3 Технологические расчеты

3 Технологические расчеты

3.1 Материальный баланс варки

Варка целлюлозы ведется в котлах периодического действия вместимостью 180 м³ с непрямым обогревом и принудительной циркуляцией щелока. Варочный цех входит в состав целлюлозного завода, вырабатывающего 200000 тонн товарной целлюлозы в год. Расчеты ведутся на 1 тонну воздушно-сухой целлюлозы с влажностью 12% (коэффициент сухости 0,88).

Таблица 3 -Исходные данные для расчета материального баланса периодической сульфатной варки

Наименование показателей	Величина показателя	Источник информации
Порода древесины	Ель	[1]
Влажность древесины (абсолютная), %		[1]
Выход целлюлозы из древесины, %		[1]
Степень обьемного наполнения котла щепой	0,45	[1]
Расход пара на уплотнение щепы,т на 1 т
целлюлозы	0.2	[1]
Расход активной щелочи, кг N2O на 1 т
целлюлозы		[1]
Плотность черного щелока (при 15 ^0С), кг/дм^3	1,106	[1]
Количество жидкости в 1 м^3 котла, дм^3		[1]
Параметры белого щелока:
концентрация активной щелочи, кг N2O/м		[3]
степень сульфидности	0,30	[3]
степень каустизации	0,86	[3]
степень восстановления	0,90	[3]
Температура варки, ^0С		[1]

7

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

Рисунок 3.2 - Температурно-временной график варки

3.1.1 Загрузка щепы и заливка щелоков

Плотность абсолютно сухой еловой древесины 435 кг/м³ [1]. При влажности 40% содержание абсолютно сухой древесины в 1 м плотной древесины равна 396 кг/м³, П.15 [1],.

Количество абсолютно сухой древесины, загружаемой в 1 м³ котла

396∙0,45=178,2 кг.

Выход целлюлозы из 1 м³ котла: абсолютно-сухой

178,2∙0,47=83,75 кг; воздушно-сухой 83,75:0,88=95,18 кг.

Для получения 1 т воздушно-сухой целлюлозы в котел нужно загрузить абсолютно-сухой древесины, кг:

880:0,47=1872,34; с этой древесиной поступит воды в виде влаги, кг:

1872,34∙40:(100-40)=1248,23; на 1 м³ котла поступит воды со щепой

178,2∙40:(100-40)=118,8 кг (дм³).

Расход пара на уплотнение щепы

95,18∙0,20=19,04 кг (дм³)

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

19,04∙0,90=17,13 кг

на 1м³ котла

17,13∙1000:95,18=179,97 дм³

на 1 т воздушно-сухой целлюлозы.

Общее количество воды, поступающей в котел с конденсатом пара на 1 т целлюлозы

1248,2+179,97=1428,17 дм³;

объем белых и черных щелоков, закачиваемых на 1 м³ котла

560-118,8-17,13=424,07 дм³,

или на 1 т целлюлозы

424,07∙1000:95,18=4455,45 дм³; в том числе: белого щелока

420 ∙1000:120=3500 дм³

что составляет

3500∙100:4455,45=78,56 %

от общего объема щелоков; черного щелока

4455,45-3500=955,45 дм³, что составляет

100-78,56=21,44 %

от общего объема щелоков.

Расчет состава белого щелока приведен в таблице 4

Таблица 5 - Расчет состава белого щелока

Компоненты		Концентрации,	кг/м^3
щелока		в единицах Na2O {62}		в собственных единицах
Na2O {40}		120∙(1-0,30)=84		84∙40∙2:62=108,4
Na2S {78}		120∙0,30=36		36∙78:62=45,3
Na2CO3{106}		84∙(1-0,86):0,86=13,67		13,67∙106:62=23,4
Na2SO4{142}		36∙(1-0,90):0,90=4		4∙142:62=9,16
Всего		137,67		186,26

Степень активности белого щелока (84+37):137,67=0,872;

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

420:0,872=481,65 кг;

Коэффициент пересчета количества содопродуктов из единиц Na₂O в собственные единицы:

186,26:137,67=1,353;

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

481,65∙1,353=651,65 кг.

