Проект выпарного цеха производительностью 800 т/сутки целлюлозы по варке

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

http: ///

http: ///

Тема: «Проект выпарного цеха производительностью 800 т/сутки целлюлозы по варке»

СОДЕРЖАНИЕ

1 Общая часть

1.1 Современные технологии, применяемые при выпаривании чёрного щёлока

1.2 Требования, предъявляемые к чёрному щёлоку

2 Специальная часть

2.1 Технологические основы выпарки

2.2 Выбор, обоснование, описание схемы выпаривания чёрного щёлока

2.3 Расчёт материального баланса

2.4 Расчёт теплового баланса

2.5 Расчёт поверхности теплообмена при выпаривании

2.6 Расчёт основных показателей выпарки

2.7 Расчёт, описание основного и вспомогательного оборудования выпарной станции

3 Организация производства

3.1 Организация технологической службы в цехе выпарки

3.2 Организация промышленной экологии в выпарном цехе

4 Экономическая часть

4.1 Расчёт себестоимости чёрного щёлока

4.2 Технико-экономические показатели

5 Мероприятия по техника безопасности и пожарной безопасности

5.1 Основные мероприятия по технике безопасности в цехе выпарки

5.2 Возможные опасности, влияющие на организм человека

Список литературы

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Современные технологии, применяемые при выпаривании чёрного щёлока

В настоящее время сульфатный способ производства целлюлозы занимает ведущее место в мире и продолжает быстро развиваться, несмотря на настоятельную необходимость решения проблем, связанных с защитой окружающей среды.

Регенерация отработанного чёрного щёлока, образующегося после варки целлюлозы СФА--способом, позволяет возвратить для повторного использования около 85--90% химикатов, затрачиваемых на варку.

Процесс регенерации позволяет в максимальной степени восстановить для повторного использования, содержащиеся в чёрном щёлоке минеральные соединения (в основном соли натрия) и использовать его органическую часть для получения вторичного тепла при сжигании щёлока в топке СРК. Осуществление процесса регенерации чёрного щёлока способствует значительному снижению себестоимости полуфабриката и степени загрязнения окружающей среды.

Процесс регенерации, имеющий целью возвратить полезные химикаты для повторного использования на варку целлюлозы--это выпаривание воды из слабого чёрного щёлока с начальной концентрацией 12--15% до 50--65% абсолютно сухого вещества (а.с.в.) на многокорпусных вакуум-выпарных станциях.

В процессе сжигания в топке содорегенерационного агрегата органическая часть сухого вещества чёрного щёлока сгорает до простейших газообразных продуктов (СО2; Н2О и т. п.), а минеральная часть превращается в расплавленный остаток или плав. В топку на сжигание будет поступать несколько меньшее количество органических и минеральных веществ, вследствие потерь при варке, промывке и выпарке. Плав разбавляется слабым белым щёлоком, превращается в крепкий зелёный щёлок.

Полученный после растворения плава зелёный щёлок в сульфатцеллюлозном производстве подвергается каустизации известью с целью превращения карбоната натрия в активный гидроксид натрия. Реакция каустизации обратима и никогда не доходит до конца.

Na2CO3 + Ca (OH)2 2NaOH + CACO3

Выпаривание является первой и основной стадией регенерации сульфатных щелоков. От этого процесса во многом зависит дальнейшая эффективная работа отделов содорегенерации и каустизации.

Для выпарки сульфатных и натронных щелоков применяются вертикальные выпарные аппараты плёночного типа с длинными трубками. По устройству их можно разделить на одно-, двух- и трёхходовые, по принципу действия -- на аппараты с восходящей и падающей плёнкой.

В составе современных мощных выпарных станций применяют выпарные аппараты плёночного типа. Для увеличения коэффициента теплопередачи, плёночные выпарные аппараты выполняются двухходовыми. Выпарные аппараты с падающей плёнкой появились сравнительно недавно. Опыт эксплуатации аппаратов с падающей плёнкой пока невелик, но изготовители их утверждают, что они обеспечивают более высокий коэффициент теплопередачи, чем нормальные аппараты с восходящей плёнкой.

При выпарке щёлока до высоких концентраций (60--65% сухого вещества) на современных предприятиях используют плёночные аппараты с принудительной циркуляцией.

Основными путями повышения производительности труда являются: усовершенствование организации и технологии производства, а также механизация производственного процесса. Высшей формой механизации является автоматизация. Эти основные направления тесно связаны между собой.

Внедрение автоматики повышает качество продукта, облегчает условия труда, сводит к минимуму участие человека в производственном процессе, даёт экономию в расходовании пара, энергии, химикатов.

Высшей формой автоматизации является создание выпарных станций --автоматов, когда всё управление и регулирование происходит автоматически.

На таких станциях роль выпарщика сводится к управлению режимом с помощью технических средств и осуществлению основных распорядительных действий.

Главным для современной выпарной станции является производство щёлока с высоким содержанием сухого вещества, для уменьшения выбросов SO2 из СРК. Кроме того, это следует обеспечить с минимальным расходом энергии и без стоков.

Энергетическая эффективность и производительность целлюлозных заводов может быть увеличена путём повышения содержания сухого вещества в поступающем на сжигание щёлоке.

Большая часть новых выпарных установок обеспечивает содержание сухого вещества в пределах 70--75%. Высокое содержание сухого вещества уменьшает количество образующихся дымовых газов по отношению к высвобождающемуся объёму тепла, что приводит к повышению температуры в нижней части топки и уменьшению количества дымовых газов.

Высокое содержание сухого вещества улучшает тепловую экономичность содорегенерационного котла и позволяет осуществлять в новых котлах предварительный нагрев воды при помощи КР — подогревателя, что приводит к экономии электроэнергии и повышению эффективности работы оборудования. В этом случае сочетание вертикальной воздушной системы и высокого содержания сухого вещества даёт наилучший результат, благодаря требуемому при такой технологии сжигания малому количеству избыточного воздуха.

1.2 Требования, предъявляемые к чёрному щёлоку

Таблица 1

Наименование

Качественные показатели по ГОСТ, ОСТ или ТУ

1.

Слабый фильтрованный чёрный щёлок, поступающий из варочного цеха:

а) плотность при t = 15 С, г/см3, не менее

б) массовая доля сухих веществ, %

в) массовая доля остаточной эффективной щёлочи в Na2O, г/дм3

г) содержание свободного сульфата натрия, г/дм3, не более

1,075

16

4--10

5

2.

