новая папка 2 / 161870
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова Высшая школа естественных наук и технологий
Кафедра целлюлозно-бумажных и лесохимических производств
ТЕХНОЛОГИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ для студентов очной и заочной форм обучения, направление подготовки 18.03.01 «Хими-
ческая технология», профиль «Химическая технология переработки древесины»
Архангельск 2018
Рассмотрены и рекомендованы к изданию методической комиссией Высшей школы естественных наук и технологий Северного (Арктического) федерального университета
Составители:
А.В. Гурьев, канд. техн. наук, доц.; Е.В. Дернова, канд. техн. наук, доц.; Г.В. Комарова, канд. хим. наук, доц.; Т.А. Королева, канд. техн. наук, доц.; М.А. Холмова, канд. техн. наук, доц.
Рецензент Новожилов Е.В., д-р техн. наук, проф.
УДК 676.017
Гурьев А.В. Технология целлюлозно-бумажного производства: методические указания к курсовому проектированию/ А.В. Гурьев, Е. В. Дернова, Г.В. Комарова, Т.А. Королева, М.А. Холмова; Сев.(Арктич.) федер. ун-т. – Архангельск: В методических указаниях определены цели и задачи курсового проектирования по дисциплинам «Технология целлюлозы» и «Технология бумаги картона». Представлено содержание разделов курсового проекта. В Приложениях технические характеристики некоторого оборудования, рекомендуемый список литературных источников. Методические указания предназначены для студентов направления подготовки прикладного бакалавриата 18.03.01 «Химическая технология», профиль «Химическая технология переработки древесины» дневной и заочной форм обучения.
Табл. 8, Прил. 6 , Библиограф. назв. 55.
Курсовое проектирование является частью программ освоения дисциплин «Технология целлюлозы» и «Технология бумаги и картона», систематизирует, закрепляет, углубляет теоретические знания по этим дисциплинам, развивает творческое мышление, способность анализировать полученную информацию, вырабатывает умение пользоваться справочной литературой. Другой задачей курсового проектирования является подготовка студентов к разработке выпускной квалификационной работы.
Курсовой проект по дисциплине «Технология целлюлозы выполняется в 7 семестре после летней производственной практики и при его разработке студенты имеют возможность использовать конкретные материалы по технологии, оборудованию, производственному контролю, полученные во время практики.
Тему курсового проекта по дисциплине «Технология бумаги и картона» студенты получают в последнем учебном семестре в феврале и защищают до начала последней сессии в апреле.
Выполняется курсовой проект в соответствии с заданием, в котором указывается производительность цеха (предприятия), вид продукции, сырье, из которого изготавливается продукция. В отдельных случаях в задании оговаривается использование некоторых видов основного оборудования.
Начальной стадией курсового проектирования является выбор исходных данных для проектирования и технологической схемы, которые обязательно согласовываются с руководителем проекта. Кроме того, студент согласовывает с руководителем проекта список необходимой литературы. Оформление расчетно-пояснительной записки (РПЗ) и графической части проекта должны быть выполнены в соответствии с пособием «Общие требования к оформлению и изложению документов учебной деятельности обучающихся». Стандарт организации СТО 60-02.2.3-2018.
Расчетно-пояснительная записка (РПЗ) должна быть подготовлена в электронном виде на листах формата А4 (297 210 мм). В тексте РПЗ должны быть ссылки на каждую таблицу, рисунок, схему и использованную литературу. Страницы РПЗ, рисунки, таблицы должны быть пронумерованы и, соответственно, иметь названия и подписи. Все литературные источники информации, использованные в работе над проектом, должны быть приведены в списке использованных источников.
1.СОСТАВ КУРСОВОГО ПРОЕКТА Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки (РПЗ) и графической
части.
