Заварка и варка
Рассчитаем среднюю концентрацию сухих веществ в щелоке верхней циркуляционной зоны(зоны заварки) Потери щелока со сдувкой из верхней горловины котла в пропарочную камеру не учитываем, так как система замкнута и увеличенный парогазовой смесью щелок через питатель высокого давления возвращается в котел.
К моменту достижения зоны заварки температуры 160⁰С выход целлюлозы составляет 75%. К этому моменту в раствор перешло 25% древесины, что на 1 т воздушносухой целлюлозы составит 1833,3*0,25=458,3кг. За вычетом 3,3 кг скипидара, ушедшего с терпентинной сдувкой из пропарочной камеры, в растворе будет находиться 458,3-2,74=455,6кг органических вещ-в. Вместе с органическими веществами черного щелока в растворе будет находиться 455,6+116=571,6кг органических веществ. Средняя концентрация органических веществ в щелоке, циркулирующем в верхней варочной зоне, равна 571,6:5490=0,104кг/л Средняя концентрация минеральных веществ составляет: 482,12:5490=0,088кг/л Средняя концентрация сухих веществ составляет: 0,104+0,088=0,192кг/л Массовая доля сухих веществ в щелоке в этой зоне
Плотность щелока при 15⁰С 1,088г/ Определим среднюю концентрацию сухих веществ в щелоке нижней варочной зоны. К моменту достижения температуры 170⁰С выход целлюлозы составляет 60%. В раствор перешло древесины 1833,3*0,4=733,32кг Средняя концентрация органических веществ, циркулирующих в щелоке нижней варочной зоны. (733,32-3,3+116):5490=0,154кг/л средняя концентрация сухих в щелоке, циркулирующем в зоне нижнего сита, равна 0,146+0,099=0,245 кг/л массовая доля сухих веществ в щелоке в этой зоне
Плотность щелока при 15⁰С 1,112г/ Определим концентрацию сухих веществ в щелоке к концу варки. В раствор к концу варки переходит 52% древесины, что на 1 т воздушносухой древесины составит 1833,3*0,52=953,3кг. За вычетом 3,3 кг летучих веществ черного щелока в растворе будет находиться 953,3-3,3+116=1066 кг органических веществ. Минеральных веществ в растворе находиться 548,16 Концентрация сухих веществ в щелоке составляет:(1066+548,16)=0,294 кг/л Массовая доля сухих веществ в щелоке равна Плотность этого щелока при 15⁰С=1,123г/ Массовая доля в сухом остатке щелока: органических веществ 953,3*100:(953,3+548,16)=63,5% минеральных 548,16*100:(953,3+548,16)=36,5% в том числе Na₂O 393,38*100:1572,79=25% В зону диффузионной экстракции поступит(кг): жидкости-5490, целлюлозы-880, органических веществ в растворе 548,16, всего сухих веществ 1572,79. Массовая доля целлюлозного волокна в полученном полуфабрикате составит: 880*100:(880+5490)=13,8% Диффузионная экстракция(вытеснение щелока в расширительные резервуары) Принимаем, что черный щелок, подаваемый на регенерацию, полностью отбирается из варочного котла через расширительные резервуары. Степень использования растворенных веществ при промывке 0,96. Тогда общее количество сухих веществ, направляемых с черным щелоком на выпарку и на варку, составит 1572,79*0,96=1500,8 кг По расчету, на варку с черным щелоком должно поступить 114,83кг сухих веществ, следовательно, на регенерацию сухих веществ поступает 1500,8-114,83=1385,97кг Фактор разбавления щелока, отбираемого из котла, примем 1,55. Тогда объем щелока на 1т целлюлозы составит 5,49+1,55=7,04 По данным практики, в верхний расширитель уходит около 70% щелока, или 7,04*0,70=4,93 Определим среднюю концентрацию вытесняемого щелока приняв коэффициент вытеснения Kω=0,6 Кω= В нашем случае С𝜊=1572,79:4,93=319кг/ 0,6= Откуда С=238,9кг/ Сухих веществ в щелоке, отбираемом в верхний расширительный резервуар, будет 238,9*4,93=1177,7кг, в нижний расширитель уходит сухих веществ 1394,05-1177,7=216,35кг Средняя концентрация сухих веществ в этом щелоке составит 216,35*100:2110+216,35)=9,3% Потери сухих веществ с летучими соединениями(метиловый спирт, метилмеркаптан, метилсульфид), выделяющимися при испарении щелока в расширительный резервуар, равна 216,35:2110=0,1025кг/л