日产50吨牛皮包装纸车间工艺设计.docx
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日产50吨牛皮包装纸车间工艺设计
课程设计
日产50吨牛皮包装纸工艺设计
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2)附件:
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3)其它
1概述
1.1设计任务
1.2设计范围
1.3项目规模
1.4产品方案
1.5生产工艺的先进性和可靠性
1.6主要经济指标
2工艺设计
2.1生产方法
2.1.1纤维原料
2.1.2生产方法总述
2.1.3生产流程
2.1.4工艺参数
3浆水平衡计算
4设备选型
日产50吨牛皮包装纸车间工艺设计
1.概述
1.1设计任务
日产50吨牛皮包装纸造纸车间工艺设计(重点抄造工艺)
1.2设计范围
(1)对日产50吨牛皮包装纸造纸车间的生产方法、工艺流程、工艺参数进行比较论证及合理的确定。
(2)进行浆水平计算。
(3)合理进行设备选型。
1.3项目规模
日产50吨牛皮包装纸
1.4产品方案
本车间生产牛皮包装纸,定量范围在40~120g/m2,本厂以定量100g/m2设计。
选用针叶浆和阔叶浆混合操造工艺,针叶浆80%,阔叶浆20%。
重点解决纤维原料的选择、打浆、上网成形、压榨、干燥、纸张整饰等生产工艺及过程控制。
1.5生产工艺的先进性和可靠性
本次设计所生产的牛皮包装纸,以针叶浆为主,并与阔叶浆按一定比例配比,配比比例8:
2。
使用阔叶浆可节约采购成本,但是对牛皮纸的白度不做要求,因此不添加漂白阶段,采用购买浆板即可,在保证质量的情况下增加了纸浆的得率,节约生产成本。
1.6主要经济指标
表1牛皮纸技术指标
序号
指标
单位
数值
1
纸种
牛皮包装纸
2
定量
g/m2
100
3
产量
t/d
50
4
日工作时数
h
21
5
年工作日数
d
340
6
抄造率
%
97
7
成品率
%
95
8
原料配比
%
商品针叶浆
%
70
商品阔叶浆
%
30
9
用浆量
Kg/t纸
965.5296
商品针叶浆
Kg/t纸
657.8707
商品阔叶浆
Kg/t纸
289.6589
10
白色松香胶用量
Kg/t纸
15
11
阳离子松香胶用量
Kg/t纸
3
12
聚乙烯醇用量
Kg/t纸
5
13
改性淀粉用量
Kg/t纸
30
氧化淀粉用量
Kg/t纸
5
14
耗汽量
Kg/t纸
4414
15
清水用量
Kg/t纸
75580
16
用电量
度/t纸
705.72
17
烘缸出力
Kg/m2h
12.1382
18
基建投资
万元
13224
19
投资回报期
年
23.67
2工艺设计
2.1生产方法
2.1.1纤维原料
纤维原料的质量对成纸起到决定性的作用,牛皮纸的优点是有良好的物理强度。
硫酸盐法针叶浆在操造成纸后体现了良好的物理强度,而阔叶浆纤维短,在成纸的匀度及平整度优于针叶浆。
若需要拥有良好的物理强度和良好的纸面性能,采用针叶浆和阔叶浆的混合操造工艺,针叶浆70%,阔叶浆30%。
以此配比所得到的纸张在成纸强度和表面匀度平滑度都能得到良好的体现,同时节约了成本。
表2牛皮纸的质量指标
指标名称
单位
指标
定量
g/m2
(40~100)±5%
耐破指数
Kpa·m2/g
≥3
撕裂指数(纵向)
mN·m2/g
≥8.5
表面吸水性
g/m2
≤40
平滑度(正面)
%
≥8
交货水分
%
9±2
2.1.2生产方法总述
将针叶浆和阔叶浆料分别用双盘磨打浆至指定打浆度后,按比例在中混合仓混合,并在混合仓中加入一定量的分散松香胶,在配料池中加入矾土液,送入高位箱后输送至成浆池,再经过冲浆泵冲浆稀释,采用一级三段锥形除砂器净化除去密度大的杂质,压力筛筛除大尺寸的杂质。
