Выпуск бумаги для гофрирования

целлюлозный бумажный комбинат картон Целлюлозно-бумажная промышленность занимает одно из ведущих мест среди отрасли тяжелой индустрии большинства развитых стран мира. Благодаря тому, что целлюлозно-бумажная промышленность базируется на переработке возобновляемого сырья, она будет развиваться как в качественном, так и в количественном направлениях. При этом интенсивность создания новых мощностей по производству бумажной продукции будет зависеть от решения трех крупнейших проблем: обеспечения древесным сырьем, удовлетворения ужесточающих требований к охране окружающей среды, снижения капиталоемкости предприятий. По этой причине особый интерес вызывают те новые способы производства полуфабрикатов высокого выхода, которые позволяют в какой-то мере найти решение указанных задач.

В настоящее время бумажная промышленность выпускает свыше 600 видов бумаги и картона, обладающих разнообразными свойствами.

Это разнообразие свойств разных видов бумаги обеспечивает широкие возможности применения ее не только в быту и в различных областях народного хозяйства: химической, электро-, радиотехнической, пищевой, строительной и др.

Бумага служит основным материалом для изготовления книг, журналов, газет и плакатов. Технические виды бумаги и картона широко применяются в электротехнической промышленности, в радиотехнике.

Различные свойства бумаги придают обычно, следующими методами:

— подбором исходных полуфабрикатов для приготовления бумаги, то есть составлением ее композиции по ряду волокон с учетом их бумагообразующих свойства;

— изменением технологических режимов одного или нескольких из основных процессов бумажного производства (размола, очистки, сушки);

— введение в бумажную массу различных добавок (минеральных наполнителей), отделкой бумаги, каландрирование.

Бумага для гофрирования предназначена для изготовления гофрированного слоя при производстве гофрированного картона. Гофра подразделяется на четыре типа профиля гофрокартона, которые применяются в различных сферах:

-«А" — (крупный) для упаковывания хрупких изделий, требующих повышенной защиты (высота от 4,4…5,5; шаг 8,0…9,5).

-«С» — (средний) для хрупких изделий, мягкой продукции, требующей защиты поверхности (высота от 3,2…4,4; шаг 6,5…8,0).

-«В" — (мелкий) для упаковывания продукции, требующей амортизационной защиты (высота от 2,2…3,2; шаг 4,2…6,4).

-«Е» — (микро) для упаковывания товаров народного потребления, требующих художественного оформления (от 1,1… 1,6; шаг 3,2…3,6).

Обычно при изготовлении разных видов бумаги применяют два, три и более волокнистых полуфабрикатов, образующих, таким образом, композицию бумаги по виду волокон. Иногда ее изготовляют из одного волокнистого полуфабриката, подготовленного для этого соответствующим образом. Очень часто в композицию бумаги помимо растительных волокон в последнее время применяют волокна как синтетические органического происхождения, так и минеральные (асбестовые, стеклянные и др.)

Для повышения качества продукции, производительности, уменьшения тепло-, энергозатрат все больше используется современное оборудование.

Использование устройств двухсеточного формования связано не только с желанием устранить разносторонность изготовляемой бумаги. При применении таких устройств открылись перспективы существенного повышения скорости бумагоделательной машины и их производительности, так как при этом скорость фильтруемой воды и путь фильтрации значительно сокращается.

Применение прессовой части с трехвальным прессом, с центральным отсасывающим валом и прямым башмачным прессом, позволяет увеличить сухость полотна до 50%, за счет увеличенной зоны прессования башмачного пресса. Благодаря этому можно сократить сушильную часть, что сэкономит производственную площадь, расход пара в сушильной части и как следствие уменьшить себестоимость готовой продукции.

1. Технико-экономическое обоснование

1.1 Общая характеристика предприятия

Проектом предусматривается выпуск бумаги для гофрирования производительностью 180 000 тонн в год.

ОАО «Богучанский ЦБК» является открытым акционерным обществом, также является юридическим лицом.

Основными видами деятельности предприятия являются:

— производство полуцеллюлозы;

— производство бумаги для гофрирования;

— реализация произведенной продукции.

Основной целью данного предприятия является получение прибыли.

Предприятие имеет рублёвые счета и счета в иностранной валюте в национальных банках Красноярского края и за его пределами.

Распределение прибыли происходит на три части, между акционерами. Общества (идёт на дивиденды среди акционеров) и на нужды Общества (покупка нового оборудования, ремонт оборудования, закупка комплектующих, сырья и химикатов). Третья часть прибыли уходит на счета компании.

Распределение дивидендов происходит по количеству акций у акционера.

1.2 Номенклатура выпускаемой продукции и источники инвестиций

Целлюлозно-бумажный комбинат ориентирован на выпуск бумаги для гофрирования массой 1 м² 125 г.

Возможно несколько модификаций композиции. Наиболее выгодный состав композиции бумаги: 50% нейтральной лиственной полуцеллюлозы, (далее полуцеллюлозы) 50% химико-термомеханической массы. Что позволяет повысить экономичность проекта за счет снижения затрат на производство, так как производство химико-термомеханической массы намного дешевле, чем обработка полуцеллюлозы. Использование в композиции химико-термомеханическая масса позволяет сократить расход дорогостоящей целлюлозы, а также ее использование позволяет снизить стоимость готовой продукции.

