设计年产16万吨芦苇制浆厂碱回收分厂毕业论文设计.docx

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设计年产16万吨芦苇制浆厂碱回收分厂毕业论文设计

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毕业设计（论文）

题目：

设计年产16万吨芦苇制浆厂碱回收分厂

子题：

重点设计燃烧工段

专业：

轻化工程指导教师：

李娜

学生姓名：

李菁菁班级-学号：

轻化092-19

2013年6月

大连工业大学本科毕业设计（论文）

设计年产16万吨芦苇制浆厂碱回收分厂

Designedannualoutputof160000tonsofreedpulpplantchemicalrecoveryplant

设计（论文）完成日期2013年6月7日

学院：

轻工与化学工程学院

专业：

轻化工程

学生姓名：

李菁菁

班级学号：

轻化092——19

指导教师：

李娜

评阅教师：

2013年6月

摘要

当前碱法制浆占领了整个化学浆生产领域,因得益于蒸煮、洗涤、筛选、漂白技术的飞速发展，以及占有环保方面的优势,在纸浆生产中占据了绝对的主导地位,碱回收成为了制浆厂必不可少的组成部分。

他在治理黑液污染、保护环境、节约资源能源，实现我国造纸工业的可持续发展方面起到了非常重要的作用。

随着科学技术的逐步发展，新技术不断应用于制浆造纸企业的碱回收工段，提高了化学药品回收率和燃烧热效率，减少了对环境的污染。

本设计特点是工艺成熟、稳定，设备比较先进且操作性和稳定性强，已得到国内有关企业的证实。

从蒸煮出来的黑液用鼓式真空洗浆机洗涤使黑液的提取率达到98%,碱回收率高达94%，碱自给率为94%，燃烧热效率53.04%。

蒸发工段采用七体五效板式降膜蒸发站，使黑液由洗涤工段的10%升至48%，再通过碱喷射炉进行燃烧，环保，节能。

碱喷射炉采用双汽包低臭技术，静电除尘率为99%，防止烟气二次污染。

不可否认，目前投资、能耗、环境是碱回收技术发展的主要影响因素和动力。

在碱回收新技术的应用下，设备效率提高了，也等于提高了产量，还明显的提高了化学药品的回收率，减少了对环境的污染，并且对燃烧热量进行回收，达到良好的环境效益，社会效益和经济效益。

关键词：

碱回收；碱法制浆；燃烧；设计平衡计算

Abstract

Atpresent,thealkalinepulpingoccupiedthewholeofthechemicalpulpproduction,forcooking,washing,screening,bleachingtechnologythankstotherapiddevelopment,and,inthepulpproductionoccupiestheabsolutedominantposition,thealkalirecycling,protecttheenvironment,savingenergyresources,realizethesustainabledevelopmentofChina'spaperindustryinpulpandpaperenterprisesconstantlyalkalirecoverysection,improvethechemicalrecoveryrateandcombustionefficiency,reducethepollutiontotheenvironment.Thisdesignischaracterizedbytechnologymature,stable,equipmentismoreadvancedandoperabilityandstabilityisstrong,confirmedbytherelevantdomesticenterprises.Blackliquorfromcookingoutoftheuseofdrum-typevacuumpulpwashingmachinewashtheblackliquorextractionratereached98%,alkalirecoveryrateisasthermalefficiencyis53.04%.Fiveeffectevaporationsectionusingsevenbodyplatefallingfilmevaporationstation,maketheblackliquorbywashingsectionof10%to48%,againthroughthealkaliinjectionfurnacecombustion,environmentalprotection,energysaving.Lowalkaliinjectionfurnacewithdoubledrumsmellytechnology,electrostaticcollectioncoefficientwas99%,preventgassecondarypollution.

