Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО Архангельский государственный технический университет

Н.В. СЫСОЕВА, А.В. ГУРЬЕВ

РАСЧЕТ И ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ

В ПРОИЗВОДСТВЕ БУМАГИ

Учебное пособие

Архангельск

2009

УДК 676.026 ББК 35.779

С 95

Рекомендовано к изданию ученым советом Архангельского государственного технического университета

Рецензенты:

Сысоева, Н.В. Расчет и подбор оборудования в производстве бумаги [текст]: учеб. пособие / Н.В. Сысоева, А.В. Гурьев. – Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2009. – 146 с.

В учебном пособии представлены методики и примеры основных технологических расчетов. Даны технические характеристики основного и вспомогательного оборудования бумажных и картонных фабрик.

Учебное пособие предназначено для студентов вузов всех форм обу-чения, составлено в соответствии с государственным общеобразователь-

ным стандартом высшего профессионального образования для программы по курсу «Технология бумаги и картона» для специальности 240406.65 (2603 – «Технология химической переработки древесины»).

Табл. 110. Ил. 32. Библиогр. 15 назв.

ISBN © Архангельский государственный

технический университет, 2009

© Н.В. Сысоева, А.В. Гурьев, 2009

2

ВВЕДЕНИЕ

Развитие современной бумажной промышленности требует не только ос-

воения новых технологий и использования высоко автоматизированного обору-дования, но и подготовки квалифицированных инженерных кадров. Сумма зна-

ний инженера-технолога бумажного производства складывается из теоретиче-

ских представлений о бумаге как материале, процессах производства, влияющих факторах, а также включает в себя практические навыки и умения. Приобрете-ние практического опыта связано с необходимостью выполнения технологиче-

ских расчетов, компоновки схем производства разнообразных видов бумаги и картона, выбора оптимального оборудования. Подобные навыки закладываются при учебном проектировании бумаго- и картоноделательных машин.

Настоящее учебное пособие содержит методические рекомендации по вы-

полнению основных разделов курсовых проектов и выпускных квалификацион-

ных работ, справочные данные о композиции бумаги и картона, используемых расчетных коэффициентах и константах, характеристику оборудования и прин-ципы его подбора.

Следует подчеркнуть, что авторы не ставили перед собой цель ограничить студента в принятии технологических решений. Напротив, представленные в по-

собии материалы направлены на индивидуальную работу, в том числе с поиском данных в научно-технической литературе, справочниках и в сети Internet. Кроме того, выполнение расчетов связанных с материальным и тепловым балансом БДМ и КДМ предполагает использование математического аппарата решения систем линейных уравнений с привлечением информационных технологий.

Таким образом, учебное пособие «Расчет и подбор оборудование в произ-

водстве бумаги» призвано наряду с использованием общепринятых методик и справочных данных, активизировать самостоятельную работу обучающихся,

развивать способность к принятию оригинальных технологических решений и подтверждать эти решения расчетами.

3

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

B – обрезная ширина бумажного полотна на накате, м; B_Н – необрезная ширина бумажного полотна, м;

c – концентрация, %;

H – содержание наполнителя в сухом веществе, кг/т;

M – количество волокнистая масса, кг/т;

13. – масса бумаги, г/м²;

13. – количество единиц устанавливаемого оборудования, шт;

N_Н – номинальная (потребляемая) мощность привода, кВт;

N_УСТ – установленная мощность привода, кВт;

N_ХХ – мощность холостого хода привода, кВт;

P_Н – часовая производительность машины (Нетто), кг/ч;

v – максимальная рабочая скорость машины на накате, м/мин;

24. – количество абсолютно сухого волокна в массопотоке, кг/т;

24. – количество воды, поступающее или уходящее с массопотоком, кг/т;

y – поперечная усадка полотна, %;

а – количество отходов, потерь, брака, соотношения потоков, %;

БВК – бак высокой концентрации; БДМ, КДМ – бумаго- картоноделательная машина;

БПУ – бак постоянного уровня;

ДМД – древесная дефибрерная масса; З – зольность, %;

НТП – нормы технологического проектирования;

НЯ – напорный ящик;

ОВ – оборотная вода; ПРС – продольно-резательный станок;

САЦ – сульфатная целлюлоза;

ТММ – термомеханическая масса;

ХММ – химико-механическая масса; ХТММ – химико-термомеханическая масса;

ЦВВ – целлюлоза высокого выхода (сульфатная небеленая хвойная);

4

1. ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ

1.1. Общая технологическая схема

Вне зависимости от вида бумаго- или картоноделательной машины (БДМ,

КДМ) основные технологические процессы, начиная от приготовления бумаж-

ной массы и заканчивая формованием бумажного полотна, в основном идентич-

ны и связаны с обработкой волокна в воде и перемещением его от одной опе-рации к другой. Вместе с тем, выбор типа, типоразмера и расчет количества ус-

танавливаемого в технологическом потоке оборудования (технологическая схе-

ма) зависят, прежде всего, от вида бумаги и картона, производительности пото-

ка, а также конструктивных особенностей БДМ и КДМ.

Большинство бумаго- или картоноделательных машин включает в себя следующие основные части: напускное устройство, формующая (сеточная)

часть, прессовая часть, сушильная часть, накат и продольно-резательный станок (ПРС). Кроме того, в зависимости от вида выпускаемой продукции технологиче-

ская линия производства бумаги может включать в себя устройства для машин-

ной или постмашинной обработки: микрокрепирующее оборудование, клеиль-

ные прессы, меловальные установки, каландры, суперкаландры, линии упаковки. Непрерывная и стабильная работа БДМ невозможна без надежного функ-

ционирования систем: вакуумной, использования свежей и оборотной воды,

включая локальную очистку сточной воды, переработки оборотного брака, про-

мывки и кондиционирования одежды машины, вентиляции, привода, централи-зованной смазки, а также автоматической системы управления технологическим процессом (АСУПТ). Неудовлетворительная работа одной из этих систем не-

медленно отражается на производительности машины в целом, а также на каче-

стве вырабатываемой продукции.

