毕业设计300td风干芦苇粗浆备料蒸煮工段设计课程设计.docx
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毕业设计300td风干芦苇粗浆备料蒸煮工段设计课程设计
300t/d风干芦苇粗浆备料蒸煮工段设计
摘要
本次设计的题目是年产10万吨化学苇浆的备料及蒸煮工段。
本说明书结合造纸图纸对芦苇制浆车间蒸煮工段的工艺流程、设备的选型、车间布置进行设计并论证。
也对该工段进行了碱平衡计算及热量平衡计算。
关键词：
芦苇，备料，蒸煮，工艺流程及计算，设备选型
Thedesignoftheworkshopaboutthereedpreparationandcontinuouscooking
Abstract
Thesubjectofthedesignistheworkshopproducing300tonchemicalreedypulpperdayofthefactorythatproduce10thousandtonculturalpulpayear,especiallyaboutthereedpreparationandcontinuouscooking.Theinstructionbookletintegratedwiththedesignpapercarriesontheanalysisandprooftothecraftsequence、theequipmentselectionandtheworkshoparrangement.yetonthecalculationofthealkalibalanceandthermalbalance.
KEYWORDS:
reed,strawpreparation，digest,thecraftsequenceandcalculation,theequipmentselection
目录
摘要I
AbstractII
1、课程设计的目的、意义和任务1
1.1、课程设计的目的及意义1
1.2、课题的任务1
2.厂址的选择及论证2
2.1原料的来源：
2
2.2交通运输情况：
2
2.3水源情况：
2
2.4电源：
2
3.备料工段的设计3
3.1原料厂的要求：
3
3.2原料的贮存：
3
3.3备料方法的比较3
3.4、备料方法的选择及具体的备料流程4
4.蒸煮工段的设计6
4.1蒸煮设备的选择6
4.1.1、间歇蒸煮与连续蒸煮的比较6
4.1.2卡米尔连续蒸煮器和潘迪亚连蒸横管的性能比较7
4.1.3蒸煮设备最终选择8
4.2、蒸煮工艺的比较与选择：
8
4.2.1各种化学法制浆的比较8
4.2.2蒸煮工艺最终选择9
4.2.3蒸煮工艺流程图9
5、热能的回收11
6、蒸煮工艺的计算13
6.1.蒸煮工艺参数13
6.2碱液平衡计算15
6.3热量衡算16
7.设备的选型19
7.1切苇机的选型19
7.2连蒸管的选型19
7.3其他设备的选型19
7.3.1圆筛的选择19
7.3.2鼓式洗苇机19
7.3.3水力洗苇机20
7.3.4斜螺旋脱水机20
7.3.5螺旋喂料器（Ф585）20
致谢21
参考文献21
1、课程设计的目的、意义和任务
1.1、课程设计的目的及意义
大学生课程设计是教学过程中的综合实践教学环节，是在学生基本学完全部基础课、专业课的基础上，并结合生产实习所进行的设计，在设计过程中能强化锻炼学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。
通过课程设计，可以培养学生的设计能力、查阅文献资料、计算、绘图等能力。
为今后的毕业设计打下基础，也为以后从事工程设计的学生打下良好的基础。
设计过程也可以巩固和复习所学的知识，达到在实践中加深对理论的理解。
练就综合运用所学知识的能力，并创造性的投放以后的实际生产。
本次课程设计是轻工与能源学院针对大四学生实际情况，对毕业设计所做的一次提前演练和专业知识的巩固，具有很高的针对性和实际作用。
课程设计也是对学生所学知识和综合能力的全面考核。
本次课程设计重点在于工艺流程的设计。
要想最终确定一个合理的工艺流程，就必须要求学生对不同的工艺流程进行比较，再结合经济效益，最后确定最合理的工艺流程。
