новая папка 2 / 45291

Рассмотрено и рекомендовано к изданию методической комиссией факультета биотехнологии и химической технологии

Санкт-Петербургской Государственной лесотехнической академии 25 ноября 2009 г.

С о с т а в и т е л и :

кандидат технических наук, доцент Ю. А. Бобров кандидат технических наук, доцент О. П. Ковалева,

Материальный баланс производства древесной массы:

методические указания / Ю.А.Бобров [и др.]. — СПб.: СПбГЛТА, 2009.

— 19 с.

Методические указания по расчету материального баланса производства механической древесной массы, необходимого для выполнения курсового и дипломного проектов, предназначено для студентов, обучающихся по специальности 240406 «Технология химической переработки древесины» специализации «Технология целлюлознобумажного производства», а также слушателей факультета повышения квалификации.

Даны основные технологические расчеты производства механической древесной массы, приведен расчет баланса воды и волокна линии подготовки волокнистого полуфабриката для производства бумаги. Приведены рекомендации по расчету и подбору технологического оборудования.

Темплан 2009 г. Изд. № 1.

2

Введение

Методические указания содержат описание методики и примеры расчетов по производству механической древесной массы. Представленные методики могут быть использованы студентами при курсовом или дипломном проектировании бумажной фабрики по производству различных видов бумаги и картона, а также слушателями факультета повышения квалификации при выполнении выпускной работы.

При проектировании студент должен учитывать все особенности производства заданного вида механической древесной массы и производить расчеты согласно приведенной методике.

К механической древесной массе относят полуфабрикаты высокого выхода, при получении которых основную роль играет механическая обработка древесины. Разделение на волокна и формирование свойств таких полуфабрикатов происходит под воздействием либо дефибрерного камня, либо ножей размалывающей гарнитуры дисковых рафинеров.

Механические массы подразделяют на полуфабрикаты высокого выхода, вырабатываемые без применения химических реагентов, и полуфабрикаты, получаемые с применением химикатов. В первом случае механическая обработка сырья может осуществляться без предварительного пропаривания или без пропарки.

Классификация механической древесной массы [1]:

1.ДДМ – дефибрерная древесная масса, получаемая истиранием балансовой древесины на дефибрерном камне при температуре в зоне дефибрирования менее 100°С и атмосферном давлении;

2.ТДДМ – термо-дефибрерная древесная масса, получаемая истиранием балансовой древесины на дефибрерном камне при температуре в зоне дефибрирования 100°С;

3.ДМД – дефибрерная масса, получаемая истиранием балансовой древесины на дефибрерном камне при повышенном давлении и температуре более 100°С;

4.РДМ или РММ – рафинерная древесная масса (или рафинерная механическая масса), получаемая из непропаренной древесной щепы путем размола в дисковых мельницах при атмосферном давлении;

5.ТММ – термомеханическая масса, получаемая из пропаренной древесной щепы путем размола в дисковых мельницах в одну или две ступени при атмосферном или повышенном давлении;

6.ХТММ – химико-термомеханическая масса, получаемая путем пропитки древесной щепы химическими реагентами до или во время пропаривания с последующим размолом под давлением в дисковых мельницах в одну или две ступени;

3

7.ХММ – химико-механическая масса, получаемая путем пропитки древесной щепы химическими реагентами при температуре менее 100°С с последующим размолом в дисковых мельницах в одну или две ступени.

Мировая целлюлозно-бумажная промышленность выпускает более

двадцати видов механической древесной массы, спектр свойств и область применения которых постоянно расширяются.

1.Методические указания

Проектирование завода механической древесной массы следует начинать с выбора технологической схемы производства. Расчетнопояснительная записка (РПЗ) по курсовому проектированию или технологическая часть РПЗ по дипломному проектированию должна включать цель и задачи проектирования; характеристику волокнистого полуфабриката, а также сырья и материалов, используемых для его производства.

