Курсовой проект: Проектирование варочного цеха сульфитного производства

Подождите немного. Документ загружается.

- масса водяного пара, заключенного в этом объеме, кг;

- масса SO

, заключенного в этом объеме;

- 461,2 (Дж/(кг

С) -газовая постоянная водяного пара;

- 129,8 (Дж/(кг

С) –газовая постоянная SO

;

T –абсолютная температура газовой смеси, К

В нашем случае сдувки из котла во время варки начинаются через полчаса

после окончания стоянки и продолжаются непрерывно до достижения температуры

140

С. Средняя температура в котле за это время составляет (116,0+140,0)/2=128,0

С, следовательно Т=273+128=401 К.

Температуре 128

С то таблицам насыщенного пара отвечает абсолютное

давление водяного пара р

=254800 Па (2,6 кгс/см

). Примем, что в результате

незначительных колебаний среднее избыточное давление в котле за время варки

составляет 593880 Па (6,06 кгс/см

). Общее абсолютное давление в варочном котле

будет больше на 101325 Па (на одну физическую атмосферу), то есть будет равно

р=593880+101325=695205 Па. Тогда парциальное давление SO

составит

=р-р

=695205-254800=440405 Па.

Подставив значения Клайперона-Менделеева, найдем массу водяного пара и

в 1 м

парогазовой смеси:

- масса паров воды G

V/R

T=254800

1/(461.2

401)=1.38 кг,

- масса SO

V/R

T=440405

1/(129.8

401)=8.45 кг.

Тогда в парогазовой смеси, удаляемой из варочного котла со сдувками,

получим:

- долю водяного пара 1,38/(1,38+8,45)

100=14,1 %,

- долю SO

8.45/(1.38+8.45)

100=85.9 %

По нашему расчету со сдувками ушло 159,05 кг SO

, количество

сопровождающих водяных паров составит 157,47

14,1/85,9=25,85 кг.

Так как расхождение с предварительно принятой цифрой 30 кг/т целлюлозы

получилось небольшим, оставляем ее без изменения.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

КП 640089 ТД

К концу варки выход целлюлозы составляет 50,0 % от массы исходной

древесины или 1760

0,5=880 кг.

После стоянки при температуре 110

С оставалось нерастворенной древесины

1496 кг. За это время варки в раствор переходит органических веществ 1496-

880=616 кг. Из этого количества часть уходит со сдувками в виде газообразных и

летучих веществ и часть с перепускной жидкостью (в другой котел или систему

регенерации) в виде растворенных веществ.

К началу перепуска, согласно кривой выхода, в раствор переходит

100-77=23% органических веществ древесины или 1760

0,23=404,8 кг, a к концу

перепуска 100-65=35% или 1760

0,35=616 кг.

Из этого количества 264 кг перешло в раствор за время заварки, с момента

начала подъема температуры в варочный раствор перешло органических веществ:

- к началу перепуска 404,8-264=140,8 кг,

- к концу перепуска 616-264=352 кг.

Вместе с 442,75 кг органических веществ, имеющихся в растворе после

заварки, будем иметь органических веществ в растворе:

- к началу перепуска 140,8+442,75=583,55 кг

- к концу перепуска 352+442,75=794,75 кг

К началу перепуска в котле находится 7380,06 л жидкости. Концентрация

органических веществ в варочном растворе в этот момент будет равна

583,55

1000/7380,06=79,07 г/л.

К концу перепуска со сдувками уйдет около 20 кг водяных паров, в котле

останется жидкости 7380,06-(1507,69+20)=5852,37 л.

Концентрация органических веществ в варочном растворе после перепуска

составит 794,75

1000/5852,37=135,8 г/л.

Средняя концентрация органических веществ в варочном растворе за время

перепуска будет равна (79,07+135,8)/2=107,44 г/л.

Следовательно, с перепуском из варочного котла уйдет растворенных

органических веществ 107,44

1507,69/1000=161,99 кг.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

КП 640089 ТД

Всего за время заварки и варки со сдувочной и перепускной жидкостью

уйдет растворенных органических веществ 11,25+161,99=173,24 кг. Эти вещества

перейдут в варочную кислоту для следующей варки. Мы приняли, что с варочной

кислотой и перепускной жидкостью в котел поступает органических веществ 190

кг/т целлюлозы. Оставим принятое значение без изменений.

Количество газообразных и летучих продуктов, уходящих со сдувками,

примем, по данным лаборатории ЛТА, в процентах от абсолютно сухой древесины:

углекислого газа 0,75; ацетона 0,33; метилового спирта 0,48; фурфурола и цимола

2,2; уксусной кислоты 0,21; муравьиной кислоты 0,22; всего получается 3,99 или

округленно 4 % от массы загруженной древесины. В пересчете на 1 т целлюлозы

это составит 1760

0,04=70,4 кг.

