4. Конечная сдувка

Температура варки (стоянки на конечной температуре) согласно исходным данным t_кон= 170 С⁰. Этой температуре в соответствии с «Таблицами термодинамических свойств воды и водяного пара» [3, стр. 24] или по Приложению П3.1. соответствует абсолютное давление пара (р_абс): p_{абс.t.кон.170} = 8,076 кг/см².

Абсолютное давление (р_абс) равно сумме атмосферного давлении (р_атм) и избыточного давления (р_изб). В технике и технологических процессах практически всегда задаётся и контролируется избыточное давление, т.е. то, которое показывает манометр.

Атмосферное давление (р_атм), принятое в той или иной системе единиц, может быть точно установлено по данным «Таблиц…» (3) по соответствующему разделу – «Состояние насыщения (по температурам)» или по Приложению П. 3.1: р_атм= р_абс для t= 100°С В данном случае это давление равно р_атм = 1,0332 kг/cм² [3, с. 22] или по П.З, 1 (выделенные значения). Исходя из приведённых выше величин, избыточное давление (т.е. то, которое будет показывать манометр в верху котла в паровом пространстве) при температуре 170°С:

P_изб.170 ⁼ р_абс.171-p_атм.=8,076–1,0332 = 7,0428 ≈ 7,043 кг/см²,

или в барах:

P_изб.171 =7,0428 Ч 0,980665 = 6,9066 ≈ 6,907 бар.

Энтальпия (теплocoдержание) жидкости: i₁₇₀=719,2 кДж/кг [3, с. 214] или по Приложению П З.1

Обычно в технических расчетах атмосферное давление может быть принято равным 1,0 кг/см².

При конечной сдувке давлении в котле снижают до 5-6 кг/см². Пропорционально снижению давления в котле понижается и температура содержимого котла за счёт вскипания жидкости, часть которой переходит в пар и уходит из котла. При интенсивной сдувке часть жидкости подхватывается образующимся паром и уносится вместе с ним в виде капельного уноса.

Все технологические расчёты могут быть проведены с применением системы единиц, основанных на калории (или килокалории, ккал) или по системе СИ основанной на джоуле (или килоджоуле кДж). По современным нормативным требованием проектные расчёты проводят а системе СИ, хотя следует отметить, что предприятия свою технологическую отчётность проводят в гигакаллориях (Гкал = I0⁹ кал = 10⁶ ккал), Можно также отметить, что расчёт, выполненный в ккал для водно-паровых систем, выглядит ненаглядно, так как величина удельной теплоемкости воды в этой системе равна 1 ккал/кг-град.

Проведём теплотехнические расчёты в дачном разделе исходя из нормативных требований и заданных условий по температуре варки и давлению после конечной сдувки.

Установление температуры по заданному давлению при конечной сдувке. В нашем случае в процессе конечной сдувки давление в котле (манометрическое) снижается до 4,9 кг/см². Согласно изложенному выше это - избыточное давление. Для того, чтобы можно было применить «Таблицы…» [3] или таблицы Приложения П. 3.2 для определения температуры и других теплотехнических характеристик, необходимо привести это давление к абсолютному.

Здесь необходимо отметить следующее. Для определения теплосодержания жидкости при установленных температуре и давлении лучше использовать табличные данные по температуре, а не по давлению. Температура первична, а все остальные термодинамические характеристики (р; i’; r; i») являются производными от нее. Таким образом, это проще, точнее и в большей степени гарантирует от ошибок, так как «шаг» температур в таблицах равен 1°С, и при этом не надо следить за правильностью выбора давлении (Р_абс или Р_изб в kг/cm² или в барах).

Рассмотрим точный полный вариант расчёта. Для проведения расчета в системе СИ давление, заданное в кг/см² необходимо перевести в давление, выраженное в барах (1 бар= 10⁵ Н/м² =100 кПа),

Одна техническая атмосфера- 1 ат. = 1 кг/см² соответствует 0,980665 бар.

Для перехода к абсолютному давлению, к заданной величине избыточного давления (манометрического) необходимо прибавить величину атмосферного давления.

Одна физическая атмосфера 1 атм равна 1,03323 кг/см² или 1,01325 бар [3, с 20, табл. 6],

Соответственно исходным данным для нашего случая при давлении (манометрическом) после конечной сдувки – р_кон.сд. = 4,9 кг/см²,

Абсолютное давление будет равно:

– в системе кг/cм²; ккал:

р_абс.=р_{изб.маном.}+р_атм= 4,9+ 1_,0332 = 5,9332 кг/см²

– в системе СИ бар; кджоуль:

р_абс.=(р_{изб.маном.} Ч 0,980665)+ р_атм.бар=(4,9 Ч 0,980665)+1,0133= 5,82 бар.

Исходя из полученных величин абсолютного давления (р _абс), определяем температуру, которая установится в котле к концу конечной сдувки (методом интерполяции по таблице Приложения П 3.2 для давления выраженного в барах) Соответственно, в этом же приложении П 3.2 находим теплотехнические характеристики для насыщенного водяного пара и жидкости (в кДж/кг). Проводим соответствующие расчёты с использованием полученных величин.

