книги / Технологические расчеты по получению различных видов целлюлозы

на 1 м3 котла

179,3 15 = 31,6 кг (0,0316 м3 ). 100 − 15

Объем, занимаемый плотной древесиной (при g = 0,36 м3/м3) ипоступившейс нейвлагой в1 м3 котла,

0,36 + 0,0316 = 0,392 м3;

оставшийся свободный объем в 1 м3 котла

1 – 0,392 = 0,608 м3.

Этот объем заполняется загружаемым варочным раствором. В ходе загрузки и последующего гидронадавливания в щепу впитывается варочный раствор в количестве 10 % от объема плотной древесины, поэтому в котел необходимо закачать бисульфитного раствора на 1 м3 объема котла

0,608 + (0,36 · 0,1) = 0,644 м3,

или на 1 т в.с. целлюлозы (при выходе в.с. целлюлозы из 1 м3 котла 105,9 кг, см. выше):

Плотность бисульфитного варочного раствора лишь ненамного превышает плотность воды 1,0 кг/дм3, поэтому без заметногоущербадляточности расчетовможно принятьY7.1 = 6080 кг/т.

При определении требуемого количества бисульфита магния нужно учесть расход его на химические реакции, количество диоксида серы, удаляемого со сдувкой в конце варки, и остаточное количество бисульфита в щелоке.

Бисульфитный раствор загружается в котел с рН 4,5 и не содержит молекулярного SO2. В ходе варки образуются и накапливаются в щелоке органические кислоты, что приводит к уменьшению рН и выделению газообразного диоксида серы. Для поддер-

71

жания постоянной кислотности в конечной стадии варки проводят газовую сдувку, при этом уходит 20–30 кг SO2 (в расчете

принято S1.0 = 30 кг) и 4–6 кг водяного пара (принято Y1.0 = 6 кг) на 1 т целлюлозы.

Титр щелока в конце варки должен быть не ниже 5–6 г всего SO2 на 1 дм3 (с1.2 = 0,006 кг/дм3) во избежание «сворачивания» щелока и потемнения целлюлозы.

К концу варки в котле остается воды на 1 т целлюлозы

Y1.2 = Y0.1 + Y7.1 – Y1.0 = 298,6 + 6080,0 – 6,0 = 6372,6 кг

и SO2 в виде оставшегося неизрасходованным бисульфита магния

Y1.2 · c1.2 = 6372,6 · 0,006 = 38,2 кг.

На химические реакции варки расходуется 160 кг SO2 на 1 т целлюлозы (см. табл. 4.1). С учетом этого количества, а также ушедшего с газовой сдувкой диоксида серы и неизрасходованного бисульфита магния в котел должно быть загружено с варочным раствором всего SO2 (в виде бисульфита магния)

S7.1 = 160 + 38,2 + S1.0 = 160 + 38,2 + 30 = 228,2 кг

на 1 т целлюлозы. Концентрация всего диоксида серы (бисульфита магния в единицах SO2) в варочном растворе, загружаемом в котел, при этом составит

В котле к концу варки (после газовой сдувки) останется сера в виде бисульфита магния и других минеральных и органических продуктов реакций в количестве (в единицах SO2)

S1.2 = S7.1 – S1.0 = 228,2 – 30,0 = 198,2 кг

на 1 т в.с. целлюлозы.

Примем, что к концу варки завершается растворение компонентов древесины, т.е. достигается указанный в исходных

72

данных выход целлюлозы из древесины 52 %. На самом деле растворение продолжается во время конечной сдувки, однако количество веществ, переходящих при этом в раствор, невелико, поэтому принятое допущение не приведет к ощутимой погрешности. В раствор перейдет органических веществ (без S и Mg) в расчете на 1 т в.с. целлюлозы

Это же значение может быть получено и другим путем.

Так как количество а.с. целлюлозы в конце варки Xl.2 = 880 кг/т, в раствор переходят остальные органические вещества древеси-

ны в количестве

Z1.2 = Y0.1 – X1.2 = 1692,3 – 880,0 = 812,3 кг/т.

Проверим материальный баланс загрузки и варки (рис. 4.3, узел 1). Суммарное количество веществ Σ1 во всех потоках (с учетом знаков «+» для веществ, входящих в узел, «–» для веществ, выходящих из узла) должно равняться нулю:

Σ1 = 1692,3 + 298,6 + 6080,0 + 228,2 – 6,0 – 30,0 –

– 880,0 – 812,3 – 6372,6 – 198,2 = 0.

