Новикова А.И. Модернизированная сульфатная варка целлюлозы: учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

100

Мощность двигателей и тип мешального устройства для перемеши-

вания массы в нижней части выдувного резервуара необходимо выбирать,

исходя из объема V

и концентрации массы в нижней части резервуара по-

сле разбавления щелоком из промывного отдела.

10. Размеры диффузора непрерывного действия, работающего при

атмосферном давлении.

Основной размер – это диаметр цилиндрической части диффузора d

; ,

⋅

,минм ,

)100(

⋅

−

⋅

сут

где Q

– объемная производительность, м

массы/мин;

C – концентрация массы, %, обычно C = 10 %;

– скорость массы в диффузоре (V

= 0,1 м/мин при высоте сит 1м),

м/мин.

Расстояние между ситами диффузора, работающего при атмосфер-

ном давлении, составляет δ = 225 ÷ 250 мм, поэтому число сит зависит от

11. Подогреватели для циркулирующего на подогрев варочного рас-

твора можно подобрать по рассчитанному объему варочного котла (V

котла

Известно, что на 1 м

варочного котла необходимо иметь 0,8 – 1,0 м

по-

верхности теплообмена в рабочем цикле и запасную поверхность теплооб-

мена, составляющую не менее 50 % рабочей поверхности теплообмена [5 и

др.].

11. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

ДЛЯ ПРИВОДА НАСОСОВ ВАРОЧНОЙ УСТАНОВКИ

Для расчета мощности насосов необходимо знать напор насоса. На-

пор насоса зависит от давления в аппарате, от высоты подачи в аппарат, от

сопротивления в трубопроводах.

Вначале необходимо рассчитать напор насоса [12].

101

Насос высокого давления для подачи варочного щелока в загрузоч-

ное устройство из уравнительного бака.

Производительность насоса

,чм ,

сутзагр

⋅

где V

загр

– объем щелока, подаваемого насосом высокого давления в загру-

зочное устройство, м

/т, в летний и зимний период;

сут

- производительность по воздушно-сухой целлюлозе, т/сут.

Мощность электродвигателя для привода насоса

,кВт ,

1023600

111

НП

N ⋅

⋅⋅

⋅

где Н

– напор насоса высокого давления для подачи в загрузочное устрой-

ство варочного раствора (от 150 до 200 м), м, необходимо рассчи-

тать;

– плотность щелока, γ

= 1140 – 1150 кг/м

;

η – общий коэффициент полезного действия насоса (0,4…0,9 - повыша-

ется с увеличением производительности насоса);

- коэффициент запаса, K

= 1,15…1,20.

Насос высокого давления для подачи черного щелока в низ варочно-

го аппарата на промывку целлюлозы, на разбавление и охлаждение массы

в разгрузочном устройстве перед выдувкой.

Производительность насоса

,чм ,

γ⋅

⋅

сут

где

W - объем черного щелока, м

/т;

Мощность электродвигателя для привода насоса

102

,_,

1023600

222

кВтK

НП

N ⋅

⋅⋅

⋅

где Н

– напор насоса высокого давления для подачи черного щелока в низ

котла (от 150 до 200 м), м, необходимо рассчитать учитывая дав-

ление в котле, высоту котла, потери напора [12];

– плотность щелока зависит от условий промывки массы, γ

= 1040 –

1060 кг/м

Насос обратной циркуляции щелока из загрузочного устройства.

Производительность насоса

,чм ,

сут

⋅

где V

- объем циркулирующего щелока, м

/т.

Мощность электродвигателя для привода насоса

,кВт ,

1023600

333

НП

N ⋅

⋅⋅

⋅

где Н

- напор насоса, Н

= 20…25 м;

– плотность зависит от условий варки, γ

= 1080…1120 кг/м

Насос для циркуляции щелока через подогреватели зон варки

Производительность насоса:

,чм ,

сут

⋅

где V

- объем циркулирующего щелока, м

/т.