В пояснительной записке курсового или дипломного проекта должно быть представлено обоснование выбранной технологической схемы, графическое изображение технологического процесса и его краткое описание [1-4]:

технологическая схема производства дефибрерной древесной массы включает техническую характеристику и устройство дефибреров, режим дефибрирования;

технологическая схема производства механической древесной массы из щепы включает техническую характеристику оборудования, применяемого для промывки, пропаривания и размола древесной щепы.

Описание технологической линии должно включать техническую характеристику, назначение и режим работы оборудования для очистки и сортирования механической древесной массы. В случае отбелки механической древесной массы, необходимо привести характеристику отбеливающих реагентов, режим и факторы отбелки. Схема использования оборотной воды и утилизация отходов сортирования механической древесной массы должна быть учтена в технологической части проекта.

Материальный баланс составляется в соответствии с разработанной технологической схемой производственного процесса, с учетом потерь сырья и материалов на каждой стадии процесса. Для расчета баланса воды и волокна необходимо установить концентрации волокнистой суспензии и

4

оборотной воды на каждой стадии производства, а также количество отходов сортирования механической древесной массы.

По данным материального баланса производят расчет оборудования и подбор аппаратов для осуществления каждой технологической операции, а также количество аппаратов данного типа. Приводят техническую характеристику аппаратов.

Заключение должно содержать краткие выводы по выполненной работе; актуальность предлагаемых в работе решений, а также рекомендации по использованию полученных результатов для внедрения в производство.

Перечень используемых источников научно-технической и справочной информации должен соответствовать требованиям.

2. Методика составления баланса воды и волокна

Для организации производства механической древесной массы необходимо установить удельные расходы исходного сырья, химикатов, энергии и воды. Расчет баланса воды и волокна позволяет получить точные данные о технологических потоках на различных стадиях процесса, выявить безвозвратные потери волокна и расход свежей воды.

В расчетах используют формулу И.И.Богоявленского [5]:

где: Х – количество сухого вещества, поступающего на данную стадию производства, кг;

G - количество сухого вещества, выходящего с данной стадии производства, кг;

К – концентрация отходящей воды, кг/л; Тн и 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 на различных стадиях производства составляют систему уравнений с двумя неизвестными величинами: одно уравнение относится к балансу потоков волокнистой массы, а другое – к балансу сухого вещества (волокна). При этом сумма потоков волокна и воды, поступающих на данную стадию производства, должны быть равны сумме уходящих потоков. Возможны два варианта:

1. Разбавление массы водой. Введем условные обозначения:

Q1 и K1 - соответственно количество и концентрация массы, поступающей на стадию производства;

5

Q2 и K2 - количество и концентрация массы, уходящей с данной стадии производства;

Q3 и K3 - количество и концентрация оборотной воды, поступающей на разбавление массы или отходящей при обезвоживании массы.

Q2 = Q1 + Q3

Q2 K2 = Q1 K1 + Q3 K3

Q3 К3

Q2 К2

2. Обезвоживание массы.

Q2 = Q1 - Q3

Q2 K2 = Q1 K1 - Q3 K3

Q1 К1

Q3 К3

Q2 К2

Количество массы и оборотной воды выражают в килограммах (или в литрах), а концентрацию массы в граммах на литр или в процентах.

6

Рис.1. Принципиальная схема для расчета баланса воды и волокна

7

термогидролитической обработки древесной щепы при температуре 100135°С и давлении 100-300 кПа с последующим размолом в одну или две ступени на дисковых мельницах. Размол может производиться как при атмосферном, так и при повышенном давлении до 0,3 МПа.

Предварительная термогидролитическая обработка аморфного лигноуглеводного комплекса древесины обеспечивает сохранность отдельных волокон при размоле.

В данном примере материального баланса стадия размола древесной щепы принята в одну ступень при атмосферном давлении.