Принципиальная технологическая схема производства бумаги представле-

на на рисунке 1.1.

6

НА СКЛАД

СВЕЖАЯ ВОДА

ПРС

ОВ

ГИДРО-

НАКАТ

РАЗБИВАТЕЛЬ

КАЛАНДР

БАССЕЙН

БАССЕЙН

СУХОГО БРАКА

БРАКА

ДОСУШИВАЮЩИЕ

БАССЕЙН

СГУСТИТЕЛЬ

БАК

ГРУППЫ

МОКРОГО БРАКА

БРАКА

ФИЛЬТРАТА

КЛЕИЛЬНЫЙ

БАССЕЙН

ПРЕСС

ОБОРОТНОГО

БРАКА

СУШИЛЬНАЯ

ЧАСТЬ

ПРЕССОВАЯ

ЧАСТЬ

ГАУЧ-ВАЛ

ГАУЧ-МЕШАЛКА

ЛОВУШКА

ВОЛОКНА

СБОРНИК

СБОРНИК

ОТСАСЫВАЮЩИЕ

ОСВЕТЛЕННОЙ

СОСУННОЙ ВОДЫ

ЯЩИКИ

ВОДЫ

СБОРНИК

НА ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

РЕГИСТРОВАЯ

РЕГИСТРОВОЙ

ЧАСТЬ

ВОДЫ

НАПОРНЫЙ

ЯЩИК

УЗЛОЛОВИТЕЛЬ

МЕЛ

ПИТАТЕЛЬНЫЙ

НАСОС

ОЧИСТКА

ГЛИНОЗЕМ

СМЕСИТЕЛЬНЫЙ

НАСОС

БПУ

МАШИННЫЙ

БАССЕИН

КОМПОЗИЦИОННЫЙ

БАССЕЙН

	БАССЕЙН					БАССЕЙН
	ЛИСТВЕННОЙ САЦ					ХВОЙНОЙ САЦ
	РАЗМОЛ					РАЗМОЛ
	ЛИСТВЕННОЙ САЦ					ХВОЙНОЙ САЦ
	ПРИЕМНЫЙ			ОВ		ПРИЕМНЫЙ
	БАССЕЙН					БАССЕЙН
	ЛИСТВЕННОЙ САЦ			ОВ		ХВОЙНОЙ САЦ
	БВК					БВК
	ЛИСТВЕННОЙ					ХВОЙНОЙ
	САЦ					САЦ
ИЗ ВАРОЧНОГО ЦЕХА				ИЗ ВАРОЧНОГО ЦЕХА

Рисунок 1.1 – Принципиальная схема БДМ

7

Технологическая схема формируется в один или несколько основных по-

токов в зависимости от композиции бумаги. Полуфабрикаты поступают на цех жидким потоком, если фабрика входит в состав интегрированного предприятия (комбината), либо в воздушно сухом виде на отдельно расположенную бумаж-

ную фабрику. В последнем случае необходима установка устройств для предва-

рительного роспуска полуфабрикатов – гидроразбивателей различных конструк-

ций.

При переработке вторичных полуфабрикатов (макулатуры) в зависимости от их марки в технологической схеме подготовки бумажной массы используют дополнительные операции: грубую и тонкую очистку, сортирование, дисперго-

рование, флотацию, фракционирование и т.п.

Далее волокнистые полуфабрикаты поступают в размольно-

подготовительный отдел (РПО). Первая и наиболее важная операция подготовки

– размол. В зависимости от вида бумаги или картона и количества полуфабрика-

тов в композиции, размол бумажной массы организуют в одну или несколько последовательных ступеней, раздельно для каждого вида волокна или совмест-

но. Для увеличения времени воздействия размалывающей гарнитуры на волокна применяют дросселирование массы с помощью запорной арматуры или рецир-

куляцию части потока с ее возвратом в начало или на соответствующую ступень размола.

Размолотая полуфабрикаты направляются в композиционный бассейн, где смешиваются в заданном соотношении. Туда же обычно поступает оборотный брак из системы переработки. При выполнении технологических расчетов коли-чество оборотного брака принимают условно постоянным. Кроме того, в компо-

зиционный бассейн могут дозироваться наполнитель и различные химические добавки.

В традиционных технологических схемах готовая бумажная масса далее поступает в машинный бассейн, служащий для кратковременного буферного за-

паса массы перед БДМ и стабилизации ее потока. Однако, в последнее время на-

блюдается тенденция к сокращению как количества, так и объема емкостного оборудования. Это достигается за счет строгого автоматического регулирования расходов полуфабрикатов, химикатов и оборотной воды. В этом случае, напри-

мер, композиционный бассейн не проектируется, а объем машинного бассейна сокращается до минимума.

Перемещение полуфабрикатов и бумажной массы при ее подготовке со-провождается последовательным понижением концентрации суспензии в сред-

нем от 10…12 % на входе в цех до 2,5…4,0 % в машинном бассейне. Регулиро-

вание концентрации бумажной массы осуществляется оборотной водой, отходя-

8

щей от БДМ. При необходимости повышения концентрации массы (например,

размол при высокой концентрации) в технологической схеме устанавливают сгуститель.

Подача бумажной массы к напускному устройству БДМ сопровождается операциями разбавления, очистки и сортирования. При этом чаще всего, исполь-

зуют принцип создания постоянного напора массы с помощью баков постоянно-

го уровня.

Разбавление массы производят в одну или две ступени с использованием регистровой воды поступающей самотеком во всасывающие патрубки смеси-

тельного насоса. Количество ступеней разбавления обусловлено параметрами работы очистного и сортирующего оборудования, а также производительностью машины. Диапазон концентрации суспензии перед напускным устройством для массовых видов бумаги и картона составляет 0,3…0,8 %.

Очистка бумажной массы в системе короткой циркуляции производится в три – пять ступеней, а сортирование преимущественно в одну ступень. Отходы от последней ступени очистки направляются в дренаж, а отходы сортирования используются повторно, через систему переработки брака. Компоновка системы очистки и сортирования также может включать устройство для деаэрации массы

(декулатор).