Для осуществления проекта источниками инвестиций могут выступать: шведский инвестицонный фонд Vostok Nafta Investment, международная компания International Paper [32], а также развитые финансово — промышленные группы, краевые и федеральные власти, зарубежные и отечественные банки.

1.3 Маркетинговые исследования

Картон для плоских слоев гофрокартона (крафтлайнер) и бумага для гофрированияэто волокнистые материалы многократного использования.

Гофрокартон отлично подходит для вторичной переработки в качестве сырья бумажной промышленности.

Бумага для гофрирования служит для поддержания определенного расстояния между поверхностными слоями и создает, таким образом, в гофрокартоне большой, с точки зрения сопротивления материалов, момент замедления. Доля бумаги для гофрирования составляет 12% от всего мирового потребления гофры.

Мировое потребление бумаги для гофрирования в 2002 г. достигло 11,74 млн. тонн. Как ожидают аналитики Jaakko Poyry Consulting, потребление этого компонента гофрокартона будет расти менее заметно — всего на 1,1% в год.

Рассмотрим теперь ситуацию на Российском внутреннем рынке. В 2001 г. было реализовано бумаги для гофрирования 246,1 тыс. тонн, а в 2002 г. — 275,8 тыс. тонн. По прогнозам экспертов производство бумаги для гофрирования составит на 2003 г. — 337 тыс. тонн, а на 2005 г. — 652 тыс. тонн, что доказывает, что его производство является одним из перспективных направлений целлюлозно-бумажной промышленности.

Производства гофрокартона общепризнанно одним из самых перспективных направлений развития целлюлозно-бумажной промышленности.

Прогнозы экспертов подтверждаются ежегодной статистикой. Если ежегодный прирост производства бумаги всех видов составляет (2…3) %, то прирост производства ящиков из картона составляет (7…12) % в год.

Проектируемое предприятие находится в лучшем географическом положении как самый восточный из потенциальных поставщиков в районы Сибири, Дальнего Востока и в страны Юго-Восточной Азии.

В реализации продукции немаловажную роль играет реклама. Информацию о продукции и о себе предприятие может представить в средствах массовой информации (телевидение, газеты, журналы), через Интернет, а так же участием в различных выставках и конкурсах целлюлозно-бумажной промышленности.

Ближайшим предприятием, выпускающим бумагу для гофрирования, является Енисейский ЦБК. Это предприятие в ближайшем будущем не составит серьёзной конкуренции новому комбинату, из-за низкой производительности и устаревшего оборудования. Предприятия в Европейской части России не поставляют продукцию в Сибирь из-за значительной их удаленности, поэтому картонный комбинат находится в выгодном географическом положении.

Основными направлениями деятельности предприятия является низкая себестоимость продукции при ее высоком качестве. Для снижения себестоимости продукции в композиции предполагается использование более дешевых полуфабрикатов, таких как макулатура, и возможность увеличения объемов производства за счет использования современного оборудования.

Высокое качество продукции обеспечивается за счет внедрения системы управления качеством продукции на базе ИСО 9000.

Наличие в системе комбината собственного лесозаготовительного производства и собственной полуфабрикатной базы предполагает устойчивое функционирование проектируемого предприятия.

1.4 Обзор научно-технической информации

В настоящее время бурно развивается производство, совершенствуются технологии, которые бережнее относятся к экологическим проблемам, более полно используется исходное сырье, материалы, химикаты. При этом достигается высокое качество готовой продукции и сокращаются затраты на исходное сырье, химикаты.

1.4.1 Нейтральная проклейка бумажного полотна

Проклейка бумаги и картона является одним из важных технологических физико-химических процессов производства бумаги и картона.

В качестве агентов для нейтральной проклейки бумаги доминирующее положение занимают синтетические проклеивающие материалы, в частности димеры алкилкетенов (АКД). В настоящее время появились различные виды АКД — с высокой температурой плавления, модифицированные, с различным зарядом коллоидной дисперсии. Такие АКД позволяют работать при более высокой температуре массы в напорном ящике и в сушильной части БДМ без отложений на сушильных цилиндрах. Более высокая температура сушки позволяет улучшить степень проклейки бумаги. Модифицированные АКД лучше удерживаются на волокне.

Используя наиболее подходящий для данных условий вид АКД можно получить материал с заданным комплексом свойств, обеспечивающих необходимый уровень показателей качества бумаги, при стабильной и эффективной работе БДМ.

АКД представляет собой синтетический проклеивающий реагент, получаемый на основе жирных кислот. Вступает в химическую реакцию с целлюлозой, образуя химическую ковалентную связь, которая обеспечивает высокую устойчивость целлюлозной поверхности по отношению к жидкости.

Обычно для проклейки в массе наряду с АКД в качестве второго проклеивающего агента применяется катионный крахмал. Режим проклейки с АКД и катионным крахмалом обеспечивает достижение устойчивой высокой гидрофобности бумаги. Степень проклейки бумаги повышается по мере увеличения удержания частиц клея на волокне и наполнителе.

