книги из ГПНТБ / Бушмелев, В. А. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства учебник

Тепло, отдаваемое печью в окружающую среду, может быть принято рав­ ным 2% от теплотворности сжигаемого колчедана.

При этом

Q, = Q" — = 5696 . — =114 кдж.

Тепло, уносимое с продуктами горения,

Q8 = (^i + Q2 + Q3 + Qp) — (Q6 + Q6 + Q7) =

= (9,0 + 1,7+ 108 + 5696) — (160 + 1500 + 114) = 4040,7 кдж.

Результаты расчетов сведем в табл. 11-2.

Материальный и тепловой балансы содорегенерационной печи впрыскивающего типа

Для расчета примем, что степень восстановления Na2SO 90%; степень регенерации органической серы 40%; степень карбонизации NaOH 100%.

Всодорегенерационной печи происходят следующие химические реакции:

1.Восстановление Na2S04

Na2S04 + 2С = Na,S + 2С02 142 + 24 = 78 + 88.

При степени восстановления 90% в реакции участвует Na2S04 0,08-0,9 = = 0,072 кг и остается непрореагировавшего Na2S04 0,08-0,1 = 0,008 кг.

237

В результате реакции остается Na2SO.] = 0,008 кг; получается

24

С = — -0,072 = 0,012 кг. 142

2. Регенерация

2Na ОН -I- S + С = NaaS + Н ,0 + СО.

80 + 32+ 12 = 78 + 18 + 28.

При степени регенерации 40% в реакции участвует S 0,01-0,4 = 0,004 кг' Остается непрореагировавшеи S 0,01-0,6 = 0,006 кг.

В результате реакции остается S 0,006 кг; получается

98

с о = --0,004 = 0,0035 кг;

32

расходуется

NaOH = —-0,004 = 0,010 кг; S = 0,004 кг; 32

С= —-0,004 = 0,0015 кг. 32

3.Карбонизация NaOH

2Na ОН + СО, = Na,C03 + Н20. 80 + (12 + 32) = 106 + 18.

В связи с тем что 0,01 кг NaOH уже израсходована при регенерации Sopr, для карбонизации остается (0,13—0,01) = 0,12 кг. В результате реакции: по­ лучается

расходуется

С= —-0,12 = 0,018 кг 80

4. Доокисление СО — 0,0035 кг, получающегося при регенерации серы,

2СО + 0 2 = 2С02

56 + 32 = 88.

В результате реакции: получается

88

С02 = — 0,0035 = 0,0055 кг; 56

238

расходуется

О., = — 0,0035 = 0,002 кг.

“56

Врезультате выделилось С02: при реакции восстановления Na2SO 0,044 кг; при доокислении СО 0,0055 кг; всего 0,0495 кг.

На реакцию карбонизации расходуется С 02 0,066 кг, т. е. не хватает С 02 (0,0660 — 0,0495) = 0,0165 кг.

На образование этого количества С02 расходуется углерод и кислород ор­ ганической части щелока, которые соединяются по формуле

Для горения оставшейся органической части щелока потребуется кислород при избытке воздуха а = 1,25 по формулам (11-9) и (11-10):

О'а = « ( | Ср + 8НР + Sp - Op j =

= 1,25 (— 0,182 + 8-0,02 + 0,006 — 0,106) = 0,6816 кг.

3

Количество требующегося воздуха при а = 1,25 по формулам (11-12) и (11-13):

239

Количество aâora, внесенного с воздухом, по формуле (11-15)

l/N = 0,77 L = 0,77-2,9635 = 2,2819 кг.

При сжигании щелока получатся следующие продукты горения: по формуле (11-16)

Всего газообразных продуктов горения по формуле (11-20)

= 0,1363 + 2,2819 + 0,6673 + 0,012 + 0,609 = 3,7065 кг.

Результаты расчетов сведем в табл. 11-3 материального баланса.

Расчет теплового баланса на 1 кг черного щелока, поступающего в печь

Приход тепла:

тепло, внесенное сухой частью щелока при его температуре 70° С,

Qi = Ci (1 — юр) tx = 1,45-0,6-70 = 61 кдж,

где Cj — теплоемкость сухой части щелока, равная 1,45 кдж/кг-град; тепло, внесенное влагой черного щелока,

Q2 = с2юр?і. = 4,18-0,4-70 = 117 кдж,

где с2 — теплоемкость влаги, равная 4,18 кдж/кг-град;

тепло, внесенное воздухом при его температуре ts = 150° С (после воздухо­ подогревателя),

Q3 — caLt3 — 1,0-2,9635-150 = 445 кдж,

где с3 — теплоемкость воздуха, равная 1,0 кдж/кг-град; тепло от сжигания черного щелока по формуле Менделеева

Q" = 33 800 Ср + 102 500 Нр + 10 100 (Sp — Ор) —2500 юр =

= 33 800-0,182 + 102 500-0,02+ 10 100 (0,006 —0,106) = 2500-0,429 =

= 7100 кдж.

240

тепло на расплавление минеральной части щелока

242

Тепло, воспринятое трубами экрана печи,

Qi4 = QnocT Qs — Qo — Q 7 — Qe — Q к =

= 7723 — 503 — 740 — 338 — 106 —3091,5 = 2944,5 к д ж .

Воздух, поступающий в печь, предварительно нагревается в воздухоподо­ гревателе, на что затрачивается тепла

т. е. 20° С.

