Пример 4. Исходные данные для расчета типовой периодической и непрерывной варок (древесина -

Исходные данные для расчета типовой периодической и непрерывной варок (древесина - сосна)

Показатель	Значение
Выход целлюлозы из древесины, %	47,0
Влажность древесины, %	45,0
Температура щепы, ^оС	10,0
Расход эффективной щелочи, % в ед. NaOH	18,5
Белый щелок: - эффективная щелочь, г/л - активная щелочь, г/л - сульфидность, % - степень каустизации, % - степень восстановления, % - плотность, кг/м^3 - температура, ^о С	29,6 80,5 86,0 85,0
Черный щелок: - температура, ^о С - содержание сухих веществ, % - плотность, кг/м^3	70,0 15,0
Гидромодуль при периодической варке	4,5:1
Температура пара, ^о С - периодической варки - непрерывной варки
Потери пара при сдувках, кг/т
Температура стальных частей котла (периодического и непрерывного действия), ^о С - до варки - после выдувки
Температура, ^о С: - варки - выдувки (при периодической варке) - промывного и разбавляющего щелока - в зоне диф. промывки (непрерывная)
Фактор разбавления (непрерывная варка)	3,0
Концентрация массы при выдувке т (непрерывная варка), %	10,0
Тепло реакции (древесина) Мдж/ кг	0,218
Потери тепла при варке, в % от используемого пара	4,0
Удельная теплоемкость, кдж/^о С кг - воды - древесины - растворенных органических веществ - стальных частей котла	4,19 1,53 1,47 0,46
Энтальпия пара, кдж/кг: - среднего давления - низкого давления - сдувки (0.4 Мпа, 150 ^о С) - сдувки (0,12 МПа, 122 ^о С) - сдувки (0 МПа, 102 ^о С)

Тепловой баланс периодической варки.

Статья	Удельная теплоемкость, кдж/кг ^о С	Масса, кг/т	Темпе-ратура, ^о С	Тепло МДж/т
1. Абс. сухая древесина 2. Вода с древесиной 3. Пропарка при 100 ^о С (Dt = 90 ^о С) - нагрев сухой древесины - нагрев воды в древесине	1,53 4,19     1,53 4,19			32,6 89,2     293,0 802,5
Общее количество тепла на пропарку				1095,5
Энтальпия пара брутто, кдж/кг
Энпальпия конденсата при 100 ^о С, кдж/кг				- 419
Энтальпия нетто пара, кдж/кг
Свежий пар на пропарку:	1095 кдж/т / 2329 кдж/кг = 471 кг/т
Тепло с паром на пропарку:	471 кг/т х2748 кдж/кг = 1294 кдж/кг

Белый щелок:

0,185 кг ЭЩ/кг х 2128 кг/т х 1,15 кг/л /0,0115 кг ЭЩ/л = 3937 кг/т

Сухие вещества белого щелока:

179,4 кг/м³ х 0,185 кг ЭЩ/т х 2128 кг/т / 115 кг ЭЩ/м³ = 614 кг/т

Белый щелок:

Статья	Теплоемкость, кдж/кг ^о С	Масса, кг/т	Темпе-ратура, ^о С	Тепло МДж/т
Сухие вещества белого щелока	1,47			76,7
Вода белого щелока	4,19			1183,5
Итого с белым щелоком	3,77			1260,2

Черный щелок на варку:

4,5 кг/кг х 2128 кг/т - (2128 кг/т + 3937 кг/т + 471 кг/т) = 3040 кг/т

Сухие вещества черного щелока: 0.15 х 3040 = 456 кг/т

Вода в черном щелоке: 2584 кг/т

Статья	Теплоемкость, кдж/кг ^о С	Масса, кг/т	Темпе-ратура, ^о С	Тепло, МДж/т
Сухие вещества черного щелока Вода с черным щелоком Черный щелок в целом	1,47 4,19 3,78			46,9 757,9 804,8
Тепло поступающее при загрузке котла щепой и щелоком:
- с древесиной - с водой в древесине - с паром на пропарку - с белым щелоком - с черным щелоком - сталь котла	1,53 4,19 4,19 3,77 3,78 0,46			32,6 759,9 804,8 276,0
Общее количество тепла при загрузке				3755,8

