Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ТЕХНОЛОГИЯ БУМАГИ И КАРТОНА

Методическое пособие

по практическим занятиям для студентов очной и заочной

форм обучения специальности 1-48 01 05 «Химическая

технология переработки древесины» специализации

1-48 01 05 04 «Технология целлюлозно-бумажных производств»

Минск 2006 УДК 676 (075.8) ББК 35.779я7 Т 38 Рассмотрено и рекомендовано к изданию редакционноиздательским советом университета Составители:

Н. В. Черная, Н. В. Жолнерович Рецензенты:

доктор химических наук, профессор, академик НАН Беларуси, заведующий отделом физико-химии полисахаридов Ф. Н. Капуцкий;

доктор технических наук, профессор кафедры информационных систем и технологий БГТУ В. Л. Колесников Технология бумаги и картона : Метод. пособие по практическим Т 38 занятиям для студентов очной и заочной форм обучения специальности 1-48 01 05 «Химическая технология переработки древесины» специализации 1-48 01 05 04 «Технология целлюлозно-бумажных производств» / сост. Н. В. Черная, Н. В. Жолнерович. – Мн. : БГТУ, 2006. – 58 с.

ISBN 985-434-598-Х Издание содержит методические указания по составлению баланса воды и волокна, расчета основного и вспомогательного оборудования размольноподготовительного отдела, а также определению основных параметров бумаго- и картоноделательных машин, соответствующих профилю будущих специалистов.

УДК 676 (075.8) ББК 35.779я © УО «Белорусский государственный технологический университет», ISBN 985-434-598-Х

ПРЕДИСЛОВИЕ

Решение проблем, стоящих перед целлюлозно-бумажной промышленностью, требует от инженера-химика-технолога не только глубоких теоретических знаний, но и большого практического опыта.

Особое значение уделяется практическим знаниям, приобретаемым студентами специальности 1-48 01 05 «Химическая технология переработки древесины» специализации 1-48 01 05 04 «Технология целлюлозно-бумажных производств».

Цель практических занятий – осуществление профессиональной подготовки специалистов. У будущих инженеров-химиков-технологов формируется комплекс теоретических знаний и приобретаются практические навыки по управлению технологическими процессами при производстве целлюлозы, бумаги и картона. Студенты осваивают технологические принципы по обоснованному выбору технологических схем и оборудования для производства различных видов продукции, поиску правильного пути решения актуальных научнотехнических задач, стоящих перед целлюлозно-бумажной промышленностью. Это развивает практические навыки по эффективному управлению качеством готовой продукции и снижению ее себестоимости, а также повышению технико-экономических и экологических показателей разрабатываемой технологии. Студенты учатся подбирать основное оборудование и правильно его эксплуатировать.

Данное методическое пособие содержит методики расчета и конкретные примеры по выбору композиции вырабатываемой продукции и виду бумаго- или картоноделательной машины, практические рекомендации по составлению баланса воды и волокна, расчетам размольно-подготовительного отдела и зала бумагоделательных машин. Приведены методические указания по расчету и обоснованию выбора оборудования, используемого в размольноподготовительном отделе, расчету и подбору основных элементов мокрой и сушильной части бумагоделательного оборудования. Все это позволяет разрабатывать современные технологические схемы и обоснованно выбирать оборудование, используемое для производства массовых и специальных видов бумажной и картонной продукции с использованием различных видов волокнистых полуфабрикатов и вспомогательных химических добавок.

Практическое занятие №

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ И КАРТОНА

1.1. Выбор композиции вырабатываемой продукции и вида бумаго- или картоноделательной машины Проектирование бумажной или картонной фабрики или отдельного цеха следует начинать с выбора принципиальной технологической схемы производства конкретного вида продукции. В настоящее время в мире выпускается свыше 7000 видов бумаги и картона.

Композиционный состав по волокну для массовых видов бумаги и картона, представленный в табл. 1, выбирается студентом в зависимости от варианта задания (вид продукции задается преподавателем).

Таблица Композиционный состав массовых видов бумаги и картона по волокну Вид продукции Композиционный состав, % Газетная бумага:

I вариант Целлюлоза сульфатная хвойная полубеленая – 10– II вариант Целлюлоза бисульфитная хвойная небеленая – 15– III вариант Целлюлоза сульфатная хвойная полубеленая – 10– IV вариант Целлюлоза сульфатная небеленая – 20– Бумага писчая хвойная – 50– Бумага типографская:

Бумага мешочная Целлюлоза сульфатная хвойная небеленая – Бумага оберточная:

I вариант Целлюлоза сульфатная небеленая:

II вариант Целлюлоза сульфатная полубеленая:

III вариант Целлюлоза сульфатная хвойная небеленая – 20– IV вариант Целлюлоза сульфатная беленая:

Бумага для гофрирования:

I вариант Целлюлоза сульфатная хвойная небеленая – 15– II вариант Целлюлоза сульфатная хвойная небеленая – 30– Картон для плоских слоев гофрирован- целлюлоза сульфатная беленая или небеленая – ного картона Основной слой:

Картон макулатур- Покровный слой:

ный «тест-лайнер» целлюлоза сульфатная хвойная небеленая – Картон коробочный Покровный слой:

марки «А» целлюлоза сульфатная хвойная беленая – Картон коробоч- Целлюлоза сульфатная хвойная небеленая – Бумага Целлюлоза сульфатная хвойная беленая – 30– картографическая Целлюлоза сульфитная беленая из лиственных пород Бумага Целлюлоза сульфатная хвойная беленая – светочувствительная Бумага кабельная Целлюлоза сульфатная хвойная небеленая – Бумага обойная Целлюлоза сульфатная хвойная беленая – 60– Бумага оберточная Макулатура сборная – Для производства конкретного вида бумаги и картона выбирается бумаго- (БДМ) или картоноделательная машина (КДМ) с заданными техническими характеристиками, приведенными в табл. 2. Коэффициент эффективности использования выбранной машины находится в пределах 0,73–0,88 и зависит от продолжительности ее работы в течение суток, холостого хода и количества мокрого и сухого оборотного брака, образующегося в сеточной, прессовой и сушильной частях БДМ и КДМ, а также брака, появляющегося при обработке и переработке готовой продукции и продолжительности проведения планово-предупредительных работ.

Технические характеристики бумаго- и картоноделательных машин Газетная бумага, 45–48 г/м Бумага типографская № 1, 60 г/м Бумага типографская № 1, 62 г/м Бумага мешочная, Бумага оберточная, Бумага для гофрирования, 125 г/м Бумага конденсаторная, 12 г/м Бумага афишная, Бумага кабельная, Бумага перфокарточная, 165 г/м Основа для пергамента, 62 г/м Бумага для обоев, цаемой, 70–80 г/м Коробочный картон кулатуры, 200 г/м Картон для плоских «крафт-лайнер»), Картон для плоских слоев гофрированного картона (типа «тестлайнер»), 200 г/м Переплетный картон, 350 г/м 150–160 г/м 1.2. Расчет производительности бумагоделательной машины При определении производительности бумагоделательной машины находят максимальную расчетную часовую производительность машины при безобрывной работе Qч.бр; максимальную расчетную выработку машины при безобрывной работе в течение 24 ч – Qс.бр; среднесуточную производительность машины Qс.н и фабрики Qс.н.ф; годовую производительность машины Qгод и фабрики Qгод.ф по следующим формулам:

где Вн – ширина полотна бумаги на накате, м; ср – расчетная рабочая скорость машины, м/мин; q – масса вырабатываемой бумаги, г/м2;

0,06 – коэффициент для перевода граммов в килограммы и минут в часы; Kэф – общий коэффициент эффективности использования бумагоделательной машины; 345 – расчетное число дней работы бумагоделательной машины в году.

Величину Kэф рассчитывают по формуле где Kв – коэффициент использования рабочего времени машины (при ср < 750 м / мин Kв = 22,5 : 24 = 0,937; при ср > 750 м/мин Kв = 22 : 24 = 0,917);

Kх – коэффициент, учитывающий брак на машине и холостой ход машины Kо, обрывы на продольно-резательном станке Kр и обрывы на суперкаландре Kс (Kх = Kо · Kр · Kс); Kт – технологический коэффициент использования скорости бумагоделательной машины, учитывающий возможные ее колебания, связанные с качеством полуфабрикатов и другими технологическими факторами (Kт = 0,9).

Пример. Приведем расчет фабрики в составе двух бумагоделательных машин с необрезной шириной полотна 8,5 м (обрезная ширина 8,4 м), вырабатывающих писчую бумагу № 2 (масса 1 м2 – 63 г) при скорости 700 м/мин.

Для расчета принимаем следующие исходные данные:

Вн = 8,5 м; ср = 692 м/мин; q = 63 г/м2; Kв = 0,937; Kт = 0,9.

