2. Расчёт материального и теплового баланса

Расчёт производим по воде и волокну на 1т воздушносухой целлюлозы (880кг абсолютно сухой). Расчёт начинаем с последней ступени отбелки. Для расчета составляем блок-схемы каждой стадии процесса. А также используем следующие буквенные обозначения:

М – количество массы, кг;

В – количество абсолютно сухого волокна в потоке, кг;

– количество воды в потоке массы, кг;

с – значение массовой концентрации массы, %;

также для расчета используем следующие формулы:

;

.

Ступень Д₂

Бак высокой концентрации

1 – масса с массного насоса, с₁ = 10 %;

2 – оборотная вода на разбавление, с₂ = 0,05 %;

3 – термомеханическая масса, поступающая на бумагоделательную машину, с₃ = 4,4 %, В₃=880 кг.

Вычисляем количество массы (М₃) и воды (в₃)

кг;

кг.

Составляем уравнение частного материального баланса:

;

О тсюда:

; кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг.

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.1

Приход				Расход
№	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	8743,7	874,4	7869,3	3	20000	880	19120
2	11256,3	5,6	11250,7
Итого	20000,0	880,0	19120,0	Итого	20000	880	19120

Массный насос

1 – масса со шнека, с₁ = 12 %;

2 – оборотная вода на разбавление, с₂ = 0,05 %;

3 –масса, поступающая в БВК, с₃ = 10 %, М₃=8743,7 кг; В₃=874,4 кг; =7869,3 кг.

Составляем уравнение частного материального баланса:

;

О тсюда:

; кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг.

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.2

Приход				Расход
№	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	7280,3	873,6	6406,7	3	8743,7	874,4	7869,3
2	1463,4	0,8	1462,6
Итого	8743,7	874,4	7869,3	Итого	8743,7	874,4	7869,3

Шнек после пресс-фильтра

0 – раствор воды и кислоты на разбавление, с₀ = 0,0 %;

1 – масса с пресс-фильтра, с₁ = 30 %;

3 –масса, поступающая в массный насос, с₃ = 12 %, М₃=7280,3 кг; В₃=873,6 кг; =6406,7кг.

4 - потери волокна при кисловке составляют 0,1%, В₄=М₄=0,001М₁с₁, в₄=0 кг

Составляем уравнение частного материального баланса:

;

.

О тсюда:

; кг;

Количество раствора М₀ складывается из воды М₂ и кислоты М₅. Кислоты мы добавили 700. Тогда количество воды будет равно:

М₂ = 4365,3 – 700=3665,3кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

С учётом потерь масса должна поступить в шнек в количестве:

М₁+М₄=0,9+2915=2915,9 кг.

кг;

М₄= В₄==0,001∙2915∙30/100=0,9 кг;

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.3

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	2915,9	874,5	2041,4	3	7280,3	873,6	6406,7
2	3665,3	0,0	3665,3	4	0,9	0,9	0,0
5	700	0,0	700
Итого	7281,2	874,5	6406,7	Итого	7281,2	874,5	6406,7

Пресс-фильтр (промывка массы после отбелки)

1 – масса, поступающая на промывку, с₁ = 3,0 %;

2 – свежая вода на промывку, с₂ = 0,0 %, М₂=в₂=4000 кг, В₂=0 кг;

3 – масса, после промывки, поступающая в шнек, с₃ = 30 %, кг, кг, кг;

4 – оборотная вода после промывки, с₄=0,05 %.

С оставляем уравнение частного материального баланса:

;

.

О тсюда:

; кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг.

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.4

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	29663,4	889,9	28773,4	3	2915,9	874,5	2041,4
2	4000,0	0,0	4000,0	4	30747,5	15,4	30732,1
Итого	33663,4	889,9	32773,4	Итого	33663,4	889,9	32773,5

Отбельная башня

В процессе отбелки происходят массообменные процессы, которые выражаются в потере или растворении части веществ, содержащихся в древесном волокне, а также в увеличении массы жидкой фазы в отбельной башне.

Принимаем потери волокна при отбелке 0,2 %.

	1
4	5
	4
	5 2
	3

1 – масса, поступающая на отбелку, с₁ = 12 %;

2 – оборотная вода, поступающая в отбельную башню, с₂ = 0,05 %;

3 – масса, поступающая на промывку, с₃ = 3,0 %, кг, кг, кг;

4 – потери волокна при отбелке, В₄=М₄=0,002М₁с₁ кг, в₄=0 кг;

5 – прирост массы в жидкой фазе, в₅= М₅=0,002М₁с₁, В₅=0 кг, с₅=0 %.

С оставляем уравнение частного материального баланса:

;

.

О тсюда:

; кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

М₄=М₅= В₄= в₅=0,002М₁с₁=0,002∙7337,5∙12/100=1,8 кг.

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.5

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	7337,5	880,5	6457,0	3	29663,4	889,9	28773,4
2	22325,9	11,2	22314,7	4	1,8	1,8	0,0
5	1,8	0,0	1,8
Итого	29665,2	891,7	28773,5	Итого	29665,2	891,7	28773,4

С

2

меситель химикатов

			3
1

1 – масса, поступающая в смеситель, с₁ = 12%;

2 – диоксид хлора, поступающий на отбелку, расход на отбелку в количестве 600л.

3 – масса, поступающая в отбельную башню, с₃ = 12 %, В₃= 880,5 кг, в₃=6457,0 кг, М₃=7337,5 кг.

Составляем уравнение частного материального баланса:

;

О тсюда:

В₁= В₃=880,5;

М₁=7337,5-600=6737,5 кг

кг;

кг;

кг;

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.6

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	6737,5	880,5	5857	3	7337,5	880,5	6457,0
2	600	0,0	600
Итого	7337,5	880,5	6457,0	Итого	7337,5	880,5	6457,0

Пароподогреватель

		2
		3
1
			4

5

1 – масса, поступающая в пароподогреватель, t⁰₁=40 ^oC; В₁ = В₃

2 – пар на подогрев, с₂ = 0,0 %, М₂=в₂, В₂=0 кг;

3 – масса, после пароподогревателя, поступающая в смеситель, с₃ = 12 %, кг, кг, кг;

4 – диоксид хлора в количестве 600кг;

5 - масса, после смесителя, поступающая в отбельную башню, с₅ = 12 %, кг, кг, кг;

В пароподогревателе происходит подогрев массы паром до t₃ = 70 ^оС. Примем температуру массы, поступающей в пароподогреватель t₁ = 40 ^оС, температуру раствора диоксида хлора t₂ = 15 ^оС; удельная теплоёмкость волокна 1,47 кДж/(кг∙^оС); удельная теплоёмкость воды 4,19 кДж/(кг∙^оС).

Максимальные затраты теплоты на нагрев массы:

Q₁=В₃∙1,47(t₃-t₁) + в₅∙4,19(t₃-t₁) + в₄(t₃-t₂)4,19;

где R – расход химиката, кг; D –расход пара, кг/т.

Q₁=880,5∙1,47(70-40) + 6457,0∙4,19(70-40) + 600(70-15)4,19=988744,95кДж/кг;

D=Q/(ℓ - ℓ_о),

где ℓ, ℓ_о – удельные энтальпии пара и конденсата, кДж/кг.

