РАСЧЁТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ПРОИЗВОДСТВА

Исходные данные:

Мощность ксилитного цеха, М	2500 т/год
Сырьё – берёзовая древесина Выход РВ из 1 тонны а.с.д. (пентоз), Z	20%
Выход целлолигнина из 1 тонны а.с.д., Z_цлг	72%
Зольность сырья, L	0,3%
Номинальный объём гидролизаппарата, V₁ Рабочий объём, V₂	50 м³ 42 м³
Оборот гидролизаппарата, t	420 мин
Число рабочих дней в году, N	345
Загрузка а.с.д., D	160 кг/м³
Влажность сырья, W	45%
Модули: _-отбора пентозногогидролизата, m₁ _-смачивания сырья, m₂	5,0 0,5
Температура пентозного гидролиза, T (i = 546,6 кДж/кг)	130^оС
Концентрация H₂SO₄: - на смачивание, C₁ - на пентозный гидролиз, C₂	10% 0,8%
Расход H₂SO₄ на гидролиз, R	1,86%
Выход ксилита от РВ, Z_кс1	37%
Влажность целлолигнина, W_цлг	69%
Потери по стадиям производства, p: - нейтрализация, фильтрация - отстаивание - выпарка нейтрализата - фильтрация сиропа - ионообмен сиропа - гидрирование - ионообмен ксилита - подупаривание, 1-ая кристаллизация - упаривание оттека - 2-ая кристаллизация	2,5% 2,0% 6,0% 1,0% 12% 5% 9,5% 2,5% 1,0% 1,0%
Выход ксилита от утфеля, Z_кс2	61%
Выход 2-х кристаллов из оттёка, Z₃	27%
Расход H₂SO₄нанейтр. зольных элементов, % ота.с.д.	0,3

Предварительный расчёт:

1. Часовая производительность завода:

G = M/(N*24) = 2500/(345*24) = 0,302 т/ч

2. Выход пищевого ксилита иза.с.д.:

Z_пищ.кс=Z*(1-0,02)*Z_кс1/100 = 20*(1-0,02)*0,37 = 7,25%

3. Расход а.с.д.:

R_а.с.д. = G/(Z_пищ.кс/100) = 0,302/0,073 = 4,14 т/ч

4. Выход РВ:

Z_РВ = R_а.с.д.*Z/100 = 4,14*0,20 = 0,828 т/ч

Баланс периодического гидролиза:

1. В гидролизаппарат загружается а.с.д.:

D_а.с.д. = V₂*(1-0,05)*D/100 = 42*(1-0,05)*0,16 = 6,384 т

2. Влажного сырья:

S = D_а.с.д./(1-W) = 6,384/(1-0,45) = 11,61 т

Влаги в сырье:

D_влаги = 5,22 т

3. Варочной кислоты на загрузку:

D_H2SO4 = D_а.с.д*m₂ = 6,384*0,5 = 3,19 т

4. Пара на прогрев и перколяцию:

D_пр = =

= = 2,01 т

где: с₁и с₂ – теплоёмкости а.с.д. и воды при 130^оC

5. Всего влаги:

∑D = D_влаги+ D_H2SO4+D_пр = 5,22+3,19+2,01 = 10,42 т

6. Модуль прогрева:

m_пр = ∑D/D_а.с.д. = 10,42/6,38 = 1,63

7. Выдача гидролизата:

g = D_а.с.д.*m₁ = 6,38*5,0 = 31,9 т

8. Остаток лигнина:

· абсолютно сухого: O₁ = D_а.с.д.*Z_цлг = 6,38*0,72 = 4,59 т

· влажного: O₂ = O₁/(1-W_цлг) = 4,59/(1-0,69) = 14,8 т

· влаги в нём: D_O_влаги = O₂–O₁ = 14,8 – 4,59 = 10,21 т

9. Варочная кислота на прогрев должна содержать H₂SO₄:

· для создания концентрации 0,8%:

c₁ = ∑D*c = 10,42*0,008 = 0,08336 т

· на поглощение зольными веществами:

D_з.в. = D_а.с.д.*0,3/100 = 6,38*0,3/100 = 0,0192 т

· всего:

B = c₁+D_з.в. = 0,08336+0,0192 = 0,1025 т

10. Концентрация варочной кислоты на смачивание:

C_H2SO4 = B*100/D_H2SO4 = 0,1025*100/3,19 = 3,21%

11. Варочной кислоты на перколяцию:

