курсач тпп. Материальный и тепловой баланс периодической сульфатной варки. Выбор оборудования варочного цеха
 Скачать 453.5 Kb.
|
|
3. Варка В период стоянки на конечной температуре после заварки происходит дальнейшее растворение древесины, и выход снижается до 47%, т.е. после заварки дополнительно растворяется древесины: А = 61% - 44,7% = 16,3%. 3.1 Соответственно, в раствор переходит органических веществ древесины (S7): S7 = Д*0,135 = 1968,68*0,173 =340,5 кг органических веществ древесины. 3.2 Остаётся твёрдого вещества древесины (Д2) после стоянки на конечной температуре, т.е. после стадии «варка» Д2 = Д1 - S7 = 1220,58-340,5= 879,99 кг древесного вещества (целлюлозы). 3.3 Всего растворено органических веществ в чёрном щёлоке(S8) S8 = S6 + S7 = 1320+340,5 = 1661,3 кг органических веществ. Итоговый материальный баланс стадии «Варка» приведен в табл. 3(Таблица 3.Материальный баланс стадии «Варка» )
4. Конечная сдувка 4.1 Температура варки (стоянки на конечной температуре) согласно исходным данным tкон= 170С0. Этой температуре в соответствии с «Таблицами термодинамических свойств воды и водяного пара» [3, стр. 24] или по Приложению П3.1. соответствует абсолютное давление пара (рабс): pабс.t.кон.169 = 8,076 кг/см2. Абсолютное давление (рабс) равно сумме атмосферного давлении (ратм) и избыточного давления (ризб). В технике и технологических процессах практически всегда задаётся и контролируется избыточное давление, т.е. то, которое показывает манометр. Атмосферное давление (ратм), принятое в той или иной системе единиц, может быть точно установлено по данным «Таблиц…» [3) по соответствующему разделу - «Состояние насыщения (по температурам)» или по Приложению П.3.1: ратм= рабс для t= 100 °С В данном случае это давление равно ратм = 1,0332 kг/cм2 [3, с. 22] или по П.З,1 (выделенные значения). Исходя из приведённых выше величин, избыточное давление (т.е. то, которое будет показывать манометр в верху котла в паровом пространстве) при температуре 169°С: Pизб.169 = рабс.169-pатм.=8,076-1,0332 = 7,043 кг/см2, или в барах: Pизб.169 =7,043 * 0,980665 = 6,907 бар Энтальпия (теплocoдержание) жидкости: i170= 719,2 кДж/кг [3,с. 214] или по Приложению П З.1 Обычно в технических расчетах атмосферное давление может быть принято равным 1,0 кг/см2. При конечной сдувке давлении в котле снижают до 5- 6 кг/см2. Пропорционально снижению давления в котле понижается и температура содержимого котла за счёт вскипания жидкости, часть которой переходит в пар и уходит из котла. При интенсивной сдувке часть жидкости подхватывается образующимся паром и уносится вместе с ним в виде капельного уноса. Все технологические расчёты могут быть проведены с применением системы единиц, основанных на калории (или килокалории, ккал) или по системе СИ основанной на джоуле (или килоджоуле, кДж). По современным нормативным требованием проектные расчёты проводят а системе СИ, хотя следует отметить, что предприятия свою технологическую отчётность проводят в гигакалориях (Гкал = I09 кал = 106ккал), Можно также отметить, что расчёт, выполненный в ккал для водно-паровых систем, выглядит ненаглядно, так как величина удельной теплоемкости воды в вгой системе равна I ккал/кг-град. Проведём теплотехнические расчёты в данном разделе исходи из нормативных требований и заданных условий по температуре варки и давлению после конечной сдувки. 