Расчёт материального и теплового баланса отбельной башни

 

I.Расчёт материального и теплового баланса.

На 1т воздушносухой целлюлозы (880кг абсолютно сухой). Расчёт начинаем с последней ступени.

Расчёт производим по воде и волокну н пени отбелки. Для расчета составляем блок-схемы каждой стадии процесса. А также используем следующие буквенные обозначения:

М – количество массы, кг;

В – количество абсолютно сухого волокна в потоке, кг;

 – количество воды в потоке  массы, кг;

с – значение массовой концентрации массы, %;

также для расчета используем следующие формулы:

; .

Ступень Д2

Бак высокой концентрации

 

1 – масса с массного насоса, с1 = 10 %;

2 – оборотная вода на разбавление, с2 = 0,05 %;

3 – термомеханическая масса, поступающая  на бумагоделательную машину, с3 = 4,4 %, В3=880 кг.

Вычисляем количество массы (М3) и воды (в3)

 кг;

 кг.

 

 

 

 

 

 

Составляем уравнение частного материального баланса:

 

;

 

Отсюда:

; кг;

 кг;

 кг;

 кг;

 кг;

 кг.

 

Массный насос

 

1 – масса со шнека, с1 = 12 %;

2 – оборотная вода на разбавление, с2 = 0,05 %;

3 –масса, поступающая в БВК, с3 = 10 %, М3=8743,7 кг; В3=874,4 кг; =7869,3 кг.

Составляем уравнение частного материального баланса:

 

;

 

 

 

 

 

Отсюда:

 

; кг;

 кг;

 кг;

 кг;

 кг;

 кг.

 

Шнек после пресс-фильтра

 

0 – раствор воды и кислоты  на разбавление, с0 = 0,0 %;

1 – масса с пресс-фильтра, с1 = 30 %;

3 –масса, поступающая в массный  насос, с3 = 12 %, М3=7280,3 кг; В3=873,6 кг; =6406,7кг.

4 - потери волокна при кисловке  составляют 0,1%, В4=М4=0,001М1с1, в4=0 кг

Составляем уравнение частного материального баланса:

 

;

.

 

 

 

 

 

 

Отсюда:

; кг;

Количество раствора М0 складывается из воды М2 и кислоты М5. Кислоты мы добавили 700. Тогда количество воды будет равно: М2 = 4365,3 – 700=3665,3кг;

 кг;

 кг;

 кг;

 кг;

С учётом потерь масса должна поступить в шнек в количестве:

М1+М4=0,9+2915=2915,9 кг.

кг;

М4= В4==0,001∙2915∙30/100=0,9 кг;

 

Пресс-фильтр (промывка массы после отбелки)

 

1 – масса, поступающая на промывку, с1 = 3,0 %;

2 – свежая вода на промывку, с2 = 0,0 %, М2=в2=4000 кг, В2=0 кг;

3 – масса, после промывки, поступающая  в шнек, с3 = 30 %, кг, кг, кг;

4 – оборотная вода после промывки, с4=0,05 %.

Составляем уравнение частного материального баланса:

 

 

 

;

.

Отсюда:

 

; кг;

 кг;

 кг;

 

 кг;

 кг;

 кг.

 

Отбельная башня

В процессе отбелки происходят массообменные процессы, которые выражаются в потере или растворении части веществ, содержащихся в древесном волокне, а также в увеличении массы жидкой фазы в отбельной башне.

Принимаем потери волокна при отбелке 0,2 %.

 

 

 

 

1 – масса, поступающая на отбелку, с1 = 12 %;

2 – оборотная вода, поступающая  в отбельную башню, с2 = 0,05 %;

3 – масса, поступающая на промывку, с3 = 3,0 %, кг, кг, кг;

4 – потери волокна при отбелке, В4=М4=0,002М1с1 кг, в4=0 кг;

5 – прирост массы в жидкой  фазе, в5= М5=0,002М1с1, В5=0 кг, с5=0 %.

Составляем уравнение частного материального баланса:

;

.

Отсюда:

; кг;

 кг;

 кг;

 кг;

 кг;

кг;

М4=М5= В4= в5=0,002М1с1=0,002∙7337,5∙12/100=1,8 кг.

Смеситель химикатов

 

1 – масса, поступающая в смеситель, с1 = 12%;

2 – диоксид хлора, поступающий  на отбелку, расход на отбелку  в количестве 600л.

 

 

 

 

3 – масса, поступающая в отбельную  башню, с3 = 12 %, В3= 880,5 кг, в3=6457,0 кг, М3=7337,5 кг.

