Расчет размольно-подготовительного отдела

1. Требования стандарта к качеству продукции Технические требования. ГОСТ 7317–78

2. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ Выбор и обоснование технологической схемы.

Размолом называется механическая обработка водной суспензии волокнистого полуфабриката. Размол — одна из важных операций бумажного производства, от которой в значительной степени зависят многие свойства бумаги. Лист бумаги, отлитый из не размолотых волокнистых материалов, получается неудовлетворительным по своему строению, внешнему виду и физико-механическим свойствам. Он обладает неравномерным, облачным просветом, большой пористостью, пухлостью и малой прочностью. Это объясняется тем, что сравнительно длинные жесткие волокна сплетаются в хлопья и, оседая на сетке, дают неоднородный по структуре лист. Не размолотые волокна обладают малой пластичностью, слаборазвитой поверхностью и мало гидратированы, вследствие чего такие волокна плохо связываются друг с другом в бумажном листе.

Цель размола волокнистых материалов заключается в следующем: подготовить волокнистый материал к отливу, придать ему определенную степень гидратации, сделать волокна гибкими, пластичными, увеличить их поверхность (фибрилляцией и набуханием), обеспечить лучший контакт и связь волокон в бумажном листе (придать ему прочность); придать бумажному листу путем укорочения, расщепления и фибрилляции волокон требуемую структуру и физические свойства: объемный вес, пухлость, пористость, впитывающую способность и др. Размол ведется в присутствии воды при концентрации волокнистой массы 2−8% в размалывающих аппаратах периодического и непрерывного действия — роллах, конических мельницах, рафинерах и др. Независимо от типа размалывающего аппарата принцип размола волокна один и тот же. Он заключается в том, что волокнистая суспензия непрерывным потоком поступает к ножам рабочего органа аппарата, состоящего из неподвижно закрепленных ножей (статора) и вращающихся ножей, расположенных на барабане, конусе или диске (роторе). Проходя между ножами ротора и статора, зазор между которыми можно регулировать, волокна подвергаются режущему действию кромок ножей и укорачиваются или расщепляются в продольном направлении. В результате указанных воздействий волокна при размоле в водной среде претерпевают значительные изменения как в структуре, так и в физико-химических свойствах. Бумажная масса при длительном размоле становится жирной на ощупь, она гораздо труднее отдает воду при обезвоживании на сетке бумагоделательной машины, а получаемый из нее лист бумаги отличается большей усадкой при сушке, плотностью и прочностью. В первой стадии размола происходит разрушение и удаление (стягивание) наружных оболочек волокносдерживающих его набухание и фибрилляцию. С разрушением этих оболочек обнажается фибриллярная структура основной массы вторичной стенки волокон, облегчается доступ туда воды и начинается процесс фибрилляции, сопровождающийся усиленным поглощением воды, набуханием и пластификацией волокон. Процесс фибрилляции заключается в ослаблении и разрушении связей между отдельными фибриллами и микрофибриллами клеточной стенки под влиянием механических воздействий и проникновения воды в межфибриллярные пространства, т. е. в области аморфной целлюлозы, где сосредоточена главная часть гемицеллюлоз. Последние, располагаясь на поверхности фибрилл, усиленно набухают, повышая гибкость и пластичность волокон, что способствует скольжению фибрилл в клеточной стенке друг относительно друга. Фибрилляция может происходить как па поверхности, так и внутри клеточной стенки волокна. В первом случае поверхность волокна разрушается, и от неё отделяются фрагменты клеточных оболочек и фибрилл, образуя своеобразный ворс на поверхности волокна, видимый при большом увеличении микроскопа. Такая фибрилляция увеличивает наружную поверхность волокна и его способность к образованию межволоконных связей, однако она ослабляет прочность самого волокна и снижает сопротивление бумаги раздиранию. При внутренней фибрилляции отделения фибрилл не происходит, повышается лишь гибкость и пластичность волокон в результате усиленного набухания гемицеллюлоз в межфибриллярных пространствах, ослабления и частичного разрушения связей между фибриллами.

