5.Расчет баланса воды и волокна в производстве бумаги- основы для гофрирования.

Произведем расчет баланса воды и волокна на 1 т бумаги основы для гофрирования нетто массой 0,13 кг/м², вырабатываемой на машине с обрезной шириной 2400 мм (необрезная ширина 2460 мм) и скорость 600м/мин. Для расчета примем брак в отделке 1,5 % и брак машинный 5 %, в том числе 2% сухого и 3 % мокрого брака.

Примем следующие показатели для расчета:

Концентрация массы в разных стадиях производства	%
Бассейн не регулированной целлюлозы	3,5
Бассейн регулированной целлюлозы	3,3
Машинный бассейн	2,5
Напорный ящик	0,7
После регистровой части	2,4
После отсасывающих ящиков	14
После гауч-вала	18
После прессовой части	40
После сушки	93
Концентрация отходящих вод	% (кг/л)
Регистровая вода	0,24(0,0024)
Вода отсасывающих ящиков	0,07(0,0007)
Вода от гауч- вала	0,06(0,0006)
Прессовая вода	0,04(0,004)
Вода от промывки прессовых сукон	0,001(0,00001)

Минутная выработка бумаги нетто составит

Р=В*V*g*K1*K2, кг/мин,

где В – необрезная ширина бумаги,м; B= 2450м

V – скорость БДМ, м/мин; V=600м/мин

g – масса 1 м² бумаги, кг; g=0,13 кг /м²

К1 – коэффициент холостого хода машины, (0,95);

К2 – коэффициент, учитывающий потери бумаги при отделке,(0,984).

Р=2,46*600*0,13*0,95*0,984=175 кг

Следовательно, одна тонна бумаги нетто вырабатывается на машине за 1000/178=5,71мин.

Накат. Для выработки 1 т бумаги нетто необходимо выработать на накате при 1,5 % брака в отделке:

1000/0,984=1016 кг брутто.

С учетом 2% сухого машинного брака от массы брутто(1016*0,02=20,3кг) через сушильную часть машины должно пройти бумаги 1016+20,3=1036,3 кг. В ней содержится: волокна 1036,3*0,93=963,7 кг; воды 1036,3*0,07=72,5 кг.

Удаляется воды при сушке:

963,7*( - )=1378 кг

Таким образом в сушильную часть поступает массы 1036,6+1378=2414,3 кг.

Всего сухого брака, поступающего в гидроразбиватель, 15+20,3=35,3 кг. В нем содержится: волокна 35,3*0,93=32,8 кг, воды 35,3*0,07=2,4 кг.

Прессовая часть. Считаем, что мокрый брак образуется в прессовой части в количестве 3 %, поступающей в сушильную часть машины, т.е. 2414,3*0,03=72,4 кг. В нем содержится волокна 72,4*0,42=28,9 кг; воды 72,4*0,6=43,44 кг. Этот брак направляется в гауч-мешалку.

Принимаем расход свежей воды для уплотнения вакуумных камер отсасывающих прессовых валов в количестве 600 кг на 1 тону бумаги. Сходит с прессовой части волокна 1036,3+28,9=1065,2 кг. Поступает волокна на прессовую часть машины

х=1065,2+0,0004)x +600-( )1065,2)=1066,6 кг.

Вместе с волокном на первый пресс поступает воды

*1066,6=4858,9 кг,

а всего бумажной массы поступает 4858,9+1066,6=5925,5 кг.

Концентрация массы перед первым прессом (проверка)

=18 %.

Уходит отжатой на прессах воды

( )*1066,6 +600-( )*1065,2=3861,1 кг.

С ней уходит волокна 1066,6- 1065,2=1,4 кг. Концентрация волокна в отходящей прессовой воде (проверка).

=0,036 %.

Промывка прессовых сукон производится щелевыми сукномойками и вода для промывки подается только во время холостого хода машины. Расход свежей воды на промывки сукон составит.

2*3*7*100*0194=815 кг/мин,

где 2 – количество спрысковых труб на одно сукно,

3 - количество прессовых сукон,

7 – длина спрысковой трубы, м,

100 – расход воды на 1 погонный м длина спрыска, кг/мин,

0,194 – время холостого хода, приходящееся на выработку 1 т бумаги нетто, мин (0,05*3,87=0,149).

Примем расход воды на промывку съемного сукна вакуум-пересасывающего устройства 2*7*100*3,87=5618 кг.