Thereisnodenyingthefactthattheinvestmentandenergyconsumption,environmentisthemaininfluencefactorsofalkalirecoverytechnologydevelopmentandmotivation.Underthealkalirecyclingtheapplicationofnewtechnology,equipmentefficiency,alsoisequaltotheincreasedproduction,alsoobviouslyimprovetherecoveryofchemicalstoreducethepollutiontotheenvironment,andthecombustion;Designbalancecalculatio

附录表3.5

引言

本设计芦苇制浆厂碱回收分厂是对以芦苇为原料制浆所产生的黑液进行碱回收以达到治理黑液污染、保护环境、节约资源和能源，节约大量用水的目的。

此设计的重点工段是燃烧工段。

根据«制浆原理与工程»设计合理科学的生产流程,分别是蒸发工段流程，燃烧工段流程，苛化工段流程。

由工艺的合理科学性确定其蒸发、燃烧和苛化的工艺条件。

根据生产要求选择合理的蒸发方法和苛化方法完成蒸发流程和苛化流程，选择先进的燃烧方法和燃烧设备完成燃烧工段流程。

确定工艺生产流程，达到总流程生产的合理工艺要求后,由流程方框图制作生产工艺流程示意图,完成黑液、蒸汽等的合理布置,以达到合理科学的要求。

根据«制浆造纸工艺设计手册»完成物料和能量平衡计算，典型设备选择计算以及示意图的布置等，确定生产工艺的可行性和合理性。

由生产工艺、气候条件、生产原料、水土资源、市场行情等条件选择合适的厂址。

依据完整的工艺流程完成全部流程示意图，用各种线条区分黑液、水、汽线路。

画出各设备外形，标注其名称、台数、监测点位置等。

依据完整的流程和设备选型设计合理的车间布置图，在完成生产要求的前提下合理科学地布置各个设备的位置。

依据建筑设计要求合理科学地安排车间各楼层的设备空间位置从而达到稳定生产的目的。

本设计的重点工段是燃烧工段。

黑液燃烧的目的一方面是通过对浓黑液中有机物的燃烧回收热能并产生工艺需要的蒸汽；另一方面是回收黑液中的碱供蒸煮使用同时消除黑液的污染。

燃烧的主要设备是碱回收炉，此设计的碱回收炉选用WGZ型喷射炉，是用喷枪把黑液喷成一定大小的液滴，使黑液在空间或炉壁蒸发、干燥的一种比较先进的碱回收炉。

其是我国设计制造的全水冷壁碱炉，在我国已有十多年的生产运行经验，经不断改进已逐步完善。

该炉的碱回收率、热效率较高，是黑液碱回收炉的首选，是我国目前使用最广泛的一种炉型。

另外，蒸发工段的流程采用七体五效板式降膜蒸发，是根据辽宁盘锦振兴生态造纸公司的实际生产运作制定的，该系统是一种新型的碱回收蒸发系统，具有热效率高、节能、运行方便可靠、污染少、一次出浓黑液等特点。

由于蒸发站全部采用板式降膜蒸发器，整个蒸发站的传热系数和有效温差都得到很大的提高，且没有静压头损失，热效率也得到较大的提高，所以，能量消耗可降至最低。

采用逆流流程，各效的温差也得到了较为合理的分配。

在出浓黑液的第一效设计为3个单独的单室蒸发器串联，通过仪表切换使几个室轮流进出稀、浓黑液或清洗，平时是其中两个蒸发器正常工作，对余下的一个蒸发器进行清洗，这样可以一次出浓黑液且出效的黑液浓度大大提高，而连续运转的周期也大为延长。

本设计制定过程中在完全考虑了实际生产的合理性和科学性的基础上尽量满足生产工艺的先进性，而且参考近年来具有说服性的参考资料并根据公司实际生产工艺条件完成了物料及能量平衡计算。

