ОГЛАВЛЕНИЕ
1 Введение
2 Стандарты на готовую продукцию, сырье, химикаты, воду, пар
3 Аналитический обзор литературы. Выбор и обоснование принимаемой технологии, оборудования, схемы производства
4 Расчет материального баланса
1 ВВЕДЕНИЕ
Сульфитная целлюлоза в ряде стран остается одним из основных волокнистых полуфабрикатов. На ее основе - газетная бумага, до 70 % писчепечатных видов бумаги, около 60 % искусственного волокна.
Магистральными направлениями российской ЦБП в настоящее время останутся расширение и реконструкция действующих предприятий с максимальной экологизацией производства, внедрением наилучших существующих технологий и созданием импортозамещающих производств.
Целлюлоза производится двумя методами: сульфитным и сульфатным. Сульфитный способ заключается в варке древесной щепы при температуре до 148 °С в течение 6—8 ч в «варочной кислоте», с последующей очистке от примесей, отбелке и облагораживанием. Сульфитным способом варят целлюлозу из малосмолистых хвойных пород (например, ели) и лиственных пород древесины. Получаемая целлюлоза характеризуется умеренным содержанием основного вещества — альфа-целлюлозы. Любая технология производства белёной целлюлозы является определённым компромиссом между экономикой и экологией. Этот компромисс на сегодня должен строиться на основе соблюдения целого ряда условий. Важнейшим из них является отсутствие хлора как отбельного реагента. Соблюдение этого условия гарантирует отсутствие в конечной продукции и окружающей среде диоксинов - чрезвычайно токсичных и опасных для здоровья человека соединений. Другое условие, к выполнению которого мы должны стремиться, это создание замкнутой технологической схемы производства белёной целлюлозы.
До 2010 года инновационные процессы будут связаны с разработкой и внедрением ресурсосберегающих, полностью экологически безопасных технологий. Инновационные решения включают четыре направления:
– расширение сырьевой базы;
– увеличение объемов производства конкурентоспособной продукции;
– улучшение качества, расширение ассортимента, импортозамещение, экспортная направленность продукции ЦБП;
– экологическая безопасность производства и продукции.
Должна быть проведена комплексная реконструкция сульфит-целлюлозных предприятий на основе отечественного оборудования, которая позволит выпускать конкурентоспособную продукцию.
В процессе промывки целлюлозы происходит отделение отработанного щелока от сваренной целлюлозной массы. Задача промывки состоит в том, чтобы возможно полнее, с наименьшими потерями растворенных веществ, отделить щелок от целлюлозной массы без разбавления.
При промывке происходит многокомпонентной системы, состоящей из суспензии целлюлозного волокна в воде и растворенных в ней сухих веществ щелока. За счет использования на промывку воды отделяются сухие вещества от целлюлозного волокна.
Промывка целлюлозы происходит обычно по многоступенчатой противоточной схеме с замкнутой системой использования оборотных вод и щелоков.
При промывке сульфитной целлюлозы широко используют пресс-фильтры и ленточные (столовые) фильтры. Применение пресс-фильтров вместо обычных вакуум-фильтров позволяет в 2 раза уменьшить производственные площади и в 2,5 раза снизить расход энергии. Что касается потерь щелочи, то наименьшие потери обеспечивает использование непрерывных диффузоров давления с домывкой массы на пресс-фильтрах.
Современные многоступенчатые схемы промывки на барабанных фильтрах обеспечивают отбор в виде крепкой фракции 96 – 97 % органических и минеральных веществ, содержащихся в щелоке после варки. Но, к сожалению, наряду с этим существуют, в частности в нашей стране, еще десятки сульфитцеллюлозных предприятий, оборудованных сцежами для промывки целлюлозы, которые, в лучшем случае, при применении двухступенчатых схем, не обеспечивают эффективности промывки выше 85 – 90 %. Неудовлетворительный отбор крепкого щелока на использование – первая причина острой экологической обстановки на большинстве отечественных сульфитцеллюлозных заводов.
2 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНИМАЕМОЙ ТЕХНОЛОГИИ, ОБОРУДОВАНИЯ, СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА
Сульфитную беленую целлюлозу для химической переработки выпускают в соответствии со следующими стандартами: ГОСТ 3914-89 «Сульфитная беленая хвойная целлюлоза».