Массовая доля сухих веществ в этом щелоке составляет 216,35*100:(2110+216,35)=9,3% Потери сухих веществ с летучими соединениями (метиловый спирт, метилмеркаптан, метилсульфид), выделяющимися при испарении щелока в расширительных резервуарах, принимаем 10кг/т воздушносухой целлюлозы. Тогда со щелоком на выпарку из нижнего расширительного резервуара поступит сухих веществ 1394,05-10=1384,05кг Определим количество паров вскипания,образующихся в расширителььных резервуарах. Примем среднюю температуру щелока, отбираемого в верхний расширительный резервуар выделяется теплоты(4930*4,19+1177,7*1,34)(160-123)=8227723,26кДж Где 1,34-средняя топлоемкость сухих веществ, кДж(кг*⁰С) Из верхнего расширителя уходит пара 822723,26:(275,1-515,37)=374кг, что практически покрывает затраты теплоты на нагрев щепы в пропарочной камере. В нижний расширительный резервуар,около 120⁰С,давление в нем 19,6кПа, температура жидкости 104⁰С. В нижнем расширительном резервуаре выделяется тепла 4556*4,19+(1177,7-10)1,34(123-104)+(2110*4,19+216,35*1,34)(120-104)=538546,14кДж Пара в терпентинный конденсатор уходит 538546,14:(2677,41-435,76)=240кг Из нижнего расширительного резервуара на выпарку поступит жидкости 4930-374+2110-240=6427(л)кг, сухих веществ 1384,05кг, в том числе и Na₂O 1384,05*0,242=334,94кг Концентрация сухих веществ в щелоке, поступающем на выпарку, равна 1384,05:6427=0,215кг/л. Массовая доля сухих веществ в этом щелоке составляет 1384,05*100:(1384,05+6427)=17,7%. Плотность этого щелока при температуре 15⁰С 1,106г/ Определим температуру массы, поступающей после отбора щелока в зону выгрузки. Теплота массы к концу варки 5490*4,19*178+(880+1572,79)1,34*178=46799367,7кДж В расширительные резервуары отведено теплоты: В верхний 4930*4,19*160+1177,7*1,34*160=3557721,4кДж В нижний 2110*4,19*120+216,35*1,34*120=1095717,6кДж Поступило в зону вытеснения с оборотным щелоком при температуре его 80⁰С 7040*4,19*80+694,8*1,34*80=2434335,1кДж Теплота массы, поступающей в зону выгрузки 4679936,7+24343,35,1-(3557721,4+1095717,6)=2460633кДж Температура массы, поступающей в зону выгрузки 2460833:((1880+873,54)1,34+5490*4,19)=97⁰С Выдувка массы. Взоне выдувки масса разбавляется оборотным щелоком, отбираемым из ситочного конденсатора, а так же оборотным щелоком из бака промывного отдела до массовой доли волокна в ней 6%. Объем жидкости в такой массе составит 0,88*94:6=13,78 Массовая доля волокна в целлюлозной массе после ситочного конденсатора 8%. Объем жидкости в ней 0,88(94/6-92/8)=3,66 Сухой остаток щелока, поступающего из ситочного концентратора, здесь не учитываем, так как система концентратор- варочный котел замкнута и приход равен расходу. В выдувной резервуар из концентратора поступает: целлюлозы 880кг, щелока 10,12 Суммарный баланс жидкости и сухого остатка в системе варочного отдела на 1 т воздушносухой целлюлозы приведен в таблице Баланс жидкости варочного отдела
Баланс сухого остатка варочного отдела
Тепловой баланс пропарочных камер. Затраты теплоты на нагрев щепы и влаги в ней по материальному балансу составляет 517515,44кДж в расчете на 1 т целлюлозы. С учетом потерь в окружающую среду, принятых равным 3%, расход теплоты на пропарку составит 517515,44*1,03=533040,9кДж Считаем, что в терпентинный конденсатор уйдет 135кг пара(на 1 т целлюлозы), теплота которого составит 135*2199,75=296798,65кДж, где 2199,75- энтальпия пара, кДж/кг Теплота пара, поступившего из верхнего расширительного резервуара в пропарочную камеру,822723,6кДж. Тогда теплота свежего пара низкого давления, поступающего в пропарочную камеру, должна составить 533040,9+296798,65-822723,6=7116,296кДж (на 1 т целлюлозы) для этого расход свежего пара (р=29430кПа) на 1 т целлюлозы составит 7116,296:2141=3,32кг, где 2141- теплота испарения,кДж/кг
|
O
=16,12%
=19,7%
, где C𝜊,С,Сw- концентрации исходного отбираемого и подаваемого на вытеснение щелока, кг/ 
.
=238,9кг/ 