Конечная сдувка и выгрузка

Температуре начала сдувки tн(2) = 160 °С (температура варки) соответствует абсолютное давление 0,618 МПа (см. табл. П1 приложения). Конечную сдувку проводят до достижения в котле избыточного давления 0,2 МПа (см. табл. 4.1), т.е. до абсолютного давления

0,2 + 0,101 = 0,301 МПа.

Этому давлению соответствует температура в конце сдувки (см. табл. П1 приложения) tк(2) = 134 °С.

Количество тепла Qп, уносимого из котла сдувочным паром в теплоутилизационную установку,

73

Qп(2.4) = [(X1.2 + Z1.2) qz + Y1.2qy] (tн(2) – tк(2)) =

= [(880,0 + 812,3) ·1,34 + 6372,6 · 4,19] (160 – 134) = 7,53 · 105 кДж,

здесь qz – средняя теплоемкость целлюлозы и растворенных органических веществ, qz = 1,34 кДж/кг; qy – теплоемкость воды, qy = 4,19 кДж/кг.

Средняя температура жидкости в котле за период конечной сдувки

0,5 (tн(2) + tк(2)) = 0,5 (160 + 134) = 147 oС,

этой температуре соответствует теплота парообразования (см. табл. П1 приложения) j = 2123 кДж/кг. Количество пара, образовавшегося при конечной сдувке и удаляемого в теплоутилизационную установку,

Y2.4 = Qп(2.4) : j = 7,53 · 105 : 2123 = 354,7 кг.

Количество воды в котле в конце сдувки

Y2.3 = Y1.2 – Y2.4 = 6372,6 – 354,7 = 6017,9 кг.

Потоком пара из котла и сцежи (при выдувке) уносится 1–2 % щелока. Этот «переброс» задерживается ловушкой и возвращается в сцежу, поэтому не влияет на общий материальный и тепловой баланс варочного цеха.

Проверка материального баланса конечной сдувки и выгрузки (см. рис. 4.3, узел 2):

Σ2 = 880,0 + 812,3 + 6372,6 + 198,2 – 354,7 –

– 880,0 – 812,3 – 6017,9 – 198,2 = 0.

4.2. Материальный баланс сцежи

Далее в расчетах до конца пункта 4.2 количество всех веществ отнесено к 1 т в.с. целлюлозы.

Во время выдувки избыточное давление падает с 0,20 МПа до нуля, следовательно, среднее избыточное давление в сцеже за

74

период выдувки составляет 0,10 МПа, ему соответствует абсолютное давление 0,10 + 0,1013 = 0,2013 МПа и теплота парообразования (см. табл. П1 приложения) j = 2200 кДж/кг. Температура

понижается с tн(3) = 134 °С до tк(3) = 100 °С. Количество тепла, уносимого парами вскипания в теплоутилизационную установку,

Qп(3.4) =[(X3.4 + Z3.4) qz + Y3.4qy] (tн(3) – tк(3)) =

= [(880,0 + 812,3) · 1,34 + 6017,9 · 4,19] · (134 – 100) = = 9,34 · 105 кДж.

Количество пара, образующегося в сцеже при выдувке и уходящего в теплоутилизационную установку,

Y3.4 = Qп(3.4) : j = 9,34 · 105 : 2200 = 424,7 кг.

Количествоводы, оставшейсявсцежепозавершениисдувки,

Y3 = Y2.3 – Y3.4 = 6017,9 – 424,7 = 5593,2 кг.

Точное количество растворенных в щелоке минеральных веществв их собственныхединицахподсчитатьзатруднительно из-за большого числа разнообразных соединений, в состав которых входят сера и магний. Можно принять с достаточной для технического расчета точностью, что их суммарная масса равна массе всей серы в единицах SO2, умноженной на 1,5. Toгда общее количество растворенныхвеществ(органических и минеральных) Gp составит

Gр(3) = Z2.3 + 1,5 S2.3 = 812,3 + 1,5 · 198,2 = 1109,6 кг,

количество щелока

Gщ(3) = Y3 + Gp(2.3) = 5593,2 + 1109,6 = 6702,8 кг,

его концентрация

ср(3) = Gр(3) : Gщ(3) = 1109,6 : 6702,8 = 0,166 кг/кг,

концентрация волокнистой суспензии

75

концентрация всего SO2 в щелоке

сS(3) = S2.3 : Gщ(3) = 198,2 : 6702,8 = 0,0296 кг/кг.

Из сцежи отбирают свободно отекающий крепкий щелок. Концентрация волокнистой суспензии, оставшейся в сцеже после отбора щелока, составляет 16 % (см. табл. 4.1). Количество веществ в этой суспензии (в дальнейшем они направляются в размольно-очистной и промывной цех):

целлюлозы

в том числе растворенных органических и минеральных веществ

Gp(3.9) = Gщ(3.9) сp(3) = 4620,0 · 0,166 = 766,9 кг;

воды

Y3.9 = Gщ(3.9) – Gp(3.9) = 4620,0 – 766,9 = 3853,1 кг;

всего SO2

S3.9 = Gщ(3.9) сS(3) = 4620,0 · 0,0296 = 136,8 кг.