Упаренный чёрный щёлок для переработки на концентраторах:

а) массовая доля (содержание) сухих веществ, % а.с.в., не менее

б) температура, С, не менее

в) плотность при 100 С, кг/дм3

г) содержание мыла, % а.с.в.

52

108

1,245

до 1,8

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Технологические основы выпарки

Выпаривание -- это процесс концентрирования растворов твёрдых нелетучих веществ путём частичного испарения растворителя при кипении жидкости, т. е. когда давление пара над раствором равно давлению в рабочем объёме аппарата.

Аппараты, в которых проводится выпаривание, называются выпарными аппаратами.

В качестве теплоносителей при выпаривании применяют главным образом водяной пар, который передаёт тепло кипящему раствору через разделяющую их стенку. Этот пар называют первичным, или греющим паром, а пар, образующийся при испарении растворителя -- вторичным, или соковым.

Установка, предназначенная для проведения выпаривания, называется выпаркой.

Выпаривание является единственным методом концентрации растворов. Сущность его заключается в том, что к кипящему раствору продолжают подводить пар, а образующийся соковый пар непрерывно отводят. При этом количество растворителя убывает, а концентрация раствора увеличивается.

По способу питания выпарные станции разделяются на прямоточные, противоточные, смешанные и прямоточно-смешанные. Во всех случаях пар подают в первый корпус или в первый и второй корпуса.

Первым корпусом считается крайний корпус, питающийся свежим паром. При прямоточном способе питания последовательность перехода щёлока и пара определяется следующей схемой:

Слабый щёлок подаётся в первый корпус. Затем вследствие перепада давления щёлока, переходит во второй корпус, и так до последнего корпуса, независимо от их числа.

Греющий пар подают также в первый корпус. Соковый пар проходит вслед за щёлоком все корпуса и попадает на конденсационные установки.

При противоточной системе слабый щёлок подаётся в последний корпус и движется навстречу соковому пару к первому корпусу.

Прямоточная и противоточная система используются в основном на станциях погружённого типа с малым числом корпусов. Выгодным вариантом, соединяющим в себе в известной мере преимущества прямоточной (самоиспарение) и противоточной (большие перепады температур) систем, является смешанная система питания. Большинство современных станций плёночного типа работают по этой системе.

При смешанной системе, движение щёлока по корпусам может быть самым различным.

Во всех схемах, кроме прямотока, ощущается недостаток вторичного пара из первого корпуса, так как он работает на щёлоке с повышенной плотностью. Недостаток вторичного пара из первого корпуса ведёт к снижению интенсивности работы всей станции. В последних конструкциях станций этот недостаток учитывается, и первые два корпуса 1а и 1б работают сдвоено, как один корпус. Пар подаётся в 1а и 1б корпуса; это увеличивает поверхность нагрева и устраняет дефицит сокового пара для последующих корпусов. Сдвоенный первый корпус применяется как на шести-, так и на семикорпусных установках, работающих по смешанной системе движения щёлока.

2.2 Выбор, обоснование, описание схемы выпаривания чёрного щёлока

Фильтрация щёлока.

Фильтрация слабого чёрного щёлока от мелкого волокна и взвешенных веществ осуществляется на центрифильтре и сортировках. Содержание волокна должно быть не более 30 мг/ дм 3.

Схема извлечения и сбора сульфатного мыла.

Применяется метод выделения сульфатного мыла отстаиванием чёрных щелоков: периодическое отстаивание мыла с укреплённых щелоков при плотности 1,10 1,12 г/см 3.

Отстойное оборудование состоит из баков отстаивания укреплённого чёрного щёлока: 1, 2 и 3 баков сульфатного мыла. После смесителя укреплённый чёрный щёлок распределяется по бакам 1, 2, 3 и 4, в которых он периодически отстаивается. Слив выделившегося на поверхности щёлока мыла, осуществляется через вертикальные желоба, путём поднятия уровня щёлока в баке. Отстоянный щёлок подаётся на выпарные аппараты для дальнейшего упаривания.

Отделённое мыло, из баков 1, 2 и 3 собирается в баках--сборниках. Мыло из баков насосами перегоняется по трубопроводу в цех лесохимии для дальнейшей переработки в таловое масло.

Движение щёлока.

Слабый щёлок из варочно--промывного цеха, с содержанием сухого вещества не менее 16%, поступает в смеситель, в котором смешивается со щёлоком концентрацией 52%, подаваемым с выпарной станции, до образования питательного щёлока с содержанием сухих веществ 22−24%. После этого, питательный щёлок подаётся в ёмкости через промежуточный бак, в котором производится съём сульфатного мыла. Далее щёлок направляется на выпарную установку в аппарат № 4. Щёлок поступает с концентрацией 22−24% и температурой 90 С. Расход щёлока составляет 360 ± 5 м 3/час. Питательный щелок поступает в нижнюю часть щелоковой камеры выпарного аппарата № 4 и проходит по кипятильным трубкам снизу вверх. За счет тепла греющего пара щелок в трубках выкипает. В сепараторе щелок отделяется от вторичного (сокового) пара, собирается в кармане и самотеком по трубе уходит в нижнюю часть щелоковой камеры выпарного аппарата № 5.

В выпарном аппарате № 5 щелок проходит по кипятильным трубкам снизу вверх. В сепараторе щелок отделяется от вторичного (сокового) пара, собирается в кармане и самотеком по трубе уходит в нижнюю часть щелоковой камеры выпарного аппарата № 6.

В выпарном аппарате № 6 щелок проходит по кипятильным трубкам снизу вверх и за счет тепла греющего пара щелок в трубках вскипает. В сепараторе щелок отделяется от вторичного (сокового) пара, собирается в кармане и самотеком по трубе подается на всасывающий патрубок насоса, который прокачивает щелок через встроенный подогреватель в выпарной аппарат № 3.

В выпарном аппарате № 3 щёлок внутри корпуса проходит по кипятильным трубкам снизу вверх. За счёт тепла греющего пара, щёлок в трубах вскипает. В сепараторе щёлок отделяется от вторичного (сокового) пара, собирается в кармане и самотёком по трубе подаётся на всасывающий патрубок насоса, который прокачивает щёлок через встроенный подогреватель в выпарной аппарат № 2, затем в выпарной аппарат № 1.

