ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

4.1 Исходные данные.

Расход активной щелочи на варку - (A)

Степень сульфидности щелока – 0,25 (S)

Степень каустизации – 0,85 (K)

Степень восстановления – 0,95 (B)

Концентрация активной щелочи в белом щелоке – 103 г Na₂O /л (C_a)

Количество отходов от гасителя в виде песка и камней – 5 % от массы извести (O₁)

Потери щелочи с этими отходами – 3 % от массы отходов (П₁)

Количество шлама зеленого щелока – 12 кг/т в.с. целлюлозы (Ш_зел)

Потери щелочи с промытым шламом зеленого щелока – 3 % от массы шлама (П₂)

Степень уплотнения шлама зеленого щелока в осветлителе – (У_з)

Содержание щелочи в известковом шламе после фильтра со сходящим полотном – 1,5 % в ед. Na₂O (Ш_шл)

Содержание щелочи в известковом шламе перед обжигом – 0,5 % в ед. Na₂O. (П₃)

В том числе в виде двойного карбоната – 0,4 % (П₄)

Сухость известкового шлама после фильтра со сходящим полотном – 50 % (Ш₁)

Сухость шлама зеленого щелока после фильтра со сходящим полотном – 10 % (Ш₂)

Сухость известкового шлама после вакуум-фильтра – 55 % (Ш₃)

Концентрация шлама в бункере-хранилище – 35 % (Ш₄)

Расход воды на промывку шлама на фильтре со сходящим полотном для белого щелока – 2,0 м³/т а.с. шлама (В₁)

Расход воды на промывку шлама зеленого щелока на фильтре со сходящим полотном –50 м³/т а.с. шлама (В₂)

Расход воды на промывку известкового шлама на вакуум-фильтре–3,0 м³/т а.с. шлама (В₃)

Расход воды на промывку отходов на классификаторе – 10 м³/т а.с. шлама (В₄)

Потери жидкости при испарении – 2 % от объема зеленого щелока (П_и)

Принимаем, что в каустизаторы пар не подается, а осуществляется предварительный нагрев зеленого щелока перед каустизацией в подогревателе, и весь фильтрат от фильтра со сходящим полотном направляется на варку.

Расчет ведем на 1 т в. с. целлюлозы.

4.2 Материальный баланс.

1) Определение состава белого щелока и количества образующегося известкового шлама.

В белом щелоке содержится (в ед. Na₂O)

NaOH (Щa)=A*(100-S)=360*(100 - 0.25)=270 кг

Na₂S (Щs)=A-Щa=360 - 270=90 кг

Na₂CO₃ (Щc)=

Na₂SO₄ (Щв)=

Итого всей щелочи (Na₂O):

Що=Ща+Щs+Щс+Щв=270+90+47,65+4,74 = 412,39 кг

Объем белого щелока, направляемого в варочный отдел (V₀):

Концентрация всей щелочи (С₀):

Концентрация титруемой щелочи (Ст):

Количество соды в зеленом щелоке :

Практический расход извести (Ипр) составляет 90 % от теоретического:

С учетом содержания активной CaO в извести 85 % фактический расход ее (Иф) составит:

Определяем количество шлама (Шо), образующегося при каустизации, принимая во внимание, что он состоит из карбоната кальция (Шк), гидрата окиси кальция (за счет непрореагировавшей извести) (Шг) и инертных примесей (Ши):

0,85-доля активного CaO в извести;

К – процент каустизации в щелоке;

90 – теоретический расход извести, %;

100 и 56 – молекулярные массы СаСO₃ и СaO.

74 – молекулярная масса Ca(OH)₂

Шо=Шк+Шг+Ши=435,5+19+45,6=500,1 кг

2) 2) Баланс жидкости.

Количество отходов от гасителя-классификатора (Ог):

Oг=Иф*О1=303,79*0,05=15,20 кг

За счет этого уменьшится общее количество шлама :

Количество жидкости, уходящей с известковым шламом в бункер от фильтра со сходящим полотном (Vб1):

γ – плотность жидкости.

