Расчетно-графическая работа. материальный баланс (2). Материальный баланс непрерывной варки сульфатной целлюлозы

Название	Материальный баланс непрерывной варки сульфатной целлюлозы
Анкор	Расчетно-графическая работа
Дата	26.10.2022
Размер	156.82 Kb.
Формат файла
Имя файла	материальный баланс (2).docx
Тип	Документы #756698
страница	1 из 5

1 2 3 4 5

Мини_стерство науки и высшего образования Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ДИЗАЙНА»

ВЫСШАЯ ШКОЛА ТЕХНОЛОГИИ И ЭНЕРГЕТИКИ

Институт энергетики и автоматизации

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Технологические процессы автоматических производств»
На тему: «Материальный баланс непрерывной варки сульфатной целлюлозы»

Выполнил:	студент учебной группы № 537 Нефталонова В.О.
	(фамилия, имя, отчество)
Проверил:	Доцент Иванов Юрий Сергеевич
(должность, фамилия, имя, отчество)

Санкт-Петербург

2022

Оглавлени

1.Расчет материального баланса 4

2.Проверка правильности расчета материального баланса 16

3.Методика расчета материального баланса непрерывной модернизированной сульфатной варки целлюлозы 19

4.Определение расхода пара, потребляемого в теплообменниках для подогрева варочного раствора. 22

5.Итоги теплового баланса варки целлюлозы при использовании для пропарки щепы паров вскипания черного щелока, отбираемого в циклон №1. 29

6.Технологические расчеты основного оборудования варочного цеха 31

7.Расчет мощности электродвигателей для привода насосов варочной установки 38

Исходные данные для расчета материального баланса непрерывной сульфатной целлюлозы

1.Гост: целлюлоза, белимая из хвойных пород древесины

2.Удельный расход активной щелочи, % от массы абс. сух.древесины R_Aили в кг/т целлюлозы, ед. Na₂O: 18

3.Выход целлюлозы из древесины, B. % от древесины: 48

4.Влажностть щепы,W’.%: 40

5.Порода дерева: сосна

6.Плотность древесины, р_д, кг/м³: 400, 0,4 т/м³

7.Коэффициент для определения насыпной массы (коэффициент обычного заполнения), q₁,q₂: 0,35…0,42

8.Состав белого щелока (степень сульфидности, степень каустизации, степень восстановления): 30%,85%,94%

9.Концентрация белого щелока, С_БЩ, г/л активной щелочи, ед. Na₂O:100

10.Плотность слабого обработанного черного щелока, направляемого на варку целлюлозы для установления гидромодуля варки, р_1ЧЩ, кг/м³: 1,058

11.Плотность белого щелока, р₂, кг/м³, по концентрации:1,150 при 20°С, 1,146 при 80°С

12.Гидромодуль варки, Г: 3

13.Средняя температура варки в зимний и летний периоды,t_зим, t_лет,°С: -10;15

14.Температура пропаривания щепы, °С: 100

15.Температура в зонах аппарата, °С:

16.Параметры технологического пара (температура °С, давление МПа, энтальпия кДж/кг): 100°С,100Мпа, 2739,8кДж/кг

17.Производительность,

, т/сут: 700

1.Расчет материального баланса

1)Определение количества абсолютно сухой целлюлозы (Ц) в 1 т воздушно-сухой целлюлозы при расчетной влажности по ГОСТ, равной 12%

Ц=1*

т/т или 880 кг/т.

2)Расход абсолютно сухой древесины(Д) на варку 1 т воздушно-сухой целлюлозы зависит от выхода целлюлозы (В).

Д=

т/т.

Насыпная масса щепы (q) зависит от плотности древесины (р_д) и коэффициента заполнения объема (q₁)

q=р_д*q₁=0.4*0.35=0.14 т/м³.

Объем щепы определяем, исходя из расхода древесины и насыпной массы щепы:

V_щ=

м³/т.

Объем древесины на варку целлюлозы зависит от расхода древесины и ее плотности:

V_д=

м³/т.

3)Определение количества воды, поступающей со щепой на варку W_щ

W_щ=.

