Розрахунок матеріального балансу варіння целюлози

Размещено на http://www.allbest.ru/

Розрахунок матеріального балансу варіння целюлози



1. Розрахунок матеріального балансу варіння целюлози

целюлоза тріска варіння луг

Розрахунок здійснюється на 1 тонну повітряно-сухої целюлози, яка отримується з варильного котла.

Для зручності розрахунків процес варіння целюлози умовно поділяється на наступні стадії:

1. Завантаження і пропарювання тріски.

2. Подача білого і чорного лужків.

3. Заварювання і варіння целюлози.

4. Дифузійна екстракція лужка (відбір лужка в розширювальні резервуари).

5. Видування маси.

1.1 Завантаження і пропарювання тріски

1.1.1 Розрахунок кількості абсолютно сухої целюлози

Кількість абсолютно сухої целюлози, що міститься в 1 т. повітряно-сухої целюлози, яка виходить з варильного котла визначається за формулою:

, (1.1)

де: маса абсолютно сухої целюлози, кг;

маса повітряно-сухої целюлози, яка виходить з варильного котла, кг;

1000 кг;

абсолютна вологість повітряно-сухої целюлози, % (W=12…18 %).

кг

1.1.2 Розрахунок кількості абсолютно сухої деревини та вологи, що міститься в ній, які необхідно завантажити в котел

Кількість абсолютно сухої деревини (кг), яка завантажується в котел, рівна:

, (1.2)

де: вихід целюлози з деревини за масою, %;

48 %.

кг

Деревина, що надходить у котел у вигляді тріски, має певну вологість.

Кількість вологи (кг), яка що надходить у котел з деревиною розраховується за формулою:

, (1.3)

де: відносна вологість тріски, %;

40 %.

кг

Вміст вологи (м³), яка надходить в котел з деревиною рівний:

, (1.4)

де: густина води, кг/м³;

1000 кг/м³.

м³

1.1.3 Розрахунок витрат теплоти і пари на нагрівання тріски в пропарювальній камері

Вибравши режим пропарювання (тиск в пропарювальній камері, тривалість пропарювання, температура пропарювання) можна розрахувати витрату теплоти на нагрівання тріски в пропарювальній камері. За відомим рівнянням кількості теплоти витрата тепла (кДж) на нагрівання тріски становить:

, (1.5)

де: теплоємність абсолютно сухої деревини , кДж/(кг^.?С);

1,2656 кДж/(кг?С);

теплоємність води, кДж/(кг?С);

4,182 кДж/(кг?С);

температура пропарювання тріски, ?С;

175 ?С;

середня температура тріски при завантаженні в пропарювальну камеру,?С;

20 ?С.

кДж

Витрата пари на пропарювання тріски рівна:



, (1.6)

де: Е_п - ентальпія насиченої пари при заданому тиску, кДж/кг;

Е_п=2780 кДж/кг;

Q_Т - теплота рідини при заданому тиску, кДж/кг;

Q_Т=741 кДж/кг;

1,3 - коефіцієнт, що враховує втрати тепла в навколишнє середовище (приблизно 3 % від втрат тепла на нагрівання тріски).

кг

1.1.4 Розрахунок кількості абсолютно сухої деревини та вологи, що міститься в ній, які надходять в камеру живильника високого тиску

В процесі варіння целюлози здійснюють здування газоподібних продуктів, які виходять в терпентинний конденсатор. Враховуючи відведення скипидару з парою в живильну камеру живильника високого тиску надходить кількість (кг) абсолютно сухої деревини:

, (1.7)

де: - маса скипидару, яка відводиться з парою під час здування газоподібних продуктів при отриманні 1 т. повітряно-сухої целюлози (можна прийняти =3,3 кг/т повітряно-сухої целюлози).

кг

З врахуванням витрат пари на пропарювання вміст вологи в деревині (кг) рівний:

, (1.8)

кг

або вміст вологи в деревині (м³) рівний:

, (1.9)

де: с_В. - густина води, кг/м³. м³

Враховуючи збільшення вмісту вологи, відносна та абсолютна вологість тріски після пропарювання (%) відповідно становить:

(1.10)

%

(1.11)

%.