Продукты горения, пройдя паровой котел и воздухоподогреватель, уходят в атмосферу и уносят с собой тепло. Температура ty уходящих газов принимается равной 150° С. При этом с продуктами уходит тепла

с ^со..,

Q10 = ссо,^со2 = 0,94-0,6673-150 = 94 к д ж ,

где теплоемкость С02 равна

‘-со.. = 0,845 + 0,00066-150 - 0,000000175-1502 = 0,94 к д ж / к г - г р а д ;

с КSO.J

<Э17 = с50аУ50;і/ = 0,65-0,012-150 = 1,25 кдж,

где теплоемкость SOä равна

с50 — 0,585 -(- 0,000467-150 — 0,000000121 • 1502 = 0,65 кдж/кг-град-,

с VО,

Qig = с0 VqJ = 0,89-0,1363-150 = 18,3 кдж,

где теплоемкость 0 2 равна

c0j = 0,885 + 0,0000695-150 = 0,89 кдж/кг-град-,

Q19 = cN,^N/y = 1,06-2,2819-150 = 350 кдж,

где теплоемкость N» равна

,0 + 0,000079-150= 1,06 к д ж / к г - г р а д ;

с Vн.,о

Qgo = 9н3о ^ н 3о = 100-0,609 = 60,9 к д ж ,

где теплота на 1 к г водяного пара

<7н.,о = Ыу — 200 = 2-150 — 200 = 100.

Всего тепла, уносимого с продуктами горения из котла,

Qy = QlO + Q17+ Qis + Qig + Qao =

= 94 + 1,25 + 18,3 + 350 + 60,9 = 524,45 кдж.

Тепло, отдаваемое поверхностью обмуровки котла в окружающую среду, можно принять равным 1,5% от теплотворности топлива

Qm = ^ - 1 ,5 = — -1,5= 106 кдж.

100 100

Тепло, воспринятое поверхностью нагрева в котле,

.Тепловой баланс

Раздел IV. МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Процессы, в которых наблюдается перенос массы вещества из среды с одним агрегатным состоянием в среду с другим или тем же агрегат­ ным состоянием, называются массообменными. Среда, в которой рас­ пределено вещество, называется м а с с о н о с и т е л е м или ф а - з о й . Среда, из которой при массообмене вещество уходит, называется первой фазой или первым массоносителем, а среда, в которую вещество переходит,— второй фазой или вторым массоносителем. Вещество, которое во время массообмена перераспределяется между фазами, называется р а с п р е д е л я е м ы м в е щ е с т в о м . В большин­ стве массообменных процессов, за исключением перегонки и ректифи­ кации, массоносители взаимно нейтральны и нерастворимы один в дру­ гом.

Массообмен может проходить между фазами: газ (пар);£ жидкость, жидкость**жидкость, газ (пар) твердое тело, жидкость**твердое тело и пр. Стрелки показывают, что в зависимости от условий процесса вещество может переходить из фазы в фазу в том и другом направле­ ниях.

Глава 12. ОСНОВЫ МАССОПЕРЕДАЧИ

Учение о массообмене называется массопередачей. Массопередача внешне аналогична теплопередаче. Это значит, что уравнения тепло­ передачи по форме соответствуют уравнениям массопередачи. Такая аналогия значительно облегчает усвоение материала.

Механизм переноса вещества в данной среде зависит от ее харак­ тера, фазового состояния и гидродинамической обстановки в массооб­ менном аппарате.

СПОСОБЫ ПЕРЕНОСА ВЕЩЕСТВА В ГАЗОВОЙ И ЖИДКОЙ СРЕДАХ

В газовой и жидкой средах перенос вещества осуществляется бла­ годаря молекулярной и конвективной диффузии.

Молекулярная диффузия. Молекулярная диффузия характеризуется тем, что перенос вещества происходит на микроуровне, т. е. вследст­ вие движения молекул. Движущей силой процесса является разность концентраций распределяемого вещества по краям диффузионного слоя. По первому закону Фика, количество вещества М, проходящее

245

ентом молекулярной диффузии. Знак минус указывает на то, что диффузия идет в сторону уменьшения концентрации.

диффузии показывает, какое количество вещества передается в 1 сек благодаря молекулярной диффузии через сечение диффузионного потока 1 м2 при длине потока 1 м и разности концентраций 1 кг/м3. Иначе говоря, это количество диффундирующего в единицу времени веще­ ства, отнесенное к единицам длины и сечения диффузионного потока

Уравнение Фика по форме аналогично уравнению теплопроводно­ сти Фурье.

Броуновская диффузия. Твердые частицы диаметром меньше 0,1—

— 0,2 мкм, взвешенные в газовой среде, подобно крупным моле­ кулам участвуют в тепловом движении. Такое движение тонкодисперс­ ных частиц называется б р о у н о в с к и м . При наличии разности концентраций частиц в газовой среде возникает диффузионный поток, направленный в сторону меньшей концентрации. Такой массоперенос

лекулярной диффузии в формуле (12-1) следует подставлять коэффи­ циент броуновской диффузии, размерность которого [м2/сек].

Первое уравнение Фика применимо для описания процесса пере­ носа вещества в неподвижном слое, а также в ламинарном потоке мас­ соносителя. При этом направление движения распределяемого веще­ ства всегда перпендикулярно направлению движения массоносителя.

Конвективная диффузия. Конвективная, или турбулентная, диф­ фузия характеризуется тем, что перенос вещества происходит на макроуровне, т. е. благодаря движению макрочастиц жидкости или газа. Изменение распределения концентраций вещества в потоке мас­ соносителя, обусловленное одновременно молекулярной и конвектив­ ной диффузией, описывается вторым законом Фика, которое по форме аналогично уравнению Фурье—Кирхгофа (8-7):

где V — скорость фазы, т — время.

246