Наличие в белом щелоке других минеральных веществ, кроме приведенных в таблице З.2, можно не принимать во внимание.

Черный щелок, подаваемый в котел вместе с белым щелоком, при плотности 1,106 кг/дм³ имеет концентрацию сухих веществ 0,221 кг/дм³, П.22 [1]. Примем, что сухой остаток черного щелока состоит на 68 % из органических и на 32 % из минеральных веществ ([3],с.373). Общее количество сухих веществ, поступающих в котел с черным щелоком

955,45∙0,221=211,15 кг

В том числе: органических веществ

211,15∙0,68=143,59 кг;

Минеральных веществ в собственных

211,15∙0,32=67,57;

Минеральных веществ в единицах Na₂O

67,57∙1,353=91,42 кг.

В таблице 5 подсчитано общее количество веществ, поступающих в котел при загрузке щепы и закачке щелока.

Таблица 5-Баланс загрузки щепы и заливки щелоков (на 1 т целлюлозы)

Вещества, загруженные в котел	Поступило в котел
со щепой и конденсатом	с белым щелоком	с черным щелоком	всего
Вода, кг (дм^3)	1428,17		955,45	5883,62
Органические вещества, кг:
с древесиной	1872,34	-	-	1872,34
растворенные в черном щелоке	-	-	143,59	143,59
Минеральные вещества, кг	-	651,65	67,57	719,22
Всего	3300,51	4151,65	1166,61	8618,77
В том числе всего Na2О, кг	-	481,65	91,42	573,07

3.1.2 Заварка

Во время терпентинной сдувки из котла уходит около 90 кг водяного пара на 1 т абсолютно сухой древесины. В пересчете на 1 т воздушно-сухой целлюлозы это составит

90∙1872,34∙0,001=169 кг (дм³).

Количество летучих органических веществ, уходящих из котла со сдувками, можно принять равным 15 кг на 1 т целлюлозы [1].

Переброс щелока, увлекаемого со сдувками, составляет 1% от объема жидкости в котле

5883,62∙0,01=58,84 дм³.

Согласно кривой выхода (рисунокЗ.1), к началу терпентинной сдувки в раствор переходит 13% древесного вещества, что на 1 т целлюлозы составляет

1872,34∙0,13=243,4 кг органических веществ. В котле к этому моменту находится

143,59+243,4=387 кг

растворенных органических веществ.

К концу сдувки в раствор переходит 37% древесного вещества (рисунок 3.1), что на 1 т целлюлозы составляет

1872,34∙0,37=692,77 кг

органических веществ. За вычетом 15 кг летучих продуктов, ушедших со сдувками, в растворе к концу сдувки остается органических веществ

143,59+692,77-15=821,36 кг.

Среднеарифметическое количество растворенных органических веществ в котле во время сдувки составляет

0,5∙(387+821,36)=604,18 кг;

количество жидкости, оставшееся в котле к концу сдувки

5883,62- (169+58,84)=5655,78 дм³; среднеарифметическое количество жидкости в котле во время сдувки

0,5∙(5883,62+5655,78)=5769,7 дм³;

средняя концентрация органических веществ в растворе во время сдувки

604,18:5769,7=0,105 кг/дм³;

уходит из котла органических веществ с перебросом щелока 0,105∙58,84=6,16 кг.

Средняя концентрация минеральных веществ в щелоке во время сдувки составляет

719,22:5769,7=0,125 кг/дм³;

уходит из котла минеральных веществ с перебросом щелока: в собственных единицах

0,125∙58,84=7,33 кг;

в единицах Na₂O

7,33:1,353=5,42 кг.

В таблице 6 приведен итоговый материальный баланс заварки.

