Модернизация варочного котла периодического действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

1. Аналитическая часть

1.1 Введение

1.2 Технико-экономическое обоснование

1.3 Характеристика изготовляемой продукции

1.4 Характеристика сырья, химикатов и вспомогательных материалов

1.5 Технология производства целлюлозы

2. Технологическая часть

2.1 Материальный баланс сульфитной варки

2.1.1 Данные для расчёта

2.1.2 Наполнения котла щепой и кислотой

2.1.3 Заварка до и пропитка

2.1.4. Подъём температуры до конечной и варка на конечной температуре (140 ⁰С)

2.1.5 Конечная сдувка (спуск давления)

2.1.6 Выдувка

2.2 Определение расхода пара на варку

3. Техническая часть

3.1 Технические требования на целлюлозу

3.2 Исходные данные для расчёта

3.3 Определение расхода загружаемой щепы и закачиваемых щелоков

3.4 Расчёт и подбор оборудования варочного отдела

3.4.1 Определение необходимого количества варочных котлов

3.4.2 Выбор циркуляционных насосов варочных котлов

3.4.3 Выбор теплообменника

3.5 Конструктивный расчёт

3.5.1 Толщина обечайки

3.5.2 Определение поверхности заборного сита

3.5.3 Расчёт и выбор штуцеров

4. Автоматизация

4.1 Обоснование необходимости автоматизации объекта

4.2 Спецификация на выбранные средства автоматизации

4.3. Блок схема ПТК

4.4 Описание и назначение основных узлов ПТК

5. Экономическая часть

5.1 Сравнительная характеристика вариантов

5.1.1 Обоснование выбора базы сравнения

5.1.2 Содержание инженерного решения

5.1.3 Источники получения экономического эффекта

5.1.4 Основные показатели сравниваемых вариантов

5.2 Расчёт годовых объёмов производства продукции

5.2.1 Расчёт годовых объёмов производства продукции в натуральном выражении

5.2.2 Расчёт годовых объёмов производства продукции в стоимостном выражении

5.3 Расчёт изменения товарной продукции

5.4 Расчёт капитальных вложений

5.5 Расчёт изменения затрат на производство единицы продукции

5.5.1 Расчёт по статье «Сырьё, материалы и химикаты»

5.5.2 Расчет затрат по статье «Топливо и энергия на технологические цели»

5.5.3 Расчёт затрат по статье «Заработная плата производственных работников»

5.5.4 Расчёт затрат по статье «Отчисления на социальные нужды»

5.5.5 Расчет затрат по статье «Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования»

5.5.6 Расчёт затрат по статье «Цеховые расходы»

5.5.7 Расчёт затрат по статье «Общехозяйственные расходы»

5.6 Расчёт показателей экономической эффективности проекта

6. Безопасность жизнедеятельности

6.1 Введение

6.2 Меры безопасности при ведении технологического процесса, выполнении регламентных производственных операций

6.3 Основные потенциальные опасности применяемого оборудования и трубопроводов, их ответственных узлов и меры по предупреждению аварийной разгерметизации технологических систем

6.4 Расчет искусственного освещения от люминесцентных (газоразрядных) ламп

Список литературы

1. Аналитическая часть

1.1 Введение

В настоящее время в Российской Федерации происходит переход от плановой централизованной экономики к рыночным отношениям между производителями и потребителями продукции. В условиях плановой экономики в стране имелся существенный дефицит в целлюлозно-бумажной промышленности. Поэтому основной задачей того времени развития отрасли осуществлялось экстенсивными методами, т.е. путем строительства новых крупных производств целлюлозы и бумаги. В последние годы, напротив, происходило систематическое снижение производства целлюлозы и бумаги. Это обусловлено многими причинами, главной из которых является повышение цен на энергосистемы, транспорт и конечную продукцию, которые в целлюлозно-бумажной промышленности достигли практически мирового уровня. Сужение рынка сбыта российской продукции происходило за счет разрушения экономических связей между бывшими республиками союза, отсутствии единого налогового законодательства и т.д. В связи с этим на предприятиях отрасли сложилась тяжелая ситуация из-за отсутствия оборотных средств, накопленного собственного финансового капитала, который можно было бы направить на совершенствование технологий и аппаратурного оформления процесса. Используя определенный дефицит продукции ЦБП за рубежом и продаже его по демпинговым ценам, предприятия России превратились в предприятия-экспортеры.

Однако такое положение не может продолжаться долго, прежде всего, из-за полного морального и физического износа основного оборудования. Поэтому, для повышения конкурентоспособности бумаги необходимо снизить ее себестоимость за счет совершенствования технологий и модернизации оборудования, добиваться уровня качества продукции, не уступающего современным мировым требованиям. Модернизации оборудования позволит не только производить сертификацию предприятия по ее выпуску, что позволит продавать продукцию по существующим мировым ценам, повысив тем самым доходность работы.

Значение целлюлозно-бумажной промышленности очень велико. Практически нет такой отрасли, где бы ни применялась бумага, картон или изделия из них.

1.2 Технико-экономическое обоснование проекта

В моём дипломном проекте повествуется о модернизации варочного котла периодического действия на сульфитном производстве. Данный варочный котёл входит в состав варочного цеха ОАО Сясьский ЦБК.

Варочный цех на комбинате был построен в 1928 г. и включал в себя футерованные котлы, которые были очень трудоёмки в ремонте по причине недостатков в конструкции. Такие котлы имели стальной корпус, изнутри были обделаны слоем кирпича и плитки. Плитка защищала корпус от коррозии в результате агрессивности среды в котле при варке.

В 80-ые годы решили отказаться от футерованных котлов и заменить их биметаллическими. Такие котлы были оснащены системой циркуляции которая позволяла более равномерно производить нагрев варочного раствора в котле. Корпус этих котлов был изготовлен из 2 металлов. Внутренняя поверхность котла была изготовлена из кислотоупорной стали, а внешняя из углеродистой.

В 2000 г. в цех были установлены 2 котла из монометалла, которые состояли только из кислотоупорной стали.

Суть модернизации состоит в установке системы нагрева варочного раствора вне котла с помощью установки теплообменника и средств автоматизации. По старой схеме нагрев варочного раствора происходил в самом котле. В результате образования конденсата щёлок разбавлялся и это приводило к ухудшению качества получаемой целлюлозы. Установка теплообменника позволит повысить качество продукции и сэкономить количество пара, подаваемого для нагрева. Также полученный конденсат можно использовать в других цехах. Цена производимой целлюлозы и её производительность возрастёт, а также установка средств автоматизации позволит сократить численность работников и повысить их квалификацию.

1.3 Характеристика изготовляемой продукции

Целлюлоза сульфитная небеленая из хвойной древесины изготовляется в соответствии с требованиями настоящего регламента и предназначена для сортирования, очистки и отбелки в отбельном цехе с целью дальнейшего использования небеленой, полубеленой и беленой целлюлозы в производстве бумаги, картона и товарной целлюлозы.