В состав РПЗ входят: Титульный лист; Задание на курсовой проект; Реферат; Введение;
1.Требования к готовой продукции, сырью, химикатам, воде, пару
2.Аналитический обзор литературы. Обоснование и выбор принимаемой технологии и технологической схемы, основного оборудования. Описание технологической схемы.
3.Расчет материального и теплового балансов
4.Расчет количества устанавливаемого основного и вспомогательного оборудова-
ния
5.Энергетическая часть
6.Охрана природы. Характеристика и локальная очистка сточных вод и газовых выбросов в проектируемом цехе
7.Технологический контроль
8.Технико-экономические показатели
9.Список использованных источников
10.Приложения
Графическая часть курсового проекта включает принципиальную схему проектируемого цеха, выполненную на формате А4 и включенную в состав РПЗ, и технологическую схему, выполненную на формате А1.
На принципиальной технологической схеме отражают основное оборудование, основные технологические линии (древесины, волокна, воды, щелоков, пара, конденсата, химикатов, точки постоянных сбросов сточных вод и газовых выбросов), насосы. На технологической схеме, которая вычерчивается после проведения расчетов материального баланса и количества требуемого оборудования, насосов, смесителей, отражают все основное и вспомогательное оборудование, включая резервное. На трубопроводах показываются все вентили и задвижки.
2. СОДЕРЖАНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ РАЗДЕЛОВ РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ
РЕФЕРАТ должен содержать:
-сведения об авторе (ФИО), тему курсового проекта, сведения о руководителе (должность, ФИО);
-вид работы (курсовой проект); сведения об объеме текстового документа, количестве иллюстраций, таблиц, использованных литературных источников, приложений, листов графического материала;
-ключевые слова;
-текст реферата (цель работы, краткие сведения о принятых решениях и основных результатах расчетов материального и теплового балансов, удельных нормах расходов).
2.1.Введение
Во введении должны быть изложены современное состояние и перспективы развития способа производства, в соответствии с заданием на курсовой проект, и сформулирована цель дальнейшей работы.
2.2.Требования к готовой продукции, сырью, химикатам, воде, пару
В этом разделе приводятся действующие нормативные документы (ГОСТы, ТУ, стандарты предприятия) на готовую продукцию, требования к продукции на переделах (применительно к проектируемому цеху и виду продукции), к древесному сырью, пару, воде, используемым химикатам, включая варочные растворы.
2.3. Аналитический обзор литературы. Обоснование и выбор принимаемой технологии и технологической схемы, основного оборудования
Вэтом разделе дается краткий анализ литературных данных в области технологии
иоборудования в соответствии с темой курсового проекта. В соответствии с анализом литературных данных необходимо выявить наиболее эффективную технологию и оборудование и выбрать технологическую схему. При обосновании и выборе технологии и оборудования следует учитывать рекомендации международных организаций, например
The European IPPC Burea (International Pollution Prevention and Control). Это бюро было ос-
новано для организации обмена информацией и разработки «Best Available Techniques (BAT – наилучшие из существующих технологий).
2.3.1. Описание технологической схемы
В данном разделе необходимо описать движение потоков целлюлозной массы (волокнистых полуфабрикатов), фильтратов, воды, щелока по схеме с указанием условий для каждого потока (концентрация массы, температура, рН) и используемого оборудования.
2.4.Расчет материальных и тепловых балансов.
Цель расчета балансов – определение потребностей проектируемого цеха в сырье, химикатах, тепло- и электроэнергии, а также объемов потоков для расчета потребностей в оборудовании. Важной составляющей расчета материального баланса является определение объемов и состава сбрасываемых сточных вод, парогазовых выбросов, количества безвозвратных потерь волокна.
Расчеты ведутся, как правило, на единицу продукции. При расчете материального и теплового балансов цехов производства волокнистых полуфабрикатов за единицу продукции принимается 1 тонна воздушно-сухой целлюлозы, которая при 12 % влажности содержит 880 кг абсолютно-сухого волокна. При расчете материально и теплового балансов производства бумаги (картона) за единицу продукции принимается 1 тонна воздушносухой бумаги (картона) при влажности 6-8 %, которая указана в нормативных документах на продукцию.
