Описание технологической схемы периодической варки сульфатной целлюлозы

органических соединений сжигается, давая большое количество тепловой энергии, частично конвертируемой в электроэнергию/ Предприятия средней мощности, вырабатывающие четверть миллиона тонн целлюлозы в год, сжигают в виде отходов около одного миллиона кубометров древесины в год. Получаемой при этом электроэнергии более чем достаточно для обеспечения всех энергетических потребностей целлюлозно-бумажного комбината. При высокой стоимости тепловой и электрической энергии сжигание органической части щелока становится вполне рентабельным способом утилизации органических веществ.

К расходуемым сырьевым ресурсам относится топливо для обжига известкового шлама и воздух, подаваемый в СРКА и известерегенерационную печь. Удаляемые продукты: вода (в виде конденсата выпарной установки), газообразные продукты горения (диоксид углерода и водяной пар), а также азот и кислород в виде дымовых газов выбрасываются в атмосферу. К сожалению, ни одно предприятие в мире не работает в таком идеальном режиме. На всех этапах производства имеются источники потерь химикатов. К основным источникам потерь можно отнести:

• унос серосодержащих соединений со сдувочными газами из варочных установок,
• унос содопродуктов с недостаточно промытой целлюлозой;
• унос содо- и серосодержащих соединений и органических веществ с

грязным конденсатом выпарной установки;

• унос содо- и серосодержащих веществ с дымовыми газами СРКА в виде золы и газообразных соединений серы (оксидов S02 и S03, сероводорода H2S);
• унос известковой пыли с дымовыми газами известерегенерационных печей.

Потери содопродуктов и серы возмещаются добавлением природного

сульфата натрия к черному щелоку перед сжиганием щелока, отсюда

 

произошло название рассматриваемого способа производства целлюлозы.

Потери извести компенсируются добавками природного известняка (карбоната кальция) к известковому шламу непосредственно перед подачей последнего в известерегенерационную печь.

Помимо отрицательных экономических последствий для предприятий, связанных с затратами на компенсирующие добавки сульфата натрия и известняка, потери химикатов влекут за собой очень вредные последствия для окружающей среды. Особенно эго относится к уносу серосодержащих соединений: оксидов серы, сероводорода, метил сернистых соединений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчет материального баланса.

Материальный баланс сульфатной варки жесткой целлюлозы в котле объемом 110 м3.

Допустим, что варка ведется по ускоренному методу, с непрямым обогревом и принудительной циркуляцией щелока. Сырьем служит еловая щепа влажностью 40 %. Примем следующие основные данные для расчета.

 

 

 

Переброс щелока, увлекаемого из котла со сдувками, примем около 1% от объема жидкости в котле:

6469 • 0,01 =5 65 дм3.

Для подсчета количества органических веществ, уходящих с этим щелоком, определим среднюю концентрацию их в растворе за время заварки.

Согласно намеченной кривой выхода (см. рис. 2) к моменту достижения конечной температуры выход составляет 63 % от древесины, или, иными словами, в раствор переходит 37 % веществ древесины. На 1 т воздушно-сухой целлюлозы это составит

1833-0,37 = 678 кг.

За вычетом 20 кг летучих продуктов, ушедших со сдувками, в растворе

остается органических веществ

678 -20 = 658 кг.

Вместе с органическими веществами черного щелока, залитого в котел, к концу заварки в растворе будет органических веществ

658 + 320 = 978 кг.

Среднеарифметическое количество растворенных органических веществ в котле за время заварки

(320 + 978)/ 2 = 649 кг.

Жидкости к концу заварки остается в котле

6469—(167+ 65) =6237 дм3.

Среднеарифметическое количество жидкости за время заварки (6469 + 6237)/2 = 6353 дм3.

Средняя концентрация органических веществ в растворе

649 -г- 6237 = 0,104 кг/дм.3

Уходит органических веществ с перебросом щелока

ОД04 • 65 = 7 кг.