На вторую степень размола устанавливаем дисковую мельницу. Она хорошо рафинирует и фибриллирует волокно без укорачивания, повышая прочностные свойства бумаги, особенно сопротивление раздиранию и излому. Такая масса хорошо обезвоживается на сетке бумагоделательной машины.

Приготовление массы идёт непрерывно. Достоинствами такого производства являются:

— лёгкая автоматизация

— экономия электроэнергии

— постоянство качества

— значительное сокращение обслуживающего персонала.

Характеристика волокнистых полуфабрикатов В состав бумаги типографской тонкой, марки 2 (машинной гладкости) входят СФИ, хвойная, белёная целлюлоза 40%; СФА, хвойная, белёная целлюлоза 40%; древесная масса 20%.

Сульфитная целлюлоза приготовлена из древесины ели. Такая древесина состоит в основном из длинных волокон трахеид и содержит очень мало мелких паренхимных клеток. Хвойная древесина даёт длинноволокнистую целлюлозу. Для того, чтобы получить хорошую массу, необходимо не только фибриллировать волокна, но и укорачивать. Поэтому на первую ступень размола устанавливаем коническую мельницу с наборной ножевой гарнитурой. Из такой массы получают бумагу с повышенными механическими свойствами, придавая бумаге товарный вид.

Беленая сульфатная целлюлоза значительно прочнее беленой сульфитной. Поэтому находит широкое применение как заменитель сульфитной беленой целлюлозы в производстве белых бумаг и как компонент, повышающий механические свойства бумаги при изготовлении её из коротковолокнистых материалов.

Древесную массу получают путём истирания древесины на дефибрерах или рафинерах в присутствии воды. Древесная масса в основном состоит из мелких волокон длиной около 0,5 мм, а также содержит большое количество пучков волокон и слизи. Древесная масса имеет начальную высокую степень помола, поэтому не требует дополнительного размола.

Характеристика используемых химикатов Каолин (Al2O3*2SiO2*2H2O). Очищенный каолин содержит 39,6% окиси алюминия, 46,5% окиси кремния и 13,9% гидратной воды. Согласно ГОСТ каолин, предназначенный для бумажной промышленности, делится на четыре сорта в зависимости от содержания механических примесей и степени белизны. Каолин первого сорта должен иметь белизну не ниже 88%, второго сорта — не ниже 85%, третьего — не ниже 75%, для каолина четвертого сорта белизна не нормируется. Содержание влаги в каолине не должно превышать 15%. Степень удерживаемости каолина равна 50 — 65%. Придёт бумаге мягкость, непрозрачность.

Канифоль, применяющаяся в бумажном производстве, добывается тремя способами: из живицы, получаемой подсочкой хвойных пород, так называемая живичная канифоль; путем экстракции пневого осмола щелочью или органическими растворителями — экстракционная канифоль, и из талового масла, получаемого из сульфатного мыла, являющегося побочным продуктом сульфат-целлюлозного производства, — таловая канифоль. По своему химическому составу канифоль представляет собой смесь изомерных одноосновных смоляных кислот с общей формулой С20Н30О2. Канифоль хорошего качества содержит 80—95% абиетиновой кислоты (С20Н30О2).

Сернокислый глинозем (Al2(SO4)3?18H2O) получают обработкой прокаленной белой глины (каолина) или минералов боксита и нефелина серной кислотой. Для проклейки бумаги применяют глинозем с содержанием окиси алюминия Al2O3 не менее 13,5% и солей железа (в пересчете на окись железа Fе2О3) не более 0,35−1,5%.

Расчет волокнистых полуфабрикатов.

Дано (из ГОСТа):

M (1м2) = 48 г;

Состав по волокну: СФИ, хвойная, белёная = 40%,

СФА, лиственная, белёная = 40%,

Древесная масса = 20%;

Степень проклейки = 0.25−0,5 мм;

Влажность = 6%;

Зольность = 17−21%.