经验证，物料和能量均达到平衡的要求，因此可以应用于实际生产来达到为芦苇制浆厂节约资源和能源、节约生产成本和保护环境的目的。

不过，由于现代草类制浆碱回收技术发展迅速，该设计有待于进一步改进，以达到更加先进科学的目的。

第一章总论

1.1设计依据

本设计是根据大连工业大学轻工与化学工程学院下发的毕业设计任务书《设计年产16万吨芦苇制浆厂碱回收分厂（重点：

燃烧工段）》进行设计的。

设计的科学依据是《制浆原理与工程》《制浆造纸过程自动测量与控制》《制浆造纸机械与设备（上）》《制浆造纸工艺设计手册》等资料。

设计中相关的参数以及设备的选定是根据上述造纸文献中的碱回收车间的工艺技术方案拟定的，另外也参考了辽宁盘锦振兴生态造纸公司等工厂和设备资料中的碱回收设备。

设计中所选的设备大部分是经生产实践的。

1.2设计范围

设计年产16万吨芦苇制浆厂碱回收分厂，重点设计燃烧工段。

设计的具体范围是：

生产工艺流程的确定，各个工段生产的工艺条件的选择及论证；依据工艺流程绘制工艺流程方框图；依据流程方框图绘制流程示意草图；依据生产流程和生产设备制定合理的生产工艺参数；依据流程示意草图进行物料及能量的平衡计算，绘制出物料平衡的明细表和系统平衡的总表；依据物料平衡选择设备，根据现有设备选择合理高效的设备，并确定各个步骤定型设备的型号、台数、外形尺寸、配套电机等参数；确定重点工段工艺技术操作参数、仪表自动控制点、新技术采用说明论证以及环保要求标准情况说明书；完成所选型设备一览表；制定劳动组织及工作制度；完成生产的系统经济核算；绘制完整的工艺流程示意图（带检测控制点）以及重点工段车间布置图；完成设计的总结以及设计说明书的整理。

1.3指导思想

1．合理科学的完成生成要求，可持续的生产条件和规模；

2．尽可能采用先进成熟的工艺生产技术和生产设备；

3．采用高效的生产方法，实现提高效率和节约成本；

4.生产的排放标准符合国家和地方的环境要求；

5．生产的安全性和良好的生产工作环境；

6.考虑到将来生产规模的扩建问题；

1.4厂址选择及论证

本设计依据设计任务书，考虑到原料来源，动力资源，水、煤、汽的来源，及产品销售和交通情况，并兼顾企业间的合作，自然条件和建材供应诸方面因素，将厂址选在辽宁省盘锦市。

1.4.1地理位置

盘锦市位于辽宁省西南部，辽河三角洲的中心地带，东、东北邻鞍山市，东南隔大辽河与营口市相望，西、西北邻锦州市，南临渤海辽东湾，地理坐标位于北纬40°39′~41°27′，东经121°25′~122°31′之间。