Q = g+O₂-D_а.с.д.-∑D = 31,9+14,8-6,38-10,42 = 29,9 т

12. Общий расход H₂SO₄ на варку:

R_общ. = D_а.с.д.*R = 6,38*0,0186 = 0,1187 т

Из них пойдёт на перколяцию:

R_пер = R_общ-B = 0,1187-0,1025 = 0,0162 т

А при концентрации 75%:

R_75% = R_общ*0,75 = 0,1187*0,75 = 0,089 т

13. С лигнином удержится кислоты:

U₁ = D_а.с.д.*x = 6,38*0,0035 = 0,0223 т

И выйдет с гидролизатом:

U₂ =R_общ–(D_з.в+U₁) = 0,1187 –(0,0192+0,0223) = 0,0772 т

14. Расход воды на перколяцию:

R_H2O = Q-R_75% = 29,9-0,089 = 29,811 т

Эта вода включает конденсат греющего пара, поданного в подогреватель в количестве:

X = (R_H₂_O-X)*c₂*1,04/с₃

X = (29,811-X)*546,6*1,04/2730

X = (29,811-Х)*0,20823

Х = 6,2075-0,20823Х

1,20823Х = 6,2075

Х = 5,138 т

где: 1,04 – коэффициент, учитывающий потери тепла, а с₃ = 2730 МДж – теплоёмкость 1 т пара при 130^oС

15. Поступает воды из решоферов:

D_H2O = R_H2O-X = 29,811-5,138 = 24,673т

16. Общий расход пара на варку:

R_п.общ = D_пр.+X = 2,01+5,138 = 7,148 т

17. При выстреле лигнина из него испарится влаги:

I_вл = (O₁*c₄+D_O_влаги*с₂)/с₃ = (4,59*176,6+10,21*546,6)/2730 = 2,34 т

где: с₄ =176,6 МДж – теплоёмкость 1 т лигнина при 130^oC

Остаётся влаги в лигнине:

О_влаги =D_O_влаги –I_вл = 10,21-2,34 = 7,87 т

Влажность лигнина в циклоне:

W_лигн = О_влаги*100/(О₁+О_вл) = 7,87*100/(4,59+7,87) = 63,2%

Часовой баланс:

Для обеспечения подачи требуемого количества гидролизата в ксилитный цех необходимо проводить R_а.с.д./D_а.с.д. = 4,14/6,384 = 0,649 варок в час для получения 2500 тонн ксилита в год. Фазовый сдвиг 60/0,649 = 92,45 мин.

Баланс варки и часовой батареи гидролизаппаратов (в тоннах):

Приход	Варка	В час	Расход	Варка	В час
Сырьё	6,384	4,14	Гидролизат	31,9	20,7
Влага сырья	5,22	3,39	2. Лигнин абс. сухой	4,59	2,98
Влага смачивания	3,19	2,07	3. Влага в лигнине	7,87	5,11
Пар на прогрев	2,01	1,3	4. Влаги испарилось	2,34	1,52
Вода из решоферов	24,673	16,01
Пар на перколяцию	5,138	3,335
Кислота на перколяцию	0,089	0,058
Баланс:	46,7	30,3	Баланс:	46,7	30,3

Испарение гидролизата:

Испаряется жидкости в испарителе: I_H₂_O = g(i_г – i₁)(1 – z_n)/r₁ = 20,7*(546,6-437)*(1-0,03)/2179 = 1,01 т/ч, где z_n – коэффициент, учитывающий потери тепла, отн. ед.; i_г – удельная энтальпия (теплосодержание) гидролизата в общем коллекторе, кДж/кг.

Поступит в сборник гидролизата: D_гидр = g- I_H₂_O = 20,7-1,01 = 19,6 т/ч,

где дополнительно испарится: I_доп = 19,6*(437-415)*0,96/2265 = 0,183 т/ч.

Поступит на нейтрализацию: D_нейтр = D_гидр- I_доп = 19,6-0,183 = 19,42 т/ч.

Отделение инверсии, нейтрализации и фильтрации:

1. Поступает РВ в цех для выработки 2500 тонн ксилита в год:

D_РВ = М*100*10³/Z_kc₁*N*24 = 2500*100*1000/37*345*24 = 816,03 кг/ч

2. Количество гидролизата:

q_гидр = D_РВ*100/y = 816,03*100/5,2 = 15692,88 кг/ч,

где 5,2 – содержание РВ в 1м³гидролизата.

