Đồ án Thiết kế lò đốt thu hồi cho nhà máy bột sunfat gỗ cứng, năng suất 220000 tấn bột khô gió/năm

y than và nóng chảy chất khô vô cơ đồng thời xảy ra quá trình khử natrisunfat. *Giai đoạn 1 Những phản ứng hoá học xảy ra ở giai đoạn thứ 1 – Giai đoạn sấy khô kiềm là những phản ứng giữa những thành phần trong dịch đen với khí lò. Trong thành phần của khí lò, ngoài khí CO2 còn có SO2, SO3 .Trong thành phần của dịch đen sunfat gồm có NaOHtự do Na2Stự do và những hợp chất của Na với các chất hữu cơ trong kiềm. Những thành phần trong khí lò và những thành phần chính trong kiềm tác dụng với nhau theo phản ứng. 2NaOH+CO2Na2CO3+H2O 2NaOH+SO2Na2SO3+H2O 2NaOH+SO3Na2SO4+H2O 2Na2S+SO2+O22Na2S2O3 Na2S+CO2+H2ONa2CO3+H2S Na2S+SO3+H2ONa2SO4+H2S 2RCOONa+SO2+H2ONa2SO3+2RCOOH 2RCOONa+SO3+H2ONa2SO4+2RCOOH Do những phản ứng trên, nên toàn bộ NaOHtự do và phần lớn Na2S được chuyển thành cacbonat, sunfit, sunfat, và thiosunfat. Ngoài ra sunfit và sunfat còn được sinh ra do phản ứng giữa SO2 và SO3 với những hợp chất của Na với các chất hữu cơ. *Giai đoạn 2. Ở giai đoạn thứ 2 - giai đoạn nhiệt phân và than hoá chất khô hữu cơ đồng thời xảy ra quá trình cácbonat hoá kiềm, tạo ra những hợp chất như metylic, phenol….ngoài ra còn tạo ra một lượng nhỏ những hợp chất của sunfua như H2S, (CH3)2S, CH3HS, ankyl sunfua và một số sản phẩm bay hơi khác. Phần lớn những sản phẩm này bị bốc cháy và cháy trong dòng khí nóng để sinh ra CO, CO2, H2, SO2 và SO3. Trong thành phần khí đi ra khỏi lò chỉ còn lại một lượng rất nhỏ sản phẩm cháy không hoàn toàn. Do những hợp chất của sunfua và đặc biệt là H2S cháy không triệt để khí lò có mùi rất đặc trưng. Giai đoạn 3: Đến đầu giai đoạn thứ 3 - giai đoạn cháy than, trong lò chỉ còn lại khoảng một nửa khối lượng Cacbon trong dịch đen ban đầu được chuyển về dạng than cốc. Trong số những hợp chất vô cơ còn lại sau khi nhiệt phân thì chủ yếu là Natri cacbonnat được sinh ra chủ yếu do quá trình phân huỷ và ôxi hoá những hợp chất hữu cơ với Natri. Ngoài ra Natri cacbonnat còn được sinh ra do quá trình cacbonat hoá NaOH tự do và Na2S có sẵn trong dịch đen ban đầu. Natri cacbonat và Natri sunfua có sẵn trong dịch đen ban đầu hoàn toàn không bị biến đổi trong giai đoạn đầu của quá trình đốt và cả lượng Natri sunfat bổ sung cũng không biến đổi ở giai đoạn này. Do quá trình phân huỷ những hợp chất hữu cơ mà trong thành phần của chúng có S và Na nên ở giai đoạn thứ hai có thể sinh ra thêm một lượng Natri sunfat mới và một số hợp chất của Lưu huỳnh như Na2S, Na2SO3… theo số liệu của Venhemark thì trong khi chưng khô (không có không khí) kiềm, lưu huỳnh trong chất khô sau khi chưng khô chủ yếu là Na2S. nếu như có một lượng không khí nào đó tức là trong điều kiện như khi đốt dịch đen thì ngoài Na2S còn có sunfit, sunfat và thiosunfat… tỷ khối các chất này phụ thuộc vào điều kiện nhiệt phân, nhiệt độ, khối lượng không khí cho vào lò đốt, ở điều kiện tối ưu thì trong quá trình nhiệt phân sẽ có tới 50% lưu huỳnh ở dạng hợp chất hữu cơ được chuyển về dạng hợp chất sunfua vô cơ. Ở giai đoạn thứ 3 sẽ xẩy ra quá trình cháy tăng