Курсовой проект: Проектирование варочного цеха сульфитного производства
Подождите немного. Документ загружается.
РЕФЕРАТ
Курсовой проект на тему «Проект варочного цеха сульфитного
производства» содержит 3 чертежа формата А1, 1 чертеж формата А2,
пояснительную записку на 36 листах формата А4, включающую 1 рисунок, 7
таблиц, 3 литературных источника.
СУЛЬФИТНАЯ ВАРКА, ВЕСЬ SO
2
, СДУВКИ, ВАРКА, ЦЕЛЛЮЛОЗА,
ДРЕВЕСИНА.
Целью курсового проекта является проектирование варочного цеха
сульфитного завода.
3
Изм
.
Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
3
КП 640089 ТД
Разраб. Парыгин А.С.
Провер. Булгаков
С.В.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
Текстовый документ
Лит. Листов
36
ТОГУ ХПД-61
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................................................5
1 МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ВАРКИ СУЛЬФИТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ.........................................6
1.1 Наполнение котла щепой................................................................................................................8
1.2 Заварка до 110
о
С и пропитка.......................................................................................................10
1.3 Подъем температуры до конечной и варка при конечной температуре..................................11
(140
0
С)..................................................................................................................................................11
1.4 Конечная сдувка (снижение давления)........................................................................................16
1.5. Отбор крепкого щелока и вымывка............................................................................................17
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ПАРА НА ВАРКУ.............................................................................20
2.1 Расчет потребления пара в период заварки (до 110
0
С).............................................................22
2.2 Расчет потребления пара в период варки (от 110 до 140
0
С)....................................................24
3 РАСЧЕТ И ПОДБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОТДЕЛА РЕГЕНЕРАЦИИ.................28
3.1 Определение количества варочных котлов.................................................................................28
3.2 Расчет емкости вымывного резервуара.......................................................................................29
3.3 Подбор циркуляционного насоса.................................................................................................29
3.4 Тепловой расчет и выбор подогревателя варочного раствора..................................................30
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..............................................................................36
4
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
КП 640089 ТД
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время сульфитный способ производства целлюлозы, наряду с
сульфатным, является одним из основных и занимает второе по значимости место в
производстве целлюлозы различными способами. Сульфитным способам в
основном получают целлюлозу для химической переработки, а также целлюлозу
для выработки массовых видов бумаги.
При получении целлюлозы сульфитным способам используют варочный
раствор (сульфитную кислоту), содержащий бисульфиты кальция, магния, натрия и
аммония, растворенные в сернистой кислоте. Условно состав сульфитной кислоты,
например на натриевом основании, можно представить так:
NaHSO
3
+H
2
SO
3
+SO
2
+H
2
O .
Варочный раствор для сульфитной варки получают в два этапа. Сначала в
кислотном отделе получают сырую кислоту, содержащую 2,8-4,0% всего SO
2
и
0,9-1,5% связанного SO
2
. В отделе регенерации SO
2
и тепла сырая сульфитная
кислота смешивается с продуктами сдувок, удаляемых из варочных котлов в
процессе варки, и получается варочная кислота, содержащая 6,0-10,0% всего SO
2
и
0,8-1,2% связанного SO
2
, температура сульфитной кислоты повышается от 15-25
0
С
до 40-75
0
С.
Таким образом, отдел регенерации связывает между собой кислотный и
варочный отделы и служит для укрепления варочной кислоты диоксидом серы,
регенерируемый из сдувок, и регенерации тепла. Способы регенерации SO
2
и тепла
условно разделяют на три группы:
1. Холодный способ. Парогазовые и жидкие сдувки охлаждаются водой и
поглощаются холодной сульфитной кислотой. Полнота поглощения SO
2
обеспечивается низкой температурой сырой кислоты, при этом избыточное
давление в системе практически отсутствует, что снижает металлоемкость
5
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
КП 640089 ТД
оборудования. Недостатком данного способа является потеря тепла сдувок, что
повышает расход пара на варку.
2. Горячий способ. При такой регенерации тепло сдувок полностью
используется на нагрев варочной кислоты, а полнота поглощения SO
2
достигается
повышением давления в системе, что заметно увеличивает металлоемкость
оборудования и его стоимость.