Производим расчеты:

Тогда суточная (Qс.н.ф) и годовая (Qгод.ф) производительность фабрики при установке двух бумагоделательных машин составляет

РАСЧЕТ БАЛАНСА ВОДЫ И ВОЛОКНА

ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ БУМАГИ И КАТОНА

2.1. Методика составления баланса воды и волокна Для определения расхода свежего волокна и воды на тонну бумаги, правильного выбора технологической схемы и выявления безвозвратных потерь волокна (промоя) составляют баланс воды и волокна.

Расчет баланса воды и волокна ведется на одну тонну бумаги нетто с учетом брака в отделке и на машине на основании выбранной технологической схемы производства картонно-бумажной продукции.

Ввиду того, что заранее нельзя определить концентрацию и количество оборотных вод, циркулируемых в потоках, расчет ведут начиная от готовой продукции против хода технологического потока массы. Это усложняет расчеты, но делает их более точными.

Для определения количества вещества, поступающего на ту или иную стадию производства, зная количество выходящего с данной стадии производства вещества (часть вещества уходит с отходящими водами), используют формулу И. И. Богоявленского:

где х – количество абсолютно сухого вещества, поступающего на данную стадию производства, кг; g – количество абсолютно сухого вещества, выходящего с данной стадии производства, кг; k – концентрация отходящих вод, кг/л; Тн, Тк – начальная и конечная сухость бумаги или соответственно начальная и конечная концентрация вещества в бумажной массе, %.

В более сложных случаях для определения количества сухого вещества в потоках отдельных стадий производства составляют систему уравнений с двумя неизвестными: одно уравнение балансирует объем массы, а второе – массу сухого вещества. Сумма потоков волокна и воды, поступающих на данную стадию производства, должна быть равна сумме уходящих потоков. При этом имеют место два варианта:

2. Обезвоживание массы В этих формулах приняты следующие обозначения: Q1 и K1 – количество и концентрация потока массы, поступающего на данную стадию производства соответственно; Q2 и K2 – количество и концентрация потока массы, уходящего с данной стадии производства соответственно; Q3 и K3 – количество и концентрация оборотной воды, идущей на разбавление массы или отходящей при обезвоживании массы соответственно.

Параметры Q1, Q2 и Q3 измеряются в литрах или килограммах, а K1, K2 и K3 – в граммах на литр или процентах.

Данная методика позволяет найти количество массы и сухого вещества на каждой стадии бумажного производства. Дойдя до начала технологической схемы подготовки массы, определяют расход свежего волокна и наполнителей на тонну продукции с учетом уловленного волокна и возвращенного в поток оборотного брака.

Если бумага или картон вырабатываются с минеральным наполнителем, то сухое вещество на каждой стадии производства подразделяется на волокно и наполнитель. В этом случае необходимо знать зольность бумаги и сухого остатка отходящих вод (в %). Пересчет золы в наполнитель производят в заключительной стадии расчета баланса воды и волокна при определении расхода свежего наполнителя.

По окончании расчета баланса воды и волокна подсчитывают расход свежей воды на тонну бумаги или картона и определяют безвозвратные потери волокна и наполнителя в сточных водах. Если баланс составлен правильно, то эти потери должны равняться разности между расходом свежего абсолютно сухого волокна (и наполнителя) на 1 т бумаги и содержанием абсолютно сухого вещества в 1 т бумаги.

Безвозвратные потери, отнесенные к расходу свежего волокна и выраженные в процентах от расхода свежего волокна, представляют собой промой волокна в процентах.

При выработке бумаги или картона, содержащей минеральный наполнитель, следует также определить промой наполнителя и удержание его в структуре бумаги и картона. Полученные при составлении баланса данные сводятся в таблицу прихода и расхода волокна, наполнителя и воды. Для того чтобы избежать ошибок, рекомендуется составлять баланс прихода и расхода воды и волокна на каждой стадии производства и таким образом проверять правильность расчета.

Точность расчета баланса воды и волокна для сухого вещества находится в пределах ±0,01 кг, а для воды и бумажной массы – ±10 л.

2.2. Расчет баланса воды и волокна при производстве газетной бумаги Произведем расчет баланса воды и волокна на 1 т газетной бумаги массой 0,051 кг/м2, которая не содержит наполнителя. Принципиальная схема производства газетной бумаги представлена на рисунке.

Бумага вырабатывается на машине с обрезной шириной полотна 6720 мм (необрезная ширина – 6770 мм) и скоростью 800 м/мин. Для расчета примем брак в отделке 1,5%, брак машинный 5% (в т. ч. 2% сухого и 3% мокрого брака).

Примем следующие показатели для расчета:

1. Концентрация массы на разных стадиях производства, % – бассейн нерегулированной целлюлозы и древесной массы 3, – бассейн регулированной целлюлозы и древесной массы 3, 2. Концентрация отходящих вод, % (кг/л) Минутную выработку бумаги нетто рассчитывают по формуле где В – необрезная ширина бумаги, м; – скорость бумагоделательной машины, м/мин; g – масса одного метра квадратного бумаги, кг;

K1 – коэффициент холостого хода машины; K2 – коэффициент, учитывающий потери бумаги при отделке.

Подставляя значения, получаем Следовательно, 1 т бумаги нетто вырабатывается на бумагоделательной машине за 1000 : 258 = 3,87 мин. Расчет баланса воды и волокна осущетвляем в соответствии с принципиальной схемой производства бумаги, представленной на рисунке.

Накат. Для выработки 1 т бумаги нетто необходимо выработать на накате (при потерях на брак в отделке 1,5%) 1000 : ( брака от массы брутто (1015 0,02 = 20,3 кг) через сушильную часть машины должно пройти бумаги 1015 + 20,3 = 1035,3 кг. В ней содержатся волокно в количестве 1035,3 0,92 = 952,50 кг (влажность бумаги составляет 8%) и вода в количестве 1035,3 0,08 = 82,8 кг.

При сушке бумаги удаляется воды в количестве Таким образом, в сушильную часть поступает массы в количестве 1035,3 + 1346 = 2381,3 кг.

Количество сухого брака, поступающего в гидроразбиватель, составляет 15,0 + 20,3 = 35,3 кг. В нем содержатся волокно в количестве 35,3 0,92 = 32,5 кг и вода в количестве 35,3 0,08 = 2,8 кг.

Прессовая часть. Количество мокрого брака (3%), образующегося в прессовой части, составляет 2381,3 0,03 = 71,44 кг (при отсутствии вакуумпересасывающего устройства мокрый брак следует учитывать на гауч-валу).

В нем содержится волокно в количестве 71,44 0,4 = 28,60 кг, вода в количестве 71,44 0,6 = 42,8 кг. Этот брак направляется в гауч-мешалку.

Принимаем расход свежей воды на уплотнение вакуум-камер отсасывающих прессовых валов в количестве 600 кг на 1 т бумаги.

Сходит с прессовой части волокна 952,50 + 28,60 = 981,10 кг.

Поступает волокна в прессовую часть машины После решения уравнения получаем, что х = 982,40 кг.

Вместе с волокном на первый пресс приходит вода в количестве Количество бумажной массы, поступающей в прессовую часть, составляет 982,40 + 4479,60 = 5462 кг. Концентрация массы перед первым прессом (проверка) составляет Уходит отжатой на прессах воды В ней содержится волокна 982,4 – 981,1 = 1,3 кг. Концентрация волокна в отходящей прессовой воде (проверка) Промывка прессовых сукон производится щелевыми сукномойками и вода для промывки подается во время холостого хода машины.

Расход свежей воды для промывки сукон составит где 2 – количество спрысковых труб на одно сукно; 3 – количество прессовых сукон; 7 – длина спрысковой трубы, м; 100 – расход воды на 1 пог. м длины спрыска, кг/мин; 0,194 – время холостого хода, приходящееся на выработку 1 т бумаги нетто (0,05 3,87 = 0,194).

Расход воды на промывку съемного сукна вакуумпересасывающего устройства 2 7 100 3,87 = 5618 кг. Общий расход на промывку сукон составит 815 + 5618 = 6433 кг.

Уходит волокна с промывной водой 0,00 001 6433 = = 0,064 кг. С учетом этого в прессовую часть поступит волокна 982,40 + 0,06 = 982,46 кг.

Гауч-вал. Примем количество волокна в отсечках 1,5% от сходящего полотна, что составит 982,46 0,015 = 14,7 кг.

Всего сходит волокна с гауч-вала 982,46 + 14,7 = 997,16 кг.

На уплотнение вакуумной камеры отсасывающего гауч-вала примем расход воды 300 кг. Поступает на гауч-вал волокна После решения уравнения получаем, что х = 998,55 кг.