При оптимальных расходах АКД дисперсные частицы клея равномерно адсорбируются на целлюлозном волокне и мелочи. Наблюдается так называемая гетерофлокуляция, обеспечивающая хорошее удержание клея, что в свою очередь повышает степень проклейки бумаги. [39]

1.4.2 Формование бумаги между двумя сетками

Использование устройств двухсеточного формования связано не только с желанием устранить разносторонность изготовляемой бумаги. При применении таких устройств открылись перспективы существенного повышения скорости бумагоделательной машины и их производительности, так как при этом скорость фильтруемой воды и путь фильтрации значительно сокращается.

С применением двухсеточного формования отмечается уменьшение габаритов сеточной части и потребляемой ей мощности, упрощение обслуживания при эксплуатации и большего профиля массы 1 м² бумаг при высокой скорости работы машины.

Сеточная часть бумагоделательных машин с формованием бумажного полотна между двумя сетками могут быть разделены на две группы, имеющие принципиальные различия. К первой группе относятся так называемые двухсеточные формующие устройства, в которых масса обычно поступает в клин между сетками. В сеточных частях второй группы участку совместного движения сетки предшествует зона односеточного формования.

В настоящее время широкое распространение получили такие схемы, как: установка вертиформа; Бел-Бей; паприформер; дуоформер; симформер. При проектировании этих установок преследовались задачи достижения следующих преимуществ по сравнению с формующей частью плоскосеточных машин: они занимают меньше места, имеют больше производительность, обеспечивают удобное регулирование параметрами технологического процесса и показателями качества продукции, а также обеспечивают меньшие капитальные вложения и эксплуатационные расходы.

Установка верхнего формующего устройства произведенного заводом «ПетрозаводскМаш» включает в себя консольный стол, формующий, вакуумный и разделительный ящики. Процесс формования и обезвоживания происходит между двумя сетками. Планки формующего ящика прижимаются к сетке при помощи пневматических рукавов. Рабочее положение вакуумного ящика устанавливается с помощью регулировочного устройства. В формовании листа непосредственно участвуют планки формующего и вакуумного ящиков.

Через импульсы давления они обеспечивают качественное формование бумажного полотна. В месте разделения сеток установлен разделительный ящик. Бумажное полотно остается на нижней сетке, поступает на гауч-вал и далее на прессовую часть. Сухость бумажного полотна после формующего вала достигает (7…9) %.

Использование устройств двухсеточного формования связано не только с желанием устранить разносторонность изготовляемой бумаги.

При применении таких устройств открылись перспективы существенного повышения скорости бумагоделательной машины и их производительности, так как при этом скорость фильтруемой воды и путь фильтрации значительно сокращается.

1.4.3 Новая технология прессовых сукон

Большое внимание уделяется прессовой части БДМ. Пресса с удлиненной зоной прессования позволяет сократить количество прессовых сукон с (5 … 7) до 3. Применение пресса с удлиненной зоной прессования позволяет повысить сухость бумажного полотна от 45% до 50%.

В связи с использованием в данном проекте пресса с удлиненной зоной прессования остро встал вопрос о прессовом сукне. Хотя прочное относительно открытое сукно лучше выдерживает высокое давление, такие показатели, как оптимальная сухость полотна и однородная поверхность, требует более тонкого сукна.

Несмотря на то, что новые текстильные технологии и производственные методы определенно повлияли на улучшение показателей работы сукон, вопрос получения сукна с более тонкой и однородной поверхностью, способствующей снижению эффекта повторного увлажнения бумажного полотна после снятия прессовой нагрузки, все еще актуален.

Отдел современной технологии Scapa Group представил проект разработки новых производственных компонентов, способных противостоять процессу уплотнения сукна и обеспечить более гладкую поверхность по сравнению с используемыми стандартными ткаными материалами.

Так появилась технология создания полиуретановой мембраны. Первые две линии по производству такой мембраны были запущены на одном из заводов Scapa в США. Позже появилась еще одна линия на заводе Scapa Scandia в Блэкберне, Англия.

«Мембранные» сукна нацелены на широкий спектр применений. Ключевым компонентом ламинированных сукон OLYMPUS служит нетканая, литая мембрана.

Мембраны обладают рядом преимуществ: они имеют гладкую поверхность, в то время как на поверхности тканого сукна присутствуют узелки, которые могут оставлять маркировку на бумажном полотне; они способны значительно быстрее восстанавливать первоначальный объем после снятия нагрузки по сравнению с тканым сукном, что делает сукно более эластичным; мембраны сохраняют исключительные уровни толщины и воздухопроницаемости после повторного сжатия по сравнению с обычной тканой структурой.

Тенденция изменения таких показателей, как толщина и степень открытости сукон, была выявлена в процессе их испытания на пилотной прессовой установке, и затем сравнилось с сопоставимыми ламинированными сукнами.

Результат показал, что для сукон OLYMPUS разница между показателями толщины внутри зоны прессования и снаружи больше, чем для обычных ламинированных сукон. Это означает, что, не смотря на то, что мембрана способствует более легкому сжатию, ее толщина восстанавливается сразу же после прохождения пресса, а воздухопроницаемость сукна находится в прямой зависимости от способности сукна сохранять показатель толщины неизменным во время работы.

