Проект варочного цеха для выпуска сульфатной целлюлозы мощностью 400 тыс. т/год

Содержание Введение.

1. Стандартизация.

2. Описание технологической схемы.

3. Технологические расчеты.

3.1 Материальный баланс варки.

3.2 Тепловой баланс варки.

3.3 Расчет и выбор основного оборудования.

4. Технико-экономические показатели Заключение Библиографический список.

Реферат В курсовой работе приведен технологический расчет варочного цеха в составе целлюлозного завода на выпуск 400 тыс. т/год целлюлозы марки СН-1. Произведен расчет материального баланса варки сульфатной целлюлозы в котлах периодического действия.

Работа содержит 36 страниц печатного текста, 14таблиц, 1 графическую часть, состоящую из 1 чертеж на формата А1.

Введение

Периодическая варка — традиционный способ получения целлюлозы. К ее преимуществам относятся: высокая надежность работы оборудования; гибкость и простота управления процессом; нечувствительность к изменениям породного состава и качества щепы; стабильность степени провара целлюлозы; низкие эксплуатационные расходы.

Можно назвать ряд ситуаций, когда варка в котлах периодического действия предпочтительней:

при необходимости перерабатывать растительное сырье, породный состав и качество которого часто и спонтанно меняется из-за неритмичной поставки;

при выработке на одном предприятии целлюлозы нескольких марок с разными свойствами;

— при производстве целлюлозы, предназначенной для химической переработке.

Хвойные породы были и пока остаются основным сырьем для целлюлозно-бумажного производства.

Одно из главных мест в структуре лесосырьевой базе ЦБП принадлежит ели. Основным анатомическим элементом еловой древесины, как и других хвойных пород, являются трахеиды. В сравнении с другими хвойными породами ель несколько богаче гемицеллюлозами и содержит меньше смолы. До 23% лигнина сосредоточенно в срединной пластинке, остальной лигнин распределен во вторичной стенке клетки, что характерно для всех хвойных пород. Получение из ели всех волокнистых полуфабрикатов не встречает затруднений, чем и обусловлено ее широкое использование во всех областях ЦБП.

1. Стандартизация Таблица 1-Стандарты на исходное сырье и химикаты.

Таблица 2- Стандарты на готовую продукцию.

2. Описание технологической схемы Процесс варки начинается с наполнения котла (6) щепой. Отсортированная технологическая щепа (7) загружается непосредственно с транспортера, расположенного над горловиной варочного котла и соединенного с элеватором, подающего щепу из склада. Затем щепа уплотняется паром, в результате чего увеличивается объемная степень наполнения, прогрев щепы с частичным вытеснением воздуха. После уплотнения щепы в варочный котел насосами закачивается белый и черный щелока из баков-мерников (13) и (15). Температура белого щелока равна 55 °C, черного — 75 °C. Для сокращения продолжительности заварки щелок подогревают в теплообменнике (8), обогревающийся греющим водяным паром (9).

После окончания загрузки щепы и заливки щелоков начинаем нагревать содержимое варочного котла глухим паром до 125 °C в течении 30 мин, давление в котле 0,3 МПа. При этом давлении открываем сдувочный вентиль на утилизационную установку. Подъем температуры и давления ведем при непрерывной сдувке в течении 1,5 часа. Максимальная температура 172 °C, давление — 0,8 МПа при достижении конечной температуры подачу пара прекращаем со сдувками и выдерживаем котел при продолжающейся циркуляции щелока 2 часа. Затем, остановив циркуляционный насос, за 35 минут давление спускаем до 0,5 МПа за счет конечной сдувки. В течении 25 минут производим выдувку массы (16) в выдувной резервуар (17). В нижней части выдувного резервуара масса разбавляется слабым черным щелоком (22) из промывного отдела, перед откачкой на промывную установку.

