Жудро С.Г. Технологическое проектирование целлюлозно-бумажных предприятий

Подождите немного. Документ загружается.

па повышенную производительность, обеспечивающую наряду с текущей по-

требностью производства также и создание запаса.

Определение сметной стоимости дополнительных сооружений (силосные

склады, транспортеры и пр.) и удорожание стоимости оборудования вслед-

ствие увеличения его производительности увеличит первоначальные затраты,

вызванные принятым режимом работы. Помимо этих затрат, должны также

быть учтены изменения в эксплуатационных затратах при намеченном ре-

жиме работы цехов, что позволит судить об экономической эффективности

этого режима.

" , РАСЧЕТЫ, СВЯЗАННЫЕ С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ КОЛИЧЕСТВА

ДРЕВЕСИНЫ

\ Основным сырьем для получения волокнистых полуфабри-

катов, из которых изготовляется различная целлюлозно-бумаж-

ная продукция, является древесина. Расчеты, связанные с опре-

делением количества древесины, необходимой для проектируе-

мого производства, как это видно из нижеследующих примеров,

являются неотъемлемой частью основных технологических рас-

четов.

Пример 2. Величина расхода балансов на варку целлюлозы и вели-

чина выхода целлюлозы из древесины тесно связана с весовым содержанием

абсолютно сухого вещества (а. с. в.) древесины в 1 ж

. Если, например, мы

имеем еловую древесину с весовым содержанием а. с. в., равным 375 кг/м

и проектируем получить выход целлюлозы из древесины 65%, то расход чис-

тоокоренных балансов франко-варочный котел составит

1000-0,88 „

. ,

i — = 3,6 ж

на варку 1 т целлюлозы брутто.

375-0,65

Пример 3. Объемный вес древесины и содержание в ней абсолютно

сухого вещества определяется с учетом физико-механических свойств раз-

личных пород древесины в зависимости от района ее произрастания. В таб-

лицах обычно приводятся значения объемного веса некоторых видов, древе-

сины при 15%-ной влажности -yis и в абсолютно сухом состоянии у

Для определения объемного веса древесины той или иной

породы при влажности выше точки насыщения волокон, т. е.

при влажности выше 30%, необходимо значение объемного

веса при 15%-ной влажности пересчитать, пользуясь следую-

щими формулами:

а) для березы, бука и лиственницы, имеющих коэффициент

объемной усушки 0,6,

— '

+0,01^

W-

1;22

И5'

б) для остальных пород, имеющих коэффициент объемной

усушки 0,5,

_ г+О.ОНГ

~ 1,203

Tl5

где

—

объемный вес при влажности выше точки насыщения

волокон, г/см

;

—

влажность, %;

Yis — объемный вес при 15%-ной влажности.

•0,46 = 0,497 г/см

Так, например, для ели обыкновенной, произрастающей на

Севере европейской части СССР, объемный вес при 15%-ной

влажности составляет 0,46 г/см

При 30%-ной влажности объемный вес составит

—

+ 0,01-30

~ 1,203

Таким образом, при 30%-ной влажности еловая древесина,

имеющая объемный вес 0,497 г/см

, будет содержать абсолютно

сухого вещества —^ =0,384 г/см

, или 384 кг в 1 пл. м

древесины.

В нормах технологического проектирования аналогичным

методом определены средние значения содержания а. с. в. для -

пород древесины, произрастающих в СССР, указанных в табл. Г.

Таблица!

Содержание а. с. в. в различных породах древесины

Порода древесины

Ель

Пихта

Лиственница

Береза

Кедр

Среднее содержание а. св. в породах,

произрастающих

в европейской части

СССР

384

446

557

525

350

в азиатской части

СССР

375

315

397

529

564

415

370

Пример 4. При выполнении различных технологических расчетов при-

ходится часто пользоваться величиной влажности древесины.

Величина влажности М

— это выраженное в процентах отношение веса

влаги в древесине к весу абсолютно сухой древесины (а. с. д.), т. е.

—

влага в

Древесине

а. с. д.

_Р

-Р

100,

где Р, — вес элемента древесины до сушки;

Р — вес того же элемента древесины в абсолютно сухом состояния.