4.2 Установление температуры по заданному давлению при конечной сдувке. В нашем случае в процессе конечной сдувки давление в котле (манометрическое) снижается до 5,2 кг/см2. Согласно изложенному выше это - избыточное давление. Для того, чтобы можно было применить «Таблицы...» [3] или таблицы Приложения П.3.2 для определения температуры и других теплотехнических характеристик, необходимо привести это давление к абсолютному. Здесь необходимо отметить следующее. Для определения теплосодержания жидкости при установленных температуре и давлении лучше использовать табличные данные по температуре, а не по давлению. Температура первична, а все остальные термодинамические характеристики (р; i’; r; i") являются производными от нее. Таким образом, это проще, точнее и в большей степени гарантирует от ошибок, так как "шаг" температур в таблицах равен 1°С, и при этом не надо следить за правильностью выбора давлении (Рабс или Ризб в kt/cm2 или в барах). Рассмотрим точный полный вариант расчёта. Для проведения расчета в системе СИ давление, заданное в кг/см2 необходимо перевести в давление, выраженное в барах (1 бар= 105 Н/м2 =100 кПа), Одна техническая атмосфера- 1 ат. = 1 кг/см2 соответствует 0,980665 бар Для перехода к абсолютному давлению, к заданной величине избыточного давления (манометрического) необходимо прибавить величину атмосферного давления. Одна физическая атмосфера 1 атм равна 1,03323 кг/см2 или 1,01325 бар [3, с 20, табл.6], Соответственно исходным данным для нашего случая при давлении (манометрическом) после конечной сдувки – ркон.сд. = 5,2 кг/см2, Абсолютное давление будет равно: - в системе кг/cм2; ккал: рабс.=ризб.маном.+ратм= 5,2+ 1,0332 = 6,2332 кг/см2 - в системе СИ бар; кДж: рабс.=(ризб.маном*0,980665)+ ратм.бар=(5,2*0,980665)+1,0133= 6,113 бар Исходя из полученных величин абсолютного давления (р абс), определяем температуру, которая установится в котле к концу конечной сдувки (методом интерполяции по таблице Приложения П 3.2 для давления выраженного в барах) Соответственно, в этом же приложении П 3.2 находим теплотехнические характеристики для насыщенного водяного пара и жидкости (в кДж/кг). Проводим соответствующие расчёты с использованием полученных величин. Конечному манометрическому (избыточному) давлению конечной сдувки ркон.сд.маном. = 5,2 кг/см2, как было рассчитало выше, соответствует абсолютное давление рабс.кон.сд. =6,113 бар. Этому абсолютному давлению соответствуют по приложению П.3.2, определенные интерполяцией; температура tкон.сд = 158,8°С и энтальпия жидкости i158,8= 673,61 кДж/кг. 4.3 При конечной сдувке выделится тепла (Q1) за счёт изменения теплосодержания жидкости в варочном котле: Q1=V4*(i170-i158,8)= 9567 *(719,2-668,1)=488873,7 кДж 4.4 Некоторое количество тепла выделится также за счёт охлаждения целлюлозы, органических и минеральных веществ (Q2). При средней их теплоёмкости q = 1,34 кДж/кг *Со: Q2 = (Д2 + S8 + М5)* q* (tK0H - tK0H.СД) = (879,99+1661,3+818,58)*1,34*(170 – 158,3) = 52676,07 кДж. 4.5 Всего выделится тепла во время конечной сдувки (Q3): Q3 = Q1 + Q2 = 488873,7+52676,04 = 541549,74 кДж. 4.6 Среднее манометрическое давление при конечной сдувке Рср.кон сд = (Pкон.в+Pкон.