Количество сухих веществ в гидролизате:

q_c_.в. = D_РВ*100/d = 816,03*100/65 = 1255,43 кг/ч,

где 65 – доброкачественность гидролизата после инверсии, %.

3. Расход активированного угля на осветление гидролизата:

Добавляется активированного угля абсолютно сухого 25% к сухим веществам гидролизата:

R_а.у. = q_c_.в.*25/100 = 1255,43*25/100 = 313,86 кг/ч,

или влажного активированного угля (суспензии коллактивита):

R_вл.а.у. = R_а.у.*100/(100-W_а.у.) = 313,86*100/(100-85) = 2092,4 кг/ч,

где W_а.у. – воды в суспензии коллактивита, %.

4. Общее количество раствора, поступающего на нейтрализацию всего:

q_р-ра = q_гидр+ R_вл.а.у. = 15692,88+2092,4 = 17785,28 кг/ч.

5. Содержание H₂SO₄ в гидролизате, считая на 100%:

S_H2SO4 = q_c._в_.*C_H2SO4/100 = 1255,43*12/100 = 150,65 кг/ч,

где C_H₂_SO₄ – концентрация H₂SO₄ к сухим веществам.

6. Расход извести на нейтрализациюH₂SO₄ в гидролизате:

· расход активногоСаО:

R_акт = S_H2SO4*М1/М2 = 150,65*56/98 = 86,09 кг/ч;

где М₁=56 и М₂=98 – молекулярные массыСаО и H₂SO₄;

· технической извести, считая на 85%:

R_техн = R_акт*100/85 = 86,09*100/85 = 101,28 кг/ч;

· расход известкового молока:

R_мол = R_акт*1000/200 = 86,09*1000/200 = 430,45 л/ч,

где 200 – содержание СаОактивной в 1 л известкового молока илие = R_мол*b = 430,45*1,11 = 477,8 кг/ч.

Расход воды на приготовление известкового молока:

R_H₂_O_.1 = е-R_техн = 477,8-101,28 = 376,52 кг/ч.

7. Количество шлама, образовавшегося при нейтрализации:

· образуется би-гидрата сульфата кальция:

q₁ = R_акт*М3/М1 = 86,09*172/56 = 264,42 кг/ч,

где М3=172 – молекулярная масса СаSО₄*2Н₂О;

· количество раствора:

q₃ = q_р-ра-R_а.у. = 17785,28-313,86 = 17471,42 кг/ч;

· количество растворенного би-гидрата сульфата кальция, считая, что его содержится 0,2 в растворе:

q₂ = q_р-ра*I_доп/100 = 17471,42*0,183/100 = 31,97 кг/ч;

· количество би-гидрата сульфата кальция, переходящего в шлам:

q₄ = q₁-q₂ = 264,42-31,97 = 232,45 кг/ч;

· количество выпадающих коллоидных взвешенных веществ 0,3% по весу от гидролизата:

q₅ = q_р-ра*0,3/100 = 17785,28*0,3/100 = 53,36 кг/ч;

· количество активированного угля в оборотной лепешке с сиропных фильтр-прессов(q_а.у.) с влажностью 50% - 341,5 кг/ч (170,75 кг/ч (68,3 на 1000 т/год) – см. баланс фильтрации сиропа);

· общее количество сухих веществ в шламе нейтрализованного гидролизата (q_общ), кг/ч:

- бигидрата сульфата кальция232,45

- коллоидных и органическихвеществ53,36

- активированного угля в лепешке 170,75

- активированного угля свежего 313,86

- ИТОГО 770,42

8. Потери РВ при нейтрализации:

R₁ = D_PB*р/100 = 816,03*2,5/100 = 20,4 кг/ч,

где р = 2,5 – потери PB, %

Остаётся РВ после нейтрализации:

О_РВ = D_PB- R₁ = 816,03-20,4 = 795,63 кг/ч.

9. Поступает нейтрализата в отстойник:

D_нейтр = q_р-ра+е+q = 17785,28+477,8+341,5 = 18604,58 кг/ч.

10. Общее количество абсолютно сухого шлама в отстойнике с учётом потерь РВ со шламом:

q₆ = O_PB*p/100 = 795,63*2,0/100 = 15,91 кг/ч,

q₇ = q_общ+q₆ = 773,69+15,91 = 789,6 кг/ч,

10% абсолютно сухого шлама уходит с отстойника с осветлённым нейтрализатом на фильтр-пресс:

q₈ = q₇*10/100 = 789,6*10/100 = 78,96 кг/ч.

