Производство химико-термомеханической массы из осиновой древесины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования РФ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Кафедра ТЦБП

Группа ТЦБП-09

КУРСОВАЯ РАБОТА

Расчетно-пояснительная записка

Тема: Производство химико-термомеханической массы из осиновой древесины.

Выполнил: Безматерных А. А.

Проверил: Хакимова Ф. Х.

Пермь

2013



Содержание

Введение

1. Характеристики сырья и готовой массы

2. Описание технологической схемы

3. Расчет баланса воды и волокна

4. Основные технико-экономические показатели

Список литературы



Введение

Древесная (механическая) масса - волокнистый полуфабрикат сверхвысокого выхода (85-97%), получаемый путём истирания древесины на дефибрёре или размола щепы в дисковых мельницах.

Древесная масса является основным компонентом газетной бумаги и широко используется в композиции других видов бумаги для печати и в бумагах санитарно-бытового назначения.

Повышение содержания древесной (механической) массы в композиции бумаги для печати, в том числе и газетной, позволяет экономить не только дорогостоящую целлюлозу, но и улучшить печатные свойства бумаги.

В последние годы бурно развивается производство древесной массы из щепы в дисковых мельницах: термомеханической, химико-термомеханической, химико-механической и т.п. Объясняется это расширением сырьевой базы целлюлозно-бумажной промышленности за счет использования щепы из нестандартной и короткомерной балансовой древесины, отходов лесопиления и деревообработки и древесины лиственных пород. Технологический процесс производства ДМ из щепы на современных дисковых мельницах более совершенен, обуславливает высокий уровень автоматизации и обеспечивает получение массы с лучшими показателями качества, что позволяет увеличивать её количество в композиции бумаги взамен дорогостоящей целлюлозы. Считается, что в перспективе древесная масса из щепы полностью вытеснит дефибрёрную древесную массу. Однако производство древесной массы из щепы связано с весьма высоким удельным расходом энергии, и резкий рост стоимости энергии в последние годы может внести определенные коррективы в эти тенденции.

В балансе волокнистых полуфабрикатов, произведенных на предприятиях России, механическая масса составляет более 20%.



1. Характеристики сырья и готовой массы

Характеристика сырья:

Весь процесс производства различных видов ДМ из щепы можно укрупнено разбить на 3 стадии - подготовку древесины, получение массы и её обработку.

В первую стадию производства входят: доставка сырья на предприятие; подготовка его к размолу, включая промывку и другие операции, способствующие получению массы необходимого качества. Если при производстве целлюлозы влияние качества древесины можно в какой то мере отрегулировать изменением параметров технологического процесса, расходом химикатов, то в производстве ТММ, ХТММ, ХММ имеет место прямая связь между качеством сырья и готового полуфабриката.

На качество ДМ из щепы влияют порода древесины, её химический состав и морфология, плотность, влажность, размер технологической щепы, содержание коры и гнили, возраст древесины.

Наиболее качественную ДМ получают из древесины ели. Древесина сосны дает массу с худшими свойствами, а энергии на размол и химикатов на отбелку при этом затрачивается больше. ДМ из пихты занимает промежуточное положение между ДМ из ели и сосны.

ХТММ и ХММ получают как из хвойной, так и из лиственной древесины (осина, тополь, берёза, клён, бук и др.). Целесообразность использования лиственной древесины в производстве ДМ обусловлена, во-первых, значительными её запасами (свыше 65% лесных ресурсов мира приходится на долю лиственной древесины), во-вторых, положительным влиянием волокон лиственной древесины на процесс формования бумаги и ряд её показателей качества - непрозрачность, сомкнутость поверхности, печатные свойства и др. Однако расход энергии на размол щепы из лиственных пород древесины выше, чем хвойных пород.

Плотность древесины зависит от содержания поздней и ранней древесины (колебания плотности сосны 348-401 кг/м3, лиственницы 486-537 кг/м3, берёзы 464-527 кг/м3, ели 337-400 кг/м3).

Древесина высокой плотности требует большего расхода энергии и при прочих условиях дает полуфабрикат меньшей прочности. В производстве ДМ из щепы важно так же постоянство плотности подаваемой на размол щепы.

Влажность щепы должна быть 30% и более, т.е. выше точки насыщения волокон водой. Оптимальная влажность щепы обеспечивается использованием свежесрубленной древесины или предварительным сжатием с последующим насыщением водой. Для поддержания необходимой влажности в древесно-подготовительном цехе предусматривается орошение балансов. В настоящее время внедряется транспортировка щепы насосами, что увеличивает продолжительность пропитки древесины водой.

