.

Выдувка

При выдувке избыточное давление падает от 0,5 МПа до нуля, абсолютное давление – от 0,601 до 0,101 МПа, температура снижается со 158 до 100 °С, теплосодержание воды – с 668 до 419 кДж/кг (см. табл. П1 приложения).

39

Расчеты выполняются аналогично приведенным выше вычислениям. Выделение тепла за счет охлаждения:

– воды

5011,7 (668 – 419) : 1000 = 1248 МДж;

– целлюлозы и растворенных веществ

(880,0 + 1094,4 + 533,1) (158 – 100) 1,34 : 1000 = 195 МДж;

всего

1248 + 195 = 1443 МДж.

Среднее абсолютное давление за время выдувки

0,5 (0,601 + 0,101) = 0,351 МПа.

Этому давлению соответствует теплота парообразования (см. табл. П1 приложения):

2160 + (0,351− 0,313) (2144 − 2160) = 2148 кДж/кг = 2,148 МДж/кг. 0,362 − 0,313

Cледовательно, в выдувном резервуаре образуется пара

1443 : 2,148 = 671,8 кг,

весь он уходит в струйный конденсатор системы рекуперации тепла, на эту величину уменьшается количество воды, поступившей в выдувной резервуар из варочного котла:

5011,7 – 671,8 = 4339,9 кг.

Остальные вещества перемещаются из варочного котла в выдувной резервуар в количествах, приведенных в последней колонке табл. 2.5. Концентрация растворенных (органических и минеральных) веществ в черном щелоке по завершении выдувки (в верхней части выдувного резервуара)

40