1). Расчёт расхода волокнистого сырья.

Мвол. = P * k (1)

Где: P — производительность по готовой продукции, Р = 1 т.,

k — коэффициент, учитывающий промои, влажность, зольность.

k = (1 + П/100) * (1 -З/100) * (1 — W /100) (2)

Где: П — промои, П = 1 — 3%, принимаем 1%,

W — влажность бумаги на накате, W = 6%,

З — зольность бумаги, З = 21%

k = (1 + 1/100)*(1 — 21/100)*(1 — 6/100) = 0,75

2). Расчёт волконистых полуфабрикатов Мвол. = 1 * 0,75 = 0,75 т/т а.с.в.

Мвол. = Мвол. * %вол.

Где: %вол. — процентное содержание полуфабриката в массе М (СФИ, хв, бел) = 0,75 * 0,40 = 0,30 т/т М (СФА, хв, бел) = 0,75 * 0,40 = 0,30 т/т М (древес.масса) = 0,75 * 0,20 = 0,15 т/т

0,75 т/т

3) Расчёт волокнистых полуфабрикатов в воздушно — сухих единицах (10% воды и 90% а.с.в.)

Мвол.(СФИ, хв, бел.) =>

0.3 — 90%

=> x = (0.3 * 100) / 90 = 0,33 т/т,

x — 100%;

Мвол.(СФА, хв, бел.) =>

0,3 — 90%

=> x = (0.3 * 100) / 90 = 0,33 т/т,

x — 100%;

Мвол.(древес.масса.) = >

0,15 — 90%

=> x = (0.15* 100) / 90 = 0,17 т/т,

x — 100%;

4). Расчёт полуфабрикатовую заданную производительность (Q)

Q (СФА, хв, бел.) = 0,30 * 210 = 63 т/сут,

Q (СФИ, хв, бел.) = 0,30 * 210 = 63 т/сут,

Q (древес.массы.) = 0,15 * 210 = 31,5 т/сут.

157,5

Расчет химикатов.

Химикаты для наполнения.

З = 21% высокая зольность Каолин (Al2O3*2SiO2*2H2O).

1).Содержание наполнителя в 1 т. бумаги.

М (каолина) = 1 * 0,21 = 0,21 т/т или 210 кг.

2).Расчёт каолина с учётом удерживаемости У = (Nб * 100) / N; %

Где Nб — количество наполнителя, оставшееся на бумаге, %

N — количество свежего наполнителя (0,21 т/т)

Nб = ((Аб — Ав)*100) / (100 — Р) Где Аб — зольность а.с.в., % (21%),

Ав — естественная зольность, % (5%)

Р — Потери в весе наполнителя при промывании, % (40%)

Nб = ((0,21 — 0,05) * 100) / (100 — 0,40) = 0,16%

У = (0,16 * 100) / 0,21 = 76,2%

210 — 76,2%

=> x = (210 * 100) / 76.2 = 275,6 кг/т х — 100%

3). Расчёт каолина с учётом влажности

W (каолина) = 15%

275,6 — 85%

= > x = (275,6 * 100) / 85 = 324,2 кг/т

x — 100%

4). Концентрация химикатов (суспензия наполнителя) С (каолина) = 200 г/л = 0,2 кг/л Расход каолиновой суспензии

(1 * 324,2) / 0,20 = 1621 л/т Расход каолина на заданную производительность

(324,2 * 210) / 1000 = 68,082т/сут Химикаты для проклейки Расход проклеивающих материалов зависит от требуемой степени проклейки.