Принимаем следующие исходные данные для расчета баланса

Количество массы, поступающей на сгуститель с 1-ой ступени сортирования – 75% от общего потока массы, поступающей на сгуститель, а со 2-ой ступени сортирования – 25%.

Количество отходов древесной массы со 2-ой ступени сортирования 6% от готовой продукции.

Расход свежей воды на 1 т древесной массы на спрыски сгустителя –

20000 л.

БАССЕЙН ГОТОВОЙ ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ. Поступает абсолютно сухого волокна в бассейн древесной массы 880 кг. При концентрации

древесной массы 5% в ней содержится воды 100 5 *880 16720 л , массы

5

16720 + 880 = 17600 кг.

СГУСТИТЕЛИ. На сгуститель, с учетом расхода воды 20000 л на спрыски, поступает волокна:

8

При сгущении массы освобождается оборотной воды:

Поступает на сгуститель с первой ступени сортирования волокна:

Поступает на сгуститель с второй ступени сортирования волокна:

РАЗМОЛ ОТХОДОВ. Со второй ступени сортирования отводятся грубые отходы в количестве 6% от массы готовой продукции:

880 * 0,06 = 52,8 кг.

При концентрации отходов 3%, в них содержится воды:

Всего массы 1707 + 52,8 = 1759,8 кг.

2-Я СТУПЕНЬ СОРТИРОВАНИЯ. Обозначим количество массы, поступающей на 2-ую ступень сортирования – Q1, количество отходящей оборотной воды – Q2.

На каждом этапе технологической схемы суммы поступающих и уходящих потоков, как по объему массы, так и по содержанию волокна должны быть равны, а потому мы можем составить систему уравнений с двумя неизвестными Q1 и Q2. Первое уравнение характеризует баланс количества массы, а второе – баланс количества волокна.

Q1 + Q2 = 1759,8 + 87781,62

Q1 * 0,005 + Q2 * 0,0005 = 263,35 + 52,8

или:

Q1 + Q2 = 89541,42

9

Q1 * 0,005 + Q2 * 0,0005 =316,15

Решая совместно эти уравнения, получаем количество массы, поступающей на 2-ую ступень сортирования: Q2 = 89541,42 – Q1;

Q1 * 0,005 + (89541,42 – Q1) * 0,0005 = 316,15 0,005 Q1 + 44,77 – 0,0005 Q1 = 316,15

0,0045 Q1 = 271,38

Q1 = 60306,66 кг, в поступающей массе содержится волокна: 60306,66 * 0,005 = 301,53 кг, воды 60306,66 – 301,53 = 60005,131 л.

Количество отходящей оборотной воды составит:

Q2 = 89541,62 – 60306,66 = 29234,96 л,

в ней содержится волокна: 29234,96 * 0,0005 = 14,62 кг,

и собственно воды: 29234,96 – 14,62 = 29220,34 л.

263,35

87518,27

1-Я СТУПЕНЬ СОРТИРОВАНИЯ. Составим систему уравнений для определения количества массы Q1, поступающей на 1-ю ступень сортирования, и количество оборотной воды Q2, поступающее на разбавление массы.

Q1 + Q2 = 263344,85 + 60306,66

Q1 * 0,005 + Q2 * 0,0005 = 790,04 + 301,53

или:

Q1 + Q2 = 323651,51

Q1 * 0,005 + Q2 * 0,0005 =1091,57

Решая совместно эти уравнения, получаем количество оборотной воды, подаваемой на сортировки 2-ой ступени

Q2 = 323651,51 – Q1

Q2 = 117040,40 кг, в ней волокна: 117040,40 * 0,0005 = 58,52 кг, воды 117040,40 – 58,52 = 116981,88 л.

Количество массы, поступающей на 1-ую ступень сортирования,

составит: Q1 = 323651,51 – 117040,40 = 206611,11 л.

В очищенной древесной массе содержится волокна:

206611,11 * 0,005 = 1033,05 кг, воды: 206611,11 – 1033,05 = 205578,06 л.

10