市区距省会沈阳市155千米；西距锦州市102千米；南距营口市65千米，鲅鱼圈港146千米，大连港302千米；东距鞍山市98千米。

总面积4084平方千米，占辽宁省总面积的2.75%。

辖兴隆台区、双台子区两个市辖区，大洼县、盘山县两个县。

沟海、沈山铁路贯境，公路有庄林、大盘、沈盘、盘营等干线。

1.4.2气候条件

盘锦市地处中纬度地带，属暖温带大陆性半湿润季风气候。

其特点是：

四季分明，雨热同季，干冷同期，温度适宜，光照充裕。

降水量为600毫米左右。

灾害性天气有大风、冰雹、寒潮、干旱，大暴雨、霜冻。

全年大于等于8级的大风日数为14天。

土壤在11月中旬开始冻结，下旬封冰；解冰期在3月上旬，4月上旬化通。

全年无霜期204天。

终霜为4月上旬，初霜为10月中旬。

全年总的气候特点是：

气温稍高，热量条件好于常年，降水稍少，降水时空分布不均，日照时数偏少。

4~9月气温偏高，降水稍多，光照偏少。

夏季6月和8月上、中旬连阴雨，光照偏少，秋季9~10月气温偏高，降水偏少。

1.4.3原料来源

本设计芦苇制浆厂以芦苇为制浆原料，而盘锦市拥有丰富的芦苇资源，其苇田收割面积55608公顷，年产芦苇50万吨左右，列世界之先。

主要分布于大辽河口至大凌河口海岸线以北地段的辽滨、赵圈河、羊圈子、东郭4个苇场和新生农场苇田大队。

主要用于制浆造纸原料，占辽宁省芦苇总产量的50%以上。

自1960年始，该地加强对芦苇生产的管理，变芦苇的自然生长为人工科学培育。

目前仍有近万公顷的沼泽荒滩可开垦成苇田。

1.4.4水源方面

盘锦地处渤海湾北岸，辽河三角洲腹地，水系包括辽河（双台子河）、绕阳河、太平河、小柳河、西沙河、月牙子河、大凌河，水资源比较丰富。

2008年盘锦市水资源总量3.01亿立方米，地表水资源量为1.89亿立方米，地下水资源量为2.09亿立方米。

盘锦市南部沿海，15米等深线以内浅海水域约20万公顷，其中3米等深线以内沿岸浅海水域约1.9万公顷，滩涂面积3.92万公顷，淡水水域15.3万公顷。

1.4.5动力、燃料来源

盘锦市地下有丰富的石油、天然气、井盐、煤、硫等矿藏。

矿产分布集中，全市大多矿产资源分布在低山丘陵地区，散布在城镇周边，交通便利，矿产开发外部条件优越。

且拥有多个大型发电厂，可为本厂提供电力，同时厂内有热电站，保证了该厂所需的电量。

2000年底，辽河油田累计探明石油储量21亿吨，天然气1784亿立方米。

中国陆地大油田之一的辽河油田坐落于此，已开发建设32个油气田，已建成兴隆台、曙光、欢喜岭、锦州、高升、沈阳、茨榆坨等12个油气生产单位。

原油稳定装置处理能力600万吨年。

2002年生产原油1351万吨，天然气11.31亿立方米。

原油品类有稀油、稠油和高凝油。

年处理天然气5.62亿立方米，为石化工业提供了可靠的原料资源。

在盘山县的胡家西部、甜水南部、羊圈子、东郭，地下埋藏着盐卤资源。

深度60米～100米，盐卤水厚度47米～77米，按年开采360万立方米计算，可开采数百年。

在晒制的原盐中，氯化钠含量在95.5%以上，质量达到海盐特级品标准。

第二章生产方法论证及生产工艺流程说明

2.1备料工段

2.1.1生产方法

备料采用的方法是干湿结合法备料,之所以采用干湿结合法备料是因为干法备料虽然工艺成熟；投资少；耗能低；操作容易，但是存在飞尘污染大；草片所带灰尘等杂质多，制浆用碱量高；得率低；纸浆质量不高，硅干扰大等缺点。

全湿法备料1、草梱直接投入碎草机，改善工作环境（无干法备料噪音和粉尘），降低劳动强度；2、草叶、泥砂等去除率高，净化效果好，使灰分、苯-醇抽出物含量降低，减少蒸煮和漂白的化学用品用量，尤其是SiO2的降低有利于碱回收；3、草片被纵向撕裂，草节部分被打碎，有利于药液的浸透；4、蒸煮的草片质量好，水分稳定，有利于控制液比，尤其是对连续蒸煮有利；5、纸浆得率高，强度好，易于滤水。

但是全湿法备料有设备投资大，维修费用高，动力消耗大，生产成本高的缺点。

而干湿结合法备料是将干法备料和全湿法备料的一些工序进行组合，使之具有两者的特点。

由于本设计所采用的蒸煮方法是横管连续蒸煮,对原料的质量要求高，并且想降低碱回收的硅干扰所以选用干湿结合法备料。

2.1.2生产工艺流程

干湿结合法备料代表性流程有两种，本设计所采用的是干切、干净化、湿洗涤流程。

具体流程说明：

芦苇被送入切苇机，在切苇机内被切成35～45mm的苇片，苇片被送入风力除尘机进行风力除尘，从切苇机和风力除尘机出来的尘土等送入除尘系统，从二者中出来的苇片随后被送入料仓，苇片从料仓出来被皮带运输机从料仓送往鼓式洗苇机上料皮带，再运往水力洗苇机进行洗涤，水力洗苇机中的水一部分来自环保部门处理的水，洗苇机由三相异步电动机带动搅拌器搅拌，洗苇的渣从排污口排出，苇片和水从洗苇机出来接着进入斜螺旋脱水机进行脱水，脱出的水送入洗苇机进行洗苇，杂质由排污口排出，水力洗苇机和斜螺旋脱水机中出来的废水送入污水处理系统。

经过脱水的苇料进入回料螺旋，随后进入销鼓计量器计量，通过控制销鼓计量器的转速控制进料量，一定量的苇料由螺旋送入T形管,多余的苇料送入水力洗苇机，在T形管内苇料与配好的蒸煮碱液进行混合，T形管由压缩空气罐控制止逆阀形成料塞，混合好后的苇料和蒸煮碱液随后被送入横管连续蒸煮器进行蒸煮。