В соответствии с ГОСТ 3914-89 целлюлоза сульфитная хвойная предназначена для производства различных видов бумаги и картона, и эксперта. Указанный ГОСТ представлен в таблице 1.
Таблица 1 - ГОСТ 3914-89 «Сульфитная беленая хвойная»
Наименования показателя | Норма для марки
| ||
АК-II | АК-III | Б-I | |
1. Разрывная длина, км. не менее | 7,5 | 7,0 | 6,5 |
2. Прочность на излом при многократных перегибах | |||
3. Белизна, %, не менее | 89,0 | 87,0 | 88,5 |
4. Массовая доля смол и жиров, %, не более | 0,6 | 0,61 | 0,68 |
5. рН водной вытяжки | 6,0 – 7,0 | 6,0 – 7,0 | 6,0 – 7,0 |
6. Сорность, число соринок на 500 г размером 0,1-1,0 кв. мм. не более | 37 - 50 | 39 - 75 | 43 - 100 |
7. Влажность, %, не более |
Для выбора наиболее подходящего оборудования можно привести некоторые сравнительные характеристики, а также преимущества и недостатки.
Пресс-фильтр. Не так давно появившееся оборудование для промывки, сочетающий в себе характерные черты барабанных фильтров и прессов. Принцип действия основан на отжиме целлюлозной массы методом противотока фильтрата для промывки. Производительность превышает в 5 – 10 раз производительность вакуум-фильтров. Оборудование может работать при концентрации массы на входе 3 – 10 %. Имеет высокую степень промывки – до 98 %. К преимуществам можно отнести сравнительно небольшие габариты оборудования, минимальное количество ступеней промывки – 2…3, возможность исключения одной из ступеней промывки для обслуживания оборудования, небольшой оборот промывной жидкости.
ДД-фильтры. Работает также по методу противотока. Имеет хорошие данные по степени промывки. В отличие от пресс-фильтра, данное промывное оборудование имеет более большие габариты и громоздкость. Учитывается также и нескомпанованность системы (фильтр, насосы циркуляционный и вакуумный и т.д.). Особого внимания заслуживают требования по концентрации массы на входе (8 – 10 %) и жесткие требования по воде. Однако данные фильтры можно использовать при высокой производительности, а также они достаточно удобны в обслуживании и при монтаже, несмотря на свою габаритность.
Ленточные фильтры. Данный фильтр, как и предыдущие, работает по методу противотока, напоминает собой сеточную часть пресспата. Принцип работы заключается в промывке двигающейся по сеточной части стола массы и отвода фильтрата с помощью насосов из-под сетки через отсасывающие ящики. Работает ленточный фильтр при концентрации массы на входе 1…4 % и эффективность промывки достигает 97…98,5 %. Основным преимуществом ленточных фильтров является устранение промежуточных разбавлений массы между ступенями и большое число ступеней промывки, что обеспечивает минимальное разбавление щелоков. Дополнительными преимуществами фильтра являются: почти полное отсутствие мелкого волокна в промывной жидкости, т.к. при противоточной промывке фильтраты многократно пропускаются через слой массы на сетке; наличие колпака над столом для поддержания высокой температуры массы и жидкости; экономия в расходе пара на выпарку щелоков благодаря повышению концентрации и температуры отбираемого на регенерацию щелока. Основным же недостатком ленточного фильтра является его габаритность (примерно 6 м шириной и 35 м в длину), однако, если принять во внимание, что 1 ленточный фильтр заменяет 3 – 4 барабанных фильтра такой же производительности, то в расчете на 1 суточную тонну целлюлозы требуемая площадь для установки ленточного фильтра оказывается не больше, а меньше, чем для трех-, четырехступенчатой промывки на барабанных фильтрах.
Для промывки сульфитной целлюлозы можно использовать ленточные фильтры. В настоящее время они нашли широкое применение во многих направлениях целлюлозной промывки, благодаря своим преимуществам. Для промывки сульфитной беленой целлюлозы из еловой древесины можно применить ленточный фильтр Chemi-Washer с пятиступенчатой системой промывки по принципу противотока.
3 РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА
Расчеты ведем на единицу продукции:1 т воздушно-сухой целлюлозы (12 %-ная влажность, 880 кг абсолютно сухого волокна).
Проводим расчет материального баланса промывной установки Chemi Washer с помощью табличного процессора MS Excel.