В процессе терпентинной сдувки парогазовая смесь направляется по сдувочному трубопроводу (11) в утилизационную установку, которая обеспечивает улавливанию ценных побочных продуктов и утилизацию тепла сдувочных паров и газов. Сдувки поступают в щелокоуловитель (1), где отделяется увлеченный со сдувками щелок (5). Щелок периодически спускаем в бак-мерник черного щелока. Пары из щелокоуловителя перепускаем в терпентинный конденсатор (32). За счет тепла конденсации паров охлаждающая вода (4) нагревается до 40 °C (3) и направляются в непрерывно действующий отстойник — флорентину (30), в которой происходит разделение маслянистого и водного слоев. Сырой скипидар, имеющий плотность 0,86 г/см2, всплывает на поверхность и сливается по трубе (31) в приемный бак. Вода со дна флорентины отводится по коленчатой сливной трубе (26).

Выдувные пары из котла (12) и выдувного резервуара (20), пройдя циклон ловушку, по трубе поступает в струйный конденсатор (23), куда подается охлажденный конденсат (28). Горячий конденсат с температурой 90 °C, вытекает в бак-аккумулятор (25), снабженный вентиляцией (29). В верхней части бака-аккумулятора расположен сливной зонт по которому с помощью центробежного насоса горячий конденсат подается в спиральный теплообменник (27). В теплообменнике за счет тепла конденсата производится нагрев свежей воды для промывки целлюлозы, а конденсат охлаждается до 40 °C, и поступает в нижнюю часть бака-аккумулятора.

3. Технологические расчеты.

3.1 Материальный баланс варки Варка целлюлозы ведется в котлах периодического действия вместимостью 180 м³ с непрямым обогревом и принудительной циркуляцией щелока. Варочный цех входит в состав целлюлозного завода, вырабатывающего 200 000 тонн товарной целлюлозы в год. Расчеты ведутся на 1 тонну воздушно-сухой целлюлозы с влажностью 12% (коэффициент сухости 0,88).

Таблица 3 -Исходные данные для расчета материального баланса периодической сульфатной варки.

1 — температура; 2 — давление; 3 — выход целлюлозы из древесины Рисунок 3.1 — Температурно-временной график варки.

3.1.1 Загрузка щепы и заливка щелоков Абсолютную влажность древесины с принятой относительной влажностью 40% (таблица 3) вычисляем по формуле :

Wабс = 100 • Wотн / 100 — Wотн = (100 • 40)/100 — 40 = 66,6%.

Так как Wабс > 30%, содержание абсолютно сухой древесины в 1 м³ плотной древесины может быть принято равным базисной плотности А30, то есть 415 кг/м3.

Количество а.с. древесины, загружаемой в 1 м³ котла (при степени объемного наполнении котла щепой g = 0,43).

А30 • g = 415•0,43 = 178,45 кг.

Выход целлюлозы из 1 м³ котла (при принятом выходе целлюлозы из древесины 48%): а.с.

178,45•0,48=85,65 кг;

воздушно-сухой.

85,65/0,88=97,32 кг.

Для получения 1 т в.с. целлюлозы Х4,8 в котел нужно загрузить а.с.древесины :

Х1,2=880/0,48=1833 кг;

с этой древесиной поступит воды в виде влаги.

Y1,2=X1,2•(Wотн/(100-Wотн)=1833•(40/(100−40)=1222,006 кг на 1 м³ котла поступит воды со щепой.

178,45•40/(100−40)=118,96 кг (дм3).

Расход пара на уплотнение щепы.

97,32•0,20=19,46 кг (дм3).

на 1 м³ котла. Можно принять, что 90% этого пара конденсируется и остается в котле, что составит.

19,46•0,90=17,51 кг на 1 м³ котла, или.

Y0,2=17,51•(1000/97,32)=179,92 дм³.

на 1 т целлюлозы.

Общее количество воды, поступающей в котел со щепой и конденсатом пара на 1 т целлюлозы.

Y1,2+ Y0,2=1222,006+179,92=1401,9 дм³;

Объем щелоков, закачиваемых на 1 м³ котла.

550−118,96−17,51=413,5 дм³,.

или на 1 т целлюлозы.

(413,5•1000)/97,32=4248,8 дм³;

в том числе: белого щелока (при расходе активной щелочи 330 кг/т и ее концентрации 120 кг/м3).

Y5,2=(330 •1000)/120=2750 дм3.

что составляет.

(2750•100)/4248,8=64,7%.