tốc và nóng chảy các muối vô cơ còn lại. Trong quá trình đốt dịch đen, giai đoạn có tầm quan trọng đặc biệt đối với quá trình công nghệ là giai đoạn thứ 3 của qúa trình đốt. Giai đoạn này nhất thiết không thể thiếu được, bởi vì chỉ có trong kiềm nóng chảy (kiềm lỏng) mới hoàn toàn có đủ điều kiện để cho quá trình khử Na2SO4 xảy ra. Có phản ứng này mới có thêm NaOH, Na2S là hai thành phần của dịch nấu sunfat. Để cho than cốc được cháy hoàn toàn trong giai đoạn thứ 3 cần phải có một lượng không khí dư nhất định. Trong hệ thống lò đốt kiểu phun kiềm hiện nay, có 2 vùng thổi không khí vào lò đốt - vùng thứ nhất dùng để thổi một phần không khí trực tiếp và vùng cháy để đốt than cốc, vùng thứ 2 dùng để thổi không khí vào lò để đốt cháy những sản phẩm khí sinh ra do quá trình nhiệt phân, vùng này gọi là vùng thứ của lò, khối lượng không khí chung (theo lý thuyết) cần thiết để đốt cháy hoàn toàn những chất hữu cơ trong kiềm thành CO2, H2O, SO2. Phản ứng khử Na2SO4 và thành phần kiềm đỏ sunfat. Phản ứng chủ yếu xảy ra ở giai đoạn thứ 3 của quá trình đốt dịch đen sunfat là phản ứng khử Na2SO4 về Na2S bằng than cốc. Phản ứng khử Na2SO4 bằng than cốc có thể xảy ra theo những phản ứng sau: Na2SO4+2CNa2S+2CO2 Na2SO4+4CNa2S+4CO Na2SO4+4CONa2S+4CO2 Hai phản ứng đầu là phản ứng của sunfat tác dụng trực tiếp với cacbon và là phản ứng thu nhiệt. Phản ứng thứ ba là phản ứng khử sunfat bằng cacbonoxit và là phản ứng toả nhiệt. Hiệu suất nhiệt của những phản ứng trên là kết qủa của 2 quá trình: quá trình khử sunfat, tức là chuyển sunfat về sunfua và quá trình oxi hoá cácbon bằng oxi sinh ra. Trong ba phản ứng trên thì phản ứng thứ nhất chủ yếu xảy ra trong quá trình khử sunfat. Bởi vì tổng của phản ứng thứ hai và phản ứng thứ ba là phản ứng thứ nhất. Tốc độ và trạng thái cân bằng của cả ba phản ứng trên đều phụ thuộc vào nhiệt độ. Nếu tăng nhiệt độ thì cân bằng của hai phản ứng đầu sẽ chuyển sang phải tức là về phía làm cho mức độ khử sunfat cao, còn cân bằng của phản ứng thứ ba thì ngược lại, tức là chuyển sang bên trái. Trong thực tế và trong cả nghiên cứu cho tấy rằng ở nhiệt độ gần 10000K tất cả ba phản ứng trên đều có cùng một hằng số cân bằng. GĐ4: Tái sử dụng hóa chất: Quá trình tái sử dụng hóa chất chủ yếu bao gồm xúa hòa và thu hồi vôi, mục đích là chuyển Na2CO3 thành NaOH. Dịch đỏ thu được khi đốt dịch đen được hòa với dịch trắng loãng thành dịch danh trong bể hòa dịch xanh. Sau đó đưa sang bể tôi vôi, sau khi tôi vôi, dịch xanh chuyển thành dịch trắng và được tách khỏi cặn vôi bằng hệt thống bể lắng. Cặn vôi thu được đem cô đặc lại và đưa sang hệ thống lò tôi vôi. Theo lý thuyết độ xút hóa có thể đạt 98-99%, tuy nhiên thực tế không đạt được như vậy bởi có nhiều yếu tổ ảnh hưởng. Với nồng độ dung dịch 64-124 g/l Na2CO3 thì độ xút hóa đạt hợp lý nhất. Phần II: LẬP LUẬN CHỌN SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ Lập luận chọn sơ đồ công nghệ đốt dịch đen Hiện nay có nhiều phương pháp thu hồi và tái sử dụng hóa chất như: Hệ thống thu hồi – xút hóa, Khí hóa Plasma, Xút hóa tự động… tuy nhiên phổ biến nhất là sử