Современная технология бумаги и картона предполагает гибкий подход к выбору точек дозировки химических вспомогательных веществ. Многие из них вводятся в бумажную массу непосредственно в цикле короткой циркуляции

(проклеивающие вещества, упрочняющие и ретенционные, пеногасители, био-циды и т.д.). При расчете и составлении баланса в курсовых и дипломных проек-

тах допускается учитывать только минеральные наполнители.

Подача массы через напускное устройство (напорный ящик – НЯ) в фор-

мующую часть БДМ предусматривает использование рециркуляции части пото-ка, а в некоторых случаях локального разбавления. Количество суспензии или свежей воды зависит от типа напускного устройства.

Формирование бумажного полотна в мокрой части БДМ, градация и коли-

чество отводимой воды в первую очередь обусловлена конструктивными осо-бенностями оборудования. Для традиционного плоскосеточного стола выделяют три стадии обезвоживания: в регистровой части до сухости 3…4 %, на отсасы-

вающих ящиках – 14…17 % и на гауч-вале – 20…24 %. При этом считают, что образуется два основных потока оборотной воды регистровая и сосунная, кото-рые аккумулируются в смежных бассейнах с возможностью перелива из одного в другой.

При формовании бумажного полотна с помощью двухсеточных или гиб-

9

ридных устройств четкие границы между стадиями обезвоживания отсутствуют.

Количество воды, которую принято считать регистровой и которая идет на раз-

бавление массы, выделяется из общего объема воды отходящей от формующей части. Эта вода поступает в бассейн регистровой воды, который также сообща-

ется переливом со сборником сосунной воды.

Вне зависимости от конструкции формующей части БДМ, образуется не-

которое количество избыточной (оборотной) воды, которая либо аккумулируется в отдельном бассейне, либо направляется непосредственно в систему локальной очистки или в сточный коллектор. Количество избыточной оборотной воды за-

висит от степени обезвоживания полотна бумаги после формующей части и от расхода свежей производственной воды используемой для промывки одежды машины. Содержание взвешенных веществ в воде, отходящей от формующей части обусловлена, видом и композицией бумаги, конструкцией обезвоживаю-

щих элементов, степенью удержания волокна и наполнителя в структуре полот-

на.

Передача полотна из формующей части в прессовую чаще всего осущест-

вляется с помощью вакуум-пересасывающего устройства, которое обеспечивает безобрывную проводку бумаги. Изменение сухости полотна при этом не проис-

ходит. Использование вакуум-пересасывающего устройства требует установки общего с верхним валом первого пресса сукна.

Компоновка прессовой части БДМ предназначенных для массовых видов бумаги и картона предполагает наличие двух-трех зон прессования, которые мо-

гут быть распределены по отдельным двухвальным прессам, либо сосредоточе-ны в многовальном прессе. При этом компоновка прессовой части не оказывает принципиального влияния на количество удаляемой из полотна воды. Объем этой воды зависит от сухости бумаги после прессования, которая может состав-

лять для массовых видов 42…50 %.

Достижение указанной сухости бумаги требуют использования макси-

мального количества прессовых сукон, а также удлиненных зон прессования.

При этом практически вся вода, удаляемая из полотна, вначале переходит в прессовые сукна, а затем вместе с промывной водой направляется через сукно-мойки в вакуумную систему и далее в сток. Расход воды на промывку сукон за-

висит от их количества и эксплуатационных характеристик, устройства системы кондиционирования, производительности машины, а также от вида бумаги или картона.

Таким образом, современную прессовую часть, с точки зрения баланса во-

ды и волокна можно рассматривать как один узел. Прессовые части, для специ-

альных видов бумаги включающие прессы с отжимом части воды и ее промежу-

10

точным аккумулированием рекомендуется рассчитывать отдельно для каждой зоны прессования.

Количество воды, удаляемое из бумажного полотна в сушильной части, обусловлено начальной и конечной сухостью бумаги, т.е. эффективностью рабо-

ты мокрой части и требованиями к готовой продукции. Компоновка сушильной части на расчет баланса воды и волокна принципиального влияния не оказывает,

но во многом определяет тепловой режим и расход пара на сушку.

В настоящее время, используют три основных способа проводки бумаж-

ного полотна в сушильной части: традиционный двухрядный, двухрядный со слаломной проводкой сушильных сеток (в первых или во всех сушильных сек-

циях), однорядный с использованием устройств для интенсификации процесса (вакуумные валики, стабилизатора полотна и т.п.).

Включение в состав БДМ устройств для поверхностной обработки полот-

на (меловальные установки, клеильные прессы) предусматривает деление су-

шильной части на три зоны: предварительная сушка; устройство для обработки, на котором происходит изменение удельной массы воды и сухого вещества в по-

лотне; досушивающая часть. В этом случае и расчет материального баланса сле-

дует вести отдельно по каждой зоне.

Завершающие операции по производству бумаги на БДМ (каландрирова-ние, намотка в рулоны на накате), а также постмашинная обработка, с точки зре-

ния технологических расчетов требуют учитывать только количество сухого брака образующего в каждом узле в зависимости от типа оборудования.

Оборотный брак образующийся в технологическом потоке БДМ подразде-ляется на мокрый и сухой. В некоторых случаях отдельно собирается и подвер-

гается предварительной обработке в гидроразбивателе так называемый полусу-

хой брак. Он включает в себя полото остающееся в прессовой и в начале су-

шильной части в результате обрыва, т.е. образуется периодически. И поэтому должен учитываться в балансе машины с помощью коэффициентов производи-

тельности.

Весь брак от БДМ обычно поступает в общую систему переработки, пред-

ставляющую собой совокупность гидроразбивателей, бассейнов и сгустителей. Исключение составляют БДМ, вырабатывающие влагопрочные виды бумаги,

для которых необходимо дополнительная операция длительной обработки и пе-

реработки сухого брака в отдельном буферном бассейне.