Размеры щепы (оптимальные): толщина от 3,5 до 6,0 мм, длинна 15-35 мм.

Очень важна однородность щепы по размеру. Крупная щепа вызывает неравномерный нагрев щепы и увеличивает расход энергии, затрудняет подачу щепы в дисковую мельницу. Мелкая щепа засорена корой, песком, содержит больше экстрактивных веществ, увеличивает костричность получаемой массы, снижает её белизну.

Необходимо следить за содержанием коры и гнили в щепе. Наличие коры в щепе повышает сорность массы, снижает белизну, увеличивает содержание костры, ухудшает механические показатели массы. Повреждение древесины гнилью заметно снижает выход и качество массы.

Наилучшим сырьём для производства всех видов механической массы является свежесрубленная древесина ели, из которой получаются ВПВВ с наилучшим сочетанием механической прочности и оптических свойств. Эти полуфабрикаты занимают ведущее положение в композиции основных видов бумаги для печати.

Характеристика готовой массы:

В процессе получения ХТММ из еловой древесины во время пропарки щепы или при размоле используются химикаты, главным образом сульфит натрия.

Выход химико-термомеханической массы несколько ниже, чем термомеханической, но получаемая масса характеризуется максимальной, по сравнению с другими видами древесной массы, полученными из того же сырья, длиной волокна, повышенной белизной и при формировании бумаги дает лист с более равномерной структурой.

При получении ХТММ важнейшим фактором является степень химического воздействия на древесное сырьё, показателем которого служит выход массы (88-96%).

Основной реакцией при обработке щепы или полумассы сульфитом является сульфонирование лигнина, приводящее к повышению гидрофильности, снижению температуры его размягчения, получению более гибких и пластичных волокон.

С повышением степени сульфонирования качество получаемой массы улучшается: повышается содержание длинноволокнистой фракции, увеличивается гибкость и пластичность этой фракции, соответственно возрастают межволоконные связи при формировании бумажного листа и растёт её разрывная длина.

Использование химических реагентов при производстве ХТММ обеспечивает более высокую белизну полуфабриката, и значительно снижает содержание экстрактивных веществ.

ХТММ низкой степени помола с большей долей длинноволокнистой фракции и незначительным содержанием экстрактивных веществ используется в композиции бумаги для санитарно-бытового назначения.

Широкое применение находит ХТММ в композиции различных видов картона. Коробочному картону механическая масса придает жёсткость и пухлость. ХТММ считается наилучшим полуфабрикатом для среднего слоя упаковочного картона, благодаря низкому содержанию экстрактивных веществ, что особенно важно для упаковки пищевых продуктов (упаковочные материалы не должны содержать компонентов с неприятным запахом).

ХТММ может быть использована в композиции газетной, журнальной и лёгкой мелованной бумаги. Газетная бумага из ХТММ по своим свойствам аналогична газетной бумаге стандартной композиции (20% целлюлозы + 80% ДДМ).

Таблица 1.1 - Показатели качества различных видов древесной массы из хвойной древесины (степень помола 700 ШР).

Показатели качества	ДДМ	РДМ	ТММ	ХТММ
Разрывная длина, м	2800	3000	3800	5500-7500
Показатели сопротивления раздиранию, мН	35	60	75	80-100
Коэффициент светорассеяния, см2/г	670	630	600	300-540
Белизна, %	64	61	60	55-65

2. Описание технологической схемы

Технологическая схема получения небеленой ХТММ из осиновой древесины приведена на рисунке 2.1.

Для получения химико-термомеханической массы щепа из наземного бункера пневмотранспортном подается в приемный бункер щепы (1). Из бункера щепа виброразгружателем, находящимся на дне бункера, разгружается на шнековый транспортер (2) и далее поступает на промывку в промыватель щепы (3). В промывателе щепа промывается водой с температурой 60-70 0С. Тяжелые частицы, камни оседают на дно ванны промывателя и периодически удаляются. Промытая щепа из ванны поступает на дренирующий конвейер (4), где она обезвоживается. Вода от промывки щепы собирается в баке оборотной воды (5). Из этого бака вода подаётся на очиститель (7), где происходит очистка её от песка и минеральных примесей. Очищенная вода после подогрева в теплообменнике (9) до 60-700C вновь направляется на промывку щепы.