Показатели качества небеленой сульфитной целлюлозы, поступающей из кислотно-варочного цеха в отбельный цех , должны соответствовать нормам, указанным в таб.1

Таблица 1

Наименование показателей	Нормы
1. Жесткость, перм.ед.	75-105
2. Массовая доля непровара, %, не более	3
3. Разрывная длина, м, не менее	7500
4. Прочность на излом (число двойных перегибов), не менее	600
5. Окисляемость массы, мгО2/дм3, не более : - летний период - сеннее-зимний период	400 500
6. Массовая доля волокна в целлюлозной массе (концентрация массы), %, не менее	1,8

1.4 Характеристика исходного сырья, химикатов, вспомогательных материалов.

Таблица 2

Наименование сырья, химикатов, материалов, N ГОСТ, ТУ, ТР	Показатели по ГОСТ ,ТУ или ТР	Показатели, обязательные для проверки перед использованием	Примечание
	Наименование показателей	Нормы
1. Щепа из хвойной древесины по технологическому регламенту производства щепы	1. Размеры щепы : длина, мм толщина, мм 2. Массовая доля коры, %, не более 3. Массовая доля гнили, %, не более 4.Массовая доля остатков на ситах с отверстиями диаметром : - 30 мм, %, не более - 20 и 10 мм, %, не менее - 5 мм, %, не более - на поддоне, %, не более 5.Обугленные частицы, металлические включения и минеральные примеси 6.Массовая доля осины, %	20-25 2-3 0,5 Не допускается 5 86 8 1 Не допускаются Не допускается	+ + + + + + +	Из ДПЦ
2.Сера техническая, комовая, ГОСТ 127.1	1.Массовая доля серы , %, не менее	сорт 9998 сорт 9995 сорт 9990 99,98 99,95 99,90	+	Входной контроль производится службой
	2.Массовая доля золы, %, не более 3. Массовая доля воды, %, не более 4.Массовая доля кислот в пересчете на серную кислоту, %, не более 5. Массовая доля органических веществ, %, не более 6.Массовая доля мышьяка, %, не более 7. Массовая доля селена, %, не более 8.Механические загрязнения (бумага, песок, дерево и др.)	0,02 0,03 0,05 0,2 0,2 0,2 0,0015 0,003 0,004 0,01 0,03 0,06 0,0000 0,0000 0,000 0,000 0,000 0,000 Не допускается	+ + + +	качества Сясьского ЦБК по утвержденному графику
3.Сода кальцинированная техническая из нефелинового сырья, ГОСТ 10689	1.Внешний вид 2.Массовая доля углекислого натрия (Nа2CО3), %, не менее 3.Массовая доля углекислого калия (К2СО3), %, не более 4.Массовая доля соединений серы в пересчете на К2SО4, %, не более	1 сорт 2 сорт Мелкокристаллический порошок белого или светло-серого цвета, не содержащий механических примесей 96,5 90,5 2,3 5,0 1,2 4,4	+ + +	-«-
	5.Массовая доля железа в пересчете на Fе2О3, %, не более 6.Массовая доля не ратворимого в воде остатка, %, не более 7.Массовая доля влаги, %, не более 8.Массовая доля хлористого калия, %, не более	0,005 0,008 0,1 0,1 0,5 1,0 0,25 0,25	+ + +	-«-
4.Сода кальцинированная техническая, ГОСТ 5100, марка Б	1 Внешний вид 2.Масовая доля Nа2СО3, %, не менее 3.Массовая доля потерь при прокаливании (при 270-300 С), %, не более 4.Массовая доля хлоридов в пересчете на NаСl, %, не более 5.Массовая доля железа в пересчете на Fе2О3, %, не более 6.Массовая доля веществ, нерастворимых в воде, %, не более 7.Массовая доля сульфатов в пересчете на Nа2SO4, %, не более	1 сорт 2 сорт Порошок белого цвета 99,0 99,0 0,8 1,5 0,5 0,8 0,003 0,008 0,04 0,08 0,05 не нормируется	+ + +	-«-
5.Известковое молочко	Массовая концентрация СаО, г/дм3, не менее	40	+	Из отбельного цеха
6.Натр едкий технический, ГОСТ 2263, марка РД	1.Внешний вид 2.Массовая доля гидроксида натрия , %, не менее 3.Масовая доля углекислого натрия, %, не более 4.Массовая доля хлористого натрия, %, не более 5.Массовая доля хлорноватистого натрия, %, не более	Бесцветная или окрашенная жидкость. Допускается выкристаллизованный осадок 44 0,8 3,8 0,3	+ + + +	Входной контроль производится службой качества Сясьского ЦБК по утвержденному графику

1.5 Технология производства целлюлозы

Отдел регенерации предназначен для получения из сырой бисульфитной кислоты варочной кислоты за счет улавливания уходящего со сдувками избытка SO₂ и тепла.

Сырая кислота с содержанием всей SO₂ - 4,50-4,55% в ед. SO₂ и Na₂O - 1,76-1,86 % в ед. Na₂O из кислотного цеха насосами №3 или №4 перекачивается в регенерационный бак низкого давления №1 до нормального уровня в 10 м. Давление 0,65-0,70 кг/см² в регенерационной цистерне поддерживается регулятором давления РС, установленным на линии выхода избыточного газа к эдуктору кислотного отдела.

Из регенерационного бака №1 кислота перекачивается прокачным насосом в регенерационный бак среднего давления №5 до нормального уровня в 13 м.

Крепость кислоты и температура повышаются за счет жидкостных сдувок, поступающих из варочного цеха. Давление 3,4-3,5 кг/см² в регенерационной цистерне №5 поддерживается регулятором давления РТ, установленным на линии выхода избыточного газа в регенерационный бак №1.

Из цистерны среднего давления насосом кислота, укрепляясь сдувками высокого давления и подогреваясь, поступает в регенерационный бак высокого давления №6. Уровень в цистерне поддерживается 13 м. Эдукторный насос работает в режиме циркуляции: из цистерны №6 подает кислоту на эдуктор высокого давления, где происходит поглощение сдувок, поступающих из варочного котла при сбросе давления с 6,5 кг/см² до 2,5 кг/см² и снова возвращает кислоту в цистерну.

Давление 6,5 кг/см² в варочных котлах поддерживается регулирующим контуром, установленным на сдувочной линии №2. Сдувки поступают в нижнюю часть регенерационной цистерны №6.

Избыточный газ из верхней части регенерационной цистерны №6 поступает вниз бака среднего давления №5.

Из бака высокого давления №6 варочная кислота с содержанием всей SO₂ - 5,4-6,0% в ед. SO₂ и Na₂O - 1,50-1,60 % в ед. Na₂O насосом закачивается в варочные котлы. Количество закачиваемой кислоты определяется с помощью датчика расхода.

Приготовление кислоты производится периодически. Регулировка уровней баков кислоты осуществляется варщиком вручную.

