Материальный и тепловой расчет системы регенерации
Материальный баланс варки должен быть дополнен расчетом системы регенерации SO2 и тепла. Будем продолжать наш расчет на 1 т целлюлозы. Схему регенерационной установки примем по рис. 160, но без подогрева кислоты в специальном паровом подогревателе.
Распределение сдувок примем следующее:
в цистерну высокого давления направляют газовые сдувки во время варки и первую половину конечного спуска давления — от 590 до 390 кПа (от 6 до 4 кгс/см2);
в цистерну низкого давления направляют жидкость в период подъема температуры до 110°, вторую половину конечной сдувки — от 390 до 196 кПа (от 4. до 2 кгс/см2) и непоглощенные газы из цистерны высокого давления;
непоглощенные газы из цистерны низкого давления проходят в поглотительный бак и далее в колонку дополнительного поглощения, орошаемую сырой кислотой.
Составим прежде всего общий материаль ны й баланс регенерационной системы и определим состав сырой и регенерационной кислоты.
Согласно материальному балансу в котел должно поступать регенерационной кислоты и перепускной жидкости 7560 л на 1 т целлюлозы, а общее количество сдувочной и перепускной жидкости и конденсата сдувочных паров составляет 2378 л/т. Следовательно, объем сырой башенной кислоты, поступающей из кислотного отдела будет равен 7560—2378=5182 л/т целлюлозы.
В сырой кислоте должно быть заключено количество SO2, равное ее расходу на варку (162 кг/т), плюс потери в конечном щелоке (20 кг/т), плюс потери jb регенерации. Примем последние равными 3 кг SO2 на 1 т целлюлозы. Тогда общее количество SO2, заключенное в сырой кислоте, будет равно 162+20+3=185 кг/т целлюлозы и крепость сырой кислоты составит
|
|
|
Количество №гО, содержащееся в сырой кислоте, будет равно расходу Na20 на варку (54,2 кг/т) плюс потери в щелоке (6,7 кг/т), или всего 54,2+6,7=60,9 кг/т целлюлозы.
Процент регенерации Na20 будет равен
Nа2О в сырой кислоте содержится
ЮО = 1,17%.
5182
Суммарное количество регенерируемых SO2 и Na20 должно составить соответственно (см. табл. 56). 91+332=423 кг и 68,0—60,9=7,1 кг. Из них поступает обратно в котел с 1790 л перепускной жидкости 64 кг SO2 и 4,1 кг №гО (см. табл. 54).
С регенерационной кислотой из расходной цистерны в котел должно поступать жидкости 7560—1790 = 5770 л, S02 605—64=541 кг и Na20 68,0— —4,1=63,9 кг.
Состав регенерационной кислоты:
Теперь составим общий тепловой баланс регенерационной установки и подсчитаем температуру регенерационной и варочной кислоты. Рас-, чет будем вести на холодное время года и в соответствии с этим примем: температуру сырой кислоты равной 10° С.
В остальном будем пользоваться данными материального и теплового балансов варки (на 1 т целлюлозы).
Приход тепла будет складываться из следующих статей:
|
|
|
1. Со сдувочной жидкостью в период заварки (средняя температура 95° С)
(450-4,19+ 12-1,34)-95= 180 530 кДж;
2) Со сдувочными парами:
а) в период варки (средняя температура 128° С, теплосодержание насыщенного пара при этой температуре 2720 кДж/кг):
2720-40= 108 800 кДж.
б) в период конечной сдувки (средняя температура 136,5° С, теплосодержание 2733 кДж/кг):
2733-98= 267 830 кДж.
Итого 108 800+267 830=376 630 кДж.
3. С башенной кислотой
5182-4,19-10= 216 970 кДж.
4. Тепло, отдаваемое поглощаемыми газами (SO2). Теплоемкость SO2 можно принять равной 0,92 кДж/(кг-°С):
а) в период заварки (34 кг SO2 уходят при средней температуре 95°С):
34-0,92-95 = 2970 кДж; сюда присоединится тепло растворения SO2, равное 31 кДж на 1 моль SO2: 
б) в период варки (218 кг SO2 уходят при средней температуре 128° С):
218-0,92-128 = 25 670 кДж;
присоединяется тепло растворения:
итого 25 670+105 590= 131 260 кДж;
в) при конечной сдувке (80 кг SO2 уходят при средней температуре 136° С):
80-0,92.136=^ 10010 кДж;
тепло растворения
итого 10010-4-38750=48760 кДж.