Величина влажности М

— это выраженное в процентах отношение веса

влаги в древесине к общему весу древесины и влаги, т. е.

влага в древесине

а. с. д. + влага

100,

Pi-

100.

Для перехода от величины М

к М

пользуются следующими соотно-

шениями:

100Л1

.. 100Л1о

— •

— и М

= — .

100 + М

100 —М

Пример 5. Количество древесины, потребляемой в производственных

цехах, представляет собой количество «нетто», т. е. не учитывает потери

древесины при ее подготовке для технологического использования. Эти по-

тери зависят от характеристик древесины, методов ее переработки и от дру-

гих факторов.

Усредненные нормы потерь древесины в процентах по отдельным про-

изводственным операциям на лесных биржах и в древесно-подготовительных

цехах, обычно принимаемые при проектировании, приведены ниже.

Отходы древесины в виде опилок при распиловке от

объема: у

на двухпильных слешерах 0,30/*

» трехпильных » 0,45

» пятипильных » (включая одну обрез-

ную пилу) 0,60

Отходы древесины на оторцовку (при наличии дре-

весномассного производства) 0,3

Потери при окорке:

в корообдирочных барабанах для коротья:

при окорке сплавной древесины 1,5

» » древесины железнодорожной постав-

ки или подаваемой с лесобиржи 2,0-

в окорочных бункерах для длинника:

при окорке сплавной древесины, включая лом . . 1,5

Потери при промывке баланса в барабанах 0,5

Отходы » рубке на .многоножевых машинах:

мелочь (с учетом мелочи от дробления крупной

шепы) 2,0

крупная щепа, идущая на дезинтегрирование . . 1,0

При определении потребного количества древесины для производства

волокнистых полуфабрикатов приходится учитывать количество коры, отде-

ляемой от древесины.

Таблица 2

[Содержание коры в различных породах древесины

Вид древесины

Береза обыкновенная

Ель обыкновенная

Лиственница сибирская

Осина

Сосна обыкновенная

Место произрастания

Европейская часть СССР

Север европейской части СССР

Восточная Сибирь

Европейская часть СССР

Хабаровский и Приморский

края

Хабаровский край

Количество коры,

кг\п/

абсо-

лютно

сухой

. м

влаж-

ностью

55%

•

130

160

130

Б табл. 2 указано принимаемое обычно при проектировании количество

коры для некоторых пород древесины. При определении показателей свойств

древесины, кроме названия древесной породы, необходимо знать район ее

произрастания, так как в зависимости от района свойства могут быть раз-

личны.

Для пересчета веса коры указанной в таблице влажности в другие поль-

зуются формулами

4 w

ЮО-IF

100-

где Q

— вес коры данной влажности, кг; ,

—

относительная влажность образца коры, %;

Q-—вес абсолютно сухой коры, кг;

5 — вес коры при влажности ее 55%, кг;

Пример 6. Количество опилок, получаемых при распиловке древесины,.

можно определить расчетом, показанным на следующем примере. |

Толщина диска круглой пилы равна примерно 0,0033 его диаметра. |

Зубья разводятся до 1,5 толщины диска. Количество опилок зависит от ши-1

рины пропила.

При диаметре диска 1000 мм толщина диска 1000-0,0033=3,3 мм, а ши-

рина пропила 3,3-

1,5=5,0

мм.

Обозначив объем бревна V, его длину /, средний диаметр d, ширину

пропила s, число пропилов п и объем опилок v, получим

V= /; v — sn.

4 4

Для определения процентного отношения х объема опилок к объему

бревна пользуются формулой

100У

l00r^sn-4 WOsn

X = , ИЛИ X -

ЫйЧ I

Если длина бревна 6 000 мм, ширина пропила 5 мм, число пропилов 4,

то процентная величина потерь

6000

Если известен вес древесины и процентная величина потерь, то можно

определить потерю древесины на опилки в весовых единицах. При ленточ-

ных пилах, имеющих меньшую толщину, потери меньше.

РАСЧЕТЫ КОНЦЕНТРАЦИИ МАССЫ

Под концентрацией подразумевают содержание абсолютно

сухого вещества в единице объема или в единице веса массы.

