Теплоемкость

  Теплоемкостью тела или системы называется отношение количества тепла, передаваемого телу или системе в каком- либо процессе , к соответствующему изменению температуры. Поэтому каждое значение теплоемкости относят к определенной температуре. Теплоемкость тела не зависит от способа нагрева.

 Для характеристики работы выпарной установки при определении процесса теплообмена необходимо располагать данными о теплоемкости щелока.  Теплоемкость черного сульфатного щелока зависит от плотности, с увеличением которой ,т.е. с повышением содержанием в нем сухих веществ, теплоемкость его уменьшается.

  Согласно международной системе единиц (СИ) единицей количества расходуемого тепла является джоуль. 1Дж =0,238846·10^-3 ккал. Но ввиду того, что джоуль- весьма малая единица, в технических расчетах пользуются следующими кратными единицами: килоджоуль (1кДж=10³ Дж), мегаджоуль (1МДж= 10⁶ Дж), гигаджоуль (1ГДж= 10⁹ Дж) и тетраджоуль  (1Тдж= 10¹²Дж)

   Расход тепла зависит не только от свойств вещества , из которого состоит тело, но и от массы этого тела. Так, чтобы нагреть две емкости разного объема с содержимым разной массы до одинаковой температуры, требуется затратить различное количество тепла. Поэтому для различных тел или систем можно сравнить только удельные теплоемкости.

  Удельной теплоемкостью вещества называется количество тепла, необходимого для нагрева 1 кг вещества на 1ºС. Удельная теплоемкость измеряется в джоулях на килограмм-градус Цельсия [Дж/(кг·ºC)].

Температура кипения

  Температура жидкости при нагревании повышается до момента,  когда внутри ее начинают интенсивно образовываться пузырьки пара, которые , дойдя до поверхности жидкости, лопаются, и на поверхности происходит бурное и беспорядочное их движение, называемое кипением. Во время кипения помимо образования пара на поверхности жидкости происходит превращение ее в парообразное состояние  и внутри паровых пузырьков. Образованию паровых пузырьков способствует содержание в жидкости газов.

    Процесс испарения влаги из черного щелока с целью повышения его плотности- увеличения содержания в нем сухих веществ- путем кипения щелока является основной задачей выпарного цеха.

   Температуру, при которой происходит кипение жидкости, называют температурой кипения. Она зависит в основном от давления,состава жидкости, наличия в ней растворенных веществ или газов. Так, при атмосферном давлении точка кипения воды будет равна 100°С,

 при давлении 1МПа (10кгс/см²) вода будет кипеть при 183,2 °С, и , наоборот, при разряжении, т.е. при вакууме, точка кипения воды будет ниже 100°С.

При одном и том же давлении различные жидкости имеют различные точки кипения.    Температура кипения жидкости изменяется также в зависимости от вида растворенных в ней веществ, при этом она возрастает с увеличением их концентрации. Так , черный щелок плотностью 1,09 г/см³ кипит при 104ºС, при увеличении плотности до 1,18 г/см³ он будет кипеть при 106ºС, а при плотности 1,38 г/см³ при 110ºС. Если в щелоке содержатся газы, то при нагревании его точка кипения будет достигнута быстрее, чем при отсутствии в нем газов.

Плотность черного щелока

Плотность одно из важнейших свойств черного щелока, характеризующее содержание в нем сухого вещества. Под плотностью щелока ρ понимают величину , определяемую отношением массы щелока m к его объему V ( ρ= m/ V). Единица плотности щелока-

грамм на кубический сантиметр.

 Иногда пользуются понятием относительной плотности d, определяемой отношением плотности данного вещества к плотности другого вещества при соответствующих условиях.

Для жидкостей относительная плотность определяется отношением плотности исследуемой жидкости при температуре 20ºС к плотности дистиллированной воды при температуре 4ºС.

Относительная плотность является  безразмерной величиной.

   Плотность щелока  зависит от температуры. С повышением температуры вследствие объемного расширения воды плотность щелока уменьшается. Для пересчета плотности щелока  ρ_{a ,} измеренной при температуре t_a, на искомую плотность  ρ_t при любой другой температуре щелока t_щ пользуются формулой

                       

                                    ρ_{t =}   ρ_{a —} 0,052 (t_щ  - t_a).

  Плотность щелока при данной температуре зависит от процентного содержания в нем сухого вещества. Поэтому в производственных условиях процентное содержание сухого вещества в щелоке определяют по его плотности. Процентное содержание (массовая доля) сухого вещества в черном щелоке может быть определено по формуле

                                      А=С/10ρ,

где А- массовая доля сухого вещества, % ;

      С- концентрация сухого вещества в щелоке, г/л;

      p -плотность щелока, г/см³.

   Исходя из зависимости между концентрацией С сухого вещества в щелоке и его плотностью p на сульфатцеллюлозных заводах составляются таблицы,по которым можно быстро определить массовую долю сухого вещества в процентах (в единицах Na₂O) по плотности щелока при температуре 20ºС.

 В производственных условиях плотность черного щелока измеряют ареометром, градуированным в граммах на кубический сантиметр. В нашей стране ареометры градуируются при температуре 20ºС. Если плотность щелока измеряется при другой температуре , то в показания ареометра вводится соответствующая поправка. Поправка определяется по формуле

                                        Δρ=β(20-t)ρ,

где  Δρ- поправка на показания плотности ареометром,г/см³;

        β- коэффициент объемного расширения стекла;

        β= 0,000025ºС^-1

              20- стандартная температура, ºС;

        t  - температура при которой измерялась плотность, ºС;

        ρ- плотность щелока, измеренная ареометром, г/смº.

Для непрерывного контроля процесса упаривания щелока в выпарной установке ареометрические плотномеры непригодны,так как на поплавке ареометра образуются налеты ,искажающие правильность показаний. Поэтому на современных автоматизированных выпарных установках для контроля и регулирования процесса упаривания щелока используются автоматически действующие плотномеры.

 Для определения плотности слабого щелока(в пределах1,02-1,07 г/см³) и укрепленного 91,06-1,11 г/см³) используются плотномеры с дифференциальным пьезометрическим датчиком, позволяющие измерять плотность щелока в пределах 0,5 до 2,5 г/см³. Для определения плотности упаренного щелока применяют тепловые плотномеры, принцип действия которых основан на измерении температурной депрессии.

 Для непрерывного контроля за процессом упаривания щелока применяются также автоматические плотномеры, снабженные устройствами для автоматической записи показаний,а также аппаратурой, сигнализирующей о нарушении заданного режима режима упаривания и регулирования процесса по заданному температурному графику.

  Для непрерывного измерения плотности щелока в стационарных условиях для дистанционной записи показателей  работы выпарной установки широкое применение получают радиоактивные бесконтактные плотномеры. Действие радиоактивных приборов

для измерения плотности щелока основано на поглощении пучка гамма-излучения при прохождении его через слой контролируемого щелока.

  Плотность , до которой упаривается черный щелок,зависит от типа выпарной установки и конструкции содорегенерационного котлоагрегата. При наличии в системе котлоагрегата газоконтактного или другого испарителя щелок упаривается до плотности , соответствующей содержанию сухих веществ 50%.При отсутствии таких испарителей для нормального протекания процесса сжигания плотность щелока должна соответствовать содержанию сухих веществ не менее 62-65%. Черный щелок после варки тростниковой сечки, содержащий значительное количество кремневой кислоты, упаривают только до содержания сухого вещества не более 47-50%.