Проект сушильной части бумагоделательной машины для выработки рисовальной бумаги

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова

факультет среднего профессионального образования

Колледж автоматизации лесопромышленного производства

Курсовой проект

по дисциплине «Оборудование переработки древесины»

ПРОЕКТ СУШИЛЬНОЙ ЧАСТИ БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ РИСОВАЛЬНОЙ БУМАГИ

Исполнитель Т-211 Суханова В.Р.

Руководитель Лоцманова Е. М.

Санкт-Петербург

2016

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Состав сушильной части БДМ

1.2 Принцип работы сушильной части БДМ

2. Расчёт сушильной части БДМ

2.1 Производительность БДМ

2.2 Расчёт количества бумагосушильных цилиндров и теплового баланса процесса сушки

2.3 Расчет тепла и пара на сушку

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Производство бумаги на бумагоделательной машине состоит из нескольких технологических стадий, одна из которых является процесс сушки полотна. После прессов остаточная влага из бумаги может быть удалена только сушкой с применением подогрева. Первые сушильные устройства бумагоделательных машин появились в двадцатых годах XIX столетия. С тех пор они непрерывно видоизменяются и совершенствуются. Не смотря на то, что сушка наиболее энергоемкая часть бумагоделательной машины, от нее зависит один из основных параметров качества бумаги - влажность.

Основу любой бумаги составляют волокна целлюлозы, которые могут быть получены из древесины, соломы, хлопка, тростника, конопли, риса или из макулатуры. Большинство используемой сегодня бумаги содержит смесь лиственных (береза, осина) и хвойных (ель, сосна) пород древесины.

Рисовальная бумага предназначается для выполнения рисунков акварелью, пастелью, карандашом или углем; выпускается по ГОСТ 7277-54 двух марок: марки В - высшего качества, марки О - обыкновенная. В зависимости от вида рисовальной бумаги, ее поверхность может быть гладкой, бархатистой, мелкозернистой, крупнозернистой, или при необходимости специально тисненной. Рисовальная бумага весом 80 г/м2имеет водяные знаки.

Целью курсовой работы является теоретическое и практическое изучение сушильной части бумагоделательной машины.

Исходя из цели, необходимо решить следующие задачи:

- изучить состав сушильной части бумагоделательной машины;

- изучить принцип работы сушильной части бумагоделательной машины;

- произвести расчёт сушильной части бумагоделательной машины.

1. Теоретическая часть

1.1 Состав сушильной части бумагоделательной машины

Сушильная часть имеет приемный цилиндр, два ряда бумагосушильных цилиндров несколько сукносушителей. В конце сушильной части установлен досушивающий цилиндр. Сушильная часть разбивается на группы. Каждая сушильная группа включает в верхнем и нижнем рядах несколько бумагосушильных цилиндров, не менее чем по одному сукносушильному цилиндру, натяжному, правительному и разгонному валику, несколько сукноведущих и бумаговедущих валиков и одно общее сукно. Каждая группа имеет самостоятельный привод от трансмиссии переменной скорости или от отдельного двигателя, допускающий независимый от остальных частей машины пуск и останов группы, а также самостоятельное регулирование скорости ее движения. Бумага после мокрых прессов заправляется на приемный цилиндр. Этот цилиндр не имеет сукна. Его на значение сводится к небольшому повышению температуры проходящей бумаги. Далее влажная бумага проходит по очереди каждый следующий нижний и каждый следующий верхний бумагосушильные цилиндры.

Основным элементом сушильной части является цилиндр. Он представляет собой пустотелый барабан, вращающийся вокруг горизонтальной оси. Насыщенный пар давлением более 0,07 МПа по трубе поступает внутрь цилиндра и заполняет его. Тепло пара передается стенке цилиндра и через нее -- бумаге, которая плотно охватывает приблизительно две трети поверхности цилиндра. Для повышения теплоотдачи от наружной стенки цилиндра к бумаге боковую поверхность цилиндра шлифуют и полируют. Цилиндры делаются из специального чугуна.

Ещё одним важным элементом многоцилиндровой сушильной части являются сетки и сукна, которые служат для транспортировки бумажного полотна и создания плотного контакта влажного бумажного полотна с нагретой поверхностью цилиндра. Сушильные сукна или сетки плотно прижимают бумажное полотно к нагретой поверхности цилиндров, тем самым обеспечивают хороший контакт между ними. Это предотвращает образование морщин и складок на поверхности бумажного полотна.