При практических расчетах вес разбавленной массы приравни-

вают к весу воды, принимая вес одного литра массы равным

2 кг, а вес одного кубического метра —

т. Как видно из при-

веденных дальше примеров, эта условность вызывает неточ-

ности, величина которых возрастает с увеличением концентра-

ции массы. Однако при всех практических расчетах этими не-

точностями пренебрегают и пользуются соотношениями между

различными выражениями концентрации и разжижения (раз-

бавления) массы, приведенными в табл. 3.

Как следует из таблицы, концентрацию массы с выражают

или в процентах, или величиной с

, в 10 раз большей, чем с,

и выражающей содержание абсолютно сухого вещества в грам-

мах в 1 л или в 1 м

массы. Пользуются также соотношением

Таблица 3

Различные выражения концентрации массы

Степень разжижения

(разбавления) массы

1 : (п + 1)

1 : 10

100

150

200

250

300

400

Процентное

содержание

а. с. в. в массе с

0,7

0,5

0,4

0,33

0,25

Содержание

на 1 л массы

100

3,3

2,5

Содержание

на

массы с

100

3,3

2,5

1:(я+1),

характеризующим степень разбавления массы, где

—

число весовых частей жидкости, приходящихся на одну

весовую часть волокна.

Связь между различными выражениями концентрации опре-

деляется следующими соотношениями:

_ ЮО .

п+

0с =

100

я+

1000

п+

1000

Пример 7. Требуется определить содержание а. с. в. в массе и степень

разбавления при концентрации массы с=5.

ЮС :

10-5 = 50 г на 1 уг массы;

1000 1000

20.

Степень разбавления массы будет 1 : 20.

Пример 8. Необходимо определить сколько потребуется воды, чтобы

из 1 т абсолютно сухого волокна приготовить массу, имеющую концентра-

цию 2% и какой вес и объем будет иметь эта масса?

100 100

50;

Следовательно, степень разбавления равна 1 : 50 и вес массы будет ра-

вен 50 г, а объем 50 м

; /г=50—1=49.

Следовательно, воды потребуется 49 т, или 49 м

Пример 9. Требуется определить удельный вес целлюлозной массы

с концентрацией ci 8% при ее температуре ^=40° С и удельном весе целлю-

лозного волокна

l>53

г/см

произрастания,

так как в

зависимости

от

района свойства могут быть раз-

личны.

Для пересчета веса коры указанной

таблице влажности

другие поль-

зуются формулами

=-QW-

„ли Q

Qu(lOO-№)

100 —

100—

где Q

—вес коры данной влажности,

кг; ,

№

—относительная влажность образца коры,

Q-—вес абсолютно сухой коры,

кг;

Qss

— вес коры при влажности

ее

55%,

кг;

Пример

Количество опилок, получаемых

при

распиловке древесины,

можно определить расчетом, показанным

на

следующем примере.

Толщина диска круглой пилы равна примерно 0,0033

его

диаметра.

Зубья разводятся

до 1,5

толщины диска. Количество опилок зависит

от ши-

рины пропила.

При диаметре диска 1000

мм

толщина диска 1000-0,0033=3,3 мм,

а ши-

рина пропила 3,3-

1,5=5,0

мм.

Обозначив объем бревна

V, его

длину

средний диаметр

ширину

пропила

число пропилов

п и

объем опилок

получим

= /; v = sn.

Для определения процентного отношения

объема опилок

объему

бревна пользуются формулой

lOOu

100MPSW-4

lOOs/г

= , или х = = .

V 4ксЫ

Если длина бревна 6 000

мм,

ширина пропила

5 мм,

число пропилов

то процентная величина потерь

х=

100^4

6000

Если известен

вес

древесины

и-

процентная величина потерь,

то

можно

определить потерю древесины

на

опилки

весовых единицах.

При

ленточ-

ных пилах, имеющих меньшую толщину, потери меньше.

РАСЧЕТЫ КОНЦЕНТРАЦИИ МАССЫ

Под концентрацией подразумевают содержание абсолютно

сухого вещества

единице объема

или в

единице веса массы.

При практических расчетах

вес

разбавленной массы приравни-

вают

весу воды, принимая

вес

одного литра массы равным

кг, а вес

одного кубического метра —

т.