Таблица 6- Материальный баланс заварки (на 1 т целлюлозы)

Вещества	Приход	Расход	осталось в котле к концу заварки
Загружено в котел	От химических реакций	Итого	Ушло со сдувками	На химические реакции	Итого
В виде паров	С перебросом щелока
Вода, кг (дм^3)	5883,6	-	5883,6		58,84	-	227,8	5655,8
Органические веще-
ства, кг:
древесина	1872,3	-	1872,3	-	-	692,8	692,8	1179,6
растворенные	143,59	692,77	836,36		6,16	-	21,16	815,2
Минеральные веще-
ства, кг	719,22	-	719,22	-	7,33	-	7,33	711,89
Всего, кг	8618,6	692,77	9311,5		72,33	692,8	949,1	8362,4
В том числе всего
Na2 O, кг	573,07	-	573,07	-	5,42	-	5,42	563,15

3.1.3 Варка

В период стоянки на конечной температуре происходит дальнейшее растворение компонентов древесины до достижения выхода 50% (рисунок 3.2),то есть за период варки растворяется

63-50=13 %

древесного вещества и в раствор переходит

1872,34∙13=243,4 кг

органических веществ.

К концу варки в котле будет находиться (кг/т):

воды 5655,78;

целлюлозы 1179,57-243,4=936,17;

растворенных органических веществ 815,2+243,4=1058,6;

минеральных веществ 711,89;

всего 8362,44;

в том числе всего Na₂O 711,89:1,353=526,16;

3.1.4 Конечная сдувка

После открытия сдувочного вентиля в котле начинается вскипание воды, давление снижается с 0,75 до 0,5 МПа (рисунок 3.2),теплосодержание жидкости - с 729 до 668 кДж/кг, П.23 [1]. При этом за счет охлаждения воды в котле выделится тепла

5655,78∙(729-668):1000=345 МДж;

За счет охлаждения целлюлозы и растворенных органических и минеральных веществ от 172 до 156 °С (рисунокЗ.2) выделится тепла

(936,17+1058,6+711,89) ∙172-156) ∙1,34:1000=58 МДж,

где 1,34 -средняя теплоемкость растворенных органических и минеральных

веществ,кДж/(кг °С);

всего выделится тепла во время спуска давления

345+58=403 МДж.

Среднее давление в котле за время конечной сдувки

0,5∙(0,75+0,5)=0,625 МПа.

Теплота парообразования при этом давлении 2,065 МДж/кг, П.23 [1]. Следовательно, образуется пара

403:2,065=195,16 кг.

Во время спуска давления выход целлюлозы снижается на 2 % (рисунок 3.1), то есть на

1872,34∙0,02=56,17 кг.

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

5655,78∙0,02=113,12 дм³.

Количество жидкости в котле к концу сдувки

5655,78-195,16-113,12=5347,77 дм³;

среднее количество жидкости за время конечной сдувки

0,5(5655,78+5347,77)=5501,5 дм³;

количество органических веществ в растворе к концу сдувки

1058,6+56,17=1114,77 кг; среднее количество растворенных органических веществ

0,5(1058,6+1114,77)=1086,69 кг; их средняя концентрация

1086,69:5501,64=0,200 кг/дм³;

количество органических веществ, уходящих из котла с перебросом щелока

0,200∙113,12=22,62 кг.

Средняя концентрация минеральных веществ в щелоке за время конечной сдувки

711,89:5501,64=0,129 кг/дм³;

количество минеральных веществ, уходящих из котла с перебросом щелока

0,129∙113,12=14,64 кг,

в том числе всего Na₂О

14,64:1,353=10,82 кг.

Материальный баланс конечной сдувки приведен в таблице 7.