1.2 Принцип работы сушильной части

сушильный бумагоделательный машина

В сушильной части бумагоделательной машины бумажное полотно обезвоживается до конечной сухости равной 92 - 95 %. В процессе сушки удаляется 1,5 - 2,5 кг воды на 1 кг бумаги, что примерно в 50 - 100 раз меньше, чем на сеточной и прессовой частях машины. При сушке одновременно происходит дальнейшее уплотнение и сближение волокон. В результате повышается механическая прочность и гладкость бумаги. От режима сушки зависят объемная масса, впитывающая способность, воздухопроницаемость, прозрачность, усадка, влагопрочность, степень проклейки и окраска бумаги.

Сушка бумаги на сушильном цилиндре состоит из двух фаз: на нагретой поверхности цилиндра под сукном и на участке свободного хода, т. е. когда бумажное полотно переходит с одного цилиндра на другой. В первой фазе, под сукном, испаряется основное количество влаги: на тихоходных машинах до 80 - 85 %, на быстроходных до 60 - 75 % всей влаги, испаряемой в сушильной части машины. Во второй фазе, на участках свободного хода влага испаряется с обеих сторон бумаги за счет тепла, поглощенного бумагой в первой фазе сушки. При этом бумага в зависимости от скорости машины претерпевает понижение температуры на 4 - 15ОС. При падении температуры снижается скорость сушки, особенно на тихоходных машинах, так как на них падение температуры полотна бумаги больше, чем на быстроходных машинах. С повышением скорости машины количество испаряемой воды на участке свободного хода бумаги увеличивается. С уменьшением количества воды в бумажном полотне интенсивность сушки на свободном участке понижается.

Температуру сушильных цилиндров повышают постепенно, что способствует улучшению качества бумаги и завершению процесса проклейки. В конце сушильной части температуру поверхности цилиндров снижают, так как высокая температура при небольшой влажности бумаги действует на волокна разрушающе.

Мокрое бумажное полотно, направляемое с прессовой части бумагоделательной машины заправляется между нагретой поверхности первого сушильного цилиндра и сушильной сеткой (сукном). На начальном участке движения сушильная сетка (сукно) сопровождает высушиваемое полотно в свободном участке между верхними сушильными цилиндрами и нижними вакуумными валиками. Это является особенностью данной схемы заправки бумажного полотна. Такая заправка снижает опасность обрыва бумажного полотна.

Сушильные цилиндры герметично закрыты вентиляционным колпаком, из которого производится удаление отработанного влажного воздуха. Часть отработанного воздуха в теплоуловителе смешивается со свежим цеховым воздухом, нагревается в калорифере и по воздуховоду сушильного воздуха подается в сушильную часть БДМ через воздухораспределительные каналы. Отработанный и цеховой воздух, вода из скруббера, направляется на общеобменную вентиляцию цеха. Высушенное до кондиционной влажности бумажное полотно после обработки в каландре наматывается в рулон на накате.

2. Расчетная часть

Расчет сушильной части бумагоделательной машины

Данные для расчета

Бумага -- чертежная

В0 = 4200 мм -- обрезная ширина

V = 500 м/мин -- скорость БДМ

q = 120 г/м2 -- масса 1м2 вырабатываемой бумаги

w = 14 кг/м2*ч -- удельный съем воды с рабочей сушильной поверхности

Тк = 95% - конечная сухость бумаги (после сушильной части)

Тн = 42% - начальная сухость бумаги ( перед сушильной частью)

tн = 45оС - температура бумаги перед сушильной части

tк = 95оС - температура бумаги после сушильной части

t? = 95оС -- средняя температура полотна бумаги на свободных участках

tв = 85оС -- температура окружающего воздуха

tн1 = 95оС -- температура пара в первой сушильной

tн2 = 123оС -- температура пара в второй сушильной группы

tн3 = 115оС -- температура пара в третьей сушильной группы

вс = 0,6 -- коэффициент обхвата бумагосушильных цилиндров сеткой

вб = 0,63 -- коэффициент обхвата бумагосушильных цилиндров бумагой

д = 0,0275 м - толщина торцевой крышки цилиндра

д1 = 0,00035м -- толщина бумаги

д2 = 0,005м -- толщина сетки

дб = 0,025м - толщина боковой стенки сушильного цилиндра

л1 = 0,0465Вт/(м*град) -- коэффициент теплопроводности бумаги

л2 = 0,058 -- коэффициент теплопроводности сетки

л = 62,8 Вт/м2*град - коэффициент теплопроводности материала стенки, для чугуна

n1 = 15n/100шт -- число сушильных цилиндров в первой группе

n2 = 30n/1000шт -- число сушильных цилиндров во второй группе

n3 = 55n/100шт -- число сушильных цилиндров в третьей группе

2.1 Производительность БДМ.