Мощность электродвигателя для привода насоса

,кВт ,

1023600

444

НП

N ⋅

⋅⋅

⋅

где Н

- напор насоса, Н

= 20…25 м;

– плотность зависит от условий варки, γ

= 1080…1120 кг/м

После технологических расчетов оборудование варочной установки,

103

теплообменные аппараты и насосы выбирают по специальной литературе,

каталогам и отраслевым стандартам [1, 12 - 15].

12. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ ВАРОЧНОГО СУЛЬФАТНОГО ЩЕЛОКА

Исходные данные:

1. Расход белого щелока на варку целлюлозы, м

/ч, V

бщ

2. Расход черного щелока в качестве катализатора окисления в коли-

честве 1…5 % от объема белого щелока:

чм ,

100

⋅

бщ

чщ

;

.чм ,

100

⋅

бщ

чщ

3. Часовой расход воздуха при окислении белого щелока при расходе

воздуха 60…80 м

на 1 м

белого щелока:

возд

= V

бщ

· 60, м

/ч; V

возд

= V

бщ

· 80, м

/ч.

4. Степень заполнения окислительной установки ψ = 0,7…0,8.

5. Средняя продолжительность нахождения пузырьков воздуха в

окислительной установке 1…2 мин.

6. Объем воздуха в окислительной установке при одноминутном на-

хождении пузырьков воздуха в щелоке:

.минм ,

возд

V =

7. Рабочая высота окислительной установки Н = 15…20 м.

8. Рабочий объем окислительной установки:

раб

= V

бщ

+ V

чщ

+ V

, м

9. Общий объем окислительной установки с учетом степени запол-

нения емкости рабочей смесью (ψ = 0,8) /белый, черный щелок, воздух/.

общ

= V

раб

+ V

раб

· (1 – ψ), м

, или V

общ

= V

раб

/ ψ, м

10. Определение диаметра окислительной установки, если рабочая

высота слоя щелока H равна 15…20 м

104

раб

⋅

отсюда . ,

раб

π⋅

⋅

11. Общая высота окислительной установки:

. ,

общ

⋅

Если окисление осуществляется в течение 2-х часов и более, то в

расчет вносится соответствующее увеличение расхода белого и черного

щелоков, а расход воздуха остается таким же, но его подача распределяет-

ся на более продолжительное время, т.е. в течение 2-х и более часов.

Схемы окисления щелоков см. на рис. 11, 12.

После расчета окислительной установки турбовоздуходувку выби-

рают в литературных источниках [16].

13. ПРИГОТОВЛЕНИЕ И АНАЛИЗ ВАРОЧНЫХ РАСТВОРОВ

ДЛЯ СУЛЬФАТНОЙ ВАРКИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В ЛАБОРАТОРНЫХ

УСЛОВИЯХ

13.1.Анализ исходных химикатов для приготовления

варочных растворов; приготовление и анализ растворов [17]

13.1.1. Определение щелочности Na

1 г соды, взвешенной на аналитических весах в бюксе, переносят в

коническую колбу, приливают 50 мл дистиллированной воды и титруют

нормальным раствором HCl в присутствии метилоранжа (1 мл 1 н раствора

HCl соответствует 0,053 г Na

). По результатам анализа вычисляют

щелочность соды в % по формуле:

%, ,

100053,0

⋅

где a - количество мл 1 н раствора HCl, пошедшего на титрование;

k - поправка к 1 н раствору HCl;

b - навеска соды, г.

105

13.1.2. Определение содержания Na

S в растворе

В коническую колбу емкостью 250 мл отмеривают пипеткой 25 мл

0,1 н раствора йода, добавляют 5 мл H

концентрацией 20 % и 30 мл

воды. В подкисленный раствор йода вносят пипеткой 1 мл раствора Na

колбу закрывают пробкой, и содержимое ее тщательно перемешивают.