сд) /2=(7,043+5,0)/2 = 6,022 кг/см2, или в барах = 5,91 бар. 4.7 Соответственно этому, среднее абсолютное давление при конечной сдувке (в барах): Рабс.ср.кон сд = Рср.кон сд +Ратм. бар = 5,91+1,0133= бар Этому давлению соответствует теплота парообразования, рассчитанная интерполяцией: rср.кон.сд = 2068,2 кДж/кг пара (3, с 220) или по П.3.2. Образуется пара при конечной сдувке (Р3): P3 =Q3: rср.консл = 541549,74/2068,2 = 261,84 кг пара. 4.8 При конечной сдувке помимо испарения жидкости, происходит переброс шелока. В виде переброса уносится вместе со сдувочными парами примерно 2% жидкости (Р4) Р4=V4*0,02=9567,1*0,02=191,34л (кг) 4.9 Количество жидкости в котле, остающейся к концу сдувки (V6) V6=V4-(P3+P4) =9567,1-(261,84+191,34) = 9113,9 л (кг) 4.10 Среднее количество жидкости в котле за время конечной cдувки (V7) V7=  =(9567,1+9113,9)/2 =9340,5 л4.11 Во время конечной сдувки выход снижается с 47,5 до 46% согласно кривой выхода на рис., то есть на этой стадии растворяется ещё 1,5 % органического вещества древесины (S9) S9 = Д*0,038 = 1968,68*0,038 = 74,8 кг. 4.12 Остаётся твёрдого вещества древесины (целлюлозы) (Дз) – целлюлоза по варке Д3 = Д2- S9 = 954,8-74,8 = 880,00 кг В данном расчёте невязка материального баланса по волокну составила 0,004 кг на 880 кг абс.сухого волокна. 4.13 Количество органических веществ в чёрном щёлоке на стадии конечной cдувки (S10) S10 = S8 + S9 = 1661,3 + 74,8 = 1736,8 кг. 4.14 Среднее количество органических веществ в чёрном щёлоке на стадии конечной cдувки (S11) S11 =  =(1661,3+1736,1)/2 =1698,7 кг.4.15 Средняя концентрация растворённых органических веществ во время конечной cдувки (О2) О2 = S11: V7 = 1698,7/9340,5 = 0,181 кг/л. 4.16 Количество органических веществ, уходящих из котла с перебросом (S12) S12=O2 *P4= 0,181*191,34 = 34,79 кг 4.17 Средняя концентрация минеральных веществ во время конечной сдувки ( Смин2) Смин2=М5: V7=818,58/9340,5=0,0876 кг/л 4.18 Количество минеральных веществ, уходящих из котла с перебросом (М6) М6= Смин2*P4=0,0876*191,34=16,768кг 4.19 Остаётся органических веществ в щёлоке к концу конечной сдувки (S13) S13=S10-S12=1736,8-34,79 кг. 4.20 Остаётся минеральных веществ в щёлоке к концу конечной сдувки (М7) М7 = М5-Мб = 818,58-16,768 кг. Материальный баланс конечной сдувки приведен в табл.4 Маорлорлоргварка целлюлоза щелок Таблица 4 Материальный баланс конечной сдувки
*Переходит в чёрный щёлок в состав растворённых органических веществ и учитывается там (*), т.е. из системы не выводится. Материальный баланс системы: = гр.(7 + 6) = 12442,34+504,73=12947,07 кг = гр.2 5. Выдувка массы 5.1 Сваренная целлюлоза выдувается из варочного котла в выдувной резервуар под действием избыточного давления в варочном котле. Выдувной резервуар находится под атмосферным давлением. Соответственно, избыточное давление при выдувке падает до 0. В нашем случае с 5,2 кг/см2 до 0 кг/см2. В результате этого жидкость, имеющая в варочном котле температуру выше 100°С, оказывается перегретой относительно давления в выдувном резервуаре это вызывает её интенсивное вскипание. Выделяется большое количество пара, с которым уносится избыточное тепло, в результате температура массы (жидкости, целлюлозы и растворённых веществ) снижается примерно до 99° - 100 °С; вскипание, соответственно, прекращается. 