6670,30 + 998,55 = 7668,85 кг.

В отходящей от гауч-вала воде содержится волокна 998,55 – 997,16 = 1,40 кг.

Количество отходящей воды ее концентрация Отсасывающие ящики. Расход свежей воды для гидравлического затвора примем 1000 кг на 1 т бумаги. Считаем, что 50% этой воды (500 кг) засасывается внутрь ящиков. С учетом этого поступает на отсасывающие ящики волокна Решив уравнение, получаем, что х = 1022,87 кг.

С этим волокном поступает воды массы 41 529,70 + 1022,87 = 42 552,57 кг. Отходит от отсасывающих ящиков сифонной воды Находится волокна в отходящей воде отсасывающих ящиков 1022,87 – 998,55 = 24,32 кг, массы 35 359,40 + 24,32 = 35 383,7 кг.

Концентрация этой воды (проверка) Регистровая часть. Поступает на регистровую часть волокна Всего поступает массы 1398,80 + 198 349,80 = 199 748,60 кг.

Освобождается на сетке регистровой воды В ней содержится волокна 1398,80 – 1022,87 = 376 кг. Концентрация регистровой воды (проверка) Промывка сетки производится сифонной водой из семи спрысков длиной по 7 м, с расходом воды по 80 л/мин на 1 пог. м спрыска.

Расход воды на промывку сетки составит 7 · 7 · 80 · 3,87 = 15 000 л на 1 т бумаги. Если считать, что при использовании свежей воды для промывки сетки концентрация отходящей воды 0,01%, то в подсеточную ванну с промывной водой уйдет 15 000 · 0,0001 = 1,5 кг волокна (без учета волокна, поступаемого с сифонной водой). С учетом этого в регистровую часть поступит 1398,80 + 1,5 = 1400,3 кг волокна и 199 750,1 кг массы.

Напорный ящик. Примем перелив массы из напорного ящика в подсеточную ванну 8%, то есть 199 750,1 · 0,08 = 15 980 кг. Волокна в ней содержится 15 980 · 0,007 = 111,86 кг, воды – 15 980,0 – 111,86 = 15 868,1 кг.

Для пеногашения установлены две спрысковые трубы длиной 7,5 м. Поступает свежей воды, считая расход ее 1 л/мин на одно сопло-распылитель и число сопел 5 на 1 м длины трубы, 7,5 ·2 · 5· 1· 3,87 = 300 кг. Поступает массы в напорный ящик 199 750,1 + 15 980 – 300 = 215 430,1 кг. В ней содержится волокна 1400,3 + 111,86 = 1512,16 кг.

Узлоловители (закрытого типа). Принимаем количество отходов, идущих на вибрационную сортировку, 3% от поступающего волокна. Тогда их количество составит 1512,16 · 0,03 = 45,3 кг. При концентрации волокна дет содержаться воды 2831,20 – 45,3 = 2785,90 кг.

Поступает на узлоловители массы 215 430,10 + 2831,20 = = 218 261,30 кг. В ней содержится волокна 1512,20 + 45,3 = 1557,5 кг и воды 218 261,3 – 1557,5 = 216 704 кг. Концентрация массы перед узлоловителями Вибрационная сортировка. Примем количество отходов 5% от поступившего волокна. Тогда они составят 45,3 · 0,05 = 2,3 кг, а их концентракг и воды 177 – ция 1,3%. Количество массы в отходах – 2,3 = 174,7 кг. Отходы направляются в сток. Количество очищенного волокна 45,3 – 2,3 = 43,0 кг. Оно поступает в подсеточную ванну.

На спрыск вибрационной сортировки используется сифонная вода.

Для определения ее количества, а также количества массы, уходящей с очищенным волокном при концентрации 0,7%, примем следующие обозначения: Q1 – количество массы, поступающей на сортировку;

Q2 – количество очищенной массы; Q3 – количество сифонной воды для спрыска сортировки; Q4 – количество массы с отходами; K1, K2, K3 и K4 – соответствующие концентрации. Составим систему уравнений баланса:

Отсюда количество сифонной воды, кг:

С ней поступит волокна 3876 0,0007 = 2,7 кг, воды 3876 – – 2,7 = 3873,3 кг. Уходит с очищенным волокном массы волокна – 6530,2 0,007 = 45,7 кг, воды – 6530,2 – 45,7 = 6484,5 кг.

Вихревые очистители. Очистка массы осуществляется в две ступени. Примем количество отходов по волокну на первой ступени 4% от поступившего волокна, а на второй ступени – 0,08%. В сток покг, или массы сле второй ступени уйдет волокна (при концентрации 1,2%) Поступает на вихревые очистители из смесительного насоса массы 1557,5 + 1,3 = 1558,8 кг и воды – 218 369,7 – 1558,8 = 216 811 кг. Концентрация массы перед вихревыми очистителями Подсеточная ванна (сборник оборотной воды первого разбора).

Поступает в подсеточную ванну: с регистровой водой волокна 376 кг, воды – 158 219 кг; с водой от промывки сетки 15 000 0,0007 + 1,5 = 12 кг, воды – 14 988 кг; с переливом массы из напорного ящика 111,86 кг волокна и 15 868,10 кг воды; с вибрационной сортировки 45,7 кг волокна и 6484,5 кг воды; свежей воды на спрыск грудного вала 2000 кг.

Всего поступает волокна 376 + 12 + 111,86 + 45,7 = 545,5 кг, массы 545,5 + 158 219 + 14 988 + 15 868,10 + 6484,5 + 2000 = 198 106,1 кг. Концентрация оборотной воды Смесительный насос. Обозначим количество массы, поступающей к смесительному насосу из машинного бассейна, Q1, количество массы после разбавления – Q2, количество оборотной воды для разбавления массы – Q3. Соответствующие концентрации массы и воды K1, K 2 и K 3. Расход сернокислого глинозема, который вводится в смесительный насос, примем 10 кг на 1 т бумаги. При концентрации 100 г/л объем раствора будет равен 100 л. Сухой остаток глинозема в растворе в расчет не принимаем. Составим систему уравнений баланса:

Отсюда имеем, кг:

Волокна в массе 42 864,4 · 0,025 = 1071,6 кг. Оборотной воды для разбавления Q3 = Q2 – Q1 – 100 = 218 369,7 – 42 864,4 – 100 = 175 405,3 кг. В ней содержится волокна 175 405,3 · 0,275:100 = 487 кг, воды – 175 405,3 – 487 = = 174 918 кг. Уходит из смесительного насоса разбавленной массы 218 369,7 кг. В ней содержится 1558,8 кг волокна и 216 811 кг воды.

Поступает из машинного бассейна массы 42 864,4 кг. В ней содержится 1071,6 кг волокна и 41 793 кг воды.

Гауч-мешалка (нормальный режим работы машины). Поступает в гауч-мешалку:

1) с отсечками (1,5% от сходящего полотна) волокна 982,4 · 0,015 = 2) свежей воды со спрысками отсечек где 1,5 – расход воды одной отсечкой, кг/мин; 3 – число отсечек;

3,87 – время выработки 1 т бумаги, мин;

3) сифонной воды на спрыски сетки и гауч-вала где 2 – количество спрысков, 7 – длина спрысковой трубы, м; 50 – расход воды, кг/мин на 1 пог. м трубы.

Приходит волокна с сифонной водой 3500 · 0,0007 = 2,45 кг, воды – 3498 кг. Всего поступает волокна 14,7 + 2,45 = 17,15 кг, воды – 67 + 17 + 3498 = 3582 кг, массы – 17,15 + 3582 = 3599,15 кг.

Концентрация массы в мешалке Сгуститель брака. Поступает на сгуститель брака 17,15 кг волокна, с ним воды 3582 кг. Количество свежей воды, расходуемое на спрыск сгустителя, 800 кг (3 · 70 · 3,87 = 800 кг). При степени улавливания волокна 80% и концентрации сгущенной массы 4% уходит в бассейн брака волокна 17,15 · 0,8 = 13,7 кг, массы – Уходит с осветленной водой волокна 17,15 – 13,7 = 3,45 кг, воды – 3582 + 800 – 329 = 4053 кг, массы – 4053 + 3,45 = 4056,45 кг. Концентрация ной оборотной воды.

Сборник избыточной оборотной воды (вода второго разбора).

В сборник поступает:

1) воды из подсеточной ванны 198 106 – 175 405 = 20 703 кг, с ней поступает волокна 20 703 · 0,00 275 = 58 кг;

2) сифонной воды 35 359 – 15 000 – 3876 – 3500 = 12 983 кг, с ней волокна – 12983 · 0,0007 = 9,1 кг;

3) осветленной воды со сгустителя 4056,45 кг, с ней волокна – 3,4 кг.