D₁=988744,95/(2744-293)=403,4 кг;

Затраты теплоты при исключении конденсата пара:

Q₂=В₃∙1,47(t₃-t₁) + (в₅ - D₁)∙4,19(t₃-t₁) + в₄(t₃-t₂)4,19;

Q₂=880,5∙1,47(70-40)+(6457–403,4)∙4,19(70-40)+600 (70-15)4,19=938037,57кДж/кг

D₂=938037,57/(2744-293)=382,7 кг

в₁=М₃ – D₂=5857-382,7=5474,3кг.

М₁=В₁+в₁=5474,3+880,5=6354,8кг.

Концентрация массы, поступающей в пароподогреватель:

с₁=В₁·100/М₁=880,5∙100/6354,8=13,9%

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.7

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	6354,8	880,5	5474,3	3	6737,5	880,5	5857
2	382,7	0,0	382,7
Итого	6737,5	880,5	5857	Итого	6737,5	880,5	5857

Тепловой баланс

;

Q_n=B_nc_вt_n+вc_Вt_n,

где Q_n – количество теплоты, кДж;

B_n – количество волокна в потоке, кг;

c_в – удельная теплоемкость волокна, кДж/(кг∙°С);

t_n – температура потока, °С;

в – количество воды в потоке, кг;

c_В – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг∙°С).

Q₁=880,5∙1,47∙40+5474,3∙4,19∙40=969,3МДж;

Q₅=880,5∙1,47∙70+6457,0∙4,19∙70=1983,4 МДж

Q₄=600∙4,19∙15=37,7МДж

°С.

Q₂=609∙4,19∙382,7=946,4МДж

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.8

Приход		Расход
№ п/п	Теплота, МДж Q	№ п/п	Теплота, МДж Q
1	969,3	5	1983,4
2	976,4
4	37,7
Итого	1983,4	Итого	1983,4

Ступень Д₁

Шнек после пресс-фильтра

0 – раствор воды и кислоты на разбавление, с₀ = 0,0 %;

1 – масса с пресс-фильтра, с₁ = 30 %;

3 –масса, поступающая в массный насос, с₃ = 13,9%, М₃=6354,8; В₃=880,5 кг; =5474,3кг.

Составляем уравнение частного материального баланса:

;

.

О тсюда:

; кг;

кг;

в₁=2944,4-883,3=2061,1кг

В воду добавляем кислоту в количестве М₄=130кг. Тогда воды будет:

М₂ = 6354,8-130-2944,4=3280,4кг;

кг;

кг;

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.9

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	2944,4	883,3	2061,1	3	6354,8	883,3	5471,5
2	3280,4	0,0	3280,4
4	130	0,0	130
Итого	6354,8	883,3	5471,5	Итого	6354,8	883,3	5471,5

Пресс-фильтр (промывка массы после отбелки)

1 – масса, поступающая на промывку, с₁ = 3,0 %;

2 – свежая вода на промывку, с₂ = 0,0 %, М₂=в₂=4000 кг, В₂=0 кг;

3 – масса, после промывки, поступающая в шнек, с₃ = 30 %, кг, кг, кг;

4 – оборотная вода после промывки, с₄=0,05 %.

С оставляем уравнение частного материального баланса:

;

.

О тсюда:

; кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг.

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.10

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	21825,4	894,7	20930,7	3	2944,4	883,3	2061,1
2	4000,0	0,0	4000,0	4	22881	11,4	22869,6
Итого	25825,4	894,7	24930,7	Итого	25825,4	894,7	24930,7

Отбельная башня

В процессе отбелки происходят массообменные процессы, которые выражаются в потере или растворении части веществ, содержащихся в древесном волокне, а также в увеличении массы жидкой фазы в отбельной башне.

Принимаем потери волокна при отбелке 0,3 %.

1
4	5
	2
	3

1 – масса, поступающая на отбелку, с₁ = 12 %;

2 – оборотная вода, поступающая в отбельную башню, с₂ = 0,05 %;

3 – масса, поступающая на промывку, с₃ = 3,0 %, кг, кг, кг;

4 – потери волокна при отбелке, В₄=М₄=0,003М₁с₁ кг, в₄=0 кг;

5 – прирост массы в жидкой фазе, в₅= М₅=0,003М₁с₁, В₅=0 кг, с₅=0 %.

С оставляем уравнение частного материального баланса:

;

.

О тсюда:

; кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

М₄=М₅= В₄= в₅=0,003М₁с₁=0,003∙5404,1∙12/100=1,6кг.

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.11

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	5404,1	888,1	4516	3	21825,4	894,7	20930,7
2	16421,3	8,2	16413,1	4	1,6	1,6	0,0
5	1,6	0,0	1,6
Итого	21827	896,3	20930,7	Итого	21827	896,3	20930,7

С

2

меситель химикатов

			3
1

1 – масса, поступающая в смеситель, с₁ = 12%;

2 – диоксид хлора, поступающая на отбелку, расход на отбелку в количестве 1070 л.;

3 – масса, поступающая в отбельную башню, с₃ = 12 %, В₃= 888,1; в₃=4516 кг,

М₃=5404,1 кг.

Составляем уравнение частного материального баланса:

;

О тсюда:

В₁= В₃=888,1кг

М₁=5404,1-1070=4334,1кг

кг;

кг;

кг;

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.12

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	4334,1	888,1	3446	3	5404,1	888,1	4516
2	1070,0	0,0	1070
Итого	5404,1	888,1	4516	Итого	5404,1	888,1	4516

Пароподогреватель

		2
		3
1
			4

5

1 – масса, поступающая в пароподогреватель, t⁰₁=40 ^oC; В₁ = В₃

2 – пар на подогрев, с₂ = 0,0 %, М₂=в₂, В₂=0 кг;

3 – масса, после пароподогревателя, поступающая в смеситель, с₃ = 12 %, кг, кг, кг;

4 – диоксид хлора в количестве 1070 кг;

5 - масса, после смесителя, поступающая в отбельную башню, с₅ = 12 %, кг, кг, кг;

В пароподогревателе происходит подогрев массы паром до t₃ = 70 ^оС. Примем температуру массы, поступающей в пароподогреватель t₁ = 40 ^оС, температуру раствора диоксида хлора t₂ = 15 ^оС; удельная теплоёмкость волокна 1,47 кДж/(кг∙^оС); удельная теплоёмкость воды 4,19 кДж/(кг∙^оС).

Максимальные затраты теплоты на нагрев массы:

Q₁=В₃∙1,47(t₃-t₁) + в₅∙4,19(t₃-t₁) + в₄(t₃-t₂)4,19;

где R – расход химиката, кг; D –расход пара, кг/т.

Q₁=888,1∙1,47(70-40) + 4516∙4,19(70-40) + 1070(70-15)4,19=853407,9кДж/кг;

D=Q/(ℓ - ℓ_о),

где ℓ, ℓ_о – удельные энтальпии пара и конденсата, кДж/кг.

D₁=853407,9 /(2744-293)=348,2 кг;

Затраты теплоты при исключении конденсата пара:

Q₂=В₃∙1,47(t₃-t₁) + (в₅ - D₁)∙4,19(t₃-t₁) + в₄(t₃-t₂)4,19;

Q₂=888,1∙1,47(70-40)+(4516-348,2)∙4,19(70-40)+1070(70-15)4,19=809639,17кДж/кг;

D₂=809639,17/(2744-293)=330,3кг

в₁=3446-330,3=3115,7кг.

М₁=В₁+в₁=888,1+3115,7=4003,8кг.