本设计采用长网多烘缸纸机抄造,在造纸过程中采用真空引纸,采用四辊三压区加正压榨。
浓白水完全回用,多余的稀白水送白水回收系统。
2.1.3生产流程
(1)工艺流程方框图(见附图1)
(2)工艺流程分述
[1]打浆
牛皮包装纸作为一种重要的包装材料,对产品起保护作用。
而打浆是牛皮纸生产过程中非常重要的一道工序,浆料的打浆状况直接影响产品质量。
牛皮纸要求具有较高的强度,理论上要求选用针叶木长纤维原料进行生产,但是考虑到我国原料及生产的成本等因素,采用针叶阔叶按一定比例混合抄造。
为了提高牛皮纸的纸张强度,优化打浆工艺师一项重要的措施。
一般而言,要提高成纸的物理强度、纸张的匀度和平整度,需要适当提高浆料的打浆度,而要保持其良好的透气度和较低的进度,打浆度又不能太高,由于牛皮纸要求低紧度高透气性,又与高物理强度、匀度和平整度相互制约,因此在打浆过程中找到平衡点至关重要。
经φ450双盘磨打浆,打浆浓度3.3%~4.0%,打浆度28~32°SR,PH值6.8,湿重12~15g,尽量保持纤维长度,使抄造的产品强度大,透气性好和变形小,同时具有较低的紧度,使手感较厚。
在打浆方式、工艺上,对针叶木纤维采取重刀快打,利于切断;阔叶木纤维轻刀慢打,帮助纤维分丝帚化。
实际中我们浆长、短纤维分开磨浆,并此案去不同的磨浆方式与工艺。
长纤维游离打浆,通过降低湿重来提高叩解度;短纤维粘状打浆,湿重进了能少的降低,通过帚化提高叩解度。
让针叶木纤维偏浓度下限打浆,阔叶木纤维浓度上限磨浆。
[2]加填与助剂
浆中加人适量的填料和助剂,可以提高牛皮纸的各项指标,但要注意各种助剂的相容性,浆料的值和各种助剂所要求的值的范围是否满足要求,以及各种助剂的针对性。
不能盲目的加人各种助剂,重复助剂效应,降低助剂的使用效果,恶化浆料,影响白水回收。
所以本设计中的所加入的填料和助剂都是经过严格考虑的。
设计中的牛皮纸采用浆内施胶,不但可以提高纸的抗水性能。
内施教胶使用的是白色松香胶,这也是目前国内最普遍使用的一种内部施胶方法。
制备过程包括敖胶、乳化和稀释三个步骤。
施胶程序为先加胶料,再加硫酸铝,最后加填料。
施胶方法是连续式施胶,因这种施胶方法自动化程度大,可以节省劳动力。
施胶方法是连续式施胶,因这种施胶方法自动化程度大,可以节省劳动力。
胶料在针叶浆与阔叶浆的混合池中加入,而其沉淀剂矾土则在配料池中加入。
施胶过程中的pH的控制对施胶效果的影响是很大的,主要是关系到硫酸铝沉淀剂在施胶过程中是以什么形式存在的问题。
六合铝离子有利于提高是施胶效应,因此控制施胶pH为4-5,使硫酸铝在施胶过程中以六和铝离子的形式存在。
淀粉在本厂的生产中有三个主要的用途:
浆料中加入阳离子增强淀粉不但能提高纸张的强度,而且有助于提高纸张的耐折性能。
在纸浆上网工段,每层浆料间应采用喷淋淀粉,可提高每层纸浆的结合强度和成纸的挺度,但过量使用会造成湿部压花和粘辊,网部滤水差影响纸机车速。
因助留、助滤剂在提高填料和细小纤维的留着,减少流失改善白水循环,减少污染以及改善纸页的两面性,提高纸张的印刷性能方面有重要作用,所以在白卡纸的生产过程中加入了助留、助滤剂——阳离子型聚丙烯酰胺(PAM)。
PAM兼有留着、滤水和凝聚三重作用。
[3]浆料的净化和精选
浆料在打浆、加填、施胶、贮存及输送过程中都不可避免地会带入一些杂质,这些杂质按特性可分为两类:
一是密度大的,如铁屑,砂粒等,它们质硬,对设备的磨损非常严重;一是尺寸大的,如纤维束,浆团等。
这些杂质存在于浆料之中将会影响到产品质量和纸机的抄造性能及设备的使用寿命,因此在纸料上网前必须将它们除去。
在本设计中采用一级三段锥形除渣器来除去密度大的杂质,使用压力筛除去尺寸大的杂质。
[4]流浆箱