dụng hệ thống lò đốt thu hồi – xút hóa Phổ biến nhất hiện nay là hệ thống lò đốt kiểu phun. Hệ thống lò đốt kiểu phun chính là hệ thống nồi hơi, trong lò đốt của hệ thống này được đốt bằng một loại nhiên liệu thứ cấp – dịch đen với hàm kượng nước, hàm lượng tro khá cao. Trong hệ thống lò đốt này thực hiện hai chức năng: chức năng thứ nhất là sản xuất hơi đốt (chức năng về nhiệt); Chức năng thứ hai là tái sinh lại kiềm trong nhiên liệu là dịch đen (chức năng công nghệ). Hiện nay, cả hai chức năng này được kết hợp rất có hiệu quả. Hình 2.1 Lò đốt thu hồi kiểu phun Năng suất hơi đốt của hệ thống lò đốt kiểu này đạt tới 60 – 70 tấn/giờ. Lượng hơi đốt này tương đương với đốt một lượng dịch đen khi sản xuất 300 – 350 tấn bột trong một ngày. Hiện nay người ta đã thiết kế và chế tạo hệ thống lò đốt kiểu phun kiềm với năng suất hơi là 100 – 120 tấn/h (500 – 600 tấn bột trong một ngày). áp suất hơi thu được trong lò đốt kiểu này đạt tới 60 – 70 at với nhiệt độ quá nhiệt là 450oC> Trong trường hợp đặc biệt có thể sản xuất được loại hơi đốt với áp suất 100 – 110 at với nhiệt độ quá nhiệt 480oC. Đa số các hãng chế tạo loại lò này đảm bảo chắc chắn rằng chỉ cần đặt một lò đốt với năng suất tương ứng với năng suất của nhà máy bột chứ không cần phải đặt thêm lò dự phòng mà vẫn đảm bảo đầy đủ sản lượng sản xuất của nhà máy bột. Bộ phận đốt của hệ thống chính là một lò có thiết diện hình vuông, chiều cao từ 10 – 18m. Thành lò và dưới đáy lò là một mạng lưới ống đốt hầu như phục vụ cho nồi hơi. Theo chiều cao của lò có thể chia ra 3 vùng – một vùng khử và một vùng oxi hoá, và một vùng khí (Sấy).Vùng khử chính là vùng mà trong đó được chất đầy bởi kiềm đỏ và cặn kiềm (khoảng cách giả thử là đến mép lớp vòi phun không khí thứ nhất); vùng khí (ở giữa lớp vòi phun thứ nhất và lớp vòi phun thứ hai). Đặc trưng của vùng khử là thiếu oxy và nhiệt độ tương đối cao. Vùng oxy hóa là vùng tính từ mép lớp vòi phun không khí thứ hai đến chùm ống đốt đầu tiên của nồi hơi. Hệ thống lò đốt kiểu phun kiềm hiện nay thường làm việc với lượng không khí dư khá thấp, khoảng 1,1 – 1,15, trong đó khối lượng không khí được thổi vào lò để đốt bằng một quạt gió chung. Trước khi thổi vào lò, không khí được đốt nóng sơ bộ, có thể trong thiết bị đốt nóng bằng khí nóng hoặc trong thiết bị đốt nóng bằng hơi đốt. Mạng lưới ống ở vùng oxy hoá thường để hở, còn mạng lưới ống ở vùng khử phải phủ kín bằng một lớp gang, trên bề mặt lớp gang được phủ bằng một lớp cách nhiệt bằng hồ Crôm dày gần 100mm hoặc có thể đơn giản có thể chỉ bằng một lớp hồ Crôm. Lớp cách nhiệt bằng hồ Crôm có tác dụng bảo vệ rất tốt về tác dụng của niệt độ cao. Nhưng trong môi trường oxy hoá, dưới tác dụng của kiềm, lớp hồ Crôm vẫn bị phân huỷ để tạo ra Crômat natri có khả năng hoà tan vào nước. Đáy lò nhất thiết cũng phải dược che phủ bằng lớp hồ Crôm. Hiện nay, người ta làm đáy lò phẳng chứ không làm nghiêng. Đáy lò được làm lạnh bằng nước và có cửa để cho liềm đỏ chảy xuống cửa hoà kiềm đỏ. Cửa chảy kiềm đỏ cách đáy lò 100mm. Vì vậy mà dưới đáy lo luôn luôn có một lớp kiềm đỏ dự trữ, lớp kiềm