Концентрация массы, поступающей в пароподогреватель:

с₁=В₁·100/М₁=888,1∙100/4003,8=22,2 %

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.13

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	4003,8	888,1	3115,7	3	4334,1	888,1	3446
2	330,3	0	330,3
Итого	4334,1	888,1	3446	Итого	4334,1	888,1	3446

Тепловой баланс

;

Q_n=B_nc_вt_n+вc_Вt_n,

где Q_n – количество теплоты, кДж;

B_n – количество волокна в потоке, кг;

c_в – удельная теплоемкость волокна, кДж/(кг∙°С);

t_n – температура потока, °С;

в – количество воды в потоке, кг;

c_В – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг∙°С).

Q₁=888,1∙1,47∙40+3115,7∙4,19∙40=574МДж;

Q₅=888,1∙1,47∙70+4516∙4,19∙70=1416МДж

Q₄=1070∙4,19∙15=67,2МДж

°С.

Q₂=559,8∙4,19∙330,3=774,8МДж

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.14

Приход		Расход
№ п/п	Теплота, МДж Q	№ п/п	Теплота, МДж Q
1	574	5	1416
2	774,8
4	67,2
Итого	1416	Итого	1416

Ступень щелочения

Шнек после пресс-фильтра

0 – раствор воды и кислоты на разбавление, с₀ = 0,0 %;

1 – масса с пресс-фильтра, с₁ = 30 %;

3 –масса, поступающая в массный насос, с₃ = 17,2 %, М₃=4003,8кг; В₃=888,1 кг;

=3115,7 кг.

Составляем уравнение частного материального баланса:

;

.

О тсюда:

; кг;

кг;

в₁=2962,8-888,1=2074,7кг

В воду добавляем кислоту в количестве М₄=80кг. Тогда воды будет:

М₂ = 4003,8-80-2962,8=961кг;

кг;

кг;

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.15

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	2962,8	888,1	2074,7	3	4003,8	888,1	3115,7
2	961	0	961
4	80	0	80
Итого	4003,8	888,1	3115,7	Итого	4003,8	888,1	3115,7

Пресс-фильтр (промывка массы после отбелки)

1 – масса, поступающая на промывку, с₁ = 3,0 %;

2 – свежая вода на промывку, с₂ = 0,0 %, М₂=в₂=4000 кг, В₂=0 кг;

3 – масса, после промывки, поступающая в шнек, с₃ = 30 %, кг, кг, кг;

4 – оборотная вода после промывки, с₄=0,05 %.

С оставляем уравнение частного материального баланса:

;

.

О тсюда:

; кг;

кг;

кг;

кг;

кг.

22012,2кг

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.16

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	22012,2	899,6	21112,6	3	2962,8	888,1	2074,7
2	4000	0,0	4000	4	23049,4	11,5	23037,9
Итого	26012,2	899,6	25112,6	Итого	26012,2	899,6	25112,6

Отбельная башня

В процессе отбелки происходят массообменные процессы, которые выражаются в потере или растворении части веществ, содержащихся в древесном волокне, а также в увеличении массы жидкой фазы в отбельной башне.

Принимаем потери волокна при отбелке 2 %.

1
4	5
	2
	3

1 – масса, поступающая на отбелку, с₁ = 12 %;

2 – оборотная вода, поступающая в отбельную башню, с₂ = 0,05 %;

3 – масса, поступающая на промывку, с₃ = 3,0 %, кг, кг, кг;

4 – потери волокна при отбелке, В₄=М₄=0,02М₁с₁ кг, в₄=0 кг;

5 – прирост массы в жидкой фазе, в₅= М₅=0,02М₁с₁, В₅=0 кг, с₅=0 %.

С оставляем уравнение частного материального баланса:

;

.

О тсюда:

; кг;

кг;

кг;

кг;

М₄=М₅= В₄= в₅=0,02М₁с₁=0,02∙5545,3∙12/100=13,3кг

кг

904,7кг

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.17

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	5545,3	904,7	4640,6	3	22012,2	899,6	21112,6
2	16466,9	8,2	16458,7	4	13,3	13,3	0,0
5	13,3	0,0	13,3
Итого	22025,5	912,9	21112,6	Итого	22025,5	912,9	21112,6

С

2

меситель химикатов

			3
1

1 – масса, поступающая в сместитель, с₁=12%.

2 – перикись, поступающая на отбелку в количестве 170 л.

3 – масса, поступающая в отбельную башню с₃=12%, М₃=5545,3кг; В₃=904,7кг; в₃=4640,6кг.

Составляем уравнение частного материального баланса:

;

Отсюда:

В₁= В₃=904,7кг

М₁=5545,3-170= 5375,3кг

кг;

кг;

кг;

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.18

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	5375,3	904,7	4470,6	3	5545,3	904,7	4640,6
2	170	0,0	170
Итого	5545,3	904,7	4640,6	Итого	5545,3	904,7	4640,6

Пароподогреватель

		2
		3
1

1 – масса, поступающая в пароподогреватель, t⁰₁=40 ^oC; В₁ = В₃

2 – пар на подогрев, с₂ = 0,0 %, М₂=в₂, В₂=0 кг;

3 – масса, после пароподогревателя, поступающая на отбелку, с₃ = 12 %, кг, кг, кг;

В пароподогревателе происходит подогрев массы паром до t₃ = 70 ^оС. Примем температуру массы, поступающей в пароподогреватель t₁ = 40 ^оС, температуру раствора диоксида хлора t₂ = 15 ^оС; удельная теплоёмкость волокна 1,47 кДж/(кг∙^оС); удельная теплоёмкость воды 4,19 кДж/(кг∙^оС).

Максимальные затраты теплоты на нагрев массы:

Q₁=В₃∙1,47(t₃-t₁) + в₃∙4,19(t₃-t₁) ;

где R – расход химиката, кг; D –расход пара, кг/т.

Q₁=904,7∙1,47(70-40) + 4470,6∙4,19(70-40) =601851,69кДж/кг;

D=Q/(ℓ - ℓ_о),

где ℓ, ℓ_о – удельные энтальпии пара и конденсата, кДж/кг.

D₁=601851,69/(2744-293)=245,6 кг;

Затраты теплоты при исключении конденсата пара:

Q₂=В₃∙1,47(t₃-t₁) + (в₃ - D₁)∙4,19(t₃-t₁);

Q₂=904,7∙1,47(70-40)+(4470,6-245,6)∙4,19(70-40)=570979,77 кДж/кг

D₂=570979,77/(2744-293)=233 кг

в₁=4470,6-233=4237,6кг

М₁=В₁+в₁=4237,6+904,7=5142,3кг.

Концентрация массы, поступающей в пароподогреватель:

с₁=В₁·100/М₁=904,7∙100/5142,3=17,6%

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.19

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	5142,3	904,7	4237,6	3	5375,3	904,7	4470,6
2	233	0,0	233
Итого	5375,3	904,7	4470,6	Итого	5375,3	904,7	4470,6

Тепловой баланс

;

Q_n=B_nc_вt_n+вc_Вt_n,

где Q_n – количество теплоты, кДж;

B_n – количество волокна в потоке, кг;

c_в – удельная теплоемкость волокна, кДж/(кг∙°С);

t_n – температура потока, °С;

в – количество воды в потоке, кг;

c_В – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг∙°С).