Количество воды, расходуемое на промывку известкового шлама на фильтре со сходящим полотном :

Количество крепкого белого щелока, приходящего на фильтр со сходящим полотном из каустизаторов (Vб) с учетом, что общее количество отбираемой жидкости на фильтре (V₀) – 3,50 м³, можно рассчитать из равенства:

Количество жидкости, находящейся со шламом в бункере-хранилище (Vб4):

 

Количество воды, подаваемой в бункер шлама (Vв):

Vв=Vб4-Vб1=0,89-0,48=0,41 м³

 

Количество жидкости, сопровождающей шлам после вакуум-фильтра :

Количество воды, подаваемой на вакуум-фильтр для промывки шлама (:

Количество фильтрата, отбираемого при промывке шлама на вакуум-фильтре (Vф), исходя из равенства:

Количество воды, попадающей в зеленый щелок при промывке отходов классификатора :

Объем зеленого щелока, приходящегося на каустизацию с учетом потерь при испарении (Vзел), определим из равенства:

Теряется в виде паров:

2,92*0,02=0,06 м³

Количество крепкого зеленого щелока, сопровождающее шлам при откачке из отстойника :

Объем крепкого зеленого щелока, приходящего из растворителя плава (Vзел1):

Количество жидкости, уходящей со шламом зеленого щелока в отвал :

Количество горячей воды, подаваемой для промывки шлама зеленого щелока на фильтр со сходящим полотном (Vв)

Vв=В₂*Шзел=50*0,012=0,60 м³

Количество слабого зеленого щелока, образующегося при промывке шлама на фильтре со сходящим полотном (:

Количество воды, добавляемой в бак слабого щелока для растворения плава (:

Составление баланса жидкости, м³:

Приходит зеленый щелок из растворителя плава:3,28

Приходит промывная жидкость

· На фильтр со сходящим полотном для белого щелока:0,97

· На фильтр со сходящим полотном для зеленого щелока:0,60

· На вакуум-фильтр:1,46

Приходит воды в бункер шлама:0,41

Приходит воды в бак слабого щелока:0,47

Приходит воды при промывке отходов классификатора:0,152

Итого:7,34

Уходит крепкий белый щелок на варку:3,50

Уходит слабый щелок в растворитель плава:3,28

Уходит с известковым шламом на обжиг:0,39

Уходит со шламом зеленого щелока:0,11

Теряется в виде паров:0,06

Итого:7,34

Выход белого щелока от зеленого составляет:

3) Баланс щелочи.

Потери щелочи с отходами гасителя-классификатора (Пг):

Пг=Ог*П₁=15,2*0,03=0,46 кг

Потери щелочи с промытым шламом зеленого щелока (Пзщ):

Пзщ=Шзел*П₂=12*0,03=0,36 кг

Потери щелочи с промытым известковым шламом (Пиш):

Пиш=

В том числе в виде двойного карбоната (Пишк):

и в виде растворимой щелочи (Пишр):

Пишр=0,49 кг

Общие потери щелочи (Побщ):

Побщ=Пг+Пзш+Пиш=0,46+0,36+2,43=3,3 кг

Количество всей щелочи, приходящей с плавом в растворитель (Щ₁):

Щ₁=Що+Побщ=412,39+3,3=415,69 кг

Количество щелочи, уходящей со шламом в бункер-хранилище (Щб):

Концентрация крепкого зеленого щелока (С₁), исходя из равенства:

Vзел*С₁=V₀*C₀+Пг+Пишк+Щб

Концентрация слабого зеленого щелока (С₂), идущего на растворение плава:

Концентрация слабого зеленого щелока (С₃), полученного при промывке шлама на фильтре со сходящим полотном:

Концентрация слабого белого щелока (С₄), полученного при окончательной промывке известкового шлама на вакуум-фильтре:

Составление баланса щелочи по потоку, кг Na₂O:

Поступает в растворитель с плавом: 415,69

Поступает в растворитель со слабым щелоком: 17,82*3,28=58,45

Уходит с зеленым щелоком: 474,14

Приходит в осветлитель зеленого щелока: 144,55*3,28=474,12

Уходит с осветленным зеленым щелоком в гаситель-классификатор: 144,55*2,92=422,09

Уходит со шламом на фильтр со сходящим полотном:474,14-422,09=52,05

Приходит на фильтр со сходящим полотном со шламом зеленого щелока: 144,55*0,36=52,04

Уходит со слабым зеленым щелоком в бак-сборник зеленого щелока: 60,8*0,85=51,68

Уходит со шламом зеленого щелока в отвал: 52,04-51,68=0,36

Приходит в гаситель-классификатор с зеленым щелоком: 422,09

Уходит с отходами гасителя-классификатора: 0,46

Переходит в шлам в виде двойного карбоната: 1,94

Приходит с белым щелоком на фильтр со сходящим полотном: 422,09-(0,46+1,94)=419,69

Уходит с крепким белым щелоком на варку: 117,83*3,5=412,4

Уходит со шламом в бункер-хранилище: 419,69-412,4=7,29

Приходит на промывной вакуум-фильтр со шламом: 7,27

Уходит со шламом на обжиг: 0,49

Уходит с фильтратом вакуум-фильтра в сборник слабого щелока: 7,27-0,49=6,78

Приходит в сборник с фильтратом слабого щелока: 3,46*1,96=6,78

Потери щелочи от поступающего в отдел количества в виде Na₂O составляют:

 

 

4.3 Тепловой баланс.

