курсач тпп. Материальный и тепловой баланс периодической сульфатной варки. Выбор оборудования варочного цеха
 Скачать 453.5 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение профессионального образования САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ Курсовая работа на тему: «Материальный и тепловой баланс периодической сульфатной варки. Выбор оборудования варочного цеха.» Выполнила: Ядрихинский А.А. группа 134 Проверил: Иванов Ю.С. Санкт-Петербург 2016г. СОДЕРЖАНИЕ: Исходные данные для расчёта материального баланса………………………...3 Распределение времени по операциям в обороте котла и график варки…...…4 1. Загрузка щепы и закачка щелоков…………………………………………..5-7 2. Заварка……………………………………………………………………….7-11 3. Варка………………………………………………………………………...…12 4. Конечная сдувка……………………………………………………….......13-18 5. Выдувка массы…………………………………………………………….19-23 6. Тепловой баланс периодической сульфатной варки……………………24-28 7. Расчёт и подбор оборудования варочного отдела……………………….29-32 Библиографический список……………………………………………………..33 Исходные данные для расчёта материального баланса 1. Вид и марка целлюлозы – Белёная хвойная по ГОСТ 11208-82 2. Степень делигнификации (жёсткость), п.е. (ед. Каппа) - 25. 3. Вид древесины - лиственница. 3.1. Объёмная условная плотность древесины, кг/пл.м3, (Z)- 409 4. Выход целлюлозы из древесины, %(В1) -44,7. 5. Влагосодержание щепы, % (W) - 39. 6. Расход активной щёлочи на варку (в ед. Nа2О), % от абс. сухой древесины (А) – 18,2. 7. Концентрация активной щёлочи в белом щёлоке (в ед. Na2О), г/л (СА) - 115. 8. Степень сульфидности белого щёлока, % (Су) -25. 9. Степень каустизации белого щёлока, % (К) - 83. 10. Степень восстановления белого щёлока, % (Вс) - 93. 11. Объёмная плотность загрузки варочного котла, пл. м3 древесины/м3 варочного котла (X) - 0,38 12. Гидромодуль варки (ГМ) – 5 : 1. 13. Концентрация чёрного щёлока, заливаемого на варку, % сухих веществ (С2) – 14,6. 14. Плотность чёрного щёлока, т/м3 (р) - 1,078. 15. Доля органической части в сухом остатке чёрного щёлока, % (Орг) - 70. 16. Доля минеральной части в сухом остатке чёрного щёлока, % (М) - З0. 17. Температура варки (tкон),0С- 170°С. 18. Давление в варочном котле после конечной сдувки,( Ркон.сд.),кг/см2-4,9. 19. Оборот котла, ч-мин - 6 ч 30 мин. 20. Объем варочного котла, м3- 21. Производительность варочного цеха, тонн в.с. целлюлозы / сутки (Q)-360. Распределение времени по операциям в обороте котла (6ч 30мин) и график варки 19.1. Осмотр 0-5 мин. 19.2. Загрузка щепой с уплотнением пропаркой 0-40 мин. 19.3. Закачка щелоков с циркуляцией 0-40 мин. 19.4. Заварка до температуры 170°С 2-25 мин. 19.5. Варка при температуре 170°С 1-10 мин. 19.6. Конечная сдувка 0-35 мин. 19.7. Выдувка массы 0-30 мин. Итого: 6 ч 5 мин Весь расчёт проводится на 1 тонну воздушно-сухой целлюлозы (1 т в.с.ц.) по варке Расчёт проводится по следующим стадиям: 1. Загрузка щепы и закачка щелоков. 2. Заварка. 3. Варка. 4. Конечная сдувка. 5. Выдувка массы в выдувной резервуар.