Q₁=904,7∙1,47∙40+4237,6∙4,19∙40=763,4МДж;

Q₃=904,7∙1,47∙70+4470,6∙4,19∙70=1364 МДж

°С.

Q₂=615,2∙4,19∙233=600,6МДж

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.20

Приход		Расход
№ п/п	Теплота, МДж Q	№ п/п	Теплота, МДж Q
1	763,4	3	1364
2	600,6
Итого	1364	Итого	1364

Ступень Д₀

Шнек после пресс-фильтра

0 – раствор воды и кислоты на разбавление, с₀ = 0,0 %;

1 – масса с пресс-фильтра, с₁ = 30 %;

3 –масса, поступающая в массный насос, с₃ = 17,6%, М₃=5142,3кг; В₃=904,7 кг;

=4237,6кг

Составляем уравнение частного материального баланса:

;

.

О тсюда:

; кг;

кг;

в₁=3016,8-904,7= 2112,1кг

В воду добавляем каустик в количестве М₄=120 кг. Тогда воды будет:

М₂ = 5142,3-120,0-3016,8 =2005,5кг;

кг;

кг;

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.21

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	3016,8	904,7	2112,1	3	5142,3	904,7	4237,6
2	2005,5	0,0	2005,5
4	120	0,0	120
Итого	5142,3	904,7	4237,6	Итого	5142,3	904,7	4237,6

Пресс-фильтр (промывка массы после отбелки)

1 – масса, поступающая на промывку, с₁ = 3,0 %;

2 – свежая вода на промывку, с₂ = 0,0 %, М₂=в₂=4000 кг, В₂=0 кг;

3 – масса, после промывки, поступающая в шнек, с₃ = 30 %, кг, кг, кг;

4 – оборотная вода после промывки, с₄=0,05 %.

С оставляем уравнение частного материального баланса:

;

.

О тсюда:

; кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг.

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.22

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	30695,8	920,5	29775,3	3	3016,8	904,7	2112,1
2	4000	0	4000	4	31679	15,8	31663,2
Итого	34695,8	920,5	33775,3	Итого	34695,8	920,5	33775,3

Отбельная башня

В процессе отбелки происходят массообменные процессы, которые выражаются в потере или растворении части веществ, содержащихся в древесном волокне, а также в увеличении массы жидкой фазы в отбельной башне.

Принимаем потери волокна при отбелке 1,5 %.

1
4	5
	2
	3

1 – масса, поступающая на отбелку, с₁ = 12 %;

2 – оборотная вода, поступающая в отбельную башню, с₂ = 0,05 %;

3 – масса, поступающая на промывку, с₃ = 3,0 %, кг, кг, кг;

4 – потери волокна при отбелке, В₄=М₄=0,015М₁с₁ кг, в₄=0 кг;

5 – прирост массы в жидкой фазе, в₅= М₅=0,015М₁с₁, В₅=0 кг, с₅=0 %.

С оставляем уравнение частного материального баланса:

;

.

О тсюда:

; кг;

кг;

кг;

кг;

М₄=М₅=В₄=в₅=0,015М₁с₁=0,015∙7734,5∙12/100=13,9кг.

В₁=920,5+13,9-12,6=921,8кг

кг

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.23

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	5557,7	921,8	4635,9	3	30695,8	920,5	29775,3
2	25138,1	12,6	25125,5	4	13,9	13,9	0,0
5	13,9	0,0	13,9

С

2

меситель химикатов

			3
1

1 – масса, поступающая в смеситель, с₁ = 12%;

2 – диоксид хлора, поступающая на отбелку, расход на отбелку в количестве 1800,0 л.;

3 – масса, поступающая в отбельную башню, с₃ = 12 %, В₃= 921,8 кг, в₃=4635,9 кг, М₃=5557,7кг.

Составляем уравнение частного материального баланса:

;

О тсюда:

В₁= В₃=921,8кг;

М₁=5557,7-1800=3757,7кг

кг;

кг;

кг;

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.24

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	3757,7	921,8	2835,9	3	5557,7	921,8	4635,9
2	1800	0,0	1800
Итого	5557,7	921,8	4635,9	Итого	5557,7	921,8	4635,9

Пароподогреватель

		2
		3
1
			4

5

1 – масса, поступающая в пароподогреватель, t⁰₁=40 ^oC; В₁ = В₃

2 – пар на подогрев, с₂ = 0,0 %, М₂=в₂, В₂=0 кг;

3 – масса, после пароподогревателя, поступающая в смеситель, с₃ = 12 %, кг, кг, кг;

4 – диоксид хлора в количестве 1800 кг;

5 - масса, после смесителя, поступающая в отбельную башню, с₅ = 12 %, кг, кг, кг;

В пароподогревателе происходит подогрев массы паром до t₃ = 80 ^оС. Примем температуру массы, поступающей в пароподогреватель t₁ = 40 ^оС, температуру раствора диоксида хлора t₂ = 15 ^оС; удельная теплоёмкость волокна 1,47 кДж/(кг∙^оС); удельная теплоёмкость воды 4,19 кДж/(кг∙^оС).

Максимальные затраты теплоты на нагрев массы:

Q₁=В₃∙1,47(t₃-t₁) + в₅∙4,19(t₃-t₁) + в₄(t₃-t₂)4,19;

где R – расход химиката, кг; D –расход пара, кг/т.

Q₁=921,8∙1,47(80-40) + 4635,9∙4,19(80-40) + 1800(80-15)4,19=1321408,68кДж/кг;

D=Q/(ℓ - ℓ_о),

где ℓ, ℓ_о – удельные энтальпии пара и конденсата, кДж/кг.

D₁=1321408,68/(2744-293)=539,1 кг;

Затраты теплоты при исключении конденсата пара:

Q₂=В₃∙1,47(t₃-t₁) + (в₅ - D₁)∙4,19(t₃-t₁) + в₄(t₃-t₂)4,19;

Q₂=921,8∙1,47(70-40)+(4635,9-539,1)∙4,19(70-40)+1800(70-15)4,19=970429,14кДж/кг;

D₂=970429,14/(2744-293)=395,9 кг

в₁=2835,9-395,9=2440кг

М₁=В₁+в₁=2440+921,8=3361,8кг.

Концентрация массы, поступающей в пароподогреватель:

с₁=В₁·100/М₁=921,8∙100/3361,8=27,4%

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.25

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	3361,8	921,8	2440	3	3757,7	921,8	2835,9
2	395,9	0,0	395,9
Итого	3757,7	921,8	2835,9	Итого	3757,7	921,8	2835,9

Тепловой баланс

;

Q_n=B_nc_вt_n+вc_Вt_n,

где Q_n – количество теплоты, кДж;

B_n – количество волокна в потоке, кг;

c_в – удельная теплоемкость волокна, кДж/(кг∙°С);

t_n – температура потока, °С;

в – количество воды в потоке, кг;

c_В – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг∙°С).

Q₁=921,8 ∙1,47∙40+2440∙4,19∙40=463,1МДж;

Q₅=921,8 ∙1,47∙70+4635,9∙4,19∙70=1454,6МДж

Q₄=1454,6∙4,19∙15=91,4 МДж

°С.