Всего по статье 4 : 19440+131260+48760=199 460 кДж.
5. Тепло, отдаваемое неконденсируемыми газами и летучими веществами.
Условно будем считать, что летучие вещества не задерживаются в реге- нерационной установке, а лишь отдают часть своего тепла; можно считать, что неконденсирующиеся газы и летучие вещества будут охлаждаться приблизительно до температуры сырой кислоты, т. е. до 10° С.
|
|
|
Среднюю теплоемкость неконденсирующихся газов и летучих веществ примем равной 0,88 кДж/(кг*°С); средняя температура, при которой они уходят из котла, равна 128° С. Получим тепла в период варки 72 «0,88-(128— —10) =7480 кДж.
Общий приход тепла в систему регенерации составит
Q = 180 530 + 376 630 + 216 970 + 199 460 + 7 480 Щ 981 070 кДж.
Температура регенерационной кислоты, если теплоемкость ее принять равной 4,19 кДж/(кг«°С), в цистерне высокого давления должна составить
Примем округленно температуру регенерационной кислоты равной 40° С. Распределение общего прихода тепла в системе регенерации показано в табл. 57.
Таблица 57
| № по пор. | Статьи прихода тепла | Тепло, кДж/т воздушно- сухой целлюлозы | % |
| 1 | Со сдувочной жидкостью...................... | 180 530 | 18,4 |
| 2 | Со сдувочными парами....................... . | 376 630 | 38,4 |
| 3 | С сырой кислотой................................... | 216 970 | 22,1 |
| 4 | С поглощенными газами (S02)............... | 199 460 | 20,3 |
| 5 | С неконденсирующимися газами и летучими | ||
| веществами............................................. | 7 480 | 0,8 | |
| Итого . . . | 981 070 | 100,0 |
|
|
|
Из таблицы видно, что при варке с перепуском главную часть тепла приносят в регенерационную систему сдувочные пары и поглощаемые газы. Остальное регенерируемое тепло передается с перепускной жидкостью непосредственно из котла в котел. В нашем случае количество тепла, уносимое из котла в котел перепускной жидкостью (при средней температуре 122° С и теплоемкости жидкости 4,19 кДж/(кг-°С), составит
1790-4,19-122 = 915 050 кДж.
Суммарное количество тепла, приносимое в котел регенерационной кислотой и перепускной жидкостью, равно 981 070+915 050=1 896120 кДж.
Средняя температура варочной кислоты в котле
Таким образом, смешение с перепускной жидкостью поднимает температуру кислоты почти на 20° С. С учетом тепловых потерь для дальнейшего расчета примем температуру варочной кислоты 55° С.
Рассчитаем теперь состав и температуру кислоты по стадиям насыщения. Для расчета зададимся количеством уходящего непоглощенного SO2 на каждой стадии (кг/т целлюлозы); из поглотительного бака и колонки дополнительного поглощения 10; из цистерны низкого давления 15; из цистерны высокого давления 20.
Потери SO2 на воздух (3 кг/т) соответственно распределим так: из поглотительного бака 1 кг; из цистерны низкого давления 1 кг; из цистерны высокого давления 1 кг.
Непоглощенный газ SO2, уходящий с газами, очевидно, будет возвращаться обратно с кислотой. Так, непоглощенный SO2, ушедший из колонки дополнительного насыщения под башню, вернется обратно с сырой кислотой; SO2, ушедший с непоглощенными газами из цистерны низкого давления в поглотительный бак, вернется оттуда обратно с кислотой, перекачиваемой в цистерну низкого давления, и т. д. Тогда, принимая указанное выше распределение сдувок между цистернами низкого и высокого давления, получим материальный баланс SO2, ЫагО и жидкости по бакам и цистернам (кг/т целлюлозы), как показано в табл. 58.
Соответствующие составы кислоты по стадиям поглощения приведены в табл. 59.