Величина водного эквивалента котла и его содержимого:

(1,53 х 2128 - 4,19 х 2128 + 4,19 х 471 + 3,77 х 3937 + 3,78 х 3040 + 0,46 х 6000 = 43239,3 кдж/ ^о С^. t ~ 43,24 Мдж/ ^о С^. t

Начальная температура в котле: 3755,8/43,24 = 86,9 ^о С

Варка

Статья	Теплоемкость, кдж/кг ^о С	Масса, кг/т	Темпе-ратура, ^о С	Тепло, МДж/т
Нагрев до 170 ^оС DT = 170 - 86,9 = 83,1 ^оС Потери тепла Тепло реакций Энергия от циркуляц. насосов Компенсация потерь тепла со сдувкой.   Общее количество тепла на нагрев до 170 ^о С.	86,9 х 43,24 Мдж/^оС t 3757,6 0,04х 3757,6 150,3 0,218 х 2128 - 463,5 15 квт/т х 3,6 МДж/Квт - 54,0 (2768 кдж/кг - 4,19 х 170 ^о С)/ 1000 кдж/Мдж х 180 кг/т 370

Пар для прямого нагрева

(предполагается,что 50% пара – пар низкого давления - НД):

- пар НД: (3759/2) х 1000/(2748 - 4,19 х 150) = 886,7 кг/т

- пар средн. давления (3759/2 х 1000/(2785 - 4,19 х 190) = 945 кг/т

Общее количество тепла на варку

Статья	Теплоемкость, кдж/кг ^о С	Масса, кг/т	Темпе-ратура, ^о С	Тепло, МДж/т
Пропарка при низком давлении Расход пара НД на Нагрев Всего пара НД Расход пара среднего давления на нагрев Общее количество пара на варку		886,7 1357,7   2302,7		1879,5 3172,5 1879,5   5052,5
Теплосодержание терпентинной сдувки 2768 Кдж/кг Потери с радиацией 3759 х 0,04 Конечная сдувка до 165^оС DT=50^оС				498,2 150,4
Количество тепла выделяемое при вскипании	(7520,8 - 498,2) х 5/170	206,5
Тепло со сдувочным паром (t=165^оС) Аккумулированное котлом Охл. котла вентиляцией	206,5 х 1000/(2762-4,19 х 165) =	99,7 331,0 124,0
Количество тепла: уходящее с целлюлозой и щелоком С паром выдувки (t = 102 ^оС) (2371,4 х 1000/ (2676 - 4,19 х 102) =		11424,3     1054,6		6210,7     2371,4

Пример 5.

Расчет материального баланса для периодической сульфатной варки (на основе расчетов в примерах 1 - 4).

Статьи	Сухие вещества, кг/т	Вода, кг/т	Всего, кг/т
Приход: - древесина -белый щелок - черный щелок - пар на пропарку ИТОГО:
Расход
- непрерывная сдувка (все потери летучих здесь) - конечная сдувка - пары вскипания - образование воды - черный щелок - целлюлоза ИТОГО		99,7 1054,6 7171,7	99,7 1054,6 24,0 9319,7

Концентрация сухих веществ в черном щелоке в выдувном резервуаре:

100 х 2148 (9319,7 + 24) = 23%

Концентрация массы в выдувном резервуаре:

100 х 1000 / (7171,7 + 1000 + 24) = 12,2%

Пример 6.

Расчет теплового баланса процесса непрерывной варки в гидравлическом и парофазном котлах.