Как

видно

из

при-

веденных дальше примеров,

эта

условность вызывает неточ-

ности, величина которых возрастает

увеличением концентра-

ции массы. Однако

при

всех практических расчетах этими

не-

точностями пренебрегают

пользуются соотношениями между

различными выражениями концентрации

разжижения (раз-

бавления) массы, приведенными

табл.

Как следует

из

таблицы, концентрацию массы

выражают

или

процентах,

или

величиной

, в 10 раз

большей,

чем с,

и выражающей содержание абсолютно сухого вещества

грам-

мах

в 1 л или в 1 м

массы. Пользуются также соотношением

Таблица 3

Различные выражения концентрации массы

Степень разжижения

(разбавления) массы

1 : (л + 1)

1 : 10

100

150

200

250

300

400

Процентное

содержание

а. с. в. в массе с

0,7

0,5

0,4

0,33

0,25

Содержание

100

3,3

2,5

Содержание

на 1 м

массы с

100

3,3

2,5

1 : (й+1), характеризующим степень разбавления массы, где

—

число весовых частей жидкости, приходящихся на одну

весовую часть волокна.

Связь между различными выражениями концентрации опре-

деляется следующими соотношениями:

_ 100 .

п+

0с =

100

л+

1000

я+1 *

1000

Пример 7. Требуется определить содержание а. с. в. в массе и степень

разбавления при концентрации массы с=5.

10с =

п+ 1

10-5 = 50 г на 1 л массы;

1000 1000

20.

Степень разбавления массы будет 1 : 20.

Пример 8. Необходимо определить сколько потребуется воды, чтобы

из 1 г абсолютно сухого волокна приготовить массу, имеющую концентра-

цию 2% и какой вес и объем будет иметь эта масса?

100 100

50:

Следовательно, степень разбавления равна 1 :50 и вес массы будет ра-

вен 50 г, а объем 50 м

; л=50—1=49.

Следовательно, воды потребуется 49 т, или 49 ж

Пример 9. Требуется определить удельный вес целлюлозной массы

с концентрацией с\ 8% при ее температуре £=40° С и удельном весе целлю-

лозного волокна

= l,53 г/см

Если содержание волокна 8%, то содержание воды с

=92%. При темпе-

ратуре 40° С удельный вес воды 72=992,2 кг/м

7i = '.53 г/см», или

-Ь

1530 кг/м

Удельный вес смеси

_ Л^М^

1530.8 + 992,2-92

100 100

При тех же условиях, но при Ci=20% получим

1530-20 + 992,2-Ю

100

= 1100 кг/м

Пример 10. Необходимо определить удельный вес бумажной массы

с концентрацией

= 6%, при t=20°C, если удельный вес волокна 7i =

= 1,5 кг/см

;

1 5-10

Ti = 1,5 г/см

, или — = 1500 кг/м

При 20° С удельный вес воды Y2 =

998,2

кг/м

Удельный вес смеси

7А

+ щ

1500-6 + 998,2.94

100 100

РАСЧЕТЫ ВЛАЖНОСТИ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Пример 11. Число, показывающее содержание влаги в 100 частях ве-

щества, определяет процент влажности этого вещества. Например, если

в 100 кг целлюлозы содержится 7 кг влаги, то влажность этой целлюлозы 7%.

Если Р — вес вещества, ар — процент влажности, то содержание в ве-

ществе влаги W определяется из соотношения

U7 = -^=0,01Pp.

100

Так, если в вагон погружено 20 г целлюлозы с влажностью 45%, то ко-

личество содержащейся в целлюлозе влаги равно

W =20-0,45 = 9 т.

Пример 12. Абсолютно сухим называется вещество, совершенно не

содержащее влаги. В лабораторных условиях такое вещество получают

высушиванием вещества в течение нескольких часов до постоянного веса

при температуре 105° С.

Если волокнистый материал имеет некоторое количество влаги и по-

требуется найти вес абсолютно сухого вещества в этом материале, то можно

пользоваться соотношением

= 0,01Р(100— р),

где Pi — количество а. с. в. в материале;

Р — вес материала, содержащего влагу;

— процент влажности.

Требуется, например, определить сколько содержится а. с. в. в кипе цел-

люлозы весом 200 кг, если ее влажность 12%.

Pj = 0,01 -200 (100

—

12) = 176 кг.

Пример 13. Чтобы перейти от известного веса а. с. в. к весу с другим

содержанием влажности используют соотношение

^ Pi-100

100

—

р '

где Р — вес вещества, приведенный к заданной влажности;

—

вес а. с. в.;

•р—

процент влажности, к которому приводится а. с. в.

Например,

если целлюлоза в абсолютно сухом состоянии весит 2,5 т,

то та же целлюлоза, приведенная к 12% влажности, будет весить

2,5-100

Р—— =2,84 т.

100—12

Пример 14. Чтобы привести вес вещества с известным процентом

влажности р к весу с большим или меньшим процентом влажности Я] ис-

пользуют соотношение

Р -. PQ00-P)

(юо

) '

где Рг

•—

вес вещества с новой влажностью;

Р — вес вещества с известным процентом влажности;

—

известный процент влажности вещества;

рх

— новый процент влажности вещества.

Например,

требуется определить, сколько будет весить 20

бумаги, влаж-

ностью 12%, если бы ее влажность была 7%.

20 (100-12)

100

—

Пример 15. Для того чтобы определить процент влажности вещества,

тогда когда известны его вес во влажном состоянии и а. с. в., используют

соотношение

=^=ZLIOO,

где ff—процент влажности;

—

вес вещества во влажном состоянии;

Р\

•—

вес а. с. в.

Отобранная проба целлюлозы весит 0,4 кг. Та же проба, высушенная

до а. с. в., весит 0,37 кг. Процент влажности этой пробы

0,4 - 0,37

100 Б

ц,

0,4

РАСЧЕТЫ, СВЯЗАННЫЕ С ГИДРАВЛИКОЙ

В целлюлозно-бумажном производстве в больших количест-

вах используются различные агенты в жидком виде. Особенно

в большом количестве используется вода. Вполне естественно

поэтому, что при технологическом проектировании возникает не-

обходимость решения самых разнообразных задач, связанных

с гидравликой. Ниже приводятся примеры решения некоторых

этих задач.

Пример 16. Определить глубину погружения плывущего соснового

бревна x—d — h диаметром d=26 см, при весе единицы объема (1 ж

) сы-

рой сосны

800

кг/м

, а воды 7=Ю00 кг/м

, если угол, показанный на

рис.

2, равен ф.

По закону Архимеда имеем для 1 пог. м бревна

r.d

—

Sin

Тс =

4 8 \ 180

где второй член выражения в прямых скобках определяет площадь круго-

вого цилиндрического сегмента со стрелой h (рис. 2).

После сокращения получим

Тс

отсюда

180

2 \ 180

sin

•

= 2|1

2 1

800

1000

0,4.

Рис

Решаем это уравнение подбором, задаваясь

различными значениями ф.

CD°

150

140

130

121

180

0,830

0,777

0,722

0,672

sin 9

0,500

0,643

0,766

0,857

sin с

Г.

0,159

0,202

0,244

0,272

9 sin

180 it

0,671

0,575

0,478

0,400

//'/s;;;f>/

Уравнение справедливо при ф=121°.

Величина стрелы верхнего сегмента

•cos-!-) = 13(1

•

Рис.

•0,492) = 6,6 см.

Глубина погружения бревна

х = d

—

h = 26

—

6,6 = 19,4 см.

Пример 17. Для непрерывного транспорта различного вида волокни-

стых масс часто используют каналы и лотки. Для регулирования количества

перемещаемой массы в этом случае применяют подпорные щиты (шандоры).

При низкой концентрации массы условия ее движения по каналам и лоткам

аналогичны движению воды.

Для решения отдельных задач отметим некоторые положения гидравлики.

При вытекании из-под щита масса подвергается одностороннему, сжа-

тию (рис. 3).

В этом случае коэффициент сжатия

= 0,65-^0,67; скорости ф = 0,97;

расхода (1=0,63-^0,65, |х=8ф.

Расход Q при свободном истечении (без подтопления со стороны ниж-

него бьефа) вычисляется по формуле

Q = fxto Y~2g (#o — h

) =

(АШ

VzgZo,