Промытая щепа влажностью 40% поступает в бункер с "живым дном" для хранения щепы (10). Затем щепа поступает для пропитки раствором Na2SO3 в импрегнатор "ПРЕКС" (11). Далее щепа поступает в ёмкость для предварительной обработки (скоростной варки) (12). После пропарки щепа влажностью 50-60%, шнековым конвейером через пароотделитель подаётся на шнековый питатель, который подаёт щепу непосредственно в дисковую мельницу 1-й ступени (13), где щепа размалывается под давлением ~0,25 МПа. Из дисковой мельницы 1-й ступени масса за счет давления пара, образующегося в дисковой мельнице, выдувается в циклон (14). Пар из циклона направляется на рекуперацию, а масса шнековым питателем подается на распределительный конвейер 2-й ступени размола. Шнековым питателем масса подается в зону размола дисковой мельницы 2-й ступени (16). Размол на этой ступени осуществляется при атмосферном давлении.

ХТММ после размола поступает в бассейн массы после рафинёров (17), куда для разбавления подается оборотная вода со сгустителя и из бака оборотной воды (31). Далее масса поступает в бассейн "латенсии" (18), где выдерживается в течение 1,0-1,5 часа при температуре 70-800С для снятия латентности. Из бассейна "латенсии" ХТММ, предварительно разбавленная в

Обозначения к технологической схеме:

1 - бункер щепы;

2 - шнековый транспортер;

3 - промыватель;

4 - дренирующий конвейер;

5 - бак оборотной воды;

6 - отвал;

7 - очиститель;

8 - насос подачи промывной воды в очиститель;

9 - теплообменник;

10 - ёмкость для хранения щепы с подвижным дном;

11 - импрегнатор "ПРЕКС";

12 - ёмкость для предварительной обработки (скоростной варки);

13 - дисковая мельница 1-й ступени;

14 - циклон;

15 - барометрический конденсатор;

16 - дисковая мельница 2-й ступени;

17 - сборник массы после рафинеров;

18 - бассейн "латенсии";

19 - сборник для разбавления;

20 - центриклинеры 1-й ступени;

21 - дисковый фильтр;

22 - центриклинеры 2-й ступени;

23 - центриклинеры 3-й ступени;

24 - сток;

25 - насос высокой концентрации;

26 - двухбарабанный пресс сгуститель;

27 - сортировка;

28 - сборник отсортированной массы;

29 - бассейн отходов сортирования;

30 - бассейн высокой концентрации;

31 - сборник оборотной воды;

32 - желоб отходов 1-й ступени центриклинеров;

33 - желоб отходов 2-й ступени центриклинеров.

сборнике (19), подается на сортировку (27). Отсортированная масса направляется в сборник отсортированной массы (28), а отходы в бассейн отходов (29). Из бассейна отходы поступают на двухбарабанный сгуститель (26), где сгущается до концентрации 28% и направляются в дисковые мельницы 2-ой ступени размола основного потока.

Из сборника отсортированной массы ХТММ центробежным насосом подается для дополнительной очистки от песка и минеральных включений на трехступенчатую установку центриклинеров (20, 22, 23). Очищенная масса направляется на дисковый фильтр (21) для сгущения, а затем насосом высокой концентрации (25) направляется в бассейн высокой концентрации. Отходы 3-й ступени центриклинеров уходят в сток. Оборотная вода с дискового фильтра используется для разбавления массы в потоке.

3. Расчет баланса воды и волокна

Баланс воды и волокна составляется в расчете на 1 т воздушно-сухой массы, или на 880 кг абсолютно сухой массы. Составление балансов позволяет определить основные потоки массы, воды и волокна и его безвозвратные потери.

Таблица 3.1 - Исходные данные для расчета баланса воды и волокна

Влажность щепы, %	45
Концентрация оборотной воды, %:
с дискового фильтра	0,03
с 2-х барабанного пресса	0,06
Концентрация массы, %:
после дисковых мельниц 1-й ступени	35
после дисковых мельниц 2-й ступени	30
в бассейне "латенсии"	4
перед сортировками	1,8
отходов сортирования	2,8
перед дисковым фильтром	0,45-0,5
сгущённой	10
перед центриклинерами 1,2 и 3-й ступени	0,45-0,55
очищенной после центриклинеров	0,45-0,5
отходов после центриклинеров	2,0
сгущённых отходов сортирования	35
Температура щепы или массы, 0С:
после промывки	50
после пропитки	50
после пропарки (скоростной варки)	135
поступающей в циклон	135
выходящей из циклона	100
в бассейне "латенсии"	60-70
Степень помола, 0ШР:
после размола 1-й ступени	30-40
после размола 2-й ступени	50-65
Количество отходов, % от поступающей массы:
от 1-й ступени центриклинеров	13-15
от 2-й ступени центриклинеров	13-15
от 3-й ступени центриклинеров	13-15
Потери, % от поступающей щепы или массы:
при промывке щепы	0,3
при пропарке (скоростной варке)	3,0
при размоле	3,0
Расход Na2SO3, % от абсолютно сухого волокна	4,0
Концентрация раствора Na2SO3, г/л	200

Для расчета принимаем следующие обозначения:

М - масса, кг;

А - абсолютно сухое волокно, кг;

В - вода, кг;

К - концентрация массы и оборотной воды, %.