Общий расход воды на промывку сукон составит 815+5618=6433 кг. Волокна уходит с промывной водой всего 0,00001*6433=0,064 кг.

С учетом этого волокна на прессовую часть поступит

1066,6+0,06=1066,7 кг.

Гауч-вал. Примем количество волокна в отсечках 1,5 % от сходящего полотна 1066,7*0,015=16 кг.

Всего сходит с гауч-вала волокна 1066,7+16=1082,67 кг.

На уплотнение вакуумной камеры отсасывающего гауч-вала примем расход воды 300 кг. Поступает на гауч-вал волокна.

х=1082,67+0,0006*()*1082,67)=1084,3 кг

С ним воды 1084,3=7581,2 кг, а всего массы 7581,2+1084,3=8665,5кг.

В отходящей от гауч-вала воде содержится волокна 1084,3-1082,67=1,7 кг.

Количество отходящей воды 7581,2+300-()*1082,67=3009,1 кг, ее концентрация =0,06 %.

Отсасывающие ящики. Расход свежей воды для гидравлического затвора примем 1000 кг на 1 т бумаги. Считаем, что 50 % этой воды (500 кг) засасывается внутрь ящиков. Поступает на отсасывающие ящики волокна.

х=1084,3+0,0007( )=1109,4 кг.

С этим волокном поступает воды *1109,4=45042,8 кг, массы 45042,8+1109,4=46152,2кг. Отходит из отсасывающих ящиков воды сифонной

45042,8+500- =35169кг.

Волокна в отходящей воде отсасывающих ящиков 1109,4-1084,3=25,13 кг, массы 35169+25,13=35194,13кг.

Концентрация этой воды (проверка)

=0,07 %.

Регистровая часть. Поступает на регистровую часть волокна

х=1109,43+0,0024*( *1109,43)=1459,3кг

С волокном поступает воды

Всего поступает массы 1459,3+206886,2=208345,5 кг.

Освобождается на сетке регистровой воды

*1459,3- =160602,2 кг

В ней содержится волокна 1459,3-1109,43=349,8 кг

Концентрация регистровой воды (проверка)

=0,024 %.

Промывка сетки производится сифонной водой из семи спрысков длиной по 7 м, с расходом воды по 80 л/мин на 1 пог. м. спрыска. Расход воды на промывку сетки составит 7*7*80*3,87=15000 л на 1 т бумаги. Если считать, что при использовании свежей воды для промывки сетки концентрация отходящей воды будет 0,01 %, то в подсеточную ванну с промывной водой уйдет 15000*0,0001=1,5 кг волокна( не считая волокна, приносимого сифонной водой). С учетом этого на регистровую часть поступит 1459,3+1,5=1460,8 кг волокна и массы 208345,5+1,5=208347 кг.

Напорный ящик. Примем перелив массы из напорного ящика в подсеточную ванну 8% , то есть 208347*0,08=16667,76 кг. Волокна в ней содержится 16667,76*0,007=116,67 кг, воды 16667,76-116,67=16551,1 кг.

Для пеногашения установлены две спрысковые трубы длиной 7,5 м. Поступает свежей воды, считая расход ее 1 л/мин на одно сопло-распылитель и число сопел 5 на 1 метр длины трубы 7,5*2*5*1*3,87=300 кг. Поступает массы в напорный ящик 208347+16667,76-300=224714,7 кг. В ней содержится волокна 1460,8 +116,67=1577,5кг.

Узлоловители (закрытого типа). Принимаем количество отходов, идущих на вибрационную сортировку, 3% от поступающего волокна 1577,5*0,03=47,3 кг. При концентрации 1,6 % массы будет =2956,25 кг, воды в ней 2956,2-47,3=2908,87 кг.

Поступает на узлоловители массы 224714+2956,25=227670,9 кг, волокна в ней 1577,5+47,38=1624,8 кг, воды 227670,9-1624,8=226045,2 кг. Концентрация массы перед узлоловителями =0,713 %

Вибрационная сортировка. Примем количество отходов 5 % от поступающего волокна 47,3*0,05=2,3 кг, концентрацию их 1,3 %. Уходит массы с отходами =177 кг, воды 177-2,4=174,6 кг. Отходы направляются в сток. Количество очищенного волокна 47,38-2,3=45 кг. Это волокно идет в подсеточную ванну.На спрыск вибрационной сортировки используется сифонная вода. Для определения ее количества, а также количества массы, уходящей с очищенным волокном при концентрации 0,8%, примем следующие обозначения. Количество массы, поступающей на сортировку, Q1, количество очищенной массы Q2, количество сифонной воды для спрыска сортировки Q3, массы с отходами Q4;К1,К2,К3,К4-соответствующие концентрации. Составим уравнение баланса:

Q1+ Q3= Q2+ Q4;

Q1К1+ Q3К3= Q2К2+ Q4К4.