Количество тепла:	Удельная теплоемкость, кдж/кг ^о С	Масса, кг/т	Темпе-ратура, ^о С	Тепло, МДж/т
С древесиной (а.с.) в котел С водой в древесине Нагрев щепы в бункере (90^оС, Dt=80 ^оС) - нагрев а.с. древесины - нагрев воды в древесине	1,53 4,19     1,53 4,19			32,6 89,2     260,5 713,3
Общее количество тепла на нагрев				973,3
Энтальпия сдувочных паров			2676 кдж/кг
Энтальпия конденсата (90^оС) Энтальпия пара нетто: Пар на нагрев щепы в бункере:	4,19 х 90= 377 кдж/кг 2299 кдж/кг 973,3 Мдж/т / 2299 кдж/кг = 423,4 кг/т
Количество тепла с паром в бункере щепы	423,4 кг/т х 2676 кдж/кг = 1133 кг/т
Пропарка при 120 ^оС (Dt=30 ^оС): - нагрев а.с. древесины - нагрев воды в щепе и конденсата	1,53 4,19	2551,8		97,7 320,8
Общее количество пара на пропарку: Энтальпия сдувочных паров: Энтальпия конденсата (120 ^оС) Энтальпия паров нетто: Количество пара на пропарку:	418,5   2706 кдж/кг 4,19 х 120 = 503 кдж/кг 2203 кдж/кг 418 Мдж/т / 2203 кдж/кг = 1899 кг/т

	Удельная теплоемкость, кдж/кг ^о С	Масса, кг/т	Темпе-ратура, ^о С	Тепло, МДж/т
Тепло со сдувочными парами в пропарочную камеру:	189,9 кг/т х 2706 Кдж/кг =	513,9
Белый щелок (пример 4) Черный щелок не использовался	4,19		110,2
Расчет температуры по пропитке: - тепло с древесиной - тепло с водой в древесине - тепло с конденсатом - тепло с белым щелоком	1,53 4,19 4,19 3,77			390,7 1070,0 308,2 1260,3
			102,5	3029,2
Величина водного эквивалента котла и его содержимого: (390,7 + 1070 + 308,2) / 120 + 1260,3/85 = 29,57 МДж/^оС t Температура при пропитке (без тепла реакций): 3029,2 / 29,57 = 102,4 ^оС
Нагрев в линии загрузочной циркуляции до 140 ^оС, DТ = 37,6 ^оС: (3029,2/102,4) х 37,6 = Кол-во пара в т/о в линии загрузочной циркуляции: 1112,3 х 1000 / (2785 - 4,19 х 190) = 559,2 кг/т Тепло реакций: 0,218 х 2128 = Потери тепла в окружающую среду радиацией: Общее количество тепла перед подъемом t до конечной Температура в верхней части котла, включая тепло реакций: 4505/29,57 = 152,3 ^оС.	1112,3     463,5 - 100,0 4505,0   152,3

Статья	Удельная теплоемкость, кдж/кг ^о С	Масса, кг/т	Темпе-ратура ^о С	Тепло, МДж/т
Прямой нагрев паром в верхней части котла до 168 ^оС: 4505/152,3 х 15,7 = Энтальпия пара, подаваемого в вверх котла Энтальпия конденсата Энтальпия пара нетто Количество острого пара:	Dt = 168 - 152,3 = 15,7   4,19х168=   464,4 Мдж/т /2081 Кдж/кг =	464,4   2785 Кдж/кг 704 Кдж/кг 2081 Кдж/кг 223,2 кг/т
Пар в верхнюю часть котла (котел с паровой фазой) 2785 Кдж/кг х 22,3 кг/т = Нагрев до 170 ^о в верхней варочной циркуляции: Dt = 2 ^оС: (4505 + 464,4) / 168 х 2 = Расход пара в т/о: 59,1 МДж/т (2785 = 4,19 х 190) Кдж/кг =	621,6   59,1 29,7 кг/т

