72799
.pdf
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени С. М. Кирова»
Кафедра целлюлозно-бумажного производства и биотехнологии
Е. Г. Смирнова, доктор технических наук, доцент В. А. Елкин, кандидат технических наук, профессор, академик РАЕН
ОБОРУДОВАНИЕ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА
***
РАСЧЕТНЫЕ РАБОТЫ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ СТУДЕНТОВ
Учебное пособие для студентов направлений подготовки
18.03.01«Химическая технология»
и18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы
вхимической технологии, нефтехимии и биотехнологии»
Санкт-Петербург
2016
Рассмотрено и рекомендовано к изданию Научно-методическим советом
Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета 5 ноября 2015 г.
Отв. редактор
академик РАЕН, кандидат технических наук, профессор В. А. Елкин
Рецензенты:
кафедра технологии бумаги и картона Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров
(доктор технических наук, профессор А. С. Смолин), зам. генерального директора ОАО ВНИИБ кандидат технических наук Ф. В. Шпаков
УДК 676.2
Смирнова, Е. Г.
Оборудование целлюлозно-бумажного производства. Расчетные работы для практических занятий студентов: учебное пособие для студентов направлений подготовки 18.03.01 «Химическая технология» и 18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» / Е. Г. Смирнова, В. А. Елкин.
– СПб: СПбГЛТУ, 2016. – 20 с. ISBN 978-5-9239-0823-7
Представлено кафедрой целлюлозно-бумажного производства и биотехнологии.
Расчетные работы предназначены для проведения практических занятий при подготовке бакалавров по направлениям 18.03.01 и 18.03.02 всех форм обучения. В учебном пособии представлены расчеты по бумаго- и картоноделательным машинам, включающие подбор оборудования. В каждой расчетной работе содержится 5 вариантов заданий.
Табл. 19. Ил. 1. Библиогр. 3 назв.
Темплан 2015 г. Изд. № 212. |
|
ISBN 978-5-9239-0823-7 |
© СПбГЛТУ, 2016 |
2 |
|
ВВЕДЕНИЕ
Настоящее учебное пособие предназначено для выполнения студентами практических занятий по курсу: «Оборудование целлюлозно-бумажного производства». Выполнение студентами расчетных работ позволит закрепить знания и получить навыки расчета и подбора основного технологического оборудования, применяемого в производстве бумаги и картона, а также подготовить студентов к самостоятельной работе над курсовым и дипломным проектами. Пособие предназначено для студентов направлений подготовки
18.03.01 и 18.03.02 всех форм обучения.
РАБОТА № 1
Расчет и подбор оборудования для хранения бумажной массы
В целлюлозно-бумажном производстве применяются вертикальные бассейны для хранения бумажной массы, составления композиции, переработки брака и т. д. Бассейны оснащены перемещивающими устройствами. Объем бассейна рассчитывается по формуле
|
V= P (100 −n) t k |
, м3, |
|
c z |
|
где |
Р – количество в. с. материала, т/сут; t – время хранения |
|
(в |
композиционном бассейне 15–30 мин, |
в приемных бассейнах 2 ч); |
n – влажность волокнистого полуфабриката, % (для целлюлозы 12 %, для
бумаги 5–8 %); z |
– количество рабочих |
часов в сутки, ч (z = 24 ч); |
с – концентрация |
волокнистой массы, % |
(2,5–3,5 %); k – коэффициент, |
учитывающий неполноту заполнения бассейна (k = 1,3).
Емкости бассейнов необходимо унифицировать, чтобы облегчить их изготовление, компоновку, эксплуатацию и ремонт. Желательно привести все бассейны не более чем к двум типоразмерам. Пример унификации объемов бассейнов приведен в табл. 1.1.
Таблица 1 . 1
Унификация емкости бассейнов
|
По расчету |
После унификации |
||||
|
|
|
|
|
|
|
Назначение бассейна |
Объем |
|
Время |
Объем |
|
Время |
3 |
хранения |
3 |
хранения |
|||
|
бассейна, м |
массы, ч |
бассейна, м |
|
массы, ч |
|
Приемный бассейн сульфатной |
319 |
|
0,5 |
350 |
|
0,6 |
беленой хвойной целлюлозы |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
Задание
Рассчитать емкости приемных бассейнов для полуфабрикатов, композиционного бассейна и провести их унификацию.
Варианты задание представлены в табл. 1.2.