Всего избыточной воды 20 703 + 12 983 + 4056,45 = 37 742,4 кг, с ней волокна – 58 + 9,1 + 3,4 = 70,5 кг.

Концентрация избыточной оборотной воды Гауч-мешалка (работа при обрывах полотна). При обрывах с прессовой части поступает волокна 28,6 кг, воды – 42,8 кг, массы – 71,4 кг при сухости 40%. Эта масса разбавляется избыточной оборотной водой до концентрации 3% и перекачивается в бассейн оборотного брака. Обозначим через Q1 количество массы, поступающей с прессов в мешалку, Q2 – количество разбавленной массы, Q3 – количество оборотной воды, необходимой для разбавления; K1, K2 и K3 – соответствующие концентрации. Тогда согласно уравнению баланса получим количество оборотной воды для разбавления массы, кг:

С ней приходит волокна 939,6 · 0,00 187 = 1,75 кг, воды – 939,6 – – 1,75 = 937,8 кг. Уходит в бассейн оборотного брака волокна 28,6 + 1,75 = 30,35 кг, воды – 42,8 + 937,8 = 980,6 кг, массы – 71,4 + + 939,6 = 1011 кг.

Гидроразбиватель сухого брака. Поступает в гидроразбиватель воздушно-сухого брака 35,3 кг, в нем содержится 32,5 кг волокна и 2,8 кг воды. Сухой брак измельчается в гидроразбивателе при концентрации 3%. Для его разбавления необходимо избыточной оборотной воды, кг:

С ней приходит волокна 1152,4 · 0,00 187 = 2,15 кг, воды –1152,4 – 2,15 = 1150,2 кг. Уходит в бассейн сухого брака волокна 32,5 + 2,1 = 34,6 кг, воды – 2,8 + 1150,2 = 1153 кг, массы – 34,6 + 1153 = = 1187,6 кг.

Фильтр Вако. Поступает в ловушку из сборника избыточной оборотной воды 37 742,4 – 939,6 – 1152,4 = 35 650,4 кг массы. С ней приходит волокно в количестве 35 650,4 · 0,00187 = 66,5 кг, вода в количестве 35 650,4 – 66,5 = 35 584 кг.

При степени улавливания 90% в сгустке будет волокна 66,5 · 0,9 = 59,8 кг. На фильтрующий подслой подается свежая целлюлоза из расчета 140 г на 1 м3 оборотной воды, то есть 35 · 0,140 = 5 кг.

Для упрощения расчета принимаем, что целлюлоза поступает на фильтр и уходит со сгустком при концентрации 3%.

Всего со сгустком уйдет волокна 59,8 + 5 = 64,8 кг, массы при конкг. С уловленным волокном уходит массы центрации 3% – 59, = 1995 кг. Отходит осветленной воды 35 650,4 – 1995 = 33 655 кг, с 0, ней волокна – 66,5 – 59,8 = 6,7 кг, воды – 33 655 – 6,7 = 33 648 кг. Концентрация осветленной воды Бассейн оборотного брака. Поступает в бассейн массы со сгустителя 342,5 кг, волокна – 13,7 кг, воды – 329 кг; из гауч-мешалки (при обрывах) приходит массы 1011 кг, волокна – 30,3 кг, воды – 980,6 кг; из бассейна сухого брака массы 1187,6 кг, волокна – 34,6 кг, воды – 1153 кг; с фильтра Вако массы 2160 кг, волокна – 64,8 кг, воды – 2096,2 кг. Всего поступает: волокна 13,7 + 30,3 + 34,6 + 64,8 = = 143,4 кг (в т. ч. 5 кг свежего); массы – 342,5 + 1011 + 1187,6 + 2160 = = 4701,1 кг; воды – 4701,1 – 143,4 = 4557,7 кг. Концентрация брака 143, Машинный бассейн. Поступает в машинный бассейн массы 42 864,4 кг, волокна – 1071,6 кг, воды – 41 793 кг. В т. ч. оборотного волокна 143,4 кг, воды – 4557,7 кг, массы – 4701,1 кг. Таким образом, поступает свежего волокна 1071,6 – 143,4 = 928,2 кг. С учетом свежего волокна, поступающего на фильтр Вако, общий его расход составит 5 + 928,2 = 933,2 кг.

Если принять композицию газетной бумаги по волокну 25% целлюлозы и 75% древесной массы, расход компонентов составит:

целлюлозы 933,2 · 0,25 = 233,4 кг;

древесной массы 933,2 · 0,75 = 699,8 кг.

Подается в машинный бассейн целлюлозы из бассейна регулированной целлюлозы 233,4 – 5 = 228,4 кг. При концентрации 2,5% с ней приходит воды 228,4 = 8907,6 кг, массы – 228,4 + 8907,6 = 9136 кг.

С древесной массой приходит воды 42 864,4 – 4701,1 – 9136 – – 699,8 = 28 327,5 кг, массы – 699,8 + 28 327,5 = 29 027,3 кг. Концентрация массы Бассейн регулированной целлюлозы. В бассейн поступает волокна 228,4 кг. При концентрации 3,2% в нем содержится воды Добавляется воды на регуляторе концентрации второй ступени 8907,6 – 6920,5 = 1987,1 кг.

Бассейн нерегулированной целлюлозы (приемный бассейн).

При концентрации 3,5% с целлюлозой приходит воды Добавляется воды на регуляторе концентрации первой ступени 6920,5 – 6290 = 630 кг.

Бассейн регулированной древесной массы. В бассейн поступает волокна 699,8 кг. При концентрации 3,2% с ним приходит воды Добавляется воды на регуляторе концентрации второй ступени 28 327,5 – 21 204 = 7123,5 кг.

Бассейн нерегулированной древесной массы (приемный бассейн). При концентрации 3,5% с древесной массой приходит воды Добавляется воды на регуляторе концентрации первой ступени 21 204 – 19 314 = 1890 кг. Общий расход воды на разбавление массы в регуляторах концентрации 1987 + 630 + 7123 + 1890 = 11 630 кг.

При использовании для разбавления массы осветленной воды с ней поступит волокна 11 630 · 0,000 199 = 2,3 кг. Следовательно, расход свежего волокна будет 933,2 – 2,3 = 930,9 кг. В т. ч. целлюлозы 233,4 – 0,5 = 232,9 кг и древесной массы – 699,8 – 1,8 = 698 кг.

Подсчет фактических потерь волокна, кг:

Потери по балансу волокна, кг:

Таким образом, хорошая сходимость полученных результатов свидетельствует о правильном составлении баланса воды и волокна.

Безвозвратные потери волокна составляют Расход свежей воды на тонну бумаги, кг:

уплотнение вакуум-камер отсасывающих валов Результаты расчетов сводятся в таблицу прихода и расхода волокна и воды (табл. 3).

1. Целлюлозы в бассейн нерегулированной целлюлозы 227,9 6, 3. Осветленной воды на регуляторы концентрации 0,5 2, 5. Древесной массы в бассейн нерегулированной 6. Осветленной воды на регуляторы концентрации 1,8 9, 7. Оборотной воды на разбавление массы в смесительный насос и раствор глинозема 487 175, 9. Воды на осечки, спрыск сетки и гауч-вала 2,45 3, 13. Уплотнение вакумм-камер отсасывающих валов 0, 5. Воды отсасывающих ящиков (сифонной) 24,3 35, 14. Перелив в сток воды гидрозатвора Небольшие расхождения между приходом и расходом могут произойти за счет округления цифр при расчетах.

РАЗМОЛЬНО-ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ОТДЕЛ

Расчеты по размольно-подготовительному отделу позволяют определить расходы волокнистых полуфабрикатов, необходимых для производства конкретного вида продукции, и направлены на выбор размалывающего оборудования, массных бассейнов и насосов.

3.1. Расчет расхода волокнистых полуфабрикатов Расход свежего воздушно-сухого полуфабриката для производства 1 т бумаги (Рс, кг/т), рассчитываем по формуле где В – влага, содержащаяся в 1 т бумаги, кг; З – зольность бумаги, %;

K – расход канифоли на 1 т бумаги, кг; П – безвозвратные потери (промой) волокна 12%-ной влажности на 1 т бумаги, кг; 0,75 – коэффициент, учитывающий удержание канифоли в бумаге; 0,88 – коэффициент перевода готовой продукции из абсолютно-сухого в воздушно-сухое состояние;

Ов – потери волокна с оборотной водой, кг.

3.2. Расчет и выбор размалывающего оборудования Размалывающее оборудование предназначено для разделения полуфабрикатов на волокна, их измельчения, фибрилляции, гидратации и придания им ряда определенных свойств.

Для размола волокнистых полуфабрикатов используется оборудование непрерывного и периодического действия: дисковые и конические мельницы, роллы, пульсационные мельницы и др.