đỏ này có tác dụng bảo vệ lớp lót côm khỏi sự tác dụng trực tiếp bởi những muối kiềm nóng chảy. Vòi phun không khí vào lò bậc một đặt hơi nghiêng xuống phía dưới (khoảng 15o) nhằm để cho không khí thổi xuống phía dưới mà không bị dòng khí cuốn lên vùng thứ của lò đốt, vòi phun không khí bậc hai đặt nằm ngang. Gần đây, người ta đặt vòi phun không khí bậc hai theo phương tiếp tuyến. Đặt vòi phun theo kiểu này thì ở tâm lò sẽ tạo thành hình xoáy ốc có đường kính nhất định. Như vậy sẽ thoả mãn được điều kiện – sản phẩm khí được cháy triệt để hơn và khi cường hoá lò đốt có thể tăng cường lượng không khí vao lò ma không làm mất mát cặn kiềm theo khói lò. Để đưa dịch đen vào lò đốt chủ yếu sử dụng hai cơ cấu. Loại thứ nhất: vòi phun cơ học kiểu đu đưa của Tomlinson có tấm ngắt. Vòi phun này được đặt ở giữa thành lò chính diện. Như vậy thành lò đối diện với vòi phun được bồi lên một lớp kiềm hoặc hạt kiềm được văng lên vùng oxy hoá và từ đó kiềm sẽ chảy suống đáy lò. Loại thứ hai: kiềm được đưa trực tiếp xuống đáy lò bằng một số loại vòi phun cơ học hoặc vòi phun hơi. Trong nhiều trường hợp, kiềm còn được trọn với chất khô thu hồi được trong xyclon hoặc trong thiết bị lọc điện. Nồng độ chất khô trong khi phun vào lò đốt thường trong khoảng từ 55 – 70%. Trong trạm cô đặc, kiềm thường được cô đặc đến nồng độ 45 – 55% chất khô. Còn tiếp tục tách nước đến nồng độ cần thiết được tiến hành trong thiết bị bốc hơi tiếp xúc (tầng bốc hơi) đặt trước lò đốt. Nhiệt để bốc hơi nước trong thiết bị này là nhiệt thừa của khí lò. Thiết bị bốc hơi này đồng thời cũng là thiết bị thu hồi cặn kiềm trong khí lò. Để thu hồi cặn kiềm trong khí lò hiệu quả nhất là dùng phin lọc điện kiểu khô hoặc kiểu ướt. 2.2 Chọn sơ đồ công nghệ. Sơ đồ công nghệ: Trình bày trên bản vẽ. Thuyết minh dây chuyền. Dịch đen sau khi cô đặc được đưa vào bể trộn 3, cùng với tro lắng ở hệ thống lắng tro 4 và lọc tĩnh điện 6, Na2SO4 Được bổ xung vào bể 3 để trộn sau đó dịch đen được đưa sang hệ thống gia nhiệt 12 làm tăng hiệu quả đốt. Dịch đen được đưa vào hệ thống vòi phun dịch của lò đốt. Bắt đầu quá trình đốt dịch, dầu đốt được cấp vào qua hệ thống vòi phun dầu. Không khí sau khi được gia nhiệt bằng hơi nước được cấp vào lò đốt thành 3 vùng khác nhau nhằm đạt hiệu quả đốt tối ưu. Dịch đen được phun thành tia nhỏ vào lò, được đốt cháy cùng dầu, các chất vô cơ nóng chảy (dịch đỏ) liên tục chảy qua máng thoát vào bể hòa tan 2. Dịch trắng loãng được bơm vào bể hòa tan để hòa kết hợp với dịch đỏ thành dịch xanh. Trong quá trình hòa tan, sinh ra hơi nước kéo theo các chất vô cơ, hơi này được ngưng tụ ở xyclon tách khí 5 và chảy trở lại bể trộn, lương khí không ngưng được thải bỏ. Dịch xanh từ bể hòa tan được đưa sang dây chuyền xút hóa. Lượng nhiệt do các chất hữu cơ trong dịch đen cháy tạo ra làm bay hơi nước trong đường ống feston, sinh ra hơi trong bao hơi 11, sau đó hơi nước được đưa sang hệ thống quá nhiệt hơi nước, hơi tạo ra có áp suất 8.4Mpa, nhiệt độ 480oC được đưa sang nhà máy điện, một phần đưa đi sản xuất. Lượng nước ngưng từ quá trình sản xuất được đưa về bể chứa nước ngưng 9 , sau đó được bơm tuần hoàn qua hệ thống gia nhiệt 10 và đi vào nồi hơi 8. Nước từ nồi hơi 8 được tuần hoàn với hệ thống ống sinh hơi của lò đốt và bao hơi 11. Phần III: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NHIỆT LƯỢNG 3.1 Tính cân bằng vật chất. 3.1.1Tính tổng lượng chất khô đen đi đốt. Các số liệu ban đầu : 1,Hiệu suất nấu sunfat :48% so với NLKTĐ. 