1.2 Подача білого і чорного лужків

1.2.1 Розрахунок кількості активного лугу на 1тонну повітряно-сухої целюлози

Кількість активного лугу (кг) на 1т. повітряно-сухої целюлози (G_акт.л) визначається залежно від витрати активного лугу від абсолютно сухої деревини:

, (1.12)

де: b_акт.л - витрата активного лугу ( в од. Na₂O) від сухої деревини, %;

b_акт.л=15 %.

кг

1.2.2 Розрахунок об'єму рідини в білому лужку, що подається на пропарювання

Об'єм рідини в білому лужку (г/л), що подається на варіння, визначається за формулою:

, (1.13)

де: - концентрація активного лугу в білому лужку (вод. Na₂O), г/л;

=100 г/л.

г/л

1.2.3 Розрахунок загальної кількості рідини при завантажуванні котла

Враховуючи рідинний модуль при завантажуванні тріски в котел загальна кількість рідини в котлі (м³) становитиме:

, (1.14)

де: L_p - об'єм кількості рідини в котлі, м³;

L_p=0,55 м³;

q - щільність вологої деревини в перерахунку на суху деревину, кг/м³;

q=430 кг/м³;

l - ступінь об'ємного заповнення котла тріскою, щіл. м³/м³;

l=0,38 щіл. м³/м³.

1.2.4 Розрахунок об'єму рідини в чорному лужку

Об'єм рідини в чорному лужку (м³) розраховується за формулою:

(1.15)

Лужок, який поступає в живильник високого тиску з котла лінією зворотної циркуляції не враховується, тому що система замкнута і надходження рідини з котла в живильник високого тиску рівне витраті її в котел.

1.2.5 Розрахунок складу білого лужку

Розрахунок складу білого лужка, з врахуванням ступенів сульфідності (j_c), каустизації (j_к) та відновлення(j_В), може бути зведений в таблицю.

Склад білого лужка в одиницях Na₂O і власних одиницях наведений в табл.1.

Таблиця 1. Склад білого лужка

Компонент	Склад, кг/м3
	в одиницях Na2O	у власних одиницях
NaOН
Na2S
Na2CO3
Na2SO4
Разом

Ступінь активності лужка розраховується за формулою:

(1.16)

Тоді на варіння всього Na₂O разом з білим лужком (кг) надійде:

(1.17)

Коефіцієнт перерахунку одиниць Na₂O у власних одиницях рівний :

(1.18)

Отже в котел з білим лужком мінеральних речовин (кг) надійде:

(1.19)

З чорним лужком в котел сухих речовин (кг) надійде:

(1.20)

де:V_ч.л. - об'єм чорного лужка, м³;

с_ч.л. - густина чорного лужка, кг/м³ (При 15?С с_ч.л.=1050 кг/м³) ;

С_ч.л. - масова частка сухих речовин в чорному лужку, який надходить в котел з промивного відділення, % (С_ч.л=9,4%).

з них органічних:

(1.21)

де: масова частка органічних речовин в сухому залишку чорного лужка,% ().

мінеральних:

(1.22)

де: масова частка мінеральних речовин в сухому залишку чорного лужка,% ().

в тому числі Na₂O:

(1.23)

Загальна кількість речовин, які надходять в котел на 1 т. повітряно-сухої целюлози приведена в табл. 2.

Таблиця 2. Речовини, які надходять в котел

Назва речовини	Надходить в котел
	з тріскою	з білим лужком	з чорним лужком	Всього
Вода, м3	1,76	2,69	1,49	5,94
Органічні речовини, кг	1792,6	-	95	1887,6
Мінеральні речовини, кг	-	425	51,45	476,45
Всього	1794,36	428,69	147,94	8304
в т.ч. Na2O	-	316	38,16	354

1.3 Заварювання і варіння целюлози

В даному розділі визначається середня концентрація сухих речовин в лужку верхньої циркуляційної зони (зони заварювання), середня концентрація сухих речовин в лужку нижньої варильної зони і концентрація сухих речовин в лужку в кінці варіння.



