3.2 Определение расхода пара на варку сульфитной целлюлозы нормального выхода

Расчет ведем отдельно для периода заварки (подъема температуры до 110° С и стоянки) и периода варки (подъема температуры от 110° С до конечной и доварки на конечной температуре).

Примем для расчета следующие данные:

– объем котла нетто, м³………………………………………………… 320

– площадь наружной поверхности кожуха, м².……………….……... 270

– средняя толщина стальной стенки, мм……………………………… 36

– масса кожуха котла (с арматурой), т……………….………………. 80

– толщина тепловой изоляции, мм……………………………………. 50

– масса изоляционного слоя, т………………………………………… 11

– теплоемкость, кДж/(кг·°С):

– абсолютно сухой древесины, целлюлозы и растворенных в

щелоке органических веществ………………………………….….... 1,34

– варочной кислоты…………………………………………………..... 4,19

– стали…………………………………………………………………… 0,49

– тепловой изоляции………………………………………………….... 0,92

– средняя температура стального кожуха, °С:

– в начале заварки……………………………………………………… 70

– в конце заварки………………………………………………...…….. 105

– в конце варки………………………………………………………..... 140

– средняя температура тепловой изоляции, °С:

– в начале заварки……………………………………………………… 60

– в конце заварки……………………………………………………….. 80

– в конце варки……………………………………………………….…. 90

– начальная температура, °С:

– щепы и влаги в ней (после загрузки с паровым уплотнителем)….. 80

– варочной кислоты (после смешения с перепускной жидкостью)…. 55

– конденсата пара, оставшегося в котле после уплотнения щепы

(при закачке в котел)…………………………………………………. 90

По данным материального баланса:

– выход воздушно-сухой целлюлозы из котла, т…... 28,288

– количество абсолютно сухой щепы, загружаемой

в котел, кг…………………………………………….. 1760 · 28,288 = 49 786,88

– количество влаги в щепе, кг…...…….……….…...... 1173,3 · 28,288 = 33 190,31

– количество конденсата пара (при уплотнении

щепы), кг…………………………………………....... 180 · 28,288 = 5091,84

– количество закачанной кислоты (регенерационная

кислота плюс перепускная жидкость)......................... 7964,82 · 28,288 = 225 308,83

– количество кислоты, спускаемой из котла при

получении жидкости, л ............................................ 465,9 · 28,288 = 13 179,38

– количество жидкости, спускаемой из котла при

перепуске, л .............................................................. 1863,62 · 28,288 = 52 718,08

Режим варки (в соответствии с рисунком 3.1) в часах:

– подъем температуры до 110° С ................................... 2,0

– стоянка на 110° С ................... ………………………. 3,0

– подъем температуры от 110 до 140° С ....................... 2,5

– доварка на 140° С ......................................................... 1,0

3.2.1 Период заварки (до 110 ºС)

Расход тепла в период заварки слагается из ряда статей. Рассмотрим эти статьи.

1 . Нагрев абсолютно сухой щепы и растворенных органических веществ. Количество органических веществ, содержащихся в исходной варочной кислоте, составляет 190 кг/т целлюлозы (таблица 3.1), или всего

190 · 28,288 = 5374,72 кг.

Из них 11,85 кг/т, или всего

11,85 · 28,288 = 335,21 кг,

уходят со сдувочной жидкостью при средней температуре

(80 + 110) : 2 = 95 °С.

Q₁ = 49 786,88 · 1,34 · (110 – 80) + 335,21 · 1,34 · (95 – 55) + (5374,72 – 335,21) · 1,34 · (110 – 55) = 2 390 811,72 кДж.

2. Нагрев влаги в щепе

Q₂ = 33 190,31· 4,19 · (110 – 80) = 4 172 021,97 кДж.

3 . Нагрев конденсата пара парового уплотнителя

Q₃ = 5091,84 · 4,19 · (110 – 90) = 426 696,19 кДж.