от общего объема щелоков; черного щелока.

Y6,2=4248,8−2750=1498,8 дм³,.

что составляет.

100−64,7=35,3%.

от общего объема щелоков.

Таблица 4- расчет состава белого щелока.

Степень активности белого щелока.

(84+36)/135,35=0,88;

Общее количество содопродуктов, поступающих на 1 т целлюлозы с белым щелоком, в единицах Na2O.

330/0,88=375 кг;

Коэффициент пересчета количества содопродуктов из единиц Na2O в собственные единицы:

b=181,9/135,35=1,34;

Количество содопродуктов на 1 т целлюлозы, поступающих в котел с белым щелоком, в собственных единицах.

N5,2=375•1,34=502,5 кг.

Наличие в белом щелоке других минеральных веществ, кроме приведенных в таблице 4, можно не принимать во внимание.

Черный щелок, подаваемый в котел вместе с белым щелоком, при плотности 1,109 кг/дм3 имеет концентрацию сухих веществ 0,183 кг/дм3, П. 22. Примем, что сухой остаток черного щелока состоит на 70% из органических и на 30% из минеральных веществ ([3], с.373). Общее количество сухих веществ, поступающих в котел с черным щелоком.

Y6,2c6,2=1498,8•0,183=274,2 кг В том числе: органических веществ.

Z6,2=274,2•0,70=191,94 кг;

Минеральных веществ в собственных.

N6,2=274,2•0,30=82,26 кг;

Минеральных веществ в единицах Na2O.

N6,2 b=82,26/1,34=61,3 кг.

Всего в котел загружается (таблица 5):воды.

?Y*, 2=Y1,2+Y0,2+Y5,2+Y6,2=1222,006+179,92+2750+1498,8=5650,7 кг;

минеральных веществ.

?N*, 2=N5,2+N6,2=502,5+82,26=584,7 кг.

В таблице 5 подсчитано общее количество веществ, поступающих в котел при загрузке щепы и закачке щелока.

Таблица 5-Баланс загрузки щепы и заливки щелоков, на 1 т целлюлозы.

3.1.2 Заварка Во время терпентинной сдувки из котла уходит около 90 кг водяного пара на 1 т абсолютно сухой древесины. В пересчете на 1 т воздушно-сухой целлюлозы это составит Х1,2•90•0,001=1833•90•0,001=165,0 кг (дм3).

Переброс щелока, увлекаемого со сдувками, составляет 1% от объема жидкости в котле.

0,01•?Y*, 2=0,01•5650,7=56,5 кг (дм3).

Всего с терпентивнной сдувкой уходит воды.

Y2,7=165,0+56,5=221,5 кг (дм3).

Согласно кривой выхода (рисунок 3.1), к началу терпентинной сдувки в раствор переходит 13% древесного вещества, что на 1 т целлюлозы составляет Х1,2•0,13=1833•0,13=238,29 кг органических веществ. В котле к этому моменту находится.

191,94+238,29=430,2 кг растворенных органических веществ.

К концу сдувки в раствор переходит 37% древесного вещества (рисунок 3.1), что на 1 т целлюлозы составляет Х1,2•0,37=1833•0,37=678,2 кг органических веществ. За вычетом 20 кг летучих продуктов, ушедших со сдувками, в растворе к концу сдувки остается органических веществ.

191,94+678,2−20=850,1 кг.

Среднеарифметическое количество растворенных органических веществ в котле во время сдувки составляет.

0,5•(430,29+850,1)=604,19 кг;

количество жидкости, оставшееся в котле к концу сдувки.

?Y*, 2-Y2,7=5650,7−221,5=5429,2 дм³;

среднеарифметическое количество жидкости в котле во время сдувки.

0,5•(5650,7+5429,2)=5539,9 дм³;

Средняя концентрация органических веществ в растворе во время сдувки.

640,19/5539,9=0,115кг/дм3;

уходит из котла органических веществ с перебросом щелока.

0,115•56,5=6,49 кг.

Средняя концентрация минеральных веществ в щелоке во время сдувки составляет.

584,7/5539,9=0,105 кг/дм3;

уходит из котла минеральных веществ с перебросом щелока: в собственных единицах.