Конечному манометрическому (избыточному) давлению конечной сдувки р_{кон.сд.маном.} = 4,9 кг/см², как было рассчитало выше, соответствует абсолютное давление р_{абс.кон.сд.} =5,82 бар. Этому абсолютному давлению соответствуют по приложению П. 3.2, определенные интерполяцией; температура t_кон.сд = 157,6°С и энтальпия жидкости i_157,6= 665,3 кДж/кг.

При конечной сдувке выделится тепла (Q₁) за счёт изменения теплосодержания жидкости в варочном котле:

Q₁=V₄ (i₁₇₀-i_157,6)=9567,8 Ч (719,2–665,3)=515704,42 кДж

Некоторое количество тепла выделится также за счёт охлаждения целлюлозы, органических и минеральных веществ (Q₂). При средней их теплоёмкости q = 1,34 кДж/кг х С^о:

Q₂ = (Д₂ + S₈ + М₅) Ч q Ч (t_K0H – t_K0H._СД) = (909,54+ 1632,44 + 820,66) Ч 1,34 Ч (170° -157,6°) = 55873,6 кДж.

Всего выделится тепла во время конечной сдувки (Q₃):

Q₃ = Q₁ + Q₂ = 515704,42 + 55873,6 = 571578,02 кДж.

Среднее манометрическое давление при конечной сдувке

Р_{ср.кон сд} = = 5,97 кг/см², или в

барах = 5,97 Ч 0,980665 = 5,86 бар.

Соответственно этому, среднее абсолютное давление при конечной сдувке (в барах):

Р_{абс.ср.кон сд} = Р_{ср.кон сд} +Р_{атм. бар} = 5,86 + 1,0133 = 6,8733 бар.

Этому давлению соответствует теплота парообразования, рассчитанная интерполяцией: r_ср._консл = 2068,05 кДж/кг пара (3, с 220) или по П. 3.2.

Образуется пара при конечной сдувке (Р₃):

P₃ =Q₃: r_ср._консл = 571578,02: 2068,05 = 276,4 кг пара.

При конечной сдувке помимо испарения жидкости, происходит переброс шелока. В виде переброса уносится вместе со сдувочными парами примерно 2% жидкости (Р₄)

Р₄=V₄ Ч0,02=9567,8 Ч 0,02=191,356 л (кг)

Количество жидкости в котле, остающейся к концу сдувки (V₆)

V₆=V₄ – (P₃+P₄) =9567,8 – (276,4+191,356)=9100,04 л (кг)

Среднее количество жидкости в котле за время конечной cдувки (V₇)

V₇= =9333,9 л

Во время конечной сдувки выход снижается с 46,2% до 44,7% согласно кривой выхода на рис. 2, то есть на этой стадии растворяется ещё 1,5% органического вещества древесины (S₉)

S₉ = Д Ч 0,015 = 1968,68 Ч 0,015 =29,5 кг.

Остаётся твёрдого вещества древесины (целлюлозы) (Дз) – целлюлоза по варке

Д₃ = Д₂ – S₉ = 909,5 – 29,5 = 880,00 кг.

Количество органических веществ в чёрном щёлоке на стадии конечной cдувки (S₁₀)

S₁₀ = S₈ + S₉ = 1632,44 + 29,5 = 1661,94 кг.

Среднее количество органических веществ в чёрном щёлоке на стадии конечной cдувки (S₁₁)

S₁₁= =1647,2 кг.

Средняя концентрация растворённых органических веществ во время конечной cдувки (О₂)

О₂ = S₁₁: V₇ = 1647,2: 9333,9 = 0,1765 кг/л.

Количество органических веществ, уходящих из котла с перебросом (S₁₂)

S₁₂=O₂ Ч P₄=191,356 Ч 0,1765=33,7 кг

Средняя концентрация минеральных веществ во время конечной сдувки (С_мин2)

С_мин2=М₅: V₇=820,66: 9333,9 = 0,0879 кг/л

Количество минеральных веществ, уходящих из котла с перебросом (М₆)

М₆= С_мин2 Ч P₄=0,0879 Ч 191,4=16,8 кг

Остаётся органических веществ в щёлоке к концу конечной сдувки (S₁₃)

S₁₃=S₁₀-S₁₂=1661,94–33,7=1628,24 кг.

Остаётся минеральных веществ в щёлоке к концу конечной сдувки (М₇)

М₇ = М₅-М_б = 820,66–16,8 = 803,86 кг.

Материальный баланс конечной сдувки

Вещества	Было в котле к концу стадии «варка»	По окончании конечной сдувки
		уходит со сдувкой		переходит в раствор в ч.щ.	Итого уходит	Осталось в котле перед выдувкой
		в виде паров	с перебросами
1	2	3	4	5	6	7
1. Вода, л (кг)	9567,8	276,4	191,4	-	467,8	9100
2. Органические вещества – целлюлоза;	909,5	-	-	29,5* ↓	-	880,00
– растворённые в чёрном щёлоке	1632,44	-	33,7	*→	33,7	1628,24 *
3. Минеральные вещества	820,66	-	16,8	-	16,8	803,86
ВСЕГО:	12930,4	276,4	241,9	29,5*	518,3	12412,1
В т.ч. «всей Na2О», кг	604,6	-	12,4	-	12,4	592,2