Таблица 7- Материальный баланс конечной сдувки (кг/т)

Вещества	Приход	Расход	Осталось в котле перед выдувкой
В конце варки	От химических реакций	итого	На химические реакции	Ушло со сдувками	Итого
В виде пара	С перебросом щелока
Вода	5655,78	-	5655,78	-	195,16	113,12	308,28	5347,5
Органические
вещества:
целлюлоза	936,17	-	936,17	56,17	-	-	56,17	880,0
растворенные	1058,6	56,2	1114,77	-	-	22,62	22,62	1092,2
Минеральные
вещества	711,89	-	711,89	-	-	14,64	14,64	697,25
Всего	8362,44	56,2	8418,61	56,17	195,16	150,38	401,71	8016,9
В том числе
Na2 O	526,16	-	526,16	-	-	10,82	10,82	515,34

3.1.5 Выдувка

При выдувке избыточное давление падает от 0,5 МПа до нуля, температура снижается с 156 до 100 °С, теплосодержание воды - с 668 до 419 кДж/кг, П.23 [1].

Выделение тепла за счет охлаждения

воды

5347,5∙(668-419):1000=1352 МДж; целлюлозы и растворенных веществ

(880,0+1092,15+697,25) ∙(156-100)∙1,34:100=200 МДж;

всего

1352+200=1552 МДж.

Среднее давление в котле за время конечной сдувки

0,5∙(0,5+0,0)=0,25 МПа.

Теплота парообразования при этом давлении 2,155 МДж/кг, [3]. Следовательно, образуется пара

1552:2,155=720,19 кг.

Из котла при выдувке уходит (кг/т):

воды 5347,5-720,19=4627,31;

водяного пара 720,19;

целлюлозы 880,0;

растворенных органических веществ 1092,15;

минеральных веществ 697,25;

всего 8016,9;

в том числе всего Na₂ О 515,34.
Концентрация растворенных веществ в щелоке

(1092,15+697,25):4627,31 =0,3 87 кг/дм³.

Плотность щелока при этой концентрации определим интерполяцией, П.22 [1]

1,168+(1,177-1,168) ∙ (387-365):(388-365)=1,177 кг/дм³.

Доля органических веществ в сухом остатке щелока 1092,15:(1092,15+697,25) ∙100=61 %,

Доля минеральных веществ

100-61=39 %.

Потери щелока с перебросом в конденсатор при выдувке могут быть приняты 1,5 %, что составит

4627,31∙0,015=74,04 дм³.

Потери растворенных веществ с перебросом

74,04∙0,387=28,65 кг,

в том числе органических веществ

28,65∙0,61=17,48 кг, минеральных веществ

28,65∙0,39=11,17 кг,

или в единицах Na₂O

11,17:1,353=8,26 кг.

В выдувной резервуар поступит (кг/т):

воды (щелока) 4627,31-74,04=4553,27;

целлюлозы 880,0;

растворенных органических веществ 1092,15-17,48=1074,67;

минеральных веществ 697,25-11,17=686,08;

всего 7194,02;

в том числе всего Na₂O 515,34-8,26=507,08.

Сводный материальный баланс варки и выдувки приведен в таблице 3.6.

Таблица 8- Сводный материальный баланс варки и выдувки.

Вещество	Приход	Расход	В выдувной резервуар
Древесина	Белый щелок	Черный щелок	Пар со сдувками	Переб-рос	Целлю-лоза	Черный щелок
Вода	1428,17		955,45	195,16 720,19	58,84 113,1	-	4553,27
Органичеc- кие вещества	1872,34	-	143,59		6,16 22,62 17,48	880,0	74,67
Минераль- ные вещества	-	654,7	67,65	-	7,33 14,64 11,17	-	686,08
Сумма	3300,51		1166,61	1099,35	325,4	880,0	6314,12
Всего	8618,77	8618,87

3.2 Тепловой баланс варки

Таблица 9 -Исходные данные для расчета теплого баланса периодической сульфатной варки