0,105•56,5=5,93 кг;

в единицах Na2O.

5,93/1,34=4,42 кг.

В таблице 6 приведен итоговый материальный баланс заварки.

Таблица 6- Материальный баланс заварки (на 1 т целлюлозы).

3.1.3 Варка В период стоянки на конечной температуре происходит дальнейшее растворение компонентов древесины до достижения выхода 50%.

(рисунок 3.1), то есть за период варки растворяется.

63−50=13%.

древесного вещества и в раствор переходит Х1,2•0,13=1833•0,13=238,29 кг органических веществ.

К концу варки в котле будет находиться (кг/т):

воды 5429,2;

целлюлозы 1154,8−238,29=916,5;

растворенных органических веществ 843,65+238,29=1081,94;

минеральных веществ 578,77;

всего 8006,41;

в том числе всего Na2O 578,77/1,34=431,9;

3.1.4 Конечная сдувка Давление пара в варочном котле перед началом сдувки должно соответствовать температуре 1720С. Для нахождения абсолютного давления следует воспользоваться линейной интерполяцией :

(0,792+((172−170)/(180−170)))•(1,000−0,792)=0,833МПа.

В технологических регламентах производства принято указывать избыточное (манометрическое) давление Ризб, МПа. Абсолютное давление Рабс, МПа, и избыточное давление связаны соотношением Ризб= Рабс-0,101=0,833−0,101=0,732 МПа.

После открытия сдувочного вентиля в котле начинается вскипание воды, избыточное давление снижается с 0,732 до 0,5 МПа (рисунок 3.1), абсолютное давление — с 0,833 до 0,5 + 0,101=0,601 МПа. Теплосодержание воды i` при этих давлениях находится интерполяцией [1]: в начале сдувки.

i`н=(716+((0,833−0,792)/(1,00−0,792))(766−716)=729 кДж/кг в конце сдувки.

i`к=(632+((0,601−0,476)/(0,618−0,476))(678−632)=668 кДж/кг При этом за счет охлаждения воды в котле выделится тепла.

Qв=(Y3,4(i`н-i`к))/1000=(5429,2(729−668))/1000=331,18 МДж;

за счет охлаждения целлюлозы и растворенных органических и минеральных веществ от 1720С до 1580С (рисунок 3.1) выделится тепла.

Qц=((X3,4+Z3,4+N3,4)qц (172−158))/1000=((916,5+1081,94+578,77)1,34(172−158))/1000=48,34 МДж;

Всего выделяется тепла во время спуска давления.

Qв+ Qц=331,18+48,34=379,52 МДж.

Среднее абсолютное давление в котле за время конечной сдувки.

0,5•(0,833+0,601)=0,717 МПа.

Теплота парообразования при этом давлении 2,065 МДж/кг, П. 23.

Следовательно, образуется пара.

379,52/2,065=183,78 кг.

Во время спуска давления выход целлюлозы снижается на 2% (рисунок 3.1), то есть на.

1833•0,02=36,6 кг.

Переброс щелока со сдувочными парами можно принять равным 2% от объема жидкости в котле.

5429,2•0,02=108,58 дм³.

Количество жидкости в котле к концу сдувки, за вычетом уходящего пара и переброса щелока.

5429,2−183,78−108,58=5136,8 дм³;

среднее количество жидкости за время конечной сдувки.

0,5(5429,2+5136,8)=5283 дм3;

количество органических веществ в растворе к концу сдувки.

1081,94+36,6=1118,54 кг;

среднее количество растворенных органических веществ.

0,5(1081,94+1118,54)=1100,24 кг;

их средняя концентрация.

1100,24/5283=0,208 кг/дм3;

количество органических веществ, уходящих из котла с перебросом щелока.

Z4,10=0,208•108,58=22,6 кг.

Средняя концентрация минеральных веществ в щелоке за время конечной сдувки.

578,77/5283=0,109 кг/дм3;

количество минеральных веществ, уходящих из котла с перебросом щелока.

N4,10=0,109•108,58=11,83 кг, в том числе всего Na2О.

11,83/1,34=8,82 кг.