4)Расход активной щелочи на варку 1 т воздушно-сухой целлюлозы определяют по нормам технологического проектирования целлюлозно-бумажных предприятий. Эта величина зависит от марки вырабатываемой целлюлозы и выражается в кг Na₂Oна 1 т воздушно-сухой целлюлозы или в % от массы абсолютно сухой древесины:

А=Д*1000*

=1,833*1000*

=329,94 кг/т в ед.Na₂O.

5)Количество минеральных солей, поступающих с белым щелоком на варку, зависит от состава белого щелока (NaOH+Na₂S+Na₂CO₃+Na₂SO₄+другие соли натрия), от степени сульфидности, степени каустизации и степени восстановления, а также от концентрации активной щелочи в белом щелоке.

Таблица 1

Расчет количества минеральных солей* в белом щелоке для перевода щелочи из единиц Na₂O в собственных единицах массы

*Примечание. Молекулярная масса, г: NaOH=40; Na₂CO₃=106; Na₂S=78; Na₂SO₄=142.

Из расчета концентрации общей щелочи в белом щелоке (С_ОБ) составляет 119,98 г/л в ед

Определение коэффициента активности белого щелока из соотношения концентраций:

=0,875.

Найденный коэффициент активности позволяет расчитать общую щелочь вболом щелоке в единицах

Общая щелочь (А₀) составит:

А₀=

кг/т в ед.

Коэффициент перевода общей щелочи в собственных еденицах соединений, входящих в белый щелок, определяют из соотношения концентраций обще щелочи в собственных единицах(С_СЕ) и концентрации общей щелочи С_ОБ в ед.

.

Следовательно, расход щелочи в собственных единицах массы (А_с) на 1 т воздушно-сухой целлюлозы составит:

А_с=А₀*1,34=

= 478 кг/т.

6)Расход белого щелока на варку объемных единиц зависит от расхода щелочи на варку и от концентрации активной щелочи. В нашем примере расход щелочи А=311,6 кг/т, в концентрации активной щелочи белого щелока С_БЩ=105 г/л, объем белого щелока составит:

V_Б1=

л/т или

м³/т

7)Объемный расход щелока зависит от концентрации и температуры белого щелока

V_Б2=

м³/т,

где 1,150-плотность белого щелока при 20°С, т/м³

1,148- плотность белого щелока при 80°С, т/м³ (плотность в зависимости от концентрации общей щелочи)

8)Масса белого щелока, расходуемого на варку, в весовых единицах составит:

Р₁=V_Б2*1,148=2,972*1,148=3,41 т/т.

9)Общее количество жидкости Ж, поступающей в варочный котел, равно при гидромодуле варки Г=3,1 и Д=1,833 т/т:

Ж=Г*Д=3*1,833=5,499 м³/т.

Масса жидкости в процессе варки (Р_ж) зависит от плотности варочной жидкости.

Р_ж= Ж*р_ВЩ=5,499*1,1=6,05 м³/т.

10)Максимальный расход свежего пара на пропарку и подогрев щепы на 1 т воздушно-сухой целлюлозы составит Д₁ и Д₂.

Исходные данные для расчета расхода пара на пропарку щепы в бункере:

Д- расход древесины на варку 1 т воздушно-сухой целлюлозы, 1833 кг/т;

С_д- теплоемкость древесины, 1,34 кДж/(кг°С);

t_пр- температура пропарки щепы, 100°С;

t_зим- температура в зимний период, -10°С;

t_лет- температура в летний период, 15°С;

W_щ- количество воды в щипе, 1220 кг/т;

С_В- теплоемкость воды, кДж/кг°С, 4,19;

335- количество тепла на расплавление 1 кг льда, кДж/кг;

П- примерное количество паров, отводимых из бункера пропарки в терпентинный конденсатор, кг/т, 50;

i-энтальпия пара, подаваемого на пропарку щепы в бункере при давлении пара 0,25…0,4 МПа, кДж/кг;

i₁- энтальпия пара в бункере пропарки и отводимого терпентинный конденсатор, кДж/кг.

Расход пара на пропарку щепы в бункере.