Таблица 1 . 2
|
|
|
Варианты задания |
|
|
|
|
|
|
Номер варианта |
Вид |
Производи- |
|
|
|
|
|
||
|
тельность, |
|
Композиция бумаги |
|
|
бумаги |
|
||
|
т/сут |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Газетная |
1000 |
|
5 % – сульфатная беленая хвойная целлюлоза, |
|
95 % – термомеханическая масса |
|||
|
|
|
|
|
2 |
Санитарно- |
240 |
|
20 % – сульфитная беленая хвойная целлюлоза, |
|
бытовая |
|
|
80 % – химикотермомеханическая масса |
|
Для |
|
|
40 % – сульфатная беленая хвойная целлюлоза, |
3 |
офсетной |
580 |
|
|
|
60 % – сульфатная беленая лиственная целлюлоза |
|||
|
печати |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Для гоф- |
650 |
|
70 % – сульфатная беленая хвойная целлюлоза, |
рирования |
|
30 % – макулатурная масса |
||
5 |
Фильтро- |
450 |
|
25 % – вискозная целлюлоза, |
вальная |
|
75 % – сульфатная беленая хвойная целлюлоза |
||
|
|
|
||
РАБОТА № 2
Расчет и подбор оборудования для размола волокнистых полуфабрикатов
На предприятиях, вырабатывающих массовые виды бумаги и картона, для размола волокнистых полуфабрикатов применяются дисковые мельницы. Необходимое количество дисковых мельниц определяется по затратам электроэнергии на размол:
А = Ао·Q· (Пк – Пн), кВт·ч/сут,
где Ао – удельный расход электроэнергии на размол полуфабриката, кВт·ч/т ºШР; Q – количество в. с. полуфабриката, направляемого на размол, т/сут; Пк, Пн – конечная и начальная степень помола полуфабриката, ºШР.
Суммарная мощность электродвигателей дисковых мельниц с учетом круглосуточной работы вычисляется по формуле
Mэд = τAη, кВт,
4
где τ – количество часов работы мельницы в сутки (τ = 24 ч); η – коэффициент загрузки электродвигателей (0,85–0,9).
Затем определяют количество ступеней размола полуфабриката:
n = Пк°−ШРПн ,
где ∆ºШР – рекомендуемый прирост степени помола полуфабриката за одну ступень, ºШР.
Принимаем в случае размола в 2 ступени: на I ступени – 60 % мощности, на II ступени – 40 % мощности. Тогда на I ступени суммарная мощность электродвигателей дисковых мельниц будет: МэдI = Мэд·0,6; на II ступени: МэдII = Мэд·0,4. В случае размола в 3 ступени: на I ступени – 40 % мощности, на II и III ступени – по 30 % мощности.
Выбираем марку дисковых мельниц (табл. 2.1, 2.2) и рассчитываем их количество. В качестве примера на рис. 2.1 приведена схема размола сульфатной беленой хвойной целлюлозы.
Таблица 2 . 1
Технические характеристики дисковых мельниц отечественногопроизводства
|
Мощность |
Окружная |
Диаметр |
Производительность |
|
Марка |
эл. двигателя, |
скорость |
по в. с. волокну, |
||
диска, мм |
|||||
|
кВт |
ротора, м/с |
т/сут |
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
МД-00 |
45 |
23 |
315 |
5–8 |
|
|
|
|
|
|
|
МД-02 |
90 |
26 |
500 |
10–35 |
|
|
|
|
|
|
|
МД-14 |
132 |
20 |
630 |
20–80 |
|
|
|
|
|
|
|
МД-25 |
315 |
31 |
800 |
25–50 |
|
|
|
|
|
|
|
МД-31 |
500 |
31 |
1000 |
50–200 |
|
|
|
|
|
|
|
МДС-00 |
90 |
23 |
315 |
10–30 |
|
|
|
|
|
|
|
МДС-02 |
200 |
26 |
500 |
20–70 |
|
|
|
|
|
|
|
МДС-14 |
315 |
24 |
630 |
35–120 |
|
|
|
|
|
|
|
МДС-24 |
630 |
31 |
800 |
70–240 |
|
|
|
|
|
|
|
МДС-33 |
1000 |
31 |
1000 |
110–400 |
|
|
|
|
|
|
5
Приемный бассейн сульфатной беленой хвойной целлюлозы
I ступень размола
Промежуточный бассейн
II ступень размола
Бассейн размолотой сульфатной беленой хвойной целлюлозы
на бумагоделательную машину
Рис. 2.1. Схема размола сульфатной беленой хвойной целлюлозы
Таблица 2 . 2
Технические характеристики дисковых мельниц фирмы «Mitsubishi Beloit»
Марка |
Мощность |
Частота |
Диаметр |
Производительность по |
||
эл. двигателя, |
вращения |
диска, |
в. с. волокну, т/сут |
|||
(модель) |
||||||
кВт |
ротора, с-1 |
мм |
однодисковая |
сдвоенная |
||
3013 |
55–110 |
20–30 |
330 |
5–20 |
10–35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3020 |
110–220 |
15–20 |
508 |
15–50 |
30–90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3026 |
185–375 |
12–15 |
660 |
30–90 |
60–170 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3034 |
260–600 |
9–12 |
863 |
50–180 |
100–360 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3042 |
520–1100 |
7,5–10 |
1067 |
90–350 |
180–650 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3054 |
1100–1900 |
6–7,5 |
1372 |
140–400 |
280–800 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6
Задание
Рассчитать и подобрать дисковые мельницы для размола целлюлозы. Вычертить схему размола.