Материальный баланс конечной сдувки приведен в таблице 7.

Таблица 7- Материальный баланс конечной сдувки (кг/т).

3.1.5 Выдувка При выдувке избыточное давление падает от 0,5 МПа до нуля, температура снижается с 156 до 100 °C, теплосодержание воды — с 668 до 419 кДж/кг, П. 23.

Выделение тепла за счет охлаждения воды.

5136,8•(668−419)/1000=1279,06 МДж;

целлюлозы и растворенных веществ.

(880,0+1095,94+566,94)•(156−100)•1,34/100=190,8177 МДж;

всего.

1279,06+190,8177=1469,8777 МДж.

Среднее давление в котле за время конечной сдувки.

0,5•(0,601+0,101)=0,351 МПа.

Теплота парообразования при этом давлении 2,148 МДж/кг,.

Следовательно, образуется пара.

1443/2,148=671,7877 кг.

Весь этот пар уходит в струйный конденсатор системы рекуперации тепла, на эту величину уменьшается количество воды, поступившей в выдувной резервуар из варочного котла :

5136,8−671,7877=4465,0123 кг.

Остальные вещества перемещаются из варочного котла в выдувной резервуар в количествах, приведенных в последней колонке таблицы 7. Концентрация растворенных (органических и минеральных) веществ в черном щелоке по завершении выдувки (в верхней части выдувного резервуара) С8,9=(1095,94+566,94)/4465,0123=0,3724 кг/дм3.

Доля органических веществ в сухом остатке щелока.

1095,94/(1095,94+566,94) •100=65,9%,.

Доля минеральных веществ.

100−65,9=34,1%.

Потери щелока с перебросом в конденсатор при выдувке могут быть приняты 1,5% от количества жидкости [1], что составит.

4465,0123•0,015=66,975 дм³.

Потери растворенных веществ с перебросом.

66,975•0,3724=24,94 кг, в том числе органических веществ.

24,94•0,65=16,4 кг, минеральных веществ.

24,94•0,34=7,75 кг, или в единицах Na2O.

7,75/1,34=5,78 кг.

В выдувной резервуар поступит (кг/т):

воды (щелока) 4465,0123−66,975=4398,0373;

целлюлозы 880,0;

растворенных органических веществ 1095,94−16,4=1079,54;

минеральных веществ 566,94−7,75=559,19;

всего 6916,7673;

в том числе всего Na2O 423,8−5,78=418,02.

Общее количество жидкости, остающееся в выдувном резервуаре по окончанию выдувки (включая воду и растворенные в ней органические и минеральные вещества),.

4398,0373+1079,54+559,19=6036,7673 кг.

В нижней части выдувного резервуара волокнистая суспензия разбавляется оборотным черным щелоком до концентрации (массовой доли) волокна 4,0% (таблица 3) и перекачивает в промывной отдел. Общее количество жидкости, уходящей с этой суспензий,.

(880,0•(100−4,0))/4,0=21 120 кг.

Необходимо черного оборотного щелока для разбавления волокнистой суспензии.

21 120- 6036,7673=15 083,2327 кг Сводный материальный баланс варки и выдувки приведен в таблице 8.

Таблица 8- Сводный материальный баланс варки и выдувки.

Количество целлюлозы в оборотном щелоке невелико (менее 0,05% от общего количества целлюлозы в выдувном резервуаре), на данном этапе расчета этим количеством можно пренебречь. При принятой плотности оборотного черного щелока 1,09 кг/дм3 (таблица 3) массовая доля растворенных в нем веществ равна 0,167 (16,7% таблица П. 22,[1]), поэтому с оборотным щелоком в выдувном резервуаре поступает растворенных органических и минеральных веществ (на 1 т в.с. целлюлозы по варке).

Z0,9+N0,9=15 083,2327•0,167=2518,8998 кг, воды ;

Y0,9=15 083,2327−2518,8998=12 564,3329 кг.

Всего из выдувного резервуара направляется в промывной отдел :

Целлюлозы 880,0;

Воды.

Y9,0= Y8,9+ Y0,9=4398,0373+12 564,3329=16 962,3702 кг;

Растворенных органических и минеральных веществ.

