Количество сульфитного щелока в варочном котле к концу варки зави­сит от ряда факторов: от степени уплотнения щепы, количества кислоты, спо­соба обогрева котла, степени сдувок газа и оттяжек жидкости, сорта выраба­тываемой целлюлозы, наличия перепуска щелока из котла в котел и других причин.

Ниже рассматриваются основные положения, связанные с 'материальным балансом сульфитной варки на 1 м3 емкости варочного котла.

Установлено, что при свободной засыпке в варочный котел щепа 30%-ной влажности занимает только 0,35 м3 объема, остальная часть, т. е. 1 — 0,35 = =0,65 м3, остается свободной.

При уменьшении или увеличении влажности на 1 % плотность укладки соответственно изменится на 0,5%.

Путем искусственного уплотнения плотность укладки щепы повышается на 20—30%. При 25%-ном уплотнении и при тех же прочих условиях объем щепы составит,- 0,35- 1,25 = 0,44 м3, а свободное пространство 1—0,44 = 0,56 м3. Однако количество кислоты определяется не только свободным объемом пос­ле заполнения котла щепой, но и объемом пор древесины, в которые впиты­вается варочная кислота.

Для абсолютно сухой древесины существует простая зависимость между объемом пор и удельным весом:

Где:

V — объем пор в % от объема древесины;

Т — удельный вес абсолютно сухой древесины при определенной влаж­ности (древесина как физическое тело);

D — удельный вес древесного вещества; величина практически постоян­ная, равная 1,50—1,53 (удельный вес чистой целлюлозы 1,58, лигни­на от 1,38—1,41%).

В среднем удельный вес древесины 0,4, т. е. 400 кг в 1 пл. м3 древесины.

Отсюда объем пор древесины составит

1^=100(1—YV-1 = 73,4% от объема древесины,

Или 0,35-0,734 = 0,265 м3/м3 котла. Из них при влажности 30% занято влагой

0,4 • 30

0,35 —™— = 0,06 мЗ, или 60 л.

И воздухом 0,256 — 0,06 = 0,196 л3, что составит к объему древесины

0,196

W 100 = 5696.

Однако столь высокой впитываемости можно достичь лишь при условии полного удаления воздуха из щепы путем различных приемов вакуумизации. При применении горячей кислоты и парового уплотнения значительно повы­шается объем поглощаемой кислоты. Количество холодной впитавшейся кис­лоты составит около 15%, а горячей кислоты — 25—35% от объема древесины. Поэтому объем кислоты, подаваемой на 1 м3 котла, в нашем случае может составить:

Для холодной кислоты при свободной насыпке:

650 + (350 • 0,15) = 702,5 л;

Для горячей кислоты при 25%-ном паровом уплотнении: 560 + (440 • 0,25) = 670 л.

Однако требуется оставить пространство для конденсата пара на варку. Примем в среднем расход пара 1,8 т/т воздушно-сухой целлюлозы. При сред­нем выходе абсолютно сухой целлюлозы с 1 л3 котла 76 кг количество пара, а следовательно, и конденсата на 1 м3 котла составит

0,88 -"1000 = 150 ~ 160 кг'

При подаче кислоты оставляют резерв для конденсата пара не на все его количество, а не более чем 50 л на кубометр, так как не весь пар поступает сразу и в процессе варки в результате сдувок и оттяжек жидкости освобож­дается место для полной конденсации пара.

Учитывая все вышеизложенное, а также количество влаги, поступающей с древесиной, определяют количество жидкости в котле к концу варки.

Для первого случая (свободная насыпка без уплотнения)

702,5 + 60 — 50 + 160 — 110 = 762,5 = 763 л/ЛЛ Для второго случая (уплотнение на 25% , горячая кислота) 670 + 76 — 50 + 160 - 110 = 746 лм*.

Эти данные положены в основу составления сводного материального баланса, приведенного в табл.45 , ще ра се тыс х ланы для варок трех видов целлюлозы: жесткой, средней и мягкой — без уплотнения и с 25%-ным уплот­нением. Для расчетов приняты следующие показатели:

1. Количество загруженной абсолютно сухой древесины на 1 м3 котла:

1- Й случай: без уплотнения 0,35-400=140 кг;

2- Й случай: с 25%-ным уплотнением 0,44-400 = 176 кг.

2. Выходы целлюлозы от абсолютно сухой древесины: жесткая 50%, сред­няя 48%, мягкая 46%.

3. Количество растворенных органических веществ (перешло в щелок) в процентах от древесины:

100 — Ъ - а,

Где:

B — выход целлюлозы в %;

А — количество образовавшихся газообразных продуктов равное ~ 5%.

4. Выход Сахаров в процентах от абсолютно сухой древесины-, для жест­кой 11,5%; средней 13%; мягкой 14,5%.

5. Общее количество РВ (с учетом неуглеводных, осаждаемых основным уксуснокислым свинцом): при жестком щелоке 9%, среднем 11%, мягком 14%.

6. Количество основания в варочной кислоте во всех случаях принимает­ся 0,85%. С учетом разбавления кислоты в котле, в конечном щелоке содер­жание его снизится до 0,78 — 0,74%, что и определяет зольность щелока.

Часть СаО образует серусодержащие соединения минерального характера, которые увеличивают зольность щелока до 1,2—1,3%.

В табл. 45 даны средние значения для всех разобранных шести случаев варки. Здесь были рассмотрены частные примеры, как видно, значительно отличающиеся друг от друга.

Приведенные показатели дают общую ориентировку для количественной характеристики варочного процесса. Совершенно очевидно, что могут появить­ся другие варианты, так как число сочетаний различных переменных ф акторов варки весьма велико.

Таблица 45

Материальный баланс