4. Нагрев кислоты. Получение жидкости (рисунок 3.1) начинается при температуре 80 °С и заканчивается при 110 °С, следовательно, средняя температура, до которой успевает нагреваться спускаемая жидкость, равна 95 °С. Остальное количество кислоты нагревается до 110 °С.

Q₄ = 13 179,38 · 4,19 · (95 – 55) + (225 308,83 – 13 179,38) · 4,19 · (110 – 55) =

= 51 094 095,84 кДж.

5. Нагрев тепловой изоляции

Q₅ = 11 000 · 0,92 · (80 − 60) = 202 400 кДж.

6. Нагрев кожуха котла

Q₆ = 80 000 · 0,49 · (105 − 70) = 1 372 000 кДж.

7. Потери тепла теплоотдачей в окружающую среду. Эти потери определим по формуле

Q₇ = K · F · [(t₁ – t₂) · τ₁ + (t^´₁ – t₂) · τ₂],

где K – общий коэффициент теплопередачи от содержимого котла окружающему воздуху, Вт/(м² · °С);

F – площадь наружной поверхности котла, равная 270 м²;

t₁ – средняя температура кислоты за время подъема температуры от 50 °С до 110 °С, равная 80 °С;

t₂ − температура помещения, равная 25 °С;

τ₁ − продолжительность подъема температуры, равная 2 ч;

t^´₁ – температура кислоты в период стоянки, равная 110 °С;

τ₂ − продолжительность стоянки, равная 3 ч.

Коэффициент теплопередачи определим по формуле:

K = 1 : (

где α₁ − коэффициент теплоотдачи от кислоты к обмуровке, равная 1200 Вт/(м² · °С);

δ₁ − толщина стальной стенки котла, равная 0,036 м;

λ₁ − теплопроводность стальной стенки, равная 58 Вт/(м · °С);

δ₂ − толщина тепловой изоляции, равная 0,05 м;

λ₁ − теплопроводность изоляции, равная 0,6 Вт/(м · °С);

α₂ − коэффициент теплоотдачи от стенки котла в окружающую среду, равный 12 Вт/(м² · °С), представляющий собой сумму коэффициентов теплоотдачи конвекцией и излучением [1].

Получим:

K = 1 : ( = 5,95 Вт/(м² · °С),

Q₇ = 5,95 · 270 [(80 − 25) · 2 + (110 − 25) · 3] = 322 906,5 кДж.

8. Потери со сдувками. Потери тепла со сдувками обусловлены парообразованием и теплом десорбции газообразного SО₂, уходящего из котла. Это тепло отнимается от содержимого котла и его необходимо восполнить за счет тепла свежего пара, вводимого в котел.

Во время заварки, когда температура в котле относительно низка, парообразование при сдувках очень незначительно, так что практически с этой потерей можно не считаться. В период заварки со сдувками удаляется SO₂ 14,7 кг/т целлюлозы (таблица 3.2). Тепло растворения SO₂ равно 31 кДж на 1 моль SO₂. Тепло десорбции его равно теплу абсорбции:

Q₈ = = 6792,4 · 28,288 = 192 143,4 кДж.

Таблица 3.6 – Суммарные затраты тепла за время заварки

i	Название статей	Расход тепла Qi, кДж
1	Нагрев абсолютно сухой щепы и органических веществ	2 390 811,72
2	Нагрев влаги в щепе	4 172 021,97
3	Нагрев конденсата пара парового уплотнителя	426 696,19
4	Нагрев кислоты	51 094 095,84
5	Нагрев тепловой изоляции	202 400
6	Нагрев кожуха котла	1 372 000
7	Потери теплоотдачей в окружающую среду	322 906,5
8	Потери со сдувками	192 143,4
	Итого Qзав	60 173 075,62

Примем, что свежий пар поступает в подогреватель при избыточном давлении 0,7 МПа и температуре перегрева 220 °С; теплосодержание такого пара равно 2890 кДж/кг. Температура конденсата равна 150 °С. Расход пара на заварку равен

D₁ = = 26 607,6 кг,

или на 1 т воздушно-сухой целлюлозы

26 607,6 : 28,288 = 940,6 кг.