其中风力除尘具有以下优点：

1、设备简单，投资少，维修费用低；2、占地面积小；3、可作长距离，定量，集中或分散输送；4、输送过程中可通过旋风除尘器除杂。

2.2蒸煮工段

2.2.1生产方法

蒸煮方法是用烧碱蒽醌法制浆，采用横管式连续蒸煮器蒸煮。

工艺参数和结果如下是：

工艺芦苇烧碱法蒸煮化学制浆参数是用横管式连续蒸煮器蒸煮草片喂料速率：

10t；液比：

1:

3；Al2O3：

2%；碱液温度：

90℃；粗浆得率：

42%；粗浆硬度：

13（高锰酸钾值）；未蒸解物：

0.5%；残碱（gL）:

5%。

蒸煮采用连续的横管蒸煮器（潘地亚连续蒸煮器），与干湿结合法备料配套使用，具有蒸煮得率高、纸浆强度大、均匀性好、原料损耗低、汽和电负荷均衡、自动化程度高、节省药液、劳动生产率高、劳动强度低、工作环境得以改善以及成浆质量稳定等优点，是草类碱法制浆备料的发展趋势。

潘地亚横管连续蒸煮器，主要用于草类纤维蒸煮，常用硫酸盐法、苛性钠法和中性亚硫酸盐法，本设计采用的是苛性钠法。

浆种可为化学浆、半化学浆，其蒸煮特点是汽相高温快速蒸煮，在横管内连续运动的原料被气相高温蒸煮成浆。

潘地亚式连续蒸煮系统，其主体部分为2～8根横管构成的蒸煮器，八十年代后期，天津轻工机械厂从瑞典引进了50～150ta横管蒸煮器设计制造技术，近年该系统迅速国产化。

2.2.2生产工艺流程

该系统流程（流程图见图1）为，料片经皮带输送机1，送入双辊计量器2，实现连续定量喂料，再落入双螺旋预浸渍器3中，在此与碱液混合；料片被浸渍，来自碱回收和洗浆的白液和黑液分别引入贮槽4和5中，在混合槽6混合后送入浸渍器或直接泵入竖管7的顶部，供蒸煮用。

原料在预压螺旋8初步压实，该螺旋螺距250mm，与水平面倾斜45°，可调速。

原料再送进螺旋进料器9中经挤压，最后由螺旋末端挤入料塞管，形成密封料塞，以密封蒸煮空间的蒸煮压力，螺旋挤出的多余药液，由螺旋进料器外壳上的开孔流出。

螺旋末端有一实心轴延伸到料塞管中，用于消除形成的料塞中央部分较软的现象，防止反喷。

同时，压缩比的大小也很重要，草类原料更需要大的压缩比，一般为1︰8，因为草类料塞要封住0.7～0.8MPa的蒸煮压力，需要500～600kgm3密度，而草类原料密度小，只有60～80kgm3。

故草类原料要提高到上述密度，需压缩7～8倍。

如果蒸煮压力低，压缩比也可小些。

此外，为了防止原料打滑，螺旋外壳内表面设有防滑条。

螺旋与外壳防滑条间隙通常为0.8～2.0mm。

近来国外在料塞管上也设了防滑槽沟，据称，效果良好。

在进料器料塞管对面装在气动止逆阀10，其作用是便于原料成塞，保持料塞一定的紧密度，防止螺旋进料器的反喷，当料塞过松时，螺旋进料器的电流低于限定值，装在止逆阀气缸压缩空气管路上的电磁阀，在时间继电器与电流继电器的作用下关闭止逆阀。

在正常生产时，止逆阀退回气功装置一侧，以使原料连续进入蒸煮管。

第一根蒸煮管与竖管7之间设有补偿器11。

料塞经扩散落入蒸煮管12就开始恢复到正常密度，同时由直接蒸汽加热升温。

四根蒸煮管结构相同，管内有螺旋输送器。

蒸煮器的充满系数一般为0.5～0.7。

成浆由最后一根管落入翼式出料器13，经可调节的喷放阀喷放到喷放锅。

翼式出料器里面装有翼式搅拌器，转速300rmin左右，用以将浆料初步碎解并刮至喷放器。

翼式出料器的外壳上装有两个喷放阀，其中一个为备用，浆料通过其闸门的可调孔口喷入喷放锅。

近几年已开始采用冷喷放，这种喷放是在最后一条蒸煮管至翼式出料器之间的竖管上注入85℃左右的稀黑液，将浆料稀释至8%左右的浓度，并保持竖管内料位稳定，利用蒸煮管压力喷放。

