Файл: Бушмелев, В. А. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства учебник.pdf

В. А. Б У Ш М Е Л Е В Н. С. В О Л Ь М А Н

ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ

ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Издание третье, переработанное

Допущено Министерст­ вом целлюлозно-бумаж­ ной промышленности в качестве учебника для целлюлозно-бумажных техникумов

Издательство «Лесная промышленность» Мо с к в а 1974

УДК 676.002.2 -I- 002.5 (075.8)

4 *

Гос. публичная (:-'уи.іі>-т?::нкческая

ЧИ'і і> ■ СГ':> ЗАЛА

Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства. Б у ш а е л е » В. А., В о л ь н а я Н. С. Учебник для техни­

кумов. Изд. 3-е, переработ. «Лесная промышленность», 1974 г., 352.

Рассмотрены гидромеханические, теплообменные и массооб­ менные процессы; аппараты, применяемые в данных процессах; приведены материальные балансы и примеры расчетов различного оборудования. Третье издание значительно дополнено новым ма­ териалом, в частности, приведены расчеты процессов выпаривания, сушки, промывки и других процессов. Рассчитан на учащихся цел­ люлозно-бумажных техникумов.

Таблиц 20, иллюстрации 147,

Официальные рецензенты: канд. техн. наук Е. Я. Балмасов,

Л. А. Каган

Б

© Издательство «Лесная промышленность», 1974 г.

ВВЕДЕНИЕ

ПРЕДМЕТ «ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ЦЕЛЛЮЛОЗНОБУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА»

Все процессы, которые можно наблюдать в окружающей действи­ тельности, делятся на естественные п искусственные.

Естественные процессы протекают в природе. Активного участия в них человек не принимает, хотя всегда пользовался и пользуется их результатами в виде готовых природных продуктов. Однако как ни разнообразна продукция природы, она уже давно не удовлетворяет

человека.

Из природного сырья человек научился изготовлять продукцию более высокого качества, чем это делает природа, а в большинстве случаев и такую, какой в природе нет вообще.

Процессы, разработанные и поддерживаемые человеком, назы­ ваются искусственными. Они многочисленны и разнообразны. Обра­ ботка и переработка природного сырья для получения конечного про­ дукта с заданными качествами должна состоять из выполнения в опре­ деленной последовательности механических приемов и химических взаимодействий сырья и реагентов. Такая процедура называется тех­ нологическим процессом. Множество продукции, получаемой челове­ ком при проведении искусственных процессов, соответствует множе­ ству технологических процессов.

Технологический процесс получения целлюлозы, бумаги и картона складывается из механической, тепловой и химической обработки при­ родного сырья, содержащего растительные волокна.

Технология в переводе с греческого — наука о мастерстве. Техно­ логию целлюлозно-бумажного производства можно характеризовать как практическое приложение законов химии, физики, механики, теплотехники, гидравлики и других наук для успешного полу­ чения целлюлозы, бумаги и картона. Изучение и совершенствование этого процесса, внедрение в производство новых эффективных способов обработки и переработки исходного сырья и обобщение передового опыта целлюлозно-бумажных предприятий составляют предмет тех­ нологии целлюлозно-бумажного производства как науки.

Предмет «Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производ­ ства» неразрывно связан с технологией. Он рассматривает принципы и физико-химическую сущность явлений, лежащих в основе техноло­ гических процессов, и типовую аппаратуру, с помощью которой эти процессы осуществляются. При этом большое внимание уделяется методам расчета основных процессов и аппаратуры.

Знание предмета «Процессы и аппараты» имеет большое практиче­ ское значение для специалиста в области технологии целлюлозно­

4

бумажного производства. Оно позволяет осуществлять в производст­ венных условиях наилучшие технологические режимы, разрабаты­ вать более рациональные технологические схемы, интенсифициро­ вать работу аппаратуры, повышать ее производительность и улучшать качество выпускаемой продукции. Не меньшее, если не большее, зна­ чение этот предмет имеет и для специалиста, занимающегося проекти­ рованием новой аппаратуры и новых производств.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ

В зависимости от закономерностей, объясняющих ход того или

жат законы движения жидкостей и газов и находящихся в них твер­ дых или жидких частиц;

т е п л о в ы е — процессы, связанные с переходом тепла от одного вещества к другому и объясняющиеся законами теплообмена;

м а с с о о б м е н н ы е — процессы, которые связаны с перехо­ дом вещества (массы) из одной фазы в другую и в основе которых ле­ жат законы диффузии;

х и м и ч е с к и е — процессы, в которых наблюдаются химиче­ ское взаимодействие и превращение веществ и которые объясняются законами химической кинетики.