Загрузка котла щепой.

Загрузка щепы в котёл осуществляется из древесно-подготовительного цеха по транспортерам. Для нормальной загрузки варочных котлов необходимо засыпать примерно 350 м³ щепы (около 50 тонн). На плужки нужно установить пневмоцилиндры для их опускания-поднимания и концевики для определения положения. Сигнал об окончании заполнении должен приходить на пульт при этом раздается звуковой сигнал, после чего оператор переводит загрузку в другой бункер, при помощи переключателя подняв один плужок и опустив другой.

Варка бисульфитной целлюлозы.

Варка бисульфитной еловой целлюлозы на натриевом основании проводится в четырех котлах периодического действия по 280 м³ каждый. Заполнение котла щепой проводится с паровым уплотнением и с отводом паровоздушной смеси с помощью воздуходувки.

Технико-производственные показатели:

выход целлюлозы из древесины - 49-50 %;

базисная плотность еловой щепы - 0,388 т/пл.м³;

степень уплотнения щепы в котле - 15-20 %;

объем щепы, загружаемой в котел - 115,0-120 пл.м³;

расход еловой щепы на 1 т целлюлозы - 4,45 пл.м³;

выход целлюлозы с котла - 24-25 т;

выход целлюлозы с 1 м³ котла - 86-90 кг;

Режим варки:

Загрузка щепы 45 мин

Закачка

кислоты и гидронадавливание до 7,0 кг/см² 30-40 мин

Подъем температуры до 110⁰C 120 мин

Стоянка на 110-115⁰С и перепуск 90-120 мин

Подъем температуры до 150⁰C 90 мин

Доварка 30-90 мин

Сдувка 30-50 мин

Выдувка 30 мин

Оборот котла 7,5 - 9,0 часов

Закачка котла варочной кислотой

Варочная кислота из регенерационной цистерны №6 насосом подается вниз котла, а газовоздушная смесь через верхнюю сетку горловины котла поступает в верхнюю часть регенерационной цистерны №1.

Котел полностью заполняется кислотой. Расход кислоты, подаваемой в котёл, и её количество (130 м³), контролируется прибором FI. Котел докачивают перепуском из другого варочного котла или насосом из цистерны №3, в которую направляют перепуск из предыдущего котла. Количество перепуска определяется по датчику расхода. Конец закачки устанавливается датчиками давления PТ. В котел закачивают ~185-190 м³ кислоты при температуре 65-75⁰C. При закачке в кислоте определяется содержание всей SO₂ и Na₂O.

Пропитка кислотой под давлением

После заполнения котла кислотой проводится пропитка под давлением, для чего пускается насос высокого давления, открывается клапан на линии врезки в кислотную линию) и 1-3 раз производится повышение давления до 0,7 Мпа с последующим быстрым сбросом давления до 0,2 Мпа (открывается автоматически клапан на сдувочной линии №1). При этом происходит интенсивная пропитка щепы кислотой.

Подъем температуры до 110 ⁰C

После окончания пропитки под давлением пускается циркуляционный насос и начинается подъем температуры.

Подъём температуры в котле производится острым паром высокого давления 0,9 Мпа (Т пара 250 ⁰C), подаваемым вниз котла. В котле поддерживается давление 0,65 Мпа.

Расход пара в котлы №1,2,7 регулируется вручную по месту, в котел №6 - дистанционно при помощи автоматического клапана.

Жидкостная сдувка из котла направляется вниз регенерационной цистерны среднего давления №5. Для этого вручную по месту открывается вентиль на сдувочных линиях котлов №1,2 и 7, на котле №6 - дистанционное управление при помощи автоматического клапана.

Температура в котле контролируется по датчику температуры, установленному в линии циркуляции (забор варочного раствора через циркуляционные сита в средней части котла).

Стоянка при + 110⁰-115⁰ С

При достижении температуры 110⁰-115⁰С подача пара в котел прекращается и проводится стоянка, продолжительность которой определяется заданным режимом варки. Варку можно вести и без стоянки на 115 ⁰С.

Перепуск

После стоянки на 115 ⁰С отбирается перепуск, в следующий котел, или в цистерну перепуска №3, регулирующий количество жидкости в котле и дозировку химикатов на варку. Для этого вручную по месту открывается вентили на линиях перепуска котлов №1, 7 и на цистерне перепуска, на котле №6 и №2 - дистанционное управление при помощи автоматического клапана.

Из котла при перепуске оттягивается около 25-30% жидкости по расходомеру FI. Перепуск контролируется по изменению уровня в варочных котлах.

Подъем температуры до + 150-155 ⁰С и варка

После перепуска температура в варочном котле поднимается до 150-155 ⁰С подачей пара давлением 0,9 Мпа. Давление в котле поддерживается при помощи регулирующего клапана PТ автоматически на уровне 0,65 Мпа. Сдувки высокого давления направляются из верхней части котла вниз регенерационной цистерны высокого давления №6, для этого вручную по месту открывается вентиль на сдувочных линиях котлов №1,2 и 7, на котле №6 - дистанционное управление при помощи автоматического клапана.

Сдувка

После окончания варки производится сдувка до 0,25 Мпа, газы направляются через эжектор высокого давления в регенерационную цистерну №6. Для этого вручную по месту открывается вентиль на сдувочных линиях котлов №1,2 и 7, на котле №6 - дистанционное управление при помощи автоматического клапана.

Выдувка

После сброса давления до 0,25 Мпа производится опоражнивание варочного котла от массы и щелока в сцежу, для этого с пульта управления открывается выдувной клапан.

2. Технологическая часть

2.1 Материальный баланс варки сульфитной целлюлозы

2.1.1 Данные для расчёта

Загрузка щепы производится с паровым уплотнением, варка ведется непрямым паром (через теплообменник), система регенерации - горячая, котел опоражнивается выдувкой.

Зададимся следующими основными величинами:

- объем котла - 280 м³

- выход целлюлозы из древесины - 50%

- состав кислоты:

вс. SO₂ - 7,0%

Na₂O - 0,9%

- объёмная степень наполнения котла щепой - 0,42

- влажность щепы - 40%

- удельный вес древесины (ель) в абсолютно сухом состоянии - 430 кг/м³

При влажности 40% удельный вес древесины составляет 389 кг/м³. Значит, на 1 м³ котла загружается абс. Сух. Древесины

Выход целлюлозы с 1 м³ котла составит:

- абсолютно сухой

- воздушно сухой

Выход воз.-сух. Целлюлозы из котла за одну варку:

Расчет материального баланса будем вести на 1 т воз.-сух. Целлюлозы.

Разобьем процесс варки на следующие основные этапы:

1) наполнение щепой и кислотой;

2) заварка до 110⁰С и пропитка;

3) подъём температуры до конечной и варка на конечной температуре;

4) конечная сдувка (спуск давления);

5) выдувка.