Составляем уравнение частного материального баланса:

;

Отсюда:

В1= В3=880,5;

М1=7337,5-600=6737,5 кг

 кг;

 кг;

 кг;

 

Пароподогреватель

 

1 – масса, поступающая в пароподогреватель, t01=40 oC; В1 = В3

2 – пар на подогрев, с2 = 0,0 %, М2=в2, В2=0 кг;

3 – масса, после пароподогревателя, поступающая в смеситель, с3 = 12 %, кг, кг, кг;

4 – диоксид хлора в количестве 600кг;

5 - масса, после смесителя, поступающая  в отбельную башню, с5 = 12 %, кг, кг, кг;

В пароподогревателе происходит подогрев массы паром до t3 = 70 оС. Примем температуру массы, поступающей в пароподогреватель t1 = 40 оС, температуру раствора диоксида хлора t2 = 15 оС; удельная теплоёмкость волокна 1,47 кДж/(кг∙оС); удельная теплоёмкость воды 4,19 кДж/(кг∙оС).

Максимальные затраты теплоты на нагрев массы:

Q1=В3∙1,47(t3-t1) + в5∙4,19(t3-t1) + в4(t3-t2)4,19;

 

 

 

 

где R – расход химиката, кг; D –расход пара, кг/т.

Q1=880,5∙1,47(70-40)+

+ 6457,0∙4,19(70-40) + 600(70-15)4,19=988744,95кДж/кг;

D=Q/(ℓ - ℓо),

где ℓ, ℓо – удельные энтальпии пара и конденсата, кДж/кг.

D1=988744,95/(2744-293)=403,4 кг;

Затраты теплоты при исключении конденсата пара:

Q2=В3∙1,47(t3-t1) + (в5 - D1)∙4,19(t3-t1) + в4(t3-t2)4,19;

Q2=880,5∙1,47(70-40)+(6457–403,4)4,19(70-40)+600(70-15)4,19=938037,57кДж/кг

D2=938037,57/(2744-293)=382,7 кг

в1=М3 – D2=5857-382,7=5474,3кг.

М1=В1+в1=5474,3+880,5=6354,8кг.

Концентрация массы, поступающей в пароподогреватель:

с1=В1·100/М1=880,5∙100/6354,8=13,9%

Тепловой баланс

;

Qn=Bncвtn+вcВtn,

где Qn – количество теплоты, кДж;

Bn – количество волокна в потоке, кг;

cв – удельная теплоемкость волокна, кДж/(кг∙°С);

tn – температура потока, °С;

в – количество воды в потоке, кг;

cВ – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг∙°С).

Q1=880,5∙1,47∙40+5474,3∙4,19∙40=969,3МДж;

Q5=880,5∙1,47∙70+6457,0∙4,19∙70=1983,4 МДж

Q4=600∙4,19∙15=37,7МДж

Q2=609∙4,19∙382,7=946,4МДж

 

 

 

 

 

 

II.Расчет количества устанавливаемого и вспомогательного оборудования.Расчет объема отбельных башен.

 

Необходимый реакционный объем башни рассчитывается по формуле:

Vp=100Mф/24*60cBKс,

где Vp- реакционный объем, м3; М- масса абсолютно сухой целлюлозы, поступающей в башню за сутки, т; ф – время пребывания массы в башне, мин; cB – концентрация волокна, %; К – коэффициент заполнения башни, для башен с ходом массы снизу вверх К=0.95, для башен с ходом массы сверху вниз К=0.85; с- плотность массы, т/м3.

Плотность массы определяется по формуле:

с= свс+своды(100-с)/100,

где св- плотность волокна, 1,54 т/м3;

своды – плотность воды при температуре реакции.

Потребный общий объем отбельной башни :

Vобщ=Vp+Vразб

Объем зоны разбавления для башен с плоским днищем:

Vразб=рdBhp/4,

где - dB- внутренний диаметр башни, м;

hp – высота зоны разбавления, (1,5-1,7)м

Кислородный реактор на 1й ступени КЩО:

с=1,54*12 +0,972*(100-12)/100=1,04т/м3

Vp=100*951,8*30/24*60*12*0,95*1,04= 167,3м3;

Исходя из объема внутренний диаметр колонны 4,0м.

Vразб=3,14*1,5*4 /4=4,7м3,

Vобщ=167,3+4,7=172м3

Принимаем номинальный объем колонны 200м3.

Высота колонны 15,9 м

Кислородный реактор на 2й ступени КЩО:

с=1,54*12 +0,958*(100-12)/100=1,03 т/м3

 

 

 

 

Vp=100*925,7*60/24*60*12*0,95*1,03 = 328,5м3;

Исходя из объема внутренний диаметр колонны 4,5м.