Из выпарного аппарата № 1 щёлок самотёком подаётся по трубе на всасывающий патрубок насоса, который откачивает щёлок на доупаривание.

Движение греющего пара.

Свежий пар подаётся с ТЭЦ. Пар, отдавая своё тепло через стенки трубок щёлоку, конденсируется. Образовавшийся конденсат собирается в нижней части и отводится из выпарного аппарата. Свежий пар не вступает в непосредственный контакт с чёрным щёлоком и поэтому его конденсат называется чистым. Чистый конденсат, пройдя через испарители чистого конденсата, откачивается насосами в химцех ТЭЦ. Тепло от свежего пара через стенки трубок нагревает щёлок и по мере прохождения через выпарной аппарат щёлок вскипает. Образуется пар, который называется вторичным (соковым). Вторичный пар из 1-го выпарного аппарата подаётся в межтрубное пространство 2-го выпарного аппарата в качестве греющего пара.

Вторичный пар из 2-го выпарного аппарата является греющим паром 3-го выпарного аппарата, вторичный пар из 3-го выпарного аппарата является греющим паром 4-го выпарного аппарата, вторичный пар из 4-го выпарного аппарата является греющим паром 5-го выпарного аппарата, а вторичный пар из 5-го выпарного аппарата является греющим паром 6-го выпарного аппарата. Соковый пар 6-го выпарного аппарата поступает в межтрубное пространство поверхностного конденсатора. Соковый пар соприкасаясь с холодными стенками трубок, нагревает воду подаваемую внутрь трубок, водяные пары конденсируются и конденсат стекает в нижнюю часть межтрубного пространства и отводится.

Несконденсированные газы уходят из поверхностного конденсатора № 1 на поверхностный конденсатор № 2, туда же поступают газы через газооттяжки выпарных аппаратов. Газы поступают в межтрубное пространство, а в трубное --вода.

Конденсат из нижней части межтрубного пространства уходит в сборник грязного конденсата, а не сконденсировавшиеся газы отсасываются пароэжекторным вакуумным насосом.

Движение конденсата.

Чистый конденсат образуется в выпарном аппарате № 1 при конденсации свежего пара. Чистый конденсат выпарного аппарата № 1 стекает по стенкам трубок и собирается в нижней части выпарного аппарата и по отдельному трубопроводу подаётся в испаритель чистого конденсата.

В результате нагрева и последующего вскипания чёрного щёлока образуется пар, в состав которого кроме водяного пара входят капельки щёлока и при последующей конденсации образуется грязный конденсат.

Конденсат из 2, 3, 4, 5 и 6 корпусов пропускается последовательно и сбрасывается в сборник грязного конденсата.

Система отвода неконденсируемых газов.

Совместно со свежим паром в выпарные аппараты № 1 поступает небольшое количество неконденсируемых газов, а именно, воздуха. Удаление этих газов происходит через газооттяжки в трубопровод вторичного пара.

При кипении чёрного щёлока вместе с водяным паром из щёлока выделяются и неконденсируемые газы. К ним относятся--сероводород (H2S), метилмеркаптан (ММ), диметилсульфид (ДМС), метанол.

Из выпарных аппаратов через газооттяжки поступают на поверхностный конденсатор № 2, где конденсируется только водяной пар, а неконденсируемые газы отсасываются пароэжекторным вакуум--насосом и отводятся в барометрический приямок, а из приямка отсасываются эжектором через гидрозатвора на сжигатель дурнопахнущих газов лесохимического производства.

2.3 Расчёт материального баланса

Производительность варочно-промывного цеха 800 тонн целлюлозы по варке.

Количество чёрного щёлока, получаемого после промывки целлюлозной массы, составляет 10 м3/т воздушно сухой целлюлозы.

Для расчёта плотности поступающего чёрного щёлока используем формулу:

= 1000(1−0,5(b/100)), кг/м3,

где — плотность чёрного щёлока, кг/м3,

b — концентрация сухого остатка в щёлоке, %.

r = 1000(1−0,5(14/100)) = 1075 кг/м3.

Масса щёлока, поступающего на выпарку:

m = V, кг,

где m- масса чёрного щёлока, получаемого после промывки 1тонны воздушно-сухой целлюлозы, кг;

— плотность чёрного щёлока, поступающего на выпарку при концентрации 14% а.с.в., кг/м3;

V — объём чёрного щёлока, получаемого после промывки 1 тонны в.с. целлюлозы, м3.

m = 107 510 = 10 750 кг

80 010,75 = 8600 т = 8 600 000 кг

8 600 000/24 = 358 333 кг/ч или часовая производительность по чёрному щёлоку 360 т/час.

Для расчёта принимаем производительность выпарной установки по щёлоку 360 т/ч.

Таблица 2

Параметры

Условное обозначение

Величина параметра

Производительность щёлока

G0

360 т/ч

Начальная концентрация

X0

20%

Конечная концентрация

Xк

52%

Температура пара

141?C

Движение щёлока по корпусам

4−5-6−3-2−1

1. Общее количество испаряемой воды определяем по: [ 3, стр. 233]

, кг/с, (1) ,

где W--количество испаряемой воды, кг/с;

G0--количество выпариваемого раствора, т/ч;

0 -начальная концентрация раствора;

n--концентрация раствора на выходе.

20

W = 360 1 53 = 224,15 т/ч = 224 150 кг/ч = 62,26 кг/с

Wi 62,26

Wi = n = 6 = 10,377 кг/с

1. Для расчёта коэффициентов теплопередачи задаёмся ориентировочным значением удельного паросъёма Wуд. , характерным для плёночных аппаратов.

Wуд. =17,5 кг/м2

Тогда поверхность каждого аппарата

Wi

Fi = Wуд. n, м2

224 150

F = 17,5 6 = 2135 м2

Выбираем трубчатый выпарной аппарат плёночного типа с числом трубок n=1250; d=56?2,5 мм; h=9,0 м.