Перечисленные процессы характерны не только для целлюлознобумажного,! но и для любого другого химического производства. В про­ стейшем случае процесс может быть охарактеризован каким-то одним законом, I например законом движения жидкости или газа. Расчет та­ кого процесса 'относительно несложен. Однако часто движение жидко­ сти или газа сопровождается теплообменом. Расчет процесса в этом случае усложняется. Наибольшие трудности ожидают нас при расче­ тах процессов, зависящих от большого числа гидродинамических, тепловых, диффузионных и химико-кинетических факторов. Успех зависит от правильной оценки влияния на процесс каждого фактора в отдельности и взаимодействия факторов.

Перечисленные выше процессы в целлюлозно-бумажном произ­ водстве могут протекать периодически или непрерывно. Периодиче­ ские процессы, проходящие в аппаратах периодического действия, характеризуются замкнутостью производственного цикла. Загрузка обрабатываемого сырья и реагентов и выгрузка готового продукта производятся через определенное время. При этом такие характери­ стики обрабатываемого материала, как температура, давление, кон­ центрация и т. п., непрерывно изменяются во времени в любой точке объема аппарата периодического действия.

Непрерывные процессы характеризуются постоянством перечис­ ленных параметров в любой точке или любом сечении непрерывно действующего аппарата. Процесс организуется так, что в аппарат в единицу времени подается постоянное количество исходного сырья и реагентов и выходит из аппарата определенное постоянное количе­ ство готового продукта.

5

Непрерывные процессы более прогрессивны и имеют ряд преиму­ ществ по сравнению с периодическими. Непрерывные процессы спо­ собствуют увеличению производительности аппаратуры, облегчают ее обслуживание, создают благоприятные условия для полной авто­ матизации производства, для улучшения качества выпускаемой про­ дукции, способствуют повышению компактности аппаратуры, умень­ шению капитальных затрат на строительство производственных по­ мещений и снижению удельных норм расхода пара, энергии, воды и химикатов на единицу вырабатываемой продукции. В связи с этим вновь строящиеся и реконструируемые целлюлозно-бумажные пред­ приятия оборудуются преимущественно аппаратами непрерывного действия (непрерывная варка, непрерывная промывка, непрерывная каустизация и пр.).

ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ

К основным технологическим характеристикам относятся произ­ водительность, интенсивность и интенсификация процессов.

Производительностью завода, цеха, аппарата или машины назы­ вается количество получаемого готового продукта или полуфабриката в единицу времени. Иногда производительность определяется коли­ чеством материалов, поступающих на переработку в единицу времени. Количество материала может исчисляться в объемных или массовых единицах, а время в секундах, минутах, часах, сутках и годах. Напри­ мер, производительность целлюлозного завода может быть равна 100 000 т целлюлозы в год (т/год), насоса — 12 000 л в минуту (л/мин), бумагоделательной машины — 80 т в сутки {mlсутки), вентилятора—

20 000 м3 в час (м3/ч) и т. п.

Каждый аппарат или установка характеризуется полезными (иначе рабочими) поверхностью или объемом: чем больше полезная поверх­ ность или полезный объем аппарата (при прочих равных условиях), тем больше его производительность, но больше и размеры аппарата.

Отношение рабочего объема или полезной рабочей поверхности аппа­ рата к его общему объему называется коэффициентом компактности',

чем больше коэффициент компактности, тем экономичнее аппарат.

Производительность, отнесенная к единице полезной поверхности или полезного объема аппарата, называется интенсивностью процесса в аппарате. Например, интенсивность сушильной части бумагодела­ тельной машины характеризуется производительностью по испаряе­ мой воде, отнесенной к 1 м2 полезной сушильной поверхности (кг/м2ч). Точно так же выражается интенсивность работы выпарных аппаратов. Интенсивность работы варочного котла может быть представлена как количество целлюлозы, получаемой с 1 м3 котла в течение года (тігод-м3), или как выход с 1 м3 котла за одну варку и т. п.

Наряду с понятием интенсивности в литературе часто встречаются равнозначные понятия весовой нагрузки, тепловой нагрузки, съема

вещества с 1 м2 в час и пр.

Интенсификацией называется увеличение интенсивности работы данного аппарата путем рационального изменения гидродинамиче­

6