Степень проклейки = 0,25 — 0,50 мм; бумага слабоклеёная

1). Расход канифоли Расход канифоли = 0,5 — 1% от веса волокна, принимаем 0,75%

Р = 0,75 / 100 = 0,0075 т/т = 7,5 кг/т Концентрация канифольного клея С = 30г/л = 0,03кг/л

7,5 / 0,03 = 250л/т Расход канифольного клея на заданную производительность Р = 7,5 * 210 = 1575 кг/сут

2). Расход глинозёма В 2 — 4 раза больше расхода канифоли, но не больше 40 кг.

Р = 7,5 * 3 = 22,5 кг/т Концентрация глинозёма С = 80 — 120 кг/м3, принимаем 100кг/л = 0,1кг/л

22,5 / 0,1 = 225л/т Расход глинозёма на заданную производительность Р = 22,5 * 210 = 6075 кг/сут = 4725т/сут

3). Расчёт соды для варки канифольного клея, А = ((О * М2) / (Р * М1)) * (100 — С) Где О — число омыления канифоли, О = 11%,

Р — содержание химически чистой щелочи в соде, Р = 96 — 98%, принимаем Р = 96,

М2 — эквивалентный вес Na2CO3, М2 = 50 — 54%, принимаем М2 = 53%,

М1 — эквивалентный вес NaOH, М1 = 40%

С — содержание свободной смолы, С = 20 — 40%, принимаем 30%.

А = ((11 * 53) / (96 * 40)) * (100 — 30) = 10,6 кг. соды/100кг.канифоли

10,6 — 100%

= > x = (10,6 * 7,5) / 100 = 0,795 кг. соды х — 7,5%

Расход соды на заданную производительность:

Р = 0,795 * 210 = 166,95 кг/сутки

Расчёт основного и дополнительного оборудования РПО.

Размол полуфабрикатов ведётся в 2 стадии непрерывным способом.

На Й-ой ступени размола все полуфабрикаты размалываются раздельно.

Перемешивание производится в смесительном бассейне через регулятор композиции между I и I I ступенями размола.

Химикаты для проклейки и наполнения (каолиновая суспензия + канифольный клей) подаются также.

На I I ступени размола происходит перемешивание полуфабрикатов с химикатами и дальнейший размол волокон. Размол проводится на конических дисковых мельницах.

Аккумулирование (хранение) массы производится в бассейнах.

Центробежные массные насосы предназначены для перемещения жидкой суспензии к.

Регуляторы концентрации, предназначены для регулирования концентрации перед размалывающими аппаратами, очисткой и сортированием массы. Они работают только на разбавление

1. ступень размола:

Размол СФИ беленой, хвойной целлюлозы. Для ее размола принимаем коническую мельницу МКН-04.

Удельная мощность: Nуд = 10−12 кВт/ч, принимаем 10 кВт/ч Производительность Рсут = 50 — 70 т/сут т/сут;

Степень помола:

начальная: °ШРн = 12−16?ШР, принимаем 14? ШР ;

конечная: °ШРк = 21? ШР;

КПД: з = 0,9;

Мощность эл. двиг: N1 двиг =250 кВт;

Концентрация массы: С = 4%

1). Расчет количества мельниц для размола.

Мвол. = 0,3 * 210 = 63 т/сут;

Nпотр. = Мвол. * Nуд. * (°ШРк — °ШРн);

N1 = Nдвиг. / N1 двиг.;

n = (Мвол. * Nуд * (°ШРк — °ШРн)) / (з * 24 * N1 двиг);

n = (63. * 10 * (21 — 14)) / (0,9 * 24 * 250) = 0.81

Принимаем 1 мельницу + 1 резервная.

2). Расчет СФА беленой, хвойной целлюлозы. Для ее размола принимаем коническую мельницу МКН-04.

С = 3,5%;

Nуд = 10 кВт/ч;

N1 двиг =250 кВт;

з = 0,9;

Мвол. = 81 т/сут;

ШРн = 14? ШР;

ШРк = 21? ШР;

n = (81. * 10 * (21 — 14)) / (0,9 * 24 * 250) = 1,05

Принимаем 1 мельницу + 1 резервная.