2,Khối lượng riêng của NL: 430 Kg/m3 3,Độ nén chặt:0,38 m3/m3 4,Nồng độ kiềm hoạt tính: 100 g/l. 5,Mức dùng kiềm :18%Na2O. 6,Độ sunfua :25%Na2S . 7,Modun nấu sunfat 1:4 . 8, Độ khử sunfat :92% . 9, Nồng độ dịch đen cho vào lò đốt 70% chọn tổn thất ở nấu rửa 10% . 3.1.2 Tính lượng NLKTĐ để sản xuất ra 1 tấn bột khô gió. -Lượng gỗ KTĐ để sản xuất thực tế chứa trong 1m3 nồi nấu. 430×0.38=163.4 Kg - Lượng sản phẩm KTĐ chứa trong 1m3 nồi. 163.4×48100=78.43 Kg Lượng sản phẩm Bột khô gió bằng: 78.430.88=89.125 Lượng gỗ KTĐ cần thiết nạp vào nồi để sản xuất ra 1 tấn Bột khô gió: 1000×163.489.125=1933.28 Kg gỗ KTĐ -Lượng dịch cần nạp vào nồi 1833,28x4 = 7333,12 kg Vậy lượng chất hữu cơ hoà tan khi nấu được 1 tấn Bột khô gió sẽ là: 100-4848×880=954 Kg -Lượng kiềm hoạt tính dùng cho nấu là: 10048×880×0.18=330 Kg Ta chọn hệ số chuyển đổi khối lượng kiềm hoạt tính từ đơn vị Na2O sang khối lượng muối vô cơ trong kiềm ở đơn vị riêng bằng 1,5. Do đó khối lượng chất khoáng có trong dịch đen/1 tấn Bột 330×1.5=495 Kg - tổng khối lượng chất khô (hữu cơ và vô cơ) là 495+954=1449 Kg 495+954=1449 kg Tỷ lệ vô cơ và hữu cơ có trong dịch đen : 495954=0.52 Tức là vô cơ chiếm 34,2% Hữu cơ chiếm 65,8% Lượng dịch còn lại sau giai đoạn nấu rửa là: 9333.12-0.1×7333.12=6599.8 Kg Do % mất mát ở các khâu là khá nhỏ vì vậy ta coi lượng chất khô mất mát là không đáng kể. Như vậy lượng dịch đi vào quá trình cô đặc là 6599,8 kg/tấn Bột. Do đó nồng độ % về khối lượng của dịch đen đi vào cô đặc bằng : 14496599.8×100%=21.95 % Nhiệm vụ của quá trình cô đặc là phải cô đặc tới 60% lượng chất khô. Với năng suất nhà máy là 220000 tấn/năm thì năng suất của dịch đen đem cô đặc trong 1 giờ sẽ bằng: 6599.8×220000330×24=193328.78Kg/h 330 là số ngày sản xuất trong 1 năm 24 là số giờ trong một ngày Lượng hơi nước thoát ra của toàn hệ thống tính theo công thức: W=Gd×1-XdXc Xd: Nồng độ chất khô ban đầu Xc: nồng độ chất khô cuối W=183327.78×1-21.9570=125841.43 Kg/h Lượng dịch đen ra khỏi quá trình cô đặc Gc=Gd-W=183327.78-125841.43=57486.35 Kg/h Lượng dịch tính theo 1 tấn Bột khô gió: 57486.35×24×330220000=2069.51 Kg/tấn bột khô gió Lượng chất khô ra khỏi quá trình cô đặc (Với hàm lượng chất khô 70%) là 2069.51×0.7=1448.65 Kg Bằng thực nghiệm người ta tính toán được rằng sau quá trình cô đặc thì lượng chất khô bị mất mát 5% Þ Lượng chất khô thực tế đem vào đốt là: 1448.65×0.95=1376.22Kgtấn bột khô gió 3.1.3 Thành phần khối lượng các chất trong dịch đen. Thực nghiệm người ta đã xác định thành phần các chất trong dịch đen và đã được đưa ra trong phần lý thuyết về đốt kiềm. Từ đó ta có thể đưa thành phần và khối lượng các chất theo bảng sau. Bảng 3.1 thành phần chất khô của dịch đen Phần hữu