II. Расчетная часть

I. Расчет материального баланса варки.

Для наглядного представления о коэффициентах и показателях, связанных с процессом сульфатной варки, рассчитаем материальный баланс предгидролизной сульфатной варки вискозной целлюлозы в биметаллическом котле объемом 140 м³.

Допустим, что варка ведется с непрямым обогревом и принудительной циркуляцией щелока. Сырьем служит сосновая балансовая щепа влажностью 30 %. Примем следующие основные данные для расчета.

Выход целлюлозы из древесины, % ………………………………………………35

Расход активной щелочи в единицах Na₂O по отношению к массе абс.

сухой древесины, % ………………………………………………………………..18

Общее количество жидкости в котле (с учетом влаги щепы) на 1 м³ котла, дм³ ………………………………………………………………………………………550

Концентрация активной Na₂O в белом щелоке, кг/м³…………………………. 100

Плотность заливаемого в котел черного щелока (при 15 °С), г/см³…………...1,09

Степень объемного заполнения котла щепой, пл. м³/м³………………………. 0,38

1. Загрузка щепы и заливка щелоков.

Примем количество абсолютно сухой древесины, загружаемой в 1 м³ котла, равным 170 кг. [1 – ст.235]

Выход целлюлозы из 1 м³ котла:

абсолютно сухой - 170 * 0,35 = 59,5 кг,

воздушно-сухой – 59,5 : 0,88 = 68 кг.

Выход воздушно-сухой целлюлозы из котла за одну варку

68 * 140 = 9520 кг.

На 1 т воздушно-сухой целлюлозы, получаемой из котла (880 кг абсолютно сухой), в котел необходимо загрузить абсолютно сухой древесины

880 : 0,35 = 2514 кг.

С древесиной в котел поступит воды

2514 * 30 : 70 = 2514 * 0,43 = 1081 кг.

На 1 м³ котла поступит воды со щепой

170 * 30 : 70 = 73 дм³

Объем белых и черных щелоков, заливаемых на 1 м³ котла, будет равен

550 – 73 = 477 дм³

или 47,7 % от объема котла. На 1 т воздушно-сухой целлюлозы будет залито щелоков

477 * (1000 : 68) = 7015 дм³

Расход активной щелочи в единицах Na₂O на 1 т целлюлозы должен составить

2514 * 0,18 = 453 кг.

Объем заливаемых белых щелоков:

453 : 100 = 4,53 м³, или 4530 дм³,

что составит

(4530 : 7015) * 100 = 64,6 % от общего количества щелоков.

Объем черных щелоков (по разности):

7015 – 4530 = 2485 дм³, или (2485 : 7015) * 100 = 35,4 % от общего количества.

Для расчета состава белых щелоков примем следующие соотношения; степень сульфидности 0,25, степень каустизации 0,88, степень восстановления 0,92. Соответствующий этим соотношениям состав белого щелока приведен

в таблице 1.

Таблица 1.

Компоненты	Состав белого щелока, кг/м3
	в единицах Na2O	в собственных единицах
NaOH	100 * 0,75 = 75	75 * (80 / 62) = 96,8
Na2S	100 * 0,25 = 25	25 * (78 / 62) = 31,5
Na2CO3	75 * (0,12 / 0,88) = 10,2	10,2 * (106 / 62) = 17,4
Na2SO4	25 * (0,08 / 0,92) = 2,2	2,2 * (142 / 62) = 5,0
Всего	112,4	150,7

Степень активности щелока:

110,0 : 112,4 = 0,89.

Следовательно, всей Na₂O поступит в котел с белым щелоком

453 : 112,4 = 509 кг.

Коэффициент пересчета единиц Na₂O в собственные единицы натриевых соединений равен

150,7 : 112,4 = 1,34.

Тогда количество минеральных солей, поступающих в котел с белым щелоком, составит

509 * 1,34 = 682 кг.

Наличие в белом щелоке других минеральных солей, кроме Na₂S, Na₂CO₃ и Na₂SO₄, можно не принимать во внимание.

С черным щелоком плотностью 1,09 (при 15 °С) поступит в котел сухих веществ:

2485 * 0,2514 = 625 кг.

Примем, что сухой остаток черного щелока состоит из 70 % органических веществ и 30 % минеральных. Вводим с черным щелоком: органических веществ 625 * 0,70 = 437,5 кг; минеральных веществ 625 * 0,30 = 187,5 кг. Содержание щелочи в минеральной части черного щелока принимаем таким же, как и для белого; таким образом, в черном щелоке будет содержаться всей Na₂0 187,5 : 1,34 = 140 кг.

В табл. 2. подсчитано общее количество веществ, поступающих в котел при загрузке щепы и закачке щелока на 1 т воздушно-сухой целлюлозы.

Таблица 2.

Вещества, загруженные в котел	Поступило в котел
	со щепой	с белым щелоком	с черным щелоком	всего
Вода, кг (дм3)	1081	4530	2485	8096
Органические вещества, кг: древесины растворенные в черном щелоке	2514 -	- -	- 437,5	2514 437,5
Минеральные вещества	-	682	187,5	869,5
Всего	3595	5212	3110	11917
В том числе всей Na2O, кг	-	509	140	649