За вычетом этих веществ из общего количества органических веществ,

перешедших в раствор при варке (616 кг), останется в варочном растворе 616-

70,4=545,6 кг. Из них, в свою очередь 107,44 кг уходит с перепускной жидкостью;

итого остается в котле 545,6-107,44=438,16 кг. Вместе с ранее имевшимися в

варочном растворе 442,75 кг органических веществ это составит

438,16+442,75=880,91 кг.

Концентрация органических веществ, оставшихся в щелоке к концу варки,

будет равна 880,91

1000/5832,77=151,04г/л.

Итоговый материальный баланс на 1 т воздушно-сухой целлюлозы для

периода варки представлен в таблице 3.

Таблица 3

Вещества,

загруженные в

котел

Приход Расход Осталось в

котле

От

химических

реакций

Со

сдувочной

жидкостью

Со

сдувочными

газами

На

химические

реакции

всего

Вода, л - 1507,69 30 - 1537,69 5832,77

Древесина, кг - - - 616 616 880

Органические

вещества, кг

-газообразные и

летучие

-растворенные

70,4

545,6

107,44

70,4

107,44

880,91

, кг - 39,95 157,47 - 197,42 61,48

O, кг - 3,47 - 12,5 15,97 6,17

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

КП 640089 ТД

1.4 Конечная сдувка (снижение давления)

При проведении конечной сдувки давление в варочном котле снижается с 0,6

до 0,2 МПа (с 6,0 до 2,0 кгс/см

). За это время из котла уходит значительное

количество SO

и титр щелока снижается с 1,0 до 0,3 % SO

. Можно с небольшим

приближением считать, что в конечный момент сдувки в газовом пространстве

котла не будет содержаться SO

, а будет находиться только водяной пар. Давлению

насыщенного пара 0,2 МПа, то есть 0,3 МПа абсолютного давления, отвечает

температура около 133

С. Следовательно, будем считать, что после завершения

конечной сдувки температура содержимого котла равна 133

С. Снижение

температуры содержимого котла вызывает выделение пара, уходящего при

конечной сдувке из варочного котла вместе с остаточным SO

Если принять теплоемкость древесного остатка (целлюлозы) и органических

растворенных веществ щелока равной 1,34 кДж/(кг

С), то при снижении

температуры содержимого котла со 140 до 133

С выделится всего тепла

[5832,77

4,19+(880+880,91)

1,34](140-133)=187592,46 кДж.

Средняя температура жидкости в котле за время проведения конечной сдувки

будет равна (140+133)/2=136,5

С. Этой температуре то таблицам насыщенного

пара отвечает теплота испарения 2158,8 кДж/кг. Следовательно, пара при конечной

сдувке выделится 187592,46/158,8=86,9 кг.

Жидкости в варочном котле после завершения конечной сдувки будет

5832,77-86,9=5745,87 л.

В щелоке (варочном растворе) после завершения конечной сдувки останется

5745,87

0,03=17,24 кг. При конечной сдувке из варочного котла уходит SO

61,78-17,24=44,24 кг.

Концентрация органических веществ в щелоке к моменту начала выдувки

массы из котла будет равна 880,91

1000/5745,87=153,31 г/л.

Итоговый баланс конечной сдувки приведен в таблице 4.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

КП 640089 ТД

Таблица 4

Вещества Находилось в котле к

концу варки

Уходит с конечной

сдувкой

Осталось в котле к

моменту вымывки

Вода, л(пар,кг) 5832,77 86,9 5745,87

Целлюлоза, кг 880 - 880

Органические

вещества, кг

880,91 - 880,91

, кг 61,48 44,24 17,24

O, кг 6,17 - 6,17

1.5 Отбор крепкого щелока и вымывка

Во время отбора крепкого щелока избыточное давление в варочном котле

снижается со 196 кПа (2,0 кгс/см

) до 0 и температура соответственно падает со 133

до100

С.

Примем степень отбора крепкого щелока 90,0 % от находящегося в котле к

этому моменту времени, что составит 5745,87

0,9=5171,28 л/т целлюлозы, и

содержащего 880,91

0,9=792,82 кг растворенных органических веществ.

За счет охлаждения отобранного из варочного котла крепкого щелока

выделится тепла (5171,28

4,19+792,82

1,34)(133-100)=750091,38 кДж.