1.1 Количество абсолютно-сухой щепы, загружаемой в котёл на варку для получения 1 т воздушно-сухой целлюлозы (880 кг абсолютно-сухой целлюлозы) (Д-количество древесины) Д = 880*100/B1 = 880*100/44,7=1968,68кг а. с. древесины (кг а.с.д.). 1.2 Количество воды, поступающей на варку со щепой (V1) при заданной влажности щепы (W) V1= Д*W = 1968,68*39= 1258,66кг(л)= 1258,7 л 100-W 100-39 1.3 Общее количество жидкости в котле при варке (V) при заданном гидромодуле (ГМ) V = Д * ГМ = 1968,68 * 5 = 9843,4л 1.4 Количество активной щёлочи, задаваемой с белым щёлоком на варку (A1) при заданном расходе активной щёлочи от веса а.с.д. A1= Д*А= 1968,68*18,2= 358,3 кг Na2O 100 100 1.5 Объём белого щёлока, закачанного на варку (V2) при его заданной концентрации (Са) V2= А1= 358,3*1000 = 3115,65л СА 115 1.6 Объём чёрного щёлока, закачанного на варку (до заданного гидромодуля) V3 = V – (V1 + V2) =9843,4– (1258,66+ 3115,65) = 5469,09 л. 1.7 Расчёт состава белого щёлока по его характеристикам в единицах Na2O: CNaOH/Na2O= СА*(100-Су) = 115*(100-25)= 86,25 г/л по Na2O 100 100 CNa2S/Na2O= СА*Су= 115*25= 28,75 г/л по Na2O 100 100 CNa2CO3/Na2O= CNaOH/Na2O* 100-k = 86,25*100-83= 17,66 г/л по Na2O K 83 C Na2SO4/Na2O=C Na2S/Na2O * 100-Вс= 28,75*100-93= 2,16 г/л по Na2O Вс 93 Итого: CобщNa2O=86,25+28,75+17,66+2,16=134,82 г/л в ед Na2O 1.8 Состав белого щёлока в собственных единицах: CNaOH/се= CNaOH/Na2O* экв.м NaOH= 86,25*40= 111,29 г/л NaOH экв.м Na2O 31 Аналогично: CNa2S/с.е.= CNa2S/Na2O* CNa2CO3/с.е.= CNa2CO3/Na2O*экв.м Na2CO3= 17,66*53= 30,19 г/л Na2CO3 экв.м Na2O 31 CNa2SO4/с.е.=C Na2SO4/Na2O* экв.м Na2SO4= 2,16*71= 4,95 г/л  экв.м Na2O 31 Итого: Cсобств=111,29+36,17+30,19+4,95=182,6г/л в cобств. ед 1.9 Степень активности белого щёлока (Акт) Акт= СА= 115 = 0,853 СобщNa2O 134,82 1.10 Коэффициент пересчёта (Е) натриевых соединений белого щёлока из единиц Na2O в собственные единицы Е= Ссобств= 182,6= 1,357 СобщNa2O 134,82 1.11 Количество «всей щёлочи» в собственных единицах, поступающей в котёл с белым щёлоком (M1) M1= А1*Е = 358,3*1,354= 568,74 кг Акт 0,853 1.12 Количество сухих веществ, поступающих в котёл с закачиваемым чёрным щёлоком (Ф1) при заданной концентрации сухих веществ в чёрном щёлоке (Счщ) и его плотности (рчщ): Ф1 = V3*Cчщ*pчщ= 5469*14,6*1,078= 860,75 кг сухих веществ 100 100 1.13 Количество минеральных веществ, поступающих в котёл с чёрным щёлоком (М2) М2= Ф1*М= 860,75*30= 258,225кг миниральных веществ серного щелока, 100 100 или в единицах Na2O:258,225:1,354=190,71 кг по Na2O 1.14 Количество органических веществ, поступающих с чёрным щёлоком на варку (S) S = Ф1*Орг= 860,75*70= 602,52 кг растворенных органических веществ, или 100 100 S = Ф1 – М2 =860,75– 258,225 = 602,52 кг. органических веществ 1.15 Общее количество минеральных веществ, поступающих с белым и чёрным щёлоком в варочный котёл (М3) М3 = М1 + М2 = 258,225+568,74= 826,96 кг миниральных в-в. Полученные результаты представлены в табл. 1 Таблица 1 Поступление веществ в варочный котел