В зимний период при температуре щепы t_зим°С:

- на прогрев древесины:

Д_д=

кг/т;

-на нагрев воды, содержащей в щепе:

Д_в=

кг/т;

-на плавление льда:

Д_лед=

кг/т;

Общий расход пара:

Д₁=Д_д+Д_в+Д_лед+1*П*

;

Д₁=

+1*50*

кг/т;

В летний период при температуре щепы t_лет°С:

- на прогрев древесины:

Д_д=

кг/т;

-на нагрев воды, содержащей в щепе:

Д_в=

кг/т;

Общий расход пара:

Д₁=Д_д+Д_в+1*П*

;

Д₁=

+1*50*

кг/т;

11)Количество конденсата, образующегося в бункере пропарке щепы:

а) в зимний период:

W_Кзим=Д₁-50=

-50=534, 4 кг/т,

где 50 - количество отбираемых парогазов.

б) в летний период:

W_Клет=Д₂-50=

-50=274,5 кг/т.

12)Количество черного щелока, расходуемого на варку целлюлозы,Р₂:

а) в зимний период :

Р_2зим=Р_ж-Р₁-W_щ-W_Кзим=6,05-3,41 -1,22-0,534=0,886 т/т,

б) в летний период:

Р_2лет=Р_ж-Р₁-W_щ-W_Клет=6,05-3,41-1,22-0,2745=1,1455 т/т.

13)Количество белого и черного щелоков, поступающих в варочный котел:

а)в зимний период:

Р_3зим=Р₁+Р_2зим =3,41+0,886 =4,296 т/т,

б)в летний период:

Р_3лет=Р₁+Р_2лет=3,41+1,1455=4,5542 т/т.

14)Количество щелока, вытесняемого щепой в питательную трубу, зависит от коэффициента заполнения q₁ и насыпной массы q:

V_выт=

м³/т.

Масса вытесненного щелока при плотности γ_в=1111,666 кг/т для данного примера составит:

Р₄=V_выт*γ_в=4,58*1111,66=5091,4 кг/т.

15)Количество щелока, подаваемого насосом высокого давления в загрузочное устройство варочного котла в летний период:

Р_заг=Р_3лет+Р₄=4554,2+5091,4 =9646,6 кг/т.

Объем щелока составит:

V_заг=

м³/т

16)Количество щелока, циркулирующего в системе TurboFeed – уравнительный бак, при средней концентрации в нем щепы около 5%:

Р₅=

кг/т.

Объем щелока составит:

V₅=

м³/т.

17)Количество щелока, циркулирующего в системе TurboFeed – уравнительный бак, при средней концентрации в нем щепы около 3%:

Р₆=

кг/т.

Объем щелока составит:

V₆=

м³/т.

18)Количество щелока от TurboFeed в загрузочное устройство варочного котла:

Р₇=Р₆-Р₄=

-5091,4=54175,6 кг/т.

Объем щелока при плотности γ_в=1111,666 кг/т составит:

V₇=

м³/т.

19)Количество щелока, циркулирующего через теплообменники, зависит от кратности циркуляции. В среднем кратность циркуляции при непрерывной варке целлюлозы составляет 5,5…6,5 в час. Следовательно, в час насос должен обеспечить:

Р_8час=

, где

- суточная производительность варочной установки по целлюлозе, т/сут.

На 1 т целлюлозы количество щелока на нагрев в теплообменники:

Р₈=

*6,5=39,325 т/т или 39325 кг/т.

Объем щелока при плотности γ_в=1111,666 кг/т составит:

V₈=

м³/т.

20)Количество растворенной древесины в процессе варки целлюлозы составит Д_р или G’_орг, кг/т:

Д_р=G’_орг=Д-Ц=1833-880=953 кг/т,

где Д- расход древесины на варку 1 т воздушно-сухой целлюлозы, кг/т;

Ц- содержание абсолютно сухой целлюлозы по ГОСТу в 1 т воздушно-сухой целлюлозы, кг/т (Ц=880).

21)Количество черного щелока, выходящего в зону диффузионной промывки, к концу варки увеличится на количество растворенной древесины и составит V₀, т.е. объем черного щелока в результате варки.

Количество растворенной древесины составит Д_р или G’_орг, кг/т.Для определения объема, занимаемого растворенной древесиной, необходимо использовать в расчетах среднюю плотность древесного вещества ρ_др (ρ_др=1520-1540 кг/т).Тогда объем растворенной древесины (V_РД) составит:

V_РД=

м³/т.