Отсюда сифонной воды

Q3= =3898,3 кг

С ней поступает волокна 3898,3*0,0007=2,72 кг, воды 3898,3-2,7=3895,6 кг. Уходит массы с очищенным волокном Q2= Q1+ Q3- Q4=2956,2+3898,3-177=6677,5 кг, волокна 6677,5*0,007=46,7 кг, воды 6677,5-47,3=6630,2 кг.

Вихревые очистители. Очистка массы осуществляется в две ступени. Примем количество отходов по волокну на первой ступени 4% от поступающего волокна, а на второй 0,08%. Следовательно в сток уйдет после второй ступени волокна.

=1,35 кг,

или массы при концентрации 1,2 %, =108,4 кг.

Поступает на вихревые очистители из смесительного насоса массы 227670,9+108,3=227779,3 кг. Волокна в ней1624,8+1,3=1626,1 кг, воды 227779,3-1626,1=226153,2 кг.

Концентрация массы перед вихревыми очистителями.

=0,713%.

Подсеточная ванна ( сборник оборотной воды первого разбора).

Поступает в подсеточную ванну: с регистровой водой волокна 350 кг, воды 160602,2 кг; с водой от промывки сетки волокна 15000*0,0007+1,5=12 кг, воды 15000-12=14988 кг; с переливом массы из напорного ящика волокна 116,87 кг, воды 16551,1 кг; с вибрационной сортировки волокна 45 кг, воды 6630,2 кг; свежей воды на спрыск грудного вала 2000 кг. Всего поступает волокна 350+12+116,87+45 =523,7 кг, массы 523,7+160602+14988 +16551,1+6630,2+2000=201295 кг. Концентрация оборотной воды =0,26 %.

Смесительный насос. Обозначим количество массы, поступающей к смесительному насосу из машинного бассейна, Q1, количество массы после разбавления Q2, количество оборотной воды для разбавления массы Q3. Соответствующие концентрации массы и воды обозначим К1, К2 и К3. Расход сернокислого глинозема, который вводится в смесительный насос, примем 10 кг на 1 т бумаги. При концентрации 100 г/л объем раствора будет 100 л. Сухой остаток глинозема в растворе в расчет не принимаем. Составим уравнение баланса: Q2= Q1+ Q3+100 и Q2*К2= Q1К1+ Q3К3. Отсюда имеем

Q1= = = 44576,7 кг

Волокна в массе 44576,7*0,025=1114,4 кг. Оборотной воды для разбавления Q3=Q2-Q1-100= 227779,3-44576,7-100=183102,6 кг. Волокна в ней 183102,6*0,263/100 = 481,56 кг, воды 183102,6-481=182621,6 кг. Уходит из смесительного насоса разбавленной массы 227779,3 кг, волокна в ней 227779,3*0,713/100=1624,1 кг, воды 227779,3-1624,1=226155,2 кг.

Поступает из машинного бассейна массы 44576,7 кг, волокна в ней 1114,4 кг, воды 44576,7-1114,4=43462,3 кг.

Гауч-мешалка. (нормальный режим работы машины).

Поступает в гауч-мешалку:

1. с отсечками (1,5 % от сходящего полотна) волокна

1066,6*0,015=15,9 кг, воды 15,9* = 72,4 кг.

2. свежей воды со спрысками отсечек 1,5*3*3,87=17 кг,

где 1,5 – расход воды одной отсечкой, кг/мин;

3 – число отсечек;

3,87 – время выработки 1 т бумаги, мин;

3. сифонной воды на спрыски сетки и гауч-вала

2*7*50*3,87=3500 кг,

где 2 – количество спрысков;

7 – длина спрысковых труб, м;

50 – расход воды, кг/мин на 1 пог. М трубы.

Волокна с сифонной водой приходит 3500*0,0007=2,45 кг, воды 3500-2,45=3498 кг. Всего поступает волокна 15,9+2,45= 18,35 кг, воды 72,4+18,35+3498=3587,7 кг, массы 18,35+3587,7=3606,1 кг.