Наименование показателя	Величина показателя	Источник информации
Средняя толщина стенки варочного котла, м	0,032	[3,4]
Толщина тепловой изоляции, м	0,060	[3,4]
Теплоемкость, кДж/(кг ^0С)
древесина, целлюлоза, растворенных органи-
ческих веществ	1,34	[3]
растворенных минеральных веществ	1,13	[3]
вода	4,19	[3]
стали	0,50	[3]
теплоизоляции (стекловата)	0,82	[1]
Плотность котельной стали, т/м^3	7,85	[3,4]
Начальные температуры, ^0С
щепа и влаги в ней		[3]
белого щелока		[3]
черного щелока (при заливки в котел)		[3]
Средняя температура стального корпуса, ^0С
в начале заварки		[3]
в конце заварки		[3]
Средняя температура теплоизоляции, ^0С
в начале заварки		[3]
в конце заварки		[3]

Количество воздушно-сухой целлюлозы, получаемое из котла за одну варку

95,18∙180:1000=17,13 т.

Количество веществ, загруженных в котел, кг (таблица 3.6):

1872,34∙17,13=35649;

1428,17∙17,13=27192;

3500∙17,13=66640;

651,65∙17,13=12407;

955,45∙17,13=16366;

143,59∙17,13=2460;

67,57∙17,13=1287;

Абсолютно-сухая щепа

Влага в щепе

Вода с белым щелоком

Минеральные вещества с белым щелоком

Вода с черным щелоком

Органические вещества с черным щелоком

Минеральные вещества с черным щелоком

Количество веществ, удаляемых из котла при терпентинной сдувке, кг (таблица 6):

Водяной пар 169∙17,13=3218;

Пары органических веществ 15∙17,13=286;

Вода со щелоком 58,84∙17,13=1120;

Органические вещества со щелоком 6,17∙17,13=117;

Минеральные вещества со щелоком 7,33∙17,13=140.

Количество тепла Q, которое затрачивается (или отбирается) при изменении температуры вещества с массой т и теплоемкостью q на величину At, вычисляется по формуле

Q=m∙q∙At.

Пользуясь этой формулой, подсчитываем затраты тепла на одну варку

3.2.1 Нагрев абсолютно-сухой щепы и растворенных органических веществ.

Органические вещества, уходящие с терпентинной сдувкой, имеют среднюю температуру (рисунок 3.2)

(125+172):2=148,5 °С. Следовательно

Q₁=35649∙l,34(172-10)+2734∙l,34∙ (172-75)-(286-117) ∙l,34∙ ∙ (172-148,5)=8,09∙10⁶ кДж.

3.2.2 Нагрев влаги в щепы

Q₂=27192∙4,19(172-10)=18,46∙10⁶ кДж.

3.2.3 Нагрев щелока и растворенных минеральных веществ

Q₃=(66640∙4,19+12407∙l,13)(172-55)+(18192∙4,19+2734∙l,13)∙

∙ (172-75)-[(3218-1120)∙4,19+117∙1,13](172-148,5)=41,79∙10⁶ кДж.

3.2.4 Нагрев котла

Поверхность котла S зависит от его вместимости V и формы (отношения высоты Н к диаметру D). Эта зависимость представлена на П.41 [1]. Для котла вместимостью V=180 м² при H/D=3,5 поверхность корпуса S=190 м². Масса стального корпуса с арматурой (масса арматуры принята равной 20% от массы корпуса)

190∙0,032∙7,85∙1,2=57,3 т;

количество тепла на нагрев корпуса

Q₄=57,3∙1000∙0,50∙ (170-140)=0,95∙10⁶ кДж;

масса теплоизоляции (с учетом дополнительных 20% на подогреватель и трубопроводы)

190∙0,060∙0,400∙1,2=5,47 кДж;

Количество тепла на нагрев теплоизоляции

Q₅=5,47∙1000∙0,82(120-80)=0,2∙10⁶ кДж.

3.2.5 Потери тепла с поверхности котла

Удельная величина потерь равна 500 кДж/ч с 1 м² поверхности,

П.24 [1]. Полный оборот котла равен 5,25 ч (5 ч по графику варки, рисунок 1, и 0,25 ч на осмотр котла и его подготовку к следующей варке). С учетом 20% дополнительных потерь с поверхности подогревателя, трубопроводов и арматуры общие потери составят

Q₆=190∙500∙5,25∙1,2=0,59∙10⁶ кДж.