Для распределения общего количества испаряемой воды по корпусам принимаем:

W1: W2:W3:W4:W5:W6 =1: 0,9:0,84:0,9:0,99:1

Тогда количество испаряемой воды по корпусам будут равны (кг/ч):

224 150 224 150

W1 = 1 + 0,9 + 0,84 + 0,9 + 0,99 + 1 = 5,63 = 39 813 кг/ч;

W2 = 39 813 • 0,9 = 35 831,7 кг/ч;

W3 = 39 813 • 0,84 = 33 442,92 кг/ч;

W4 = 39 813 • 0,9 = 35 831,7 кг/ч;

W5 = 39 813 • 0,99 = 39 414,87 кг/ч;

W6 = 39 813 • 1 = 39 813 кг/ч.

3. Концентрация щёлока на выходе из каждого корпуса:

G00

X4 = G0 W4, %

360 000 • 20

X4 = 360 000 35 831,7 = 22,21%;

G00

X5 = G0 (W4 + W5), %

7 200 000

X5 = 360 000 (35 831,7 + 39 414,87) = 25,29%;

G00

X6 = G0 (W4 + W5 + W6), %

7 200 000

X6 = 360 000 (75 246,57 + 39 813) = 29,39%;

G00

X3 = G0 (W4 + W5 + W6 + W3), %

7 200 000

X3 = 360 000 (115 059,57 + 33 442,92) = 34,04%;

G00

X2 = G0 (W4 + W5 + W6 + W3 + W2), %

7 200 000

X2 = 360 000 (148 502,49 + 35 831,7) = 40,99%;

G00

X1 = G0 (W4 + W5 + W6 + W3 + W2 + W1), %

7 200 000

X1 = 360 000 (184 334,19 + 39 813) = 52%.

3.1 Средние концентрации в корпусах будут равны:

40,99 + 52

Хср. 1 = 2 = 47%;

34,04 + 40,99

Хср. 2 = 2 = 37,52%;

29,39 + 34,04

Хср. 3 = 2 = 31,72%;

20 + 22,21

Хср. 4 = 2 = 21,11%;

22,21 + 25,29

Хср. 5 = 2 = 23,75%;

25,29 + 29,39

Хср. 6 = 2 = 27,34%.

4. Для определения температурных депрессий воспользуемся справочными данными:

Концентрация щёлока, % 13,5 35 63

Температура кипения, ?C 101 103 112

При интерполяции получаем температурные депрессии по корпусам:

Дґ1=8,9; Дґ2=3,3; Дґ3=2,1; Дґ4=1,2; Дґ5=1,4; Дґ6=1,8

4.1. Гидростатической депрессией для аппаратов плёночного типа можно пренебречь. Гидравлическую депрессию примем по 1? C. Тогда полезная разность температур будет равна:

?tпол. =tпара-(tк. пара+??1+??2+??3+??4+??5+??6);

?tпол. =141-(52+8,9+3,3+2,1+1,4+1,8)=70,3?C

Эту величину необходимо распределить по корпусам. Для этого нужно предварительно оценить термические сопротивления теплопередачи и прежде всего — сопротивления накипи. Относительные термические сопротивления накипи в аппарате будут равны:

3,4 3,4

RH1 Xcp. 1 W1 47 39 813

RH4 = Xcp. 4 W4 = 21,11 35 831,7 = 16,89

3,4 3,4

RH2 Xcp. 2 W2 37,52 35 831,7

RH4 = Xcp. 4 W4 = 21,11 35 831,7 = 7,07

3,4 3,4

RH3 Xcp. 3 W3 31,72 33 442,92

RH4 = Xcp. 4 W4 = 21,11 35 831,7 = 3,73

3,4 3,4

RH5 Xcp. 5 W5 23,75 39 414,87

RH4 = Xcp. 4 W4 = 21,11 35 831,7 = 1,64

3,4 3,4

RH6 Xcp. 6 W1 27,34 39 813

RH4 = Xcp. 4 W4 = 21,11 35 831,7 = 2,04

4.2. Предельное термическое сопротивление накипи, когда аппараты ставят на промывку RH=0,85 м2?град/Вт

Тогда сопротивление в других корпусах будут равны:

RH 0,85

RH4 = RH1? RH4 = 16,89 = 0,5 033 м2 • град/ Вт;

RH1 = 0,85 м2 • град/ Вт;

RH2 = 0,5 033 • 7,07 = 0,3 558 м2 • град/ Вт;

RH3 = 0,5 033 • 3,73 = 0,1 877 м2 • град/ Вт;

RH5 = 0,5 033 • 1,64 = 0,8 254 м2 • град/ Вт;

RH6 = 0,5 033 • 2,04 = 0,1 027 м2 • град/ Вт.

4.3. Термическое сопротивление стенок равно:

д/л=0,4

где д- толщина стенки трубы (2,5мм=0,0025м)

л — теплопроводность материала, из чего изготовлены трубы.

Суммарное сопротивление стенок и накипи:

R1 = 0,85 + 0,4 = 0,89

R2 = 0,3 558 + 0,4 = 0,396

R3 = 0,1 877 + 0,4 = 0,2 277

R4 = 0,5 033 + 0,4 = 0,903

R5 = 0,8 254 + 0,4 = 0,1 225

R6 = 0,1 027 + 0,4 = 0,1 427

4.4. Зададимся соотношением тепловых потоков в корпусах. Если в корпусах нет самоиспарения и подогрева раствора до кипения, тепловые потоки пропорциональны количествам испаряемой воды.

При наличии самоиспарения и подогрева щёлока до температуры кипения пропорциональность нарушается. В данном случае берём:

Q1: Q2: Q3: Q4: Q5: Q6 = 1: 0,91: 0,88: 0,85: 0,82: 0,98

Приняв удельный тепловой поток в первом корпусе

q1 = 8000 Вт/ м2

q2 = 8000 • 0,91 = 7280 Вт/м2

q3 = 8000 • 0,88 = 7040 Вт/м2

q4 = 8000 • 0,85 = 6800 Вт/м2

q5 = 8000 • 0,82 = 6560 Вт/м2

q6 = 8000 • 0,98 = 7840 Вт/м2

q4 = 8000 • 0,85 = 6800 Вт/м2

q5 = 8000 • 0,82 = 6560 Вт/м2

q6 = 8000 • 0,98 = 7840 Вт/м2

Температурные напоры, которые затрачиваются на преодоление термических сопротивлений стенок и накипи будут равны:

(tc tc)1 = 0,89 • 8000 = 7,1

(tc tc)2 = 0,396 • 7280 = 2,88

(tc tc)3 = 0,2 277 • 7040 = 1,603

(tc tc)4 = 0,903 • 6800 = 0,61

(tc tc)5 = 0,1 225 • 6560 = 0,804

(tc tc)6 = 0,1 427 • 7840 = 1,119

всего (tc tc) = 14,116

4.5. Температурные напоры на преодоление термических сопротивлений при переходе тепла от стенки к кипящей жидкости определяем по: 3, стр. 242

q 2/3

(tc tкип. )n = 510 •(1 0,845• хсрn), С (2)

(tc tкип. )1 = 8,84 С

(tc tкип. )2 = 7,59 С

(tc tкип. )3 = 7,09 С

(tc tкип. )4 = 6,41 С

(tc tкип. )5 = 6,37 С

(tc tкип. )6 = 7,37 С

(tc tкип) = 43,67 С

4.5. На преодоление термических сопротивлений перехода тепла от пара к стенке расходуется пар определяем по: 3, стр. 249

tnoл. (tc tc) + (tc t кип) = 12,514 С (3)

5. Распределим его по корпусам и определим температурный режим выпаривания, где приняты следующие обозначения:

tп. — температура греющего пара;

tс' и tс'' - температуры стенок со стороны пара и щёлока;

?t — полезная разность температур;

tкип.  — температура кипения щёлока;

tсп — температура сокового пара;

?? и ?? — температурные и гидравлические депрессии;

r — теплота парообразования, определяется по tп;

В — величина, определяемая в зависимости от температуры плёнки конденсатора (tпл. ).

Таблица 3

№ корп.

tп

tп-tс'

tс'-tс''

tс''-tкип

?t

tкип=tп-?t

1

141

1

7,1

8,84

17

124

2

114

1

2,88

7,59

12

102

3

98

1

1,603

7,09

10

88

4

85

1

0,61

6,41

8

77

5

75

1

0,804

6,37

8

67

6

65

1

1,119

7,37

10

55

ПК

52

??

tсп=tк-??

??

tс?

tпл

r, кДж/кг

B

8,9

115,1

1

140

140,5

2145

194,2

3,3

98,7

1

113

113,5

2223,6

185,3

2,1

85,9

1

97

97,5

2265,2

178

1,2

75,8

1

84

84,5

2297

171,5

1,4

65,6

1

74

74,5

2321

165,5

1,8

53,2

1

64

64,5

2345,2

158,5

6. Коэффициенты теплоотдачи со стороны горячего теплоносителя определяем по: 2, стр. 90

r 0,25

L1 = 2,04 • B • H • 1, Вт/ м2 • К (4)

L1−1 = 8753 Вт/ м2 • К;

L1−2 = 8427 Вт/ м2 • К;

L1−3 = 8133 Вт/ м2 • К;

L1−4 = 7863 Вт/ м2 • К;

L1−5 = 7608 Вт/ м2 • К;

7. Для расчёта пара на выпарку и уточнения количества испаряемой воды определим тепловые характеристики пара, конденсата и щёлока.

Таблица 4

№ корп.

теплосодержание пара, кДж/кг

температура конденсата

tк=tп+tкип/2, C

теплоёмкость щёлока, c, кДж/кгК

первичного, I

вторичного, i

1

2741,4

2704,1

132,5

3,03

2

2702,4

2676,9

108

3,22

3

2675,8

2654,6

93

3,34

4

2653

2637,3

81

3,55

5

2636

2618,5

71

3,50

6

2617,5

2595,4

60

3,43

сж = 4100 21,8 • хср.

7.1. Коэффициенты испарения определяем по: 3, стр. 243

Ii tк • 4,19

Li = ii ci • tкип. (5)

L1 = 0,949

L2 = 0,965

L3 = 0,975

L4 = 0,985

L5 = 0,987

L6 = 0,990

8. Коэффициенты использования тепла конденсата определяем по: 3, стр. 243

tk (i-1) tk i

Vi = ii tкип. • ci • 4,19 (6)

V1 = 0

V2 = (132,5 108) • 4,19 = 0,044

2679,9 102 • 3,22

V3 = (108 93) • 4,19 = 0,027

2654,6 88 • 3,34

V4 = (93 81) • 4,19 = 0,021

2637,3 77 • 3,55

V5 = (81 71) • 4,19 = 0,017

2618,5 67 • 3,50

V6 = (71 60) • 4,19 = 0,019

2595,4 55 • 3,43

Коэффициенты самоиспарения I определяем по: 2, стр. 243

tкип. i-1 • c i-1 tкип. i ci

i = ii tкип. i • ci (7)

85 • 3,34 77 • 3,55

4 = 2637,3 77 • 3,55 = 0,008

75 • 3,55 67 • 3,50

5 = 2618,5 67 • 3,50 = 0,016

65 • 3,50 55 • 3,43

6 = 2595,4 55 • 3,43 = 0,019

1 = 2 = 3 = 0

Приняв е = 0,93, выражаем количество испаряемой воды W в корпусах через расход первичного пара в первом корпусе:

W1 = 0,93 D1 • 0,949 = 0,8826 D1;

W2 = 0,93 W1 • 0,965 = 0,7921 D1;

W3 = 0,93 W2 • 0,975 + 0,93 • 0,027 W1 = 0,7588 D1;

W4 = 0,93 W3 • 0,985 + 0,93 • 0,021• (W1 + W2) + 360 000 • 0,007 = 0,7278 D1 + 2888;

W5 = 0,93 W4 • 0,987 + 0,93 • 0,017• (W1 + W2 + W3) + 0,016 • (360 000 W4) = 0,6906 D1 + 6785,28;

W6 = 0,93W5 • 0,990 + 0,93 • 0,019 • (W1 + W2 + W3 + W4) + 0,019•(360 000 W5) = 0,6910 D1 + 6711,08.

Сложив, левые и правые части, получаем:

W = 16 376,4 + 4,5073 D1 = 224 150 кг/ч;

224 150 16 376,4

D1 = 4,5073 = 46 097,13 кг/ч.

Количество испаряемой воды по корпусам будет равно:

W1 = 46 097,13 • 0,826 = 40 685 кг/ч = 11,3 кг/с;

W2 = 46 097,13 • 0,7920 = 36 508 кг/ч = 10,1 кг/с;

W3 = 46 097,13 • 0,7403 = 34 126 кг/ч = 9,5 кг/с;

W4 = 46 097,13 • 0,7108 + 2880 = 35 646 кг/ч = 9,9 кг/с;

W5 = 46 097,13 • 0,6906 + 6785,28 = 38 610 кг/ч = 10,7 кг/с;

W3 = 46 097,13 • 0,6910 + 6711,08 = 38 564 кг/ч = 10,7 кг/с.