Объем черного щелока (V₀) составит сумму объема жидкости в начале варки (Ж) и объема растворенной древесины (V_РД):

V₀=Ж+V_РД=5,499+

=6,13 м³/т.

Полученный объем черного щелока V₀ необходим для расчета жидкостного баланса, баланса сухих веществ при промывке целлюлозы, для определения степени отбора сухих веществ черного щелока при промывке целлюлозы (эффективности промывки η).

Масса черного щелока в результате варки составит:

Р₉=Р_Ж+Д_Р=Р_Ж+G’_орг=

+0,953=7,003т/т.

22)Количество сухих веществ в черном щелоке (G₀, кг/т) в конце варки целлюлозы состоит из растворенной древесины (Д_р или G’_орг), затраченной на варку щелочи, выраженной в собственных единицах массы (А_С), и сухих веществ (g) оборотного черного щелока, направляемого на варку с белым щелоком, например, в летнее время (Р_2ЛЕТ).

G₀=G’_орг+А_С+g, кг/т,

гдеG’_орг- количество сухих веществ, перешедших в раствор древесины в процессе варки, кг/т;

А_С- количество общей щелочи или минеральных солей в собственных единицах с белым щелоком на варку, кг/т;

g- количество сухих веществ оборотным черным щелоком на варку, кг/т

g=С_ЧЩ*Р_2ЛЕТ*

=16,12*1,145*10=184,5 кг/т,

где С_ЧЩ- концентрация оборотного черного щелока, % (С_ЧЩ зависит от условий варки);

Р_2ЛЕТ- расход черного щелока на варку в летний период, т/т.

Предложим, что в нашем примере сухие вещества черного щелока составит из 65% органических (g_орг) и 35% минеральных веществ (g_мин), тогда

g_орг =

кг/т;

g_мин=g

кг/т.

Определим количество органических веществ в V₀

G_орг=G’_орг+g_орг=953+

=1073 кг/т.

Определим количество минеральных веществ в V₀

G_мин=А_с+g_мин=478+

=542,57 кг/т.

Общее количество органических и минеральных веществ:

G_О=G_орг+G_мин=1073+542,57=1616 кг/т

Уточним процентное соотношение органических и минеральных веществ в черном щелоке после варки целлюлозы .

% G_орг=

%;

% G_мин=

%.

23) Концентрация сухих веществ в черном щелоке после варки (Со_ЧЩ)

Со_ЧЩ=

кг/т черного щелока.

В процентах концентрации сухих веществ в черном щелоке составит

% Со_ЧЩ=

%.

Промывка массы в котле оборотным черным щелоком из промывного отдела приводит к разбавлению отбираемого в циклон черного щелока водой, подаваемой на последнюю ступень промывки целлюлозы. Количество внедрившейся в черный щелок при противоточной промывке горячей воды называют фактором разбавления (Ф, м³/т). Фактор разбавления зависит от промывного оборудования, количества ступеней промывки целлюлозы и колеблется в пределах от 1,5 до 3,5 м³ Н₂О на 1 т целлюлозы.

24) Количество отбираемого щелока в расширительный циклон.

, т/т.

Концентрация отбираемого щелока в расширительный циклон.

С=

кг/т или 17,3%

25)Количество черного оборотного щелока, подаваемого насосом высокого давления, в низ котла, на промывку, на охлаждение и разбавление массы перед выгрузкой.

Вначале определяют:

-влагосодержание массы (зная концентрацию массы С_м; обычно С_м=9…10%), т.е. количество влаги в массе на 1 т воздушно-сухой целлюлозы (Р₁₀), т/т

Р₁₀=

9 т/т;

-количество оборотного черного щелока, подаваемого в зону промывки

, равно количеству оборотного черного щелока в расширительный циклон,

т/т;

-количество оборотного щелока на охлаждение и разбавление массы перед выгрузкой

т/т.

26)Количество оборотного черного щелока, подаваемого в котел (

), составит сумму щелоков, подаваемых на промывку, на разбавление, охлаждение массы в низ котла:

т/т.

1 2 3 4 5