3.2.6 Потери тепла с терпентинной сдувкой

Потери тепла со сдувками включают теплоту испарения воды и органических соединений. При средней температуре сдувки 148,5.°С скрытая теплота парообразования воды равна 2720 кДж/кг, П.23 [1]. Теплота парообразования летучих органических соединений принята равной 287 кДж/кг [3, с.134]. Тогда

Q₇=2120∙3218+287∙286=9,9∙10⁶ кДж

3.2.7Приход тепла от экзотермических реакций

Удельная теплота экзотермических реакций при сульфатной варке

принята 230 кДж на 1 кг абсолютно-сухой древесины [3], что составит на

одну варку

Q₈=-19,04∙1872,34∙230=-8,2∙10⁶ кДж.

Сводный тепловой баланс варки отражен в таблице 10

Если обогрев котла производится насыщенным водяным паром с давлением 1,1 мПа и теплосодержанием 2780 кДж/кг, П.23 [1], а конденсат из подогревателя выходит с температурой 180°С, то расход пара на всю варку составит

7,185∙10⁶:(2780-180∙4,19)=3,547 т,

На 1 т воздушно сухой целлюлозы

3,547:1,904=1,86 т.

Таблица 3.8, Тепловой баланс варки

Статьи баланса	Q	Количество тепла, кДж	Доля,%
Нагрев: абсолютно сухой древесины и органических веществ влаги в щепе щелока и минеральных веществ корпуса котла теплоизоляции Потери: теплоотдачей с терпентинными сдувками Теплота экзотермических реакций	Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8	8,09∙10^618,48∙10^641,79∙10^60,95∙10^60,20∙10^6 0,59∙10^69,90∙10^68,2∙10^6	11,26 25,69 58,16 1,32 0,28 0,92 13,78 -11,41
Итого	71,85∙10^6

3.3 Расчет и выбор основного оборудования

3.3.1 Варочные котлы и выдувные резервуары

Таблица 3.9 Исходные данные

Наименование показателей	величина показателя	источник информации
Годовая производительность целлюлозного завода, тыс. т в год товарной целлюлозы Годовой фонд времени работы оборудования, ч Полный оборот варочного котла, ч Безвозвратные потери целлюлозы (отходы очистки), % Выход воздушно сухой целлюлозы из варочного котла за одну варку, т	200 8280 5,25 0,5 19,04	[4] подразделЗ.2 [1] подразделЗ.2

3.3.1.1 Число варочных котлов

Годовая производительность варочного цеха с учетом потерь целлюло­зы

200000∙100:(100-0,5)=201,005 тыс. т;

среднечасовая производительность одного котла по варке, воздушно сухой целлюлозы

17,13:5,25=3,3 т;

годовая производительность одного котла по варке

3,3∙8280=27,32 тыс. т; необходимое число котлов

201,005:27,32=7,3.

При числе котлов 7 штук фактическая годовая производительность по варке будет

27,32∙7=191,24 тыс. т,

по товарной целлюлозе 191,24∙(100-0,5)=190,3 тыс.т

3.3.1.2 Выдувные резервуары

Выдувные резервуары устанавливаем по одному на группу из трех варочных котлов. Вместимость выдувного резервуара V равна 600 м³, следовательно устанавливаем три выдувных резервуара.

3.3.2 Сдувочный (терпентинный) конденсатор.

Назначение - конденсация паров терпентинной сдувки и нагрев воды утилизируемым теплом.