3. Комбинированный способ. Самый распространенный, реализует
преимущества холодной и горячей регенерации. Сдувки высокого давления
смешиваются с кислотой без охлаждения, а сдувки низкого давления
предварительно охлаждаются в теплообменниках холодной водой или сырой
кислотой в две ступени, а затем смешиваются с кислотой, цимолосодержащий
конденсат выводится из системы в отстойник, что повышает стабильность
сульфитной варочной кислоты.
1 МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ВАРКИ СУЛЬФИТНОЙ
ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Для характеристики процессов варки и регенерации рассчитаем
материальный баланс варки среднежесткой целлюлозы для выработки беленых
бумаг. Принимаем, что загрузка щепы производится с паровым уплотнением, варка
ведется глухим паром с принудительной циркуляцией и перепуском щелока,
система регенерации холодно-горячая (комбинированная), кислота готовится на
натриевом основании и котел опорожняется выдувкой.
Зададимся следующими основными величинами:
- объем котла (биметаллический с наружной тепловой изоляцией), м
3
….. 250
- выход целлюлозы из древесины, % ……………………………………….. 50
6
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
КП 640089 ТД
- состав кислоты, %
весь SO
2
………………………………………………………………...….... 8,0
Na
2
O…………………………………………………………………............. 0,9
- объемная степень заполнения котла щепой……………………………… 0,4
- влажность щепы, % ………………………………………………………... 40
- плотность древесины (береза) в абсолютно сухом состоянии, кг/..…….. 550
При влажности в 40% плотность березовой древесины составляет 500,5 кг/м
3
.
Значит, в 1 м
3
объема котла загружается абсолютно сухой древесины 500,5
.
0,4 =
200,2 кг.
Выход целлюлозы из 1 м
3
варочного котла составит: 200,2
.
0,5 = 100,1 кг
абсолютно сухой или воздушно-сухой 100,1/0,88=113,75 кг. Выход воздушно-
сухой целлюлозы за одну варку равен 113,75
.
250=28437,5 кг или 28,44 т.
Расчет материального баланса будем вести на 1 т воздушно-сухой целлюлозы
из котла.
График изменения основных показателей во время варки: температуры,
давления, содержания SO
2
и Na
2
O в щелоке, выход целлюлозы и количества
отбираемых из котла жидкости – примем согласно рисунок 1.
Для удобства расчета разобьем процесс варки на следующие основные этапы:
1) Этап наполнения котла щепой и кислотой;
2) Заварки до 110
0
С и пропитки;
3) Подъем температуры до конечной и варки на конечной температуре;
4) Конечной сдувки (снижение давления);
5) Опорожнения котла (выдувка).
7
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
КП 640089 ТД
1
2 3 4 5
6
7
9
1 0
0
8
1 6 0
1 4 0
1 2 0
1 0 0
8 0
6 0
4 0
2 0
Т
е
м
п
е
р
а
т
у
р
а
,
C
0 , 1
0 , 2
0 , 3
0 , 4
0 , 5
0 , 6
0 , 7
0 , 8
2
4
6
8
1
3
5
7
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
1 0 0
000
0 , 2
0 , 4
0 , 6
0 , 8
1
Д
а
в
л
е
н
и
е
,
М
П
а
С
о
д
е
р
ж
а
н
и
е
N
a
2
O
,
%
С
о
д
е
р
ж
а
н
и
е
в
с
е
г
о
S
O
2
,
%
В
ы
х
о
д
ц
е
л
л
ю
л
о
з
ы
,
%
о
т
д
р
е
в
е
с
и
н
ы
1
2
3
4
5
П р о д о л ж и т е л ь н о с т ь в а р к и , ч
Рисунок 1 - Диаграмма изменения основных показателей во время варки, где:
1-температурный график варки; 2-давление; 3- выход древесного остатка; 4-
содержание всего SO
2
; 5- содержание Na
2
O
1.1 Наполнение котла щепой
На 1 т воздушно-сухой целлюлозы, получаемой из котла (880 кг абсолютно
сухой), в варочный котел должно быть загружено абсолютно сухой древесины
березы 800,0/0,5=1760 кг. Вместе со щепой в котел поступит вода в виде влаги:
1760
.