Vразб=3,14*1,5*4,5 /4=5,3м3,

Vобщ=328,5+5,3=333,8м3

Принимаем номинальный объем колонны 400м3 Высота колонны 25,2м

Отбельная башня на ступени Д0

с=1,54*12 +0,983*(100-12)/100=1,05т/м3

Vp=100*921,8*60/24*60*12*0,95*1,05= 320,9м3;

Исходя из объема внутренний диаметр колонны4,0м. Внутренний диаметр колонки 2,6м.

Vразб=3,14*1,5*4 /4=4,7м3,

Vобщ=320,9+4,7=325,6м3

Принимаем номинальный объем колонны 400м3

Высота колонны 31,8м

Отбельная башня на ступени щелочения

с=1,54*12 +0,983*(100-12)/100=1,05т/м3

Vp=100*904,7*120/24*60*12*0,85 *1,05= 704м3;

Исходя из объема внутренний диаметр колонны 6м.

Vразб=3,14*1,5*6 /4=7,1м3,

Vобщ=704+7,1=711,1м3

Принимаем номинальный объем колонны 800м3.

Высота колонны 28,3м

Отбельная башня на ступени Д1

с=1,54*12 +0,978*(100-12)/100=1,05т/м3

Vp=100*888,1*210/24*60*12*0,95*1,05= 1082м3;

Исходя из объема внутренний диаметр колонны 8,0м. Внутренний диаметр стакана 5,0м.

Vразб=3,14*1,5*8 /4=9,4м3,

Vобщ=1082+9,4=1091,4м3

 

 

 

 

Принимаем номинальный объем колонны 1250м3

Высота колонны 24м

Отбельная башня на ступени Д2

с=1,54*12 +0,978*(100-12)/100=1,05т/м3

Vp=100*880,5*210/24*60*12*0,95*1,05=1073 м3;

Исходя из объема внутренний диаметр колонны 8,0м. Внутренний диаметр стакана 5,0м.Принимаем номинальный объем колонны 1250м3Высота колонны 24м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III. Расчет объема отбельных башен

 

Необходимый реакционный объем башни рассчитывается по формуле:

Vp=100Mф/24*60cBKс,

где Vp- реакционный объем, м3; М- масса абсолютно сухой целлюлозы, поступающей в башню за сутки, т; ф – время пребывания массы в башне, мин; cB – концентрация волокна, %; К – коэффициент заполнения башни, для башен с ходом массы снизу вверх К=0.95, для башен с ходом массы сверху вниз К=0.85; с- плотность массы, т/м3.

Плотность массы определяется по формуле:

с= свс+своды(100-с)/100,

где св- плотность волокна, 1,54 т/м3;

своды – плотность воды при температуре реакции.

Потребный общий объем отбельной башни :

Vобщ=Vp+Vразб

Объем зоны разбавления для башен с плоским днищем:

Vразб=рdBhp/4,

где - dB- внутренний диаметр башни, м;

hp – высота зоны разбавления, (1,5-1,7)м

Кислородный реактор на 1й ступени КЩО:

с=1,54*12 +0,972*(100-12)/100=1,04т/м3

Vp=100*951,8*30/24*60*12*0,95*1,04= 167,3м3;

Исходя из объема внутренний диаметр колонны 4,0м.

Vразб=3,14*1,5*4 /4=4,7м3,

Vобщ=167,3+4,7=172м3

Принимаем номинальный объем колонны 200м3.

Высота колонны 15,9 м

Кислородный реактор на 2й ступени КЩО:

с=1,54*12 +0,958*(100-12)/100=1,03 т/м3

 

 

 

 

Vp=100*925,7*60/24*60*12*0,95*1,03 = 328,5м3;

Исходя из объема внутренний диаметр колонны 4,5м.

Vразб=3,14*1,5*4,5 /4=5,3м3,

Vобщ=328,5+5,3=333,8м3

Принимаем номинальный объем колонны 400м3 Высота колонны 25,2м

Отбельная башня на ступени Д0

с=1,54*12 +0,983*(100-12)/100=1,05т/м3

Vp=100*921,8*60/24*60*12*0,95*1,05= 320,9м3;

Исходя из объема внутренний диаметр колонны4,0м. Внутренний диаметр колонки 2,6м.

Vразб=3,14*1,5*4 /4=4,7м3,

Vобщ=320,9+4,7=325,6м3

Принимаем номинальный объем колонны 400м3

Высота колонны 31,8м

Отбельная башня на ступени щелочения

с=1,54*12 +0,983*(100-12)/100=1,05т/м3

Vp=100*904,7*120/24*60*12*0,85 *1,05= 704м3;

Исходя из объема внутренний диаметр колонны 6м.

Vразб=3,14*1,5*6 /4=7,1м3,

Vобщ=704+7,1=711,1м3

Принимаем номинальный объем колонны 800м3.

Высота колонны 28,3м

Отбельная башня на ступени Д1

с=1,54*12 +0,978*(100-12)/100=1,05т/м3