2.1.2 Наполнение котла щепой и кислотой

На 1 т воздушно сухой целлюлозы, получаемой из котла (880 кг абсолютно сух.), в котел должно быть загружено абсолютно сухой древесины:

С ней поступит воды в виде влаги:

Примем, что расход пара на паровой уплотнитель составляет 0,2 т/т целлюлозы и что 90% этого пара конденсируется и остается в котле. Конденсата пара тогда получим:

Будем считать, что этот конденсат размещается целиком в пространстве между щепочками. Тогда свободный объём 1 м³ котла за вычетом объёма, занятого щепой и конденсатом, составит:

Примем, что при закачке горячей кислоты в щепу впитывается 30% кислоты от объёма щепы. Объём закачиваемой кислоты на 1 м³ котла составит:

Общий объём кислоты в котле:

На 1 т целлюлозы закачивается регенерационной кислоты и перепускной жидкости:

С кислотой и перепуском в котел поступит на 1 т целлюлозы:

Кроме того, примем во внимание, что варочная кислота и перепускной щелок содержат некоторое количество органических веществ - сахаров, лигносульфоновых соединений и т.п., перешедших в раствор от предыдущих варок. Ориентировочно, примем количество органических растворённых веществ в регенерационной кислоте и перепускной жидкости равным 180 кг/т целлюлозы; тогда содержание их в кислоте составит:

Общий приход веществ, поступающих в котел при загрузке щепы и закачке кислоты, приведён в таб.3.

2.1.3 Заварка до 110 ⁰С и пропитка

Таблица 2.1

Вещества, загруженные в котел	Поступило в котел при наполнении
	Со щепой	С паром при уплотнении	С кислотой и перепуском	Всего
Вода, л	1173	180	7420	8773
Древесина, кг	1760	---	---	1760
Органические растворенные вещества, кг	---	---	180	180
SO2, кг	---	---	519	519
Na2O, кг	---	---	66,8	66,8

Во время подъёма температуры до 110⁰С из котла с первыми сдувками уходит жидкость в количестве 5% от общего её объёма, что составит:

целлюлозы.

Среднее содержание в удаляемой жидкости приблизительно составит:

Следовательно, с жидкостью уйдет:

Учитывая уплотнение щепы и пониженное отношение Na₂О: древесина, расход SO₂ на химические реакции примем равным 9% от абсолютно сухой древесины и условно отнесём его целиком к периоду пропитки.

Расход SO₂ составит:

целлюлозы.

Общее количество жидкости в котле к концу заварки будет равно:

целлюлозы.

При титре кислоты в конце стоянки 3,8% SO₂ и 0,3% Na₂O в растворе будет содержаться:

Имея в виду, что в начале варки в котле было 519 кг SO₂, получим, что в виде газа с первой сдувкой из котла должно уйти SO₂:

целлюлозы.

Парообразование при первой сдувке вследствие относительно низких температур весьма незначительно и для простоты его можно не учитывать.

По разности расход Na₂O на химические реакции составит:

целлюлозы.

За время заварки переходит в раствор органических веществ: от массы древесины. На 1 т целлюлозы это составит:

Из них очень небольшая часть уходит со сдувочной жидкостью. Ко времени получения жидкости успевает перейти в раствор приблизительно 2% веществ от древесины, или

Средняя концентрация органических веществ в растворе с учетом веществ, поступивших в котел с кислотой и перепускной жидкостью, составит:

С 439 л сдувочной жидкости из котла уйдет органических веществ:

Итоговый материальный баланс заварки (на 1 т целлюлозы) приведён в таб. 2.2.

Таблица 2.2

Вещества	Приход	Расход	Осталось в котле
	От химических реакций	Со сдувочной жидкостью	Со слувочными газами	На химические реакции	Всего
Вода, л	---	439	---	---	439	8334
Древесина, кг	---	---	---	264	264	1496
Органические растворенные вещества, кг	264	11	---	---	11	433
SO2, кг	---	22,2	21,8	158	195	317
Na2O, кг	---	2,9	---	38,9	41,8	25,0

2.1.4 Подъём температуры до конечной и варка на конечной температуре (140 ⁰С).

Во время подъёма температуры после стоянки на 110⁰С производят перепуск щелока в следующий котел, с которым уходит 20% общего первоначального объёма жидкости, или

целлюлозы.

Среднее содержание в сдувочной жидкости, спускаемой из котла между 5,5 и 6,5 ч варки, приблизительно составит:

Следовательно, с перепускной жидкостью из котла уходит:

Количество жидкости в котле к концу варки ориентировочно определим, что со сдувками уходит пара 30 кг/т целлюлозы. Тогда объём жидкости в котле к концу варки составит:

целлюлозы.

При содержании 1,0% SO₂ и 0,1% Na₂O в конечном щелоке остается:

Расход Na₂O на химические реакции, по разности, составит:

Расход SO₂ на химические реакции мы условно целиком отнесли на период пропитки (заварки). Следовательно, уменьшение SO₂ в щелоке должно было произойти за счет SO₂, уходящего со сдувками. В виде газообразного SO₂, следовательно, должно уходить:

Подсчитаем теперь более точно, сколько уходит водяного пара со сдувками. Для упрощения допустим, что в газовом пространстве котла находится лишь SO₂ и водяной пар.

Тогда, по закону Дальтона, общее давление в котле равно:

р = р₁ + р₂ ,

где р₁ - парциальное давление водяного пара; р₂ - парциальное давление SO₂.

Для каждого из газов можно написать уравнение Клапейрона - Менделеева:

для водяного пара: р₁V = G₁R₁T

для SO₂: p₂V = G₂R₂T

где р₁ - парциальное давление водяного пара, Па;

р₂ - парциальное давление SO₂, Па;

V - объём газовой смеси (примем равным 1 м³);

G₁ - масса водяных паров, заключенных в этом объёме, кг;

G₂ - масса SO₂, заключенного в этом объёме, кг;

R₁ - 461,2 Дж/(кг • ⁰С) - газовая постоянная водяного пара;

R₂ - 129,8 Дж/(кг • ⁰С) - газовая постоянная SO₂;

Т - абсолютная температура газовой смеси, К.

В нашем случае сдувки во время варки начинаются через полчаса после окончания стоянки и продолжаются непрерывно до достижения температуры 140⁰С. Средняя температура в котле за это время составляет:

Соответственно абсолютная температура газовой смеси составляет:

Температуре 128⁰С по таблицам насыщенного пара отвечает абсолютное давление водяного пара р₁ = 254800 Па (2,6 кгс/см²). Примем, что в результате незначительных колебаний среднее избыточное давление в котле за время сдувки составляет 583880 Па (6,06 кгс/см²). Общее абсолютное давление будет больше на 101325 Па (на одну физическую атмосферу), т.е. будет равно:

Тогда парциальное давление SO₂ составит:

Подставив значения в уравнение Клапейрона - Менделеева, найдем массу водяного пара в 1 м³ парогазовой смеси:



и массу SO₂:

Доля водяного пара в газовой смеси составит:

а для SO₂:

По нашему расчету, со сдувками ушло 197 кг газообразного SO₂, количество сопровождающих их водяных паров составит:

Так как расхождение с предварительно принятой цифрой 30 кг/т целлюлозы получилось небольшое, оставим её без изменения.