(40/60)=1173,33 кг/т целлюлозы или 1173,33
.
(91/1000)=106,77кг/м
3
котла.
Примем, что расход пара на паровой уплотнитель составляет 0,2 т/т
целлюлозы и что 90% этого пара конденсируется и остаются в варочном котле.
Конденсата пара тогда получим 200
.
0,9=180кг/т получаемой целлюлозы или 180
.
8
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
КП 640089 ТД
(91/1000)=16,38 кг/м
3
котла. Будем считать, что этот конденсат размещается
целиком в пространстве между щепками. Тогда свободный объем в 1 м
3
варочного
котла за вычетом объема, занятого щепой и конденсатом, составит 1000-
(400+16,38)=583,62 л.
Примем, что при закачке варочной кислоты и перепуске жидкости в котел
щепа впитывает 30% кислоты от объема щепы. Тогда объем кислоты на 1 м
3
варочного котла составит 583,62+(0,3
.
400)=703,62 л. Тогда общий объем кислоты в
котле будет равен 703,62
.
250=175905 л.
На 1 т воздушно-сухой целлюлозы закачивается регенерационной кислоты и
перепускной жидкости 175905/28,44=6185,13 л. С ними в котел поступает на 1 т
целлюлозы 6185,13
.
0,08=494,81 кг SO
2
и 6185,13
.
0,009=55,67 кг Na
2
O.
Кроме того, примем во внимание, что варочная кислота и перепускной щелок
содержат некоторое количество органических веществ – сахаров,
лигносульфоновых соединений и т.п., перешедших в раствор от предыдущих
варок. Ориентировочно примем количество органических растворенных веществ в
регенерационной кислоте и перепускной жидкости 190 кг/т целлюлозы, тогда
содержание их в кислоте 190
.
1000/6185,3=30,71 г/л.
Общий приход веществ, поступивших в котел при загрузке щепы и закачке
кислоты, приведен в таблице 1.
Таблица 1 - Общий приход веществ, поступивших в котел при загрузке щепы
и закачке кислоты
Вещества Загружаемые в котел
Со щепой С паром при
уплотнении
С кислотой
перепуском
Всего
Вода, л 1173,33 180 6185,13 7538,46
Древесина, кг 1760 - - 1760
Органические
растворенные
вещества, кг
- - 190 190
SO
2
, кг - - 494,81 494,81
Na
2
O, кг - - 55,67 55,67
9
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
КП 640089 ТД
1.2 Заварка до 110
о
С и пропитка
Во время подъема температуры до110
о
С из котла с первыми сдувками
уходит жидкость в количестве 5,0 % от общего ее объема (см.рисунок 1), что
составит 7538,46
.
0,05=376,92 л/т воздушно-сухой целлюлозы.
Среднее содержание SO
2
и Na
2
O в удаляемой жидкости приблизительно
составит (см. рисунок 1): (6,5+5,6)/2=6,05 % SO
2
и (0,74+0,60)/2=0,67 % Na
2
O.
Следовательно, с жидкостью из котла уйдет 376,92
.
6,05/100=22,8 кг SO
2
и
376,92
.
0,67/100=2,53 кг Na
2
O.
Учитывая уплотнения щепы и пониженное отношение Na
2
O/ древесина,
расход SO
2
на химические реакции примем равным 9,0 % от абсолютно сухой
древесины и условно отнесем его к периоду пропитки.
Расход SO
2
составит 1760
.
0,09=158,4 кг/т целлюлозы.
Общее количество жидкости в котле к концу заварки будут равно 7538,46-
158,4=7380,06 л/т целлюлозы. При титре варочной кислоты в конце стоянки: 3,5%
SO
2
и 0,3% Na
2
O (рисунок 1) – в растворе будет содержаться 7380,06
.
,35/100=258,3
кг SO
2
и 7380,06
.
0,3/100=22,14 кг Na
2
O.
Имея в виду, что в начале варки в котле было 494,81 кг SO
2
, получим, что в
виде газа с первой сдувкой из котла должно уйти SO
2
\494,81-(258,3+22,8+158,4)
=55,31 кг/т целлюлозы.
Парообразование при первой сдувке (на заварке) вследствие относительно
низких температур весьма незначительно, и для простоты его можно не учитывать.