Получается шлама с 65% влаги после его фильтрации:

q_шлама = q₇*100/(100-65) = 789,6*100/35 = 2256 кг/ч.

11. Количество воды, подаваемое на отмывку осадка, считая кратность промывки шлама равную 1 по отношению к массе шлама:

q₉ = q_шлама*1 = 2256 л/ч.

12. Количество фильтрованногонейтрализата:

q₁₀ = D_нейтр+q₉ –q_шлама = 18604,58+2256-2256 = 18604,6 кг/ч.

13. Содержание РВ и сухих веществ в нейтрализате:

· РВ в нейтрализате:

q₁₁ = O_PB-q₆ = 795,63-15,91 = 779,72 кг/ч;

· концентрация РВ в нейтрализате:

С_РВ_N = q₁₁*100/q₁₀ = 779,72*100/18604,58 = 4,19 %;

· содержание кристаллизованной воды в гипсе:

q_к.в. = q₄*(1 – М₄/М₃) = 232,45*(1 – 136/172) = 48,65 кг/ч,

где М₃ – молекулярная масса СаSО₄*2Н₂О

М₄ – молекулярная масса СаSО₄;

· количество сухих веществ в нейтрализате:

q₁₂ =q_СВ +q_а.у. +R_акт +R_a_._y.– (q_общ–q_к.в.) – (R₁+q₆) =

= 1255,43+170,75+86,09+313,86 – (770,42–48,65)– (20,4+15,91) =

= 1068,05 кг/ч.

14. Доброкачественность нейтрализата:

F = q₁₁*100/q₁₂ = 770,42*100/1068,05 = 72,1%.

Сводный баланс нейтрализационного отделения и отделения фильтрации нейтрализата:

Израсходовано	Раствора, т/ч	Сухих веществ, т/ч	Получено	Раствора, т/ч	Сухих веществ, т/ч
Гидролизата в т. ч.: РВ	15,6929	1,2554	Нейтрализата в т.ч.: РВ	18,6046	1,068
Известкового молока в т. ч.: СаО активного	0,4778	0,0861	Шлама, за исключением безводного гипса	2,256	0,7218 (q_общ–q_к.в.)
Активированного угля в нейтрализаторах	2,0924	0,3139	Потерь при нейтрализации и отстое R1+q6		0,0363
Активированного угля в «оборотной лепешке»	0,3415	0,1708
Воды на промывку шлама	2,256
Всего	20,8606	1,8262	Всего	20,8606	1,8262

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения курсового проекта были изучены технологические параметры гидролиза гемицеллюлоз пентозансодержащего сырья, приведена характеристика пентозныхгидролизатов и товарного ксилита. Представлена типовая технологическая схема гидролизно-нейтрализационного отделения производства ксилита. Рассчитан материальный баланс гидролизно-нейтрализационного отделения мощностью 2,5 тыс. тонн ксилита в год.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Холькин Ю. И. Современная технология ксилита. – М.- 1982, 56 с.

2. Холькин Ю. И. Технология гидролизных производств. Учебник для вузов.- М.: Лесная промышленность, 1989. - 496 с.

3. Шарков В. И., Сапотницкий С. А., Дмитриева О. А., Туманов И. Ф. Технология гидролизных производств.- М.: Лесная промышленность, 1973г., 408 с.

4. Ёлкин В. А. Оборудование и проектирование предприятий гидролизной и лесохимической промышленности. Учебник для вузов / Ёлкин В. А., Выродов В. А., Рябов В. В., Кречмер М. М.- М.: Лесная промышленность, 1991. – 304 с.

5. Промышленные регламент на производство кристаллического ксилита. ПР 64 – 206 – 91, 1991 – 325 с.

6. Получение углеродистых материалов и адсорбентов из целлолигнина, полученного от ксилитной варки.Бахтиярова А.В., ЁлкинВ.А.,СпицынА.А.,РощинВ.И. Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2015. Вып. 213. С. 242–252.

7. http://www.dissercat.com/content/tekhnologiya-ochistki-gidroliznykh-sred-makroporistymi-ionitami-i-polielektrolitami-v-proizv

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1185; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 34

Мы поможем в написании ваших работ!