4. Конечная сдувка
Температура варки (стоянки на конечной температуре) согласно исходным данным tкон= 170 С0. Этой температуре в соответствии с «Таблицами термодинамических свойств воды и водяного пара» [3, стр. 24] или по Приложению П3.1. соответствует абсолютное давление пара (рабс): pабс.t.кон.170 = 8,076 кг/см2.
Абсолютное давление (рабс) равно сумме атмосферного давлении (ратм) и избыточного давления (ризб). В технике и технологических процессах практически всегда задаётся и контролируется избыточное давление, т.е. то, которое показывает манометр.
Атмосферное давление (ратм), принятое в той или иной системе единиц, может быть точно установлено по данным «Таблиц…» (3) по соответствующему разделу – «Состояние насыщения (по температурам)» или по Приложению П. 3.1: ратм= рабс для t= 100°С В данном случае это давление равно ратм = 1,0332 kг/cм2 [3, с. 22] или по П.З, 1 (выделенные значения). Исходя из приведённых выше величин, избыточное давление (т.е. то, которое будет показывать манометр в верху котла в паровом пространстве) при температуре 170°С:
Pизб.170 = рабс.171-pатм.=8,076–1,0332 = 7,0428 ≈ 7,043 кг/см2,
или в барах:
Pизб.171 =7,0428 Ч 0,980665 = 6,9066 ≈ 6,907 бар.
Энтальпия (теплocoдержание) жидкости: i170=719,2 кДж/кг [3, с. 214] или по Приложению П З.1
Обычно в технических расчетах атмосферное давление может быть принято равным 1,0 кг/см2.
При конечной сдувке давлении в котле снижают до 5-6 кг/см2. Пропорционально снижению давления в котле понижается и температура содержимого котла за счёт вскипания жидкости, часть которой переходит в пар и уходит из котла. При интенсивной сдувке часть жидкости подхватывается образующимся паром и уносится вместе с ним в виде капельного уноса.
Все технологические расчёты могут быть проведены с применением системы единиц, основанных на калории (или килокалории, ккал) или по системе СИ основанной на джоуле (или килоджоуле кДж). По современным нормативным требованием проектные расчёты проводят а системе СИ, хотя следует отметить, что предприятия свою технологическую отчётность проводят в гигакаллориях (Гкал = I09 кал = 106 ккал), Можно также отметить, что расчёт, выполненный в ккал для водно-паровых систем, выглядит ненаглядно, так как величина удельной теплоемкости воды в этой системе равна 1 ккал/кг-град.
Проведём теплотехнические расчёты в дачном разделе исходя из нормативных требований и заданных условий по температуре варки и давлению после конечной сдувки.
Установление температуры по заданному давлению при конечной сдувке. В нашем случае в процессе конечной сдувки давление в котле (манометрическое) снижается до 4,9 кг/см2. Согласно изложенному выше это - избыточное давление. Для того, чтобы можно было применить «Таблицы…» [3] или таблицы Приложения П. 3.2 для определения температуры и других теплотехнических характеристик, необходимо привести это давление к абсолютному.
Здесь необходимо отметить следующее. Для определения теплосодержания жидкости при установленных температуре и давлении лучше использовать табличные данные по температуре, а не по давлению. Температура первична, а все остальные термодинамические характеристики (р; i’; r; i») являются производными от нее. Таким образом, это проще, точнее и в большей степени гарантирует от ошибок, так как «шаг» температур в таблицах равен 1°С, и при этом не надо следить за правильностью выбора давлении (Рабс или Ризб в kг/cm2 или в барах).
Рассмотрим точный полный вариант расчёта. Для проведения расчета в системе СИ давление, заданное в кг/см2 необходимо перевести в давление, выраженное в барах (1 бар= 105 Н/м2 =100 кПа),
Одна техническая атмосфера- 1 ат. = 1 кг/см2 соответствует 0,980665 бар.
Для перехода к абсолютному давлению, к заданной величине избыточного давления (манометрического) необходимо прибавить величину атмосферного давления.
Одна физическая атмосфера 1 атм равна 1,03323 кг/см2 или 1,01325 бар [3, с 20, табл. 6],
Соответственно исходным данным для нашего случая при давлении (манометрическом) после конечной сдувки – ркон.сд. = 4,9 кг/см2,
Абсолютное давление будет равно:
– в системе кг/cм2; ккал:
рабс.=ризб.маном.+ратм= 4,9+ 1,0332 = 5,9332 кг/см2
– в системе СИ бар; кджоуль:
рабс.=(ризб.маном. Ч 0,980665)+ ратм.бар=(4,9 Ч 0,980665)+1,0133= 5,82 бар.
Исходя из полученных величин абсолютного давления (р абс), определяем температуру, которая установится в котле к концу конечной сдувки (методом интерполяции по таблице Приложения П 3.2 для давления выраженного в барах) Соответственно, в этом же приложении П 3.2 находим теплотехнические характеристики для насыщенного водяного пара и жидкости (в кДж/кг). Проводим соответствующие расчёты с использованием полученных величин.