На предприятиях, вырабатывающих массовые виды бумаги и картона, широко применяются дисковые мельницы. Их использование объясняется рядом преимуществ: возможностью размола массы при высокой концентрации (до 40%), более высокой однородностью получаемой массы, меньшими габаритами оборудования и удобством обслуживания, пониженным расходом электроэнергии (на 15–25%) по сравнению с коническими мельницами, более высокой мощностью одного агрегата.

При расчете технологических параметров дисковых мельниц можно пользоваться теми же формулами, что и для расчета конических мельниц. Однако в суммарную мощность не следует включать мощность, расходуемую на трение массы о диски, поскольку это учитывается в расчете мощности, потребляемой собственно на размол.

Удельные расходы энергии для дисковых мельниц следует принимать на 15–25% ниже, чем для конических мельниц.

В табл. 4 и 5 приведены основные технические характеристики дисковых мельниц.

Технические характеристики дисковых мельниц Обозначения мельниц: МД – мельница дисковая; У – мельница с усиленной камерой для работы под давлением до 12 атм и при температуре до 120С; Ш – мельница с камерой, имеющей открытый выход и подачу массы (щепы) шнековым питателем.

Применение мельниц: 1 – выравнивание массы перед бумагоделательной машиной при концентрации С = 2–4%; 2 – размол массы и полуфабрикатов высокого выхода (ПВВ) при С = 3–6%; 3 – размол массы и ПВВ при С = 10–30%; 4 – предварительный размол целлюлозы и ПВВ при температуре до 100С, давлении до 6 атм и С = 10–20%; 6 – размол щепы на I ступени производства ДВП; 7 – размол щепы на I ступени в производстве механической, рафинерной и термомеханической древесной массы при С = 15–35%; 8 – то же на II ступени при С = 10–30%; 9 и 10 – размол отходов сортирования древесной массы при С = 3–6%; 10 – то же при С = 10–30% соответственно.

Технические характеристики дисковых мельниц зарубежных фирм На дисковых мельницах осуществляются следующие способы размола волокнистых полуфабрикатов: 1) предварительный размол – в варочных цехах с целью разделения сучков, костры и непроваренной щепы на волокна; 2 ) размол щепы – при производстве различных видов древесной массы (термомеханической, химико-термомеханической и др.) и при размоле полуцеллюлозы высокого выхода; 3) размол отходов сортирования целлюлозного и древесно-массного производства; 4) массный размол – в размольно-подготовительных цехах для придания размалываемым волокнам определенных технологических свойств; 5) окончательный размол, или «выравнивание» массы – перед подачей массы на бумаго- или картоноделательную машину для расщепления сгустков волокон.

Основным видом размола, применяемым при производстве массовых видов бумаги и картона, является массный размол. Он может проводиться при низкой (2–6%) и высокой (10–13%) концентрациях.

Оптимальным режимом работы дисковых мельниц считается режим, при котором прирост степени помола на одну ступень составляет 5–15оШР. Для трудноразмалываемых волокнистых полуфабрикатов (сульфатная, хлопковая целлюлоза и др.) рекомендуется прирост степени помола 5–8 оШР за одну ступень, а для легкоразмалываемых волокнистых полуфабрикатов (сульфитной целлюлозы, нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы и др.) – 8–15оШР.

Необходимое количество дисковых мельниц определяется по затратам энергии на размол. Для расчета используют показатель удельного расхода энергии Nуд, дающий информацию, сколько энергии необходимо затратить, чтобы повысить степень помола 1 т волокнистого полуфабриката на 1ШР. Этот показатель практически не зависит от типа размалывающего оборудования и определяется только видом волокнистого полуфабриката. Значения удельных расходов энергии для основных видов полуфабрикатов в зависимости от глубины процесса размола приведены в табл. 6.

Средние значения удельных расходов энергии при размоле (Nуд, кВт · ч/т оШР) основных видов волокнистых полуфабрикатов Сульфатная хвойная:

Сульфитная хвойная:

Сульфатная лиственная Расчет количества размалывающего оборудования проводится на основе максимального потребления полуфабрикатов с учетом 24-х часовой продолжительности работы оборудования в сутки. При расчете числа мельниц принимают во внимание тот факт, что эффект размола примерно пропорционален расходу электроэнергии. Расход энергии на размол волокнистого полуфабриката рассчитывается по формуле где Nуд – удельный расход электроэнергии, Рс – количество воздушно-сухого полуфабриката, подлежащего размолу, т; a и b – начальная и конечная степень помола волокнистого полуфабриката соответственно, ШР.

Суммарная мощность электродвигателей размалывающих мельниц (N, кВт) рассчитывается по формуле где – коэффициент загрузки двигателей мельниц (0,80–0,90);

z – количество часов работы мельницы в сутки (24 ч).

Мощность электродвигателей мельниц по ступеням размола (N и N2, кВт) рассчитывается следующим образом:

где N1, N2 – мощность мельниц I и II ступеней размола, кВт; X1, X2 – распределение электроэнергии по ступеням размола, %.

Необходимое количество мельниц для первой (n1) и второй (n2) ступеней размола составит где N1М, N2М – мощность электродвигателей мельниц, предусматриваемых к установке на I и II ступенях размола, кВт.

3.3. Расчет и выбор оборудования для хранения массы В целлюлозно-бумажном производстве применяются различные бассейны, необходимые для создания запаса волокнистой массы между производственными цехами и отделами; составления и выравнивания композиции и концентрации массы. Эти бассейны оснащаются перемешивающими устройствами. По конструкции бассейны бывают горизонтальными и вертикальными, а по типу перемешивающих устройств – лопастные, циркуляционные и пропеллерные. В настоящее время наибольшее применение нашли вертикальные бассейны.

Вертикальные бассейны по конструкции разделяются на бассейны с вертикальным и горизонтальным расположением вала пропеллера. Вертикальные бассейны специальной конструкции с двумя крыльчатками и коническим днищем могут работать при высокой концентрации массы – около 15%. Бассейны изготавливаются цилиндрические стальные, биметаллические или железобетонные.

Выбор их типа и величины зависит от условий производства, производительности потока, свойств массы, назначения бассейна и желаемой интенсивности перемешивания. Основные характеристики вертикальных бассейнов приведены в табл. 7.

Размеры вертикальных машинных бассейнов и характеристика перемешивающих устройств Расчет объема бассейна производится исходя из максимального количества массы, подлежащей хранению, и необходимого времени хранения массы в бассейне. Как правило, продолжительность хранения волокнистых полуфабрикатов до и после размола принимается 2 ч, бумажной массы в смесительном (композиционном) и машинном бассейнах – 20–30 мин. В некоторых случаях предусматривается хранение полуфабрикатов до размола в башнях высокой концентрации (12–15 %), рассчитываемых на 15–24-часовой запас.

Расчет объема бассейнов (V, м3) производится по формуле где Р – количество воздушно-сухого волокнистого материала, т/сут;

w – влажность воздушно-сухого волокнистого материала, % (для полуфабрикатов = 12%, для бумаги и картона = 5–8%); t – время хранения массы, ч; z – число рабочих часов в сутки (24 ч); С – концентрация волокнистой суспензии в бассейне, %; k – коэффициент, учитывающий неполноту заполнения бассейна (обычно k = 1,2).

Время, на которое рассчитан запас массы в бассейне определенного объема рассчитывается по формуле В размольно-подготовительном отделе необходимо также предусмотреть бассейны для сгущенного и рафинированного оборотного брака.

Емкости бассейнов следует унифицировать, чтобы облегчить их изготовление, компоновку, эксплуатацию и ремонт. Желательно иметь не больше двух типоразмеров. Пример унификации объемов бассейнов приведен в табл. Приемный басЦУ- сейн целлюлозы Бассейн размолоЦУ- той целлюлозы Композиционный Машинный ротного брака Для перекачки волокнистой массы от одного участка производства к другому применяются массные насосы. Их выбирают, исходя из полного напора массы, который должен создавать насос, и его производительности.

Расчет полного напора насоса следует осуществлять после того, как выполнены компоновочные чертежи и точно определено местонахождение насоса. При этом необходимо составить схему трубопроводов с указанием их длины и всех местных сопротивлений (тройник, переход, отвод и т. д.).

Обычно для передвижения волокнистых суспензий в пределах размольно-подготовительного отдела насос должен обеспечить напор 15–25 м.

Производительность насоса (Qм, м3/ч) рассчитывается по формуле где Р – количество воздушно-сухого волокнистого материала, т/сут;

w – влажность воздушно-сухого волокнистого материала, %;

1,3 – коэффициент, учитывающий запас производительности насоса;

z – количество рабочих часов в сутки (принимается 24 ч);

С – концентрация волокнистой суспензии на нагнетающей линии насоса, %.