Варианты задания представлены в табл. 2.3.
Таблица 2 . 3
Варианты задания
варианта |
Целлюлоза |
направля- |
помола |
помола |
электро- |
Прирост |
за одну |
||||||
|
|
Количество |
Начальная |
Конечная |
Удельный |
степени |
|
|
целлюлозы, |
степень |
степень |
расход |
помола |
|
|
|
|
|||
Номер |
|
емой на |
целлюлозы |
целлюлозы |
энергии на |
ступень |
|
размол Q, |
размол Ао, |
||||
|
т/сут |
Пн, ºШР |
Пк, ºШР |
кВт·ч/сут |
∆ºШР, |
|
|
|
|
|
|
|
ºШР |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
Сульфатная |
|
|
|
|
|
1 |
лиственная |
500 |
15 |
45 |
10 |
15 |
|
беленая |
|
|
|
|
|
|
Сульфатная |
|
|
|
|
|
2 |
хвойная |
270 |
14 |
35 |
5 |
7 |
|
беленая |
|
|
|
|
|
|
Сульфатная |
|
|
|
|
|
3 |
хвойная |
630 |
13 |
50 |
7 |
5 |
|
небеленая |
|
|
|
|
|
|
Сульфитная |
|
|
|
|
|
4 |
хвойная |
480 |
15 |
25 |
9 |
12 |
|
небеленая |
|
|
|
|
|
|
Сульфатная |
|
|
|
|
|
5 |
хвойная |
320 |
12 |
30 |
12 |
6 |
|
беленая |
|
|
|
|
|
РАБОТА № 3
Расчет часового расхода сырья и химикатов в производстве бумаги
Расход а.с. волокнистого сырья (Мч) рассчитывается по формуле
Мч = Qч·К, кг/ч,
где Qч – часовая производительность бдм, кг/ч; К – коэффициент, учитывающий величину промоев, зольность и влажность бумаги.
К = (1100+ П) (1100−З) (1100−W ),
7
где П – промои, %; З – зольность бумаги, %; W – влажность бумаги, %. |
||||||
Если композиция бумаги состоит из нескольких полуфабрикатов, то |
||||||
расход считается для каждого полуфабриката отдельно. |
|
|||||
Расход в. с. волокнистого сырья в час рассчитывается по формуле |
||||||
|
М’ч = |
Mч , кг/ч, |
|
|
|
|
|
|
0,88 |
|
|
|
|
где 0,88 – коэффициент, учитывающий влажность целлюлозы (12 %). |
||||||
Расход а.с. наполнителя рассчитывается по формуле: |
|
|||||
|
Мнап = З · Qч , кг/ч, |
|
|
|||
|
У |
|
|
|
|
|
где З – зольность бумаги,%; У – удержание наполнителя в бумаге, %. |
||||||
Расход в. с. наполнителя составит: |
|
|
|
|
||
|
М’нап = |
Mнап , кг/ч, |
|
|
||
|
|
n |
|
|
|
|
где n – коэффициент, учитывающий влажность наполнителя. |
|
|||||
Расход химикатов (Мхим) рассчитывается по формуле |
|
|||||
|
Мхим = Уд. расход Qч |
, кг/ч. |
|
|
||
|
|
1000 |
|
|
|
|
|
Задание |
|
|
|
||
Произвести расчет часового расхода волокнистого сырья и химикатов |
||||||
в производстве бумаги. |
|
|
|
|
|
|
Варианты задания представлены в табл. 3.1. |
Таблица 3 . 1 |
|||||
|
|
|
|
|
||
|
Варианты задания |
|
|
|||
Вид бумаги |
|
|
Номер варианта |
|
||
1 |
2 |
|
3 |
4 |
5 |
|
|
|
|||||
|
для |
|
|
|
для |
для |
|
|
типограф- |
художест- |
|||
Данные |
офисной |
писчая |
офсетной |
|||
техники |
|
|
ская |
печати |
венных |
|
|
|
|
|
открыток |
||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
Производительность, кг/ч |
8330 |
12500 |
|
6250 |
3950 |
9160 |
Композиция (сульфатная |
|
|
|
|
|
|
беленаяцеллюлоза), %: |
|
|
|
|
|
|
– хвойная – |
20 |
60 |
|
30 |
50 |
75 |
– лиственная |
|
|||||
80 |
40 |
|
70 |
50 |
25 |
|
|
|
|||||
Зольность, % |
5 |
10 |
|
20 |
14 |