Q₂=542,6∙4,19∙395,9=900,1МДж

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.26

Приход		Расход
№ п/п	Теплота, МДж Q	№ п/п	Теплота, МДж Q
1	463,1	5	1454,6
2	900,1
4	91,4
Итого	1454,6	Итого	1454,6

Ступень КЩО

Шнек после пресс-фильтра

0 – раствор воды и кислоты на разбавление, с₀ = 0,0 %;

1 – масса с пресс-фильтра, с₁ = 30 %;

3 –масса, поступающая в массный насос, с₃ = 27,4%, М₃=3361,8кг; В₃=921,8кг; =2440кг.

Составляем уравнение частного материального баланса:

;

.

О тсюда:

; кг;

кг;

в₁=3070,4-921,8=2148,6кг

В воду добавляем кислоту в количестве М₄=130 кг. Тогда воды будет:

М₂ = 3361,8-130,0-3070,4=161,4 кг;

кг;

кг;

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.27

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	3070,4	921,8	2148,6	3	3361,8	921,8	2440
2	161,4	0,0	161,4
4	130	0,0	130
Итого	3361,8	921,8	2440	Итого	3361,8	921,8	2440

Пресс-фильтр (промывка массы после отбелки)

1 – масса, поступающая на промывку, с₁ = 3,0 %;

2 – свежая вода на промывку, с₂ = 0,0 %, М₂=в₂=4000 кг, В₂=0 кг;

3 – масса, после промывки, поступающая в шнек, с₃ = 30 %, кг, кг, кг;

4 – оборотная вода после промывки, с₄=0,05 %.

С оставляем уравнение частного материального баланса ;

.

О тсюда:

; кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг.

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.28

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	31240,2	937,9	30302,3	3	3070,4	921,8	2148,6
2	4000	0,0	4000	4	32169,8	16,1	32153,7
Итого	35240,2	937,9	34302,3	Итого	35240,2	937,9	34302,3

Выдувной резервуар

Из кислородного реактора масса выдувается в выдувной резервуар. Концентрация массы в нём составляет 6%. При выходе из него масса разбавляется оборотной водой до концентрации 3%.

1 – масса из кислородного реактора, с₁ = 6 %;

2 – оборотная вода на разбавление, с₂ = 0,05 %;

3 –масса, поступающая на пресс-фильтр, с₃ = 3 %, М₃=31240,2кг; В₃=937,9кг;

=30302,3 кг.

Составляем уравнение частного материального баланса:

;

О тсюда:

; кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг.

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.29

Приход				Расход
№	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	15488,8	929,7	14559,1	3	31240,2	937,9	30302,3
2	15751,4	8,2	15743,2
Итого	31240,2	937,9	30302,3	Итого	31240,2	937,9	30302,3

Кислородный реактор

Концентрация массы в зоне реакции 12%. В нижней части ректора происходит разбавление массы оборотной водой до 6% и выдувка её в выдувной резервуар. В процессе КЩО происходят массообменные процессы, которые выражаются в потере или растворении части веществ, содержащихся в древесном волокне, а также в увеличении массы жидкой фазы в кислородном реакторе.

Принимаем потери волокна 3 %.

1
4	5
	2
	3

1 – масса, поступающая в кислородный реактор, с₁ = 12 %;

2 – оборотная вода, поступающая в кислородный реактор, с₂ = 0,05 %;

3 – масса, поступающая в выдувной резервуар, с₃ = 6,0 %, кг, кг, кг;

4 – потери волокна при КЩО, В₄=М₄=0,03М₁с₁ кг, в₄=0 кг;

5 – прирост массы в жидкой фазе, в₅= М₅=0,03М₁с₁, В₅=0 кг, с₅=0 %.

С оставляем уравнение частного материального баланса:

;

.

О тсюда:

; кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

М₄=М₅= В₄= в₅=0,03М₁с₁=0,03∙7544∙12/100=2719,8кг.

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.30

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	7544	925,7	6618,3	3	15488,8	929,7	14559,1
2	7948,8	4,0	7944,8	4	2715,8	0,0	2719,8
5	2751,8	0,0	2571,8
Итого	18244,6	929,7	17134,9	Итого	18244,6	929,7	17134,9

Пароподогреватель

		2
		3
1

1 – масса, поступающая в пароподогреватель, t⁰₁=40 ^oC; В₁ = В₃

2 – пар на подогрев, с₂ = 0,0 %, М₂=в₂, В₂=0 кг;

3 – масса, после пароподогревателя, поступающая на отбелку, с₃ = 12 %, кг, кг, кг;

В пароподогревателе происходит подогрев массы паром до t₃ = 70 ^оС. Примем температуру массы, поступающей в пароподогреватель t₁ = 40 ^оС, температуру раствора диоксида хлора t₂ = 15 ^оС; удельная теплоёмкость волокна 1,47 кДж/(кг∙^оС); удельная теплоёмкость воды 4,19 кДж/(кг∙^оС).

Максимальные затраты теплоты на нагрев массы:

Q₁=В₃∙1,47(t₃-t₁) + в₃∙4,19(t₃-t₁) ;

где R – расход химиката, кг; D –расход пара, кг/т.

Q₁=929,7∙1,47(70-40) 14559,1∙4,19(70-40) =1871078,64кДж/кг;

D=Q/(ℓ - ℓ_о),

где ℓ, ℓ_о – удельные энтальпии пара и конденсата, кДж/кг.

D₁=1871078,64/(2744-293)=763,4 кг;

Затраты теплоты при исключении конденсата пара:

Q₂=В₃∙1,47(t₃-t₁) + (в₃ - D₁)∙4,19(t₃-t₁);

Q₂=929,7∙1,47(70-40)+(14559,1-763,4)∙4,19(70-40)=1775119,26 кДж/кг

D₂=1775119,26/(2744-293)=724,2 кг

в₁=14559,1-724,2=13834,9кг

М₁=В₁+в₁=929,7+13834,9=14764,6кг.

Концентрация массы, поступающей в пароподогреватель:

с₁=В₁·100/М₁=929,7∙100/14764,6=6,3%

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.31

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	14764,6	929,7	13834,9	3	15488,8	929,7	14559,1
2	724,2	0,0	724,2
Итого	15488,8	929,7	14559,1	Итого	15488,8	929,7	14559,1

Тепловой баланс

;

Q_n=B_nc_вt_n+вc_Вt_n,

где Q_n – количество теплоты, кДж;

B_n – количество волокна в потоке, кг;

c_в – удельная теплоемкость волокна, кДж/(кг∙°С);

t_n – температура потока, °С;

в – количество воды в потоке, кг;

c_В – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг∙°С).

Q₁=929,7∙1,47∙40+14674,6∙4,19∙40=2514МДж;

Q₃=929,7∙1,47∙70+14559,1∙4,19∙70=4365,9 МДж

°С.

Q₂=610,3∙4,19∙724,2=1851,9МДж

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.32

Приход		Расход
№ п/п	Теплота, МДж Q	№ п/п	Теплота, МДж Q
1	2514	3	4365,9
2	1851,9
Итого	4365,9	Итого	4365,9

Кислородный реактор

Концентрация массы в зоне реакции 12%. В нижней части ректора происходит разбавление массы оборотной водой до 6% и выдувка её в выдувной резервуар. В процессе КЩО происходят массообменные процессы, которые выражаются в потере или растворении части веществ, содержащихся в древесном волокне, а также в увеличении массы жидкой фазы в кислородном реакторе.

Принимаем потери волокна 3 %.