1.2. Выбор композиции бумаги и картона

В технологии бумаги и картона различают композиция продукции и ком-

11

позицию по волокну. Последняя, представляет собой, соотношение отдельных видов полуфабрикатов выраженных в процентах и входящих в состав готовой продукции.

При выполнении дипломного или курсового проекта композиция бумаги по волокну принимается по нормативным данным, представленным в таблице

1.1, по производственным данным действующих предприятий или по результа-

там анализа научно-технической литературы.

Таблица 1.1 – Рекомендуемая композиция по волокну бумаги и картона

Вид продукции	Композиционные составы

Газетная бумага

Вариант 1 Бисульфитная небеленая целлюлоза 25…30 %, Дефибрерная древесная масса 70…75 %.

Вариант 2 Сульфатная полубеленая целлюлоза 20…25 %, Дефибрерная древесная масса 70…75 %.

Вариант 3 Бисульфитная небеленая целлюлоза 15…20 %, ТММ 80…85 % или масса ДМД-С 80…85 %.

Вариант 4 ТММ 80…100 %, ХТММ хвойная 0…20 %. Вариант 5 Макулатурная масса 30…100 %, ТММ 0…30 %. Вариант 7 ТММ 50…100 %, Макулатурная масса 0…50 %.

Бумага типографская № 1

Вариант 1 Сульфитная хвойная беленая целлюлоза 15 %, Сульфатная лиственная беленая целлюлоза 9 %, ТММ 76 %.

Вариант 2 Сульфатная хвойная беленая целлюлоза 50 %, ТММ 50 %. Вариант 3 Сульфатная лиственная беленая целлюлоза 65 %, ДМД-С 35 %.

Книжно-журнальная бумага

Вариант 1 Сульфатная хвойная беленая целлюлоза 15 %, Сульфатная беленая лиственная целлюлоза 15 %, ТММ масса 70 %.

Вариант 2 Сульфатная хвойная беленая целлюлоза 45 %, ДМД 55 %. Вариант 3 Сульфатная хвойная беленая целлюлоза 40 %, ДМД-С 60 %. Вариант 4 Сульфатная хвойная беленая целлюлоза 20…30 %,

ХТММ хвойная 80…70 %.

Вариант 5 Сульфатная хвойная беленая целлюлоза 15 %, Сульфатная беленая лиственная целлюлоза 9 %, хвойная ХТММ 46 %, лиственная ХТММ 30 %.

Бумага офисная

Сульфатная хвойная беленая целлюлоза 20 %, Сульфатная лиственная беленая целлюлоза 80 %.

Бумага офсетная

Вариант 1 Сульфатная хвойная беленая целлюлоза 15…30 %, Сульфатная лиственная беленая целлюлоза 70…85 %.

Вариант 2 Сульфатная хвойная беленая целлюлоза 20…40 %, Лиственная беленая ХММ или ХТММ 60…80 %.

Вариант 3 Сульфатная хвойная небеленая целлюлоза 10…20 %, Белая древесная масса 80…90 %.

12

Продолжение таблицы 1.1

Вид продукции	Композиционные составы
Бумага писчая
1 Вариант	Сульфатная хвойная беленая целлюлоза 50…35 %,
	Сульфатная лиственная беленая целлюлоза 65…50 %.
2 Вариант	Сульфатная беленая хвойная целлюлоза 15 %,
	Сульфатная беленая лиственная целлюлоза 50 %,
	хвойная ХТММ 35 %.
Бумага для полотенец
Вариант 1	Сульфатная беленая хвойная целлюлоза 0…80 %,
	ХТММ хвойная беленая 20…100 %.
Вариант 2	Сульфатная беленая хвойная целлюлоза 30 %,
	ХММ хвойная беленая 50 %, ХТММ хвойная беленая 20 %.
Санитарно-гигиеническая бумага
Вариант 1	Сульфатная беленая лиственная целлюлоза 50…60 %,
	ХТММ хвойная беленая 40…50 %.
Вариант 2	Сульфатная беленая хвойная целлюлоза 30 %,
	ХТММ хвойная беленая 50 %,
	ХММ лиственная небеленая 20 %.
Вариант 3	Облагороженная макулатурная масса 100 %.
Пушонка для изготовления санитарно гигиенических пакетов
Вариант 1	Сульфатная беленая хвойная целлюлоза 15…50 %,
	ХТММ хвойная беленая 50…85 %.
Вариант 2	Сульфатная беленая хвойная целлюлоза 30 %,
	ХММ лиственная беленая 20 %,
	ХТММ лиственная беленая 50 %.
Бумага обойная двухслойная
Верхний слой:
Вариант 1	Сульфатная хвойная беленая целлюлоза 75 %,
	Хвойная беленая ХТММ 25 %.
Вариант 2	Сульфатная хвойная беленая целлюлоза 70 %,
Нижний слой:	Хвойная беленая ХММ 30 %.
Вариант 1	Сульфитная хвойная небеленая целлюлоза 50 %,
	Небеленая ТММ 50 %.
Вариант 2	Сульфатная хвойная небеленая целлюлоза 40 %,
	Небеленая ТММ 60 %.
Вариант 3	Сульфатная хвойная небеленая целлюлоза 45 %, ДМД-С 55 %.
Бумага обойная однослойная
Марки А
Вариант 1	Сульфитная хвойная беленая целлюлоза 40 %,
	ТММ 60 %.
Вариант 2	Сульфатная хвойная беленая целлюлоза 30 %,
Марки Б	ТММ 70 %.
Вариант 1	Сульфатная хвойная беленая целлюлоза 40 %,
	Хвойная беленая ХТММ 60 %.
Вариант 2	Сульфатная хвойная беленая целлюлоза 70 %,
	Небеленая хвойная ХММ 30 %.

13

Продолжение таблицы 1.1

Вид продукции	Композиционные составы
Бумага обойная однослойная
Марки В	Сульфитная хвойная небеленая целлюлоза 40 %,
Вариант 1	ТММ 60 %.
	Сульфатная хвойная небеленая целлюлоза 35 %,
Вариант 2	ТММ небеленая 65 %.