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1 – Схема установки промывки на столовом фильтре
Таблица 1 - Исходные данные для промывки
№ п/п | Наименование показателя | Ед. изм. | Обозначение | Значение |
1.1 | Концентрация массы в выдувном резервуаре | СМ1 | % | 10,00 |
1.2 | Концентрация массы в напорном ящике фильтра | СМ2 | % | 2,00 |
1.3 | Концентрация массы на сетке фильтра | СМ3 | % | 11,00 |
1.4 | Расход воды на промывку | Vw | м3/т | 10,00 |
1.5 | Коэффициент вытеснения | Кв |
| 0,95 |
1.6 | Количество сухих веществ в щелоке | Gобщ | кг/т | |
1.7 | Количество адсорбированной щелочи | щ | кг/т |
Таблица 2 - Жидкостной баланс
№ п/п | Наименование показателя | Ед. изм. | Обозна- чение | Значение | Формула |
2.1 | Объем щелока, поступающего с массой после варки | м3 | V0 | 7,92 | 0,88*(100-СМ1)/СМ1 |
2.2 | Объем щелока, поступающего в напорный ящик фильтра | м3 | V2 | 43,12 | 0,88*(100-СМ2)/СМ2 |
2.3 | Количество воды с промытой массой | м3 | Vм | 7,12 | 0,88*(100-СМ3)/СМ3 |
2.4 | Общий объем щелока на разбавление массы | м3 | V1 | 35,20 | V2-V0 |
2.5 | Объем щелока, отбираемого при образовании папки на фильтре | м3 | V3 | 36,00 | V2-Vм |
2.6 | Объем щелока, вытесненного из папки в зоне спрысков без разбавления | м3 | V4 | 6,76 | Vм*kв |
2.7 | Объем оставшегося на сетке неразбавленного щелока | м3 | V5 | 0,36 | Vм-V4 |
2.8 | Объем щелока на сетке фильтра после смешения со спрысковой жидкостью | м3 | V6 | 10,36 | V5+Vw |
2.9 | Объем разбавленного щелока, поступающего в фильтрат | м3 | V7 | 3,24 | V6-Vм |
2.10 | Объем щелока, собираемого в баке фильтрата | м3 | V8 | 46,00 | V3+Vw |
2.11 | Объем щелока, направляемого на использование | м3 | V9 | 10,80 | V8-V1 |
Далее выполняем расчет баланса промывки целлюлозы по сухим веществам.
Введем обозначения концентраций щелоков и фильтратов (кг/м3):
с0 – щелок в выдувном резервуаре;
с1 – щелок из бака фильтрата;
с2 – щелок в напорном ящике;
с3 – щелок после первой ступени;
с4 – фильтрат первой ступени;
с5 – щелок после второй ступени;
с6 – фильтрат второй ступени;
с7 – щелок после третьей ступени;
с8 – фильтрат третьей ступени;
с9 – щелок после четвертой ступени;
с10 – фильтрат четвертой ступени;
с11 – щелок после пятой ступени;
с12 – фильтрат пятой ступени;
с13 – вода на спрыски пятой ступени.
Составляем уравнение материального баланса сухого остатка. Поскольку на столовых фильтрах промывка спрысковой жидкостью ведется без разбавления массы, то для каждой ступени составляется по два уравнения:
Таблица 3 – Уравнения материального баланса
№ п/п | Точка изменения концентрации сухих веществ | Уравнение | Схема |
Разбавление массы в выдувном резервуаре и перед фильтром | G0! + V1c1 = V2c2 |
| |
Смешение щелоков в баке фильтрата | V3c2 + Vwc4 = V8c1 |
| |
| 1-я ступень промывки | ||
Смешение щелоков в зоне спрысков на поверхности фильтра | V5c2 + Vwc6 = V6c3 |
| |
Образование фильтрата из разбавленного и неразбавленного щелоков | V4c2 + V7c3 = Vwc4 |
| |
| 2-я ступень промывки | ||
Смешение щелоков в зоне спрысков на поверхности фильтра | V5c3 + Vwc8 = V6c5 |
| |
Образование фильтрата из разбавленного и неразбавленного щелоков | V4c3 + V7c5 = Vwc6 |
| |
| 3-я ступень промывки | ||
Смешение щелоков в зоне спрысков на поверхности фильтра | V5c5 + Vwc10 = V6c7 |
| |
Образование фильтрата из разбавленного и неразбавленного щелоков | V4c5 + V7c7 = Vwc8 |
| |
| 4-я ступень промывки | ||
Смешение щелоков в зоне спрысков на поверхности фильтра | V5c7 + Vwc12 = V6c9 |
| |
Образование фильтрата из разбавленного и неразбавленного щелоков | V4c7 + V7c9 = Vwc10 |
| |
| 5-я ступень промывки | ||
Смешение щелоков в зоне спрысков на поверхности фильтра | V5c9 = V6c11 |
| |
Образование фильтрата из разбавленного и неразбавленного щелоков | V4c9 + V7c11 = Vwc12 |
|
Отметим, что на каждой ступени промывки смешиваются и разделяются одни и те же объемы щелоков. Следует учесть, что на спрыски последней ступени подается горячая вода, т.е. с13 = 0, поэтому и в первом уравнении для последней ступени Vwс13 = 0. При составлении системы каждое уравнение записываем следующим образом: все неизвестные члены переносим в левую часть, известные – в правую; члены каждого уравнения располагаем в порядке увеличения индексов i при неизвестных (ci).
Таким образом, получаем систему из 12 уравнений:
-V1c1 + V2c2 = G0!
V8c1 – V3c2 – Vwc4 = 0
V5c2 – V6c3 + Vwc6 = 0
V4c2 + V7c3 – Vwc4 = 0
V5c3 – V6c5 + Vwc8 = 0
V4c3 + V7c5 – Vwc6 = 0
V5c5 – V6c7 + Vwc10 = 0
V4c5 + V7c7 – Vwc8 = 0
V5c7 – V6c9 + Vwc12 = 0
V4c7 + V7c9 – Vwc10 = 0
V5c9 – V6c11 = 0
V4c9 + V7c11 – Vwc12 = 0
Решаем систему уравнений матричным способом по методу обратной матрицы:
Таблица 4 - Матрица коэффициентов и обратная матрица
| с1 | с2 | с3 | с4 | с5 | с6 | с7 | с8 | с9 | с10 | с11 | с12 |
| Коэф. |
35,20 | -43,12 |
| -1400 | |||||||||||
46,00 | -36,00 | -10,00 |
| |||||||||||
0,36 | -10,36 | 10,00 |
| |||||||||||
6,76 | 3,24 | -10,00 |
| |||||||||||
0,36 | -10,36 | 10,00 |
| |||||||||||
6,76 | 3,24 | -10,00 |
| |||||||||||
0,36 | -10,36 | 10,00 |
| |||||||||||
6,76 | 3,24 | -10,00 |
| |||||||||||
0,36 | -10,36 | 10,00 |
| |||||||||||
6,76 | 3,24 | -10,00 |
| |||||||||||
0,36 | -10,36 |
| ||||||||||||
6,76 | 3,24 | -10,00 |
|
| Обратная матрица |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||
|
| Решение | ||||||||||||
-0,09 | 0,09 | -0,09 | -0,09 | -0,09 | -0,09 | -0,09 | -0,09 | -0,09 | -0,09 | -0,03 | -0,09 | с1= | 129,629 | |
-0,10 | 0,08 | -0,08 | -0,08 | -0,08 | -0,08 | -0,07 | -0,08 | -0,07 | -0,07 | -0,02 | -0,07 | с2= | 138,287 | |
-0,01 | 0,01 | -0,32 | -0,01 | -0,32 | -0,32 | -0,31 | -0,32 | -0,29 | -0,31 | -0,09 | -0,29 | с3= | 15,212 | |
-0,07 | 0,05 | -0,15 | -0,15 | -0,15 | -0,15 | -0,15 | -0,15 | -0,14 | -0,15 | -0,04 | -0,14 | с4= | 98,460 | |
0,00 | 0,00 | -0,03 | 0,00 | -0,34 | -0,03 | -0,34 | -0,34 | -0,32 | -0,34 | -0,10 | -0,32 | с5= | 1,672 | |
-0,01 | 0,01 | -0,23 | -0,01 | -0,33 | -0,33 | -0,32 | -0,33 | -0,30 | -0,32 | -0,09 | -0,30 | с6= | 10,830 | |
0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | -0,04 | 0,00 | -0,34 | -0,04 | -0,32 | -0,34 | -0,10 | -0,32 | с7= | 0,183 | |
0,00 | 0,00 | -0,02 | 0,00 | -0,24 | -0,02 | -0,34 | -0,34 | -0,32 | -0,34 | -0,10 | -0,32 | с8= | 1,190 | |
0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | -0,04 | 0,00 | -0,32 | -0,04 | -0,10 | -0,32 | с9= | 0,019 | |
0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | -0,03 | 0,00 | -0,24 | -0,03 | -0,32 | -0,34 | -0,10 | -0,32 | с10= | 0,130 | |
0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | -0,01 | 0,00 | -0,10 | -0,01 | с11= | 0,001 | |
0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | -0,02 | 0,00 | -0,22 | -0,02 | -0,10 | -0,32 | с12= | 0,013 |
Таблица 5 - Баланс сухого остатка
№п/п | Наименование показателя | ед.изм. | обознач. | значение | формула |
3.1 | количество сухих веществ в щелоке | кг/т | G0i | Gобщ | |
Концентрации щелоков и фильтрата |
|
| |||
3.2 | Щелок в выдувном резервуаре | кг/м3 | c0 | 176,77 | Gобщ/V0 |
3.3 | Щелок из бака фильтрата | кг/м3 | c1 | 129,629 | Решить систему |
3.4 | Щелок в напорном ящике | кг/м3 | c2 | 138,287 | Решить систему |
3.5 | Щелок после 1 ступени | кг/м3 | c3 | 15,212 | Решить систему |
3.6 | Фильтрат 1 ступени | кг/м3 | c4 | 98,460 | Решить систему |
3.7 | Щелок после 2 ступени | кг/м3 | c5 | 1,672 | Решить систему |
3.8 | Фильтрат 2 ступени | кг/м3 | c6 | 10,830 | Решить систему |
3.9 | Щелок после 3 ступени | кг/м3 | c7 | 0,183 | Решить систему |
3.10 | Фильтрат 3 ступени | кг/м3 | c8 | 1,190 | Решить систему |
3.11 | Щелок после 4 ступени | кг/м3 | c9 | 0,019 | Решить систему |
3.12 | Фильтрат 4 ступени | кг/м3 | c10 | 0,130 | Решить систему |
3.13 | Щелок после 5 ступени | кг/м3 | c11 | 0,001 | Решить систему |
3.14 | Фильтрат 5 ступени | кг/м3 | c12 | 0,013 | Решить систему |
Далее приводим рассчитанные значения объемов и концентраций щелоков и фильтратов к сводному материальному балансу:
Таблица 6 - Сводный материальный баланс промывки на столовом фильтре
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
В заключение приведена таблица расчетов показателей промывки:
Таблица 7 - Показатели промывки
№ п/п | Наименование показателя | Ед.изм. | Обознач. | Значение | Формула |
5.1 | Потери щелочи с промытой массой | кг/т | N1 | 0,005 | Vм*с11 |
5.2 | Общие потери щелочи | кг/т | NI | 15,00 | N1 + щ |
5.3 | Потери щелочи, % от сухого остатка | % | N % | 1,07 | NI/Gобщ*100 |
5.4 | Концентрация щелока на использование | кг/м3 | c | 129,63 | с1 |
5.5 | Общее количество щелока на использование | м3 | V | 25,04 | V0+Vw-Vм |
5.6 | Количество сух. остатка в щелоке на исп-ние | кг/т | G | 1385,0 | Gобщ-NI |
5.7 | Относительная концентрация |
| f | 0,733 | c/c0 |
5.8 | Относительный объем |
| m | 3,162 | V/V0 |
5.9 | Эффективность промывки |
| η | 0,989 | G/Gобщ |
5.10 | Фактор разбавления | м3 | F | 2,880 | Vw-Vм |
Из этой таблицы сразу видно, насколько эффективен ленточный фильтр: практически нулевые потери щелочи с промытой массой, эффективность промывки и т.д.
4 РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА УСТАНАВЛИВАЕМОГО ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 33 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| Целлюлоза для химической переработки используется в основном в текстильной (~70 %), химической и целлюлозно-бумажной промышленности (30 %). В производстве целлюлозы для химической переработки | | | Тайна аллеи дельфиниумов 1 страница |