Исходные данные:

Начальная температура зеленого щелока; 60 ⁰C

Конечная температура: 102 ⁰C

Удельная теплоемкость зеленого щелока: 3,81 кДж/кг*⁰С

Теплоемкость извести: 0,80 кДж/кг*⁰С

Тепло, выделяющееся при гашении извести: 1160 кДж/кг

Плотность зеленого щелока: 1,1 т/м3

Количество затрачиваемого тепла (Qп) определяем из уравнения теплового баланса:

Qп=Qзщ+Qизв-Qхр

Qзщ и Qизв – тепло на нагрев зеленого щелока и извести;

Определим температуру, до которой надо нагреть зеленый щелок, чтобы обеспечить необходимые условия каустизации, с учетом потерь тепла в окружающее пространство-10%,тогда:

1,1*Qп=2850*1,1*3,81*(t-60)

t=84 ⁰C, следовательно, необходимо предварительно нагреть щелок до 84 ⁰С.

Расход пара (Дп):

i”-теплосодержание пара при P=3 кгс/см²;

i_к- теплосодержание конденсата при 84 ⁰С

5. РАСЧЕТ И ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ

Производительность варочного отдела на заводе:

Выработка белого щелока:

3,50*685=2397,6 м³/сут=100 м³/ч;

Поступление в цех зеленого щелока:

3,28*685=2247 м³/сут=94 м³/ч;

Расход извести на каустизацию:

303,79*685=208096 кг/сут=8672 кг/ч;

Подача шлама на обжиг:

484,9*685=332157 кг/сут=13840 кг/ч;

Подача шлама зеленого щелока в отвал:

12*685=8220 кг/сут=343 кг/ч;

Осветлитель крепкого зеленого щелока.

Для расчета примем:

Плотность щелока (γ) – 1100 кг/м³;

Скорость осаждения (W) – 0,65 м/ч;

Концентрация шлама в поступающем зеленом щелоке, %:

12 – количество шлама на 1 т в.с.целлюлозы;

3,28 – объем зеленого щелока на 1 т в.с.целлюлозы.

Концентрация шлама в откачиваемой на промывку суспензии:

Поверхность осветлителя:

G – производительность отстойника по щелоку;

β – отношение концентрации шлама в поступающей и откачиваемой суспензии;

 

1,2 – коэффициент резерва оборудования;

Принимаем к установке однокамерный осветлитель 292-58.10

Его характеристика:

Диаметр корпуса, м – 14;

Площадь осветления, м² – 155;

Высота зоны осветления, м – 6,9;

Мощность электропривода мешалки, кВт – 3,0;

подъемного механизма, кВт – 2,2.

Фильтр со сходящим полотном для промывки шлама зеленого щелока.

Примем съем шлама 300 кг/сут, тогда поверхность барабана:

С учетом резерва оборудования:

27,4*1,2=33 м²

Устанавливаем фильтры БсхТШ-20-2,6К

Поверхность барабана, м² – 20;

Диаметр барабана, мм – 3400;

Длина барабана, мм – 1650;

Мощность привода, кВт

барабана, кВт – 5,5;

мешалки, кВт – 3,0;

Количество фильтров:

 

 

Гаситель-классификатор.

Для гашения извести и очистки реакционной смеси устанавливаем гаситель с винтовым классификатором. С целью обеспечения полноты гашения время пребывания извести должно составить 20 минут.

Объем зеленого щелока:

Объем извести:

2,3 – плотность извести.

Общий объем реакционной смеси составляет:

31,3+1,3=33 м³

С учетом резерва оборудования объем гасителя должен быть:

33*1,2=40 м³

Устанавливаем гаситель-классификатор 292.42.02.

Его характеристика:

Производительность по белому щелоку, м³/сут – 1500;

Объем гасителя, м³ – 25;

Установленная мощность, кВт:

гасителя – 5,5;

классификатора – 3,0;

Количество гасителей;

Каустизатор.

Для обеспечения необходимой степени каустизации пребывание реакционной смеси в каустизаторах должно быть не менее 15 часов.