作为纸料流送系统和纸页成形系统结合部的流浆箱是造纸机的第一部分,也是最重要的部分,所以选择与设计合适的流浆箱显得尤为重要。
根据作用原理不同,流浆箱有阶梯扩散式和管束式。
阶梯扩散主要靠扩散产生的涡流碎解浆团,适用车速范围较广;而管束式流箱,主要靠流速加快产生的湍流来碎解浆团,更适合于略高的车速。
对于本厂来说,设计车速较低,所以选择阶梯扩散式流浆箱。
为了减少横幅定量差,采用稀释水浓度控制技术的流浆箱,通过在堰板全横向的小范围内改变浆料的浓度,可以控制纸机横向的定量波动,避免采用唇板调节所带来的偏流和横流问题。
纸张的纵、横向物理指标比,可通过控制浆网速比来调节,生产过程中我们控制浆速比在0.98~1。
同时,为了保证流浆箱中纸浆上网的均匀与统一,三个流浆箱的进浆管都是由粗变细,而且设有回流,回流量为5%-15%。
[5]网部脱水
在成型脱水段的原件主要有案辊和案板,在本设计中采用案辊脱水是因为:
纸料在经过案辊时,湿纸页会经受两次垂直方向压力脉冲的变化,使纸页产生扰动。
对于本设计中的低速纸机,这种扰动比较缓和,能促进纸料中纤维分散,减少纤维絮聚,提高纸页的匀度,对纸页的成形有利。
在高压差脱水段采用真空吸水箱和伏辊以强制脱水,真空箱分为整合合前和整合后两组。
[6]引纸
从网部到压榨部的的引纸方式常用的有开放引纸和真空引纸。
对于中低速纸机,使用开放引纸即可满足要求,而且结构简单,操作方便。
但考虑到以后随着企业的发展,工厂会增加产能。
而随着车速的提高,会由于引纸过程中湿纸受到牵引力增大而引起纸页断头,采用一般引纸辊引纸又会导致纸页出现褶皱,真空引纸可以解决这一问题。
虽然真空引纸需配真空装置,结构有些复杂,但由于在引纸过程中湿纸受到的牵引力大大减少,断头次数也会相应地减少,因此长远考虑,应使用真空引纸。
[7]压榨
纸张的透气性、紧度和平滑度与压榨工艺密切相关。
压榨的重要影响是降低纸页的孔隙度,从而降低成纸透气性,提高吸水度,提高紧度;纸张的透气性和紧度都随着压榨压力的加大和压榨时间的延长而呈最快速增长趋势,而纸张的物理强度也能得到提高,对牛皮纸而言,最重要的是具有较高的物理强度,此外还应该对制浆的匀度、透气性、紧度及表面质量等方面进行考虑。
故压榨形式采用四辊三压区+正压榨的压榨工艺,在生产过程中使用光泽压榨,可提高这也的光泽度和平滑度。
[8]干燥
纸页在干燥过程中不仅蒸发水分,提高机械强度,还会影响纸张的紧度、吸水性和透气性,平滑度及施胶度等性质,这些性质与干燥工艺有着密切的关系。
一般认为,快速的升温的高温化干燥会增加纸张的松软性、气孔率、吸水性和透气度,降低纸的紧度,透明度和机械强度。
牛皮纸生产过程中开始逐渐升温,由80°C~120°C的阶段可以持续升温,对纸幅进行持续干燥,最后经一个通冷却水的冷缸进行冷却。
干燥布的牵引力,干网的松紧对成纸的裂断长、耐破度、伸长率、紧度、吸水性、透气度均有影响。
怒皮质的生产宜采用较小的牵引力,避免纸张过度拉伸造成强度下降,干网的张力也不宜过高,以获得较高的透气度和较低的紧度。
[9]压光
为提高纸页的光泽度,浆沟纹压榨改为光泽压榨,最后可采用4~6辊的压光机压光处理,以提高纸页的光泽度,减少纸页的两面差,同时能适当提高成纸的白度。
生产中发现,经压光机亚光处理的纸页光泽度提高,两面差减小,成纸白度提高1~2个百分点,效果明显。
6辊以上的压光机,即采用8辊的超级压光机,对职业的光泽度、两面差和成纸的白度的改善不是十分明显。
[11]白水回收
在抄纸过程中会生大量的白水,其中含有大量的细小纤维和填料,直接排放不仅会使污水处理负荷加大,而且会造成大量的细小纤维和填料流失,形成资源浪费;在实际生产过程中这些白水是要回收的。
在本设计中浓白水大部分用于冲浆泵冲浆,多余的进入稀白水池。
稀白水部分用于锥形除渣器的槽中稀释尾浆;部分用于水力碎浆机用水;多余的稀白水则用多元盘白水回收机回收。