cơ Phần vô cơ Thành phần nguyên tố % Kg Thành phần nguyên tố % kg C 42 578 NaOH tự do 1,4 19,3 O 20 275,24 Na2CO3 4 55,05 Shữu cơ 1,6 22 Na2S 1,6 22,02 H 5 68,81 NaOH liên kết 23,4 322,04 Na2SO4 1 13,76 Tổng 68,6% 944,05 Tổng 31,4 432,17 *Lượng kiềm trong dịch đen: Tính bằng đơn vị Na2O là 19.3+322.04×6280+22.02×6278+55.05×62106+13.76×62142=320.25 Kg *Lượng S trong dịch đen: 22+22.02×3278+13.76×3214234.13 *Thành phần khối lượng các chất trong kiềm đỏ . Để xác định thành phần các chất trong kiềm đỏ ta phải tính từ thành phần kiềm trắng Lượng kiềm hoạt tính dùng cho quá trình nấu với mức dùng kiềm 18% so với NLKTĐ là 1833.28×0.18=330 Kg Na2O Trong đó Lượng NaOH : 330×100-25100=247.5 KgNa2O Lượng Na2S : 330-247.5=82.5 Kg Na2O Lượng Na2CO3: 247.5×100-8888=33.75 Kg Na2O Lượng Na2SO4: 82.5×100-9292=7.17 Kg Na2O Từ đây ta suy ra thành phần các chất trong kiềm đỏ Lượng Na2CO3 trong kiềm đỏ: 247.5×10680×0.88=288.59 Lượng Na2S trong kiềm đỏ : 82.5×0.92=75.9 Lượng Na2SO4 có trong kiềm đỏ bằng trong kiềm trắng = 7,17Kg Từ đó ta có tổng thành phần các chất trong kiềm đỏ 288.59+75.9+7.17=371.66 Kg Trong đó Na2CO3 chiếm : 288.59371.66×100%=77.65% Na2S chiếm : 75.9371.66×100%=20.42 % Na2SO4 chiếm 1,93% Đổi ra đơn vị riêng Na2CO3=288.59×10662=493.4 Kg Na2S=75.9×7862=95.49 Kg Na2SO4=7.17×14262=16.42 Kg Lượng S trong kiềm đỏ : 95.49×3278+16.42×32142=42.87 Kg So sánh với Na2O và S giữa dịch đen và kiềm đỏ ta thấy hàm lượng các chất trong kiềm đỏ lớn hơn trong dịch đen. Vì vậy để đảm bảo cho sự cân bằng thì trước khi vào đốt ta phải bổ xung 1 lượng Na2SO4 vào dịch đen. Từ bảng thành phần kiềm đỏ ta suy ra mức độ khử 20.4220.42+1.93×78142=95% Mất mát kiềm từ lò đốt ta chọn n=15% so với tổng khối lượng Na2O đi vào với dịch đen và sunfat bổ xung . Trong khối lượng mất mát có 20% lắng lại ở phễu tro, 70% nằm trong loc điện còn 10% mất mát vĩnh viễn 3.1.4 Lượng Na2SO4 cần bổ xung Ký hiệu A: Khối lượng Na2O trong dịch đen. B: Khối lượng Na2O trong kiềm đỏ. N: Khối lượng Na2O trong sunfat bổ xung. Khối lượng Na2O mất mát vĩnh viễn trong khói lò là: A+N×η100×1-m100 Phương trình cân bằng Na2O đối với lò đốt: A+N=B+A+N×η100×1-m100 Từ đó rút ra: N=B-A1-η100×1-m1001-η100×1-m100 Thay số ta có: N=371.66-320.251-15100×1-901001-15100×1-90100=57 Kg Na2O Theo đơn vị riêng 57×14262=130.7 KgNa2SO4tấnbột Trong thực tế Na2SO4 chỉ có độ tinh khiết 95% . Do vậy lượng Na2SO4 thực tế bổ xung bằng: 130.70.95=137.58 Kg Từ đây ta có thể tính được khối lượng Na2O đi ra khỏi lò đốt và khói lò sẽ là 320.25+57×0.15=56.58 Kg -Lượng mất mát vĩnh viễn : 56.58×0.1=5.66 Kg 3.1.5 Kiểm tra lại cân bằng Na2O + Đi vào cùng với dịch đen và sunfat bổ xung : 320.25+57=377.25 Kg + Đi ra với kiềm đỏ và mất mát : 371.66+5.66=377.25 Kg Từ giả thiết đi ra theo khói lò có 90% là NaSO4 và 10% là Na2CO3. Khi đó, ở phễu tro có Tổng khối lượng các chất bằng: 56.58×0.2 = 11.31 Kg Trong 11,31 kg này có10% là Na2CO3 và 90% là Na2SO4 tức là lượng Na2CO3 bằng: 11.31×0,1 =1.1 Kg Lượng Na2SO4 :10.21 kg. Tính theo đơn vị riêng Na2SO4=10.21×14262=23.38 Kg Na2CO3=1.1×=1.88 Kg Tổng = 25.26 Kg Ở lọc