Котел с паровой фазой

Статья	Удельная теплоемкость, Кдж/кг ^о С	Масса, кг/т	Темпе-ратура ^о С	Тепло, МДж/т
Нагрев до температуры варки: - нагрев в загрузочной циркуляции - нагрев в верхней части котла - нагрев в варочной циркуляции Общее кол-во пара		559,2   223,2 29,7 812,1		1112,3   621,6 59,1
Гидравлический котел
Нагрев в варочной циркуляции до 170 ^о С, Dt = 170 - 152,3 = 17,7 ^о С 4505/152,3 х 17,7 = Расход пара в т/о: 523,6 МДж/т / (2785 - 4,19 х 190) Кдж/т =	523,6 263,3 кг/т
Общее кол-во тепла на варку (гидравл. котел): - нагрев в загрузочной циркуляции. - нагрев в варочной циркуляции		559,2 263,2		1112,3 523,6
Общий расход пара:		822,5		1635,9
Кол-во щелока в парофазном котле: 2128 + 613 + 3933 + 223,2 = 6897,2 кг/т Гидромодуль в котле: 6897 /2128 = 3,24
Кол-во щелока в гидравлическом котле: 2128 + 613 + 3933 = 6674 кг/т Гидромодуль к котле: 6674/2128 = 3,14
Зона отбора черного щелока	Теплоемкость, Кдж/кг ^о С	Масса, кг/т	Темпе-ратура ^о С	Тепло, МДж/т
- целлюлоза - растворенные вещества - вода в древесине -сухие вещества белого щелока - реакц. Н2О -конденсат (парофазный котел) - белый щелок + вода реакций - конденсат (гидравлический котел) - промывной щелок (3 х 1000)	1,53 1,53 4,19 1,47   4,19 4,19 4,19   4,19	836,2		76,7   595,6 436,6   1634,1
Итого в парофазном котле		12029,2		6759,4
ИТОГО в гидравлическом котле				6600,4

Величина водного эквивалента содержимого котла (парофазного):

(6759,4 - 1634,1) /170 + 1634,1/130) = 42,72 Мдж/т

Температура отбираемого черного щелока: 6759,4 / 42,72 = 158,2 ^о С

Концентрация сухих веществ в исходном щелоке:

100 х 1718/(1718 +2128 +3347 +613) = 22 %

Концентрация сухих веществ в отбираемом щелоке: 100 х 1718/10806 = 15,9%

Предположим, что 4000 кг/т щелока удерживается внутри щепы в конце варки (глава 3). Эта жидкость не участвует в свободном перемещении, но движется вместе со сваренной щепой в зону промывки.