Таблица 12- Исходные данные

Наименование показателей	Величина показателя	Источник информации
Тип конденсатора Температура начала сдувки, °С Температура конца сдувки, °С Продолжительность сдувки, ч Коэффициент теплопередачи для периода конденсации пара, Вт/(м^2∙К) Коэффициент теплопередачи для периода охлаждения конденсата, Вт/(м^2∙К) Выход целлюлозы из котла за одну варку, т Конденсат пара охлаждается до, °С Охлаждающая вода нагревается,°С: от до	спиральный 125 172 0, 17,13	Рисунок З.2 Рисунок З.2 Рисунок З.2 [1] [1] ПодразделЗ.2

Количество водяного пара и летучих органических веществ, уходящих из варочного котла при сдувке

169+15=184 кг

на 1 т целлюлозы (таблица 3.4), или 184∙17,13:0,83=4221 кг/ч.

При ритмичной работе девяти варочных котлов с оборотом 5,25 ч интервал времени между двумя последовательными сдувками из разных котлов должен составить

5,25:7=0,75 ч.

Это означает, что будут периоды продолжительностью

0,83-0,75=0,08 ч,

во время которых одновременно ведутся сдувки из двух котлов. Следовательно, максимальный расход пара, идущего на конденсацию, составит

4221∙2=8442 кг/ч.

Термодинамические параметры терпенов и сопутствующих органических веществ при разных температурах отсутствуют в справочниках, поэтому их значения примем как у воды.

Средняя температура пара за период сдувки

(125+172):2=148,5 °С.

Этой температуре соответствует теплосодержание водяного пара 2745 кДж/кг и теплота жидкости 628 кДж/кг, П.23 [1]. При конденсации пара в конденсаторе выделится тепла,:

8442∙ (2745-628)=17871714 кДж/ч,

при охлаждении конденсата до 60°С-

8442∙ (628-60∙4,19)=3179257 кДж/ч;

(4,19 кДж/ч∙К – теплоемкость воды при 60 °С); общее количество выделившегося тепла

17871714+3179257=21050971 кДж/ч,

максимальный расход охлаждающей воды составит

21050971:4,19(70-10)=83735 т/ч,

среднее количество получаемой горячей воды

184∙ (2745-60∙4,19):[(70-10)∙4,19]=1825 м³

на 1 т целлюлозы.

Температура воды в конденсаторе на границе между зонами конденсации пара и охлаждения конденсата при противотоке

103179257:83735∙4,19=19 °С,

средняя разница температур для периода конденсации

[(148,5-19)+(148,5-70)]:2=104 °С, поверхность зоны конденсации пара

17871714:[1500∙3,6∙104∙4,19]=7,59 м².

Среднелогарифмическая разность температур для периода охлаждения конденсата

[(148,5-19)-(60-10)]:[2,3∙lg(148,5-19):(60-10)]=84 °С,

поверхность зоны охлаждения конденсата

3179257:(1000∙3,6∙84∙4,19)=2,51 м²

Полная поверхность теплообмена конденсатора

7,59+2,51=10,1 м².

3.3.3 Теплоутилизационная установка

Назначение-утилизация тепла, уходящего с парами самовскипания щелока при конечной сдувке и выдувке массы из варочного котла.

Таблица 3.11-Исходные данные

Наименование показателей	Величина показателя	Источник информации
Средняя температура пара, поступающего из варочных котлов и выдувных резервуаров в струйный конденсатор, °С Продолжительность конечной сдувки и выдувки, ч Выход целлюлозы из котла за одну варку, % Температура горячего конденсата, ^0С Температура охлажденного конденсата, °С Свежая вода нагревается, °С: от ДО Коэффициент теплопередачи в теплообменнике, Вт/(м^2∙К)	0,9 17,13 90	РисунокЗ.2 подраздел З.2 [1]

Количество водяного пара, поступающего в установку в период конечной сдувки и выдувки, в расчете на 1 т целлюлозы

195,6+720,19=915,35 кг,

что при девяти варочных котлах и среднечасовой производительности котла по варке 3,627 т целлюлозы (пункт 3.3.1) составит

915,35∙7∙3,627=23239,8 кг/ч

Для конденсации этого пара потребуется охлажденного конденсата,

[23239,8∙ (2684-90∙4,19)]:[(90-40)∙4,19]=255904,

где 2684 кДж/кг - теплосодержание пара при температуре 105 °С, П.23 [1]; 4,19 кДж/кг∙К - теплоемкость воды; всего будет получено горячего конденсата

23239,8+255904=279143,8 =2,8∙10⁵ кг/ч.