К концу варки выход целлюлозы составляет 50% от древесины, или

После стоянки при температуре 110 ⁰С оставалось нерастворенной древесины 1496 кг. Переходит в раствор органических веществ за время варки 1496 - 880 = 616 кг. Из этого количества часть уходит со сдувками в виде газообразных и летучих веществ и часть - с перепускной жидкостью в виде растворенных веществ.

К началу перепуска в раствор переходит органических веществ из древесины, или , а к концу перепуска или

Из этих количеств 264 кг перешло в раствор во время заварки; следовательно, с момента начала подъёма температуры в раствор перешло органических веществ:

к началу перепуска: ,

к концу перепуска:

Вместе с 433 кг органических веществ, имевшихся в растворе после заварки, будем иметь органических веществ в растворе:

к началу перепуска: , к концу перепуска: .

К началу перепуска в котле находится 8334 л жидкости. Концентрация органических веществ в растворе в этот момент равна:

К концу перепуска со сдувками уйдет около 20 кг водяных паров, в котле останется жидкости:

Концентрация органических веществ в растворе составит:

Средняя концентрация органических веществ в растворе за время перепуска будет равна:

Следовательно, с перепуском уйдет из котла растворенных органических веществ:

Всего за время заварки и варки со сдувочной и перепускной жидкостью уйдет растворенных органических веществ . Эти вещества перейдут в варочную кислоту для следующей варки. Мы как раз принимали, что с варочной кислотой и перепускной жидкостью поступает в котел органических веществ 180 кг/т целлюлозы.

Количество газообразных и летучих продуктов, уходящих со сдувками, примем, по данным лаборатории ЛТА, в процентах к абсолютно сухой древесине: углекислого газа 0,75; ацетона 0,33; метилового спирта 0,48; фурфурола и цимола 2,20; уксусной кислоты 0,21; муравьиной кислоты 0,22; всего 3,99 или округленно 4% от массы древесины. В пересчете на 1 т целлюлозы это составит .

За вычетом этих веществ из общего количества 616 кг органических веществ, перешедших в раствор при варке, останется в растворе . Из них в свою очередь 169 кг уходит с перепускной жидкостью; остается в котле . Вместе с ранее имевшимися в растворе 433 кг органических веществ это составит .

Концентрация органических веществ в щелоке к концу варки равна:

Итоговый материальный баланс на 1 т целлюлозы для периода варки представлен в таб. 2.3

Таблица 2.2

Вещества	Приход	Расход	Осталось в котле
	От химических реакций	С перепускной жидкостью	Со слувочными газами	На химические реакции	Всего
Вода, л	---	1755	30	---	1785	6549
Древесина, кг	---	---	---	616	616	880
Органические вещества, кг - газообразные и летучие - растворенные	70 546	--- 169	70 ---	--- ---	70 169	--- 810
SO2, кг	---	55	197	---	252	65
Na2O, кг	---	4,0	---	14,5	18,5	6,5

2.1.5 Конечная сдувка (спуск давления)

При конечной сдувке давление снижается с 0,6 до 0,2 Мпа (с 6 до 2 кгс/см²). За время конечной сдувки из котла уходит значительное количество SO₂: титр щелока снижается с 1,0 до 0,3% SO₂. Можно с небольшим приближением считать, что в конечный момент спуска давления в газовом пространстве котла не будет содержаться SO₂, а будет находиться только водяной пар. Давлению насыщенного пара 0,2 Мпа (2 кгс/см²), т.е. 0,30 Мпа (3,03 кгс/см²) абсолютного давления, отвечает температура около 133 ⁰С. Следовательно, будем считать, что в конце спуска давления температура содержимого в котле равна 133 ⁰С. Снижение температуры содержимого котла вызывает выделение водяного пара, уходящего с конечной сдувкой.

Если принять теплоемкость целлюлозы и органических растворенных веществ щелока равной 1,34 кДж/(кг • ⁰С), то при снижении температуры содержимого котла с 140 до 133⁰С выделяется всего тепла:

Средняя температура жидкости в котле за время конечной сдувки:

Этой температуре, по таблицам насыщенного пара, отвечает теплота испарения 2158,8 кДж/кг (515,6 ккал/кг). Следовательно, пара при конечной сдувке выделится:

Жидкости в котле в конце спуска давления будет

В щелоке после спуска давления останется SO₂

При конечной сдувке уходит из котла SO₂

Итоговый баланс конечной сдувки приведен в таб.2.4

Концентрация органических веществ в щелоке к моменту выдувки равна:

Таблица 2.4

Вещества	Находилось в котле к концу варки	Уходит с конечной сдувкой	Остается в котле к моменту выдувки
Жидкость (и пар), л (кг)	6549	89	6460
Целлюлоза, кг	880	---	880
Органические растворенные вещества, кг	810	---	810
SO2, кг	65	46	19
Na2O, кг	6,5	---	6,5

2.1.6 Выдувка

Во время выдувки избыточное давление падает со 196 кПа (с 2 кгс/см²) до 0 и температура соответственно с 133 до 100⁰С. За счет охлаждения содержимого котла выделяется тепла:

При среднем избыточном давлении (196 + 0) / 2 = 98 кПа или 199 кПа (2,03 кгс/см²) абсолютного давления теплота испарения равна 2205,3 кДж/кг.

Пара выделится 908626 / 2205,3 = 412 кг/т целлюлозы. Остается щелока в сцеже:

6460 - 412 = 6048 л/т целлюлозы.

Концентрация органических веществ в щелоке равна:

Количество SO₂, уходящего с парами вскипания, примем равным 50% от SO₂, содержащегося в щелоке, т.е. 19 * 0,5 = 9,5 кг. Остальные 19 - 9,5 = 9,5 кг SO₂ останутся в щелоке.

Таблица 2.5

Вещества	Приход
	Со щепой	С кислотой и перепускной жидкостью	С конденсатом пара	От химических реакций	Всего
Вода, л	1173	7420	180	---	8773
Древесина, кг	1760	---	---	---	1760
Органические вещества, кг - газообразные и летучие - растворенные	-	180	-	70 810	70 990
SO2, кг	---	519	---	---	519
Na2O, кг	---	66,8	---	---	66,8

Таблица 2.6

Вещества	Расход
	Со сдувочной и перепускной жидкостью	Со сдувочными газами	На химические реакции	С выдувочными газами	Осталось в сцеже	Всего
Вода, л	2194	119	---	412	6048	8773
Древесина, кг	---	---	880	---	880	1760
Органические вещества, кг - газообразные и летучие - растворенные	180	70 ---	---	---	810	70 990
SO2, кг	77	265	158	9,5	9,5	519
Na2O, кг	6,9	---	53,4	---	6,5	66,8

Общее количество сдувочной и перепускной жидкости, уходящей из котла, с учетом конденсата водяных паров составит:

Процент регенерации жидкости по отношению к количеству варочной кислоты в котле составит:

Общее количество SO₂, уходящего в регенерационную систему, равно:

целлюлозы.

