3. Расчет баланса воды и волокна

Баланс воды и волокна составляется в расчете на 1 т воздушно-сухой массы, или на 880 кг абсолютно сухой массы. Составление балансов позволяет определить основные потоки массы, воды и волокна и его безвозвратные потери.

Таблица 3.1 – Исходные данные для расчета баланса воды и волокна

Влажность щепы, %	45
Концентрация оборотной воды, %:
с дискового фильтра	0,03
с 2-х барабанного пресса	0,06
Концентрация массы, %:
после дисковых мельниц 1-й ступени	35
после дисковых мельниц 2-й ступени	30
в бассейне «латенсии»	4
перед сортировками	1,8
отходов сортирования	2,8
перед дисковым фильтром	0,45-0,5
сгущённой	10
перед центриклинерами 1,2 и 3-й ступени	0,45-0,55
очищенной после центриклинеров	0,45-0,5
отходов после центриклинеров	2,0
сгущённых отходов сортирования	35
Температура щепы или массы, 0С:
после промывки	50
после пропитки	50
после пропарки (скоростной варки)	120
поступающей в циклон	120
выходящей из циклона	100
в бассейне «латенсии»	60-70
Степень помола, 0ШР:
после размола 1-й ступени	30-40
после размола 2-й ступени	60-65
Количество отходов, % от поступающей массы:
от 1-й ступени центриклинеров	13-15
от 2-й ступени центриклинеров	13-15
от 3-й ступени центриклинеров	13-15
Потери, % от поступающей щепы или массы:
при промывке щепы	0,3
при пропарке (скоростной варке)	3,0
при размоле	3,0
Расход Na2SO3, % от абсолютно сухого волокна	2,0
Расход NaOH, % от абсолютно сухого волокна	3,0
Концентрация раствора Na2SO3, г/л	200
Концентрация раствора NaOH, г/л	200

Для расчета принимаем следующие обозначения:

М – масса, кг;

А – абсолютно сухое волокно, кг;

В – вода, кг;

К – концентрация массы и оборотной воды, %.

Расчетные формулы:

На бумажную фабрику поступает 880 кг абсолютно сухого волокна при концентрации 3,5%. С ним поступает воды:

Массы:

Для проведения расчетов на рисунке 3.1 приведена принципиальная схема получения ХТММ их осиновой древесины.

Щепа

Промывная установка

Импрегнатор «ПРЕКС»

Пропарка

(скоростная варка)

Дисковая мельница

1-й ступени

Циклон

Бассейн массы после

рафинеров

Бассейн «латенсии»

Бак ОВ

Очиститель

теплообменник

Сборник ОВ

Барометрический конденсатор

Центриклинеры

2-й ступени

Дисковая мельница

2-й ступени

Сборник для разбавления

Сортировка

Сборник отсортированной массы

Центриклинеры

1-й ступени

Дисковый фильтр

Бассейн высокой концентрации

Желоб отходов

1-й ступени

Желоб отходов

2-й ступени

Центриклинеры

3-й ступени

Сгуститель отходов

Бассейн отходов

в сток

СВ

пар

пар

Пары вскипания

СВ

пар

Раствор Na₂SO₃

В отвал

ХП

ХП

вода

СВ

Обозначения:

Оборотная вода:

Масса:

Свежая вода и пар:

СВ

ОВ из бум. фабрики

ХТММ на бум. фабрику

Рисунок 3.1 – Принципиальная схема получения ХТММ из осиновой древесины

Б

с дискового фильтра

на бумажную фабрику

K₁=10 %

A₁=?(875,08 кг)

B₁=?(7875,74 кг)

M₁=?(8750,82 кг)

K₃=0,03 %

A₃=?(4,91 кг)

B₃=?(16387,13 кг)

M₃=?(16392,04 кг)

ассейн высокой концентрации

оборотная вода из бум. фабрики

K₂=3,5 %

A₂=880 кг

B₂=24262,86 кг

M₂=25142,86 кг

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	875,08	7875,74	8750,82
	4,91	16387,13	16392,04
Итого	879,99	24262,87	25142,86
Расход	880,00	24262,86	25142,86

Д

с 1-й ступени центриклинеров

K₁=0,5 %

A₁=?(929,74 кг)

