Проект цеха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

технологический тепловой газовый контроль

К преимуществам сульфатной варки по сравнению с сульфитной относят:

Возможность использования любого вида растительного сырья и отходов лесопильных заводов;

сульфатная целлюлоза отличается большой прочностью;

при сульфатном способе производства целлюлозы получают ценные побочные продукты, используемые для изготовления смазочного масла, мыла, пластмассы, канифоли и других веществ;

этот способ весьма экономичен, так как при хорошей регенерации для компенсации потерь химикатов требуется лишь небольшое их количество;

К недостаткам сульфатной варки относят:

выход целлюлозы из древесины ниже по сравнению с сульфитным способом при одном и том же числе каппа;

сульфатная целлюлоза имеет темно-бурый цвет и труднее отбеливается;

в процессе сульфатной варки образуются дурнопахнущие токсичные метилсернистые летучие соединения;

Преимущества и недостатки периодического и непрерывного способов варки:

Главным преимуществом периодического способа варки является возможность производства различного ассортимента;

При непрерывной варке больше производительность 1 м³ котла за счет исключения из баланса рабочего времени операций загрузки и опорожнения варочного котла;

Непрерывная варка требует меньшие емкости для щепы, щелоков, массы и меньшие производственные площади;

При периодической варке расход пара и энергии непостоянен;

Непрерывная варка имеет более высокую степень автоматизации;

Периодическая варка менее требовательна к качеству щепы;

Преимуществами периодической варки являются высокая надежность работы оборудования, гибкость и простота управления процессом, незначительные колебания степени провара, низкие эксплуатационные расходы;

Непрерывная варка имеет меньшие размеры теплоутилизационных установок, так как сдувка и выдувка происходят непрерывно;

Непрерывный процесс предъявляет повышенные требования к качеству и однородности исходного сырья, требует постоянства параметров пара, чистоты и постоянства состава и правильной дозировки варочных растворов, внимательного обслуживания.

Существенным недостатком периодической варки является ее неэкономичность с точки зрения потребления пара. Расход пара при такой варке выше, чем при непрерывной, примерно на 1 т/т целлюлозы.

1. Описание технологической схемы

Технологическая схема варочного цеха периодической варки представлена на рисунке 1. Схема установки периодической варки содержит: варочные котел (1), теплообменник (2), циркуляционные насосы(3), бак-мерник черного щелока, бак-мерник белого щёлока, выдувной резервуар(4).

Сульфатная варка целлюлозы осуществляется в котлах периодического действия объемом 140 м³.

Рассмотрим работу по следующим стадиям: осмотр котла и подготовка к очередному циклу варки, загрузка щепы и заливка щелоков, заварка, терпентинная сдувка, варка, конечная сдувка, выдувка.

Осмотр котла - это первая операция подготовки котла к работе. Производится тщательно с соблюдением всех мер предосторожности.

Затем происходит загрузка котла щепой, которая осуществляется из наземных складов с помощью ленточных транспортеров. Одновременно с загрузкой щепы производится ее уплотнение с целью увеличения количества загружаемой в котел древесины, как правило, используются стационарные паровые уплотнители, устанавливаемые в верхней горловине котла. Степень объемного заполнения котла составляет 0,35 - 0,40 пл. м³ на 1 м³ котла.

Следующая стадия заливка щелоков. Для хранения и замеров варочных щелоков - белых и черных - в помещении варочного отдела установлены баки-мерники. Вместимость мерников соответствует количеству щелока на 2-3 варки. Температура щелоков при заливке в котел составляет примерно 50-60 ^оС для белого и 60-80 ^оС для черного. Существует порядок подачи щелоков в котел: сначала подается небольшое количество черного щелока, затем полностью закачивается расчетное количество белого щелока и под конец закачивается оставшееся количество черного щелока. При таком способе в трубах не остается белого щелока, все рассчитанное количество активной щелочи полностью попадает в котел и достигается достаточно хорошее перемешивание белого и черного щелоков.

Затем котел плотно закрывается и начинается стадия заварки. Нагрев содержимого котла осуществляется щелоком, который циркулирует через теплообменник, в который подается пар высокого давления (1,25 МПа). Циркуляция происходит следующим образом. Щелок насосом отбирается через циркуляционное сито и проходит через теплообменник. Щелок, нагретый в теплообменнике, делится в верхней его головке на 2 части, из которых 2/3 поступает в верхний, 1/3- в нижний конус котла через соответствующие штуцеры. Во время заварки температура возрастает с 60 до 170 ^оС, а также увеличивается давление до 0,75Мпа. Во время заварки происходит равномерная по всей толщине пропитка щепы варочным щелоком до достижения конечной температуры варки. Ускорению проникновения щелока в щепу способствует удаление воздуха из щепы в процессе пропарки, циркуляция щелока и постепенный подъем температуры в процессе заварки. К концу заварки щепа оказывается полностью и равномерно пропитанной щелоком.

В период заварки из щепы удаляется воздух и образуются летучие продукты: скипидар, метиловый спирт, метилсернистые соединения, которые затрудняют подъем температуры до конечной. Поэтому часть парогазовой смеси удаляют, т.е. производят терпентинную сдувку, которая начинается при достижении 120^оС и продолжается до конечной температуры. Продукты сдувки отправляются на конденсацию. Процесс собственно варки начинается с момента достижения в котле конечной температуры. На конечной температуре котел выдерживается предусмотренное температурным графиком время. В период варки подача пара в подогреватель сокращается, а циркуляция щелока продолжается до конца варки.

После окончания варки циркуляционный насос останавливают, открывают сдувочный вентиль и в течение 1 часа спускают давление в котле с 0,75МПа до 0,5МПа, т.е. производят конечную сдувку.

Перед самой выдувкой циркуляционный насос вновь включают на 5-10 минут, чтобы несколько разрыхлить массу, и затем открывают выдувной клапан и под действием давления масса выдувается в выдувной резервуар. Так как давление в выдувном резервуаре атмосферное, то черный щелок вскипает и выделяющийся при этом пар направляется в систему утилизации тепла и служит для нагрева воды этим теплом.

Рисунок 1. Технологическая схема варочного цеха

Таблица 1. Исходные данные

Показатель процесса производства сульфатной целлюлозы	Единица измерения	Величина показателя	Ссылка на источник	Величина показателя, принятого к расчету
1. Расход активной щёлочи	%	18	[1]	18
2. Выход целлюлозы из древесины	%	54	[2]	54
3. Влажность щепы	%	40	[1]	40
4. Порода древесины		осина		осина
6. Плотность древесины	Кг/м3	350	[3]	350
7. Состав белого щёлока: активность сульфидность степень каустизации степень восстановления	% % % %	85-90 20-35 85-87 85-90	[1]	90 30 85 85
8. Концентрация активной щёлочи	Кг/м3	100 в ед. Na2O	[1]	100
9. Гидромодуль варки		4	[1]	4
10. Коэффициент уплотнения	0С	0,35-0,45	[1]	0,40
11. Температура варки (конечная)	0С	170	[1]	170
12. Потери небелёной целлюлозы по стадиям производства; сучки и непровар сортировка безвозвратные потери	%	3 0,7 0,3	[2]	3 0,7 0,3
13. Потери белёной целлюлозы по стадиям производства: при отбелке сортировка	%	6 1	[2]	6 1
14. Плотность слабого черного щелока (12%)	Кг/ м3	1066	[1]	1066

2. Материальный баланс сульфатной варки

Примем следующие исходные данные:

объем котла, м³………………………………………………………140

плотность заливаемого в котел черного щелока (при 15 ^оС), г/см³ 1,066

степень объемного заполнения котла щепой, м³/м³………………. 0,40

График изменения температуры и давления в котле и расписание оборота котла примем по рисунку 2. На этом же рисунке изображена примерная кривая выхода, соответствующая условиям варки.



Рисунок 2. График варки

Расчет будем вести на 1 т, воздушно-сухой целлюлозы (т, в, с, ц,), получаемой из котла.

1. Загрузка щепы и заливка щелоков

Количество абсолютно сухой древесины, загружаемой в 1 м³ котла, составит:

350*0,40=140 кг

Выход целлюлозы из 1 м³ котла:

абсолютно-сухой 140*0,54=75,6 кг

воздушно-сухой 75,6/0,88=85,9 кг

Выход воздушно-сухой целлюлозы из котла за одну варку

85,9*140=12026 кг

На 1 т, воздушно-сухой целлюлозы, получаемой из котла (880 кг абсолютно сухой), в котел необходимо загрузить абсолютно-сухой древесины

880/0,54=1629,6 кг

Удельный расход древесины составит

1629,6/350=4,656 пл, м³ на 1т, воздушно-сухой целлюлозы.

С древесиной в котел поступит воды в виде влаги щепы

1629,6*40/60 = 1086,4 кг

Объем всей жидкости, находящейся в котле после загрузки щепы и заливки щелоков:

1629,6*4=6518,4 кг (4-гидромодуль)

Объем белых и черных щелоков

6518,4-1086,4=5432 кг=5432 дм³=5,432 м³

Расход активной щелочи в единицах Na₂O на 1 т целлюлозы должен составить:

1629,2*18/100=293 кг

Объем заливаемых белых щелоков

293/100=2,93 м³ =2930 дм³ (100 - концентрация активной щелочи, кг/м³);

что составит

2930/5432=53,9% от общего количества щелоков.

Объем черных щелоков (по разности):

5432-2930=2502 дм³ или

2502/5432=46,1% от общего количества щелоков.

Для расчета состава белых щелоков примем следующие соотношения: степень сульфидности 0,30; степень каустизации 0,85; степень восстановления 0,85. Соответствующий этим соотношениям состав белого щелока приведен в таблице 2:

Таблица 2. Состав белого щелока

Компоненты	Состав белого щелока, кг/ м3
	в единицах Na2O	в собственных единицах
NaOH	100*0,7=70,0	70*80/62=90,3
Na2S	100*0,3=30,0	30*78/62=37,7
Na2CO3	70*0,15/0,85=12,35	12,35*106/62=21,1
Na2SO4	30*0,15/0,85=5,29	5,29*142/62=12,1
Всего	117,64	161,2

Степень активности щелока:

100/117,64=0,85.

Следовательно, всей Na₂O поступит в котел с белым щелоком

293/0,85=344,7 кг,

Коэффициент пересчета единиц Na₂O в собственные единицы натриевых соединений равен161,2/117,64=1,37.

Тогда количество минеральных солей, поступающих в котел с белым щелоком, составит

344,7*1,37=472 кг.

Наличие в белом щелоке других минеральных солей, кроме Na₂S, Na₂CO₃ и Na₂SO₄, можно не принимать во внимание.

С черным щелоком поступит в котел сухих веществ:

2502*0,130=325,3 кг.

Примем что, сухой остаток черного щелока состоит из 70% органических веществ и 30% минеральных. С черным щелоком в котел поступит:

органических веществ 325,3*0,70=227,7 кг;

минеральных веществ 325,3*0,30=97,6 кг.

Содержание щелочи в минеральной части черного щелока принимаем таким же, как и для белого. Тогда в черном щелоке будет содержаться всей Na₂O

97,6/1,37=71,2 кг.

В расчете материального баланса количество пара не учтено.

В таблице подсчитано общее количество веществ, поступающих в котел при загрузке щепы и закачке щелока на 1 т воздушно-сухой целлюлозы.

Таблица 3. Материальный баланс загрузки щепы и заливки щелоков

Вещества, загружаемые в котел	Поступило в котел
	со щепой	с Б.Щ.	с Ч.Щ.	всего
Вода, кг (дм3)	1086,4	2930	2502	6518,4
Органические вещества, кг: древесина	1629,6	-	-	1629,6
растворенные в Ч. Щ	-	-	227,7	227,7
минеральные вещества, кг	-	472	97,6	569,6
Всего	2716	3402	2827,3	8945,3
В т.ч. всей Na2O, кг	-	344,7	71,2	415,9

2. Заварка

Во время терпентинной сдувки выделяется около 90 кг пара на 1 т абсолютно сухой древесины.

В пересчете на 1 т воздушно-сухой целлюлозы, это составит

90*1,6296=146,7 кг

Выход летучих продуктов, уходящих из котла со сдувками, можно принять на 1 т воздушно-сухой целлюлозы из осины, кг:

метилового спирта……………………………………………5

метилмеркаптана………………………………………………1

диметилсульфида………………………………………………3

Итого……………………………………………………………9

Переброс щелока, увлекаемого из котла со сдувками, примем около 1% от объема жидкости в котле:

6518,4*0,01=65 дм³.

Для подсчета количества органических веществ, уходящих с этим щелоком, определим среднюю концентрацию их в растворе за время заварки.

Согласно намеченной кривой выхода к моменту достижения конечной температуры выход составляет 63% от древесины, то есть в раствор переходит 37% веществ древесины. На 1 т воздушно-сухой целлюлозы, это составит

1629,6*0,37=603 кг.

За вычетом 9 кг летучих продуктов, ушедших со сдувками, в растворе остается органических веществ

603-9=594 кг.

Вместе с органическими веществами черного щелока, залитого в котел, к концу заварки в растворе будет органических веществ

594+227,7=821,7 кг.

Среднеарифметическое количество растворенных органических веществ за время заварки

(227,7+821,7)/2=349,8 кг.

Жидкости к концу заварки остается в котле

6518,4 - (146,7+65)=6306,7 дм³.

Среднеарифметическое количество жидкости за время заварки

(6518,4+6306,7)/2=6412,55 дм³.

Средняя концентрация органических веществ в растворе

349,8/6306,7=0,055 кг/дм³.

Уходит органических веществ с перебросом щелока

0,055*65=3,58 кг.

Средняя концентрация минеральных веществ в щелоке за время заварки

569,6/6306,7=0,09 кг/дм³.

Уходит минеральных веществ с перебросом щелока

0,09*65=5,85 кг.

В том числе всей Na₂O

5,85/1,37=4,27 кг.

Таблица 4. Итоговый материальный баланс заварки (на 1 т.в.с.ц.)

Вещества	Приход	Расход	Осталось в котле к концу заварки
	Загружено в котел	От химических реакций	Итого	Ушло со сдувками	На химические реакции	Итого
				в виде паров	С перебросом щелока
Вода, кг (дм3)	6518,4	-	6518,4	146,7	65	-	211,7	6306,7
Органические вещества, кг: древесина	1629,6	-	1629,6	-	-	603	603	1026,6
растворенные в щелоке	227,7	603	830,7	9	3,58	-	12,58	818,12
минеральные вещества	569,6	-	569,6	-	5,85	-	5,65	563,75
Всего	8945,3	603	9548,3	155,7	74,43	603	833,13	8715,17
В т.ч. всей Na2O	415,9	-	415,9	-	4,27	-	4,27	411,63

3. Варка

В период стоянки на конечной температуре происходит дальней шее растворение древесины до достижения выхода 54%, то есть за период варки растворяется 63-54=9% веществ древесины или 1629,6*0,09 =146 кг, органических веществ.

Таким образом, к концу варки в котле будет находиться, кг:

Воды……………………………………………. 6306,7

Целлюлозы…………………………………….. 1026,6-146=880,6

Органических веществ в растворе……………818,12+146=964,12

Минеральных веществ…………………………563,75

Итого……………………………………………8715,17

В том числе всей Na₂O ……………………….. 411,63

4. Конечная сдувка

Считаем, что в котле вскипание начнется сразу же после открытия сдувочного вентиля и что параллельно снижению давления с 0,75 до 0,5Мпа. Происходит снижение теплоты жидкости с 729 до 668 кДж/к. За счет охлаждения жидкости в котле выделится тепла

6306,7*(729-668)=384 709 кДж,

За счет охлаждения от 170 до 155 ^оС целлюлозы и растворенных органических и минеральных веществ, теплоемкость которых можно принять одинаковой и равной 1,34 кДж/(кг*^оС), выделится дополнительное количество тепла

(880,6+964,12+563,75)*1,34*(170-155)=48 410 кДж,

Всего выделяется тепла во время спуска давления

384 709+48 410 =433 119 кДж,

Среднее давление за время конечной сдувки

(0,75+0,5)/2=0,625 МПа,

Этому давлению по таблицам насыщенного пара соответствует теплота парообразования 2065 кДж/кг. Следовательно, образуется пара

433 119/2065=209,7 кг.

Во время спуска давления выход целлюлозы понижается с 54 до 52%, то есть растворяется 2% вещества древесины:

1629,6*0,02=32,6 кг.

Переброс щелока со сдувочными парами примем 2% от объема жидкости:

6306,7*0,02=126 дм³.

Количество жидкости в котле к концу спуска давления

6306,7 - (209,7+126)=5971 дм³.

Среднее количество жидкости за время конечной сдувки

(6306,7+5971)/2=6138,85 дм³.

Количество органических веществ в растворе к концу сдувки

818,12+32,6=850,72 кг.

Среднее количество органических растворенных веществ

(818,12+850,72)/2=834,42 кг.

Средняя их концентрация

834,42/6138,85=0,136 кг/дм³.

Количество органических веществ, уходящее из котла с перебросом щелока

0,136*126=17 кг.

Средняя концентрация минеральных веществ в щелоке за время конечной сдувки

563,75/6138,85=0,092 кг/дм³.

Количество минеральных веществ с переброшенным щелоком

0,092*126=11,59 кг.

Из них всей Na₂O

11.59/1,37=8.46 кг.

Таблица 5. Материальный баланс конечной сдувки,

Вещества	Приход	Расход	Осталось в котле перед выдувкой
	Было в котле к концу варки	От химических реакций	Итого	Ушло со сдувками	На химические реакции	Итого
				в виде пара	с перебросом щелока
Вода, кг (дм3,)	6306,7	-	6306,7	209,7	126	-	335,7	5971
Органические вещества, кг: целлюлоза	880,6	-	880,6	-	-	32,6	32,6	848
растворенные вещества в щелоке	964,12	32,6	996,72	-	17	-	17	979,72
минеральные вещества	563,75	-	563,75	-	11,59	-	11,59	552,16
Всего	8715,17	32,6	8747,77	209,7	154,59	32,6	396,89	8350,88
В т.ч. всей Na2O	411,63	-	411,63	-	8,46	-	8,46	403,17

5. Выдувка

При выдувке давление падает от 0,5 до 0 МПа, чему соответствует падение теплоты жидкости с 668 до 415 кДж/кг и падение температуры со 155 до 100 ^оС, Тогда выделится тепла:

жидкостью

5971*(668-415)=1 510 663 кДж,

целлюлозой и сухим остатком щелока

(848+979,72+552,16)*1,34*(155-100)= 175 397 кДж,

Всего

1 510 663+175 397=1 686 060 кДж,

Среднее давление при выдувке

(0,5+0)/2=0,25 МПа, которому соответствует теплота испарения 2155 кДж/кг, Пара образуется

1 686 060/2155=782,4 кг

Таким образом при выдувке из котла уходит (на 1 т воздушно-сухой целлюлозы):

Воды, кг (дм³)…………………………………..5971-782,4=5188,6

Пара, кг…………………………………………. 782,4

Целлюлозы, кг…………………………………848

Органических веществ в растворе, кг……….. 979,72

Минеральных веществ, кг……………………. 552,16

Итого……………………………………………8350,88

В том числе всей Na₂O…………………………403,17

Концентрация сухого вещества в щелоке:

(979,72+552,16)*1000/5188,6=295г/дм³,

что по таблице 50 [1] соответствует плотности 1,14 г./см³ (при 15 ^оС). Содержание органических веществ в сухом остатке щелока

979,72*100/(979,72+552,16)=64%,

содержание минеральных веществ

552,16*100/(979,72+552,16)=36%,

Примем, что потери щелока с перебросом в конденсатор при выдувке составляют

1,5%, или 5188,6*0,015=78 дм³,

С ним будет потеряно сухого остатка

78*0,295=23 кг, из которых

органических веществ 23*0,64=14,72 кг,

минеральных 23*0,36=8,28 кг.

В том числе теряется всей Na₂O 8,28/1,37=6 кг,

Тогда в выдувной резервуар с массой поступит (на 1 т воздушно-сухой целлюлозы):

Воды (щелока), дм³…………………………5188,6-78=5110,6

Абсолютно сухой целлюлозы, кг…………848

Органических веществ в щелоке, кг………979,72-14,72=965

Минеральных веществ в щелоке, кг………552,16-8,28=543,88

Итого, кг……………………………………. 7467,48

В том числе всей Na₂O, кг…………………403,17-6=397,17

Содержание Na₂O в сухом остатке щелока

397,17*100/(965+543,88)=26%,

Сводный материальный баланс процесса варки представлен в таблице 6. Потери щелока со сдувками (в т.ч. щелочи) не являются безвозвратными, так как почти весь щелок, увлекаемый сдувками, улавливается щелокоуловителями. Потери с перебросом при выдувке большей частью теряются безвозвратно.

3. Тепловой баланс

Примем следующие исходные данные:

площадь поверхности нагрева 240 м²

средняя толщина стальной стенки 30 мм

масса котла 66,9 т

толщина тепловой изоляции 65 мм

масса изоляции 6,5 т

Теплоемкость, кДж/(кг* ^оС)

а.с.д., целлюлозы и растворенных в щелоке органических веществ 1,34

минеральных веществ, растворенных в щелоке 1,13

воды в щелоке 4,19

стали котельной 0,50

тепловой изоляции 0,52

Начальные температуры, ^оС:

щепы и влаги в ней 10

белого щелока 50

черного щелока (при заливке в котел) 70

Средняя температура стального кожуха котла, ^оС:

в начале заварки 140

в конце заварки 170

Средняя температура изоляционного слоя, ^оС:

в начале заварки 80

в конце заварки 120

По данным материального баланса:

Выход в.с.ц. из котла, кг	12026
Количество, кг:
абсолютно-сухой щепы, загруженной в котел	1629,6*12,026=19597,6
влаги в щепе	1086,4*12,026=13065
воды в белом щелоке	2930*12,026=35236
минеральных веществ в белом щелоке	472*12,026=5676
воды в черном щелоке	2502*12,026=30089
органических веществ в черном щелоке	227,7*12,026=2738
минеральных веществ в черном щелоке	97,6*12,026=1174
веществ, уходящих из котла с терпентинной сдувкой:
водяных паров	146,7*12,026=1764
паров органических соединений	9*12,026=108
воды в щелоке	65*12,026=782
органических веществ в щелоке	3,58*12,026=43
минеральных веществ в щелоке	5,85*12,026=70,4

Подсчитаем теперь все затраты тепла на одну варку.

1. Нагрев абсолютно-сухой щепы и растворенных органических веществ.

Органические вещества, уходящие с терпентинной сдувкой, имеют среднюю температуру (120+170)/2=145 ^оС. Следовательно,

Q1=19 597,6*1,34*(170-10)+2 738*1,34*(170-70) - (108+43)*1,34*(170-145)=4 563 559 кДж.

2. Нагрев влаги в щепе.

Q2=13 065*4,19*(170-10)=8 758 776 кДж.

3. Нагрев щелока и растворенных минеральных веществ.

Q3=(35 236*4,19+5 676*1,13)*(170-50)+(30 089*4,19+1 174*1,13)*(170-70)- ((1 764+782)*4,19+70,4*1,13)*(170-145)=30 957 597 кДж.

4. Нагрев кожуха котла

Q4=66 900*0,50*(170-140)=1 003 500 кДж.

5. Нагрев изоляционного слоя

Q5=6 500*0,52*(120-80)=135 000 кДж.

6. Потери тепла теплоотдачей.

Коэффициент теплопередачи через теплоизолированную стенку котла принимаем равным 12 кДж/ м² ч ^ос. Начальную температуру содержимого котла примем 50 ^оС, температуру воздуха в помещении 20 ^оС. Средняя температура содержимого котла за время заварки (50+170)/2=110 ^оС. При продолжительности заварки 1,5 часа и варки на конечной температуре 2 часа потери тепла за счет теплоотдачи составят

Q6=12*240*((110-20)*1,5+(170-20)*2)=1 252 800 кДж.

7. Потери тепла с терпентинной сдувкой

Потери тепла со сдувками включают в себя тепло испарения водяных паров и органических соединений. При средней температуре терпентинной сдувки 146^оС тепло испарения водяного пара равно 2172 кДж/кг. Тепло испарения органических соединений примем по скипидару примерно равным 287 кДж/кг. Получим потери тепла:

Q7=2 172*1 764+287*108=3 862 404 кДж.

8. Приход тепла от экзотермических реакций.

Примем количество термохимического тепла при щелочной варке равным 1,2% от тепла горения древесины. тепло горения для осины составляет 19 000 кДж/кг. На 1 т.в.с.ц. получим

19000*0,012*1 629,6=371 549 кДж,

а на одну варку

Q8= -371 549*12,026= -4 468 248 кДж.

Таблица 6. Сводка всех затрат тепла на одну варку и на 1 т.в.с.ц.

Статья расхода	Количество тепла, кДж	Распределение расхода тепла%
	на одну варку	на 1 т.в.с.ц.
Нагрев: абсолютно-сухой древесины и растворенных органических веществ	4 563 559	379 474	9,9
влаги в щепе	8 758 776	728 320	19
щелока и растворенных минеральных веществ	30 957 597	2 574 222	67,2
кожуха котла	1 003 500	83 444	2,2
изоляционного слоя	135 200	11 242	0,3
Потери тепла:
теплоотдачей	1 252 800	104 174	2,7
с терпентинной сдувкой	3 862 404	321 171	8,4
Приход тепла от экзотермических реакций	-4 468 248	-371 549	9,7
Итого расход тепла	46 065 588	3 830 498	100,0

Основными расходными статьями как видно из таблицы, являются нагрев щелока и влаги в щепе. Тепло экзотермических реакций покрывает 9,7% от общего расхода тепла, что составляет существенную экономию.

Допустим, что обогрев подогревателя для щелока производится насыщенным паром давлением 1,1 МПа, имеющим энтальпию 2800 кДж/кг, а конденсат из подогревателя удаляется с температурой 180 ^оС. Тогда расход пара на варку составит

46 065 588/(2800-180*4,19)=22 517 кг или

3 830498/(2800-180*4,19)=1872,4 кг

на 1 т. в.с.ц. с потерями в паропроводах на теплоотдачу и утечки, которые можно принять равными 5%, удельный расход пара для наших условий получим

1,8724-1,05=1,966т/т в.с.ц.

4. Расчет установленного основного оборудования

Рассчитаем количество котлов, необходимых для обеспечения заданной производительности.

G = *с*B/(100*0,88),

где G-выход целлюлозы из 1 м³ котла;

- степень объемного заполнения котла (=0,40 пл. м³/м³ котла);

с - плотность древесины (с = 350 кг/пл. м³);

B - выход целлюлозы (B = 54%).

G = 0,40*350*54/(100*0,88) =85,9 кг в.с.ц./1 м³ котла

Псут - суточная производительность котла:

Псут=V*G*24/(1000* ф),

где V= 140 м³ - объем котла;

ф - оборот котла (ф=6 ч.).

Псут=140*85,9*24/(1000*6)=48,1 т.в.с.ц./сутки

Количество котлов, необходимых для обеспечения заданной производительности:

n=Пгод /(345* Псут),

где П=150 000 т/год - мощность рассчитываемого цеха в год;

345 - количество рабочих дней в году.

Пгод=П*1,11=150 000*1,11=166 500 т/год

n=166 500/(345*48,1)=10,03

Для реальной технологической схемы принимают котлов на 1 больше, тогда

n=10+1=11.

5. Характеристика газовых выбросов и сточных вод цеха

В процессе производства целлюлозы сульфатным способом неизбежно образуются конденсаты, имеющие неприятный стойкий запах. Они содержат весьма токсичные вещества, на окисление которых расходуется большое количество кислорода. Источник образования дурнопахнущих веществ - метоксильные группы лигнина и сульфид натрия варочного щелока.

При сульфатной варке происходят реакции омыления, гидролиза и окисления, в результате которых образуются метилсернистые соединения. Также возможна реакция гидролиза сульфида натрия с образованием сероводорода.

В процессе варки целлюлозы часть сернистых соединений остается в черном щелоке в виде солей (сульфида и меркаптида) натрия, а другая часть удаляется из котла со сдувочными газами.

Кроме серусодержащих веществ, в сдувочных парогазах содержатся метанол, скипидар, небольшое количество аммиака и сернистого аммония.

При охлаждении парогазовой смеси, выходящей непосредственно из котла при периодической варке, происходит частичная конденсация веществ и образуется жидкость, отстаивание которой во флорентине приводит к образованию двух слоев: верхнего скипидарного, и нижнего, водного. И тот и другой слой имеют в своем составе скипидар и метилсернистые соединения, однако в водном слое этих веществ относительно меньше.

Сточные воды целлюлозно-бумажных предприятий, удаляемые через производственную канализацию, несут в себе различные загрязнения и не могут быть выпущены в водоем без предварительной очистки.

Со всеми дурнопахнущими конденсатами сульфатно-целлюлозного производства, если нет цеховой очистки, в водоем сбрасывается около 2 кг серы на 1 т целлюлозы в виде двух валентных соединений, которые потребляют кислород водоемов на свое окисление. Кроме того, в этой воде содержится щелочь и некоторые органические, весьма ядовитые соединения (скипидар, метанол, уксусная и другие кислоты.)

6. Технологический контроль

Технологическому контролю и регулированию в варочном отделе подлежат: количество и качество щепы, загружаемой в котел; количество белых и черных щелоков, заливаемых на варку, расход активной щелочи, температурный режим варки; расход пара на варку.

Для учета количества щепы, загружаемой в котел, на ленточном конвейере, подающем щепу в бункер или непосредственно в котел, устанавливают транспортерные весы. Одновременно с взвешиванием щепы обязательно определяется ее влажность. Лучше определять влажность щепы для каждой варки. Влажность щепы определяется для каждой варки. В той же пробе лаборатория определяет качество щепы путем рассортировки ее на наборе сит по размерам. Хорошая щепа должна содержать 85-90% щепы нормальных размеров. Качество щепы сильно влияет на степень поглощения щелока в первоначальный период. Кроме того, неодинаково содержание лигнина в различных породах древесины.

Для автоматизации заливки щелоков в котел применяются сельсинные регуляторы уровня. Автоматизация заливки щелоков не только облегчает работу обслуживающего персонала, но и исключает ошибки в дозировке активной щелочи на варку.

Расход подаваемого в котел пара является одним из основных факторов, от которых зависит оптимальная циркуляция щелока в котле. Помимо этого, на циркуляцию щелока влияет и давление в котле. Поэтому расход пара, поступающий в котел, регулируется САР расхода пара, а давление в котле - САР давления. В начальный период варки заранее заданный расход пара регулируется программным автоматическим регулятором расхода. Это позволяет установить хорошие условия циркуляции щелока в котле, при которых отсутствует протекание щелока между неуплотненной щепой и нежелательное увеличение расхода пара, потребляемого варочным цехом.

При варке в котлах периодического действия регулирование температуры в варочном котле должно производиться с большой точностью. Температуру контролируют с помощью термометров сопротивления. Для соблюдения заданного температурного графика регуляторы температуры оснащаются программным устройством.

Автоматизация технологических процессов значительно облегчает труд людей, снижает время простоя оборудования, т.е. повышает производительность предприятия.

Литература

1. Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы: в 3-х т. Т.2 Производство сульфатной целлюлозы. М.: Лесная промышленность. - 1990. - 600 с.

2. Нормы Технического Проектирования. 1986 г.

3. Жудро С.Г. Проектирование целлюлозно-бумажных предприятий. // М.:Лесная промышленность, - 1981.

4. В.Ф. Максимов, И.В. Вольф, О.И. Яковлева. Очистка и рекуперация промышленных выбросов целлюлозно-бумажного производства. Т.1. 1969 год.

Размещено на Allbest.ru

...