Процент регенерации SO₂ (по отношению к количеству SO₂ в варочной кислоте):

Общий расход SO₂ на варку (химические реакции плюс потери в конечном щелоке) составит 158 + 19 = 177 кг/т целлюлозы, что эквивалентно 88,5 кг серы на 1 т целлюлозы.

Направив на улавливание 9,5 кг SO₂, выделяющегося из сцежи с парами вскипания, можно уменьшить расход серы до 84 кг/т целлюлозы.

2.2 Определение расхода пара на варку

Расход пара на варку может быть подсчитан теоретическим вычислением и суммированием тепловых затрат. Сделаем такой расчет на 1 варку, использовав данные, взятые при составлении материального баланса. Расчет будем вести отдельно для периода заварки (подъём до температуры 110⁰С и стоянки) и периода варки (подъёма температуры от 110⁰С до конечной и доварка на конечной температуре), так как расходы пара на заварку и варку обычно довольно сильно разнятся между собой.

Примем для расчета следующие данные:

Объём котла нетто, м³ ………………………………………………… 280

Площадь наружной поверхности кожуха, м² ………………………. 250

Средняя толщина стальной стенки, мм …………………………….. 36

Масса кожуха котла (с арматурой), т ……………………………... 75

Толщина тепловой изоляции, мм …………………………………... 50

Масса изоляционного слоя, т ……………………………………….. 10

Теплоемкость, кДж/кгс (л) ⁰С:

- абсолютно сухой древесины, целлюлозы и растворенных

- в щелоке органических веществ ……………………………………1,34

- варочной кислоты …………………………………………………....4,1

- стали ………………………………………………………………0,490

- тепловой изоляции …………………………………………………0,92

Средняя температура стального кожуха, ⁰С:

- в начале заварки …………………………………………………….70

- в конце заварки ………………………………………………………105

- в конце варки …………………………………………………………140

Средняя температура тепловой изоляции, ⁰С:

- в начале заварки …………………………………………………….…60

- в конце заварки ……………………………………………………….... 80

- в конце варки …………………………………………………………... 90

Начальная температура, ⁰С:

- щепы и влаги в ней (после загрузки с паровым уплотнением) ….. 80

- варочной кислоты (после смешения с перепускной жидкости) …… 55

- конденсата пара, оставшегося в котле после уплотнения

- щепы (при закачке в котел) …………………………………………90

По данным материального баланса:

Выход воздушно-сухой целлюлозы из котла, т …………………....26,0

Количество абсолютно сухой щепы, загружаемой в котел, кг

Количество влаги в щепе, кг …………………

Количество конденсата пара (при уплотнении щепы)

Количество закачиваемой кислоты (регенерационная кислота плюс перепускная жидкость), л ………………

Количество кислоты, спускаемой из котла при получении жидкости, л

Количество жидкости, спускаемой из котла при перепуске, л.

Режим варки:

Подъём температуры до 110 ⁰С ………………….. 2 ч

Стоянка на 110 ⁰С …………………………………. 2 ч

Подъём температуры от 110 до 140 ⁰С ………….. 1,5 ч

Доварка на 140 ⁰С ………………………………….. 1 ч

А. Период заварки (до 110 ⁰С). Расход тепла в период заварки слагается из ряда статей. Рассмотрим эти статьи.

1. Нагрев абсолютно сухой щепы и растворенных органических веществ.

Количество органических веществ, содержащихся в исходной варочной кислоте, составляет 180 кг/т целлюлозы (см. материальный баланс), или всего

Из них 11 кг/т или всего уходит со сдувочной жидкостью при средней температуре:

2. Нагрев влаги в щепе.

3. Нагрев конденсата пара парового уплотнителя.

4. Нагрев кислоты.

Получение жидкости начинается при температуре 80 ⁰С и заканчивается при 110 ⁰С, следовательно, средняя температура, до которой успевает нагреться спускаемая жидкость, равна 95 ⁰С. Остальное количество кислоты нагревается до 110 ⁰С.

кДж

5. Нагрев тепловой изоляции.

6. Нагрев кожуха котла.

7. Потери теплоотдачей в окружающую среду. Эти потери определим по формуле:

где K - общий коэффициент теплопередачи от содержимого котла окружающему воздуху, Вт/(м³ • ⁰С);

F - площадь наружной поверхности (250 м²);

t₁ - средняя температура кислоты за время подъёма температуры

(55 + 110) / 2 = 82,5⁰С;

ф₁ - продолжительность подъёма температуры (2 часа);

t₁¹ - температура кислоты в период стоянки (110⁰С);

t₂ - температура помещения (20⁰С);

ф₂ - продолжительность стоянки (2 часа).

Коэффициент теплопередачи определим по формуле:

где б₁ - коэффициент теплоотдачи от кислоты к обмуровке; принимаем

б₁ = 1200 Вт/м³ • ⁰С;

д₁ - толщина стальной стенки котла, равная 0,036 м;

- теплопроводность стальной стенки, равная 58 Вт/(м • ⁰С);

д₂ - толщина тепловой изоляции, равная 0,05 м;

л₂ - теплопроводность изоляции, равная 0,6 Вт/(м • ⁰С);

б₂ - коэффициент теплоотдачи от стенки котла в окружающую среду, представляющий собой сумму коэффициентов теплоотдачи конвекцие и излучением; его можно принять равным около 12 Вт/(м • ⁰С).

Получим:

8. Потери со сдувками.

Потери тепла со сдувками обусловлены парообразованием и теплом десорбции газообразного SO₂, уходящего из котла. Это тепло отнимается от содержимого котла и его необходимо восполнить за счет тепла свежего пара, вводимого в котел.

Во время заварки, когда температура в котле относительно низкая, парообразование при сдувках очень незначительно, так что практически с этой потерей можно не считаться. В период заварки со сдувками удаляется SO₂ 21,8 кг/т целлюлозы. Тепло десорбции его равно теплу абсорбции:

Суммируя все затраты тепла (в кДж) за время заварки, получим:

Нагрев щепы и органических веществ Q₁ ………………….. 2137086

Нагрев влаги в щепе Q₂ ……………………………………….. 3833599

Нагрев конденсата пара парового уплотнителя Q₃ ……….. 439112

Нагрев кислоты Q₄ ……………………………………………… 43741044

Нагрев изоляции Q₅ …………………………………………… 184000

Нагрев кожуха котла Q₆ ……………………………………… 1286250

Потери тепла теплоотдачей Q₇ ……………………………… 587563

Потери со сдувками Q₈ ………………………………………. 274544

Итого Q_{заварки} ……………………………… 52483198

Примем, что свежий пар поступает в подогреватель при избыточном давлении 0,8 Мпа и температура перегрева 210 ⁰С; теплосодержание такого пара равно 2890 кДж/кг. Температуру конденсата примем 150 ⁰С.