tĩnh điện :Tổng lượng các chất bằng: 56.58-5.66-11.31=39.61 Kg Na2O Trong đó: Na2CO3=39.61×0.1=3.96 Kg Na2O Na2SO4 = 35.65 kg Na2O Đổi ra đơn vị riêng: Na2CO3=3.96×10662=6.77 Kg Na2SO4=35.65×14262=81.65 kg Tổng: 88,42 kg *Đi ra theo ống khói có 5,66 kg trong đó có 0.566 kg Na2CO3 và 5.094 kg Na2SO4 theo Na2O Theo đơn vị riêng Na2CO3=0.566×10662=0.96 Kg Na2SO4=5.094×14262=11.67 Kg Tổng :12.63 Kg Tới đây ta có tất cả các số liệu ban đầu để tính toán tổng cân bằng vật chất của lò đốt: -Trong dịch đen có: 1376.22 kg chất khô và 1376.22×3070=589.8 Kg nước. Theo dây chuyền công nghệ, dịch đen sẽ trộn với tro lắng ở phễu tro và bụi kiềm ở lọc tĩnh điện. Như vậy, sau thiết bị khuấy trộn, lượng các chất vô cơ trong kiềm sẽ là: 432.17+130.7+25.26+88.42 = 676.55 Kg Tổng lượng chất khô là: 944.05+676.55 = 1620.6 Kg Hàm lượng các chất vô cơ tăng lên đến: 676.551620.6×100%=41.74% Hàm lượng chất khô bằng 1620.61620.6+589.8×100%=73.32% 3.1.6 Các phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình đốt. Trong quá trình đốt khi phun dịch đen thì các thành phần như NaOHtư do, Na2S và NaOHliên kết sẽ được cacbonat hóa hoàn toàn. 50% lượng H2S tạo ra khi cacbonathoa Na2S và Shc tạo thành SO2 .Quá trình tái sinh S, tức là chuyển nó từ thành phần có trong dịch đen về kiềm đỏ diễn ra do quá trình oxy hoa 1 phần SO2 chuyển thành SO3, sau đó sẽ tác dụng với Na2CO3 để tạo thành Na2SO4 .Trong tổng số thành phần cacbon được cháy sẽ có 3% C tạo thành CO. 1, Phản ứng cacbonat hoá xút 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O 2.40 44 106 18 Lượng NaOH đem đi phản ứng bằng NaOHliên kết+NaOHtự do=341.34 Kg Lượng CO2: 341.34×4480=187.74 Kg Lượng Na2CO3: 341.34×10680=252.27 Kg Lượng H2O 341.35×1880=76.8 Kg 2, Phản ứng cacbonat hoá sunfua Na2S + CO2 + H2O = Na2CO3 + H2S 78 44 18 106 34 Lượng Na2S tham gia phản ứng bằng lượng Na2S trong dịch đen = 22.02 Kg Lượng CO2 : 22.02×4478= 12.42 kg H2O : 22.02×1878=5.08 Kg Na2CO3 : 22.02×10678=29.92 Kg H2S : 22.02×3478=9.6 Kg 3, Phản ứng khử sunfat Na2SO4 + 2C = Na2S + CO2 142 2.12 78 2.44 Lượng Na2S có trong kiềm đỏ :95,49 kg Lượng các chất tham gia phản ứng: Na2SO4 : 95.49×14278=173.84 Kg C : 95.49×2478=29.38 Kg CO2 :95.49×4478=53.87 Kg 4, Phản ứng cháy không hoàn toàn 2C + O2 = 2CO 2.12 32 2.28 Lượng cacbon trong dịch đen : 578 kg Lượng C bị khử ở phản ứng 3 :29.38 kg Lượng C còn lại 548.62 kg Lượng cacbon chuyển thành CO, theo điều kiện là 3%: 548.62 × 0.03 = 16.46 kg Lượng O2 tham gia phản ứng :16.46×3224=21.94 Kg Lượng tạo thành : CO:16.46×5624=38.4 Kg 5, Phản ứng tạo thành CO2 của C C + O2 = CO2 12 32 44 Lượng tham gia phản ứng: C : 548.62 – 16.46 = 532.16 Kg O2:532.16×3212=1419.09 Kg Lượng tạo thành: CO2:632.16×4412=1951.25 Kg 6, Phản ứng cháy hyđro 2H2 + O2 = 2H2O 4 32 2.18 Lượng tham gia phản ứng: H2(có trong dịch đen): 68.81 kg 68.81×324=550.48 Kg Lượng tạo thành: H2O : 68.81×364619.29 Kg 4.7. phản ứng cháy S S + O2 = SO2 32 32 64 Lượng S tham gia phản ứng: Shc trong dịch đen = 22 Kg O2 :22×3232=22 Kg Tạo thành SO2 : 22×6432=44 Kg 8, Phản ứng cháy H2S 2H2S + 3O2 = SO2 + 2H2O 2.34 