1.3.1 Визначення середньої концентрації сухих речовин в лужку верхньої варильної зони

При розрахунку втрати лужка під час здування газоподібних продуктів з верхньої горловини котла в пропарювальну камеру не враховуються, тому що система замкнута і видалений парогазовою сумішшю лужок через живильник високого тиску повертається в котел.

До моменту досягнення в зоні заварювання температури 160?С вихід целюлози становить 75?С. В розчин при цьому перейшло 25% деревини, що на 1 т. повітряно-сухої целюлози становитиме:

(1.24)

де: маса деревини, що перейшла в розчин на 1 т. повітряно-сухої целюлози, кг;

маса абсолютно сухої деревини для отримання 1т. повітряно сухої целюлози, кг;

процентний вміст розчиненої деревини в розчині верхньої варильної зони, % (25%).

Враховуючи, що до розчину додаються органічні речовини чорного лужка, а з пропарювальної камери під час терпентинного здування відводиться скипидар, розчин буде містити наступну кількість (кг) органічних речовин:

(1.25)



Середня концентрація (кг/м³) органічних речовин в лужку, який циркулює у верхній варильній зоні, становить:

(1.26)

Середня концентрація (кг/м³) мінеральних речовин становить:

(1.27)

Середня концентрація (кг/м³) сухих речовин в лужку в верхній циркуляційній зоні рівна:

(1.28)

Масова частка (%) сухих речовин в лужку в цій зоні рівна:

(1.29)

де: густина лужка при температурі 15?С, кг/м³ (1088 кг/м³).

1.3.2 Визначення середньої концентрації сухих речовин в лужку нижньої варильної зони

До моменту досягнення в зоні заварювання температури 170?С вихід целюлози становить 60%. В розчин при цьому перейшло 40% деревини.

Середня концентрація (кг/м³) органічних речовин, які циркулюють в лужку нижньої варильної зони визначається за формулою:

(1.30)

де: процентний вміст розчиненої деревини в розчині нижньої циркуляційної зони, % (40%).

Середня концентрація (кг/л) сухих речовин в лужку, який циркулює в зоні нижнього сита, рівна:

(1.31)

Масова частка (%) сухих речовин в лужку в цій зоні рівна:

(1.32)

де: густина лужка при температурі 15?С, кг/м³ (1112 г/м³)

1.3.3 Визначення концентрації сухих речовин в лужку в кінці варіння

В розчин до кінця варіння переходить 52% деревини, що на 1 т. повітряно сухої деревини становить:

(1.33)

де: маса деревини, що перейшла в розчин в кінці варіння на 1 т. повітряно сухої целюлози, кг;

маса абсолютно сухої деревини для отримання 1т. повітряно-сухої целюлози, кг;

процентний вміст розчиненої деревини в розчині в кінці варіння, % (25%).

За винятком летких речовин і враховуючи органічні речовини чорного лужка буде містити наступну кількість (кг) органічних речовин:

(1.34)

Концентрація (кг/л) сухих речовин в лужку рівна:

(1.35)

Масова частка (%) сухих речовин в лужку рівна:

(1.36)

де: густина цього лужка при температурі 15?С, кг/м³ (1123 кг/м³).

Масова частка (%) в сухому залишку лужка:

органічних речовин:

(1.37)

мінеральних речовин:

(1.38)

включаючи Na₂O:

(1.39)

В зону дифузійної екстракції надійде (кг):

рідини - 5940

целюлози - 1346

органічних речовин в розчині - 540,6

мінеральних речовин в розчині - 476,45

всього сухих речовин - 1016

Масова частка (%) целюлозного волокна в отримуваному напівфабрикаті становить:

(1.40)

Размещено на Allbest