Картон для плоских слоев гофрированного картона

Верхний слой:

Вариант 1 Сульфатная беленая или небеленая хвойная ЦВВ 100 % Вариант 2 Облагороженная макулатурная масса 100 %

Нижний слой:

Вариант 1 Сульфатная небеленая хвойная ЦВВ 60…90 %, Полуцеллюлоза лиственная небеленая 10…40 %.

Вариант 2 Сульфатная небеленая хвойная ЦВВ 50 %, ХТММ лиственная небеленая 50 % (марки К-3, К-4).

Вариант 3 Сульфатная небеленая хвойная ЦВВ 22…50 %, Макулатурная масса 50…78 % (марки К-3, К-4).

Бумага для гофрирования (флютинг)

Вариант 1 Полуцеллюлоза лиственная небеленая 100 %, Вариант 2 Полуцеллюлоза лиственная небеленая 80…90 %,

Сульфатная небеленая хвойная ЦВВ 10…20 %. Вариант 3 Сульфатная небеленая хвойная ЦВВ 30…40 %,

Макулатурная масса 60…70 %.

Картон коробочный двухслойный

Верхний слой:

Вариант 1 Сульфатная хвойная беленая целлюлоза 90…100 %, ТММ беленая 0…10 %.

Вариант 2 Сульфатная хвойная беленая целлюлоза 100 %.

Нижний слой:

Вариант 1 Целлюлоза небеленая (сульфатная или сульфитная) 50 %, Макулатурная масса 50 %.

Вариант 2 Сульфатная беленая хвойная целлюлоза 20 %, ТММ (или ДМД) беленая 80 %.

Бумага мешочная

Сульфатная хвойная небеленая целлюлоза 100 %

Бумага оберточная

Вариант 1 Сульфатная хвойная небеленая целлюлоза 30…70 %, Сульфатная лиственная небеленая целлюлоза 70…30 %.

Вариант 2 Сульфатная хвойная полубеленая целлюлоза 50 %, Сульфатная лиственная полубеленая целлюлоза 50 %.

Вариант 3 Сульфитная хвойная беленая целлюлоза 50 %, Сульфатная лиственная беленая целлюлоза 50 %.

14

Окончание таблицы 1.1

Вид продукции	Композиционные составы

Картон коробочный марки хром-эрзац трех- или пятислойный

Наружный слой:

Вариант 1 Облагороженная макулатурная масса 100 % Вариант 2 Сульфатная беленая лиственная 70…90 %

Сульфатная беленая хвойная 10…30 % Подслой: Обесцвеченная макулатура 100 % Средний слой: Смешанная макулатура 80…100 %

Оборотный брак 0…20 %

Следует учитывать то, что картон обычно является материалом много-

слойным и его композиция формируется отдельно по каждому слою. Общий принцип создания композиции картона – средние слои состоят из полуфабрика-тов более дешевых и одновременно обеспечивающих высокую пухлость готовой продукции (макулатура, механическая масса и т.п.). Внешние слои изготавлива-

ют из первичных волокон обеспечивающих гладкость, печатные свойства, вос-

приимчивость к нанесению поверхностных покрытий (беленая хвойная, лист-венная целлюлоза, либо их смесь; облагороженная макулатурная масса и.т.п.).

Количество вспомогательных химических веществ задается исходя из требований к готовой продукции (зольность, степень проклейки) и предполагае-

мой компоновки технологической схемы. Принимаемые расходы химикатов также могут быть обоснованы имеющимися производственными данными, ре-

комендациями поставщиков, данными научных исследований или в соответст-

вии с нормами технологического проектирования.

В целом, выбор композиций бумаги или картона по волокну и химикатам должен учитывать экономический аспект производства. С одной стороны обес-

печивать получение конкурентоспособной готовой продукции с заданными ха-

рактеристиками качества, с другой – минимизировать потенциальные затраты на полуфабрикаты и вспомогательные вещества, в том числе за счет технологиче-ских решений направленных на снижение безвозвратных потерь в производстве.

1.3. Нормы технологического проектирования

Нормы технологического проектирования для предприятий ЦБП и в част-

ности для бумажных и картонных фабрик формировались с середины прошлого века и использовались проектными организациями для укрупненных расчетов при создании новых мощностей, а также при реконструкции действующих про-изводств. Уточнение и обновление значений нормируемых показателей осуще-

ствлялось один раз в пять лет с учетом накапливаемого опыта проектных работ,

15

развития технологии и оборудования, изменения номенклатуры продукции и ее характеристик качества. Последняя официальная редакция норм технологиче-

ского проектирования была принята в СССР в 1986 г. (НТП-86). Нормы 1991 г. также были сформированы, однако, официального утверждения не получили.

Вместе с тем, данные содержащиеся в НТП-91 могут служить основой для предварительных предпроектных расчетов и укрупненных расчетов при техно-

логическом проектировании БДМ и КДМ в учебных целях. Основные значения показателей НТП сведены в таблицы 1.2, 1.3 для массовых видов бумаги и в таб-

лицы 1.4, 1.5 для картона. Отметим, что значения показателей являются усред-

ненными или принимаются из указанных диапазонов. При этом, следует учиты-

вать планируемые технологические решения.

Например, при проектировании высокопроизводильной БДМ выпускаю-

щей массовую продукцию, необходимо предусматривать в расчетах минималь-

ный период простоев, количество брака, промоя волокна и т.п. в большинстве это обеспечивается годовым фондом времени работы машины 350 дней, факти-ческим числом часов работы в сутки 23 часа и максимальными значениями ко-

эффициентов учитывающих холостой ход и образующийся брак.

Данные касающиеся удельных показателей материалоемкости и энергоем-

кости являются предельно допустимыми, т.е. их значения могут быть снижены при соответствующем обосновании. В частности, удельный расход волокнистым материалов для печатных видов бумаги (см. таблицу 1.3) указан для среднего уровня зольности соответствующих видов продукции (см. таблицу 1.2).

В случае, когда проектом предусмотрены решения способствующие по-вышению содержания наполнителя в композиции бумаги (использование систем удержания, максимально замкнутый водооборот, подбор одежды машины и т.п.),

удельный расход волокна может быть снижен за счет наполнителя.