При среднем избыточном давлении в варочном котле (196+0)/2=98 кПа или

199 кПа (2,03 кгс/ см

) абсолютного давления теплота испарения будет равна2205,3

кДж/кг. Пара выделится 750091,38/2205,3=340,13 кг/т целлюлозы, тогда в баке

крепких щелоков останется 5171,28-340,13=4831,15 л/т целлюлозы.

Концентрация органических веществ в оставшемся объеме крепкого щелока

будет равна 793,82

1000/4831,15=164,31 г/л.

При 90 %-ном отборе крепкого щелока из варочного котла в массе перед

вымывкой останется 574,59 л щелока, содержащего 88,09 кг растворенных

органических веществ, 17,24-17,24

0,9=1,72 кг SO

и 6,17-6,17

0,9=0,62 кг Na

O, и

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

КП 640089 ТД

на биохимическую переработку будет передано 4831,15 л крепкого щелока,

содержащего 793,82 кг растворенных органических веществ.

Количество So

, уходящего с паром вскипания при самоиспарении из бака

крепких щелоков и в отдувочной колонне, примем равным 50,0 % от SO

содержащегося в щелоке после конечной сдувки, то есть 17,24

0,9/2=7,76 кг.

Другие 7,76 кг SO

останутся в крепком щелоке, и 514,59

0,003=1,54 кг SO

останутся в котле с целлюлозной массой.

Суммарный материальный баланс для данной сульфитной варки приведен в

таблице 5.

Общее количество жидкости, уходящей в систему регенерации из котла со

сдувками, перепуском и горячими конденсатами, составит

376,63+153,63+(86,9

0,9)+164,31=2148,09 л/т целлюлозы, где 0,8 –степень возврата

охлажденного конденсата конечной сдувки.

Сюда же можно отнести и горячий конденсат после охлаждения парогазов

отдувочной колонны, для расчета которого примем, что из щелока паром

отдувается 50,0 % от SO

, уходящего при самоиспарении и в отдувочной колонне:

7,76/2=3,88 кг, и концентрация SO

в конденсате 7,0 %. Тогда количество

конденсата паров воды после отдувочной колонны составит 0,1

3,88/0,007= 55,43л.

Итого в систему регенерации приходит 2148,09+55,43=2203,52 л.

Процент регенерации жидкости по отношению к количеству варочной

кислоты в котле составит R

=2203,52/6185,13

100=35,63 %.

Общее количество SO

, уходящего в систему регенерации со сдувочной и

перепускной жидкостью, сдувочными газами и конденсатом, равно

62,75+257,02+7,76=327,53 кг/т целлюлозы.

Процент регенерации SO

(по отношению к количеству SO

в варочной

кислоте) составит R

SO2

=327.53/494.81

100=66.19 %.

Общий расход SO

на варку (химические реакции плюс потери в конечном

щелоке) составит 158,4+7,76+1,54=167,7 кг/т целлюлозы, что эквивалентно 83,85 кг

серы на 1 т целлюлозы.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

КП 640089 ТД

Общий расход Na

O на одну варку составит 55,67, что эквивалентно

55,67

106/62=95,18 кг 100 %-ной Na

или 95,18/0,95=100,19 кг 95 %-ной

технической Na

Таблица 5

Вещества

Приход

со щепой

с кислотой и

перепускной

жидкостью

с конденсатом

пара

от

химических

реакций

всего

Вода, л (пар, кг) 1173,3 6185,13 180 - 7538,46

Древесина

(целлюлоза),кг

1760 - - - 1760

Органические

вещества, кг;

- газообразные

и летучие

-растворенные

190

70,4

880,91

70,4

1070,91

, кг - 494,81 - - 494,81

O, кг - 55,67 - - 55,67

Окончание таблицы 5

Вещества

Расход Осталось

Всего

со

сдувочной и

перепускно

жидкостью

со

сдувочным

и газами

на

химически

е реакции

с паром

вскипани

в баке

щелока

котле

Вода, л (пар, кг) 1884,32 116,9 - 164,31

4831,1

574,5

7538,4

Древесина

(целлюлоза),к

- - 880 - - 880 1760

Органические

вещества, кг;

газообразные

и летучие

растворенные

190

70,4

792,82

88,09

70,4

1070,9

, кг 62,75 257,9 158,4 7,76 7,76 1,54 494,81

O, кг 6 - 43,5 - 5,56 0,62 55,67

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ПАРА НА ВАРКУ

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

КП 640089 ТД

Расход пара на варку может быть подсчитан теоретически путем

суммирования всех тепловых затрат. Сделаем такой расчет на одну варку,

используя полученные данные материального баланса варки. Расчет будем вести

отдельно для периодов заварки (подъем температуры до 110

С и стоянки на

заварке) и варки (подъем температуры от 110

С до конечной и стоянка при этой

температуре), так как расход пара на заварку и варку обычно сильно различаются

между собой.

