Загрузка щепы и закачка щелоков

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

1.1. Количество абсолютно-сухой щепы, загружаемой в котёл на варку

для получения 1 т воздушно-сухой целлюлозы (на 880 кг абсолютно-сухой целлюлозы) ( Д – количество древесины)

кг абсолютно-сухой древесины (кг а.с.д.).

1.2. Количество воды, поступающей на варку со щепой (V₁) при заданной влажности щепы (W)

V₁ л .

1.3. Общее количество жидкости в котле при варке (V) при заданном гидромодуле (ГМ)

V = Д × ГМ = 1864,41 × 4,2 = 7830,52 л 7830,5 л .

1.4. Количество активной щёлочи, задаваемой с белым щёлоком на варку (А₁) при заданном расходе активной щёлочи от веса а.с.д. (А)

А₁ = кг Na₂O .

1.5. Объём белого щёлока, закачанного на варку (V₂) при его заданной концентрации (С_А)

V₂ = л 2913,1 л .

1.6. Объём чёрного щёлока, закачанного на варку (до заданного гидромодуля) V₃ :

V₃ = V – (V₁ + V₂) = 7830,5 – (1003,9 + 2913,1) = 3913,5 л .

1.7. Расчёт состава белого щёлока по его характеристикам в единицах Na₂O:

С г/л ( по Na₂O);

С г/л (по Na₂O);

С г/л

(по Na₂O) ;

С г/л (Na₂O) .

Итого: = 81,76 + 30,24 + 17,95 + 2,28 = 132,23 г/л в ед. Na₂O .

1.8. Состав белого щёлока в собственных единицах:

Аналогично:

C г/л Na₂S;

C г/л Na₂CO₃;

C г/л Na₂SO₄;

Итого: С_{Собств.} = 105,50 + 38,04 + 30,69 + 5,22 = 179,45 г/л в собственных

единицах .

1.9. Степень активности белого щёлока (А_кт)

А_кт = .

1.10. Коэффициент пересчёта (Е) натриевых соединений белого щёлока из единиц Na₂O в собственные единицы

Е = .

1.11. Количество «всей щёлочи» в собственных единицах, поступающей в котёл с белым щёлоком (М₁)

М₁= кг .

1.12. Количество сухих веществ, поступающих в котёл с закачиваемым чёрным щёлоком (Ф₁) при заданной концентрации сухих веществ в чёрном щёлоке (С_ч.щ) и его плотности ( _ч.щ):

Ф₁ = кг сухих веществ.

1.13. Количество минеральных веществ, поступающих в котёл с чёрным щёлоком (М₂)

М₂ = кг минеральных веществ чёрного щёлока,

или в единицах Na₂O 156,59 : 1,357 = 115,39 кг по Na₂O .

1.14. Количество органических веществ, поступающих с чёрным щёлоком на варку (S)

S = кг растворённых органических веществ, или

S = Ф₁ – М₂ = 521,96 – 156,59 = 365,37 кг органических веществ.

1.15. Общее количество минеральных веществ, поступающих с белым и чёрным щёлоком в варочный котёл (М₃) :

М₃ = М₁ + М₂ = 522,73 + 156,59 = 679,32 кг минеральных веществ.

Полученные результаты представлены в табл. 1

Таблица 1

Поступление веществ в варочный котёл

Вещества	Со щепой	С белым щёлоком	С чёрным щёлоком	ИТОГО в котле

1. Вода, л (кг)	1003,9	2913,1	3913,5	7830,5
2. Органические вещества, кг: - древесина;	1864,41	-	-	1864,41
- растворённые в чёрном щёлоке	-	-	365,37	365,37
3. Минеральные вещества, кг	-	522,73	156,59	679,32
ИТОГО:	2868,31	3435,83	4435,46	10739,60
В т.ч. «всей Na₂O», кг (при коэффициенте Е=1,357 – см. п. 1.10.)	-	385,21	115,39	500,60

Заварка

2.1. Согласно имеющимся литературным данным [1] во время терпентинной сдувки выделяется 90 кг пара на 1 т а.с.д. Следовательно, в нашем случае выделится (Р₁) кг пара:

Р₁ = 90 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 =7830,5×0,01 = 78,3 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 – (Р₁ + Р₂) = 7830,5 – (167,8 + 78,3) = 7584,4 л (кг) .

2.4. Среднеарифметическое количество жидкости во время заварки (V₅)

V₅= л (кг) .

2.5. Согласно графику изменения выхода в процессе варки (рис. 1.) выход на этой стадии – 62,3 %. Тогда количество органических веществ, растворяющихся за время заварки (S₁), составит 100 % - 62,3 % = 37,7 %.

Соответственно: S₁ = Д × 0,377 = 1864,41 × 0,377 = 702,88 кг органических

веществ.

2.6. По литературным данным, [2] на 1 т в.с. целлюлозы при варке хвойной (сосновой) древесины во время сдувки уходят из котла летучие продукты:

Скипидар -- 11 кг

Метиловый спирт – 5 кг

Метилмеркаптан – 1 кг

Диметилсульфид – 3 кг

______________

Итого – 20 кг

При варке лиственной древесины в составе продуктов сдувок не будет скипидара. Количество других летучих продуктов сдувки:

Метиловый спирт – 8 кг

Метилмеркаптан ~ 1 кг

Диметилсульфид ~ 3 кг

Итого – 12 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 = 702,88 – 20 = 682,88 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 = 365,37 + 682,88 = 1048,25 кг органических веществ в

растворе.

2.9. Среднеарифметическое количество органических веществ, находящихся в растворе в период заварки (S₄)

S₄ = кг органических веществ.

2.10. Средняя концентрация растворённых органических веществ во время заварки (О₁)

О₁ = г/л = 0,091704 кг/л органических веществ

2.11. Средняя концентрация минеральных веществ во время заварки (С_мин.1)

С_мин.1 = г/л = 0,088138 кг/л

минеральных веществ.

2.12. Уходит органических веществ с перебросом щёлока (S₅)

S_5. = О₁ × Р₂ = 0,091704 × 78,3 = 7,18 кг органических веществ.

2.13. Уходит минеральных веществ с перебросом щёлока (М₄)

М₄ = С_мин.1× Р₂ = 0,088138 × 78,3 = 6,90 кг минеральных веществ.

2.14. Остаётся в котле к концу заварки твёрдого вещества древесины (Д₁)

Д₁ = Д – S₁ = 1864,41 – 702,88 = 1161,53 кг древесины.

2.15. Остаётся минеральных веществ в чёрном щёлоке (М₅)

М₅ = М₃ – М₄ = 679,32 – 6,90 = 672,42 кг минеральных веществ.

2.16. Остаётся органических веществ в чёрном щёлоке (S₆)

S₆ = S₃ – S₅ = 1048,25 – 7,18 = 1041,07 кг органических веществ.

Итоговый материальный баланс заварки представлен в табл. 2 .

Варка

В период стоянки на конечной температуре после заварки происходит дальнейшее растворение древесины, и выход снижается до 48,7 % , т.е. после заварки дополнительно растворяется древесины: = 62,3 % - 48,7 % = 13,6 % .

3.1. Соответственно, в раствор переходит органических веществ древесины (S₇):

S₇ = Д × 0,136 = 1864,41 × 0,136 = 253,56 кг органических веществ древесины.

3.2. Остаётся твёрдого вещества древесины (Д₂) после стоянки на конечной температуре, т.е. после стадии «варка» :

Д₂ = Д₁ – S₇ = 1161,53 – 253,56 = 907,97 кг древесного вещества (целлюлозы).

Всего растворено органических веществ в чёрном щёлоке (S₈)

S₈ = S₆ + S₇ = 1041,07 + 253,56 = 1294,63 кг органических веществ.

Итоговый материальный баланс стадии «Варка» приведён в табл.3 .
Таблица 2

Материальный баланс процесса «Заварка»

Вещества	Перед началом заварки	По окончании процесса заварки
уходит при сдувке	Перехо-дит в раствор	Итого ухо-дит	Осталосьв котле к концу заварки
в виде паров	с пере- бросами

1. Вода, л (кг)	7830,5	167,8	78,3	-	246,1	7584,4
2. Органические вещества, кг: - древесина;	1864,41	-	-	682,88*¯	-	1161,53
- летучие продукты;	-		-	-		-
- растворённые в щёлоке	365,37	-	7,18	*®	7,18	1041,07*
3. Минеральные вещества, кг	679,32	-	6,90	-	6,90	672,42
ВСЕГО:	10739,60	187,8	92,38	682,88*	280,18	10459,42
В т.ч. «всей Na₂O»	500,60	-	5,08	-	5,08	495,52

*Переходит в чёрный щёлок в состав растворённых органических веществ и учитывается там (*), т.е. из системы не выводится. Соответственно, баланс системы:

Таблица 3

Материальный баланс стадии «Варка»

Вещества	Было в котле к концу заварки	По окончании стадии «варка»
переходит в раствор (в ч. щ.)	Итого в котле Остаётся
1. Вода, л (кг)	7584,4	-	7584,4
2. Органические вещества: - древесина (целлюлоза);	1161,53	253,56*¯	907,97
- растворённые в чёрном щёлоке	1041,07	*	1294,63*
3. Минеральные вещества	672,42	-	672,42
ВСЕГО:	10459,42	253,56*	10459,42
В т.ч. «всей Na₂O»	495,52	-	495,52

*Переходит в чёрный щёлок в состав растворённых органических веществ и учитывается там (*), т.е. из системы не выводится.

Конечная сдувка

4.1. Температура варки (стоянки на конечной температуре) согласно исходным данным – t_кон= 170 ºС. Этой температуре в соответствии с «Таблицами термодинамических свойств воды и водяного пара» [3, стр. 24] или по Приложению П.3.1 соответствует абсолютное давление пара (р_абс): р_абс_{t.кон 170º} = 8,076 кг/см².

Абсолютное давление (р_абс) равно сумме атмосферного давления (р_атм) и избыточного давления (р_изб). В технике и технологических процессах практически всегда задаётся и контролируется избыточное давление, т.е. то, которое показывает манометр.

Атмосферное давление (р_атм), 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: р_атм= р_абсдля t = 100 ºС. В данном случае это давление равно р_атм= 1,0332 кг/см² [3, с.22] или по П.3.1 (выделенные значения). Исходя из приведённых выше величин, избыточное давление (т.е. то, которое будет показывать манометр в верху котла в паровом пространстве) при температуре 170 ºС :

р_{изб 170º} = р_{абс 170º}– р_атм= 8,076 – 1,0332 = 7,0428 7,043 кг/см² .

или в барах: р_изб.170º= 7,0428 0,980665 = 6,9066 6,907 бар .

Энтальпия (теплосодержание) жидкости: i'_170º =719,2 кДж/кг по[3, с. 214] или по Приложению П.3.1.

Обычно в технических расчетах атмосферное давление может быть принято равным 1,0 кг/см².

При конечной сдувке давление 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 теплотехнические 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 требованиям проектные расчёты проводят в системе СИ, хотя следует отметить, что предприятия свою теплотехническую отчётность проводят в гигакалориях (Гкал = 10⁹ кал = 10⁶ ккал). Можно также отметить,

что расчёт, выполненный в ккал для водно-паровых систем, выглядит более наглядно, так как величина удельной теплоёмкости воды в этой системе равна 1 ккал/кг·град.

Здесь следует также сказать, что в последнее время в качестве единицы давления используется паскаль(Па; кПа; МПа) по размерности

1 бар=10⁵ Па. Это наименование было введено в память о выдающемся французском математике, физике и философе Блезе Паскале (1623-1662 г.г.).

Проведём теплотехнические расчёты в данном разделе исходя 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 (маномет-рическое) снижается до 5,3 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 неё. Таким образом, это проще, точнее и в большей степени гарантирует от ошибок, так как “шаг” температур в таблицах равен 1 ºС, и при этом не надо следить за правильностью выбора давления (Р _абсили Р _изб, в кг/см² или в барах).

Рассмотрим точный полный вариант расчёта.

Для проведения расчёта в системе СИ давление, заданное в кг/см² , необходимо перевести в давление, выраженное в барах (1 бар = 10⁵ Н/м² = =100 кПа = 0,1 МПа).

Одна техническая атмосфера – 1 ат = 1 кг/см² соответствует 0,980665 бар

[3, с.20, табл.6] или по Приложению П.3.

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], или определённая, как указано на предыдущей странице по [3, с.22 и 213] или по П.3.1 для t = 100 ºС.

Соответственно исходным данным для нашего случая при давлении (манометрическом) после конечной сдувки – р _кон.сд= 5,3 кг/см² ,

Абсолютное давление будет равно:

- в системе кг/см² ; ккал:

р_абс= р_{изб.маном}+ р _{атм.кг/см2}= 5,3 + 1,0332 = 6,3332 кг/см² 6,333 кг/см²;

- в системе СИ бар; кджоуль:

р_абс= (р_{изб.маном} 0,980665) + р_{атм.бар}= (5,3 0,980665) + 1,0133 =

= 5,1975 + 1,0133 = 6,2108 бар 6,211 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) или по «Таблицам…» [3]. Соответственно, в этих же таблицах или в 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 р_{кон.сд.маном}= 5,3 кг/см², как было рассчитано выше, соответствует абсолютное давление р_абс_.кон.сд= 6,211 бар. Этому абсолютному давлению соответствуют по [3, с. 220] или по Приложению П.3.2 , определённые интерполяцией: температура t_кон.сд= 160,19 ºС и энтальпия жидкости i'_160,19º = 676,30 кДж/кг.

4.3. При конечной сдувке выделится тепла (Q₁) за счёт изменения теплосодержания жидкости в варочном котле:

Q₁= V₄ (i'_170º - i'_160,19º) = 7584,4 (719,2 – 676,3) = 325371 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×ºС:

Q₂ = (Д₂ + S₈ + М₅) × q ×(t_кон – t_кон.сд) = (907,97 + 1294,63 + 672,42) × ×1,34×(170º – 160,2º) = 37755 кДж .

4.5. Всего выделится тепла во время конечной сдувки (Q₃):

Q₃ = Q₁ + Q₂ = 325371 + 37755 = 363126 кДж .

4.6. Среднее манометрическое давление пара при конечной сдувке

Р_{ср.кон.сд}= кг/см² , или

в барах = 6,172 × 0,980665 = 6,052 бар.

4.7. Соответственно этому, среднее абсолютное давление при конечной

сдувке (в барах): р_абс_{.ср.кон.сд}= р_{ср.кон.сд}+ р_{атм.бар}= 6,052 + 1,0133 = 7,065 бар.

Этому давлению соответствует теплота парообразования, рассчитанная интерполяцией: r_{ср.кон.сд}= 2065,7 кДж/кг пара по [3, с.220] или по П.3.2 .

Образуется пара при конечной сдувке (Р₃):

Р₃ = Q₃ : r_{ср.кон.сд}= 363126 : 2065,7 = 175,79 175,8 кг пара .

4.8. При конечной сдувке, помимо испарения жидкости, происходит переброс щёлока. В виде переброса уносится вместе со сдувочными парами примерно 2 % жидкости (Р₄):

Р₄ = V₄ × 0,02 = 7584,4 × 0,02 = 151,7 л (кг).

4.9. Количество жидкости в котле, остающейся к концу сдувки (V₆)

V₆ = V₄ – (Р₃+ Р₄) = 7584,4 – (175,8 + 151,7) = 7256,9 л (кг) .

4.10. Среднее количество жидкости в котле за время конечной сдувки (V₇)

V₇ = 7420,65 ~ 7420,7 л .

4.11. Во время конечной сдувки выход снижается с 48,7 % до 47,2 % согласно кривой выхода на рис. 2., то есть на этой стадии растворяется ещё 1,5 % органического вещества древесины (S₉)

S₉ = Д × 0,015 = 1864,41 × 0,015 = 27,966 27,97 кг .

4.12. Остаётся твёрдого вещества древесины (целлюлозы) (Д₃) – целлюлоза по варке

Д₃ = Д₂ – S₉ = 907,97 – 27,97 = 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 сдувки (S₁₀)

S₁₀ = S₈ + S₉ = 1294,63 + 27,97 = 1322,60 кг .

4.14. Среднее количество органических веществ в чёрном щёлоке на стадии конечной сдувки (S₁₁)

S₁₁ = кг .

4.15. Средняя концентрация растворённых органических веществ во время конечной сдувки (О₂)

О₂ = S₁₁ : V₇ = 1308,62 : 7420,7= 176,347 г/л = 0,176347 кг/л .

4.16. Количество органических веществ, уходящих из котла с перебросом щёлока (S₁₂)

S₁₂ = О₂ × Р₄ = 0,176347 × 151,7 = 26,75 кг.

4.17. Средняя концентрация минеральных веществ во время конечной сдувки (С_мин.2)

С_мин.2= М₅ : V₇ = 672,42 : 7420,7 = 90,614 г/л = 0,090614 кг/л .

4.18. Количество минеральных веществ, уходящих из котла с перебросом щёлока (М₆)

М₆ = С_мин.2× Р₄ = 0,090614 × 151,7 = 13,75 кг.

4.19. Остаётся органических веществ в щёлоке к концу конечной сдувки (S₁₃) S₁₃ = S₁₀ – S₁₂ = 1322,60 – 26,75 = 1295,85 кг.

4.20. Остаётся минеральных веществ в щёлоке к концу конечной сдувки (М₇) М₇ = М₅ – М₆ = 672,42 – 13,75 = 658,67 кг.

Материальный баланс конечной сдувки приведён в табл. 4 .

Таблица 4

Материальный баланс конечной сдувки

Вещества	Было в котле к концу стадии «вар-ка»	По окончании конечной сдувки
уходит со сдувкой	пере- ходит в рас- твор в ч.щ.	Итого ухо-дит	Оста- лось в котле перед выдув-кой
в виде па-ров	с пере- бро- сами

1. Вода, л (кг)	7584,4	175,8	151,7	-	327,5	7256,9
2. Органические вещества
- целлюлоза;	907,97	-	-	27,97*¯	-	880,00
- растворённые в чёрном щёлоке	1294,63	-	26,75	*	26,75	1295,85*
3. Минеральные вещества	672,42	-	13,75	-	13,75	658,67
ВСЕГО:	10459,42	175,8	192,20	27,97*	368,00	10091,42
В т.ч. «всей Na₂O» , кг	495,52	-	10,13	-	10,13	485,39

*Переходит в чёрный щёлок в состав растворённых органических веществ и учитывается там (*), т.е. из системы не выводится. Материальный баланс системы: = гр. 2 .

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 5,3 кг/см²

до 0 кг/см². В результате этого жидкость, имеющая в варочном котле температуру выше 100 ºС, оказывается перегретой относительно давления в выдувном резервуаре – это вызывает интенсивное вскипание её. Выделяется большое количество пара, с которым уносится избыточное тепло, в результате температура массы (жидкости, целлюлозы и растворённых веществ) снижается примерно до 99º – 100 ºС; вскипание, соответственно, прекращается.

5.2. Как было определено выше (п. 4.2.), избыточному давлению после конечной сдувки, т.е. перед выдувкой, равному 5,3 кг/см², соответствует

- абсолютное давление р_абс = 6,333 кг/см² = 6,211 бар и

- температура t_кон.сд= 160,19 ºС 160,2 ºС.

. Энтальпия (теплосодержание) жидкости при этих условиях (см. п.4.2.):

i'_160,19º= 676,30 кДж/кг.

Температура массы в выдувном резервуаре t_{выд.рез} 99 ºС ; избыточного давления нет, т.е. оно равно 0. Энтальпия жидкости в этих условиях –

i'_99º= 414,9 кДж/кг по [3, с. 213] или по П.3.1.

Таким образом, при выдувке выделится тепла жидкостью (Q₄)

Q₄ = V₆ × (i'_160,2º- i'_99º) = 7256,9 × (676,3 – 414,9) =1896954 кДж.

5.3. Выделится тепла целлюлозой и сухими веществами чёрного щёлока при их средней теплоёмкости q = 1,34 кДж/кг×ºС (Q₅)

Q₅ = (Д₃ + S₁₃ + М₇) × q × (t_кон.сд– t_{выд.рез}) =

= (880,0 + 1295,85 + 658,67) × 1,34 × (160,2º – 99º) = 232453 кДж.

5.4. Суммарное количество выделившегося тепла (Q₆)

Q₆ = Q₄ + Q₅ = 1896954 + 232453 = 2129407 кДж.

5.5. Среднее манометрическое давление пара при выдувке (р_ср.выд)

Р_ср.выд= или

в барах = 2,65 × 0,980665 = 2,5988 2,60 бар .

5.6. Соответственно, среднее абсолютное давление при выдувке (р_абс_.ср.выд)

в барах: р_абс_.ср.выд= р_ср.выд + р_{атм.бар} = 2,60 + 1,0133 3,613 бар.

Этому давлению соответствует теплота парообразования (вычисленная

интерполяцией по [3, с.220] или по П.3.2): r_ср.выд= 2144,61 кДж/кг .

5.7. Образуется паров вскипания при выдувке массы (Р₅)

Р₅ = Q₆ : r_ср.выд= 2129407 : 2144,61 = 992,91 992,9 кг пара .

5.8. Таким образом, из котла при выдувке уходит жидкости с массой (V₈):

V₈ = V₆ – Р₅ = 7256,9 – 992,9 = 6264,0 л .

5.9. Концентрация органических веществ в чёрном щёлоке (О₃)

О₃= S₁₃ : V₈ = 1295,85 : 6264,0 = 206,873 г/л = 0,206873 кг/л .

5.10. Концентрация минеральных веществ в чёрном щёлоке (С_мин.3)

С_мин.3= М₇ : V₈ = 658,67 : 6264,0 = 105,152 г/л = 0,105152 кг/л .

5.11. Концентрация сухих веществ в чёрном щёлоке (С_Ф2)

С_Ф2 = (S₁₃ + М₇) : V₈ = (1295,85 + 658,67) : 6264,0 = 312,024 г/л =

= 0,312024 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 = 6264,0 × 0,015 = 93,96 л ~ 94,0 л.

5.13. С этим перебросом чёрного щёлока при выдувке будет потеряно сухих веществ (Ф₂)

Ф₂ = С_Ф2 × Р₆ = 0,312024 × 94,0 = 29,33 кг сухих веществ чёрного щёлока

5.14. С перебросом уйдёт и будет потеряно органических веществ (S₁₄)

S₁₄ = О₃× Р₆ = 0,206873 × 94,0 = 19,45 кг органических веществ чёрного

щёлока.

5.15. С перебросом уйдёт и будет потеряно минеральных веществ (М₈)

М₈ = С_мин.3 × Р₆ = 0,105152 × 94,0 = 9,88 кг минеральных веществ чёрного щёлока.

В пересчёте на Na₂O (Е – см. п.1.10.) потери составляют

М₈ : Е = 9,88 : 1,357 = 7,28 кг «всей Na₂O».

5.16. Количество чёрного щёлока с целлюлозой в выдувном резервуаре (V₉)

V₉ = V₈ – Р₆ = 6264,0 – 94,0 = 6170,0 л.

5.17. В нём растворённых органических веществ (S₁₅)

S₁₅ = S₁₃ – S₁₄ = 1295,85 – 19,45 = 1276,40 кг органических веществ.

5.18. В нём растворённых минеральных веществ (М₉)

М₉= М₇ – М₈ = 658,67 – 9,88 = 648,79 кг минеральных веществ, или в пересчёте на Na₂O = М₉ : Е = 648,79 : 1,357 = 478,106 ~ 478,11 кг «всей Na₂O».

Материальный баланс выдувки представлен в табл. 5 .

Таблица 5
Материальный баланс выдувки

Вещества	Было в котле в конце сдувки	По окончании выдувки
Уходит	Остаёт-ся в выдув-ном резервуаре
в виде па-ров	c пере- бро-сом	Итого уходит

1. Вода, л (кг)	7256,9	992,9	94,0	1086,9	6170,0
2. Органические вещества, кг: - целлюлоза;	880,00	-	-	-	880,00
- растворённые в чёрном щёлоке	1295,85	-	19,45	19,45	1276,40
3. Минеральные вещества, кг	658,67	-	9,88	9,88	648,79
ИТОГО:	10091,42	992,9	123,33	1116,23	8975,19
В т.ч. «всей Na₂O» , кг	485,39	-	7,28	7,28	478,11

Материальный баланс системы: кг.=гр.2

Сводный материальный баланс периодической сульфатной варки

представлен в табл. 6 .