Концентрация массы в мешалке

=,05 %.

Сгуститель брака. Поступает на сгуститель волокна 18,35 кг, воды с ним 3587,7 кг, свежей воды на спрыски сгустителя 800 кг (3*70*3,87=800 кг). При степени улавливания волокна 80 % концентрации сгущенной массы 4% уходит в бассейн брака волокна 18,35*0,8=14,68 кг, массы 14,68/0,04=367 кг, воды 367-14,68 =352,32 кг.

Уходит с осветленной водой волокна 18,35-14,68=3,67 кг, воды 3587,7+800-352,32 =4035,4 кг, массы 4035,4+3,67=4039,1 кг.

Концентрация осветленной воды =0,085 %. Эта вода идет в сборник избыточной оборотной воды.

Сборник избыточной оборотной воды ( вода второго разбора). В сборник поступает:

1. воды из подсеточной ванны 201295 -182621,6 = 18673,4 кг с ней волокна 18673,4*0,00275 = 51,3 кг

2. сифонной воды 35169 -15000-3898,3 -3500=12771 кг, с ней волокна 12771*0,0007= 8,93 кг

3. осветленной воды со сгустителя 4039,1 кг, с ней волокна 3,4 кг.

Всего избыточной воды 18673,4+12771+4039,1=35483,5 кг, с ней волокна 51,3+8,93+3,4=63,6 кг. Концентрация избыточной оборотной воды =0,18 %.

Гауч - мешалка (работа при обрывах полотна). Поступает с прессовой части при обрывах волокна 28,9 кг, воды 43,5 кг, массы 72,4 кг, при сухости 40 %. Эта масса разбавляется избыточной оборотной водой до концентрации 3 % и перекачивается в бассейн оборотного брака. Обозначим через Q1- количество массы, поступающей с прессов в мешалку, Q2 – количество оборотной воды, необходимой для ее разбавления: К1, К2 и К3 – соответствующие концентрации. Тогда согласно уравнению баланса получим количество оборотной воды для разбавления массы.

Q3= = = 956,7 кг.

С ней приходит волокна 956.7*0,00187=1,78 кг, воды 956,7-1,78=954,9. Уходит в бассейн оборотного брака волокна 28,9+1,78=30,68 кг, воды 43,4+954,9 = 998,3 кг, массы 72,4+956,7=1029,1 кг.

Гидроразбиватель сухого брака. Поступает в гидроразбиватель воздушно-сухого брака 36,3 кг, в нем волокна 33,5 кг и воды 2,8 кг. Сухой брак измельчается в гидроразбивателе при концентрации 4 %. Избыточной оборотной водой необходимо его разбавления Q3= = 36,8* =1151,2 кг

С ней приходит волокна 1151,2*0,00187=2,15 кг, воды 1151-2,15=1149,1 кг. Уходит в бассейн сухого брака волокна 33,5+2,15=35,65 кг, воды 2,8+1149,1=1151,8 кг, массы 35,65+1151,2=1186,85 кг.

Фильтр Вако. Поступает в ловушку из сборника избыточной оборотной воды 35483,5-956,7-1151,85=33375 кг, массы, с ней 33375*0,00187=62,4 кг, волокна, 33375-62,4=33312,6 кг воды.

При степени улавливания 90 % волокна в сгустке будет 62,4*0,9=56,2 кг. На фильтрующий подслой подается свежая целлюлоза из расчета 140 г на 1 м³ оборотной воды, т.е. 3,3*0,140=5 кг. Для упрощения расчета принимаем, что целлюлоза поступает на фильтр и уходит со сгустком при концентрации 4 %.

Всего со сгустком уйдет волокна 56,2+5=61,2 кг, массы при концентрации 4 %, 61,2/0,04=1530 кг. С уловленным волокном уходит массы 56,2/0,04=1405кг. Отходит осветленной воды 33375,2-1405=31970,2 кг, волокна с ней 62,4- 56,2=6,2 кг, воды 31970,2-6,2=31964 кг. Концентрация осветленной воды