当然，工艺参数需要参考实习的厂子进行确定。
所以实习期间实习的质量直接关系到本课程设计的质量。
影响我国造纸业发展的重要制约因素之一就是原料问题。
我国森林覆盖率低，木材资源匮乏，而洞庭湖地区芦苇丰富，芦苇价格较低，所以我们要合理取材、就近取材。
故本次设计以洞庭湖芦苇为原料，采用干湿结合法的备料技术及硫酸盐法制浆的横管连蒸技术制苇浆。
望能对国内准备上芦苇浆项目的企业提供一些可参考的意见。
1.2、课题的任务
确定生产工艺流程方案及所涉及方案的工艺参数、碱液及热量的平衡计算、主要设备的选型，用AutoCAD画出工艺流程图
2.厂址的选择及论证
根据任务说明书的要求，综合考虑芦苇来源、交通运输、产品销售等因素将厂选择在湖南省洞庭湖边。
这里芦苇资源丰富，销售渠道广泛。
2.1原料的来源：
洞庭湖地区芦苇产量每年可达50—60万吨，为本厂提供丰富的原料。
2.2交通运输情况：
洞庭湖边有港口，水上交通极为便利。
同时铁路、高速公路交通也较为发达
2.3水源情况：
靠近洞庭湖，且南方降水丰富，满足造纸厂用水需求
2.4电源：
造纸厂对电需求大，而湖南电力充足且一般造纸厂有自己的热电联产车间完全满足电力需要。
3.备料工段的设计
备料工段的设计不仅包括选择何种备料还应包括原料厂的布置及原料的贮存。
备料方法包括干法备料、全湿法备料、干湿结合法备料。
干湿结合法备料结合了干法备与湿法备料的部分程序。
与干法备料相比，其工作环境得到很大的改善；与湿法备料相比，设备运行费用相对较少。
这三种方法各有优缺点，其优缺点的比较见表1
3.1原料厂的要求：
要有防火安全设施，对于芦苇场严禁闲人进入，并安装有避雷设施；
运输要方便，此厂拟建在洞庭湖边，交通路线畅通；
排水要通畅，垛基下面垫有石垛，高于地面30—50cm，垛基周边与周围地面应有1:
1.5的坡度；
通风要良好，垛基方向与主导风向成45°如图示：
照明要符合要求，此场拟定将灯安装在避雷针靠近地面三分之一处
3.2原料的贮存：
堆垛的规格是40×12×6，垛顶高为6米，储备量要保证3—6个月的生产用料量，堆垛间距为10—15米，五个垛为一组，组间距为25米。
3.3备料方法的比较
表3-1备料方法的比较
优缺点备料
优点
缺点
干法备料
设备投资少，能耗少，操作容易
飞尘污染大，制浆用碱量高，得率低，纸浆质量不高，硅干扰大
湿法备料
噪声和粉尘低，工作环境得到改善；草叶等杂质去除率高，净化效果好；蒸煮化学药品少；纸浆得率高，强度好
设备投资大，维修费用高，动力消耗大，生产成本高
干湿法结合备料
具有湿法备料的优点，克服干法备料的缺点，并改善了工作环境，自动化程度高
设备投资费用大，运作费用高
除尘设备
由上表即可比较出：
干湿结合法备料结合了干法备料和湿法备料的优点，在实际生产中应用较多，故本设计采用干湿法备料。
而干湿结合法备料又分为
（1）干切、干净化、湿洗涤流程
（2）干切、湿净化流程。
一般多采用干切、干净化、湿洗涤流程。
具体流程如图1所示：
尘土
筛选设备
切苇机
苇捆
卸料台
运输机
脱水设备
料仓
传送带
水洗设备
蒸煮设备
图3-1干切、干净化、湿洗涤流程图
3.4、备料方法的选择及具体的备料流程
经比较可以知道选用干湿结合法备料具有更多的优点，其具体流程图如下：
芦苇
污水
传送带
排空
水膜除尘器
抓机
沉淀池
尘土等
风机
百叶除尘器
苇片圆筛
旋风分离器
切苇机
水力洗苇机
鼓式洗苇机
传送带
料仓
回料螺旋
斜螺旋脱水机
图3-2干湿结合法备料具体流程
4.蒸煮工段的设计
4.1蒸煮设备的选择
4.1.1、间歇蒸煮与连续蒸煮的比较
间歇蒸煮是一种比较传统的蒸煮方法，目前发展已经比较成熟，适合各种制浆方法，对原料的包容性也比较大。
目前，间歇蒸煮设备主要是立锅和蒸球。
我国常用的立锅容积有50m3、75m3、110m3三种规格，国外也有采用较大锅容的，如125m3、160m3。
蒸煮过
程有装料送液、升温、小放气、保温、大放气和放料等过程。
间歇蒸煮的优点在于生产的灵活性，蒸煮工艺容易改变可以根据需要随时制定新的工艺，间歇蒸煮在我国多有应用。
总的来说，立锅蒸球适合产量相对较小的企业。