По результатам выполнения раздела 2. «Аналитический обзор литературы. Обоснование и выбор принимаемой технологии и технологической схемы, основного оборудования» должна быть составлена принципиальная схема проектируемого цеха и выбраны методики расчета и исходные данные, которые представляются в виде таблицы.
Таблица 1 – Исходные данные для расчета материального и теплового балансов.
Наименование |
Единицы |
Возможные ин- |
Ссылка на ли- |
Величина пока- |
показателя |
измерения |
тервалы вели- |
тературный ис- |
зателя, прини- |
|
|
чины показате- |
точник |
маемого к рас- |
|
|
лей |
|
чету |
|
|
|
|
|
Расчет материальных балансов ведется по отдельным узлам, начиная с конца технологической схемы проектируемого цеха (за исключением расчетов по варочному и промывному отделам).
Расчет тепловых балансов, если это требуется, проводят после расчета материальных балансов, т.е. после определения массных потоков.
Массный поток, или целлюлозная (бумажная) масса – это сумма расходов волокна и воды. Причем количество воды определяется концентрацией волокна в данной точке технологической схемы. Например, концентрация массы (волокна) после промывки на пресс-фильтре составляет 32 %. При расчёте на 1 тонну воздушно-сухой целлюлозы (880 кг) количество воды составит 1870 кг, массы – 1870 + 880 = 2750 кг.
Целью расчёта теплового баланса является определение расхода пара на 1 тонну готовой продукции. При расчёте теплового баланса учитываются тепловые затраты на производство продукции, а также безвозвратные потери тепла.
После расчета материальных и тепловых балансов составляются сводные таблицы по определенной форме (таблицы 2 и 3).
Таблица 2 – Сводный материальный баланс
Наименование |
Приход, кг/т в.с. целлюлозы |
Наименование |
Расход, кг/т в.с. целлюлозы |
||||
потока |
масса |
вода |
волокно |
потока |
масса |
вода |
волокно |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 – Сводный тепловой баланс
Наименование потока |
Приход тепла, кДж/т |
Наименование потока |
Расход тепла, кДж/т |
|
|
|
|
2.5.Расчет количества основного и вспомогательного оборудования Расчет количества основного и вспомогательного оборудования производится на
основе определенных в материальном балансе величин потоков. Расчет количества оборудования производится исходя из единичной мощности оборудования и с учетом установки резервных аппаратов.
= |
|
|
(2.1) |
|
|
||||
|
|
|
где М – общая производительность потока, кг/ч или м3/ч;
g – производительность одной единицы оборудования (аппарата), кг/ч (м3/ч); k – коэффициент запаса производительности оборудования.
Производительность потока М рассчитывается на основе расчета материального баланса (М1, кг/т в.с. целлюлозы), т.е. с учетом всех потерь волокна. Пример расчета материального и теплового балансов одной ступени отбелки приведен в учебном пособии «Промывка и отбелка целлюлозы», год издания 2013 [17].
Расчет вместимости массных бассейнов ведется исходя из времени запаса в них массы и ее концентрации. Выбор мешального устройства осуществляется в зависимости от вместимости бассейна и концентрации массы при хранении.
= |
×(100− )× |
× , |
(2.2) |
|
|
||||
|
|
|
где V – объем бассейна, м3;
b – количество волокнистого полуфабриката, т/ч; n – влажность волокнистого полуфабриката, %; τ – время запаса, час
k – коэффициент, учитывающий полноту заполнения бассейна;
с– концентрация волокнистого полуфабриката, %.
Внастоящее время широко используются вертикальные бассейны, выбор которых производится по данным, приведенным в приложении П1.