B₁=?(185018,51 кг)

M₁=?(185948,25 кг)

исковый фильтр

оборотная вода

свежая вода на спрыски

K₄=0 %

B₄=5000 кг

M₄=5000 кг

K₃=0,03 %

A₃=?(54,66 кг)

B₃=?(182142,77 кг)

M₃=?(182197,43 кг)

K₂=10 %

A₂=875,08 кг

B₂=7875,74 кг

M₂=8750,82 кг

в бассейн высокой концентрации

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	929,74	185018,51	185948,25
	-	5000,00	5000,00
Итого	929,74	190018,51	190948,25
Расход	875,08	7875,74	8750,82
	54,66	182142,77	182197,43
Итого	929,74	190018,51	190948,25

Ц

из желоба отходов 2-й ступени

отходы в сток

K₁=0,55 %

A₁=?(24,9 кг)

B₁=?(4502,37 кг)

M₁=?(4527,27 кг)

K₃=2 %

A₃=?(4,4 кг)

B₃=?(215,6 кг)

M₃=?(220 кг)

ентриклинеры 3-й ступени

в желоб отходов 1-й ступени центриклинеров

K₂=?(0,4759 %)

A₂=?(20,5 кг)

B₂=?(4286,77 кг)

M₂=?(4307,27 кг)

Количество отходов от 3-й ступени центриклинеров принимаем 0,5% от выработки или 15% от поступающего волокна.

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Расход	20,5	4286,77	4307,27
	4,4	215,6	220
Итого	24,9	4502,37	4527,27

Ж

с центриклинеров 2-й ступени

оборотная вода

K₁=2 %

A₁=?(23,9 кг)

B₁=?(1171,12 кг)

M₁=?(1195,02 кг)

K₂=0,55 %

A₂=24,9 кг

B₂=4502,37 кг

M₂=4527,27 кг

K₃=0,03 %

A₃=?(1 кг)

B₃=?(3331,25 кг)

M₃=?(3332,25 кг)

елоб отходов 2-й ступени центриклинеров

на центриклинеры 3-й ступени

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	23,9	1171,12	1195,02
	1,0	3331,25	3332,25
Итого	24,9	4502,37	4527,27

Ц

из желоба отходов 1-й ступени

в сборник отсортированной массы

K₁=?(0,5634 %)

A₁=?(159,33 кг)

B₁=?(28121,69 кг)

M₁=?(28281,02 кг)

K₃=2 %

A₃=23,9 кг

B₃=1171,12 кг

M₃=1195,02 кг

ентриклинеры 2-й ступени

в желоб отходов 2-й ступени

K₂=0,5 %

A₂=?(135,43 кг)

B₂=?(26950,57 кг)

M₂=?(27086 кг)

Количество отходов от 2-й ступени центриклинеров принимаем 15% от поступающего волокна.

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Расход	135,43	26950,57	27086
	23,9	1171,12	1195,02
Итого	159,33	28121,69	28281,02

Ж

с центриклинеров 1-й ступени

на центриклинеры 2-й ступени

K₁=2 %

A₁=?(133,65 кг)

B₁=?(6548,83 кг)

M₁=?(6682,48 кг)

елоб отходов 1-й ступени центриклинеров

оборотная вода

K₃=0,03 %

A₃=?(5,19 кг)

B₃=?(17286,08 кг)

M₃=?(17291,27 кг)

с центриклинеров 3-й ступени

K₄=0,4759 %

A₄=20,5 кг

B₄=4286,77 кг

M₄=4307,27 кг

K₂=0,5634 %

A₂=159,33 кг

B₂=28121,69 кг

M₂=28281,02 кг

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	133,65	6548,83	6682,48
	20,5	4286,77	4307,27
	5,19	17286,08	17291,27
Итого	159,34	28121,68	28281,02

Ц

из сборника отсортированной массы

K₁=?(0,552 %)

A₁=?(1063,39 кг)

B₁=?(191567,34 кг)

M₁=?(192630,73 кг)

ентриклинеры 1-й ступени

в желоб отходов

K₃=2 %

A₃=133,65 кг

B₃=6548,83 кг

M₃=6682,48 кг

K₂=0,5 %

A₂=929,74 кг

B₂=185018,51 кг

M₂=185948,25 кг

на дисковый фильтр

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Расход	929,74	185018,51	185948,25
	133,65	6548,83	6682,48
Итого	1063,39	191567,34	192630,73