Расход пара на заварку будет равен:

или на 1 т воздушно-сухой целлюлозы

Б. Период варки (от 110 до 140 ⁰С). Рассмотрим статьи расхода тепла в период варки.

1. Нагрев щепы (целлюлозы) и органических растворенных веществ.

Во время перепуска жидкости, который проводится в период от 112 до 116⁰С, уходит органических растворенных веществ 169 кг/т целлюлозы, или всего 169 Ч 26 = 4394 кг. Средняя температура, до которой они успевают нагреться, будет (112 + 116) : 2 = 114 ⁰С. Остальное количество органических веществ древесины в виде волокна и растворенных веществ нагревается до 140⁰С.

2. Нагрев влаги, содержащейся в щепе. На нагрев влаги расходуется:

3. Нагрев конденсата парового уплотнителя.

4. Нагрев кислоты.

С перепускной жидкостью при средней температуре 114 ⁰С уходит из котла 45630 л кислоты. Остальное её количество нагреется до 140 ⁰С.

5. Нагрев изоляционного слоя.

6. Нагрев стального кожуха котла.

7. Потери теплоотдачей в окружающую среду. Эти потери определим по формуле:



где K - общий коэффициент теплопередачи от содержимого котла окружающему

воздуху, Вт/(м³ • ⁰С); К = 5,95 Вт/(м • ⁰С), (расчет смотри выше);

F - площадь наружной поверхности (250 м²);

t₁ - средняя температура кислоты за время подъёма температуры

(110 + 140) / 2 = 125 ⁰С;

ф₁ - продолжительность подъёма температуры (1,5 часа);

t₁¹ - температура конечной стоянки (140⁰С);

t₂ - температура помещения (20⁰С);

ф₂ - продолжительность стоянки (1 час).

Получим:

8. Потери со сдувками.

Согласно расчёту материального баланса (см. выше) со сдувками в период варки уходит 30 кг/т целлюлозы или всего

Во время подъёма температуры сдувка начинается при 116 ⁰С и продолжается 1 час, средняя температура для этого периода равна (116 + 140) : 2 = 128 ⁰С. Скрытая теплота парообразования при 128 ⁰С равна 2180 кДж/кг. Тепло десорбции 197 кг SO₂, выделяющихся со сдувками в виде газа, определено равным 31,0 Ч 1000 Ч 197 : 64 = 95422 кДж. Следовательно, потери тепла составят:

Суммируя все затраты тепла (в кДж) за время заварки, получим:

Нагрев щепы и органических веществ Q₁ ………………….. 1864158

Нагрев влаги в щепе Q₂ ……………………………………….. 3833599

Нагрев конденсата пара парового уплотнителя Q₃ ……….. 658668

Нагрев кислоты Q₄ ……………………………………………17844372

Нагрев изоляции Q₅ …………………………………………… 92000

Нагрев кожуха котла Q₆ ……………………………………… 1286250

Потери тепла теплоотдачей Q₇ ……………………………… 412781

Потери со сдувками Q₈ ………………………………………. 4181372

Итого Q_варки ………………………………... 30173200

Расход пара (тех же параметров, что и для заварки) будет равен:

или на 1 тонну воздушно сухой целлюлозы:

Общий теоретический расход пара на заварку и варку составит:

целлюлозы.

Фактический расход пара за счет потерь в паропроводах на теплоотдачу и утечки примем на 5% больше: целлюлозы.

Вместе с расходом пара на уплотнение щепы (200 кг/т) общий расход пара в варочном цехе составит: или 1,67 т/т целлюлозы.

Часовые расходы пара в периоды заварки и варки с учетом потерь в паропроводах составят:

- в период заварки:

- в период варки:

В таб. 2.7 приведена полная сводка расхода тепла на заварку и варку с указанием относительной доли отдельных затрат.

Таблица 2.7

№ п/п	Статьи расхода	Расход тепла, кДж	Доля от общего расхода тепла, %
		на заварку	на варку	всего
1	Нагрев щепы и органических веществ щелока	2137086	1864158	4001244	4,8
2	Нагрев влаги в щепе	3833599	3833599	76667198	9,3
3	Нагрев конденсата	439112	658668	1097780	1,3
4	Нагрев кислоты	43741044	17844372	61585416	74,5
5	Нагрев изоляции	184000	92000	276000	0,3
6	Нагрев кожуха котла	1286250	1286250	2572500	3,2
7	Потери теплоотдачей	587563	412781	1000344	1,2
8	Потери тепла со сдувками	274544	4181372	4455916	5,4
	Итого	52483198	30173200	82656398	100

3. Техническая часть

3.1 Технические требования на целлюлозу

Таблица 3.1. Марка бумаги

Марка бумаги-основы	Марка двухслойной водонепроницаемой упаковочной бумаги	Назначение двухслойной водонепроницаемой упаковочной бумаги
Г	ДГ	Для упаковывания кордной ткани, товаров бытовой техники, мебели, изделий ширпотреба, продукции целлюлозно-бумажной промышленности и др.

Таблица 3.2. Показатели качества бумаги

Наименование показателя	Г первый сорт	ДГ первый сорт	Метод испытания
1. Масса бумаги площадью 1 м2, г	80,0 ±5,0	220 ±20	По ГОСТ 13199
2. Абсолютное сопротивление продавливанию, кПа, (кгс/см2), не менее	130 (1,3)	200 (2,0)	По ГОСТ 13525.8
3. Воздухопроницаемость, см3/мин, не более	800	-	По ГОСТ 13525.14
4. Степень проклейки, мм, не менее	1,6	-	По ГОСТ 8049
5. Влажность, %	-		По ГОСТ 13525.19
6. Водонепроницаемость по методу коробочек, ч, не менее	-	2,0	По ГОСТ 2228, разд. 4

3.2 Исходные данные для расчета

Таблица 3.3

Наименование показателей	Единица измерения	Обозначение	Величина показателя
Вид целлюлозы
Порода древесины			Ель
Производительность установки	т/сут в.с.ц.	G	234
Оборот котла	ч	ф	8
Выход целлюлозы из древесины	%	В	46
Насыпная плотность щепы	кг/м3	с1	130
Средняя плотность древесины	кг/м3	с2	409
Относительная влажность щепы	%	W	36
Расход активной щёлочи на варку,ед.Na2O	%	А	18
Степень сульфидности щёлока	%	S	25
Степень каустизации белого щёлока	%	К	85
Степень восстановления белого щёлока	%	R	95
Концентрация акт. Щёлочи, ед. Na2O	кг/м3	сl	108
Концентрация чёрного щёлока на варку	%	с2	14
Плотность чёрного щёлока	кг/м3	с 3	1075
Концентрация крепкого чёрного щёлока	%	с3	18
Плотность крепкого чёрного щёлока	кг/м3	с 4	1080
Плотность белого щёлока	кг/м3	с 5	1011
Гидромодуль варки		ГМ	4
Температура пропарки	°С	tПР	50
Температура варки	°С	tB	140
Степень объемного заполнения	пл. м3/м3	a	0,42