Быстрое расширение мембраны в зоне прессования форсирует поток воды из поверхности слоя сукна во внутренние полости структуры сукна. Это объясняет, почему OLYMPUS обеспечивает высокий показатель сухости и снижение эффекта повторного увлажнения бумажного полотна при выходе из пресса даже в период приработки сукна.

Поверхность мембраны более гладкая, чем у тканой основы сукна, так как у обычных сукон узелки в местах пересечения нитей в горизонтальном направлении не могут быть равномерно покрыты ваткой.

Для обеспечения оптимального срока службы сукна подбор дизайна ватки и соответствующий ее структуры — один из первостепенных проблем. Так как требования к воздухопроницаемости сукна, износостойкости к износу и гладкости поверхности сукна специфичны для каждой прессовой позиции, полная конструкция ватки должна разрабатываться в индивидуальном порядке.

С точки зрения оптимизации показатель обезвоживания бумажного полотна структура ватки должна быть максимально тонкой и однородной. Однако, требования эксплуатации таковы, что толщина волокон выбирается, принимая во внимание необходимости предотвращения эффекта выщипывания. Сегодня для получения не слишком плотного сукна с оптимально однородной поверхностью прессовые сукна делают многослойными с использованием более тонких волокон на поверхности.

1.5 Выбор варианта технического решения

Выбранное технологическое оборудование является стандартным и выбирается по расчетной производительности и количеству поступающей на него массы.

Технологический процесс изготовления бумаги включает следующие основные операции: подготовку и аккумулирование бумажной массы, подачу бумажной массы на машину, разбавление ее водой и установление необходимой концентрации, очистку от посторонних включений и узелков, напуск массы на сетку, формование бумажного полотна на сетке машины, прессование влажного листа и удаление избытка воды, сушку, машинную отделку, намотку бумаги, и нарезание ее на рулоны. В технологическом потоке производства бумаги бумагоделательная машина — самостоятельный агрегат, основные узлы которого установлены строго последовательно вдоль монтажной оси.

В композицию для производства бумаги для гофрирования выбираем лиственную бисульфитную целлюлозу и химико-термомеханическую массу в процентном соотношении 50:50.

Перед поступлением полуцеллюлозы в композиционный бассейн, она подвергается размолу, который будет осуществляться на дисковой мельнице МДС-33. Эта мельница как бы объединяет в себе две однодисковые мельницы и обеспечивает практически удвоенную производительность на единицу площади. Кроме того, эта мельница не имеет осевых усилий на валу ротора, что существенно упрощает ее конструкцию по сравнению с однодисковой.

Очистку массы предполагается осуществлять на узлоловителях УЗ-15 закрытого типа и на вибросортировке СВО-01. Степень очистки массы влияет на качество бумаги и работу БДМ.

Напуск массы на сетку осуществляется напорным ящиком Конверфлоу.

Формование полотна происходит при помощи формующего устройства ДуоФормер Д.

Для получения максимально возможной сухости полотна после прессовой части и снижения энергозатрат в сушильной части на сушку бумаги, применяем трехвальный пресс с центральным отсасывающим валом и башмачный пресс. Трехвальный пресс включает в себя нижний вал сглухими отверстиями, средний отсасывающий трехкамерный вал и верхний с твердым покрытием (заменителем грунта). Линейное давление в прессовых захватах:

1- (40…50) Кн/м

2- (60…70) Кн/м

3- (80…90) Кн/м Сухость полотна после прессовой части 43%.

Сушка бумажного полотна производится на сушильных цилиндрах диаметром 1,5 м. По приводу сушильная часть разделена на 6 групп, по пару на три. Теплоносителем является пар. Сукна заменены на синтетические сетки.

Для нормального процесса сушки бумаги на машине предусмотрена приточно-вытяжная вентиляция. Для вентиляции используется теплорекуперационные агрегаты, состоящие из нескольких последовательно работающих теплообменников и закрытой сушильной частью и вентиляторами.

Для обеспечения наиболее высококачественного каландрирования и хорошей намотки полотна в конце сушильной части установлены 2 холодильных цилиндра, охлаждаясь на которых, бумажное полотно впитывает в себя влагу и увлажняется.

Кроме охлаждения и увлажнения бумаги, при этом снимается статическое электричество, что значительно снижает пожароопасность сушки.

Намотка бумаги в рулон осуществляется на накате типа «Попе». Он обеспечивает воздушную заправку бумаги при высокой скорости машины. Плотные, равномерно и туго намотанные рулоны получаются при меньшем натяжении бумажного полотна, что уменьшает число обрывов.

Резка бумаги на потребительские форматы производится на двухтамбурном продольно-резательном станке.

Для роспуска брака применяем гидроразбиватели с горизонтальным валом HG-45 под накатом и HG-8 под ПРС. Для окончательного рафинирования массы применяем пульсационные мельницы МП-00.