1
4	5
	2
	3

1 – масса, поступающая в кислородный реактор, с₁ = 12 %;

2 – оборотная вода, поступающая в кислородный реактор, с₂ = 0,05 %;

3 – масса, поступающая в выдувной резервуар, с₃ = 6,0 %, кг, кг, кг;

4 – потери волокна при КЩО, В₄=М₄=0,03М₁с₁ кг, в₄=0 кг;

5 – прирост массы в жидкой фазе, в₅= М₅=0,03М₁с₁, В₅=0 кг, с₅=0 %.

С оставляем уравнение частного материального баланса:

;

.

О тсюда:

; кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

кг;

М₄=М₅= В₄= в₅=0,03М₁с₁=0,03∙7187,5∙12/100=25,9 кг.

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.33

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	7187,5	951,8	6235,7	3	14764,6	929,7	13834,9
2	7577,1	3,8	7573,3	4	25,9	25,9	0,0
5	25,9	0,0	25,9
Итого	14790,5	955,6	13834,9	Итого	14790,5	955,6	13834,9

Смеситель - подогреватель

		2
		3
1
		4

1 – масса, поступающая в смеситель, t⁰₁=80 ^oC; В₁ = В₃

2 – пар на подогрев, с₂ = 0,0 %, М₂=в₂, В₂=0 кг;

3 – масса, после смесителя, поступающая в реактор КЩО, с₃ = 12 %, кг, кг, кг;

4 – кислород в количестве 20 кг;

В смесителе происходит подогрев массы паром до t₃ = 95 ^оС. Примем температуру массы, поступающей в смеситель t₁ = 30^оС, температуру кислорода t₂ = 10 ^оС; удельная теплоёмкость волокна 1,47 кДж/(кг∙^оС); удельная теплоёмкость воды 4,19 кДж/(кг∙^оС), удельная теплоёмкость кислорода 0,934 кДж/(кг∙^оС).

Максимальные затраты теплоты на нагрев массы:

Q₁=В₃∙1,47(t₃-t₁) + в₃∙4,19(t₃-t₁) + в₄(t₃-t₂)0,934;

где R – расход химиката, кг; D –расход пара, кг/т.

Q₁=951,8∙1,47(95-30) + 6235,7∙4,19(95-30) + 20,0(95-10)0,934=1790825,2кДж/кг;

D=Q/(ℓ - ℓ_о),

где ℓ, ℓ_о – удельные энтальпии пара и конденсата, кДж/кг.

D₁=1790825,2/(2744-398)=763,4 кг;

Затраты теплоты при исключении конденсата пара:

Q₂=В₃∙1,47(t₃-t₁) + (в₅ - D₁)∙4,19(t₃-t₁) + в₄(t₃-t₂)0,934;

Q₂=951,8∙1,47(95-30)+(6235,7-763,4)∙4,19(95-30)+20,0(95-10)0,934=1582913,2

кДж/кг;

D₂=1582913,2/(2744-398)=674,7 кг

в₁=6235,7-674,7-20=5541кг.

М₁=В₁+в₁=5541+951,8=6492,8 кг.

Концентрация массы, поступающей в смеситель:

с₁=В₁·100/М₁=951,8∙100/6492,8=14,7%

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.34

Приход				Расход
№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№ п/п	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	6492,8	951,8	5541	3	7187,5	951,8	6235,7
2	674,7	0,0	674,7
4	20	0,0	20
Итого	7187,5	951,8	6235,7	Итого	7187,5	951,8	6235,7

Тепловой баланс

;

Q_n=B_nc_вt_n+вc_Вt_n,

где Q_n – количество теплоты, кДж;

B_n – количество волокна в потоке, кг;

c_в – удельная теплоемкость волокна, кДж/(кг∙°С);

t_n – температура потока, °С;

в – количество воды в потоке, кг;

c_В – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг∙°С).

Q₁=951,8∙1,47∙30+5541·4,19∙30=738,5МДж;

Q₃=951,8∙1,47∙95+6235,7∙4,19∙95=2615МДж

Q₄=20∙0,934∙10=186,8 МДж

°С.

Q₂=2681,3∙0,934∙674,7=1689,7МДж

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.35

Приход		Расход
№ п/п	Теплота, МДж Q	№ п/п	Теплота, МДж Q
1	738,5	3	2615
2	1689,7
4	186,8
Итого	2615	Итого	2615

Насос МС

1 – масса из БВК;

2 – NaOH, с₂ = 0,0%;

3 –масса, поступающая смеситель-подогреватель, М₃=6492,8кг; В₃=951,8кг; =5541кг.

Составляем уравнение частного материального баланса:

;

О тсюда:

В₁= В₃=951,8кг;

М₁=6492,8-20,0=6472,8кг

кг;

кг;

кг;

Концентрация массы, поступающей в насос:

с₁=В₁·100/М₁=951,8∙100/6472,8=14,7%

Все результаты расчетов заносим в сводную таблицу

Таблица 3.36

Приход				Расход
№	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг	№	Масса, кг	Волокно, кг	Вода, кг
1	6472,8	951,8	5521	3	6492,8	951,8	5541
2	20,0	0,0	20,0
Итого	6492,8	951,8	5541	Итого	6492,8	951,8	5541

Таблица 3.38- Общая сводная таблица теплового баланса

Статья прихода	С, %	Приход	Статья расхода	С, %	Расход
		Количество теплоты, МДж			Количество теплоты, МДж
Ступень КЩО
Смеситель-подогреватель
Масса, поступающая в смеситель - подогреватель	12,0	738,5	Масса, поступающая в реактор КЩО	12,0	2615
Пар на подогрев	0,0	1689,7
Кислород	0,0	186,8
Итого		2615	Итого		2615
Ступень Д0
пароподогреватель
Масса в пароподогреватель	12,0	463,1	Масса в отбельную башню	12,0	1454,6
Пар на подогрев	0,0	900,1
Диоксид хлора	0,0	91,4
Итого		1454,6	Итого		1454,6
Ступень щелочения
пароподогреватель
Масса в пароподогреватель	12,0	763,4	Масса в отбельную башню	12,0	1363,4
Пар на подогрев	0,0	600,6
Итого		1363,4	Итого		1363,4
Ступень Д1
пароподогреватель
Масса, поступающая в пароподогреватель	12,0	574	Масса, поступающая в отбельную башню	12,0	1416
Пар на подогрев	0,0	774,8
Кислород	0,0	67,2
Итого		1416	Итого		1416
Ступень Д2
пароподогреватель
Масса в пароподогреватель	12,0	969,3	Масса в отбельную башню	12,0	1983,4
Пар на подогрев	0,0	976,4
Кислород	0,0	37,7
Итого		1983,4	Итого		1983,4

2. РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА УСТАНАВЛИВАЕМОГО И ВСПОМОНАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

1. Расчет объема отбельных башен

Необходимый реакционный объем башни рассчитывается по формуле:

V_p=100Mτ/24*60c_BKρ,

где V_p- реакционный объем, м³;

М- масса абсолютно сухой целлюлозы, поступающей в башню за сутки, т;

τ – время пребывания массы в башне, мин;

c_B – концентрация волокна,%;

К – коэффициент заполнения башни, для башен с ходом массы снизу вверх К=0.95, для башен с ходом массы сверху вниз К=0.85;

ρ- плотность массы, т/м³.

Плотность массы определяется по формуле:

ρ= ρ_вс+ρ_воды(100-с)/100,

где ρ_в- плотность волокна, 1,54 т/м³;

ρ_воды – плотность воды при температуре реакции.

Потребный общий объем отбельной башни :

V_общ=V_p+V_разб

Объем зоны разбавления для башен с плоским днищем:

V_разб=πd_Bh_p/4,

где - d_B- внутренний диаметр башни, м;

h_p – высота зоны разбавления, (1,5-1,7)м

Кислородный реактор на 1й ступени КЩО:

ρ=1,54*12 +0,972*(100-12)/100=1,04т/м³

V_p=100*951,8*30/24*60*12*0,95*1,04= 167,3м³;

Исходя из объема внутренний диаметр колонны 4,0м.

V_разб=3,14*1,5*4 /4=4,7м³,

V_общ=167,3+4,7=172м³

Принимаем номинальный объем колонны 200м³.

Высота колонны 15,9 м

Кислородный реактор на 2й ступени КЩО:

ρ=1,54*12 +0,958*(100-12)/100=1,03 т/м³

V_p=100*925,7*60/24*60*12*0,95*1,03 = 328,5м³;

Исходя из объема внутренний диаметр колонны 4,5м.

V_разб=3,14*1,5*4,5 /4=5,3м³,

V_общ=328,5+5,3=333,8м³

Принимаем номинальный объем колонны 400м³

Высота колонны 25,2м

Отбельная башня на ступени Д₀

ρ=1,54*12 +0,983*(100-12)/100=1,05т/м³

V_p=100*921,8*60/24*60*12*0,95*1,05= 320,9м³;

Исходя из объема внутренний диаметр колонны4,0м. Внутренний диаметр колонки 2,6м.

V_разб=3,14*1,5*4 /4=4,7м³,

V_общ=320,9+4,7=325,6м³

Принимаем номинальный объем колонны 400м³

Высота колонны 31,8м

Отбельная башня на ступени щелочения

ρ=1,54*12 +0,983*(100-12)/100=1,05т/м³

V_p=100*904,7*120/24*60*12*0,85 *1,05= 704м³;

Исходя из объема внутренний диаметр колонны 6м.

V_разб=3,14*1,5*6 /4=7,1м³,

V_общ=704+7,1=711,1м³

Принимаем номинальный объем колонны 800м³.

Высота колонны 28,3м

Отбельная башня на ступени Д₁

ρ=1,54*12 +0,978*(100-12)/100=1,05т/м³

V_p=100*888,1*210/24*60*12*0,95*1,05= 1082м³;

Исходя из объема внутренний диаметр колонны 8,0м. Внутренний диаметр стакана 5,0м.

V_разб=3,14*1,5*8 /4=9,4м³,

V_общ=1082+9,4=1091,4м³

Принимаем номинальный объем колонны 1250м³

Высота колонны 24м

Отбельная башня на ступени Д₂

ρ=1,54*12 +0,978*(100-12)/100=1,05т/м³

V_p=100*880,5*210/24*60*12*0,95*1,05=1073 м³;

Исходя из объема внутренний диаметр колонны 8,0м. Внутренний диаметр стакана 5,0м.

V_разб=3,14*1,5*8 /4=9,4м³,

V_общ=1073+9,4=1082,4м³

Принимаем номинальный объем колонны 1250м³

Высота колонны 24м

2. Выбор промывного оборудования

Выбор промывного оборудования сводится к определению фильтрующей поверхности. Фильтрующая поверхность определяется:

F=Q_волQ_сут/0,88g

Где F – фильтрующая поверхность, м²;

Q_вол – количество а.с. массы на 1 т целлюлозы, кг;

Q_сут – суточная производительность отбельного цеха, т/сут.

Q_сут=500000т/год=1450 т/сут

g – съем а.с. массы с 1м² фильтрующей поверхности, g=50 т/сут.

Для промывки используем пресс-фильтры.

Промывка после ступени КЩО:

F=1450*937,9/0,88*50*1000=30,9м²

Промывка после ступени Д₀

F=1450*920,5/0,88*50*1000=30,4м²

Промывка после ступени ЩП:

F=1450*899,6/0,88*50*1000=29,7м²

Промывка после ступени Д₁

F=1450*894,7/0,88*50*1000=29,5м²

Промывка после ступени Д₂

F=1450*889,9/0,88*50*1000=29,3м²

3. Расчет вместимости баков оборотной воды

Вместимость баков определяют по количеству оборотной воды, уходящей с фильтров:

V=Q_сутQ_BT/24*60*1000K,

где Q_B – количество оборотной воды на 1т целлюлозы, л;

Т- время пребывания воды в баке, Т=3…5мин;

К – коэффициент заполнения бака, К=0,8.

Баки снабжаются переливными трубами для отвода избытка оборотной воды.

Бак фильтрата после ступени КЩО:

V=1450*4000*5/24*60*1000*0,8=25,2м³

Бак фильтрата после ступени Д₀

V=1450*31679*5/24*60*1000*0,8=199,4м³

Бак фильтрата после ступени щелочения:

V=1450*23049,4*5/24*60*1000*0,8=145,1м³

Бак фильтрата после ступени Д₁

V=1450*22881*5/24*60*1000*0,8=144м³

Бак фильтрата после ступени Д₂

V=1450*30747,5*5/24*60*1000*0,8=193,5м³

Принимаем объем баков фильтрата 200м³

4. Расчет вместимости массных бассейнов

Бассейн высокой концентрации для хранения небеленой целлюлозы

V=100Q_сутТ/24cКρ_см

ρ_см= ρ₁с+ρ₂(100-с)/100

ρ_см=1500*14+988*(100-14)/100=1059кг/м³

V=100*1450*8/24*14*0,8*1,06=4071м³

Принимаем номинальный объем бассейна высокой концентрации 4250м³.

Определяем время пребывания массы в бассейне:

Т=4250*24*14*0,8*1,06/100*1450=8,3ч

Бассейн высокой концентрации для хранения беленой целлюлозы

V=100Q_сутТ/24cКρ_см

ρ_см= ρ₁с+ρ₂(100-с)/100

ρ_см=1500*12+988*(100-12)/100=1049кг/м³

V=100*1450*8/24*12*0,8*1,05=4110м³

Принимаем номинальный объем бассейна высокой концентрации 4250м³.

Определяем время пребывания массы в бассейне:

Т=4250*24*12*0,8*1,05/100*1450=7,1ч

Выдувной резервуар

V=100Q_сутТ/24cКρ_см

ρ_см= ρ₁с+ρ₂(100-с)/100

ρ_см=1500*3+988*(100-3)/100=1003кг/м³

V=100*1450*0,05/24*3*0,8*1 =125,8м³

Принимаем номинальный объем выдувного резервуара 160м³.

Определяем время пребывания массы в бассейне:

Т=160*24*3*0,8*1/100*1450=0,06ч=3,8мин

5. Расчет и выбор насосов

Подача насоса:

Q=BQ_сут100k/24*60*c*ρ

где В- количество целлюлозы, поступающей к насосу на этой стадии производства, на 1 т воздушно-сухой целлюлозы, кг;

Q_сут- суточная производительность потока по воздушно-сухой целлюлозе, т/сут;

с- концентрация целлюлозной суспензии, %;

k- коэффициент запаса производительности;

ρ- плотность целлюлозной суспензии концентрацией с.