Характеристику насосов представляют в виде таблицы, куда включаются также насосы для оборотного брака. В таблице указывают типы насосов и их количество, напор, частоту вращения, мощность электродвигателя и коэффициент полезного действия. Технические характеристики массных насосов приведены в табл. 9.

Для разбавления массы оборотной водой после машинного бассейна перед подачей на машину применяются смесительные насосы. Характеристика их основных типов приведена в табл. 10.

Техническая характеристика смесительных насосов На быстроходных машинах масса из машинного бассейна разбавляется оборотной водой до заданной концентрации в смесительном насосе и далее проходит до напускного устройства машины по трубопроводам и оборудованию, не соприкасаясь с воздухом.

Для обеспечения постоянства количества подаваемой в смесительный насос массы применяется ящик постоянного напора, а для стабилизации уровня регистровой воды, подаваемой на разбавление, – перелив ее избытка в сборник избыточной воды.

Ящик постоянного напора позволяет снизить пульсацию массы, возникающую в трубопроводах, удалить значительное количество воздуха из нее и обеспечить постоянное давление массы, идущей на разбавление. Конструктивно ящик постоянного напора представляет собой металлическую емкость объемом до 12 м3, состоящую из трех отделений: подача массы, отвод избытка массы, отвод массы на смесительный насос. Далее масса направляется на очистку, деаэрацию и в напорный ящик бумаго- или картоноделательной машины.

3.5. Пример расчета размольно-подготовительного отдела Расчет расхода волокнистых полуфабрикатов. Приведем расчет массоподготовительного отдела фабрики по производству писчей бумаги № 2, вырабатываемой из 55% целлюлозы беленой сульфатной и 45% белой древесной массы.

Для писчей бумаги № 2 принимаем В = 6%, или 60 кг, З = 7%, K = 30 кг, П = 1%, или 10 кг, отходов волокна на другие виды продукции нет, т. е. Ов = 0.

Расход беленой сульфатной целлюлозы для изготовления 1 т бумаги составляет Расход белой древесной массы для изготовления 1 т бумаги Для обеспечения максимальной суточной производительности бумагоделательной машины расход полуфабрикатов составляет:

беленой сульфатной целлюлозы белой древесной массы Для обеспечения среднесуточной производительности бумагоделательной машины расход волокнистых полуфабрикатов составляет:

беленой сульфатной целлюлозы белой древесной массы Для обеспечения годовой производительности бумагоделательной машины и фабрики расход полуфабрикатов соответственно составит:

беленой сульфатной целлюлозы белой древесной массы Расчет и выбор размалывающего оборудования. В рассматриваемом примере максимальный расход воздушно-сухого волокна составляет 543,7 т/сут, из них 299,1 т беленой сульфатной целлюлозы и 244,6 т – древесной массы. В соответствии с принятой технологической схемой процесс размола осуществляется в дисковых мельницах при концентрации 4% до 32°ШР в две ступени.

Начальная степень помола беленой сульфатной хвойной целлюлозы составляет 13°ШР.

Обычно удельный расход энергии для размола 1 т сульфатной беленой хвойной целлюлозы в конических мельницах 18 кВт·ч/(т·°ШР).

В расчете принят удельный расход энергии 14 кВт·ч/(т·°ШР), так как размол запроектирован в дисковых мельницах, то учтена экономия электроэнергии – 25%. Общее количество необходимой для размола электроэнергии составляет Для обеспечения этого расхода электроэнергии необходимо, чтобы суммарная мощность электродвигателей, установленных для размола мельниц, была Расход мощности по ступеням размола распределяется в соответствии со свойствами размалываемого волокнистого полуфабриката. В рассматриваемом примере в композицию бумаги входит 45% древесной массы, поэтому характер помола сульфатной хвойной целлюлозы должен быть без укорочения волокна при высокой степени его фибрилляции. Целесообразно на I и II ступени размола сульфатной беленой целлюлозы предусмотреть по 50% мощности. Следовательно, на I ступени размола суммарная мощность электродвигателей мельниц должна составить Предусматривается установка мельниц МД-31 мощностью электродвигателя 630 кВт, различающихся на I и II ступенях размола характером гарнитуры. Необходимое количество мельниц для I и II ступеней размола составит 1883 / 630 = 3. С учетом резерва необходимо предусмотреть установку 7 мельниц.

В размольно-подготовительном отделе предусмотрены также мельницы МП-03 и МД-14 для рафинирования оборотного брака.

На основании производительности мельницы МД-31 (до 350 т/сут), количества волокна, которое необходимо пропустить через мельницы (299,1 т/сут), величины прироста степени помола, которая должна быть обеспечена (19°ШР), сделан вывод о последовательной установке мельниц.

Расчет и выбор оборудования для хранения массы. Объемы бассейнов, предусмотренных в рассматриваемой технологической схеме, рассчитываются следующим образом:

приемный бассейн для целлюлозы приемный бассейн для древесной массы бассейн для размолотой целлюлозы бассейн композиционный бассейн машинный После расчета проводят унификацию объемов бассейнов.

Расчет и выбор массных насосов. В качестве примера произведем расчет насоса, подающего целлюлозную суспензию на дисковые мельницы Следовательно, необходимо предусмотреть к установке два насоса марки 12ВМ-14.

Производительность насоса, подающего бумажную массу в машинный бассейн, составит Следовательно, необходимо предусмотреть к установке два насоса марки 8ВМ-13.

ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СОРТИРОВАНИЯ,

ОЧИСТКИ И СГУЩЕНИЯ МАССЫ

Перед изготовлением бумаги и картона волокнистую массу необходимо очистить от различного вида загрязнений. Загрязнения (песок, уголь, металл и т. п.) обычно удаляют на вихревых очистителях, а такие, как непровар, сучки, костра и сгустки волокон, удаляются в различных сортировках. Для сортирования волокнистой массы перед бумагo- и картоноделательной машинами применяются центробежные и напорные сортировки.

Центробежные сортировки используются для тонкого сортирования сульфитной целлюлозы, сульфатной целлюлозы, полуцеллюлозы, древесной и макулатурной массы. Для тонкого и грубого сортирования волокнистой массы всех видов применяются напорные сортировки.

Технические характеристики основных типов сортировок приведены в табл. 11–14.

Технические характеристики центробежных сортировок Наименование параметров СЦ-0,4-01 СЦ-1,0-0,1 СЦ-1,6-0,1 СЦ-2,6- Производительность по воздушно-сухому волокну, т/сут:

при диаметре отверстий сита 2,2 мм (С = 1,2–1,4%) метре отверстий сита 1,8 мм (С = 1,2–1,4%) Максимальная концентрация сортируемой массы, % Давление сортируемой массы, МПа Давление разбавительной воды, МПа Количество разбавительной тированной массы Мощность электродвигателя, кВт Габаритные размеры, м:

Технические характеристики напорных сортировок УЗ-01 и УЗ- Производительность по воздушно-сухому волокну, т/сут 10–20 25– Габаритные размеры, м:

Технические характеристики двухситовых напорных сортировок Наименование УЗ-09 УЗ-12 УЗ-13 УЗ-15 СЗ-09 СЗ-12 СЗ- параметров Производительность по воздушно-сухому 30–60 45–110 60–200 100–400 30–70 50–120 150– волокну, т/сут сортируемой массы, % Перепад давления, МПа 0,02–0,05 0,02–0,05 0,02–0,05 0,02–0,05 0,02–0,05 0,02–0,05 0,02–0, Число лопастей ротора, шт.

сы, МПа Расход разбавительной воды, л/мин Частота вращения ротора, мин- Диаметр отверстий сит, мм Мощность электродвигателя, кВт Габаритные размеры, м:

Технические характеристики напорных сортировок Производительность по воздушносухому волокну, т/сут руемой массы, % Давление поступающей массы, МПа 0,07–0,4 0,07–0,6 0,07–0, Размер отверстий сита, мм:

Габаритные размеры, м:

Широкое применение на предприятиях получили вихревые очистители. Они выпускаются двух типов: ОМ – для грубой очистки массы концентрацией до 5% и ОК – для тонкой очистки массы концентрацией до 1%.

Вихревые очистители ОМ чаще используют для грубой очистки макулатурной массы. Очистители ОК-01 применяют для очистки полуфабрикатов, в которых строго регламентируется сорность, ОК-02 – для очистки древесной массы и некоторых видов целлюлозы, ОК-04 – перед бумаго- и картоноделательными машинами, а ОК-08 – для грубой очистки массы.

Для снижения потерь волокна с отходами от вихревых очистителей они компонуются в установки (УВК), состоящие из нескольких последовательных ступеней. Оптимальная концентрация массы, подаваемой на установки вихревых очистителей, – 0,5–0,7.