Расчетные формулы:

На бумажную фабрику поступает 880 кг абсолютно сухого волокна при концентрации 3,5%. С ним поступает воды:

Массы:

Для проведения расчетов на рисунке 3.1 приведена принципиальная схема получения ХТММ их осиновой древесины.

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	875,08	7875,74	8750,82
	4,91	16387,13	16392,04
Итого	879,99	24262,87	25142,86
Расход	880,00	24262,86	25142,86

Дисковый фильтр

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	929,74	185018,51	185948,25
	-	5000,00	5000,00
Итого	929,74	190018,51	190948,25
Расход	875,08	7875,74	8750,82
	54,66	182142,77	182197,43
Итого	929,74	190018,51	190948,25

Центриклинеры 3-й ступени

Количество отходов от 3-й ступени центриклинеров принимаем 0,5% от выработки или 15% от поступающего волокна.

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Расход	20,5	4286,77	4307,27
	4,4	215,6	220
Итого	24,9	4502,37	4527,27

Желоб отходов 2-й ступени центриклинеров

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	23,9	1171,12	1195,02
	1,0	3331,25	3332,25
Итого	24,9	4502,37	4527,27

Центриклинеры 2-й ступени

Количество отходов от 2-й ступени центриклинеров принимаем 15% от поступающего волокна.

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Расход	135,43	26950,57	27086
	23,9	1171,12	1195,02
Итого	159,33	28121,69	28281,02

Желоб отходов 1-й ступени центриклинеров

Проверка:



	Волокно	Вода	Масса
Приход	133,65	6548,83	6682,48
	20,5	4286,77	4307,27
	5,19	17286,08	17291,27
Итого	159,34	28121,68	28281,02

Центриклинеры 1-й ступени

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Расход	929,74	185018,51	185948,25
	133,65	6548,83	6682,48
Итого	1063,39	191567,34	192630,73

Сборник отсортированной массы

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	905,39	89633,60	90538,99
	135,43	26950,57	27086
	22,57	74983,17	75005,74
Итого	1063,39	191567,34	192630,73

Сортировка

Проверка:



	Волокно	Вода	Масса
Приход	1120,83	61147,7	62268,53
	10,91	36343,48	36354,39
Итого	1131,74	97491,18	98622,92
Расход	905,39	89633,60	90538,99
	226,35	7857,58	8083,93
Итого	1131,74	97491,18	98622,92

Бассейн отходов

Сгуститель отходов

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	226,35	7857,58	8083,93
	-	1000	1000
Итого	226,35	8857,58	9083,93
Расход	221,28	410,95	632,23
	5,07	8446,63	8451,7
Итого	226,35	8857,58	9083,93

Желоб разбавления массы перед сортировками

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	1110,48	26651,56	27762,04
	10,35	34496,14	34506,49
Итого	1120,83	61147,7	62268,53

Бассейн "латенсии"

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	1108,81	21067,31	22176,12
	1,68	5584,24	5585,92
Итого	1110,49	26651,55	27762,04

Бассейн массы после рафинеров

Найдем состав условного потока 5 ( из потоков 2 и 3):

Тогда рассчитываемый

узел примет вид:

Проверка: сырье волокно бумага печать

	Волокно	Вода	Масса
Приход	1100,43	2567,66	3668,09
	3,31	10053,02	10056,33
	5,07	8446,63	8451,7
Итого	1108,81	21067,31	22176,12

Дисковая мельница 2-й ступени

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	879,15	2156,71	3035,86
	221,28	410,95	632,23
Итого	1100,43	2567,66	3668,09

Циклон

Количество выделяющегося пара рассчитывается по формуле:

где t1 - температура поступающей массы, 0С;

t2 - температура массы в циклоне, 0С;

in - энтальпия пара, ккал/кг;

Спр - приведенная теплоемкость пара, ккал/0С;

где Своды - теплоемкость воды, ккал/кг*0С;

Свол - теплоемкость волокна, ккал/кг*0С;

A - масса абсолютно сухого волокна, кг;

K - концентрация массы, %;

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	879,15	1632,71	2511,86
	-	682	682
Итого	879,15	2314,71	3193,86
Расход	879,15	2156,71	3035,86
	-	158	158
Итого	879,15	2314,71	3193,86

Дисковая мельница 1-й ступени

Потери волокна при размоле:

Волокна поступит в дисковую мельницу:

Определим количество паров вскипания:

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	906,34	1107,75	2014,09
	-	524,96	524,96
Итого	906,34	1632,71	2539,05
Расход	879,15	1632,71	2511,86
	27,19	-	27,19
Итого	906,34	1632,71	2539,05

Пропарочная камера(скоростная варка)

Потери при размоле составят:

Тогда на скоростную варку поступит волокна:

Рассчитаем тепло, необходимое для нагрева щепы от 50 до 135 0C:

где Gщ - масса абсолютно сухой щепы, кг;

Gв - масса воды поступающей со щепой, кг;

Сщ - теплоемкость щепы, ккал/кг*0С;

Св - теплоемкость воды, ккал/кг*0С;

Тогда расход пара на пропарку составит:

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	934,37	872,48	1806,85
	-	235,27	235,27
Итого	934,37	1107,75	2042,12
Расход	906,34	1107,75	2014,09
	28,03	-	28,03
Итого	934,37	1107,75	2042,12

Пропитка щепы (импрегнатор "ПРЕКС")

Определим расход Na2SO3:

Раствора Na2SO3 концентрацией 200 г/л:

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	934,37	685,63	1620,0
	-	186,85	186,85
Итого	934,37	872,48	1806,85



Промывка щепы

Потери при промывке составят:

Проверка:

	Волокно	Вода	Масса
Приход	937,18	687,61	1624,79
	-	2000	2000
Итого	937,18	2687,61	3624,79
Расход	934,37	685,63	1620,0
	-	2001,98	2001,98
	2,81	-	2,81
Итого	937,18	2687,61	3624,79

Таблица 3.2 - Баланс оборотной воды

Приход	Расход
статьи	масса, кг	статьи	масса, кг
С дискового фильтра	182197,43	В бассейн массы после рафинеров	10056,33
		В бассейн "латенсии"	5585,92
		На разбавление перед сортированием	34506,49
		В сортировки	36354,39
		В сборник отсортированной массы	75005,74
		В желоб отходов 1-й ступени центриклинеров	17291,27
		В желоб отходов 2-й ступени центриклинеров	3332,25
		В бассейн высокой концентрации	16392,04
		Итого	198524,43

Недостаток оборотной воды:

198524,43 - 182197,43 = 16327,0 кг

Волокна в этой воде:

Поэтому оборотную воду в бассейн высокой концентрации следует подать из бумажной фабрики.

Таблица 3.2 - Баланс оборотной воды

Приход	Расход
статьи	масса, кг	статьи	масса, кг
С щепой на промывку	937,18	На бумажную фабрику	880,0
С оборотной водой из бумажной фабрики	4,9	Отходы с центриклинеров	4,4
		Механические потери при промывке щепы	2,81
		Химические потери:
		при пропарке	28,03
		при размоле	27,19
Итого	942,08	Итого	942,43

Выход ХТММ:

Расход древесины на производство 1 т воздушно-сухой ХТММ:

где кг/м3 - плотность древесины осины при влажности 45%.

Расход свежей воды:

на дисковый фильтр..5000 л

на двухбарабанный пресс-сгуститель.1000 л

в дисковые мельницы 1-й ступени524,96 л

в циклон.695,4 л

на промывку щепы.2000 л

Всего ..9220,36 л = 9,2 м3



4. Основные технико-экономические показатели

Выход ХТММ..93,41 %

Расход балансов на 1 т воздушно-сухой ХТММ... пл. м3

Расход свежей воды.9,2 м3

Расход Na2SO3 на пропитку, 100%-ного37,37 кг

Расход пара..235,27 кг

Расход эл. энергии..2000 КВт*ч/т[5]



Список литературы

1. Шамко В.Е. Полуфабрикаты высокого выхода. М.: Пром-сть, 1989, 316с.

2. Хакимова Ф.Х. Современное производство древесной массы: Конспект лекций/Перм. Гос. Техн. ун-т. Пермь, 1993, 122с.

3. Пузырёв С.С. Современная технология механической массы. В 2-х томах. С.-Петербургский гос. Техн. ун-т. Т.2, 1996, 235с.

4. Производство механической массы из шепы. Технологические расчеты: Метод. пособие по курсовому и дипломному проектированию для студ. Спец. "Технология химической переработки древесины"./Сост.

Ф.Х. Хакимова, Т.Н. Ковтун; гос. Техн. ун-т. Пермь, 58с.

5. Жудро С.Г. Проектирование целлюлозно-бумажных предприятий. 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Лесн. пром-сть, 1981, - 74с.

Размещено на Allbest.ru

...