3.3 Определение расхода загружаемой щепы и закачиваемых щелоков

Количество абсолютно - сухой щепы, загружаемой в котёл на варку:

где В - выход целлюлозы из древесины, %

Количество воды, поступающей на варку со щепой:

Где W - относительная влажность щепы, %

Общее количество жидкости в котле:



Где ГМ - гидромодуль варки

Количество активной щёлочи, задаваемой с белым щёлоком на варку:

где А - расход активной щелочи на варку, ед.Na₂O, %

Объём белого щёлока, закачанного на варку:

где С₁ - концентрация активной щёлочи, ед., кг/м³

Объём чёрного щёлока закачанного на варку:

3.4 Расчёт и подбор оборудования варочного отдела

3.4.1 Определение необходимого количества варочных котлов

Количество абсолютно-сухой древесины на 1 м³ котла:

где с ₂ - средняя плотность древесины, кг/м³

а - степень объемного заполнения котла, пл. м³/м³

Выход абсолютно-сухой целлюлозы с 1 м³ к3отла:



где В - выход целлюлозы из древесины, %

Выход воздушно-сухой целлюлозы с 1 м³ котла:

где 0,88 - коэффициент сухости воздушно-сухой целлюлозы;

Выход воздушно-сухой целлюлозы из котла за одну варку:

где V_K - объем котла, м³

Суточная производительность варочного котла:

где ф - время одной варки, ч.

Количество варочных котлов:

N = G / Gк.сут. = 660 / 86,2 = 8 шт.,

где G - производительность установки, т/сут в.с.ц.

3.4.2 Выбор циркуляционных насосов варочных котлов

Необходимая производительность циркуляционного насоса определяется количеством залитой в котёл жидкости и кратностью циркуляции. В свою очередь интенсивность циркуляции определяется требуемой скоростью нагрева содержимого варочного котла. Для заданных условий варки примем кратность циркуляции, равной 8 [1, стр. 304].

Объём варочного щёлока, циркулирующего в системе:

Производительность циркуляционного насоса равна:

Выбираем осевой циркуляционный насос ХРО1600/24-К,Е-СД с частотой вращения n = 960 c ^-1, расходом гидросмеси 1600 м³/ч, напором Н = 24 м и КПД ? = 0,72.

Мощность на валу электродвигателя:

где V_Ц.Н. - расход гидросмеси, м³/ч

г - плотность жидкости, кг/м³

Н - напор, создаваемый насосом, м

з - КПД насоса, %

3.4.3 Выбор теплообменника

Характеристики насыщенного водяного пара и его конденсата:

- температура насыщения, t_S - 180?C

- теплота парообразования, r_t - 1990 кДж/кг

- плотность конденсата, с_к - 879 кг/м³

- вязкость конденсата, м_к - 0,145?10^-3 Па?с

- теплоёмкость конденсата, С_к - 4,47?10³ Дж/кг?С

- теплопроводность конденсата, л_к - 0,67 Вт/м?С

Характеристики прокачиваемого щёлока (при температуре 140 ?С):

- плотность щёлока, с_щ - 1100 кг/м³

- теплоёмкость щёлока, С_щ - 3,82?10³ Дж/кг?С

- вязкость щёлока, м_щ - 0,48?10^-3 Па?с

- теплопроводность щёлока, л_щ - 0,62 Вт/м?С

Определим тепловую нагрузку подогревателя:

Пусть температура жидкости после однократного прохода через подогреватель поднимется на 5?С, соответственно, для конечной температуры, равной 155?С.

Тогда начальная температура жидкости будет равна:

Масса нагреваемой жидкости соответствует производительности насоса:

Тогда тепловая нагрузка будет равна:

Расход пара, затрачиваемый на нагрев щёлока, равен:

Принимаем к установке вертикальный двухходовой кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой с параметрами:

- площадь поверхности теплообмена, F_Т/О = 120 м²

- длина теплообменных труб, L_тр = 6 м

- диаметр теплообменных труб, d_тр = 25x2 мм

- давление в корпусе, P_к = 1,2 Мпа

- давление в трубном пространстве, P_тр = 1,6 Мпа

- диаметр кожуха, D_Т/О = 1200 мм

3.5 Конструктивный расчёт

3.5.1 Толщина обечайки

Толщина стенки сферической обечайки:

Принимаем толщину обечайки S_cR = 36 мм

Толщина стенки конической обечайки:

где []_д = 146 Мпа - допускаемое напряжение,

= 0,8 - коэффициент ослабления из-за сварного шва,

С_к = 0,001 м - поправка на коррозию.

Принимаем толщину обечайки S_кR = 22 мм.

Суммарную толщину обечайки днища и аппарата - принимаем

равную 22 мм.

3.5.2 Определение поверхности заборного сита

Площадь заборного сита:

где V - производительность циркуляционного насоса, м³/ч

х - скорость прохождения варочного реагента через отверстия сита, м/с

Общая площадь заборного сита:

где k - коэффициент перфорации сита

Высота перфорированной части сита:

где D_C - внутренний диаметр сита, м.

3.5.3 Расчёт и выбор штуцеров

Диаметр штуцеров рассчитывается по формуле:

d = ,

где G - массовый расход теплоносителя,

- плотность теплоносителя,

w - скорость движения теплоносителя в штуцере.

Принимаем скорость жидкости в штуцере w = 1 м/с, а для газовой смеси w = 25 м/с, тогда:

диаметр штуцера для входа и выхода гидросмеси:

принимаем d_гидро. = 20 мм.

Диаметр штуцера для входа и выхода газовой смеси:

принимаем d_газо. = 400 мм.

4. Автоматизация

4.1 Обоснование необходимости автоматизации объекта

Данный варочный котёл периодического действия установлен на ОАО Сясьский ЦБК. Для варки используется исключительно ель. Варка сульфитного типа. Данный котёл имеет локальную систему автоматизации. Цель данной работы разработать для данного котла систему автоматизации на основе ПТК.

Для упрощения работы, повышения качества продукции и надёжности оборудования необходимо установить систему автоматизации с ПТК. Также для достижения экономии химикатов нужно увеличить количество щепы в котле. Чтобы повысить качество вырабатываемого продукта следует повысить температуру, если это возможно. В результате этого уменьшится вероятность не провара щепы в котле. Для повышения надёжности нужно следить за состоянием сварных швов самого котла и за влиянием коррозии в результате агрессивности среды. Также система автоматизации позволит сократить количество работников в цехе и повысить их квалификацию.