С

с сортировки

на центриклинеры 1-й ступени

K₁=1,0 %

A₁=?(905,39 кг)

B₁=?(89633,60 кг)

M₁=?(90538,99 кг)

K₂=0,552 %

A₂=1063,39 кг

B₂=191567,34 кг

M₂=192630,73 кг

борник отсортированной массы

с центриклинеров 2-й ступени

оборотная вода

K₄=0,5 %

A₄=135,43 кг

B₄=26950,57 кг

M₄=27086 кг

K₃=0,03 %

A₃=?(22,57 кг)

B₃=?(74983,17 кг)

M₃=?(75005,74 кг)

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	905,39	89633,60	90538,99
	135,43	26950,57	27086
	22,57	74983,17	75005,74
Итого	1063,39	191567,34	192630,73

С

из сборника для разбавления массы перед сортированием

K₁=1,8 %

A₁=?(1120,83 кг)

B₁=?(61147,7 кг)

M₁=?(62268,53 кг)

K₂=1,0 %

A₂=905,39 кг

B₂=89633,60 кг

M₂=90538,99 кг

ортировка

в сборник отсортированной массы

в бассейн отходов (20 %)

оборотная вода

K₄=0,03 %

A₄=?(10,91 кг)

B₄=?(36343,48 кг)

M₄=?(36354,39 кг)

K₃=2,8 %

A₃=?(226,35 кг)

B₃=?(7857,58 кг)

M₃=?(8083,93 кг)

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	1120,83	61147,7	62268,53
	10,91	36343,48	36354,39
Итого	1131,74	97491,18	98622,92
Расход	905,39	89633,60	90538,99
	226,35	7857,58	8083,93
Итого	1131,74	97491,18	98622,92

Б

из сортировок

ассейн отходов

K₁=2,8 %

A₁=226,35 кг

B₁=7857,58 кг

M₁=8083,93 кг

K₂=2,8 %

A₂=226,35 кг

B₂=7857,58 кг

M₂=8083,93 кг

на сгущение

С

из бассейна отходов

на дисковую мельницу 2-й ступени

K₁=2,8 %

A₁=226,35 кг

B₁=7857,58 кг

M₁=8083,93 кг

K₂=35,0 %

A₂=?(221,28 кг)

B₂=?(410,95 кг)

M₂=?(632,23 кг)

свежая вода

K₄=0 %

B₄=1000 кг

M₄=1000 кг

K₃=0,06 %

A₃=?(5,07 кг)

B₃=?(8446,63 кг)

M₃=?(8451,7 кг)

густитель отходов

оборотная вода

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	226,35	7857,58	8083,93
	-	1000	1000
Итого	226,35	8857,58	9083,93
Расход	221,28	410,95	632,23
	5,07	8446,63	8451,7
Итого	226,35	8857,58	9083,93

Ж

из бассейна «латенсии»

на сортировку

K₁=4 %

A₁=?(1110,48 кг)

B₁=?(26651,56 кг)

M₁=?(27762,04 кг)

оборотная вода

K₃=0,03 %

A₃=?(10,35 кг)

B₃=?(34496,14 кг)

M₃=?(34506,49 кг)

K₂=1,8 %

A₂=1120,83 кг

B₂=61147,7 кг

M₂=62268,53 кг

елоб разбавления массы перед сортировками

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	1110,48	26651,56	27762,04
	10,35	34496,14	34506,49
Итого	1120,83	61147,7	62268,53

Б

из бассейна массы после рафинеров

K₁=5 %

A₁=?(1108,81 кг)

B₁=?(21067,31 кг)

M₁=?(22176,12 кг)

оборотная вода

K₃=0,03 %

A₃=?(1,68 кг)

B₃=?(5584,24 кг)

M₃=?(5585,92 кг)

ассейн «латенсии»

K₂=4 %

A₂=1110,48 кг

B₂=26651,56 кг

M₂=27762,04 кг

в сборник для разбавления массы перед сортировками

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	1108,81	21067,31	22176,12
	1,68	5584,24	5585,92
Итого	1110,49	26651,55	27762,04

Б

из дисковой мельницы 2-й ступени

в бассейн «латенсии»

K₁=30 %

A₁=?