Таким образом, нормы технологического проектирования в настоящее время служат ориентиром для выбора исходных данных к расчетам балансов во-

ды волокна и наполнителя, тепловых расчетов и последующего подбора основ-

ного и вспомогательного оборудования БДМ и КДМ.

16

17

Таблица 1.2 – Рекомендуемые нормы технологического проектирования для некоторых видов бумаги [1,2]

	ПОКАЗАТЕЛИ	Газетная бумагамаркиА	Книжно-журнальнаябумага	Типографская бумага№2маркиБ	Писчая бумага № 1		Офсетная бумага№1маркиА	Мешочная бумагамаркаМ-70А	Оберточная бумагамаркаЖ	Санитарно-бытовая(туалетная)бумага	Бумага для обоевдвухслойнаядляглубокойпеча-
1	Государственный стандарт на го-	6445-74	-	9095-89	18510-87		9094-83	2228-81Е	-	-	6810-86
	товую продукцию
2	Годовой фонд времени работы						345…350
	бумагоделательной машины, дней
3	Фактическое число часов работы					22,5…23,0
	БДМ в сутки (коэффициент K1)
	Коэффициент, учитывающий хо-
4	лостой ход бумагоделательной					0,95…0,98
	машины, K2
5	Коэффициент производительности					0,88…0,98
	учитывающий брак на машине K3
7	Промой - безвозвратные потери, %	0,5	0,5	0,5	0,5		0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
8	Расчетная масса, г/м2	45	60	60	65		65	70	120	32	90
9	Зольность, %	Не более	10…12	16…20	12…15		10…14	-*	-	-	-
		5
10	Влажность расчетная, %	8	6…8	6	6		6	8	8	7±3	4-6
12	Гладкость, с:	45	30…80	40…80	-		30…80	-	-	-	120
	машинная / каландрированная			150…200

-*) данный показатель не используется, не применяется **) представленные в таблице нормы являются ориентировочными, и могут уточняться по данным литературы, и технологическим

регламентам производств.

18

Таблица 1.3 – Удельные показатели материалоемкости производств вырабатывающих некоторые виды бумаги (на основании норм технологического проектирования) [1]

	ПОКАЗАТЕЛИ	Газетная бумагамаркиА	Книжно-журнальнаябумага	Типографскаябумага№2маркиБ	Писчаябумага№ 1	Офсетнаябумага№1маркиА	Мешочная бумагамаркаМ-70А	ОберточнаябумагамаркаЖ	Санитарно-бытовая(туалет-ная)бумага	Бумага для обо-евдвухслойнаядляглубокой
1	Расход волокнистых материалов, кг/т	1050	962	908	901	944	1048	1072	1072	926
		996	940	866		901				989
2	Расход химикатов, кг/т:
2.1	Канифольная модифицированная	-*	10	8	3-5	3-5	4		-	25
	дисперсия
2.2	Глинозем сернокислый технический	12	35	35	50	50	30	35	40	-
	(ГОСТ 12966-75)
2.3	Краска для подсветки	до 0,04	0,04	0,04	0,04	0,04	0,04			0,015
2.4	Флокулянт (по товарному веществу)	0,225	0,325	0,350	0,350	0,350	0,225	0,225	-	5,0
3	Расход электроэнергии, кВт·ч/т бумаги:
3.1	Общий, включая вспомогательные	4025	5060	2460			2265		1775	1815
	производства
	На размол целлюлозы (всего)	30	70	135	160	160	320	400
3.2	в том числе:
	хвойной целлюлозы	30	40	70
	лиственной целлюлозы	-	30	65
3.3	На отделку бумаги	10	140	140	70	70	70	15
3.4	На все производственные операции,	600	540	550
	кроме размола и отделки бумаги
3.5	На очистку сточных вод	143	405	141			122		40,1	37,5

Окончание таблицы 1.3

4	Расход пара, на сушку бумаги, дав-	1,47	1,94	3,12	3,12	3,12	2,11	3,2	0,42	2,52
	лением 0,3-0,4 МПа, Гкал (т)	(2,57)	(3,40)	(5,35)	(5,35)	(5,35)	(3,68)	(5,43)	(0,7)	(4,47)
5	Общий расход свежей воды, включая	54,5	198,4	253,6			83		39,5	42,3
	вспомогательные производства, м3
6	Расход свежей коагулированной во-	46,5	33	55,8	35	35	30	30	32	35,5
	ды на производство бумаги, м3
7	Расход сжатого воздуха на одной	30	40	30	40	40	40	30		60
	БДМ, м3/мин

-*) данный показатель не используется, не применяется **) пустая ячейка таблицы, обозначает, отсутствие данных по параметру

***) представленные в таблице нормы являются ориентировочными, и могут уточняться по данным литературы, и технологическим регламентам производств.

19

20

Таблица 1.4 – Рекомендуемые нормы технологического проектирования для некоторых видов картона [1,2]

	ПОКАЗАТЕЛИ	Бумагадлягофрирования	Картондляплоских слоевгофрированногокартона	Коробочный картонтипахром-эрзац	Коробочный картонмаркиА	Картон для плоскихслоевгофрированно-гокартонаизмаку-латуры
1	Государственный стандарт на гото-	7377-85	7420-89	7933-85	7933-85	-
	вую продукцию
2	Годовой фонд времени работы бу-			23
	магоделательной машины, дней
3	Фактическое число часов работы			345 – 350
	БДМ в сутки (коэффициент K1)
	Коэффициент, учитывающий холо-
4	стой ход картоноделательной ма-			0,975
	шины, K2
5	Коэффициент производительности			0,88 – 0,90
	учитывающий брак на машине K3
6	Промой – безвозвратные потери во-	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
	локна, %
7	Расчетная масса, г/м2	125	150	200	200	150
8	Зольность верхнего слоя, %	-	-	8	8	-
9	Влажность расчетная, %	7 12	8 12	72	72	8 12

-*) данный показатель не используется, не применяется

***) представленные в таблице нормы являются ориентировочными, и могут уточняться по данным литературы, и технологическим регламентам производств.