Напор насоса

Н=Н_г+(Н_нагн-Н_всас)+Н_п+ν²/2g

где Н_г- геометрическая высота подъема жидкости, м;

Н_нагн- напор в объеме нагнетания, м;

Н_всас – напор в объеме всасывания,м;

Н_п- сумма потерь напора;

ν²/2g – скоростной напор (значением можно пренебречь)

Мощность двигателя насоса:

N_э=QHρ/60*102η

Массный насос после БВК:

Q=951,8*1450*100*1,2/24*60*14,7*1049=7,5м³/мин=125,3л/с

Исходя из производительности потока и подачи насоса, принимаем насос KAMYR MC MRU-20-P1.

Насос для подачи оборотной воды в 1й реактор КЩО:

Q=7573,3-929,7 ((100-12)/12))1450/24*60=760,7л/мин=12,7л/с

Н_г=15м

Н_всас=7м

Н_нагн=0

Н_п=0,2*0,75*1+0,2=2,2м

Н=15-7+2,2=10,2м

N_э=0,7*10,2*1000/60*102*0,8=1,5кВт*ч

N_уст=1,2*1,5=1,8кВт*ч

Насос для подачи оборотной воды в 2й реактор КЩО:

Q=7944,8- 925,7((100-12)/12))1450/24*60=1164л/мин=19,4л/с

Н_г=15м

Н_всас=7м

Н_нагн=0

Н_п=0,2*0,75*1+0,2=2,2м

Н=15-7+2,2=10,2м

N_э=1,1*10,2*1000/60*102*0,8=2,3кВт*ч

N_уст=1,2*2,3=2,8кВт*ч

Насос для подачи массы на ступень Д₀:

Q=921,8*1450*100*1,2/24*60*27,4*1223=3,3м³/мин=55,5л/с

Исходя из производительности потока и подачи насоса, принимаем насос KAMYR MC MRU-20-P1

Насос для подачи воды на ступень Д₀

Q= 920,5(100-3)/3-25125,5)1450/24*60=4670л/мин=77,8л/с

Н_г=28,4м

Н_нагн-Н_всас=28,4*0,8-1,7-7=14м

Н_п=0,2*0,75*1+0,2=2,2м

Н=28,4+14+2,2=44,6м

N_э=4,6*44,6*1000/60*102*0,8=42кВт*ч

N_уст=1,2*42=50,4кВт*ч

Насос для подачи массы на ступень щелочения

Q=921,8*1450*100*1,2/24*60*27,4*1050=3,8м³/мин=63,5л/с

Исходя из производительности потока и подачи насоса, принимаем насос KAMYR MC MRU-20-P1

Насос для подачи воды на ступень щелочения

Q= 899,6(100-3)/3-16458,7)1450/24*60=12716л/мин=212л/с

Н_г=24,9м

Н_нагн-Н_всас=24,9*0,8-1,7-7=11,2м

Н_п=0,2*0,75*1+0,2=2,2м

Н=24,9+11,2+2,2=38,3м

N_э=12,7*38,3*1000/60*102*0,8=99,3кВт*ч

N_уст=1,2*99,3=119,2кВт*ч

Насос для подачи массы на ступень Д₁

Q=888,1*1450*100*1,2/24*60*17,2*1050=5,9м³/мин=98,5л/с

Исходя из производительности потока и подачи насоса, принимаем насос KAMYR MC MRU-20-P1

Насос для подачи воды на ступень Д₁

Q=3*1450*100*1,2/24*60*0,05*1000=7,3м³/мин=121,9л/с

Н_г=20,6м

Н_нагн-Н_всас=20,6*0,8-1,7-7=7,8м

Н_п=0,2*0,75*1+0,2=2,2м

Н=20,6+7,8+2,2=30,6м

N_э=7,3*30,6*1000/60*102*0,8=45,6кВт*ч

N_уст=1,2*45,6=54,7кВт*ч

Насос для подачи массы на ступень Д₂

Q=880,5*1450*100*1,2/24*60*13,9*1050=5,1м³/мин=85,2л/с

Исходя из производительности потока и подачи насоса, принимаем насос KAMYR MC MRU-20-P1

Насос для подачи воды на ступень Д₁

Q=3*1450*100*1,2/24*60*0,05*1000=7,3м³/мин=121,9л/с

Н_г=20,6м

Н_нагн-Н_всас=20,6*0,8-1,7-7=7,8м

Н_п=0,2*0,75*1+0,2=2,2м

Н=20,6+7,8+2,2=30,6м

N_э=7,3*30,6*1000/60*102*0,8=45,6кВт*ч

N_уст=1,2*45,6=54,7кВт*ч

Таблица 4.1 – Основное оборудование

Наименование и назначение оборудования	Тип	Техническая характеристика	Количество
Отбельная башня	Без поглотительной колонки с ходом массы снизу вверх	V=400м3 Н=25,2м D=4,5м	2
	Без поглотительной колонки с ходом массы сверху вниз	V=800м3 Н=28,3м D=6м	1
	С наружной поглотительной колонкой	V=400м3 Н=31,8м D=4м d=2,6м	1
	С внутренним стаканом	V=1250м3 Н=24м D=8м	2
Промывное оборудование	Пресс-фильтры	F=35м2 g=50кг	5
Баки оборотной воды		V=200м3	5
Выдувной резервуар		V=160м3 D=5м	1

Таблица 4.2 – Вспомогательное оборудование

Наименование и назначение оборудования	Тип	Техническая характеристика	Количест-во
Массный насос	KAMYR MC MRU-20-P1	Подача 20…175л; Производительность1450 т/сут; Напор 20…120м Мощность э/привода 200кВт	6
Насос для подачи воды		Подача 10…220л; Производительность1450 т/сут; Напор 10…50м Мощность э/привода 1,5…100кВТ	6

Таблица 4.3 – Унификация бассейнов

Назначение бассейна	Объем бассейна,м3		Время запаса массы, час
	По расчету	После унификации	По расчету	После унификации
Хранение небеленой целлюлозы	4071	4250	8	8,3
Хранение беленой целлюлозы	4110	4250	8	7,1

2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Таблица 5.1 – Характеристика двигателей оборудования

Наименов-ание агрегата	Количест-во агрегатов, шт	Коэффи-циент использо-вания	Мощность, кВт
			номинальная	установленная	Потребляемая средняя активная
Массный насос	6	0,8	200	1200	960
Насос для подачи воды	6	0,8	100	600	480

Удельный расход электроэнергии:

З_у=24*1440/1450=23,8кВт*ч/т

2. ОХРАНА ПРИРОДЫ

Целесообразность использования того или иного варианта отбелки оценивается с точки зрения не только экономичности, но и с точки зрения экологической безопасности схемы отбелки. Безопасность схем с использованием хлорреагентов оценивается по показателю АОХ (адсорбированные органические галогены), который определяет образующееся при отбелке количество хлорорганических соединений. Для большинства стран этот показатель сегодня ограничен 0,20…0,25кг/т.

Схемы отбелки, в которых используются хлорсодержащие реагенты, характеризуются так называемым фактором Каппа (KF). Фактор Каппа – это отношение расхода активного хлора, заданного на первую делигнифицирующую ступень отбелки, к числу Каппа целлюлозы, поступающей на отбелку. Чем ниже фактор Каппа, тем безопаснее с экологической точки зрения схема отбелки.

Второй показатель, по которому оценивается экологическая безопасность отбелки, - это химическое потребление кислорода в сточных водах предприятия.