2. Технологические решения

2.1 Выбор и обоснование района строительства

Целлюлозно-бумажное производство считается энергоемким, теплоемким, требует большого количество воды, и близкого расположение сырьевой базы, что учитывается при выборе места строительства данного предприятия.

Целлюлозно-бумажный комбинат предлагается разместить в Восточной Сибири, в Красноярском крае, поселок Богучаны. Предприятие будет специализироваться на производстве гофробумаги из лиственной полуцеллюлозы. В композиции бумаги предусмотрено введение 50% химико-термомеханическрй массы.

Поселок городского типа Богучаны расположен на реке Ангаре — крупнейшем правом притоке Енисея, к северо-востоку от Красноярска, который является центром крупнейшего лесопромышленного района в крае. Перспективы поселка связаны со строительством Богучанской ГЭС, бурным развитием лесопромышленного комплекса, нефтеи газодобычи в сопредельных районах Эвенкии. Международная компания International Paper собирается построить в Красноярском крае два ЦБК. Шансы региона на строительство обоих ЦБК высоко оцениваются благодаря стартовавшей программе развития Нижнего Приангарья. В ее рамках будет создаваться транспортная структура, необходимые энергомощности.

Одно из этих предприятий будет производить сульфатную целлюлозу из хвойных пород древесины. При этом в регионе не будет востребована древесина лиственных пород. Поэтому второе предприятие может быть ориентировано на переработку лиственных пород, в частности древесины березы. В связи с планируемым строительством предприятий по переработки древесины, нефти и т. п. в регион будет завозиться оборудование, упакованное в тарный картон, который может быть использован в качестве макулатурного сырья.

Комбинат будет комплексным производством от получения целлюлозы до готовой продукции. В систему комбината будут входить следующие производства: лесозаготовительное, древесно-подготовительное, варочный цех по производству бисульфитной полуцеллюлозы, древесно-массный цех, цех регенерации, бумажная фабрика и обслуживающие цеха, такие как ремонтно-механический, тепловодоснабжения, очистные сооружения (вода, используемая на комбинате, очищается механическим и химическим способом). Обеспечение теплом и частично электроэнергией предполагается с Богучанской ГЭС.

Лесосырьевая база. Девяносто процентов лесного фонда, это 58,5 млн. га на территории Красноярского края находится в ведении Комитета Природных Ресурсов по Красноярскому краю. Общий запас древесины составляет 7,4 млрд. м³. Возрастная структура характеризуется преобладанием спелых и перестойных насаждений (58% покрытых лесом земель). Расчётная лесосека главного пользования увеличилась до 60 395,2 тыс. м³.

Поселок Богучаны расположен в равнинном южно-таёжном округе, имеющий высокий процент лесных земель (98%). Значение лесных массивов Богучанского района определяется, прежде всего, тем, что на 87% состоят из эксплуатируемых лесов, предназначенных максимально удовлетворять потребности народного хозяйства в древесине, продукции её переработки. Они станут источником поставки сырья для планомерной эффективной работы.

Основными лесообразующими породами на территории района в порядке их хозяйственной ценности являются: кедр, сосна, лиственница, ель, пихта, берёза и осина.

Распределение лесопокрытой площади по преобладающим породам, представлено следующим образом: кедр — 1586,6 млн. м², сосна — 1706,25 млн. м², лиственница — 1126,85 млн. м², ель — 834,6 млн. м², пихта — 1043,09 млн. м², берёза — 989,75 млн. м² и осина — 347,59 млн. м²

Транспортное снабжение. Богучанский ЛПК будет иметь два транспортных пути: речной по рекам Ангаре и Енисею в Игарский порт и железнодорожную ветку Решоты — Богучаны по Транссибирской магистрали.

Богучаны находятся на берегу судоходной реки Ангары. Имеется крупный речной порт.

Снабжение водой. Протекающая река Ангара сможет обеспечить проектируемый завод водными ресурсами полностью. Местность также богата топливо — энергетическими ресурсами.

Теплоснабжение предприятия будет осуществляться за счёт ТЭС, входящей в общую схему целлюлозного завода.

Энергией завод будет снабжаться с Богучанской ГЭС.

Наличие автомобильных, железнодорожных путей, пристани делает возможным доставку необходимых химикатов, строительных материалов и технологического оборудования.

Обеспечение проектируемого завода рабочей силой и инженернотехническим персоналом будет осуществляться за счёт местного населения, а так же СибГТУ, на базе которого организовано обучение специалистов-бумажников, которые могут управлять технологическим процессом без привлечения специалистов из других регионов. Доставка рабочих на завод будет осуществляться автотранспортом.

2.2 Стандартизация

Таблица 2.2 — Стандарты, используемые в производстве бумаги для гофрирования

2.3 Описание технологической схемы и её обоснование

Схема предусматривает, что бумага для гофрирования вырабатывается из композиции: 50% лиственной полуцеллюлозы и 50% химико-термомеханическая массы с нейтральной проклейкой. Готовая продукция выпускается в упакованных рулонах.