Qч.брутто=0,06*BnVq, кг/ч

где: 0,06 -- коэффициент, учитывающий перевод граммов в килограммы и минуты в часы;

V -- скорость БДМ, м/мин;

q -- масса 1м2 вырабатываемой бумаги, г/м2

Bn -- не обрезная ширина бумаги, м

Bn=В0+100, мм

Bn=4200+100=4300мм=4,3м

Qч.брутто=0,06*4,3*500*120=15480кг/ч

Qс.брутто=(Qч.брутто/1000)*24, т/сут

Qс.брутто=(15480/1000)*24=371,52т/сут

Qс.н.=Qс.брутто*Кэф, т/сут

Qс.н=371,52*0,86=319,507т/сут

где: Кэф -- общий коэффициент использования БДМ (из таб. =0,86)

Qгод=Qс.н*Z,т/год

Qгод=319,507*345=110229,984т/год

где: Z -- количество дней работы БДМ в году по нормам проектирования, 345дней

2.2 Расчёт количества бумагосушильных цилиндров и теплового баланса процесса сушки

n=19,1*(V*q*(Тк-Тн))/d*б*Tн*w,шт

n=19,1*(500*0,12*(95-42))/1,5*0,65*42*14=106шт

где: б -- коэффициент обхвата сушильных цилиндров бумагой (от 0,60 до 0,67);

d -- диаметр бумагосушильных цилиндров = 1,5м;

q -- масса 1м2 вырабатываемой бумаги, кг;

w -- удельный съем воды с рабочей сушильной поверхности, кг/м2*ч;

Тк -- конечная сухость бумаги, %;

Тн -- начальная сухоть бумаги, %;

w принимаем [№] стр.605, таб.65.

2.3 Расчет тепла и пара на сушку

Общий расход тепла и пара на сушку бумаги

Qобщ.=Qпол.+Qпот., кДж/ч

Полезный расход тепла на сушку бумаги

Qпол.=G*C*(tk-tн)+Wн*Св*(tk-tн)+W*(i-Cв*tс), кДж/ч

где: G- масса абсолютно сухой бумаги, кг/ч;

С -- теплоемкость абсолютно сухой бумаги, кДж/кг*град (в пределах от 1,22 до 1,30);

tн и tk - температура бумаги перед и после сушильной части, оС

Wн -- масса воды в мокром полотне бумаги, поступающем на сушку, кг/ч;

Св -- теплоемкость воды =4,19 кДж/кг*град;

tc -- средняя температура сушки = tк, оС;

i -- теплосодержание пара, удаляемого из бумаги при средней температуре сушки = 2677,5 кг/ч

G=15480*0,95=14706кг/ч

Поступает на сушку влаги с бумагой:

Wн=G*((100-Тн)/Тн), кг/ч

Wн=14706*((100-42)/42)=20308,286кг/ч

Уходит влага с воздушносухой бумагой:

Wк=G*((100-Тк)/Тк), кг/ч

Wк=14706*((100-95)/95)=774кг/ч

W=Wн-Wк,кг/ч

W=20308,286-774=195304,286кг/ч

Qпол.=14706*1,25*(95-45)+20308,286*4,19*(95-45)+19534,286*(2677,5-95*4,19)=919,125+4254585,917+44527428,223=48782933,265кДж/ч

или 48782933,265/15480=3151,352кДж/кг

Потери тепла

Qпот=q1+q2+q3+q5+q7+q8+q9, кДж/ч

Свободными участками бумажного полотна

q1=3,6*Fб*б*(tб-tв), кДж/ч

где: Fб -- поверхность свободных участков бумажного полотна с двух сторон, м2

б -- коэффициент теплоотдачи бумаги по воздуху, Вт/(м2*град)

tб -- средняя температура полотна бумаги на свободных участках, оС

tв -- температура окружающего воздуха, оС

Fб=2*l*b*n, м2

Fб=2*1,2*4,3*106=1093,92м2

где: l -- длина свободного участка бумаги между цилиндрами (составляет от 1,1 до 1,2м, для сушильного цилиндра диаметром d=1,5м)

b - ширина бумажного полотна (условно принимается равной необрезной ширине бумаги на накате Bn)