Средняя концентрация минеральных веществ в щелоке за время заварки

551 + 6237 = 0,088 кг/ дм3.

Уходит минеральных веществ с перебросом щелока

0,088-65 = 6 кг,

в том числе всей Na20

6 + 1,34 = 5 кг.

В таблице 3 приведен итоговый материальный баланс заварки (на 1 т воздушно-сухой целлюлозы).

Варка.

В период стоянки на конечной температуре происходит дальнейшее растворение древесины до достижения выхода 50% (см. рис. 2), т. е. за период варки растворяется 63—50=13% веществ древесины или

1833-0,13 = 238 кг органических веществ.

Вещества	Приход			Расход				Осталось в котле к концу заварки
	Загружено в котел	От химических реакций	Итого	Ушло со сдувками		На химические реакции	Итого
				в виде паров к	с перебросом щелока
Вода, кг (дм3)	6469	-	6469	167	65	-	232	6237
Органические вещества, кг:
древесина	1833	-	1833	-	-	678	678	1155
растворенные в щелоке	320	678	998	20	7	-	27	917
Минеральные вещества, кг	551	-	551	-	6	-	6	545
Всего	9173	678	9851	187	78	678	943	8908
В том числе всей Na20, кг	411	-	411	-	5	-	5	406

Таким образом, к концу варки в котле будет находиться, кг:

 

 

Конечная сдувка.

Считаем, что вскипание в котле, начнется тотчас после открытия сдувочного вентиля и что параллельно снижению давления с 0,75 до 0,5 МПа (см. рис. 2) будет происходить снижение теплоты жидкости с 729 до 668 кДж/кг (по таблицам насыщенного водяного пара). За счет охлаждения жидкости в котле выделится тепла 6237(729— 668) = 380 457 кДж.

Кроме того, за счет охлаждения от 172 до 158 °С (см. рис. 2) целлюлозы и растворенных органических и минеральных веществ, теплоемкость которых можно принять одинаковой и равной 1,34 кДж/(кг-°С), выделится дополнительное количество тепла

(917 + 1209 + 545)1,34(172—158) = 50 108 кДж.

Всего выделяется тепла во время спуска давления

380 457 + 50 108 = 430 565 кДж.

Среднее давление за время конечной сдувки:

0,75 + 0,5

= 0,625 МПа.

2

Этому давлению по таблицам насыщенного пара отвечает теплота парообразования 2065 кДж/кг. Следовательно, образуется пара

430 565 + 2065 = 209 кг.

Во время спуска давления выход целлюлозы понижается с 50 до 48 % (см. рис. 2), т. е. растворяется дополнительно 2% веществ древесины, или 1833 • 0,02 = 37 кг.

Переброс щелока со сдувочными парами примем около 2 % от объема жидкости, или 6237 • 0,02 = 125 дм3.

Подсчитаем количество растворенных веществ, уходящих с переброшенным щелоком, по их средним концентрациям. Количество

жидкости в котле к концу спуска давления 6237— (209 + 125) = 5903 дм3.

Среднее количество жидкости за время конечной сдувки

6237 + 5903

= 6070 дм3.

2

 

Количество органических веществ в растворе к концу сдувки 1209 + 37 = 1246 кг.

Среднее количество органических растворенных веществ:

1209 +1246

------ =1228кг.

2

Средняя их концентрация 1228 6070 = 0,202 кг/дм3.

Количество органических веществ, уходящее из котла с перебросом

 

щелока, 0,202 -125 = 25 кг. Средняя концентрация минеральных веществ в щелоке за время конечной сдувки 545 -т- 6070 = 0,090 кг/дм3.

Количество минеральных веществ с переброшенным щелоком 0,090 • 125 = 11 кг. Из них всей Na20 11 1,34 = 8 кг. Материальный баланс конечной сдувки приведен в таблице4.

                                                                                                                                   Таблица 4.