冷喷放能提高浆料物理强度，并阻止蒸煮管内蒸汽随浆料一同喷放至喷放锅。

该系统关键部件为螺旋给料器，由进料螺旋、锥形壳体和料塞管等部件组成，螺旋进料器的作用是连续均匀地送料，并挤压多余药液，使得原料逐步压缩成密封料塞而进入蒸煮管。

经验证明，调整塞管的长度和压缩比，是重要的参数，要根据不同的原料，通过实验来确定，压缩段较长的螺旋，适应性较强。

压缩比的选择主要根据原料的自然堆积容重和可压缩性，即物料密度的变化率。

据报道，堆积容重大于170㎏m3的原料压缩比可采用1.8︰1，堆积容量小于25㎏m3的原料可以采用3.5︰1，介于75～175㎏m3的原料，可用差补法确定。

图2.1潘地亚式连蒸系统

2.3洗涤工段

2.3.1生产方法

洗涤的方法是三段逆流洗涤，经过双辊挤浆机后进行两段逆流洗涤。

采用串联的三台真空洗浆机作为一组，真空洗浆机由高度差形成真空，真空泵进行辅助抽真空，组与组之间采用并联的方式，后一段的浓黑液送至前一段进行洗涤，第一段的浓黑液送至碱回收车间，充分地发挥了洗涤液的洗涤作用，并达到废液增浓的目的。

工艺参数如下：

洗涤提取黑液固形物含量：

10%；洗涤后纸浆含量：

14%；洗涤碱损失：

0.30%（对用碱量）；洗涤纤维损失率：

0.30%；真空洗浆机进浆浓度：

3%；真空洗浆机出浆浓度：

12%；水腿内废液流速：

2.5ms；真空洗浆机温度：

75℃；真空洗浆机真空度：

18.0kPa；真空洗浆机稀释因子：

2kgkg风干浆；双辊挤浆机槽体最大压力：

35kPa。

由于纸浆洗涤在达到洗净度要求的前提下，不仅要求废液提取率高，而且要求稀释因子小，废液浓度高。

要解决这个矛盾只有采用多段逆流洗涤才可能在较小的稀释因子下，充分发挥扩散作用，取得较好的洗涤效果。

2.3.2生产工艺流程

筛选来的浆料进入真空洗浆机，洗浆机由10米以上高度差产生真空，真空度不够时由真空泵辅助抽真空，并向其内加入消泡剂起消泡作用。

在真空洗浆机内对浆料进行三段逆流洗涤，浆料洗后由螺旋输送机送入浆池，随后被送入双辊挤浆机（起挤浆和洗浆的双重作用），从挤浆机出来，浆料由送料螺旋送入氧漂塔，在这里，浆料的白度可漂达48%ISO左右，随后对浆料进行两端逆流洗涤，之后送入漂白塔进行漂白。

2.4蒸发工段

2.4.1生产方法

黑液蒸发采用七体五效板式降膜蒸发，蒸发的方式是黑液的间接蒸发。

蒸汽采用顺流，黑液采用逆流。

工艺参数如下：

蒸发碱损失率0.7%（对用碱量）；稀黑液浓度：

10%；稀黑液温度：

70℃；蒸发后浓黑液含量：

48%；出效浓黑液温度102～105℃；污冷凝水温度：

65～70℃；冷却塔出水温度：

25℃；冷凝器温水温度：

45℃；密封水压力：

0.4MPa；密封水温度：

15～30℃。

七体五效板式降膜蒸发是一种新型的碱回收蒸发系统，具有热效率高、节能、运行方便可靠、污染少、一次出浓黑液等特点。

由于蒸发站全部采用板式降膜蒸发器，整个蒸发站的传热系数和有效温差都得到很大的提高，且