8 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 3 . 1 |
|||
Вид бумаги |
|
|
Номер варианта |
|
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
|
||||||
|
для |
|
|
для |
для |
|
|
офис- |
|
типограф- |
художест- |
||
Данные |
писчая |
офсетной |
||||
ной |
|
ская |
печати |
венных |
||
|
техники |
|
|
открыток |
||
|
|
|
|
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
Удержание наполнителя, % |
|
|
|
|
|
|
|
80 |
82 |
86 |
90 |
88 |
|
Влажностьнаполнителя, % |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
5 |
7 |
6 |
5 |
|
Влажностьбумаги, % |
5 |
6 |
6 |
7 |
8 |
|
Промои, % |
1 |
0,5 |
0,8 |
0,7 |
0,9 |
|
Удельный расход химиче- |
|
|
|
|
|
|
ских веществ, кг/т: |
|
|
|
|
|
|
– катионный крахмал |
10 |
6 |
8 |
5 |
2 |
|
– клей |
7 |
4 |
6 |
3 |
5 |
|
– оптический |
|
|
|
|
|
|
отбеливатель |
0,001 |
0,003 |
0,002 |
0,005 |
0,004 |
|
– краситель |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
|
РАБОТА № 4
Расчет часовой, суточной и годовой производительности бумагоделательной машины
Максимальная часовая производительность брутто при безобрывной работе машины вычисляется по формуле
Qч.бр= 0,06 · Bн · V · m , кг/ч,
где 0,06 – коэффициент перевода минут в часы и граммов в килограммы; Bн – необрезная ширина бумаги , м (Bн = Bо +100 мм); V – скорость бумагоделательной машины, м/мин; m – масса 1 м2 бумаги, г.
Максимальная суточная производительность машины брутто при безобрывной работе вычисляется по формуле
Qс.бр= Qч.бр · 24, т/сут. 1000
Тогда среднесуточная производительность машины нетто:
Qс.н. = Qс.бр · Кэф , т/сут,
9
где Кэф – общий коэффициент использования бумагоделательной машины.
Кэф = Кв · Кх · Кт,
где Кв – коэффициент использования рабочего времени машины; Кх – коэффициент, учитывающий холостой ход машины; Кт – технологический коэффициент, учитывающий возможные колебания скорости машины, связанные с качеством полуфабрикатов и другими технологическими факто-
рами (0,99–0,98).
Кв = 24τ ,
где τ – фактическое время работы машины в сутки, ч ( при скорости
< 750 м/мин τ = 22,5 ч, при скорости >750м/мин τ = 22,0 ч).
Кх = Кm ·Кр·Кк ,
где Кm – коэффициент, учитывающий брак на машине (0,95–0,98); Кр – коэффициент, учитывающий брак, образующийся на продольнорезательном станке (0,99–0,98); Кк – коэффициент, учитывающий брак образующийся на суперкаландре (0,99–0,98).
Годовая производительность бумагоделательной машины определяется по формуле
Qгод = Qс.н Z , тыс. т/год, 1000
где Qс.н – среднесуточная производительность бумагоделательной машины нетто, т/сут; Z – количество дней работы машины в году (Z = 345 дней).
|
Пример расчета |
Дано: Bо = 6,3 м |
Bн = 6,4 м V = 700 м/мин m = 60 г/м2 |
Qч.бр = 0,06 · 6,4 · 760 · 60 = 16128 кг/ч Qс.бр = (16128/1000) · 24 = 387,1 т/сут Кв = 22,5/24 = 0,938
Примем: Кm – 0,96
КР – 0,99 Кк – 0,99
Кх = 0,96 · 0,99 · 0,99 = 0,94 Кэф = 0,938 · 0,94 · 0,99 = 0,87 Qс.н = 387,1 · 0,87= 336,75 т/сут
Qгод = (336,75 · 345)/1000= 116,2 тыс. т/год.
10