2 ступень размола:

Идет размол и перемешивание полуфабрикатов и химикатов, идет автоматический прирост степени помола. Для размола смешанной массы принимаем дисковые мельницы МД-03.

N1 двиг =500 кВт;

Рсут = 55 — 170 т/сут т/сут;

С = 4%;

Nуд = 10 кВт/ч;

ШРн = 41? ШР;

ШРк = 50? ШР;

Ммассы = 81 + 81 + 40,5 + 87,5 + 2,025 + 6,072 = 298,097 т/сут

n = (298,097 * 10 * (50 — 41)) / (0,9 * 24 * 500) = 2,5

Принимаем 3 мельницы + 1 резервная.

Расчёт и унификация бассейнов

V = (Mвол.сут. * (100 — n) * ф * k) / (C * 24)

Где: Мвол.сут. — суточный расход полуфабрикатов, ф — время хранения в бассейне, С — концентрация массы,

V — объём бассейне,

n — влажность воздуха (10%),

k — коэффициент незаполнения, ф = (V * C * 24) / (Мвол. * (100 — n) * k),

1) Приёмный бассейн сульфитной (СФИ) хвойной, белённой целлюлозы равен бассейну размолотой СФИ целлюлозы.

V = (81 * (100 — 10) * 1 * 1,2) / (3,5 * 24) = 104,14 м³,

Принимаем V = 50 м³,

ф = (50 * 3,5 * 24) / (81. * (100 — 10) * 1,2) = 0,5 ч * 60 = 30 мин,

2) Приёмный бассейн для сульфатной (СФА) белёной хвойной целлюлозы равен бассейну размолотой СФА целлюлозы.

V = (81 * (100 — 10) * 1 * 1,2) / (3,5 * 24) = 104,14 м³,

Принимаем V = 50 м³,

ф = (50 * 3,5 * 24) / (81. * (100 — 10) * 1,2) = 0,5 ч * 60 = 30 мин,

3) Приёмный бассейн для древесной массы.

V = (40,5. * (100 — 10) * 1 * 1,2) / (4,0 * 24) = 45,56 м³,

Принимаем V = 25 м³,

ф = (25 * 4,0 * 24) / (40,5. * (100 — 10) * 1,2) = 0,55 ч. = 33 мин,

4) Смесительный бассейн равен машинному бассейну.

V = (298,097 * (100 — 10) * 1 * 1,2) / (3,7 * 24) = 363 м³,

Принимаем V = 200 м³,

ф = (200 * 3,7 * 24) / (298,097 * (100 — 10) * 1,2) = 0,55 ч. = 33 мин.,

Обозначение на схеме РПО

1. Приёмный бассейн СФИ хвойной целлюлозы.

2. Бассейн размолотой СФИ хвойной целлюлозы.

3. Приёмный бассейн СФА хвойной целлюлозы.

4. Бассейн размолотой СФИ хвойной целлюлозы.

5. Приёмный бассейн древесной массы.

6. Смесительный бассейн. Смесительный бассейн.

7. Насос.

8. Регулятор композиции.

9. Машинный бассейн.

10. Бак постоянного напора.

11. Система вихревой очистки.

12. Бак деаэратор.

13. Узел двухступенчатого сортирования.

14. Дисковые мельницы.

химикат волокнистый полуфабрикат каолин

Список используемой литературы

1. Иванов С.Н."Технология бумаги". «Лесная промышленность», 1970 год

2. Шитов Ф. А. «Технология бумаги и картона». Учебник для средних проф.-техн. Училищ. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Высш. Школа», 1978. — 376 с. С ил.

3."Справочник бумажника", 3 том, Москва, 1960 год

4. Жудро С. Г., Технологическое проектирование целлюлозно-бумажных предприятий, Изд. 2-е переработ., «Лесная Промышленность», 1970, 224

5. «Государственные стандарты союза ССР, Бумага и бумажные изделия.» М. «Издательство стандартов», 1986. — 436.