Z0,9+ N0,9+ Z0,9+ N0,9=1079,54+559,19+2518,8998=4157,6298 кг.

3.2 Тепловой баланс варки Таблица 9 -Исходные данные для расчета теплого баланса периодической сульфатной варки.

Количество воздушно-сухой целлюлозы, получаемое из котла за одну варку.

97,32•180 :1000=17,51 т.

1833•17,51=32 095,83;

1401,9•17,51=24 547,2;

2750•17,51=48 152,5;

502,5•17,51=8798,77;

1498,8•17,51=26 243,9;

191,94•17,51=3360,86;

82,26•17,51=1440,372;

Абсолютно-сухая щепа Влага в щепе Вода с белым щелоком Минеральные вещества с белым щелоком Вода с черным щелоком Органические вещества с черным щелоком Минеральные вещества с черным щелоком Количество веществ, удаляемых из котла при терпентинной сдувке, кг (таблица 6):

Водяной пар 165•17,51=2889,15;

Пары органических веществ 20•17,51=350,2;

Вода со щелоком 56,5•17,51=989,315;

Органические вещества со щелоком 6,49•17,51=113,6399;

Минеральные вещества со щелоком5,93•17,51=103,8343.

Количество тепла Q, которое затрачивается (или отбирается) при изменении температуры вещества с массой т и теплоемкостью q на величину At, вычисляется по формуле.

Q=m•q•At.

3.2.1 Нагрев абсолютно-сухой щепы и растворенных органических веществ Органические вещества, уходящие с терпентинной сдувкой, имеют среднюю температуру (рисунок 3.1).

(120+172):2=146 °С.

Следовательно.

Q1=32 095,83•l, 34(172−10)+3360,8694•l, 34• (172−70)-(350,2−113,6399) •l, 34.

(172−146)=7,41•106 кДж.

3.2.2 Нагрев влаги в щепы.

Q2=24 547,269•4,19(172−10)=16,66•106 кДж.

3.2.3 Нагрев щелока и растворенных минеральных веществ.

Q3=(48 152,5•4,19+8798,775•l, 13)(172−50)+(26 243,988•4,19+3360,8694•l, 13)•.

• (172−70)-[(2889,15−989,315)•4,19+113,6399•1,13](172−146)=37,41•106 кДж.

3.2.4 Нагрев котла Поверхность котла S зависит от его вместимости V и формы (отношения высоты Н к диаметру D). Эта зависимость представлена на П. 41. Для котла вместимостью V=180 м2 при H/D=3,5 поверхность корпуса S=190 м2. Масса стального корпуса с арматурой (масса арматуры принята равной 20% от массы корпуса).

190•0,034•7,85•1,2=60,8 т;

количество тепла на нагрев корпуса.

Q4=60,8•1000•0,50• (170−140)=0,91•106 кДж;

Масса теплоизоляции (с учетом дополнительных 20% на подогреватель и трубопроводы).

190•0,050•0,40•1,2=4,56 кДж;

Количество тепла на нагрев теплоизоляции.

Q5=4,56•1000•0,82(120−80)=0,15•106 кДж.

варка котел целлюлоза нагрев.

3.2.5 Потери тепла с поверхности котла Удельная величина потерь равна 550 кДж/ч с 1 м² поверхности, П. 24. Полный оборот котла равен 5,25 ч (5 ч по графику варки, рисунок 3.1, и 0,25 ч на осмотр котла и его подготовку к следующей варке). С учетом 20% дополнительных потерь с поверхности подогревателя, трубопроводов и арматуры общие потери составят.

Q6=190•550•5,25•1,2=0,66•106 кДж.

3.2.6 Потери тепла с терпентинной сдувкой Потери тепла со сдувками включают теплоту испарения воды и органических соединений. При средней температуре сдувки 146 °C скрытая теплота парообразования воды таблица П. 23. Теплота парообразования летучих органических соединений принята равной 287 кДж/кг. Тогда.

Q7=2128•2960+287•359=6,53•106 кДж.

3.2.7 Приход тепла от экзотермических реакций Удельная теплота экзотермических реакций при сульфатной варке принята 230 кДж на 1 кг абсолютно-сухой древесины [3], что составит на одну варку.