Примем для расчета следующие данные:

Объем котла нетто, м

………………………………………………………………. 250

Площадь наружной поверхности, м

………………………………………………..270

Средняя толщина стальной стенки, мм……………………………………………….28

Масса кожуха котла (с арматурой), т………………………………………………….80

Толщина тепловой изоляции, мм……………………………………………………...50

Масса изоляционного слоя, т………………………………………………………….11

Теплоемкость, (кДж/(кг

С):

стали, с

………………………………………………………………………...0,49

тепловой изоляции, с

…………………………………………………………0,92

абсолютно сухой древесины, целлюлозы и

растворенных в щелоке органических веществ, с

.........................................1,34

варочная кислота, с

…………………………………………………………..4,19

Средняя температура стального кожуха,

С:

В начале заварки ……………………………………………………………….. 80

В конце заварки ………………………………………………………………. 105

В конце варки …………………………………………………………………. 140

Средняя температура тепловой изоляции,

С:

В начале заварке ……………………………………………………………….. 70

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

КП 640089 ТД

В конце заварки ………………………………………………………………... 80

В конце варки …………………………………………………………………... 90

Начальная температура,

С:

Щепы и влаги в ней (после загрузки с паровым уплотнением)…………….. 80

Варочной кислоты (после смешения с перепускной жидкостью)…………... 80

Конденсат пара, оставшегося в котле после уплотнения щепы…………….. 90

По данным материального баланса:

Выход воздушно-сухой целлюлозы из котла, т ………………………………… 28,44

Количество абсолютно сухой щепы,

загружаемой в котел, кг ………………………………………… 1760

28,44=50054,4

Количество влаги в щепе, кг …………………………………. 1173,3

28,44=33368,65

Количество конденсата пара

(при уплотнение щепы), кг…………………………………………180,0

28,44=5119,2

Количество закачанной кислоты (регенерационная

кислота плюс перепускная жидкость), л ………………….. 6183,13

28,44=175848,22

Количество кислоты, уходящей из котла

с жидкой сдувкой, л…………………………………………… 376,63

28,44=10711,36

Количество перепуска, отбираемого из котла, л ……………. 1507,69

28,44=42878,7

Режим варки, в часах:

Подъем температуры до 110

С: …………………………………………………… 2,0

Стоянка на заварке (на 110

С): ……………………………………………………. 3,0

Подъем температуры от 110 до 140

С: …………………………………………... 2,5

Стоянка на конечной температуре (140

С): ……………………………………… 1,0

2.1 Расчет потребления пара в период заварки (до 110

С)

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

КП 640089 ТД

Расход тепла в период заварки складывается из следующих статей,

рассмотрим эти статьи.

1. Нагрев абсолютно сухой щепы и растворенных органических веществ.

Количество органических веществ, содержащихся в исходной кислоте, заливаемой

в котел, составляет 190 кг/т целлюлозы или всего 190,0

28,44=5403,6 кг. Из них

11,25 кг/т, или всего 11,25

28,44=319,95 кг, уходит со сдувочной жидкостью при

средней температуре (80+110)/2=95

С.

= 50054,4

1,34

(110-80)+319,95

1,34

(95-80)+(50054,4-319,95)

1,34

(110-

80)=2222980,6 кДж.

2. Нагрев влаги в щепе

=33368,65

4,19(110-80)=2222980,6 кДж.

3. Нагрев конденсата пара парового уплотнителя

=5119,2

4,19

(110-90)=428988,96

4. Нагрев кислоты. Проведение жидкой сдувки начинается при температуре

С и заканчивается при 110

С, следовательно, средняя температура, до которой

успевает нагреться отбираемая жидкость, составляет 95

С. Остальное количество

кислоты нагревается до 110

С.

=10711,36

4,19

(95-80)+(175848,22-10711,36)

4,19

(110-80)=214300912,38 кДж.

5. Нагрев тепловой изоляции

=11000

0,92

(80-70)=101200 кДж.

6. Нагрев кожуха котла

=80000

0,49(105-80)=980000 кДж.

7. Потери от теплоотдачи в окружающую среду. Определяются по формуле

=KF

[(t

-t

)τ

+(t

-t

)τ

где К –общий коэффициент теплопередачи от содержимого варочного котла

окружающему воздуху, Вт/(м

2.0

С);

F –площадь наружной поверхности варочного котла (270 м

);

–средняя температура варочной кислоты за время подъема

температуры, (80+110)/2=95

С;

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

КП 640089 ТД