При этом происходит следующая реакция:

S + I

→ 2NaI + S.

Избыток йода титруют 0,1 н раствором Na

до появления желтой

окраски, затем добавляют 1 мл 0,5 %-го раствора крахмала и продолжают

титрование до обесцвечивания раствора.

По результатам титрования вычисляют концентрацию раствора сер-

нистого натрия в граммах на литр и выражают в единицах едкого натра (1

мл 0,1 н раствора Na

соответствует 0,004 г Na

S в единицах NaOH):

b = (25 k

- a · k

) · 0,004 · 1000 г/л,

где a - количество мл 0,1 н раствора Na

, пошедшего на титрование;

- поправка к 0,1 н раствору йода;

- поправка к 0,1 н раствору Na

Примечание. В реакцию с йодом наряду с Na

S вступает Na

, но содержание последних в растворе незначительно, при расчете

ими пренебрегают.

Зная количество граммов Na

S, необходимое на варку, и концентра-

цию раствора Na

S, вычисляют объем сернистого натрия, который нужно

взять для приготовления варочного раствора:

мл, ,

1000

SNa

⋅

где b – содержание Na

S в растворе, в единицах NaOH.

13.1.3. Определение концентрации раствора NaOH

1 мл раствора переносят в колбу с 30 мл дистиллированной и осво-

божденной кипячением от CO

воды, добавляют 2 капли фенолфталеина и

титруют 1 н HCl до исчезновения розового окрашивания.

106

По результатам титрования вычисляют концентрацию раствора ед-

кого натра в граммах на литр и выражают в единицах NaOH (1 мл 1 н рас-

твора HCl соответствует 0,04 г NaOH в единицах NaOH):

b = a · k · 0,04 · 1000, г/л,

где a - количество мл 1 н раствора HCl, пошедшего на титрование;

k - поправка к 1 н раствору HCl;

0,04 - титр 1 н раствора NaOH.

13.1.4. Определение активности Ca(OH)

и активности CaO

На аналитических весах взвешивают 0,5 г тонко измельченного

Ca(OH)

, переносят в коническую колбу емкостью 50 мл, куда отмеряют

бюреткой 20 мл 1 н раствора HCl. После перемешивания и полного рас-

творения навески титруют 1 н раствором NaOH в присутствии фенолфта-

леина до появления розового окрашивания.

По результатам титрования вычисляют в процентах активность

Ca(OH)

(1 мл 1 н раствора HCl соответствует 0,037 г Ca(OH)

%, ,

100037,0)20(

)(

kak

OHCa

⋅

−

⋅

где a - количество мл 1 н раствора NaOH, пошедшего на титрование;

- поправка к 1 н раствору HCl;

- поправка к 1 н раствору NaOH;

b – навеска Ca(OH)

в граммах.

При определении активности CaO необходимо взятую навеску осто-

рожно перемешать в конической колбе с водой для гашения извести и пре-

вращения ее в Ca(OH)

, после чего проводить определение по методике,

приведенной выше. В расчетной формуле учесть единицы CaO (1 мл 1 н

раствора HCl соответствует 0,028 г CaO). Активность CaO соответственно

будет:

%. ,

100028,0)20(

kak

CaO

⋅

−

⋅

Активность химикатов используют при взятии навески для проведе-

ния каустизации зеленого щелока.

107

13.2.Приготовление щелочных варочных растворов

13.2.1.Приготовление натронного варочного раствора

для варки с катализатором делигнификации

Состав варочного раствора

NaOH + Na

+ H

O + добавка антрахинона (АХ) или его аналогов.

Характеристика варочного раствора:

NaOH - активная щелочь, г/л в ед. Na

NaOH + Na

- общая щелочь, г/л в ед. Na

Степень активности (СА) варочного раствора

%. ,

100

CONaNaOH

NaOH

СА

⋅

Степень каустизации (СК) варочного раствора

%. ,

100

CONaNaOH

NaOH

СК

⋅

Для данного раствора степени активности и каустизации равны.