Что касается температуры кислоты в поглотительном баке, можно считать, что она будет близка к 10° С, так как количество тепла, приносимого из цистерны низкого давления непоглощенными газами, очень невелико. Температура кислоты в цистерне высокого давления по общему тепловому балансу была равна 40° С. Таким образом, остается рассчитать лишь температуру в цистерне низкого давления.
Подсчитаем приход тепла в цистерну низкого давления (на 1 т целлюлозы) .
1.Со сдувочной жидкостью в период заварки поступило, как было подсчитано выше, 180 530 кДж.
2.С парами конечной сдувки (при средней температуре во второй половине сдувки (136,5+133) : 2=135° С теплосодержание пара равно 2730 кДж/кг) 2730-49=133 770 кДж.
3.С кислотой из поглотительного бака 5182*4,19-10 = 216970 кДж.
4.С поглощаемым газом (SO2):
а) в период заварки с 34 кг SO2 (подсчет — см. выше) 2970 кДж;
б) в период конечной сдувки (вторая половина сдувки, при средней температуре 135°С) 40-0,92.135=4970 кДж;
в) с поглощаемыми 20—15=5 кг SO2, приходящими из цистерны высокого давления при температуре 55° С 5-0,92-55=250 кДж.
Всего поглощается SO2 в цистерне низкого давления 34+40+5=79 кг.
Присоединяется тепло растворения SO2
Итого 2970+49^0+250+38 260=46 450 кДж.
5. Тепло, отдаваемое непоглощенными газами, из цистерны высокого давления (15 кг непоглощенного SO2 и 72 кг неконденсирующихся газов и летучих приходят с температурой 55° С, а уходят, можно принять, с температурой 25° С)
(15-0,92 + 72-0,88)-(55 — 25) = 2310 кДж.
Таблица 58
Без учета тепловых потерь можно принять температуру кислоты в цистерне низкого давления округленно равной 25° С.
Теперь, зная состав и температуру кислоты, определим давление в баке и цистернах. Пользуясь диаграммами растворимости SO2 (см. рис. 52 в главе 4) и справочными данными об упругости водяного пара, найдем давления SO2 и водяного пара (табл. 60).
Таблица 60
| Емкости | Состав кислоты, % | Темпер-атура, °с | Абсолютное давление, МПа (мм рт. ст.) | |||
| SOa | NaaO | S02 | водяного пара | итого | ||
| Поглотительный бак | 3,84 | 1,17 | 10 | 12 (90) | 1,33(10) | 13,3(100) |
| Цистерна низкого | ||||||
| давления ............ | 5,35 | 1,12 | 25 | 34,7(260) | 3,47 (26) | 38,17(286) |
| Цистерна высокого | ||||||
| давления ............ | 9,37 | 1,11 | 40 | 152(1140) | 7,33 (55) | 159,33(1195) |
Как видно из этих данных, при температуре сырой кислоты 10° С только в цистерне высокого давления необходимо держать давление выше атмосферного. С учетом неконденсирующихся газов и колебаний температуры можно принять общее избыточное давление в цистерне высокого давления до 0,18— 0,2 МПа (1,8—2 кгс/см2).
Если принять для летних условий температуру сырой кислоты равной 25° С, то соответственно на 15° С повысится и температура в цистернах; тогда будем иметь давления, как показано в табл. 61.
Таким образом, в цистерне низкого давления даже в этих условиях расчетное давление не превысит атмосферного; что же касается цистерны высокого давления, то там давление заметно повышается и рассчитывать цистерну следует на избыточное давление около 0,25 МПа (2,5 кгс/см2).
Таблица 61
| Емкости | Состав кислоты. % | Температура, °С | Абсолютное давление МПа (мм рт. ст.) | |||
| всего so2 | NaaO | S02 | водяного пара | Итого | ||
| Поглотитель-ный | 3,84 | 1,17 | 25 | 21,3 (160) | 3,2(24) | 24,5(184) |
| бак | ||||||
| Цистерна низкого | 5,35 | 1,12 | 40 | 61,3 (460) | 6,6(50) | 67,9(510) |
| давления | ||||||
| Цистерна высокого давления | 9,37 | 1,11 | 55 | 235,9 (1670) | 16,0 (120) | 251,9 (1790) |
Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 90; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!