Таблица 1.5 – Удельные показатели материалоемкости производств вырабатывающих некоторые виды картона (на основании норм технологического проектирования) [1]

				Бумагадлягофрирования(флютинг)	Картондляплоскихслоевгофрированногокартона(крафт-лайнер)	Коробочныйкар-тонтипахром-эрзац	Коробочныйкар-тонмаркиА	-
		ПОКАЗАТЕЛИ						Картондляплоскихслоевгофрированногокартонаизмакулатуры(тест-лайнер)
	1	Расход волокнистых материалов		1059	1045	1200	1200	1192
		общий на массу нетто, кг/т:
	2	Расход химикатов, кг/т:
	2.1	Канифольная модифицированная		3	3	6	4	9
		дисперсия
	2.2	Глинозем сернокислый технический		30	30	30	30	30
		(ГОСТ 12966-75)
	2.3	Флокулянт (по товарному веществу)		0,5	0,5		1,0	1,5
	3	Расход электроэнергии, кВт·ч/т картона
	3.1	Общий, включая вспомогательные		1250	1615		2065	1425
		производства
	3.2	На роспуск:
		привозной целлюлозы		85	85	85	85	-
	3.3	и древесной массы
		макулатуры		-	-	-	70	150
	3.4	На подготовку макулатурной массы		-	-	-	140	350
	3.5	На размол		325	245	340	220	-
21	3.6	На отделку картона и резку		5	5	15	15	5

22

Окончание таблицы 1.5

	ПОКАЗАТЕЛИ		Бумагадлягофрирования(флютинг)	Картондляплоскихслоевгофрированногокартона(крафт-лайнер)	Коробочныйкартонтипахром-эрзац	КоробочныйкартонмаркиА	Картондляплоскихслоевгофрированно-гокартонаизмаку-латуры(тест-лайнер)
3	Расход электроэнергии, кВт·ч/т картона
3.7	На очистку сточных вод		69,6	112,9		91,87	81,07
3.8	На остальные производственные		270	250	265	265	250
	операции
4	Расход пара, на сушку картона, дав-		1,63(2,9)	2,07(3,63)		2,7(4,7)	2,07(3,63)
	лением 0,3-0,4 МПа, Гкал (т)
5	Общий расход свежей воды, включая		28,08	74,02			24,25
	вспомогательные производства, м3
6	Расход сжатого воздуха на одной		30	40			31
	КДМ, м3/мин

-*) данный показатель не используется, не применяется **) пустая ячейка таблицы, обозначает, отсутствие данных по параметру

***) представленные в таблице нормы являются ориентировочными, и могут уточняться по данным литературы, и технологическим регламентам производств.

2. Общие технологические расчеты

2.1. Методика составления баланса воды и волокна бдм

Для определения расхода полуфабрикатов, выхода готовой продукции и производительности аппаратов в технологических расчетах химических произ-

водств выполняется расчет материального баланса. В бумажно-картонном про-

изводстве материальный баланс принято называть балансом воды и волокна. Ре-

зультаты расчета этого баланса используются в качестве исходных данных для расчета потребности технологического оборудования, расчета технологической вентиляции и сечений трубопроводов.

В конце расчета баланса воды и волокна проектировщик определяет удельный расход волокна на 1 т готовой продукции, величину безвозвратных потерь волокнистых полуфабрикатов, удельный расход свежей воды и степень использования оборотной воды. В дальнейшем полученные удельные расходы волокна и воды используются в расчетах экономической части – составлении калькуляции себестоимости продукции.

Исходной информацией для расчета баланса воды и волокна являются:

принципиальная схема производства, с указанием всех массопотоков и парамет-

ры технологического режима. Принципиальная схема отличается от технологи-

ческой тем, что только демонстрирует взаимосвязь отдельных узлов схемы и на-правление массопотоков. Узлы схемы изображаются прямоугольниками, в кото-

рые вписываются названия узлов или технологические операции. Такие схемы удобны, чтобы рассматривать основные технологические вопросы на начальной стадии проектирования и для расчета баланса воды и волокна.

В расчете баланса воды и волокна приняты следующие условные обозна-

чения:

X – количество а.с. волокна, поступающее или уходящее с массопотоком, кг/т;

Y – количество воды, поступающее или уходящее с массопотоком, кг/т;

• – массовая доля волокна в воде (концентрация, сухость массы, концентрации оборотной воды), %;

а – количество отходов, потерь, брака, соотношения потоков, %;

М – волокнистая масса, т.е. X+Y, кг/т.

23

Концентрация массы определяется из уравнения:

с 	X	100%	(2.1)
	X  Y

Отсюда

X 	Yc	 100		
		, Y  X 		1 .	(2.2)
			c
100  c				

В простейшем случае при расчете воды и волокна можно пользоваться формулой И.И. Богоявленского [3]:

		100  с				100  c			
Х1  Х			1	Х1			2	Х		,	(2.3)
	2  св 		с1				c2		2 
									

где Х₁, Х₂ – количество а.с. вещества, поступающего и уходящего соответствен-но, на данной стадии производства, кг/т;

с₁, с₂ – концентрации поступающего и уходящего потоков соответствен-

но, %;

с_в – концентрация отходящих вод, кг/л.

Для определения количества а.с. волокна и воды, поступающего или ухо-

дящего с материальными потоками на любой узел схемы, следует исходить из закона сохранения вещества: количество воды и волокна, поступившее на дан-

ный узел, всегда должно быть равно ушедшему. При этом составляется система двух линейных уравнений: одно для баланса массы, второе – для баланса а.с. во-

локна.

 ⁿ ^mi,

 i1  _n

^_m_i,



 i1

^{j M i, j } 0

;

(2.4)

j ^M i, j ^ci, j ^{ 0}

где i, j – значения j-й величины, выходящей из i-го узла схемы и входящей в j-й

узел, ij;

m – направленность потока: для входящего m =+1, для выходящего m =-1. Рассмотрим пример вывода расчетных формул в общем виде для расчета

баланса потоков гауч-вала бумагоделательной машины (рис. 2.1).