B₁=?

M₁=?

K₂=5 %

A₂=1108,81 кг

B₂=21067,31 кг

M₂=22176,12 кг

ассейн массы после рафинеров

оборотная вода со сгустителей отходов сортирования

оборотная вода с основного потока

K₃=0,06 %

A₃=5,07 кг

B₃=8446,63 кг

M₃=8451,7 кг

)

K₄=0,03 %

A₄=?

B₄=?

M₄=?

Найдем состав условного потока 5 ( из потоков 2 и 3):

Т

из дисковой мельницы 2-й ступени

в бассейн «латенсии»

K₁=30 %

A₁=?(1100,43 кг)

B₁=?(2567,66 кг)

M₁=?(3668,09 кг)

K₅=8,04 %

A₅=1103,74 кг

B₅=12620,68 кг

M₅=13724,42 кг

огда рассчитываемый узел примет вид:

K₄=0,03 %

A₄=?(3,31 кг)

B₄=?(10053,02 кг)

M₄=?(10056,33 кг)

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	1100,43	2567,66	3668,09
	3,31	10053,02	10056,33
	5,07	8446,63	8451,7
Итого	1108,81	21067,31	22176,12

Д

из циклона

K₁=?(28,96 %)

A₁=?(879,15 кг)

B₁=?(2156,71 кг)

M₁=?(3035,86 кг)

K₃=35,0 %

A₃=221,28 кг

B₃=410,95 кг

M₃=632,23 кг

K₂=30 %

A₂=1100,43 кг

B₂=2567,66 кг

M₂=3668,09 кг

исковая мельница 2-й ступени

отходы со сгустителя отходов

в бассейн после рафинеров

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	879,15	2156,71	3035,86
	221,28	410,95	632,23
Итого	1100,43	2567,66	3668,09

Ц

из дисковой мельницы 1-й ступени

на дисковую мельницу 2-й ступени

K₁=35 %

A₁=879,15 кг

B₁=?(1632,71 кг)

M₁=?(2511,86 кг)

K₁=28,96 %

A₁=879,15 кг

B₁=2156,71 кг

M₁=3035,86 кг

пар

K₃=0 %

А₃=0 кг

В₃=M₃=?(695,4 кг)

иклон

свежая горячая вода

Q₄=B₄=M₄=?(158 кг)

Количество выделяющегося пара рассчитывается по формуле:

где t₁ – температура поступающей массы, ⁰С;

t₂ – температура массы в циклоне, ⁰С;

i_n – энтальпия пара, ккал/кг;

С_пр – приведенная теплоемкость пара, ккал/⁰С;

где С_воды – теплоемкость воды, ккал/кг*⁰С;

С_вол – теплоемкость волокна, ккал/кг*⁰С;

A – масса абсолютно сухого волокна, кг;

K – концентрация массы, %;

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	879,15	1632,71	2511,86
	-	682	682
Итого	879,15	2314,71	3193,86
Расход	879,15	2156,71	3035,86
	-	158	158
Итого	879,15	2314,71	3193,86

Д

из пропарочной камеры

K₁=45 %

A₁=?(906,34 кг)

B₁=?(1107,75 кг)

M₁=?(2014,09 кг)

K₂=35 %

A₂=879,15 кг

B₂=1632,71 кг

M₂=2511,86 кг

свежая вода

А₄= M₄=?(27,19 кг)

исковая мельница 1-й ступени

химические потери (3%)

B₅=M₅=?(524,96 кг)

пар

Q₃=M₃=?(0 кг)

в циклон

Потери волокна при размоле:

Волокна поступит в дисковую мельницу:

Определим количество паров вскипания:

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	906,34	1107,75	2014,09
	-	524,96	524,96
Итого	906,34	1632,71	2539,05
Расход	879,15	1632,71	2511,86
	27,19	-	27,19
Итого	906,34	1632,71	2539,05

П

после пропитки

на дисковую мельницу 1-й ступени

K₁=?(51,71 %)

A₁=?(934,37 кг)

B₁=?(872,48 кг)

M₁=?(1806,85 кг)