=0,0193 %

Бассейн оборотного брака. Поступает в бассейн со сгустителя массы 367 кг, волокна 14,68 кг, воды 352,32 кг; из гауч – мешалки (при обрывах) массы 1029,1 кг, волокна 30,68 кг, воды 998,3 кг; из бассейна сухого брака массы 1186,86 кг, волокна 35,65 кг, воды 1151,85; с фильтра Вако массы 1530,7 кг, волокна 61,2 кг, воды 1530,7-61,2=1469,5 кг. Всего поступает волокна 14,68+30,68+35,65+61,2=142,21 кг ( в том числе 5 кг свежего), массы 367+1029,1+1186,85 +1530,7=4113,65 кг, воды 352,32+998,3+1151,85+1469,5=3971,97 кг. Концентрация брака

= 3,4%

Машинный бассейн. Поступает из машинного бассейна массы 44576,7 кг, волокна в ней 1114,4 кг, воды 43462,3 кг. В том числе поступает оборотного волокна 142,21 кг, воды 3971,9 кг, массы 4113,65 кг. Таким образом свежего волокна поступает 1114,4-142,2=972,2 кг. С учетом свежего волокна поступающего на фильтр Вако , общий его расход составит 5+972,2=977,2кг.

Если принять композицию чертежной бумаги по волокну:

Целлюлоза сульфатная не беленая хвойная 40%

Макулатурная масса 60%

расход компонентов составит:

ХНБ=977,2*0,40=390,8 кг,

ММ=977,2*0,60=586,32 кг.

Поступает в машинный бассейн целлюлозы из бассейна регулированной ХНБ целлюлозы массы 390,8-5=385,2 кг. При концентрации 2,5 % с ней приходит воды 385,2* =15015,38 кг, массы 385,2+15015,38=15400,6 кг.

С ММ приходит воды 44576,7-4113,7-15400,58-586,32= 24476,28 кг, массы 586,32+24476,3=25062,6 кг.

Концентрация массы = 2,3 %.

Бассейн регулированной ХНБ целлюлозы. В бассейн поступает волокна 385,2кг. При концентрации 3,2 % в нем содержится воды

385,2* =11652,3 кг

Добавляется воды на регуляторе концентрации второй ступени.

15015,38-11652,3=3362,7 кг.

Бассейн не регулированной ХНБ целлюлозы (приемный бассейн). При концентрации 3,5 % с целлюлозой приходит воды

385,2* = 10620,5 кг.

Добавляется воды на регуляторе концентрации первой ступени

11652,3-10620,5=1031,8 кг.

Бассейн регулированной ММ . В бассейн поступает волокна 586,32 кг. При концентрации 3,2 % с ним приходит воды

586,32 * = 16165,58

Добавляется воды на регуляторе концентрации второй ступени

29556,47-21645,55=7910,92 кг.

Бассейн не регулированной ММ. (приемный бассейн). При концентрации 3,5 % с ЛС целлюлозой приходит воды

586,32 * =16165,68 кг.

Добавляется воды на регуляторе концентрации первой ступени

17736,18-16165,68=1570,5кг.

Общий расход на разбавление массы в регуляторах концентрации

3367,32+1031,8+6740,1+1570,5=12709,6 кг.

При использовании для разбавления массы осветленной воды с ней поступит волокна 12709,6*0,000199=2,52 кг. Следовательно, расход свежего волокна будет 977-2,3=974,7 кг.

В том числе ХНБ целлюлозы 390,8-0,5=389,5 кг и ММ 586,2-1,8=584,4 кг.

Подсчет фактических потерь волокна. Теряется волокна, кг:

с осветленной водой 6,7-2,3	4,4
с прессовой водой	1,4
с водой от промывки сукон	0,064
с водой от гауч-вала	1,7
на вихревых очистителях	1,35
на вибрационной сортировке	2,3
Итого	11,214

Потери по балансу волокна, кг:

выход абсолютно сухой бумаги	963,48
расход свежего волокна	974,7
потери волокна	11,214

Таким образом сходимость получается хорошая, что свидетельствует о правильном составлении баланса воды и волокна.

Безвозвратные потери волокна составляют: = 1,1%

Расход свежей воды на тонну бумаги, кг:

уплотнение вакуумкамер отсасывающих валов	900
отсечки	17
гидравлический затвор отсасывающих ящиков	1000
спрыски грудного вала	2000
спрыски сгустителя	800
промывка прессовых сукон	6433
холодильники	3000
охлаждение подшипников	10000
прочие нужды	11450
Итого	40000

Результаты расчетов сводятся в таблицу прихода и расхода волокна и воды (табл. 1).

Таблица 1