Установки УВК…-04, применяемые в основном перед бумаго- и картоноделательными машинами, позволяют не только очистить, но и провести деаэрацию массы, что улучшает работу бумаго- и картоноделательной машины и качество готовой продукции.

Технические характеристики очистителей и установок вихревых очистителей приведены в табл. 15–19.

Технические характеристики очистителей типа ОМ Эффективность очистки массы от минеральных включений размером более не менее 80 не менее 80 не менее 3 мм, % Габаритные размеры, м:

Технические характеристики очистителей типа ОК Оптимальный перепад давления, МПа Давление разбавителей воды на последней ступени установок, МПа Наибольшее давление на входе в очиститель, МПа Концентрация поступающей массы, % Технические характеристики установок УВК…- Производительность по ну, т/сут Количество очистителей, шт:

Установленная мощность, кВт Габаритные размеры, м:

Технические характеристики установок вихревых очистителей УВК-…- Производительность волокну, т/сут Количество очистителей, шт.:

Установленная мощность, кВт Габаритные размеры, м:

Технические характеристики установок УВК-…- Производительность по воздушно-сухому волокну, т/сут Количество очистителей, шт.:

Габаритные размеры, м:

В целлюлозно-бумажном производстве часто применяется операция сгущения волокнистой суспензии. Для ее осуществления используются барабанные бесшаберные (для сгущения целлюлозы) и шаберные (преимущественно для древесной массы) сгустители в целях повышения концентрации массы от 0,2 до 7%, барабанные сгустители с подачей массы внутрь барабана и сгущающие транспортеры до концентрации 4–7%, двухбарабанные сгустители для сгущения массы до концентрации 20–50%. Более перспективными в настоящее время считаются двухбарабанные сгустители. Производительность сгущающего оборудования зависит от следующих основных факторов: степени помола, концентрации, температуры и вида волокнистой массы. Технические характеристики барабанных и двухбарабанных сгустителей приведены в табл. 20–23.

Технические характеристики шаберных (СШ) и бесшаберных (СЦБ) сгустителей Наименование Боковая поверхность цилиндра, м Производительность по воздушно-сухому волокну, т/сут:

Концентрация поступающей на сгущение 0,4–1,0 0,4–1,0 0,4–1,0 0,4–1,0 0,4–1,0 0,2–0, массы, % Концентрация сгущенной массы, % Диаметр шаберного вала, мм Мощность электродвигателя, кВт Габаритные размеры, м:

Технические характеристики барабанных сгустителей СБ-15 и СБ- Габаритные размеры, м:

Технические характеристики сгустителей ТС-15 и ДК- с плоским ситом (сгущающие транспортеры) Производительность по воздушно-сухому волокну, т/сут Габаритные размеры, м:

Технические характеристики двухбарабанных сгустителей С2Б Производительность по воздушносухому волокну, т/сут Концентрация поступающей массы, % 1,5–5,0 1,5–5,0 1,5–5,0 3,0–5, Частота вращения барабана, мин–1 0,64–6,6 0,64–5,0 0,87–4,3 7,4–14, Мощность электродвигателя, кВт:

Габаритные размеры, м:

Пример расчета и выбора узлоуловителя закрытого типа. Согласно балансу воды и волокна на очистку подается 8361 м3/ч массы с концентрацией 0,5–0,8%. Необходимо определить количество устанавливаемых узлоуловителей закрытого типа УЗ-13. Узлоуловитель имеет следующую характеристику:

производительность, т/сут (воздушно-сухого вещества) 150– производительность гидравлическая, л/мин Количество требующихся узлоуловителей определится из соотношения Таким образом, с учетом резерва принимается к установке 7 узлоуловителей с ситами, имеющими отверстия диаметром 2 мм.

РАСЧЕТ БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

5.1. Определение производительности бумагоделательной машины Бумагоделательная машина является основным агрегатом, определяющим выработку и производительность бумажной фабрики. При установке новых машин надо ориентироваться на современные рабочие скорости для данного вида бумаги и оптимальную рабочую ширину бумагоделательной машины, которая является стандартизованной в соответствии с действующими у нас форматами на бумажную продукцию. Основной формат газетной, типографской и других видов бумаги 840 мм, поэтому стандартом предусмотрена ширина машины, кратная 840 мм, например, 2520, 4200, 6300, 6720, 8400; разрабатываются также проекты машин с обрезной шириной бумаги 10 080 мм.

Часовую производительность бумагоделательной машины нетто (Р) определяют по формуле где b – необрезная ширина бумажного полотна на накате, м; – средняя рабочая скорость машины на накате, м/мин; q – масса 1 м2 вырабатываемой бумаги, кг; k1 – коэффициент, учитывающий холостой пробег машины из-за обрывов или машинный брак (обычно k1 = 0,98–0,95);

k2 – коэффициент выхода нетто товарной продукции из брутто всей машинной продукции или брак при отделке бумаги (в большинстве случаев k2 = 0,950–0,975).

Величина коэффициентов k1 и k2 зависит от вида вырабатываемой бумаги, скорости машины, ее технического состояния и других факторов.

Расчетное количество эффективных рабочих часов всех бумагоделательных машин в сутки обычно принимается равным 23 ч, а расчетное количество эффективных рабочих дней в году бумагоделательных машин – 345 дням.

5.2. Определение основных параметров сеточного стола Для определения основных параметров сеточного стола необходимо рассчитать удельную производительность или так называемый съем воздушно-сухой бумаги с 1 м2 площади сеточного стола.

Ширина сетки бумагоделательной машины (Вс, мм) равна где bо – обрезная ширина бумаги (после обрезки кромок на перемотнорезательном станке), мм; с – ширина обрезаемых кромок (обычно с = 20– 25 мм); у – общий процент усадки на машине по ширине бумажного полотна, зависящий от вида вырабатываемой бумаги; а – ширина отсекаемых на сетке полосок-отсечек (обычно а = 25–50 мм); d – ширина устройств для ограничения разлива массы по ширине сетки (при декельном устройстве d = 30–50 мм, при ограничительных линейках d = 5–10 мм);

е – ширина свободных кромок сетки (обычно е = 20–50 мм).

Обычно ширина сетки больше обрезной ширины бумаги на 300–500 мм. Для машин шириной 2520, 4200 и 5880 мм принята стандартная ширина сеток, равная соответственно 2900, 4700 и 6350 мм.

Длина рабочей части грудного, регистровых и сетковедущих валов обычно больше ширины сетки на 100–150 мм.

Диаметр грудного вала (D1, мм) и регистрового валика (D2, мм) рассчитывают по формулам где Вс – ширина сетки, мм.

Длина сетки определяется расчетным путем, исходя из площади сеточного стола. Площадью сеточного стола (Fст, м2) принято считать площадь, определяемую необрезной шириной (b) бумаги на накате и длиной (l) сеточного стола (расстояние между осями грудного и нижнего вала гауча):

Пользуясь величиной удельного съема бумаги с 1 м2 площади сеточного стола, находим или где Sс – удельный съем бумаги на сеточной части машины, кг/(м2 ч).

Длина сетки lc на машинах в 2,15–2,25 раза больше длины сеточного стола, а при наличии пересасывающего устройства она возрастает еще примерно на 2,5–3,5 м.

Нормы удельных съемов для различных видов бумаги разные и зависят от многих факторов: скорости машины, свойств бумажной массы и ее температуры, количества и конструкции регистровых валиков, гидропланок и т. п. Эти нормы изменяются в очень широких пределах и приведены в табл. на сушильной части бумагоделательной машины Писчая и типографская № 2 и Офсетная, для глубокой печати и др.

Чертежная, основа для фотоподложки Односторонней гладкости (афишная, би- 0,020–0,070 100–200 30–50 30– летная) 5.3. Определение числа отсасывающих ящиков Суммарную площадь отсасывающих ящиков (Fобщ) подсчитывают, исходя из удельных съемов бумаги с 1 м2 общей поверхности ящиков, по формуле где b – ширина бумаги на накате, м; bотс – ширина одного отсасывающего ящика (чаще всего bотс = 0,28–0,30 м); п – число отсасывающих ящиков;

Р – часовая производительность машины (брутто), кг/ч; Sотс – удельный съем бумаги с общей поверхности отсасывающих ящиков, кг/(м2ч).

5.4. Определение производительности вакуум-насосов для отсасывающих ящиков и отсасывающих валов Для создания вакуума в отсасывающих ящиках применяются ротационные водокольцевые вакуумные насосы и турбовоздуходувки.

Производительность вакуумных насосов (W) рассчитывают по формуле где Р – удельная производительность, л/мин; b – ширина машины, м;

– скорость машины, м/мин.

В табл. 25 приведены значения Р для вакуумных насосов, устанавливаемых на бумагоделательных машинах.