Узел 2 схемы будет рассчитан, если будут известны X, Y и с. Величина М используется как вспомогательная при выводе формул.

24

		С отсасывающих
		ящиков			1
			X1,2=?
		М 1,2	Y1,2=?
Свежая вода			с1,2				3	Кромка в
на спрыск 0		2					гауч-мешалку
Y0,2=M0,2		Гауч -вал				X2,3=? Y2,3=?
c0,2= 0 %						М2,3=?
		X2,5				с2,3; а2,3
		Y2,5=?
						X2,4=?
		с2,5
	В прессовую					Y2,4=?	4	В сборник
						М2,4=?
	часть		5				оборотной воды
						с2,4

Р исунок 2.1 – Принципиальная схема расчета баланса воды и волокна гауч-вала.

Значения с_1,2; с_2,5; с_2,4; с_2,3; Y_0,2 и а_2,3 – заранее приняты по технологическо-му режиму и сведены в таблицу исходных данных. Необходимо рассчитать зна-чения: Y_2,5; Y_2,4; X_2,4; Y_2,3; X_1,2; Y_1,2. Из пяти массопотоков гауч-вала четыре содер-жат неизвестные величины, а для составления и решения системы уравнений возможно только наличие двух не рассчитанных потоков. При внимательном изучении потоков нетрудно определить, что два потока «2,5» и «2,3» можно рас-

считать без решения системы уравнений.

1) Количество воды, уходящее в прессовую часть, кг/т:



100



Y

 X



1



2,5  c



2,5



2,5



(2.5)

2) Количество а.с. волокна, уходящее с кромкой в гауч-мешалку, кг/т, по-

лагаем относительно основных потоков:

X2,5 — (100-а2,3), %

Х 2,3



Х

2,5а2,3

отсюда:

(2.6)

Х2,3 — а2,3, %

100  а2,3

3) Количество воды, уходящее с кромкой в гауч-мешалку, кг/т:



100



Y2,3

 X





2,3

c

 1

(2.7)



2,3



25

4) Количество а.с. волокна, уходящее с оборотной водой, кг/т, определяет-

ся расчетом массопотоков «1,2» и «2,4», для чего составляется система уравне-

ий:

M1,		2	 Y0,2  M 2,3				 M 2,5			 M 2,4		 0								(2.8)
M	1,	2	c	 Y	c	0,2	 M	2,3	c	2,3	 M	2,5	c	2,5	 M	2,4	c	2,4	 0
			1,2	0,2

При расчете указанных массопотоков поставлена задача определения в первую очередь значения Х_2,4, а не Х_1,2? Это сделано во избежание ошибок при дальнейших вычислениях, т.к. с_2,4<с_1,2. Для исключения из системы неизвестной величины М_1,2 первое уравнение следует умножить на с_1,2. при этом Y_0,2с_0,2 = 0.

M1,2c1,2

 Y0,2c1,2  M 2,3c1,2

 M 2,5c1,2

 M 2,4c1,2

 0

(2.9)

M

1,2

c

 M

2,3

c

2,3

 M

2,5

c

2,5

 M

2,4

c

2,4

 0



1,2

Решив систему уравнений относительно М2,4:

-Y0,2с1,2 + М2,3(с1,2 – с2,3) + М2,5(с1,2 – с2,5) + М2,4(с1,2 – с2,4) = 0

(2.10)

М 2,4



Y0,2с1,2

 М 2,3 (с1,2

 с2,3 )  М 2,5 (с1,2  с2,5 )

(2.11)

с1,2

 с2,4



100



Поскольку М2,4=Х2,4+Y2,4, а Y2,4

 X 2,4 

1

, тогда

с







2,4



М2,4

 Х 2,4  Х 2,4

100

 Х 2,4  Х 2,4

100

(2.12)

с2,4

с2,4

Подставив в выражение (2.12) значение Х2,4 вместо М2,4, получим:

Х 2,4



Y0,2с1,2

 М 2,3 (с1,2

 с2,3 )  М 2,5 (с1,2  с2,5 )



с2,4

(2.13)

с1,2

 с2,4

100

5) Количество влаги, уходящее с оборотной водой, кг/т:



100



Y2,4

 Х





(2.14)

2,4 

с

1



2,4



6) Количество а.с. волокна, приходящее с отсасывающих ящиков на гауч-

вал, кг/т, определяется из закона сохранения массы вещества (см. рис. 2.1):

Х1,2 = Х2,3 + Х2,4 + Х2,5

(2.15)

7) Количество влаги, поступающее с отсасывающих ящиков на гауч-вал,

кг/т, (по аналогии с пп. 6):

26

Y1,2 = Y2,3 + Y2,4 + Y2,5 – Y0,2

(2.16)

Для самоконтроля рекомендуется после расчета каждого узла схемы со-ставлять по нему баланс воды и волокна. Однако наибольшей достоверности ре-

зультатов расчета можно добиться в том случае, если систематически проверять сходимость концентрации массы или сухости полотна с заданной величиной для массопотока, определяемого в заключительной стадии расчета узла схемы. В рассматриваемом примере необходимо проверить сходимость величины:

с1,2 	Х1,2100	(2.17)
	%

• 1,2 ^{ Y}1,2

• случае большого расхождения с_1,2 от значения, принятого в исходной информации для расчета баланса воды и волокна, ошибку следует искать в вы-

воде формул для расчета или проверить значение с_2,5. Для повышения точности расчета и сходимости баланса при определении расчетных концентраций реги-

стровой и избыточных вод количество значащих цифр после запятой должно быть равно количеству значащих цифр в массе до запятой. Относительная ошиб-

ка расчета баланса воды и волокна вычисляется по формуле:

	(П  Р)	100%  0,05%	(2.18)
	П

где П – приход волокна или воды, кг/т;

Р – расход волокна или воды, кг/т.

По окончании расчета баланса воды и волокна по всей принципиальной схеме составляется сводная таблица [4].