[12]损纸处理
纸机在生产过程中会产生干损纸和湿损纸。
湿损纸在伏损池中分散后经过圆网浓缩机浓缩,然后送到损纸浆池;干损纸用水力碎浆机碎解,也经过圆网浓缩机浓缩后送入损纸浆池。
损纸浆池中的浆料经过高频疏解机疏解后送入混合浆仓。
2.1.4工艺参数
(1)浆料配比
商品针叶浆:
80%商品阔叶浆:
20%
(2)打浆工艺
为了提高牛皮纸的平滑度,打浆度可控制在30°SR。
从实际生产操作方便考虑,针叶浆、阔叶浆在打浆工艺上均采用约4%左右浆浓打浆。
打浆方式上对针叶木纤维采取重刀快打,高电流,高流量,利于切断;阔叶木纤维轻刀慢打,帮助分丝帚化。
(3)助剂及填料
内部施胶:
白色松香胶熬制游离松香含量为30~40%,用水量为松香量的60~80%,胶液的乳化和稀释是将胶料分散于水中稀释成浓度1.8%~2.0%的乳液。
施胶时纸浆浓度为4%~6%,既符合打浆操作的需要,又能使胶料获得充分的分散与混合并保持在较高的硫酸铝浓度条件作用下使用。
生产中的施胶>1.5mm,松香胶的用量为1.5%,硫酸铝加入量与加胶量比值为2.0。
浆料的PH常控制在4.5~5.0之间(加硫酸铝后),而稀释后的上网纸料或网下白水的pH为4.7~5.5。
助留、助滤剂:
上网浓度较低,所以加强助留、助滤的效果,用量为0.5%,浓度为0.3%。
(4)纸料上网
降低上网浓度可提高纸页的匀度,实际生产中控制上网浓度在0.2%~0.4%。
对于不同纸种,纸料的上网浓度也不尽相同。
根据牛皮纸的使用要求,确定定量为80g/m2,上网浓度为0.4%。
(5)压榨部
采用四辊三压区+正压压榨的工艺,生产时各压区的线压力为:
一压区6.0~6.5MPa;二压区6.5~7.0MPa;三压区5.5~6.0MPa;四压区7.5~8.0MPa。
(6)干燥部
纸机干燥部设计构成为14个烘缸和一个冷缸,因此烘缸各部分温度及排布如下表。
表3烘缸温度表
烘缸号
1
2
3
4
5
6
7
8
温度/°C
40
60
80
100
105
110
115
120
烘缸号
10
11
12
13
14
15
温度/°C
120
120
120
120
120
40
烘缸号
烘缸温度/°C
图1干燥曲线
3.浆水平衡计算
(1)衡算数据
表4衡算依据
序号
指标名称
单位
定额
备注
1
定量
g/m2
100
2
浆料配比
商品针叶浆
%
80
商品阔叶浆
%
20
3
抄宽
mm
3190
4
车速
m/min
243
5
净纸宽
mm
3150
6
抄造率
%
97
7
成品率
%
95
8
合格率
%
97
9
干损纸率
%
1.5
对成品
10
湿损纸率
%
1.5
对卷纸机产量
11
成纸干度
%
93
12
进烘干纸页干度
%
38
13
进压榨纸页干度
%
20
14
进伏辊纸页干度
%
12
15
进真空箱纸页干度
%
3.0
16
铜网冲边宽度
mm
2*25
17
流浆箱回流量
%
10
对进口浆量
18
稳浆箱回流量
%
10
对进口浆量
19
高位箱回流量
%
10
对进口浆量
20
案辊、案板带出纤维率
%
45
对进浆
21
真空箱带出纤维率
%
2.9
对进浆
22
压榨带出纤维率
%
0.15
对进浆
23
水力碎浆机浆浓
%
2.0
24
圆网浓缩机进浆浓度
%
0.2~1.0
25
圆网浓缩机出浆浓度
%
3~5
26
圆网浓缩机回收纤维率
%
95
27
一段除渣器排渣率
%
25
对进口浆量
28
二段除渣器排渣率
%
10
对本段进浆量
29
三段除渣器排渣率
%
18
对本段进浆量
30
二段除渣器进浆浓度
%
0.8
31
三段除渣器进浆浓度
%
0.6
32
一段除渣器渣浆浓度
%
1.2
33
二段除渣器渣浆浓度
%
1.0
34
三段除渣器渣浆浓度
%
1.0
35