5.2 Как было определено выше (п. 4.2.), избыточному давлению после конечной сдувки, т.е. перед выдувкой, равному 5,2 кг/см2, соответствует абсолютное давление Рабс = 6,033 кг/см2 = 5,917 бар и температура tкон. сд=158,8C0 Энтальпия жидкости в этих условиях i158,8= 668,1 кДж/кг. Температура массы ввыдувном резервуаре t= 99°С избыточного давления нет т.е. оно = 0. Энтальпия жидкости в этих условиях i99=414,9 кДж/кг. Таким образом, при выдувке выделится тепла жидкостью(Q4) Q4=V6*(i158,8- i99)=9113,9 * (668,1-414,9)=2307639 кДж 5.3 Выделится тепла целлюлозой и сухими веществами чёрного щёлока при их Q5= (Д3 + S13 + М7)*q*(tкон. сд-tвыд.рез )= (880 + 1702,01+801,81)*1,34*(158,3° - 99°) = 269791,9 кДж 5.4 Суммарное количество выделившегося тепла (Q6) Q6=Q4 + Q5 = 2307639+269791,9=2577430кДж. 5.5 Среднее манометрическое давление пара при выдувке (Pср.выд) Pср.выд=  = (5,2+0,0)/2=2,6 кг/см2или в барах = 2,6*0,980665 = 2,55 бар. 5.6 Соответственно, среднее абсолютное давление при выдувке (Рабс.ср.выд) в барах: Рабс.ср.выд = Рср.выд + Ратм.бар = 2,45 +1,0332 =3,48 бар. Этому давлению соответствует теплота парообразования (вычисленная интерполяцией по П.3.2): rср.выд = 2146,11 кДж/кг. 5.7 Образуется паров вскипания при выдувке массы (Р5) P5 = Q6: rср.выд = 2577430/2149,2=1199,25 кг пара. 5.8 Таким образом, из котла при выдувке уходит жидкости с массой (V8): V8 = V6 - Р5 = 9113,9-1199,25=7914,6л.
O3 = S13: V8 =1702,01/7914,6=0,21504 кг/л. 5.10 Концентрация минеральных веществ в чёрном щёлоке (Смин.3) Смин.3= М7: V8 = 801,81/7914,6=0,1013 кг/л 5.11 Концентрация сухих веществ в чёрном щёлоке (СФ2) СФ2=(S13+M7): V8=(1702,01+801,81)/7914,6 = 0,31635 кг/л 5.12 Примем, что переброс щёлока при выдувке составляет 1,5 %. Тогда вместе с паром в конденсатор смешения уйдёт и будет потеряно чёрного щёлока (Р6) Р6= V8*0,015= 7914,6*0,015=118,71 л 5.13 С этим перебросом черного щёлока при выдувке будет потеряно сухих веществ (ф2) ф2=СФ2*Р6=0,31635*118,71=37,55 кг сухих веществ чёрного щёлока 5.14 С перебросом уйдёт и будет потеряно органических веществ (S14) S14=О3*Р6=0,21504*118,71=25,527 кг органических веществ чёрного щёлока 5.15 С перебросом уйдёт и будет потеряно минеральных веществ (М8) М8= Смин.3*Р6 = 0,1013*118,71=12,025 кг минеральных веществ чёрного щёлока В пересчёте на Na2O (Е - см. п. 1.10.) потери составляют М8: Е = 12,025/1,357=8,861кг «всей Na2O». 5.16 Количество чёрного щёлока с целлюлозой в выдувном резервуаре (V9) V9=V8-P6=7914,6-118,71=7795,89 л 5.17 В нём растворённых органических веществ (S15) S15 = S13 –S14= 1702,01-25,527=1676,48 кг органических веществ. 5.18 В нём растворённых минеральных веществ (М9) М9= М7 - М8 =801,81-12,025=789,78 кг минеральных веществ, или в пересчёте на Na2O М9: Е = 789,78/1,357=582,008 кг «всей Na2O». Материальный баланс выдувки представлен в табл. 5. Таблица 5 Материальный баланс выдувки
Материальный баланс системы: гр.(6 +5) =1355,5+13778,15=15133 кг.= гр.2 Таблица 6 Сводный материальный баланс периодической сульфатной варки
Переходит в чёрный щёлок в состав растворённых органических веществ и учитывается там (*), т.е. из системы не выводится. Материальный баланс системы: Σ гр.(12+11) = 9081,7 + 1776,31 = 10858,02 кг = гр. 5 = гр.13 – гр.6* | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