W = 224 150 кг/ч = 62,26 кг/с

2.4 Расчёт теплового баланса

Общие тепловые нагрузки определяем по: [ 3, стр. 255]

Q1 = D1 (I1 tk1 • C) • 0,93, кДж/ч (8)

Q1 = 46 097,13 • (2741,4 132,5 • 4,19) • 0,93 = 93 724 000 кДж/ч;

Q2 = 40 685 • (2702,4 108 • 4,19) • 0,93 = 85 129 000 кДж/ч;

Q3 = 36 508 •(2675,8 93 • 4,19) + 40 685•(108 93) • 4,19 • 0,93 = 74 689 000 кДж/ч;

Q4 = 34 126 •(2653 81• 4,19) + (40 685 + 36 508)•(93 81) • 4,19 • 0,93 = 78 294 000 кДж/ч;

Q5 = 36 646 •(2636 71 • 4,19) + (40 685 + 36 508 + 34 126)•(81 71) • 4,19 • 0,93 = 85 358 000 кДж/ч;

Q6 = 38 610•(2617,5 60•4,19)+ (40 685+36508+34 126+35646)•(71 60)•4,19 •0,93= 86 514 000 кДж/ч.

Коэффициенты теплоотдачи от стенок к кипящему раствору определяем по: [ 3, стр. 190]

2-i = 510 • (1 0,845 • xcpi) • (tc tкип. i), Вт/м2 • град, (9)

2−1 = 510 • (1 0,845 • 0,47) • 8,84 = 2717,9 Вт/м2 • град;

2−2 = 510 • (1 0,845 • 0,3752) • 7,59 = 2643,65 Вт/м2 • град;

2−3 = 510 • (1 0,845 • 0,3172) • 7,09 = 2646,71 Вт/м2 • град;

2−4 = 510 • (1 0,845 • 0,2111) • 6,41 = 2685,96 Вт/м2 • град;

2−5 = 510 • (1 0,845 • 0,2375) • 6,37 = 2596,73 Вт/м2 • град;

2−6 = 510 • (1 0,845 • 0,2734) • 7,37 = 2890,35 Вт/м2 • град.

Общие коэффициенты теплопередачи определяем по: [ 2, стр. 90]

1

Кi = (1/1-i) + (/) + (1/2-i), Вт/ м2 • град (10)

1

К1 = (1/8753) + 0,89 + (1/2717,9) = 1599 Вт/ м2 • град;

1

К2 = (1/8427) + 0,396 + (1/2643,65) = 1565 Вт/ м2 • град;

1

К3 = (1/8133) + 0,2 277 + (1/2646,71) = 1695 Вт/ м2 • град;

1

К4 = (1/ 7863) + 0,903 + (1/2685,96) = 1373 Вт/ м2 • град;

1

К5 = (1/7608) + 0,1 225 + (1/2596,73) = 1120 Вт/ м2 • град;

1

К6 = (1/7305) + 0,1 427 + (1/2890,35) = 729 Вт/ м2 • град.

2.5 Расчёт поверхности теплообмена при выпаривании

Поверхность нагрева аппаратов определяем по: [ 2, стр. 87]

Qi

Fi = Ki • ti, м2 (11)

93 724 000

F1 = 1599 • 17 • 3,6 = 2044 м2

85 129 000

F2 = 1565 • 12 • 3,6 = 1759 м2

74 689 000

F3 = 1695 • 10 • 3,6 = 1511 м2

78 294 000

F4 = 1373 • 8 • 3,6 = 1604 м2

85 358 000

F5 = 1120 • 8 • 3,6 = 1894 м2

86 514 000

F6 = 729 • 10 • 3,6 = 1504 м2

По ГОСТ 11 987--81 «Основные размеры выпарных аппаратов», выбираем выпарной аппарат с поверхностью нагрева F = 2000 м2.

При диаметре трубы 56 2 мм и длине 9 м, диаметр греющей камеры D не менее 2800 мм. Диаметр сепаратора D1 -- не более 8500 мм. Высота сепаратора Н1 -- не более 16 500 мм. Масса сепаратора -- не более 83 000 кг.

Таблица 5 Наименование показателей при диаметре трубы 56 2 мм и длине 9 м

Наименование показателей при диаметре трубы 56 2 мм и длине 9 м

Показатели

Выпарной аппарат

Поверхность теплообмена F м2

2000

Диаметр греющей камеры D м

2. 8

Диаметр сепаратора D1 м

8,5

Высота сепаратора H м

16,5

Масса сепаратора m кг

83

2.6 Расчёт основных показателей выпарки

Паросъём перед остановом выпарки на промывку определяем по 3, стр. 256:

W

S = n • F, кг/ м3 • ч (12)

224 150

S = 6 • 2000 = 18,7 кг/ м3 • ч

Удельный расход пара определяем по 3, стр. 233:

D

d = W, кг/кг воды (13)

46 097,13

d = 224 150 = 0,206 кг/кг воды

Экономичность определяем по 3, стр. 234:

1

Э = d, кг воды/ кг пара (14)

1

Э = 0,206 = 4,8 кг воды/ кг пара.

2.7 Расчёт, описание основного и вспомогательного оборудования выпарной станции

1. В качестве поверхностных конденсаторов используют теплообменные аппараты различной конструкции. Могут быть применены трубчатые, спиральные теплообменники. Одноходовой трубчатый теплообменник состоит из цилиндрического кожуха с двумя трубными решётками, в которые ввальцовываются или приваривают трубы. Охлаждающая вода подаётся в межтрубное пространство, а пар проходит по трубам. Движение воды и пара чаще всего противоточное. Пар поступает сверху, а вода снизу. Трубчатые теплообменники используются для конденсации паров и нагрева воды уходящими конденсатами с выпарной станции.

Спиральные теплообменники, также как и трубчатые, используются для нагрева и конденсации. К недостаткам спиральных теплообменников относится неудобство очистки их от осадков.

Использую трубчатый теплообменник.

Расчёт поверхностного конденсатора.