Водный раствор гидроксида и карбоната натрия в своем составе пе-

ред подачей на варку должен содержать добавку АХ, или АГХ, или других

катализаторов. Добавку можно предварительно смешать со щепой перед ее

загрузкой в автоклав. Расход каталитической добавки зависит от вида рас-

тительного сырья и от требований к полуфабрикату.

Исходные данные для расчета:

1.Масса абсолютно-сухой древесины (Д), г.

2.Влагосодержание древесины (W), % .

3.Гидромодуль варки (Г), мл/г .

4.Расход активной щелочи (Р

), % от абсолютно сухой древесины в

единицах Na

5.Расход каталитической добавки, % от абсолютно сухой древесины.

6.Степень активности варочного раствора (СА).

7.Концентрация исходной щелочи, г/л ед. NaOH.

8.Степень чистоты карбоната натрия (щелочность Na

), %.

108

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Пусть масса абсолютно-сухой древесины (Д) составляет 105 г; вла-

госодержание (W) древесины 20 %; гидромодуль варки (Г) равен 5:1; рас-

ход активной щелочи (Р

) 22 % в ед. Na

O от массы абсолютно сухой дре-

весины; степень активности варочного щелока (С

) – 87 %; расход катали-

тической добавки антрахинона (АХ) 0,1% от массы древесины (Д). Необ-

ходимо определить:

1. Количество активной щелочи (А

) на варку древесины (Д) в зави-

симости от ее расхода (Р

)

ONa ед.г 1,23

100

105

100

=⋅=⋅=

ДА

или

NaOH. ед.г 8,29

1,23

=⋅=⋅=

ONaГ

NaOHГ

АА

ЭКВ

ЩЩ

2. Объем активной щелочи, V

NaOH

Обычно едкий натр в лабораторных условиях хранят в виде раство-

ра, поэтому необходимо определить концентрацию раствора. Для этого

1 мл раствора NaOH переносят в колбу c 30 мл дистиллированной воды,

освобожденной кипячением от углекислого газа, добавляют 2 капли фе-

нолфталеина и титруют 1 н HCl до появления розового окрашивания. Рас-

считывают концентрацию гидроокиси натрия

NaOH

= a · k · 0,04 · 1000, г/л,

где a - количество мл 1 н раствора HCl, пошедшего на титрование;

k - поправка к 1 н раствору HCl;

0,04 - титр 1 н раствора NaOH, г/см

или г/мл.

Допустим, что концентрация раствора NaOH - 149 г/л ед. NaOH, то-

гда объем раствора составит

мл. 200

149

1000

8,29

1000

=⋅=

⋅

NaOH

109

3. Количество общей щелочи

O.Na ед.г 55,26

100

1,23

100

=⋅=⋅=

АО

Масса Na

O,Na ед.г 45,31,2355,26

=−=−=

CONa

АОm

или

.CONa ед.г 85,5

45,3

=⋅=⋅=

ONaГ

CONaГ

ЭКВ

CONa

При взятии навески необходимо учитывать степень чистоты соды,

для чего берут 1 г Na

, растворяют в 50 мл дистиллированной воды,

титруют 1 н раствором HCl в присутствии индикатора метилоранжа и рас-

считывают степень чистоты соды

%, ,

100053,0

CONa

⋅

где a - количество мл 1 н раствора HCl, пошедшего на титрование;

k - поправка к 1 н раствору HCl;

b - навеска Na

, г; (1 мл 1 н HCl соответствует 0,053 г Na

Допустим,

CONa

C составит 98 %, тогда масса соды при взятии на-

вески составит

г. 96,5

100

85,5

100

=⋅=⋅=

CONa

4. Количество каталитической добавки, К

, допустим антрахинона

(АХ);

а.антрахинонг 105,0

100

1,0

105

100

=⋅=⋅=

АХ

ДК