Бисульфитная полуцеллюлоза из приемного бассейна (24) поступает на размол на дисковой мельнице МДС-33 (20), где размалывается до 32 ⁰ШР, затем насосом перекачивается в композиционный бассейн (15), куда также подается химико-термомеханическая масса. Из композиционного бассейна масса перекачивается в машинный бассейн (14), куда подается крахмал для придания жесткости бумажному полотну. Затем масса перекачивается в бак постоянного уровня (БПУ) (13), который предназначен для поддержания постоянного напора массы, перелив из БПУ возвращается в машинный бассейн. Из БПУ волокнистая суспензия подается в смесительный насос (12) откуда масса поступает для очистки от тяжелых включений на вихревые очистители (11). Очистка производится в две ступени. После очистки масса поступает в смесительный насос (12), туда же подается клей АКД эмульсия Ультрасайз 200 для нейтральной проклейки.

Используем нейтральную проклейку бумажной массы. В качестве агентов для нейтральной проклейки бумаги доминирующее положение занимают синтетические проклеивающие материалы, в частности димеры алкилкетенов (АКД).

Смесительным насосом масса направляется для очистки в узлоловители закрытого типа УЗ — 15(10) первой ступени.

Очищенная масса с первой ступени очистки поступает в напорный ящик, а отходы сортирования поступают на вторую ступень очистки на плоские вибрационные сортировки СВО-01(37). Отсортированная масса со второй ступени очистки поступает в напорный ящик, а отходы уходят в гидроразбиватель типоразмера НG-45(35).

Очищенная масса после узлоловителей с концентрацией 0,98% поступает в напорный ящик (9),

Из напорного ящика разбавленная волокнистая масса непрерывным потоком вытекает на бесконечную сетку, формование полотна происходит между двумя сетками. На сеточном столе масса теряет большую часть содержащейся в ней воды. Двух-сеточное формование улучшает процесс обезвоживание которе происходит на гидропланках и отсасывающих ящиках. Сухость полотна после регистровой части (пакеты гидропланок) (8) составляет 3,5%. Сухость полотна после сосунной части (отсасывающие ящики) (7) составляет 14%. Оборотная вода от регистровой части машины по желобам и сливам отводится в сборник регистровых вод (36). Оборотная вода от отсасывающих ящиков отводится в сборник сосунных вод (24).

После отсасывающих ящиков бумага содержит еще сравнительно много влаги и поэтому не обладает прочностью, достаточной для передачи бумажного полотна в прессовую часть машины. Поэтому бумажное полотно вместе с сеткой пропускают еще через гауч-вал (6), где сухость бумажного полотна возрастает до 22%. Диаметр вала 1120 мм, длина вала 6800 мм. Перед гауч-валом имеются две краевые отсечки (водяные ножи) — для обрезания неровных кромок сырого бумажного полотна, и одна переводная, используемая для разрезания бумажного полотна при заправке бумаги. Между отсасывающими ящиками над сеткой установлен легкий ровнительный валик, который применяется для улучшения просвета бумаги и уплотнения ее структуры.

Далее бумажное полотно с помощью пересасывающего вала передается в прессовую часть (5) бумагоделательной машины, где происходит дальнейшее обезвоживание. Прессовая часть состоит из пересасывающего съемного вала, прямого двухвального, трехвального и пресса с удлиненной зоной прессования. Пересасывающий съемный вал имеет общее сукно с верхним валом прямого двухвального пресса. По этому сукну полотно передается с сеточной части в трехвальный пресс, в первую зону прессования между валом с глухими отверстиями и отсасывающим валом. Затем во вторую зону между отсасывающим и гладким валами, далее с помощью воздушной заправки переходит на пресс с удлиненной зоной прессования, а потом в сушильную часть. Сухость полотна после прессовой части 43%. При отжиме влаги на прессах изменяется ряд свойств бумаги: повышается объемный вес, снижается пористость, воздухопроницаемость, впитывающая способность, увеличивается механическая прочность по сопротивлению разрыву, излому и продавливанию.

После прессовой части мокрое бумажное полотно поступает в сушильную часть (4)бумагоделательной машины, где удаляется оставшаяся после отжима на прессах влага. Сушильная часть бумагоделательной машины состоит из вращающихся, обогреваемых изнутри паром и расположенных обычно в два ряда сушильных цилиндров. Движущееся бумажное полотно прижимается к нагретой поверхности цилиндра при помощи сушильных сеток, улучшающих теплопередачу и предотвращающих коробление и сморщивание поверхности бумаги при сушке.

Размеры сушильной поверхности, число цилиндров и скорость движения бумажной ленты выбирают с таким расчетом, чтобы бумага, пройдя сушильную часть машины, успела высохнуть до сухости бумажного полотна, согласно ГОСТу 7377−85 на готовую продукцию.

Сушильная часть машины разделена по пароснабжению на группы:

— I группа первичного пара — цилиндры с 24 по 52;

— II группа вторичного пара: — цилиндры с 13 по 23;

— цилиндры с 53 по94;

— III группа третичного пара — цилиндры с 1 по 12.

Параметры пара по группам:

— I группа, давление 0,09 МПа;

— II группа, давление 0,21 МПа;

— III группа, давление 0,34 МПа.