Конечному манометрическому (избыточному) давлению конечной сдувки ркон.сд.маном. = 4,9 кг/см2, как было рассчитало выше, соответствует абсолютное давление рабс.кон.сд. =5,82 бар. Этому абсолютному давлению соответствуют по приложению П. 3.2, определенные интерполяцией; температура tкон.сд = 157,6°С и энтальпия жидкости i157,6= 665,3 кДж/кг.
При конечной сдувке выделится тепла (Q1) за счёт изменения теплосодержания жидкости в варочном котле:
Q1=V4 (i170-i157,6)=9567,8 Ч (719,2–665,3)=515704,42 кДж
Некоторое количество тепла выделится также за счёт охлаждения целлюлозы, органических и минеральных веществ (Q2). При средней их теплоёмкости q = 1,34 кДж/кг х Со:
Q2 = (Д2 + S8 + М5) Ч q Ч (tK0H – tK0H.СД) = (909,54+ 1632,44 + 820,66) Ч 1,34 Ч (170° -157,6°) = 55873,6 кДж.
Всего выделится тепла во время конечной сдувки (Q3):
Q3 = Q1 + Q2 = 515704,42 + 55873,6 = 571578,02 кДж.
Среднее манометрическое давление при конечной сдувке
Рср.кон сд = = 5,97 кг/см2, или в
барах = 5,97 Ч 0,980665 = 5,86 бар.
Соответственно этому, среднее абсолютное давление при конечной сдувке (в барах):
Рабс.ср.кон сд = Рср.кон сд +Ратм. бар = 5,86 + 1,0133 = 6,8733 бар.
Этому давлению соответствует теплота парообразования, рассчитанная интерполяцией: rср.консл = 2068,05 кДж/кг пара (3, с 220) или по П. 3.2.
Образуется пара при конечной сдувке (Р3):
P3 =Q3: rср.консл = 571578,02: 2068,05 = 276,4 кг пара.
При конечной сдувке помимо испарения жидкости, происходит переброс шелока. В виде переброса уносится вместе со сдувочными парами примерно 2% жидкости (Р4)
Р4=V4 Ч0,02=9567,8 Ч 0,02=191,356 л (кг)
Количество жидкости в котле, остающейся к концу сдувки (V6)
V6=V4 – (P3+P4) =9567,8 – (276,4+191,356)=9100,04 л (кг)
Среднее количество жидкости в котле за время конечной cдувки (V7)
V7= =9333,9 л
Во время конечной сдувки выход снижается с 46,2% до 44,7% согласно кривой выхода на рис. 2, то есть на этой стадии растворяется ещё 1,5% органического вещества древесины (S9)
S9 = Д Ч 0,015 = 1968,68 Ч 0,015 =29,5 кг.
Остаётся твёрдого вещества древесины (целлюлозы) (Дз) – целлюлоза по варке
Д3 = Д2 – S9 = 909,5 – 29,5 = 880,00 кг.
Количество органических веществ в чёрном щёлоке на стадии конечной cдувки (S10)
S10 = S8 + S9 = 1632,44 + 29,5 = 1661,94 кг.
Среднее количество органических веществ в чёрном щёлоке на стадии конечной cдувки (S11)
S11= =1647,2 кг.
Средняя концентрация растворённых органических веществ во время конечной cдувки (О2)
О2 = S11: V7 = 1647,2: 9333,9 = 0,1765 кг/л.
Количество органических веществ, уходящих из котла с перебросом (S12)
S12=O2 Ч P4=191,356 Ч 0,1765=33,7 кг
Средняя концентрация минеральных веществ во время конечной сдувки (Смин2)
Смин2=М5: V7=820,66: 9333,9 = 0,0879 кг/л
Количество минеральных веществ, уходящих из котла с перебросом (М6)
М6= Смин2 Ч P4=0,0879 Ч 191,4=16,8 кг
Остаётся органических веществ в щёлоке к концу конечной сдувки (S13)
S13=S10-S12=1661,94–33,7=1628,24 кг.
Остаётся минеральных веществ в щёлоке к концу конечной сдувки (М7)
М7 = М5-Мб = 820,66–16,8 = 803,86 кг.
Материальный баланс конечной сдувки
Вещества |
Было в котле к концу стадии «варка» |
По окончании конечной сдувки |
||||
|
уходит со сдувкой |
переходит в раствор в ч.щ. |
Итого уходит |
Осталось в котле перед выдувкой |
||
|
в виде паров |
с перебросами |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
1. Вода, л (кг) |
9567,8 |
276,4 |
191,4 |
- |
467,8 |
9100 |
2. Органические вещества – целлюлоза; |
909,5 |
- |
- |
29,5* ↓ |
- |
880,00 |
– растворённые в чёрном щёлоке |
1632,44 |
- |
33,7 |
*→ |
33,7 |
1628,24 * |
3. Минеральные вещества |
820,66 |
- |
16,8 |
- |
16,8 |
803,86 |
ВСЕГО: |
12930,4 |
276,4 |
241,9 |
29,5* |
518,3 |
12412,1 |
В т.ч. «всей Na2О», кг |
604,6 |
- |
12,4 |
- |
12,4 |
592,2 |