Для двухчасового запаса конденсата необходим бак-аккумулятор вместимостью около 720 м³.

Количество тепла, отдаваемого конденсатом свежей воде в спиральном теплообменнике

255904∙(90-40)∙4,19=53611888=5,36∙10⁷ кДж/ч;

средняя разность температур в теплообменнике (при противотоке)

0,5∙[(90-40)+(40-10)]=25 °С;

необходимая поверхност теплообмена

5,36∙10⁷:(1000∙3,6∙25∙4,19)=142 м.

Количество чистой горячей воды, получаемой в теплоутилизационной установке

5,36∙10⁷:[4,19(70-10)]=213206 м³/ч,

что при годовой производительности 201005 т целлюлозы по варке и годовом фонде рабочего времени 8280 ч (пункт 3.3.1) составит

213∙8280: 201005= 8,7 м³

на тонну целлюлозы.

4 Технико-экономические показатели

Таблица 14 - Сводная таблица технико- экономических показателей на выпуск 1 т воздушно-сухой целлюлозы

Наименование показателя	Величина показателя
1Расход древесины, кг/т 2Выход целлюлозы, % 3 Расход активной щелочи, кг/т 4 Расход пара на варку, т/год 5 Расход белого щелока, т/час 6 Расход черного щелока, т/час	1872,34 3,547 3,342 1,3

Заключение

В данном курсовом проекте спроектирован варочный цех на выпуск сульфатной целлюлозы мощностью 200 тыс.т/год.

Выполнены технологические решения: расчеты теплового и материального балансов, основного оборудования.

По результатам полученных данных можно судить о том, что по сравнению с варкой целлюлозы в котлах объемом 140 м³ выход целлюлозы будет выше. Годовой выпуск целлюлозы будет выше за счет увеличения объемной доли варочного котла, фактическая производительность 7 котлов составит 191,24 тысяч тонн, когда при таком же количестве варочных котлов объемом 140 м³ годовая производительность составляет 201,005 тысяч тонн. Но при использовании котлов большего объема также увеличивается расход пара, щепы, варочного щелока, а также параметры варочного цеха. в зависимости от того какое количество целлюлозы нужно получить подбирается оборудование.

Мощным средством интенсификации работы периодических варочных котлов в современных условиях является применение теплоэкономичных методов варки, связанных с подогревом заливаемых на варку щелоков за счет тепла конечного щелока. При этом не только существенно сокращается расход пара на варку, но и достигается значительное ускорение заварки и сокращение общего оборота котла.

Библиографический список

1 Пен, Р.З. Технология целлюлозы. Примеры технологических расчетов: учебное пособие / Р.З. Пен, И.Л. Шапиро - Красноярск: СибГТУ, 2011. - 336 с.

2 Технология целлюлозы: методические указания к выполнению курсовой работы для студентов очной, очной сокращенной, заочной, заочной сокращенной формы обучения специальности 240406 Технология химической переработки древесины / Составители Р.З. Пен, В.В. Седых. –

Красноярск: РИЦ СибГТУ, 2009. -28 с.

3 Непенин, Ю.Н. Технология целлюлозы: в 3-х томах. Т.2. Производство сульфатной целлюлозы [текст] / Ю.Н. Непенин. - М.: Лесная промышленность, 1990. 600 с.

4 Оборудование целлюлозно-бумажного производства. В 2-ух т. Т.1.

Оборудование для производства волокнистых полуфабрикатов [Текст] /

Под ред. В.А.Чмчаева. –М.: Лесная пром-сть, 1981.-368 с.

Дата добавления: 2015-10-21