Объем реакционной смеси:

Зеленый щелок:

Известь:

Итого: 125,0+5,65=131 м³

С учетом резерва оборудования:

131*1,2=157,2 м³

Устанавливаем каустизатор с шарнирно-закрепленной мешалкой 207-07

Его характеристика:

Рабочий объем, м3 – 40

Полный объем, м3 – 50

Установленная мощность, кВт – 10,0

Частота вращения мешалки, об/мин – 129

Количество каустизаторов:

Фильтр со сходящим полотном для белого щелока.

Примем съем шлама 45м³, тогда поверхность барабана:

С учетом резерва оборудования:

53,3*1,2=64 м²

Устанавливаем фильтры БсхТШ-50-3,4К

Поверхность барабана, м² - 50

Диаметр барабана, мм - 3400

Длина барабана, мм - 4700

Мощность привода, кВт

барабана, кВт – 7,5

мешалки, кВт – 5,5

Количество фильтров:

Вакуум-фильтр для окончательной промывки шлама.

Принимаем съем шлама с 1м² поверхности барабана в сутки – 10 т.

Необходимая поверхность барабана:

С учетом резерва оборудования:

33,2*1,2=39,8 м²

Устанавливаем вакуум-фильтр БОК-20-2,6

Его характеристика:

Поверхность барабана, м² – 20;

Диаметр барабана, мм – 2600;

Длина барабана, мм – 2600;

Мощность электропривода, кВт:

барабана – 3,0;

мешалки – 3,0;

Количество фильтров:

Бункер для известкового шлама.

Принимаем, что шлам хранится при концентрации 35 %, и продолжительность хранения составляет не менее 2 суток.

Тогда объем шлама составит:

Принимаем к установке бункер для шлама 292-58-05.

Объем бункера – 400 м³;

Количество бункеров:

Бункер для извести.

Так как в отделе установлено два гасителя-классификатора, то должно быть и два бункера для извести.

Примем, что насыпная масса извести составляет 1,0 т/м³, и запас хранения должен составлять не менее 10 суток.

Потребный объем хранения составляет:

208,1*10=2081 м³ или 1041 для одного бункера.

Принимаем к установке железобетонный бункер сечения 6*6 м с углом конуса 60⁰.

Тогда высота конической части:

Высоту вертикальной части определяем из формулы:

;

Бак для крепкого зеленого щелока.

Примем, что бак должен вмещать суточный запас щелоков.

Объем бака – 2250 м³;

Принимаем к установке биметаллический бак с учетом того, что диаметр и высота бака одинаковы.

Тогда диаметр бака составляет:

Бак для крепкого белого щелока.

Диаметр бака:

Бак слабого белого щелока для растворения плава.

Диаметр бака:

Насосы для откачки щелоков и шламов.

Насос для подачи шлама зеленого щелока на фильтр со сходящим полотном.

Производительность насоса с учетом резерва оборудования:

Необходимый напор для насоса – 30 м.

Мощность электродвигателя:

1,18 – плотность суспензии;

0,7 – КПД электродвигателя.

Принимаем к установке насос 4ДВСX12.

Его характеристика:

Производительность,м3/ч – 4-20;

Мощность электропривода, кВт – 2,0

Концентрация шлама, % до 6.

Насос для подачи реакционной смеси на каустизаторы.

Производительность насоса с учетом резерва оборудования:

2,8 – плотность известкового шлама.

Необходимый напор для насоса – 30 м.

Мощность электродвигателя:

Принимаем к установке 2 насоса 5МШ-I

Его характеристика:

Производительность,м³/ч – 50-200;

Напор,м³ – 20-40;

Мощность электропривода, кВт – 8-22.

Насос для откачки крепкого белого щелока на варку.

Производительность насоса с учетом резерва оборудования:

Q=100*1,2=120 м³/ч

2,8 – плотность известкового шлама.

Необходимый напор для насоса – 25 м.

Мощность электродвигателя:

Принимаем к установке насос 5X-12.

Его характеристика:

Производительность,м³/ч –162;

Мощность электропривода,кВт –20.

 

Насос для подачи зеленого щелока на каустизацию.

Производительность насоса с учетом резерва оборудования:

Необходимый напор для насоса – 25 м.

Мощность электродвигателя:

Принимаем к установке насос 5X-12.

Его характеристика:

Производительность,м³/ч –162;

Мощность электропривода,кВт –20.

 

Насос для подачи слабого щелока в растворитель плава.

Производительность насоса с учетом резерва оборудования:

Q=94*1,2=113 м³/ч

Необходимый напор для насоса – 25 м.

Мощность электродвигателя:

Принимаем к установке насос 5X-12.

Его характеристика:

Производительность, м³/ч –162;

Мощность электропривода, кВт –20.