横向收缩率
%
3.5
36
旋翼筛排渣率
%
8
对进口浆量
37
旋翼筛排渣浓度
%
1.2
38
白色松香胶加入量
L
750
39
流浆箱箱喷水
Kg/t纸(L)
3500
40
冲边水
%
3000
41
填料用量
%
15
对成品
42
填料浓度
%
10
43
硫酸铝用量
%
3
对成品
44
硫酸铝浓度
%
10
45
真空箱水封水
Kg/t成品
350
46
圆网浓缩机喷水
Kg/纸
3000
47
真空伏辊水封水
Kg/纸
4000
48
拦边水
Kg/纸
2000
(2)计算过程
具体计算以一吨成品纸为计算基础,纤维总量以Q表示,单位为kg;体积以V表示,单位为L。
由于填料用量大于10%,以此在计算过程中不能将填料视为纤维,必须与纤维一样分别计算,而将松香、矾土、染料视为清水。
从成品按流程顺序逆向推算。
副产品
合格品
(1)成品库平衡
已知:
成纸水分7%
Q1’’/V1’’C1’’
Q1’/V1’C1’
V0=1000.0000
Q0=930.0000
成品库
C0=C1′=C1″=93%
Q0/V0C0
出库成品
合格率k1=97%
计算:
卷取部
V1′=V0×k1=1000.0000×97%=970.0000
V1″=V0-V1′=30.0000
Q3/V3C3
Q1′=V1′×C1′=970.0000×93%=902.1000
Q1″=V1″×C1″=30.0000×93%=27.9000
(2)复卷机物料衡算:
Q2/V2C2
已知:
Q1′=902.1000
水力碎浆机
复卷机
Q1″=27.9000
V′=970.0000
V″=30.0000
Q1‘/V1’C1‘
Q1‘’/V1‘‘C1‘‘
C3=C1′=C1″=93%
成品率k2=95%
计算:
副产品
合格品
V3=V0/k2=1000.0000/95%=1052.6316
Q3=V3×C3=1052.6316×93%=978.9474
成品库
Q2=Q3-Q1′-Q1″=48.9474
V2=V3-V′-V″=52.6316
(3)卷纸机物料衡算:
已知:
Q3=978.9474
干燥部
V3=1052.6316
C3=C4=C5=93%
Q5/V5C5
抄造率k3=97%
Q4/V4C4
完成工段干损率d1=1.5%(对成品)
水力碎浆机
卷取部
计算:
设G=抄造量+抄造损纸量
G=V3/k3=1052.6316/97%=1085.1872
设G中的绝干纤维量为:
Q3/V3C3
H=Q3/k3=978.9474/97%=1009.2241
设干损纸全部出在压光卷取部,则:
复卷
Q4=H×d1=1009.2241×1.5%=15.1384
V4=Q4/C4=15.1304/93%=16.2778
Q5=Q3+Q4=978.9474+15.1384=994.0858
V5=V3+V4=1052.6316+16.2778=1068.9094
(4)干燥部衡算:
已知:
Q5=994.0858
V5=1068.9094
Q6/V6C6
Q5‘‘/V5’‘C5’‘
压榨部
W1
干燥部
C5=93%
蒸发水
涂布
进干燥部纸页干度C6=38%
计算:
Q5/V5C5
Q6=Q5=994.0858
压光卷取
V6=Q6/C6=994.0858/38%=2616.0153
W1=V6-V5=1547.1059
(5)压榨部物料衡算:
已知:
Q6=853.6510
V6=2246.4500
真空伏辊
C6=38%
C9=20%
Q7/V7C7
Q9‘‘/V9’‘C9’‘
压榨部湿损纸率d2=0.5%
压榨部带出纤维率d3=0.15%
压榨白水排放
伏损池
压榨部
其中Q9=Q8+
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