Коэффициент теплоотдачи б может быть определен по эмпирической формуле:

б=5,58+3,95*V, Вт/(м2*град)

V=500м/мин=500/60=8,33м/с

б=5,58+3,95*8,33=38,5Вт/(м2*град)

q1=3,6*1093,92*38,5(95-85)=1516173,12кДж/ч

Свободными участками сушильных сеток

q2=3,6*Fс*б*(tб-tв), кДж/ч

Fс=2*Вс*[ Lс-(П*d*n* вб)], м2

Где: Вс-стандартная ширина сетки, м

Lс=d*n*k, м

Где: Lс - сушильная длина сетки, м

n - общее количество бумагосушильных цилиндров

k - опытный коэффициент = 5

Lс=1,5*106*5=795м

Fс=2*4,7*[795-(3,14*1,5*106*0,63)]=4660,559м2

Коэффициент теплоотдачи бопределяем по эмпирической формуле для шероховатой поверхности:

б=6,16+4,187*( V/60), Вт/м2*град

б =6,16+4,187*(500/60)=41,052Вт/м2*град

q2=3,6*4660,559*41,052*(95-85)=6887709,65

Днищами бумагосушильных цилиндров

q3=3,6*2*F*K[(tн1- tв)* n1+( tн2- tв)* n2+( tн3- tв)* n3], кДж/ч

где: F - торцевая поверхность одного цилиндра,м2

K - коэффициент теплопередачи пара воздуху через торцевую стенку цилиндра,Вт/м2*град

n1,n2,n3 - число сушильных цилиндров по группам (сушильная часть разбита на три сушильных группы)

n1=(106*15)/100=16шт

n2=(106*30)/100=32шт

n3=(106*55)/100=58шт

tн1,tн2,tн3 - температура пара в сушильных группах, оС

Коэффициент теплопередачи вычисляем по формуле:

K=1/(1/б1+ д/л+1/б2), Вт/м2*град

Где: б1 - коэффициент теплоотдачи от пара стенке сушильного цилиндра, 5815 Вт/м2*град

д - толщина торцевой крышки цилиндра, м

л - коэффициент теплопроводности материала стенки, для чугуна 62,8 Вт/м2*град

б2 - коэффициент теплоотдачи от торцевой стенки цилиндра воздуха, Вт/(м2*град)2

б2=5,58+3,95*v

v=500/(60*2)=4,167 - так как две торцевые поверхности

б2=5,58+3,95*4,167=22,05Вт/(м2*град)2

K=1/(1/5815+0,0275/62,8+1/22,05)=21,76Вт/м2*град

F=(П*d2)/2,м2

F=(3,14*1,52)/2=1,77м2

q3=3,6*2*1,77*21,76*[(95-85)*16+(123-85)*32+(115-85)*58]=864097,96кДж/ч

Открытой боковой поверхностью бумагосушильных цилиндров:

q5=3,6*К*П*d[(1-вб)*Bn+(1/вс)*(Bc-Bn)*[(tн1-tв)*n1+(tн2-tв)*n2+(tн3-tв)*n3], кДж/ч

Где: вс - коэффициент обхвата бумагосушильных цилиндров сеткой

вб - коэффициент обхвата бумагосушильных цилиндров бумагой

Bn - средняя ширина бумажного полотна, м

Bc - стандартная ширина сетки 4,7м

tв - температура окружающего воздуха, оС

Вычисляем коэффициент теплопередачи по формуле:

К=1/(1/б1+ дб/л+1/б2)

К=1/(1/5815+0,025/62,8+1/22,05)=21,77

q5=3,6*3,14*1,5*21,77*[(1-0,63)*4,3+(1-0,6)*(4,7-4,3)]*[(95-85)*16+(123-85)*32+(115-85)*58]=2014027,011кДж/ч

Боковой поверхностью бумагосушильных цилиндров, покрытой бумагой и сеткой:

q7=3,6*К*П*d*Bn*вб*[(tн1-tв)*n1+( tн2-tв)*n2+(tн3-tв)*n3], кДж/ч

К=1/(1/б1+дб/л+д1/л1+д2/л2+1/б2),Вт/м2*град

Где: д1 - толщина бумаги, м

л1 - коэффициент теплопроводности бумаги

д2 - толщина сетки, м

л2-коэффициент теплопроводности сетки

К=1/(1/5815+0,025/62,8+0,00035/0,0465+0,005/0,058+1/22,05)