3.32 2.64 2.18 Lượng H2S tham gia phản ứng : 9.6×0.6=4.8 Kg O2 :4.8×3234=6.78 Kg Tạo thành: SO2 : 4.8×6434=9.03 Kg H2O : 4.8×1834=2.54 Kg 9, Phản ứng tạo thành Na2SO4 2SO2 + O2 + 2Na2CO3 = 2Na2SO4 + 2CO2 2.64 32 2.106 2.142 2.44 Lượng Na2SO4 gồm có + Trong kiềm đỏ, mất mát vĩnh viễn và bị khử về sunfua 16.42 + 11.67 + 173.84 = 201.93 Kg + Trong dịch đen và lượng bổ xung: 13.76 +130.7 = 144.46 Kg + Lượng tạo ra do phản ứng trên: 201.93 – 144.46 =57.47 Kg SO2 : 57.47×64142=25.9 Kg O2 : 57.47×322×142=6.47 Kg + Lượng Na2CO3: 57.47×106142=42.9 Kg + Lượng CO2 :57.47×44142=17.8 Kg 3.1.7 Kiểm tra cân bằng. 1, Kiểm tra lượng Na2CO3 -Lượng vào = lượng có trong dịch đen, lượng sinh ra do các phản ứng (1) và (2) và bằng : 55.05 + 452.27 +29.92 = 537.24 Kg -Lượng ra = lượng có trong kiềm đỏ, mất mát và lượng chi phí cho phản ứng (9) bằng : 493.4 + 0.96 +42.9 = 537.24 kg Như vậy tính toán trên là đúng ! 2, Kiểm tra cân bằng S - Tổng lượng vào = lượng S có trong dịch đen và sunfat bổ xung bằng: 34.13 + 130.7× = 63.58 kg - Lượng ra = lượng ra của kiềm đỏ và lượng mất mát +ở dạng SO2 : tức là = lượng ra ở phản ứng (7) cộng ra ở phản ứng (8 ) trừ đi tham gia phản ứng (9) và bằng : ( 44 + 9.03 - 25.9)× = 13.56 kg ở dạng H2S bằng lượng vào phản ứng (2) trừ ra phản ứng (8) Bằng (9.6 – 4.,8)× =4.,52 kg +ở dạng Na2SO4 : chính bằng lượng mất mát: 11.67× =2.63 kg Như vậy tổng lượng S bị mất mát bằng 13.56 + 4.52 +2.63 = 20.71 kg -Tổng lượng ra = 42.78 + 20.,71 = 63.,58 kg Như vậy cân bằng S cũng đúng 3.1.8 Kiểm tra lượng oxy tiêu hao cho các phản ứng 4,5,6,7,8,9 21.94+1419.09+550.48+22 +6.78+6.47= 2026.76 kg 3.1.9 Lượng oxy theo lý thuyết : Bằng lượng oxy tiêu hao trừ đi lượng oxy có sẵn trong dịch đen: 2026.76-275.24 = 1751.52 kg Tiêu thụ không khí theo lý thuyết. 1751.52×=8340.57 kg Hay bằng: 8340.571376.22 =6.06 kg không khí/kg chất khô Ta chọn hệ số dư không khí =1.2 .Khi đó lượng không khí tiêu thụ thực tế bằng : 8340.57×1.2 = 10008.68 kg Trong đó O2 chiếm: 10008.68×0.21 = 2101.82 kg N2 chiếm: 7906.86 kg (bỏ qua lượng nước trong không khí) 3.1.10 Thành phần khí ra khỏi lò đốt. Để tính toán thành phần khí ra khỏi lò đốt ta cần sử dụng khối lượng riêng các thành phần ở t0 tiêu chuẩn(0oc, 760 mmHg) ở đơn vị kg/Nm3 như sau: H2O (hơi nước) 0.8 H2S 1.52 CO 1.25 CO2 1.98 SO2 2.93 N2 1.25 O2 1.43 Bảng 3.1.2 thành phần thể tích khí khô và khí ẩm Cấu tử Không khí ẩm Không khí khô Thành phần khối lượng Thành phần thể tích Thành phần khối lượng Thành phần thể tích Kg/tấn Xenlulô % Nm3/tấn Xenlulô % Kg/tấn Xenlulô % Nm3/tấn Xenlulô % H2O 1611,03 13,69 2013,78 21,09 H2S 4,8 0,04 3,16 0,033 4,8 0,047 3,16 0,042 CO 38,4 0,33 30,72 0,32 38,4 0,378 30,72 0,4 CO2 1822,76 15,5 920,58 9,64 1822,76 17,96 920,58 12,22 SO2 27,13 0,23 9,26 0,097 27,13 0,267 9,26 0,123 N2 7906,86 67,23 6325,49 66,25 7906,86 77,898 6325,49 83,96 O2 350,3 2,98 244,96 2,57 350,3 3,45 244,96 3,25 Tổng 11761,28 100 9547,96 100 10150,25 100 7534,18 100 Bảng 3.1.3 Tổng kết cân bằng vật chất lò đốt kiềm, lượng vào Các cấu tử Lượng vào, kg/ tấn bột Tổng Với dịch đen đặc Với sunfat