K₁=45 %

A₁=906,34 кг

B₁=1107,75 кг

M₁=2014,09 кг

Q₃=В₃= ?(235,27 кг)

А₄=M₄=?(28,03 кг)

ропарочная камера(скоростная варка)

Химические потери (3%)

пар

Потери при размоле составят:

Тогда на скоростную варку поступит волокна:

Рассчитаем тепло, необходимое для нагрева щепы от 50 до 135 ⁰C:

где G_щ – масса абсолютно сухой щепы, кг;

G_в – масса воды поступающей со щепой, кг;

С_щ – теплоемкость щепы, ккал/кг*⁰С;

С_в – теплоемкость воды, ккал/кг*⁰С;

Тогда расход пара на пропарку составит:

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	934,37	872,48	1806,85
	-	235,27	235,27
Итого	934,37	1107,75	2042,12
Расход	906,34	1107,75	2014,09
	28,03	-	28,03
Итого	934,37	1107,75	2042,12

П

из промывной установки

K₁=?(59,39 %)

A₁=934,37 кг

B₁=?(638,88 кг)

M₁=?(1573,25 кг)

B₃=M₃=?(233,6 кг)

K₂=51,71 %

A₂=934,37 кг

B₂=872,48 кг

M₂=1806,85 кг

ропитка щепы (импрегнатор «ПРЕКС»)

раствор Na₂SO₃ и NaOH

на скоростную варку

Определим расход 100%-ного Na₂SO₃:

Определим расход 100%-ного NaOH:

Раствора Na₂SO₃ концентрацией 200 г/л:

Раствора NaOH концентрацией 200 г/л:

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	934,37	638,88	1573,25
	-	233,6	233,6
Итого	934,37	872,48	1806,85

П

свежая вода

K₁=60 %

A₁=?(937,18 кг)

B₁=?(624,79 кг)

M₁=?(1561,97 кг)

K₂=59,39 %

A₂=934,37 кг

B₂=638,88 кг

M₂=1573,25 кг

А₅=M₅=?(2,81 кг)

ромывка щепы

В₃=M₃= 2000 кг

механические потери (0,3%)

оборотная вода

В₄=M₄=?(1939,16 кг)

на пропитку

Потери при промывке составят:

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	937,18	624,79	1561,97
	-	2000	2000
Итого	937,18	2624,79	3561,97
Расход	934,37	685,63	1620,0
	-	1939,16	1939,16
	2,81	-	2,81
Итого	937,18	2624,79	3561,97

Таблица 3.2 – Баланс оборотной воды

Приход		Расход
статьи	масса, кг		статьи	масса, кг
С дискового фильтра	182197,43		В бассейн массы после рафинеров	10056,33
			В бассейн «латенсии»	5585,92
			На разбавление перед сортированием	34506,49
			В сортировки	36354,39
			В сборник отсортированной массы	75005,74
			В желоб отходов 1-й ступени центриклинеров	17291,27
			В желоб отходов 2-й ступени центриклинеров	3332,25
			В бассейн высокой концентрации	16392,04
			Итого	198524,43

Недостаток оборотной воды:

198524,43 - 182197,43 = 16327,0 кг

Волокна в этой воде:

Поэтому оборотную воду в бассейн высокой концентрации следует подать из бумажной фабрики.

Таблица 3.2 – Баланс волокна

Приход		Расход
статьи	масса, кг	статьи	масса, кг
С щепой на промывку	937,18	На бумажную фабрику	880,0
С оборотной водой из бумажной фабрики	4,9	Отходы с центриклинеров	4,4
		Механические потери при промывке щепы	2,81
		Химические потери:
		при пропарке	28,03
		при размоле	27,19
Итого	942,08	Итого	942,43

Выход ХТММ:

Расход древесины на производство 1 т воздушно-сухой ХТММ:

где 360 кг/м³ – плотность древесины осины при влажности 45%.

Расход свежей воды:

на дисковый фильтр………………………………………………………..5000 л

на двухбарабанный пресс-сгуститель…………………………….1000 л

в дисковые мельницы 1-й ступени………………………………524,96 л

в циклон………………………………………………………………………….695,4 л

на промывку щепы………………………………………………………….60,84 л

Всего …………………………………………………………………………..7281,2 л = 7,3 м³