Q8= -17,51•1833•230= -7,38•106 кДж.

Сводный тепловой баланс варки отражен в таблице 10.

Если обогрев котла производится насыщенным водяным паром с давлением 1,1 мПа и теплосодержанием 2788 кДж/кг, П. 23 [1], а конденсат из подогревателя выходит с температурой 180 °C, то расход пара на всю варку составит.

62,35•106:(2788−180•4,19)=30 656 т, На 1 т воздушно сухой целлюлозы.

30 656/17,51=1,75 т.

Таблица 10 — Тепловой баланс варки.

3.3 Расчет и выбор основного оборудования.

3.3.1 Варочные котлы и выдувные резервуары Таблица 11 Исходные данные.

3.3.1.1 Число варочных котлов Годовая производительность варочного цеха с учетом потерь целлюлозы.

400 000•100:(100−0,5)=402 010,05 т;

среднечасовая производительность одного котла по варке, воздушно сухой целлюлозы.

17,51/5,25=3,335 т;

годовая производительность одного котла по варке.

3,335•8280=27 613,8 т;

необходимое число котлов.

402 010,05/27 613,8=14,5.

При числе котлов 15 штук фактическая годовая производительность по варке будет.

3.3.1.2 Выдувные резервуары Выдувные резервуары устанавливаем по одному на группу из четырех варочных котлов. Вместимость выдувного резервуара V равна 600 м³, следовательно устанавливаем четыре выдувных резервуара.

3.3.2 Сдувочный (терпентинный) конденсатор.

Назначение — конденсация паров терпентинной сдувки и нагрев воды утилизируемым теплом.

Таблица 12- Исходные данные.

Количество водяного пара и летучих органических веществ, уходящих из варочного котла при сдувке.

165+20=185 кг на 1 т целлюлозы (таблица 3.4), или.

185•17,51:0,83=3902,8 кг/ч.

При ритмичной работе девяти варочных котлов с оборотом 5,25 ч интервал времени между двумя последовательными сдувками из разных котлов должен составить.

5,25:15=0,35 ч.

Это означает, что будут периоды продолжительностью.

0,83−0,35=0,48 ч, во время которых одновременно ведутся сдувки из двух котлов.

Следовательно, максимальный расход пара, идущего на конденсацию, составит.

3902,8•2=7805,6 кг/ч.

Термодинамические параметры терпенов и сопутствующих органических веществ при разных температурах отсутствуют в справочниках, поэтому их значения примем как у воды.

Средняя температура пара за период сдувки.

(120+172)/2=146°С.

Этой температуре соответствует теплосодержание водяного пара 2743 кДж/кг и теплота жидкости 615 кДж/кг, П. 23. При конденсации пара в конденсаторе выделится тепла:

7805,6• (2743−615)=16 610 316,8 кДж/ч, при охлаждении конденсата до 60 °C.

7805,6• (615−60•4,19)=2 838 116,1 кДж/ч;

(4,19 кДж/ч•К — теплоемкость воды при 60 °С); общее количество выделившегося тепла.

16 610 316,8+2 838 116,1=19 448 432,96 кДж/ч, максимальный расход охлаждающей воды составит.

19 448 432,96/(4,19(70−10))=77 360,5т/ч, среднее количество получаемой горячей воды.

185• (2743−60•4,19):[(70−10)•4,19]=1834 м3.

на 1 т целлюлозы.

Температура воды в конденсаторе на границе между зонами конденсации пара и охлаждения конденсата при противотоке.

10+(2 838 116,1/(77 360,5•4,19))=19 °С, средняя разница температур для периода конденсации.

[(146−70)+(146−19)] /2=102 °С, поверхность зоны конденсации пара.

16 610 316,8/[1500•3,6•102]=30,15 м².

Среднелогарифмическая разность температур для периода охлаждения конденсата.

[(146−19)-(60−10)]/[2,3•lg (146−19)/(60−10)]=83 °С, поверхность зоны охлаждения конденсата.

2 838 116,1/(1000•3,6•83•)=9,49 м².

Полная поверхность теплообмена конденсатора.