Расход Na
2
O на химические реакции составят 55,67-(22,14+2,53)=31 кг/т
целлюлозы. За время заварки переходит в раствор органических веществ(см.
кривую выхода, рисунок1) 100-85=15% от массы древесины.
На 1 т получаемой целлюлозы это составит 176
.
0,15=264 кг.
10
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
КП 640089 ТД
Из них очень небольшая часть уходит со сдувочной жидкостью. Ко времени
проведения жидкой сдувки успевает перейти в раствор 2,0 % веществ от массы
древесины или 1760
.
0,02=35,2 кг.
Средняя концентрация органических веществ в растворе с учетом веществ,
поступивших в варочный котел с кислотой и перепускной жидкостью, составит
(35,2+190)
.
1000/7538,46=29,87 г/л.
С 376,63 л отбираемой сдувочной жидкости из варочного котла уйдет
29,87
.
376,63/1000=11,25 кг органических веществ.
Итоговый материальный баланс заварки на 1 т воздушно-сухой целлюлозы
приведен в таблице 2.
Таблица 2
Вещества,
загруженные
в котел
Приход Расход Осталось в
котле
От
химических
реакций
Со
сдувочной
жидкостью
Со
сдувочными
газами
На
химические
реакции
всего
Вода, л - 376,63 - - 376,63 7380,06
Древесина, кг - - - 264 264 1496
Органические
растворенные
вещества, кг
264 11,25 - - 11,25 442,75
SO
2
, кг - 22,8 55,31 158,4 236,51 258,9
Na
2
O, кг - 2,53 - 31 33,53 22,14
1.3 Подъем температуры до конечной и варка при конечной
температуре (140
0
С)
Во время подъема температуры после стоянки на 110
0
С производят перепуск
щелока в следующий варочный котел, с которым уходит 20,0 % от общего
первоначального объема жидкости или 7538,46
.
0,2=1507,69 л/т целлюлозы.
11
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
КП 640089 ТД
Среднее содержание SO
2
и Na
2
O в сдувочной жидкости, отбираемой из
варочного котла между 5,5 и 6,5 ч варки, приблизительно составит (3,1+2,2)/2=2,65
% SO
2
и (0,26+0,2)/2=0,23 % Na
2
O.
Следовательно, с перепускной жидкостью из варочного котла уходит
1507
.
2,65/100=39,95 кг SO
2
и 1507,69
.
0,23/100=3,47 кг Na
2
O.
Количество жидкости в котле к концу варки ориентировочно определим,
приняв, что со сдувками уходит пара 30 кг/т целлюлозы. Тогда объем жидкости в
котле к концу варки составит 7380,46-1507,69-30=5832,77 л/т целлюлозы.
При содержании 1 % SO
2
и 0,1 % Na
2
O в конечном щелоке остается
5832,77
.
1/100=58,32 кг SO
2
и 5832,77
.
0,1/100=5,83 кг Na
2
O.
Расход Na
2
O (основания) на химические реакции по разности составит 22,14-
(5,83+3,47)=12,5 кг
Расход SO
2
на химические реакции мы условно целиком отнесли на период
пропитки (заварки). Следовательно, уменьшение содержание SO
2
в щелоке должно
было произойти за счет SO
2
, уходящего со сдувками. Следовательно, в виде
газообразного SO
2
из варочного котла должно уходить 258,9-(39,95+58,32)=157,47
кг.
Подсчитаем теперь более точно, сколько уходит водяного пара со сдувками.
Для упрощения допустим, что в газовом пространстве котла находится лишь SO
2
и
водяной пар. Тогда, по закону Дальтона, общее давление в котле p=p
1
+p
2
, где р
1
-
парциальное давление водяного пара,
р
2
- парциальное давление SO
2
.
Для каждого из котлов из газов можно написать уравнение Клайперона-
Менделеева:
- для водяного пара p
1
V=G
1
R
1
T,
- для SO
2
p
2
V=G
2
R
2
T,
Где р
1
- парциальное давление водяного пара, Па;
Р
2
- парциальное давление SO
2
, Па;
V- объем газовой смеси (примем его равным 1 м
3
);
12
Изм. Лист № докум. Подпис
ь
Дата
Лист
КП 640089 ТД