2. Заварка 2.1 Согласно имеющимся литературным данным [1] вовремя терпентинной сдувки выделяется 90 кг пара на 1 т а.с.д. Следовательно, в нашем случае выделится (P1) кг пара: P1= 90*1968,68/1000=177,9 кг пара 2.2 При сдувке происходит также переброс щёлока, т.е. унос его с паром в капельно-жидкой форме. Примем, что переброс щёлока при терпентинной сдувке составляет 1% от начального объёма жидкости V в котле (Р2): Р2 = V * 0,01 =9843,4*0,01 = 98,4 л (кг). 2.3 В результате испарения (Р1) и переброса щёлока (Р2) при терпентинной сдувке количество жидкости в котле к концу заварки составит (V4) V4 = V - (P1 + P2)=9843,4 - (17,9+98,4) = 9567,1 л (кг). 2.4.Среднеарифметическое количество жидкости во время заварки (V5) V5=(V+V4 )/2= (9843,4+9567,1)/2 =9705,3 л (кг) 2.5 Согласно графику изменения выхода в процессе варки (рис. 1) на этой стадии - 60%. Тогда количество органических веществ растворяющихся за время заварки (S1), составит 100% - 61% = 39%. Соответственно: S1 = Д *0,38 =1968,68*0,38 = 748,1 кг органических веществ. 2.6 По литературным данным [ 2] на 1 т в.с.целлюлозы при варке хвойной (сосновой) древесин во время сдувки уходят из котла летучие продукты: Скипидар - 11 кг Метиловый спирт - 5 кг Метилмеркаптан - 1 кг Диметилсульфид - 3 кг Итого -20 кг 2.7 С учётом 20 кг летучих продуктов, уходящих при терпентинной сдувке при варке хвойной древесины, в раствор перейдёт (S2)органических веществ S2= S1 - 20 = 748,1 - 20 = 728,1 кг органических веществ в растворе. 2.8 Вместе с органическими веществами чёрного щёлока, закачанного в котёл, к концу заварки в растворе будет органических веществ (S3) S3= S + S2 = 602,52+728,1 = 1330,6 кг органических веществ в растворе. 2.9 Среднеарифметическое количество органических веществ, находящихся в растворе в период заварки (S4) S4= (S+S3 )/2=(602,52+1330,6) /2=966,5 кг органических веществ, 2.10 Средняя концентрация растворённых органических веществ во время заварки (О1) О1= S4 / V5=966,5*1000/97053=99,6 г/л = 0,0996 кг/л органических веществ 2.11Средняя концентрация минеральных веществ во время заварки (CMИH1) CMИH1=( М1+М2)/ V5= M3/ V5=258,22+568,74/9705,3=85,2 г./л =0,0852 кг/л минеральных веществ. 2.12 Уходит органических веществ с перебросом щёлока (S5) S5 = O1 *P2 = 0,0996*98,4 = 9,8 кг органических веществ. 2.13 Уходит минеральных веществ с перебросом щёлока (M4) М4 = Смин.1 * Р2= 0,0852*98,4 = 8,38 кг минеральных веществ. 2.14 Остаётся в котле к концу заварки твёрдого вещества древесины (Д1) Д1 = Д - S1= 1968,68-748,1= 1220,58 кг древесины. 2.15 Остаётся минеральных веществ в чёрном щёлоке (М5) M5 = М3 - М4 =826,96-8,38 = 818,58кг минеральных веществ. 2.16 Остаётся органических веществ в чёрном щёлоке (S6) S6 = S3 - S5 = 1330,6-9,8= 1320,8 кг органических веществ. Итоговый материальный баланс заварки представлен в табл. 2 Таблица 2 Материальный баланс процесса «Заварки»
*Переходит в чёрный щёлок в состав растворённых органических веществ и учитывается там (*), т.е. из системы не выводится. Соответственно, баланс системы: ∑ = гр.(7+ 6) = 12947,07+ 314,48 = 13261,55 кг = гр.2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||