Тепловая нагрузка конденсатора:

Q = W6 • (r6 + ck • t), кВт

rk = 2345,2 кДж/кг

Температурой конденсата задаёмся:

tk = 50C

Q = 10,7 (2345,2 + 4,19 3,2) = 25 237 кВт

t = 53,2 50 = 3,2 C

Расход охлаждающей воды:

Q

Gв = c • (tвн. tвк. ), кг/с

Начальной и конечной температурами воды задаёмся:

t = 10 C

t = 30 C

25 237

Gв = 4,19 • (30 10) = 602 кг/с

Максимальное число трубок конденсатора:

Задаёмся Re = 10 000

Gв

n = 0,785 • • d • Re, шт.

n = 1286 шт.

= 1 • 10?

d = 25 • 2

Ориентировочная поверхность конденсатора:

F = Fконд. + Fохл. к-та, м2

Qконд.

Fконд. = Kконд. • tконд. , м2

Кконд. = 3000 Вт/ м2 • К

tконд = 35 С

Fконд. = 166 м2

400

F охл. конд. = 0,3 • 25 = 53 м2

Кохл. конд. = 300 Вт/м2 • К

t охл. конд = 25 С

F = 166 + 53 = 219 м2

По величине поверхности теплопередачи и числу трубок выбираем ТК. М. 10. ГОСТ 15 121--69.

2. В системе выпарной станции щёлоковые насосы играют очень важную роль. Для обслуживания выпарных станций устанавливаются насосы специальной конструкции, способные перекачивать вязкие щёлока при довольно высоких температурах и противостоять коррозийному действию щелоков.

Насосы устанавливаются на специальном фундаменте, размер и глубина положения которого должны соответствовать габаритам насоса. Насос и мотор должны стоять строго по прямой оси.

Расчёт насосов.

1. Насос подачи щёлока в третий корпус определяем по: [ 2, стр. 20]

V3 • p4

N3 =, кВт (15)

N3 = 1,4 кВт

G0 W4 W5 W6

V3 = , м3

360 000 35 646 38 610 38 564

V3 = 1050 = 0,0417 м3

= 960 + 6 • x = 1050 Н/м2

= 960 + 6 • 15 = 1050 Н/м2

p = p3 p4 = (0,53 0,27) • 105 = 0,25 • 105 Н/м2

Подбираем насос: 4×18.

2. Насос подачи щёлока во второй корпус:

V2 • p2

N2 =, кВт

N2 = 1,7 кВт

G0 W3 W4 W5 W6

V2 = , м3

360 000 34 126 35 646 38 610 38 564

V3 = 1185 = 0,0322 м3

= 1185 Н/м2

p = p2 p3 = (0,83 0,46) • 105 = 0,37 • 105 Н/м2

Подбираем насос: 8×18.

3. Насос подачи щёлока в первый корпус:

V1 • p1

N1 =, кВт

N1 = 1,2 кВт

G0 W2 W3 W4 W5 W6

V2 = , м3

360 000 36 508 34 126 35 646 38 610 38 564

V3 = 1185 = 0,026 м3

= 1242 Н/м2

p1 = p1э p2 = (1,43 0,77) • 105 = 0,66 • 105 Н/м2

Подбираем насос: 6×12.

Для хранения необходимого запаса слабого щёлока перед выпарной установкой устанавливают щелоковые баки. Площадь поперечного сечения баков должна быть 0,1--0,15 м2 на 1 м3 щёлока в сутки.

На заводах устанавливают три бака: один для слабого щёлока, поступающего из промывного отдела, второй для среднего щёлока, поступающего с выпарной станции (при смешанной системе питания).

Между щелоковыми баками устанавливают бак для мыла. В этот бак мыло поступает с верхнего уровня щелоковых баков через специальные карманы и желоба. Баки покрывают надёжной термоизоляцией и устанавливают на улице.

Перед содовыми агрегатами также должен быть запас щёлока, гарантирующий безостановочную работу станции на случай промывки её корпусов или другого вынужденного останова. Чем больше будет запас щёлока, тем ритмичнее будет работать цех и завод.

3. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

3.1 Организация технологической службы в цехе выпарки

Технологическая служба в цехе выпарки состоит из:

1. Старший выпарщик 6 разряда.

2. Оператор -- выпарщик щелоков 5 разряда.

3. Выпарщик 4 разряда.

Обязанности:

Выпарщик 4-го разряда обязан следить за работой насосов, переключать оборудование с согласования со старшим выпарщиком. Осуществлять контроль за отводом конденсата из выпарных аппаратов, контролировать уровень сульфатного мыла. Осуществлять съём мыла и перекачку его на лесохимию. Следить за уровнем сточных вод в приямках. Принимать участие в ликвидации аварийных ситуаций. Осуществлять пуск и останов оборудования по команде старшего выпарщика. Обо всех неисправностях сообщать старшему выпарщику или технологу цеха. Соблюдать правила ТБ.

Оператор -- выпарщик 5-го разряда обязан осуществлять контроль за процессом выпарки: контролировать подачу чёрного щёлока, пара, воды. Контролировать давление, температуру, уровень слабого щёлока в выпарных аппаратах. Осуществлять отбор щёлока и проверять его плотность. Контролировать работу оборудования, насосов, коммуникаций. Осуществлять пуск и останов оборудования по команде старшего выпарщика. Принимать участие в ликвидации аварийных ситуаций, устранении неполадок. Анализировать причины неполадок. Обо всех неисправностях сообщать старшему выпарщику.

При определённом уровне подготовки, выпарщик 5-го разряда может заменять старшего выпарщика. Обязан соблюдать правила ТБ.

Старший выпарщик 6-го разряда исполняет обязанности старшего в смене. Организует бесперебойную работу процесса выпарки на выпарной станции и концентраторах. Осуществляет контроль за работой выпарных станций. Регулирует подачу чёрного щёлока. Обеспечивает СРК необходимым количеством плотного щёлока, соблюдает нормы расхода материальных ресурсов. Осуществляет контроль за чистотой конденсатов, за давлением и температурой пара. Обеспечивает бесперебойную работу насосов и приборов КИП и А, полную загрузку оборудования. Осуществляет связь с другими цехами. Руководит выпарщиками более низкой квалификации. Ведёт записи в оперативном журнале. Выполняет распоряжения начальника цеха, технолога. Контролирует выполнение правил ТБ и ПБ технологическим персоналом смены.