Хранение целлюлозной массы в течение 6-12 часов производится в бассейнах высокой концентрации (БВК). Объем БВК определяется исходя из времени запаса и концентрации массы (формула 2.2). Концентрация массы при хранении в БВК составляет 1416 %, при подаче в производство масса разбавляется в нижнем конусе до концентрации 3,5-4,5 %. Основные параметры БВК приведены в таблице П2.
После расчета вместимости бассейнов производится их унификация и осуществляется проверка времени нахождения волокнистой массы в унифицированных бассейнах.
На группу из 2-4 котлов устанавливается один выдувной резервуар. Рабочий объём выдувного (или вымывного) резервуаров рассчитывается для приёма массы от 2 – 3 варок. Технические характеристики оборудования для приема массы из котла приведены в справочнике [25].
Все данные по расчету и подбору оборудования заносятся в таблицы, шаблоны которых представлены ниже.
Таблица 4 – Основное оборудование проектируемого цеха
Наименование и |
|
Типоразмер |
|
Техническая |
|
Количество |
|||
назначение оборудо- |
|
|
|
|
характеристика |
|
|
||
вания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5 – Вспомогательное оборудование |
проектируемого цеха (насосы, перемешива- |
||||||||
ющие устройства, смесители) |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Наименование и |
|
Типоразмер |
|
Техническая харак- |
|
Количество |
|||
назначение оборудо- |
|
|
|
|
теристика |
|
|
||
вания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6 – Унификация бассейнов |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Назначение |
|
|
Объем бассейна, м3 |
|
Время запаса массы, час |
||||
бассейна |
|
По расчету |
После унифи- |
По расчету |
После унифика- |
||||
|
|
|
|
кации |
|
|
ции |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.6. Энергетическая часть
В этом разделе курсового проекта производится расчет удельного расхода электроэнергии, для чего, прежде всего, определяется суточный расход электроэнергии проектируемым цехом, см. таблицу 7.
Таблица 7 – Суточный расход электроэнергии проектируемым цехом
Наименование |
Установочная |
Количество рабо- |
Число часов |
Суточный рас- |
оборудования |
мощность элек- |
тающих электро- |
работы в |
ход электро- |
|
тродвигателя, кВт |
двигателей, шт |
сутки, час |
энергии, кВт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Удельный расход электроэнергии рассчитывается по формуле:
∑уд. = × ,
где Nуд. – удельный расход электроэнергии всего проектируемого цеха, кВт; ∑ – суточный расход электроэнергии проектируемого цеха, кВт;
Q – суточная производительность цеха, т/сутки;
k – коэффициент загрузки электродвигателей (0.80-0.85).
2.8.Охрана природы. Характеристика и локальная очистка сточных вод и газовых выбросов в проектируемом цехе
В этом разделе необходимо указать основные точки сброса сточных вод и газовых выбросов в проектируемом цехе, а также привести характеристику их состава. Кроме то-
го, следует перечислить технологические мероприятия, принятые при проектировании и направленные на снижение сброса сточных вод и утилизацию газовых выбросов.
2.9.Технологический контроль
В пояснительной записке в этом разделе необходимо перечислить все основные параметры технологического процесса, подлежащие лабораторному контролю.
2.10.Технико-экономические показатели
В данном разделе приводятся удельные расходы сырья, химикатов, электроэнергии, пара, рассчитанные в соответствующих разделах пояснительной записки и производится их сравнение удельными нормами расхода, приведенными в Нормах технологического проектирования проектного института «Гипробум» [4].