Вещества

Приход

Расход

Осталось вкотле

 

Было в котле к концу варки

От химических реакций

Итого

Ушло со сдувками

На химические реакции

Итого

в виде паров

с перебросом щелока

Вода, кг (дм3)	6237	-	6237	209	125	-	334	5903
Органические вещества, кг:
целлюлоза	917	-	917	-	-	37	37	880
растворенные в щелоке	1209	37	1246	-	25	-	25	1221
Минеральные вещества, кг	545	-	545	-	11	-	11	534
Всего	8908	37	8945	209	161	37	407	8538
В том числе всей Na20, кг	406	-	406	-	8	-	8	398

 

 

Выдувка.

При выдувке давление падает от 0,5 МПа до нуля, чему соответствует падение теплоты жидкости с 668 до 415 кДж/кг и падение температуры со 158 до 100 С. Тепла выделится: жидкостью

5903(668—415) = 1 493 459 кДж, целлюлозой и сухим  остатком щелока

(880 + 1221 + 534) • 1,34 • (158—100) = 204 792 кДж. Всего 1 493 459 + 204 792 = 1 698 251 кДж. Среднее давление  при выдувке

0,5 + 0

—-— = 0,25 МПа,

которому отвечает теплота испарения 2155 кДж/кг. Пара образуется

1 698 251 -г 2155 = 788 кг. Таким образом, при выдувке из котла уходит (на 1 т воздушно-сухой целлюлозы):

воды, кг (дм3) 5903 - 788 = 5115

 

Концентрация сухого вещества в щелоке:

1221 + 534

—— 1000 = 343 г/дмГ

5115

что отвечает плотности 1,159 г/см (при 15 °С) Содержание органических

веществ в сухом остатке щелока:

1221

100 = 69,6%

1221 + 534

 

содержание минеральных веществ:

534

100 = 30,4%

1221 + 534

Примем, что потери щелока с перебросом в конденсатор при выдувке составляют 1,5 %, или 5115 • 0,015 = 77 дм3.

С ним будет потеряно сухого остатка 77 • 0,343 = 26 кг, из которых органических веществ 26 • 0,696 = 18 кг и минеральных 26 • 0,304 = 8 кг. В том числе теряется всей Na20 8 -г-1,34 = 6кг.

Тогда в выдувной резервуар с массой поступит (на 1 т воздушно-сухой целлюлозы):

воды (щелока), дм ... .5115 - 77 = 5038

абсолютно сухой целлюлозы, кг  880

органических веществ в щелоке, кг 1221 — 18= 1203

минеральных веществ в щелоке, кг .534 - 8 = 526

Итого, кг .  7647

В том числе Na20, кг 398 - 6 = 492

Содержание Na20 в сухом остатке щелока

492

————-100 = 23% 1203 +526

Сводный материальный баланс процесса варки для рассмотренного примера представлен в таблице 5. Потери щелока со сдувками (в том числе щелочи) не являются безвозвратными, так как почти весь щелок, увлекаемый сдувками, улавливается щелокоуловителями. Потери с перебросом при выдувке большей частью теряются безвозвратно.

 

Таблица 5.

			Приход			Расход
						Уходит со сдувками			Уходит при выдувке		2
Вещества	Со щепой	С белым щелоком	С черным щелоком	От химических реакций	Итого	в виде паров	с перебросом щелока	На химические реакции	в виде паров	с перебросом щелока	Остается в выдувнс резервуаре	Итого
Вода (и пар), кг (дм3)	1222	2750	2497	1	6469	376	190	-	788	77	5038	6469
Древесина (целлюлоза), кг	1833	-	-	-	1833	-	-	953	-	-	880	1833
Органические вещества, кг:	*
газообразные и летучие	-	-	-	20	20	20	-	к	-		-	20
растворенные	-	-	320	933	1253	-	32	-	-	18	1203	1253
Минеральные вещества, кг	-	414	137	-	551	-	17	-	-	8	526	551
Всего	3055	3164	2954	953	10126	396	239	953	788	103	7647	1012 6
В том числе всей Na20, кг	-	309	102	-	411	-	13	-	-	6	392	411