Удельная производительность вакуумных насосов Место установки вакуум-насосов Р, л/мин Гауч:

Для быстроходных и широких бумагоделательных машин вместо водокольцевых вакуумных насосов начали применять турбовоздуходувки типа Зульцер. Турбовоздуходувки, представляющие собой многоступенчатый центробежный компрессор, имеют несколько ступеней вакуума с независимым регулированием его величины, что дает возможность установить один агрегат для удаления воздуха из различных частей машины.

5.5. Определение типа напорного ящика Между скоростью истечения массы м и напором h существует зависимость где kc – коэффициент отставания скорости сетки от скорости бумаги на накате (0,85–0,95); kм – коэффициент отставания массы от сетки (0,9–1,0);

– скорость бумажной ленты на накате, м/мин; µ – коэффициент истечения (для напорных ящиков с конической выпускной губой равен 0,90–0,95);

g – ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2; h – высота напора массы перед выпускной щелью (считается до середины щели), м.

Ширина выпускной щели (а) напорного ящика определяется из выражения где Q – количество массы, поступающей на сетку (берется из расчета баланса воды и волокна), м3/мин; l – длина выпускной щели, м.

При высоте напора массы более 1,5 м устанавливают напорные ящики закрытого типа.

5.6. Выбор вспомогательного оборудования мокрой части К вспомогательному оборудованию бумагоделательной машины относятся: машинный бассейн, аппараты для очистки бумажной массы, насосы (смесительные, массные, оборотных вод) и др. Все это оборудование рассчитывается, исходя из фактической выработки бумаги и величины потока массы на 1 т бумаги по данным баланса воды и волокна и с учетом паспортных данных (технической характеристики) для данного типа оборудования.

Требуемый напор для насосов определяется с учетом необходимой высоты подачи давления на выходе, длины трубопровода и местных сопротивлений (форма и число колен, задвижек).

Расчет улавливающей аппаратуры. Существующие методы очистки промышленных сточных вод целлюлозно-бумажного производства сводятся, как правило, к коагулированию, отстаиванию, фильтрованию и дальнейшей биологической их обработке. Избыточные отходящие воды с бумажных фабрик направляются на ловушки для улавливания волокна.

Улавливание волокна из избыточной оборотной воды имеет большое экономическое значение для предприятия, так как позволяет существенно сократить расход свежего волокна, наполнителей и свежей воды на 1 т вырабатываемой бумаги, и санитарное значение, так как в меньшей степени загрязняются водоемы от спуска в них осветленных сточных вод.

Для улавливания волокна применяются ловушки самых разнообразных конструкций, работающие на процессах отстаивания (осаждения), фильтрации и флотации. Количество уловленного волокна А (кг/мин) определяется, исходя из коэффициента улавливания для данного типа ловушки kу (для волокна kу = 0,80–0,95, для наполнителя kу = 0,5–0,8), характеристики и количества воды (берется из данных баланса воды и волокна).

где а – количество волокна, содержащегося в объеме воды, поступающей на ловушку, кг/мин.

Количество сгустка Wсг (м3/мин) и сточных вод Wст (м3/мин) отходящих от ловушки, рассчитывается, исходя из коэффициента сгущения kсг для данного типа ловушки:

где Wпост – количество поступающей воды на ловушку, м3/мин.

Коэффициент сгущения зависит от типа ловушки и равен для ловушек отстойного типа – 0,2–0,4, фильтрующего – 0,01–0,025, флотационных – 0,04–0,07. Производительность ловушек берется из паспортных данных.

5.7. Расчет сушильной части бумагоделательной машины Определение числа сушильных цилиндров и сушильной поверхности. Для определения необходимой поверхности сушильных цилиндров пользуются методом удельных съемов воды W1 в сушильной части (кг/ч), испаренной с 1 м2 поверхности контакта бумаги с сушильными цилиндрами (рабочей поверхности сушильной части):

где R – количество воды, испаряемой на сушильной части, приходящееся на 1 кг высушенной бумаги, кг; P1 – съем бумаги с 1 м2 греющей поверхности, кг/(м3·ч); l1 – длина бумажного полотна, находящегося на сушильных цилиндрах, то есть сумма длин дуг сушильных цилиндров, обхваченных бумагой (определяется аналитическим методом подсчета), м. Число бумагосушильных цилиндров где – скорость бумаги на накате, м/мин; q – масса 1 м2 вырабатываемой бумаги, кг; Тk – конечная сухость бумаги (после сушильной части), %;

Тн – начальная сухость бумаги (перед сушильной частью), %; d – диаметр бумагосушильных цилиндров, м; – коэффициент обхвата сушильных цилиндров бумагой (обычно = 0,60–0,67).

Рабочая Fр (м2) и боковая поверхности Fо (м2) бумагосушильных цилиндров определяются по формулам где b – необрезная ширина бумаги на накате, м; L – длина бумагосушильного цилиндра, м; K – соотношение между общей рабочей и боковой поверхностью сушильных цилиндров (K = 0,57–0,64).

Число сукносушильных цилиндров n1 (при одинаковом диаметре с бумагосушильными цилиндрами) определяется из выражения где – отношение боковой поверхности сукносушильных цилиндров к боковой поверхности бумагосушильных цилиндров, %. Этот коэффициент берется из справочных материалов, для быстроходных машин и машин, вырабатывающих массовые виды бумаги составляет 25–30%. Количество сукносушильных цилиндров должно быть кратным числу сушильных групп по сукнам.

Разбивка сушильных цилиндров по группам производится в зависимости от вида вырабатываемой бумаги и степени ее усадки, причем количество групп по приводу обычно бывает вдвое меньше количества групп по сушильным сукнам, так как одна приводная группа включает обычно два сушильных сукна – верхнее и нижнее.

ЛИТЕРАТУРА

1. Колесников В. Л. Бумага и картон из волокнисто-полимерных композиций. – Мн.: БГТУ, 2004. – 274 с.

2. Черная Н. В., Ламоткин А. И. Проклейка бумаги и картона в кислой и нейтральной средах. – Мн.: БГТУ, 2003. – 345 с.

3. Колесников В. Л. Математические основы компьютерного моделирования химико-технологических систем. – Мн.: БГТУ, 2003. – 312 с.

4. Колесников В. Л., Жарский И. М., Урбанович П. П. Компьютерное моделирование и оптимизация химико-технологических систем. – Мн.: БГТУ, 2004. – 532 с.

5. Горскі Г. М. Тэхналогія паперы і кардону. – Мн.: БДТУ, 2003. – 244 с.

6. Лаптев В. Н., Ванчаков М. В. Практикум по технологии и оборудованию целлюлозно-бумажного производства. – М.: Экология, 1991. – 208 с.

7. Технология бумаги. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию для студентов химико-технологического факультета. – Л.: ЛТА им. С. М. Кирова, 1976. – 51 с.

8. Справочник бумажника. – М.: Лесная промышленность, 1965. – Т. 2. – 854 с.

9. Легоцкий С. С., Гончаров В. И. Размалывающее оборудование и подготовка бумажной массы. – М.: Лесная промышленность, 1990. – 178 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Практическое занятие №1. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ И КАРТОНА….. 1.1. Выбор композиции вырабатываемой продукции и вида бумаго- или картоноделательной машины………………….. 1.2. Расчет производительности бумагоделательной Практическое занятие № 2. РАСЧЕТ БАЛАНСА ВОДЫ И 2.1. Методика составления баланса воды и волокна…………… 2.2. Расчет баланса воды и волокна при производстве 3.1. Расчет расхода волокнистых полуфабрикатов………….. 3.2. Расчет и выбор размалывающего оборудования………... 3.3. Расчет и выбор оборудования для хранения массы…...... 3.5. Пример расчета размольно-подготовительного отдела… Практическое занятие № 4. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ

ДЛЯ СОРТИРОВАНИЯ, ОЧИСТКИ И СГУЩЕНИЯ МАССЫ….

5.1. Определение производительности бумагоделательной машины….. 5.2. Определение основных параметров сеточного стола……… 5.3. Определение числа отсасывающих ящиков……………... 5.4. Определение производительности вакуум-насосов для отсасывающих ящиков и отсасывающих валов…………………….. 5.6. Выбор вспомогательного оборудования мокрой части 5.7. Расчет сушильной части бумагоделательной машины…. Технологическая схема производства газетной бумаги На регуляторы концентраций Сгуститель Бассейн сухого брака Концентрация

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ТЕХНОЛОГИЯ БУМАГИ И КАРТОНА

по практическим занятиям для студентов очной и заочной форм обучения специальности 1-48 01 05 «Химическая технология переработки древесины» специализации 1-48 01 05 04 «Технология целлюлозно-бумажных производств»