Таблица 8 – Технико-экономические показатели
Удельные расходы |
Нормы удельных расходов в |
Комментарии |
|
соответствии с рекоменда- |
|
|
циями проектного института |
|
|
«Гипробум» |
|
|
|
|
ПРИЛОЖЕНИЕ Таблица П1 Технические характеристики вертикальных массных бассейнов [25]
Характеристика бассейна |
|
Типоразмеры бассейнов |
|
||
|
1 |
|
2 |
|
3 |
Объем номинальный, м3 |
160 |
|
600 |
|
2000 |
Диаметр, м |
5,0 |
|
8,5 |
|
5,0 |
Концентрация волокнистой суспензии, |
5,0 |
|
4,5 |
|
4,5 |
% |
|
|
|
|
|
Температура, 0С |
|
|
От 5 до 90 |
|
|
Рабочее давление |
|
гидростатическое |
|
||
Количество мешалок, шт. |
1 |
|
1 |
|
1 |
Установленная мощность мешалок, квт |
22 |
|
62 |
|
330 |
Таблица П2 Технические характеристики бассейнов высокой концентрации [25]
Характеристика бассейна |
|
|
Типоразмеры бассейнов |
|
|
|||
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Объем номинальный, м3 |
315 |
630 |
1250 |
2000 |
4250 |
5000 |
||
Концентрация |
волокни- |
|
|
|
|
|
|
|
стой суспензии: |
|
|
|
|
|
|
|
|
на входе, % |
|
10-20 |
10-20 |
10-20 |
10-20 |
10-20 |
10-20 |
|
на выходе, % |
|
3,0-4,5 |
3,0-4,5 |
3,0-4,5 |
3,0-4,5 |
3,0-4,5 |
3,0-4,5 |
|
Диаметр цилиндра: |
|
|
|
|
|
|
||
большого, м |
|
6,4 |
8,0 |
9,0 |
11,0 |
12,0 |
14,0 |
|
малого, м |
|
|
4,0 |
5,0 |
6,0 |
7,0 |
8,0 |
9,0 |
Высота цилиндра: |
|
|
|
|
|
|
||
большого, м |
|
6,6 |
9,6 |
15,4 |
17,0 |
27,0 |
30,0 |
|
малого, м |
|
|
1,8 |
1,8 |
2,5 |
2,5 |
3,4 |
3,4 |
Общая высота, м |
13,4 |
17,6 |
24,9 |
28,2 |
41,4 |
42,6 |
||
Температура рабочая, |
5-50 |
5-50 |
5-50 |
5-50 |
5-50 |
5-50 |
||
0С |
|
|
|
|
|
|
|
|
Давление рабочее |
|
|
Гидростатическое |
|
|
|||
Давление |
оборотной во- |
|
|
|
|
|
|
|
ды, подаваемой на раз- |
|
|
|
|
|
|
||
бавление, не менее МПа |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
Установочная |
мощность |
55 |
55 |
132 |
132 |
- |
- |
|
перемешивающего |
|
|
|
|
|
|
||
устройства, квт |
|
|
|
|
|
|
|
|
Установочная |
мощность |
7,5 |
7,5 |
7,5 |
7,5 |
7,5 |
7,5 |
|
ротора |
разбрасывателя, |
|
|
|
|
|
|
|
квт |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица П3 – Условия получения и показатели качества бисульфитной целлюлозы
Наименование показателей целлюлозы |
|
Температура варки, 0С |
|
|
|
155 |
160 |
165 |
170 |
Выход целлюлозы, % |
51,8 |
52,9 |
48,9 |
50,7 |
Массовая доля непровара,% |
2,7 |
3,8 |
1,5 |
3,1 |
Число каппа |
38 |
32 |
28 |
27 |
Белизна, % |
64,3 |
63,3 |
66,0 |
66,0 |
Содержание смол и жиров, % |
1,75 |
1,98 |
0,5 |
1,87 |
Разрывная длина, м |
9700 |
8400 |
8800 |
8300 |
Сопротивление излому, ч.д.п. |
2000 |
1700 |
1800 |
1020 |
Сопротивление продавливанию, кПа |
477 |
414 |
400 |
394 |
Сопротивление раздиранию, мН |
500 |
530 |
530 |
540 |
Продолжительность варки, мин |
300 |
240 |
150 |
99 |