3.2 Организация промышленной экологии

Отходы производства.

1. Утилизируемым отходом производства на выпарной станции № 2 является сырое сульфатное мыло. Мыло собирается в резервуарах, заполненных укрепленным (питательным) черным щелоком, содержащим 22--24% абсолютно сухого вещества и полуупаренного черного щелока, содержащего 31 — 37% абсолютно сухого вещества и имеющего температуру 100 — 103 0С.

Выделившееся, при отстаивании щелоков, в резервуарах сульфатное мыло, собирается в резервуар, а из него сульфатное мыло откачивается насосами на отстаивание в цех лесохимии.

Состав сырого сульфатного мыла:

сумма жирных кислот и нейтральных веществ, %, не менее — 45

общая щелочь в пересчете на Na2O, %, не более — 9

содержание влаги, %, не более — 40

2. Конденсат греющего пара (чистый), образующийся в греющих камерах выпарных аппаратов откачивается на химическую очистку воды в химический цех ТЭЦ.

Таблица 6

Общая жесткость, мкг-экв. /дм3

50

Содержание железа, мкг-экв. /дм3

100

Содержание меди, мкг-экв. /дм3

20

Кремнесодержащие, мкг-экв. /дм3

120

Нефтепродукты, мкг/дм3

0,5

Окисляемость, мг О2 /дм3

5

Сточные воды.

1. Загрязненные производственные сточные воды от сальниковых уплотнителей, от охлаждения подшипников, вода от смыва с полов, протечки щелока и т. д. Расход таких загрязненных стоков составляет 29 м3/час. Загрязненные сточные воды поступают в барометрический приямок выпарных станций №№ 1 и 2 и далее насосами откачиваются на биологическую очистку.

Таблица 7 Качественные показатели загрязненных сточных вод:

рН

8,0 -9,5

Температура, 0С

20 — 45

Общая щелочность, ед. Na2О, г/дм3

0,1 — 1,4

Биологическое потребление кислорода, БПК5, мг О2/дм3

350 — 500

Химическое потребление кислорода, мг О2/дм3

1200 — 1500

2. Условно чистые сточные воды от поверхностных конденсаторов и пароэжекторного вакуум — насоса выпарной станции.

Расход условно чистых вод составляет 1040 м3/час. Эти сточные воды практически не загрязняются, имеют температуру 40 0С, аккумулируются в баке теплой воды и по отдельному трубопроводу подаются в варочно — промывной и отбельный цехи, где используются в технологических целях.

3. При испарении черных щелоков образуются загрязненные конденсаты, которые подразделяются на сильнозагрязненные и слабозагрязненные конденсаты.

3.1. Слабозагрязненные конденсаты с температурой 76 0С от выпарной станции без очистки используются в основном производстве для промывки известкового шлама в цехе каустизации в качестве горячей промывной воды. Количество этого конденсата до 65,5 м3/час.

3.2. Сильнозагрязненные конденсаты с температурой 70 0С от № 5 и 6 корпусов; поверхностных конденсаторов; конденсаторов пароэжекторного вакуум — насоса подаются в барометрический приямок и далее на промстоки, а также в используется выпарном цехе для промывки выпарных аппаратов. Среднее количество сильнозагрязненных конденсатов составляет 105,7 м3/час.

Таблица 8 Качественные показатели сильнозагрязненных конденсатов:

рН

8,0 -9,5

Температура, 0С

50 — 85

Биологическое потребление кислорода, БПК, мг О2/дм3

700 — 1000

Химическое потребление кислорода, мг О2/дм3

1500 -1800

Таблица 9 Нагрузка по сбросам сточных вод:

Наименование стоков

Количество, м3/час

Примечание

Конденсат вторичного пара (слабозагрязненный и сильнозагрязненный)

145 — 150

На промышленные стоки или периодически на промывку выпарных аппаратов.

Конденсат греющего пара (чистый)

40 — 45

Постоянный возврат на ТЭЦ

Вода после конденсаторов

1040

Возврат в варочно — промывной, отбельный цех, ЦКРИ-2

Вода после вакуум — насоса

64,0

На промышленные стоки

Вода после охлаждения сальников насосов

8,0

Постоянный сброс в канализацию

Вода после смыва полов

21,0

Постоянный сброс в канализацию

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Расчёт себестоимости чёрного щёлока

Годовой объём чёрного щёлока--135,85 24 345 = 1 124 838 т.

Таблица 10 Расчёт тарифного фонда заработной платы.

Наименование

Разряд

Среднесписочная численность

Время эффект. работы, час. /год

Часовая тарифная ставка, руб. /оклад

Тарифный фонд заработной платы, тыс. руб.

Выпарщик

Выпарщик

6

5

4

4

1802

1802

34,16

29,16

246,09

210,18

Итого основные рабочие

_

8

_

_

456,27

Дежурный слесарь

Дежурный электрик

4

4

4

4

1802

1802

25,52

25,52

183,95

183,95

Итого дежурный персонал

_

8

_

_

367,9

Слесарь-ремонтник

5

1

1802

32,40

58,32

всего

17

_

_

882,49

Таблица 11 Расчёт общего фонда заработной платы.

Показатели

Сумма, тыс. руб.

1. Тарифный фонд заработной платы (ФЗП), всего

882,49

— Технологический персонал

— Дежурный персонал

— Ремонтный персонал

456,27

367,90

58,32

2. Доплата по часовой ФЗП, всего

511,45

2.1. Премии, всего

347,17

— Технологический персонал -- 40%

— Дежурный персонал -- 40%

— Ремонтный персонал -- 30%

182,51

147,16

17,50

2.2. Доплата за работу в ночное время, всего

109,89

— Технологический персонал

— Дежурный персонал

60,84

49,05

2.3. Доплата за работу в праздничные дни, всего

54,39

— Технологический персонал

— Дежурный персонал

30,11

24,28

3. Часовой ФЗП, всего

1393,94

— Технологический персонал

— Дежурный персонал

— Ремонтный персонал

729,73

588,39

75,82

4. Доплата до дневного ФЗП

0

5. Дневной ФЗП, всего

1393,94

6. Доплата до общего ФЗП, всего

144,34

— Технологический персонал

— Дежурный персонал

— Ремонтный персонал

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой