Курсовая работа: Автоматизация технологического процесса варки целлюлозы в варочном котле периодического действия

Расчет материального баланса ведется на 1 т воздушно-сухой целлюлозы.

Материальный баланс загрузки и пропитки

Количество абсолютно-сухой древесины на 1 м котла:

,(1)

где ρ 2 - средняя плотность древесины, кг/м3;

а - степень объемного заполнения котла, пл. м3/м3

 кг/м3.

Выход абсолютно-сухой целлюлозы с 1 м3 котла:

,(2)

где В - выход целлюлозы из древесины, %;

 кг/м3.

Выход воздушно-сухой целлюлозы с 1 м3 котла:

(3)

где 0,9 - коэффициент сухости воздушно-сухой целлюлозы;

 кг/м3.

Выход воздушно-сухой целлюлозы из котла за одну варку:

, (4)

где VK - объем котла, м3;

 кг.

На 1 т воздушно-сухой целлюлозы необходимо загрузить абсолютно-сухой древесины:

,(5)

где 880 - содержание абсолютно-сухого волокна на 1 т целлюлозы, кг;

В - выход целлюлозы из древесины, %;

кг/тв.с.ц.,

или (6)

где ρ 1 - насыпная плотность щепы, кг/м3;

 м3/т,

или ,(7)

где р2 - средняя плотность древесины, кг/м3;

 пл. м3/т в.с.ц.

С древесиной в котел поступает жидкости:

,(8)

где W1 - относительная влажность щепы, %;

 кг Н2О/т в.с.ц.

Количество пара, подаваемого на уплотнение и пропарку щепы, на 1 т в.с.ц. зимой:

,(9)

где т1 - теплоемкость древесины, КДж/кгּ °С, т1=1,34;

т2 - теплоемкость воды, КДж/кгּ°С, т2=4,19;

t1 - температура пропарки, °С;

t2 - температура щепы зимой, °С;

l - энтальпия пара при Р 1,2 МПа;

l' - энтальпия жидкости при t =90 °С;

λ - теплота плавления льда, КДж/кгּ°С, λ =334

 =602,5 кг/т в.с.ц.

Количество пара, подаваемого на уплотнение и пропарку щепы, летом:

,(10)

где t2’- температура щепы летом, °С;

 кг/т.

Количество пара, конденсирующегося в котле (принимаем 90 %),

зимой:

,(11)

 кг/т.

Количество пара, конденсирующего в котле, летом:

,(12)

 кг/т.

Количество пара, уходящего из котла с воздухом в период загрузки котла:

- зимой:

,(13)

 кг/т.

- летом:

,(14)

 кг/т.

Количество жидкости в котле на 1 т в.с.ц.

,(15)

где ГМ - гидромодуль варки, ГМ=4; кг/т.

Необходимо залить черного щелока на пропитку:

-зимой

,(16)

кг/т

-летом

,(17)

 кг/т

или ,(18)

где d2 - плотность черного щелока, подаваемого на пропитку, кг/м3 ;

 м3/т в.с.ц.,

,(19)

 м3/т в.с.ц.

Далее материальный баланс считаем на летние показатели.

Сухих веществ в черном щелоке на пропитку на 1 т в.с.ц.

,(20)

где С2 - концентрация черного щелока, подаваемого на пропитку,%;

 кг/т.

Принимаем, что в сухом остатке органических веществ - 70 %, минеральных веществ - 30 %.

Черный щелок на пропитку содержит:

- минеральных веществ

,(21)

кг/т.

- органических веществ

, (22)

кг/т.

Расчет показателей белого щелока представлен в таблице 2

Таблица 2 - Расчет показателей белого щелока

Компоненты в собственных единицах, г/л

NaOH=CNaOHּЭNaoH/ЭNa2О=75ּ40/31=96,8 г/л (23)

Na2S=CNa2SּЭNa2S/ЭNa2О=25ּ39/31=31,5 г/л (24)

Na2CO3=CNa2CO3ּЭNa2СО3/ЭNa2O=13,2ּ53/31=22,6 г/л (25)

Na2SO4=CNa2SO4ּЭNa2SО4/ЭNa2О=l,3ּ71/31=3,0 г/л (26)

Всего С°ОЩ=153,9 г/л (27)

Степень активности белого щелока

 (28)

Коэффициент перевода общей щелочи в собственные единицы

 (29)

В минеральном остатке содержится чистого Na2O

 (30)

 кг Na2O/т в.с.ц.

Принимаем выход при пропитке 97,5 %, т.е. растворяется 2,5% органических веществ

, (31)

кг/т.

Тогда органических веществ в щелоке к концу пропитки

 кг/т. (32)

Всего сухих веществ в щелоке к концу пропитки

 кг. (33)

Материальный баланс загрузки и пропитки (летний) представлен в таблице 3

Таблица 3 - Материальный баланс загрузки и пропитки

Принимаем коэффициент вытеснения равным 0,8, тогда остается черного щелока с пропитки 20 %

,(34)

 кг/т.

Вытеснено жидкости

, (35)

кг/т.

Средняя концентрация сухих веществ в щелоке к концу пропитки:

, (36)

%.

Органических веществ в жидкости с пропитки:

, (37)

кг/т.

Минеральных веществ в жидкости с пропитки

, (38)

 кг/т.

Расход активной щелочи на 1 т в.с.ц., ед. Na2O/т

,(39)

где А - расход активной щелочи, %;

кгNa2O/т.

Объем белого щелока на 1 т в.с.ц.

, (40)

где С1 - концентрация активной щелочи, кг/м3;

 м3/т в.с.ц.,

,(41)

где d1 - плотность белого щелока, кг/м3;

 кг/т.

Необходимо залить горячего черного щелока

, (42)

 кг/т.

Всего Na2O поступает в котел с белым щелоком

,(43)

где K1 - степень активности белого щелока;

 кгNa2O/т.

Количество минеральных веществ в ед. NaOH, пришедших с белым щелоком в котел

,(44)

где К2 - коэффициент перевода общей щелочи в собственные единицы;

 кг/т.

Принимаем, что средняя концентрация сухих веществ в черном щелоке,поступающем на варку равна 18 %.

Содержание сухих веществ в черном щелоке, поступающем на варку

,(45)

кг/т.

Принимаем, что в черном щелоке 30 % минеральных веществ и 70 % органических веществ.

Содержание органических веществ

,(46)

кг/т.

Содержание минеральных веществ

, (47)

 кг/т.

В том числе Na2O

,(48)

кг/т.

С учетом остаточного щелока с пропитки общее содержание сухих веществ:

- органических веществ:

,(49)

 кг/т.

- минеральных веществ

,(50)

 кг/т.

Общее содержание сухих веществ к концу заливки щелоком

,(51)

кг/т.

Материальный баланс заварки и варки

Выход целлюлозы снижается с 97,5 % до 46 %, 51,5 % органических веществ переходит в раствор

,(52)

 кг/т.

В течение варки со сдувками уходит 90 кг пара на 1 т абсолютно-сухой древесины.

В пересчете на 1 т в.с.ц. пара со сдувками уходит из котла

кг/т. (53)

Выход летучих продуктов, уходящих из котла в течение сдувки,

принимаем на 1 т в.с.ц., кг:

скипидар -11;

метанол СН3ОН - 5;

метилмеркаптан CH3SH - 1;

диметилмеркаптан (CH3)2S - 3;

итого органических веществ - 20 кг/т в.с.ц.

К концу варки жидкости в котле остается

,(54)

 кг/т.

Общее содержание сухих веществ в котле к концу варки

,(55)

 кг/т.

Общая концентрация сухих в щелоке к концу варки

, (56)

 %.

Содержание органических веществ в растворе к концу варки

,(57)

.

Концентрация органических веществ к концу варки

,(58)

%.

Содержание минеральных веществ к концу варки

кг/т.

Концентрация минеральных веществ к концу варки

, (59)

%.

Материальный баланс заварки и варки представлен в таблице 4

Таблица 4- Материальный баланс заварки и варки

Материальный баланс промывки

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5