37

3 Расчет материального и теплового балансов

3.1 Материальный баланс варки сульфитной целлюлозы нормального выхода

Загрузка щепы производится с паровым уплотнением, варка ведётся непрямым паром, с принудительной циркуляцией и перепуском щелока, система регенерации – тепловая, кислота готовится на натриевом основании и котел опоражнивается выдувкой.

Зададимся следующими основными величинами:

– объем котла (биметаллический с наружной тепловой изоляцией), м³… 320

– выход целлюлозы из древесины, % ……………………………………… 50

– состав кислоты, %

– всего SO₂………………………………………………………………...….. 7,5

– Na₂O…………………………………………………………………............ 0,7

– объемная степень заполнения котла щепой……………………………… 0,40

– влажность щепы, % …………………………………………………….…. 40

– плотность древесины (ель) в абсолютно сухом состоянии, кг/м³..….…. 430

При влажности 40% плотность еловой древесины составляет 389 кг/м³ [1]. Значит, в 1 м³ объема котла загружается абсолютно сухой древесины

389 · 0,40 = 155,6 кг.

Выход целлюлозы из 1 м³ варочного котла составит: абсолютно сухой

155,6 · 0,50 = 77,8 кг,

воздушно-сухой

77,8 : 0,88 = 88,4 кг.

Выход воздушно-сухой целлюлозы из котла за одну варку равен

88,4 · 320 = 28 288 кг или 28,288 т.

Расчет материального баланса будем вести на 1 т воздушно-сухой целлюлозы из котла.

График изменения основных показателей во время варки: температуры, давления, содержания SO₂ и Na₂O в щелоке, выхода целлюлозы и количества

У

БГТУ

удаляемой из котла жидкости примем согласно рисунку 3.1.

Рисунок 3.1 – Диаграмма изменения основных показателей во время варки

Для удобства расчета разобьем процесс варки на следующие основные этапы:

1. наполнение котла щепой и кислотой;

2. заварки до 110 °С и пропитка;

3. подъем температуры до конечной и варка на конечной температуре;

4. конечная сдувка (спуск давления);

5. выдувка.

3.1.1 Наполнение котла щепой и кислотой

На 1 т воздушно-сухой целлюлозы, получаемой из котла (880 кг абсолютно сухой), в варочный котел должно быть загружено абсолютно сухой древесины

880,0 : 0,50 = 1760 кг.

В котел вместе со щепой поступит воды в виде влаги

1760 · (40 : 60) = 1173,3 кг/т

целлюлозы, или

1173,3 · (88,4 : 1000) = 103,72 кг/м³

котла.

Примем, что расход пара на паровой уплотнитель составляет 0,2 т/т целлюлозы и что 90% этого пара конденсируются и остаются в котле. Конденсата пара тогда получим

200 · 0,9 = 180 кг/т

целлюлозы, или

180 · (88,4 : 1000) = 15,91 кг/м³

котла.

Будем считать, что этот конденсат размещается целиком в пространстве между щепками. Тогда свободный объем в 1 м³ котла за вычетом объема, занятого щепой и конденсатом, составит

1000 − (400 + 15,91) = 584,09 л.

Примем, что при закачке варочной кислоты и перепуске жидкости в щепу впитывает 30% кислоты от объема щепы.

Объем закачиваемой кислоты на 1 м³ котла составит

584,09 + (0,30 · 400) = 704,09 л.

Общий объем кислоты в котле будет равен

704,09 · 320 = 225 308,8.

На 1 т целлюлозы закачивается регенерационной кислоты и перепускной жидкости

225 308,8 : 28,288 = 7964,82 л.

С ними в котел поступает на 1 т целлюлозы:

7964,82 · 0,075 = 597,4 кг SO₂,

7964,82 · 0,007 = 55,75 кг Na₂O.

Кроме того, примем во внимание, что варочная кислота и перепускной щелок содержат некоторое количество органических веществ – сахаров, лигносульфоновых соединений и других веществ, перешедших в раствор от предыдущих варок. Ориентировочно примем количество органических растворенных веществ в регенерационной кислоте и перепускной жидкости равным 190 кг/т целлюлозы; тогда содержание их в кислоте составит

190 · 1000 : 7964,82 = 23,85 г/л.

Общий приход веществ, поступающих в котел при загрузке щепы и закачке кислоты, приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Общий приход веществ при наполнении котла щепой и кислотой

Вещества, загруженные в котел	Поступило в котел при наполнении
	со щепой	с паром при уплотнении	с кислотой и перепуском	всего
Вода, л	1173,3	180	7964,82	9318,12
Древесина, кг	1760	—	—	1760
Органические растворенные вещества, кг	—	—	190	190
SO2, кг	—	—	597,4	597,4
Na2O, кг	—	—	55,75	55,75