Пар из главного паропровода после РОУ, с постоянным давлением 4,2 кПа и температурой 150 ⁰C, поступает в I сушильную группу по пару с 9 по 28 сушильные цилиндры. Паровоздушная смесь с I сушильной группы и сукносушителей поступает в 1-ый пароотделитель, из которого пар подается во II группу по пару, а конденсат — в сборник. В пароотделителе уровень поддерживается автоматически. Во II группу по пару врезан первичный пар для создания перепада давления и поддержания температурного графика сушки.

Со II сушильной группы по пару конденсат попадает во 2-ой пароотделитель и самотеком — в сборник, пар же подается в III группу по пару.

Паровоздушная смесь с III сушильной группы поступает в 3-ий водоотделитель, пары вскипания из последнего поступают на конденсатор, а конденсат возвращается снова в водоотделитель. Из 3-его водоотделителя конденсат подается в бак конденсата.

Для удаления воздуха из конденсата и достижения малого давления в конденсаторопроводе III группы, чем достигается соответствующая температура первых цилиндров, 3-ий водоотделитель соединен с вакуум-насосом бумагоделательной машины. Конденсат из 1-ого конденсатоотделителя поступает во 2-ой конденсатоотделитель, далее в бак конденсата.

В конце сушильной части бумагоделательной машины установлены два холодильных цилиндра, для охлаждения и увлажнения бумажного полотна. Они делают бумажное полотно более мягким и эластичным, что важно для обработки в машинном каландре, предотвращают электризацию сухой бумаги при трении о валы каландра и при намотке. Сухость бумажного полотна после сушильной части 93%.

Далее бумажное полотно поступает на мягкий каландр с пневмоприжимом (3). Здесь полотно приобретает особые свойства: паро-, водои жиронипроницаемость, улучшение печатных свойств, гладкости, блеска и внешнего вида. Каландр приводится в движение через нижний вал. Верхние валы вращаются за счет трения от нижнего вала.

Бумагоделательная машина завершается накатом (2) с устройством автоматической подачи тамбурных валиков, осуществляющим наматыванием бумаги в рулоны. При этом должна быть обеспечена равномерная и плотная намотка, что создает условия для хорошей сохранности бумаги при ее транспортировании, обработки и переработки.

Затем направляется на продольно-резательный станок (1). Рабочая ширина продольно-резательного станка 6300 мм, наибольший диаметр наматываемого рулона — 1200 мм. Прижим и опускание вала пневмогидравлический.

Сухой брак от машины перерабатывается в гидроразбивателе (35), который включается автоматически при обрывах на машине. Далее брак подмалывается на пульсационной мельнице (34), после которой размолотый брак поступает в бассейн брака (27).

Мокрый брак, непрерывно поступающий из гауч-мешалки (25), направляется на сгуститель мокрого брака (28), от которого без подмола направляется также в бассейн брака (27). Из бассейна брак через дозирующие устройства поступает на составитель композиции (15).

Схемой предусматривается максимальное использование оборотной воды. Регистровая вода собирается в сборнике и используется на разбавление массы в смесительном насосе. Необходимое количество массы во всасывающую линию смесительного насоса отбирается при помощи специальной дозирующей задвижки с электроприводом, имеющей дистанционное или автоматическое управление. Этой задвижкой регулируется вес 1 м² бумаги.

Для стабильной работы смесительного насоса уровень воды в сборнике регистровой воды поддерживается постоянным, вследствие перелива избытка регистровой воды в соседний сборник — сборник избыточных вод. Часть регистровой воды подается на разбавление отходов до необходимой концентрации после вихревых очистителей первой и второй ступени.

Вода из отсасывающих ящиков собирается в сборнике сосунных вод (25). В свою очередь избыток воды из сборника сосунных вод переливается в сборник избыточных вод (28). В этот же сборник поступает вода, отходящая от сгустителя мокрого брака. Часть сосунной воды используется на разбавление отходов до необходимой концентрации после узлоловителей первой ступени и на разбавление мокрого брака в гауч-мешалке (25).

Оборотная вода из сборника избыточных вод расходуется в гидроразбивателе. Вся остальная избыточная оборотная вода направляется на флотационную ловушку (30) для улавливания волокна и наполнителя. Сюда же подается ПАА для лучшего улавливания мелкого волокна и наполнителя. Уловленное волокно возвращаются в основной поток производства. Они направляются в бассейн массы, откуда с концентрацией 4%, подаются на составитель композиции. Осветленная вода частично может быть использована на спрыски сетки.

Подача свежей воды предусматривается обычно туда, где оборотная вода по технологическим соображениям не может быть использована, например, на отсечку полотна на сеточном столе, на спрыски отсасывающих валов и сукномоек в прессовой и сушильных частях, в сальники и на заливку вакуум-насосов, в сушильные цилиндры, на охлаждение подшипников вспомогательного оборудования, а также на промывку оборудования. При наличии теплой воды от теплорегенерационной установки вентиляционной системы бумагоделательной машины ее направляют в сборник теплой воды, откуда она поступает для очистки на сеточном фильтре, а затем используется взамен свежей холодной воды для промывки сукон, на спрыски кромок, на отсечки, а также в других местах, где ее применение целесообразно.

