Расчет материального баланса непрерывной варки сульфатной целлюлозы в двухсосудном вертикальном варочном аппарате

Расчет материального баланса непрерывной варки сульфатной целлюлозы в двухсосудном вертикальном варочном аппарате.

Исходные данные для расчета:

1.   ГОСТ или ТУ на целлюлозу и марка целлюлозы 12%.

2.  Удельный расход активной щелочи, R_A = 16,7% от массы абсолютно сухой древесины.

3.  Выход целлюлозы из древесины, В = 49% от древесины.

4.  Влажность щепы, W’ = 36%.

5.  Порода древесины – береза.

6.  Плотность древесины, ρ_g = 502 кг/м³.

7.  Коэффициент для определения насыпной массы щепы, q₁ = 0,4.

8.  Состав белого щелока (степень сульфидности, степень каустизации, степень восстановления) = 0,2 или 2%.

9.  Концентрация белого щелока, С_б.щ. = 107 г/л активной щелочи в ед. Na₂O.

10. Плотность слабого черного щелока, направляемого на варку целлюлозы,   ρ_{1 ч.щ.} = 1060 кг/м³.

11.  Плотность белого щелока, ρ₂ = 1,134 кг/м³.

12. Гидромодуль варки, Г = 2,9.

13. Средняя температура щепы в зимний и летний периоды, t_з = -6^оС, t_л = +15^оС.

14. Температура пропаривания щепы, t = 100^оС.

15. Температура в зонах аппарата, t_пропит = 150^оС, t_варки = 160^оС.

16. Температура региона в зимний и летний периоды, t_з = -6^оС, t_л = +15^оС.

17. Параметры технологического пара (t = ^оС, P = МПа, i = кДж/кг).

1.  Определение количества абсолютно сухой целлюлозы (Ц):

Ц = 1*(100-12)/100 = 0,88 т/т или 880 кг/т.

2.  Расход абсолютно сухой древесины (Д) на варку 1т воздушно-сухой целлюлозы зависит от выхода целлюлозы (В):

Д = Ц*100/В = 0,88*100/49 = 1,796 т/т

Насыпная масса щепы (q) зависит от плотности древесины и коэффициента заполнения объема:

q = ρ_g*q₁ = 0,502*0,4 = 0,2 т/м³

Объем щепы определяем исходя из расхода древесины и насыпной массы        щепы:

Vщ = Д/q = 1,796/0,2 = 8,98 м³/т

Объем древесины на варку целлюлозы зависит от расхода древесины и ее плотности:

Vд = Д/ρ_g = 1,796/0,502 = 3,59 м³/т

3.  Определение количества воды, поступающей со щепой, Wщ, на варку.

Wщ = Д*W’/(100-W’) = 1,796*36/(100-36) = 1,01 т/т

4.  Расход активной щелочи на варку 1т воздушно-сухой целлюлозы определяют по нормам технологического проектирования целлюлозно-бумажных предприятий:

А = Д*1000*R_A/100 = 1,796*1000*16,7/100 = 299,9 кг/т в ед. Na₂O

5.  Количество минеральных солей, поступающих с белым щелоком на варку.

Расчет количества минеральных слей в белом щелоке для перевода щелочи из единиц Na₂O в собственные единицы массы:

Соеди нение	Молеку-лярная масса	Коэффициент перевода в Na2O	Коэффициент перевода Na2O в данное соединение	Состав белого щелока при Сб=107 г/л ед.
				В единицах Na2O общая щелочь	В собствен- ных единицах общая щелочь, г/л
NaOH	40	Na2O/2NaOH =62/80=0,78	2NaOH/Na2O =80/62=1,29	Сб(100-20)/100 = 107*80/100=85,6	85,6*80/62= 110,42
Na2CO3	106	Na2O/Na2CO3 =62/106=0,59	Na2CO3/Na2O =106/62=1,71	85,6*0,15/0,85 = 15,1	15,11*106/62= 25,84
Na2S	78	Na2O/ Na2S= 62/78=0,795	Na2S/Na2O= 78/62=1,258	107-85,6 = 21,4	21,4*78/62= 26,92
Na2SO4	142	Na2O/Na2SO4 =62/142=0,437	Na2SO4/Na2O= 142/62=2,29	21,4*0,06/0,94 = 1,37	1,37*142/62= 3,14
				Со.б.= 123,48	Сс.е.= 166,32

Определение коэффициента активности белого щелока из соотношения концентраций:

С_б/С_о.б. = 107/123,48 = 0,867

Общая щелочь (А₀) составит:

А₀ = А/0,875 = 299,9/0,867 = 346 кг/т в ед. Na₂O

Коэффициент перевода общей щелочи в собственные единицы соединений, входящих в белый щелок, определяют из соотношения концентраций общей щелочи в собственных единицах (С_с.е. = 161,24 ) и концентрации общей щелочи С_о.б  в ед. Na₂O:

С_с.е./С_о.б  = 166,32/123,48 = 1,35

Расход щелочи в собственных единицах массы (А₀) на 1т воздушно-сухой целлюлозы составит:

А_с = А₀*1,35 = 346/1,35 = 467 кг/т

6.  Расход белого щелока на варку в объемных единицах:

V_б1 = А*100/С_б = 299,9*100/107 = 2,802 м³/т

7.  Объемный расход щелока:

V_б2 = V_б1*1,150/1,148 = 2,802*1,150/1,148 = 2,807 м³/т, где 1,150 – плотность белого щелока при 20⁰С, т/м³;

1,148 – плотность щелока при 80⁰С, т/м³.

8.  Масса белого щелока, расходуемого на варку в весовых единицах:

Р₁ = V_б2*1,148 = 2,807*1,148 = 3,22 т/т

9.  Общее количество жидкости Ж, поступающей в варочный котел:

Ж = Г*Д = 2,9*1,796 = 5,208 м³/т

Масса жидкости в процессе варки:

Р_ж = Ж*ρ_вщ = 5,208*1,050 = 5,47 т/т, где ρ_вщ= 1050 – плотность раствора.

10.  Максимальный расход свежего пара давлением 0,4МПа на пропарку и   подогрев щепы в цистерне пропаривания в пусковой период варочной установки на 1т воздушно-сухой целлюлозы:

Расход пара в пусковой период работы варочной установки:

а) в зимний период (при температуре щепы -6⁰С):

б) в летний период (при температуре щепы +15⁰С):

где 116 – температура пропаривания, ⁰С;

1,35 – теплоемкость древесины (С_д), Дж/10^-3;

4,19 – теплоемкость воды (Сн₂о), Дж/10^-3;