Расчет температуры выдувки	Теплоемкость, Кдж/кг ^о С	Масса, кг/т	Темпе-ратура ^о С	Тепло, МДж/т
-целлюлоза из зоны промывки, t 130^0C -жидкость внутри щепы -фильтрат на промывку и разбавление массы (3000+9000)	1.52 4,19   4,19			197,6 2178,8
Итого				6147,4
Температура выдувки: 6147,4/[(197.6+2178.8)/130+3771/75] = 91,7^0С
	Теплоемкость, Кдж/кг ^о С	Масса, кг/т	Темпе-ратура ^о С	Тепло, МДж/т
Нагрев промывного щелока до 130^0С. ∆t = 130-75=55	4,19			691,3
Нагрев разбавительного щелока до 91.7^0С. ∆t = 91,7-75=16.7	4,19		16,7	629,8
Охлаждение целлюлозы: ∆t = 130 - 91,7 = 38,3	1,53		38,3	- 58,6
Итого				1262,5
Теплообменник зоны промывки: Энтальпия паров вскипания 2733 кдж/кг Энтальпия конденсата 587 кдж/кг Энтальпия промывного щелока 2146 кдж/кг Пар: 1262.5/2146 = 588,3 1262,5
Испарение в 1-ом циклоне: 158^0С → 140^0С; ∆t = 18,0	Теплоемкость, Кдж/кг ^о С	Масса, кг/т	Темпе-ратура ^о С	Тепло, МДж/т
Тепло от растворенных органических веществ щелока	1,53			31,1
Тепло от воды в щелоке	4,19			685,4
Тепло от неорганических веществ щелока	1,47			15,6
Итого				732,1
Добавочное количество свежего пара в теплообменник зоны промывки: 588,3-341,5		246,8		530,4
Испарение во 2-ом циклоне: 140^0С → 120^0С; ∆t = 20	Теплоемкость, Кдж/кг ^о С	Масса, кг/т	Темпе-ратура ^о С	Тепло, МДж/т
Тепло от растворенных органических веществ щелока	1,53			34,5
Тепло от воды в щелоке	4,19	8746,5
Тепло от неорганических веществ щелока	1,47			17,3
Общее количество пара и тепла		10464,5		784,4
Тепло испарения 2102 кдж/кг Количество паров вскипания 784.4/2202		356,4		784,4
Испарение во 3-ом циклоне: 120^0С → 102^0С; ∆t = 18	Теплоемкость, Кдж/кг ^о С	Масса, кг/т	Темпе-ратура ^о С	Тепло, МДж/т
Тепло от растворенных органических веществ щелока	1,53			31,1
Тепло от воды в щелоке	4,19			632,8
Тепло от неорганических веществ щелока	1,47			15,6
Общее количество пара и тепла		10108,1		679,5
Тепло испарения 2258 кдж/кг Количество паров вскипания 679,5/2258		300,9		679,5
	Теплоемкость, Кдж/кг ^о С	Масса, кг/т	Темпе-ратура ^о С	Тепло, МДж/т
Количество избыточного пара с пропарки: 613,3-(356,4+300,9) = - 44 кг/т
Черный щелок на выпарку: Вода Растворенные сухие вещества (1102 + 590) Концентрация сухих веществ 16,7 %	4,19	8089,2		3457,2
Суммарная потребность в паре для гидравлического котла: пар НД в т/о зоны промывки пар ВД в т/о зоны перекачки пар ВД на варку		246,8 559,2 263,3		530,4 1112,3 523,6
Общее количество пара и тепла		1069,3		2166,3
Котел с паровой фазой
пар НД в т/о зоны промывки пар ВД в т/о зоны перекачки Пар ВД в верхнюю часть котла пар ВД на варку		246,8 559,2 223,2 29,7		530,4 1112,3 621,6 59,1
Общее количество пара и тепла		1058,9		2323,4

Пример 7. Рассчитать материальный баланс для двухсосудного гидравлического котла с противоточной промывкой. Фактор разбавления при промывке 3, концентрация сухих веществ в промывном фильтрате 5 %.

Статьи баланса	Сухие вещества, кг/т	Вода, кг/т	Итого, кг/т
Приход:
С древесиной
С белым щелоком
С промывным и разбавительным фильтратом
ИТОГО
Расход:
С летучими веществами
С черным щелоком		8089,5	9781,5
С конденсатом теплообменника		341,5	341,5
С целюллозой
Жидкость с целлюлозой
ИТОГО

Пример 8. Сравнить потребности в паре обычной периодической варки, непрерывной варки в паровой фазе и гидравлическом котле и дать объяснение обнаруженной разнице.

	Расход пара, кг/т	Расход тепла, Мдж/т
Периодическая варка: расход пара ВД (пример 4)	1357,7
расход пара среднего давления (пример 4)		1879,5
Общий расход пара на периодическую варку	2302,7	4872,5
Непрерывная варка в паровой фазе:
расход пара ВД (пример 6)	246,8	530,4
Расход пара среднего давления (пример 6)	812,2
Общий расход пара		2323,4
Гидравлический котел непрерывного действия:
Расход пара ВД (пример 6)	246,8	530,4
Расход пара среднего давления (пример 6)	822,5	1635,9
Общий расход пара	1069,3	2166,3

Дата добавления: 2015-08-13