=7,02кДж/ч

q7=3,6*7,02*3,14*1,5*4,3*0,63*[(95-85)*16+(123-85)*32+(115-85)*58]=1004769,78кДж/ч

Боковой поверхностью бумагосушильных цилиндров, покрытой сеткой, но не покрытой бумагой:

q8=3,6*К*П*d*Bn*(дб-дс)*[(tн1- tв)* n1+( tн2- tв)* n2+( tн3- tв)* n3], кДж/ч

К=1/(1/б1+ дб/л+д1/л1+1/б2),Вт/м2*град

К=1/(1/5815+0,025/62,8+0,00035/0,0465+1/22,05)=18,7кДж/ч

q8=3,6*18,7*3,14*1,5*4,3*(0,63-0,6)*[(95-85)*16+(123-85)*32+(115-85)*58]=127453,437кДж/ч

Боковой поверхностью бумагосушильных цилиндров, окрытой сеткой, но не покрытой бумагой:

q9=3,6*К*П*d*(Bc- Bn)*вс*[(tн1- tв)* n1+( tн2- tв)* n2+( tн3- tв)* n3], кДж/ч

К=1/(1/б1+ дб/л+д2/л2+1/б2),Вт/м2*град

К=1/(1/5815+0,025/62,8+0,005/0,058+1/22,05)=7,43Вт/м2*град

q9=3,6*7,43*3,14*1,5*(4,7-4,3)*0,6*[(95-85)*16+(123-85)*32+(115-85)*58]=94215,376кДж/ч

Общие потери при сушки составляют:

Qпот=q1+q2+q3+q5+q7+q8+q9,кДж/ч

Qпот=1516173,12+6887709,65+864097,96+2014027,011+1004769,78+127453,437+94215,376=12508446,334кДж/ч

12508446,334/15480=808,039кДж/кг

Qобщ.=Qпол.+Qпот., кДж/ч

Qобщ.=48782933,265+12508446,334=61291379,599кДж/ч

Или Qуд=61291379,599/15480=3959,391кДж/кг

Термическмй коэффициент полезного действия сушильной части машины ? равен:

?=(Qпол/Qобщ)*100%

?=(48782933,265/61291379,599)*100%=79%

Удельный расход пара:

Dуд=Qуд/(Iп-Ik),кг/кг бумаги

Где:Iп -энтальпия пара = 2708,44кДж

Ik - энтальпия конденсата = 502,42 кДж/кг

Dуд=3959,391/(2708,44-502,42)=1,8кг/кг бумаги

Заключение

В курсовой работе была изучена сушильная часть БДМ.

Также были решены поставленные задачи:

- изучен состав сушильной части бумагоделательной машины;

- изучен принцип работы сушильной части бумагоделательной машины;

- произведён расчёт сушильной части бумагоделательной машины.

В первой главе были изучены состав и принцип работы сушильной части бумагоделательной машины

Во второй главе удалось произвести расчёт сушильной части бумагоделательной машины, и оказалось, что исходя из высокого термического коэффициента полезного действия, который равен 79%, работа сушильной машины выгодна. Сушильная часть производит большое количество бумаги, её производительность составила 110229,984т/год. А удельный расход пара мал, он равен 1,8 кг пара/кг бумаги.

Список использованной литературы

1. Иванов С.Н. Технология бумаги. Издание 2-ое, перераб. Издательство «Лесная промышленность», 1970, 696 с.

2. Мазарский С.М., Малинский И.З., Эпштейн К.Ю. Оборудование целлюлозно-бумажного производства.М. - Лесная пром-сть,-1969. 452 с.

3. Соколова Л.М., Овдейчук В.П., Самсон М.В. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию технологических процессов целлюлозно-бумажного производства: Учебное пособие для техникумов. - М. «Лесная промышленность» - 1982, 160 с.

4. Технология целлюлозно-бумажного производства. Справочные материалы. Санкт-Петербург. Изд-во СПбЛТА. Том 1. часть 1. 2002г.420 с.

5. Технология целлюлозно-бумажного производства. Справочные материалы. Санкт-Петербург. Изд-во СПбЛТА. Том 1. Часть 2. 2003г.. 632 с.

Размещено на Allbest.ru

...