30,15+9,49=39,64 м².

3.3.3 Теплоутилизационная установка Назначение-утилизация тепла, уходящего с парами самовскипания щелока при конечной сдувке и выдувке массы из варочного котла.

Таблица 13 -Исходные данные.

Количество водяного пара, поступающего в установку в период конечной сдувки и выдувки, в расчете на 1 т целлюлозы.

183,78+671,7877=855,56 кг, что при 14,5 варочных котлов и среднечасовой производительности котла по варке 3,417 т целлюлозы (пункт 3.3.1) составит.

855,56•14,5•3,417=42 390.

[42 390• (2684−90•4,19)]/[(90−40)•4,19]=466 775,6 кг/ч где 2684 кДж/кг — теплосодержание пара при температуре 105 °C, П. 23 [1]; 4,19 кДж/кг•К — теплоемкость воды; всего будет получено горячего конденсата.

42 390+466775,6=509 165,6 =5,09•105 кг/ч.

Для двухчасового запаса конденсата необходим бак-аккумулятор вместимостью около 615 м³.

Количество тепла, отдаваемого конденсатом свежей воде в спиральном теплообменнике.

466 775,6•(90−40)•4,19=97 789 488=9,77•107 кДж/ч;

средняя разность температур в теплообменнике (при противотоке).

0,5•[(90−70)+(40−10)]=25 °С;

необходимая поверхность теплообмена.

9,77•107/(1000•3,6•25)=1086,5 м².

Количество чистой горячей воды, получаемой в теплоутилизационной установке.

9,77•107/[4,19(70−10)]=388 623кг/ч=388 м3/ч, Что при годовой производительности 402 010,05 целлюлозы по варке и годовом фонде рабочего времени 8280 ч составит.

388•8280/402 010,05= 7,99 м³.

на тонну целлюлозы.

С учетом горячей воды, получаемой в терпентинном конденсаторе, общее количество горячей воды от использования утилизируемого тепла составит.

1,83+7,99=9,82 м³.

4 Технико-экономические показатели Таблица 14 — Сводная таблица техникоэкономических показателей на выпуск 1 т воздушно-сухой целлюлозы.

Заключение

В данном курсовом проекте спроектирован варочный цех на выпуск сульфатной целлюлозы мощностью 400 тыс. т/год.

Выполнены технологические решения: расчеты теплового и материального балансов, основного оборудования.

По результатам полученных данных можно судить о том, что по сравнению с варкой целлюлозы в котлах объемом 140 м³ выход целлюлозы будет выше. Годовой выпуск целлюлозы будет выше за счет увеличения объемной доли варочного котла. Но при использовании котлов большего объема также увеличивается расход пара, щепы, варочного щелока, а также параметры варочного цеха. В зависимости от того какое количество целлюлозы нужно получить подбирается оборудование.

Мощным средством интенсификации работы периодических варочных котлов в современных условиях является применение теплоэкономических методов варки, связанных с подогревом заливаемых на варку щелоков за счет тепла конечного щелока. При этом не только существенно сокращается расход пара на варку, но и достигается значительное ускорение заварки и сокращение общего оборота котла.

Библиографический список.

1 Пен, Р. З. Технология целлюлозы. Примеры технологических расчетов: учебное пособие / Р. З. Пен, И. Л. Шапиро — Красноярск: СибГТУ, 2011. — 336 с.

2 Технология целлюлозы: методические указания к выполнению курсовой работы для студентов очной, очной сокращенной, заочной, заочной сокращенной формы обучения специальности 240 406 Технология химической переработки древесины / Составители Р. З. Пен, В. В. Седых. — Красноярск: РИЦ СибГТУ, 2009. -28 с.

3 Непенин, Ю. Н. Технология целлюлозы: в 3-х томах. Т.2. Производство сульфатной целлюлозы [текст] / Ю. Н. Непенин. — М.: Лесная промышленность, 1990. 600 с.

4 Оборудование целлюлозно-бумажного производства. В 2-ух т. Т.1. Оборудование для производства волокнистых полуфабрикатов [Текст] / Под ред. В. А. Чимчаева. -М.: Лесная пром-сть, 1981.-368 с.