С отбираемым из сцежи крепким щелоком уходит в цех регенерации серы и магния:

щелока

Gщ(3.8) = G3 – Gщ(3.9) = 6702,8 – 4620,0 = 2082,8 кг,

в том числе воды

Y3.8 = Y3 – Y3.9 = 5593,2 – 3853,1 = 1740,1 кг;

растворенных органических и минеральных веществ

Gp(3.8) = Gр(3) – Gp(3.9) = 1109,6 – 766,9 = 342,7 кг;

76

всего SO2

S3.8 = S2.3 – S3.9 = 198,2 – 136,8 = 61,4 кг.

Растворенные органические вещества (без S и Mg) распределятся между потоками пропорционально количеству отбираемых из сцежи щелоков:

Проверка материального баланса сцежи (рис. 4.3, узел 3):

Σ3 = 880,0 + 812,3 + 6017,9 + 198,2 – 424,7 – 252,3 –

– 1740,1 – 61,4 – 880,0 – 560,0 – 3853,1 – 136,8 = 0.

Рис. 4.3. Материальный баланс варочного цеха (обозначения те же, что на рис. 4.2). Цифры у стрелок соответствуют

количеству вещества в килограммах на 1 т в.с. целлюлозы (сверху вниз): а.с. древесина (а.с. целлюлоза); растворенные органические вещества (без S и Mg); вода; вся сера (единицы SO2)

77

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛАВЕ I

1.Непенин Н.Н. Технология целлюлозы. Т. 1. Производство сульфитной целлюлозы / под ред. Ю.Н. Непенина. – М.: Лесная промышленность, 1976. – 624 с.

2.Технология целлюлозно-бумажного производства:

в3 т. Т. 1. Ч. 1. Сырье и производство полуфабрикатов. – СПб.: Политехника, 2002. – 420 с.

3.Пен Р.З., Шапиро И.Л. Технология целлюлозы. Примеры технологических расчетов: учеб. пособие. – Красноярск: Изд-во Сиб. гос. техн. ун-та, 2011. – 336 с.

4.Пен Р.З. Технология целлюлозы: в 2 т. Т. 2. Сульфитные способы получения, очистка, отбелка, сушка целлюлозы: учеб. пособие. – 3-е изд., перераб. – Красноярск: Изд-во Сиб. гос. техн. ун-та, 2006. – 349 с.

5.Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы. Т. 2. Производство сульфатной целлюлозы. – М.: Лесная промышленность, 1990. – 597 с.

6.Технология целлюлозно-бумажного производства:

в3 т. Т. 1. Ч. 2. Сырье и производство полуфабрикатов. – СПб.: Политехника, 2002. – 420 с.

7.Пен Р.З. Технология целлюлозы. Т. 1. Подготовка древесины. Производство сульфатной целлюлозы: учеб. пособие. – 3-е изд., перераб.– Красноярск: Изд-во Сиб. гос. техн. ун-та, 2006. – 343 с.

78

II.СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ВЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

1.МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС СУЛЬФАТНОЙ ВАРКИ

График изменения температуры и давления в котле и расписание оборота котла примем по рис. 1.1. На том же рисунке изображена примерная кривая выхода, соответствующая условиям варки.

Расчет будем вести на 1 т воздушно-сухой целлюлозы, получаемой из котла. Для удобства разобьем рабочий процесс на

79

стадии: загрузка щепы и заливка щелоков; заварка (подъем температуры и терпентинная сдувка); варка (стоянка на конечной температуре); спуск давления (конечная сдувка); выдувка.

Рис. 1.1. График варки (к расчету материального баланса):

1 – температура; 2 – давление; 3 – выход целлюлозы из древесины

Загрузка щепы и заливка щелоков. Количество абсолют-

но сухой древесины, загружаемой в 1 м3 котла, составит

430 · 0,38 = 163,4 кг.

Выход целлюлозы из 1 м3 котла:

абсолютно сухой – 163,4 · 0,48 = 78,4 кг,

воздушно-сухой – 78,4 : 0,88 = 89 кг.

Выход воздушно-сухой целлюлозы из котла за одну варку

89 · 125 = 11 125 кг.

На 1 т воздушно-сухой целлюлозы, получаемой из котла (880 кг абсолютно сухой), в котел необходимо загрузить абсолютно сухой древесины

80