2.4 Расчет материального баланса объекта детализации

Для определения расхода полуфабрикатов, выхода готовой продукции и производительности аппаратов в технологических расчетах химических производств выполняется расчет материального баланса. В бумажно-картонном производстве материальный баланс принято называть балансом воды и волокна. Результаты 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 технологический режим. Принципиальная схема отличается от технологической тем, что только иллюстрирует взаимосвязь отдельных узлов схемы и направление массопотоков. Узлы схемы изображаются прямоугольниками, в которые 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 обозначения:

х — количество абсолютно сухого волокна, поступающее или уходящее с массопотоком, кг/т;

у — количество воды, поступающее или уходящее с массопотоком, кг/т;

смассовая доля волокна в воде (концентрация, сухость массы, концентрация оборотной воды), %;

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

Мволокнистая масса, кг/т.

Концентрация массы определяется из уравнения с= (2.1)

Таблица 2.4 — Ведомость исходных данных для расчета баланса воды и волокна

Таблица 2.5 — Сводная ведомость баланса воды и волокна

2.5 Расчет укрупненного материального баланса предприятия

Схема укрупненного материального баланса предприятия представлена на рисунке 1. Исходные данные для расчета производственных мощностей основных цехов предприятия приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.5.1 — Данные для расчета производственных мощностей основных цехов предприятия

Расчет производственной мощности основных цехов предприятия приведен в таблице 2.5.

Таблица 2.5.2 — Расчет производственной мощности основных цехов

2.6 Расчет потребности в оборудовании

2.6.1 Технологический расчет бумагоделательной машины

2.6.1.1 Расчет производительности бумагоделательной машины и ее средней скорости

Бумагоделательная машина является основным агрегатом, определяющим выработку и производительность бумажной фабрики. В связи с тем, что на современных предприятиях устанавливаются агрегаты большой единичной мощности, при выборе машины следует ориентироваться на максимальную рабочую скорость и оптимальную рабочую ширину машины.

Максимальная скорость машины V, м/мин, определяется по формуле

V=, (2.6.1)

где Р_н — часовая производительность машины нетто, кг/ч;

В — необрезная ширина бумажного полотна на накате, м; В = 6,4 м;

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

q — масса 1 м² бумаги, г/м², принимаем 125 г/м²;

k_э — коэффициент эффективности использования машины.

Часовая производительность Р_н, кг/ч, определяется по формуле Р_н =, (2.6.2)

Р_н==22 684,31

Коэффициент эффективности использования машины

k_э = k₁ k₂, (2.6.3)

где k₁ — коэффициент, учитывающий холостой пробег машины из-за обрывов полотна (машинный брак) и брак (срывы) при резке и отделке бумаги;

k₂ — технологический коэффициент использования максимальной скорости машины.

По технологическим нормам проектирования Гипробума для мешочных, оберточно-упаковочных видов бумаг k₁ = 0,965. Для массовых видов бумаг k₂ = 0,9. Расчетное время работы машины в сутки для бумаги для гофрирования составляет 23 часа.

Подставив значения в формулу (2.4.3), получим

k_э = 0,965· 0,9 = 0,828.

Принимаем массу 1 м² бумаги q = 125 г/м² [ ]. Подставив значения в формулу (5.1), найдем максимальную рабочую скорость, м/мин, машины

V=

Средняя рабочая скорость машины V, м/мин, определяется по формуле

V_ср = k₂ V, (2.6.4)

V_ср = 0,9· 570,760=513,68

2.6.1.2 Расчет основных рабочих параметров напорного ящика и выбор типа напорного устройства

Напорный ящик обеспечивает выход массы равномерной концентрации с одинаковой скоростью по всей ширине сетки. Скорость вытекающей массы на сетку, м/мин, от величины напора, создаваемого в напорном ящике, определяется по формуле

V = k_с k_м V_ср = 60? 2gh, (2.6.5)

где k_с — коэффициент отставания скорости сетки от скорости бумаги на накате (k_c = 0,82 … 0,95). Принимаем k_с = 0,95;

k_м — коэффициент отставания скорости массы от скорости сетки, зависящий от вида вырабатываемой бумаги (k_м = 0,90 … 0,98). Принимаем k_м = 0,9;

м — коэффициент истечения массы (для закрытых напорных ящиков м = 0,90…0,98). Принимаем м = 0,9;

h — высота напора массы перед выпускной щелью, м;

g — ускорение силы тяжести, м/с².

Отсюда определяем высоту напора, м

h =, (2.6.6)

Подставив значения в формулу (2.4.6), получим

h = = 3,9

Длина выпускной щели l, м, определяется по формуле

l = ,(2.6.7)

l=.

Высота выпускной щели z, м, определяется по формуле

z = ,(2.6.8)

где Q — количество массы, поступающей на сетку, м³/мин.

Количество массы Q, м³/мин, поступающей на сетку определяется по формуле

Q=,(2.6.9)

где М-количество массы, поступающей на сетку, кг/т. Принимаем М=121 236,6 кг/т (из расчета баланса воды и волокна);

Рпроизводительность машины, т/мин;

гплотность массы, кг/м³.

Q = = 50,74

Полученное значение подставляем в формулу (2.4.8)