Сводный материальный баланс периодической сульфатной варки Таблица 6

Вещества	Приход	Пере-	Расход	Оста- ётся в выду- вном резер- вуаре	Сумма-рно
со щепой	с белым щёло- ком	с чёр-ным щёло- ком	Всего	ходит в рас-твор (*)	уходит со сдувками	уходит при выдувке	Итого уходит
в виде пара	с пере бро-сом	в виде пара	с пере- бро-сом

1. Вода, кг (л)	1003,9	2913,1	3913,5	7830,5	-	343,6	230,0	992,9	94,0	1660,5	6170,0	7830,5
2. Органические вещества, кг: - древесина (целлюлоза);	1864,41	-	-	1864,41	964,41 *¯	-	-	-	-	-	880,00	1844,41
- газообразные продукты;	-	-	-	-	-		-	-	-		-
- растворённые в щёлоке;	-	-	365,37	365,37	*®	-	33,93	-	19,45	53,38	1276,40*	1329,78
3. Минеральные вещества, кг	-	522,73	156,59	679,32	-	-	20,65	-	9,88	30,53	648,79	679,32
ВСЕГО:	2868,31	3435,83	4435,46	10739,60	964,41 *	363,6	284,58	992,9	123,33	1764,41	8975,19	11704,01 (с *)
- в том числе «всей Na₂O»	-	385,21	115,39	500,60	-	-	15,22	-	7,28	22,50	478,10	500,60

*Переходит в чёрный щёлок в состав растворённых органических веществ и учитывается там (*), т.е. из системы

не выводится. Материальный баланс системы: S гр.(12+11) = 8975,19 + 1764,41 =10739,60 кг = гр. 5 = гр.13 – гр. 6*

6. Тепловой баланс периодической сульфатной варки

Для определения более точной величины расхода тепла (пара) на сульфатную варку целлюлозы по традиционной технологи, проведём расчёт на обеспечение варочного процесса по всем основным статьям затрат тепла

При этом будут использоваться результаты, полученные в расчёте

материального баланса периодической сульфатной варки.

В расчётах теплового баланса варки целлюлозы примем варочный котёл объёмом 140 м³ типа «КВСа-140», серийно выпускаемый

АО «Петрозаводскмаш» [ 10, с.6-8, 9-11].

Исходные данные

Наружная поверхность корпуса котла, м² - 160 = F_{нар.пов.котла}

Средняя толщина стальной стенки, мм - 30 =

Масса корпуса котла с арматурой, т - 70 = G_котла

Толщина тепловой изоляции, мм - 65 =

Масса изоляции, т - 6,3 = G_{изоляц.}

Теплоёмкость, кДж/(кг×ºС):

– абсолютно-сухой древесины и - 1,34 = С_а.с.д.; С_{раств.орг}

растворённых органических веществ

– растворённых минеральных веществ - 1,13 = С_{раств.мин.}

– воды в щёлоке - 4,19 = С_воды

– стали котельной - 0,50 = С_стали

– тепловой изоляции - 0,92 = С_{тепл.изол.}

Начальные температуры, ºС :

– щепы и влаги в ней - 10 = t_{нач.щепы} ; t_{нач.влаги щп.}

– белого щёлока - 60 = t_{б.щ.нач.}

– чёрного щёлока (при закачке в котёл) - 70 = t_{ч.щ.нач.}

Средняя температура стального корпуса котла, ºС :

– перед загрузкой щепы - 140 = t_{нач.корп.котла}

– в конце заварки - 170 = t_{кон.корп.котла}

Средняя температура изоляционного слоя, ºС :

– в начале заварки - 80 = t_{изол.нач.завар.}

– в конце заварки - 120 = t_{изол.кон.завар.}

По данным материального баланса:

Для тепловых расчётов предварительно должно быть определено количество воздушно-сухой целлюлозы, получаемой после варки из одного варочного котла (то есть с 1 котло-варки) для варочного котла объёмом

140 м³, по условиям, принятым для расчёта материального баланса.

Соответственно, расчёт по п.п. 7.1.1. ; 7.1.2. ; 7.1.3. ; 7.1.4.

Выход воздушно-сухой целлюлозы из одного котла объёмом 140 м³, кг

(по п.7.1.4.):

G в.с.ц. = 11978 кг

Количество загруженных в котёл, кг(по п.п. 1.1. ; 1.2. ; 1.5. ; 1.6. ;

1.11.;1.13. ; 1.14):