连续式化学制浆设备按主题蒸煮设备可分为塔式连续蒸煮器，也称卡米尔连续蒸煮器；潘迪亚横管式及斜管式连续蒸煮器。
连续蒸煮器的优点在于：
1、对于大型蒸煮设备来说，连续蒸煮器的基建投资和运行费用较低；2、单位锅容产浆量高，占地面积相对较少；3、能耗较低，且气电耗均衡，避免了高峰负荷；4、蒸煮均匀性好，适用于大型制浆造纸厂。
塔式连续蒸煮器适用于大中型木浆厂，在芬兰、加拿大、美国等森林资源丰富的国家使用最为普遍。
我国森林资源不足，却有丰富的非木材纤维原料，是世界上最大的草浆生产国。
在我国制浆造纸工业中草浆占了很大的比例。
潘迪亚横管连续蒸煮器是一种典型成熟的连续蒸煮设备，尤其适合重量轻、松散、流动性差容易搭桥堵塞、滤水性差而又较易成浆的蔗渣、稻麦草、芦苇、竹子等非木材纤维原料。
横管连续蒸煮器主要由计量器、预气蒸器、螺旋喂料器、药液施加设备、蒸煮管、中间管、排料器和喷放阀等设备及与之配套的电气仪表控制装置组成。
经过不断地改善，目前配备了先进可靠的自动控制，现代的横管连续蒸煮器具有自动化程度高、工作稳定可靠、操作劳动强度低、蒸汽消耗低、汽电负荷均衡、蒸煮得率高、成纸质量好等优点，因此得到广泛应用。
在我国推广横管连蒸已经多年，有不少国产或引进设备正在运转。
影响连蒸系统正常运行的因素有很多，主要有设备选型、备料效果、系统流程及设备布置、设备制造质量、仪表控制的自动化程度及其可靠性、配套传动装置的可靠性、操作水平及设备的保养状态等。
连续蒸煮的出现显示了具有能耗低、纸浆质量稳定和污染少的优点，特别是深度脱木素理论的提出更使得连蒸技术完善。
间歇蒸煮为了自身的发展和生存，近十年来，国际上进行了不少的研究与改进。
开始是着重低能耗的间歇蒸煮与连续蒸煮相抗衡，发展结果不但能节约蒸汽，能达到深度脱木素的目的。
RDH和SuperT3ateh被认为是这方面最有成效的成果。
从目前的应用情来看，间歇蒸煮和连续蒸煮各有优缺点；但从长远角度考虑，连蒸还有很大技术优势可待开发，而间歇蒸煮技术已基本成熟。
各自的优缺点：
间歇蒸煮：
优点：
投资费用较低，电力消耗小于连蒸；单台出故障后，其他的可以继续生产不至于影响后面的工段；生产的灵活性高。
缺点：
产量低，蒸煮工艺不易连续化，产浆质量不稳定
连续蒸煮：
优点：
（1）产量大，蒸煮过程连续化，易于实现生产自动化控制；
（2）成浆均匀。
浆的物理性能好，滤水性能好，超早性能好。
裂断长比间歇蒸煮高500—2000m，其他耐折度、耐破度，抗张强度等均有提高。
超早性能好可提高纸机车速
（3）易洗选、易漂白，浆种灰分低，白度高。
纸浆质量好，蒸汽耗气低，汽电负荷均衡，便于热回收，减少空气污染
（4）粗浆得率低，耗碱量低
（5）有利于提取黑液的提取、蒸发、燃烧、苛化的正常运行，减轻硅干扰，有利于黑液的的回收
（6）在设备造型上加以适当的改进，可用于各种非木材纤维原料，及各种制浆方法
（7）厂房占地面积小，建筑投资省。
缺点：
（1）蒸煮设备所用装备较多，且较复杂，任一台装备停车、维修均将迫使全车间系统停车
（2）连蒸电力消耗较高
4.1.2卡米尔连续蒸煮器和潘迪亚连蒸横管的性能比较
卡米尔连续蒸煮器：
设备生产能力大，每套日产浆量可达2000吨。
由于采用塔内逆流扩散洗涤剂和冷喷放技术，减轻了环境污染，提高了纸浆强度。
多数用于硫酸盐法蒸煮，有些可用于烧碱法、预水解硫酸盐法、中性亚硫酸盐法或亚硫酸盐法蒸煮，多产木浆，少数用于生产草浆，而且用于生产草浆的连续蒸煮器的计量器，低压进料器，气蒸管和高压进料器都设置于蒸煮器的上部，在使用稻草、麦草时锅内没有扩散区。
所以，卡米尔对蒸煮芦苇的技术还不够成熟。
潘迪亚连续蒸煮从40年代开始投产，其特点是特别适合稻草、麦草、芒杆、蔗渣等草类原料的制浆生产，可以进行气相快速高温蒸煮。
可采用硫酸盐法、苛化碱法和中性亚硫酸盐等蒸煮方法制化学浆或半化学浆。
并且潘迪亚横管连续蒸煮器有如下优点：
计量器：
较好的计算精度，灵敏可靠。
螺旋喂料器：
高精度，光洁度和可靠性。
能喂入高水分的草片，轴承箱可靠，使用寿命长
T型管：
防止反喷装置，灵敏可靠
蒸煮管：
填充均匀可靠，达0.75
中间管、卸料器：
可冷喷放，冷喷放可分离出石头、铁块，避免喷放阀的堵塞
喷放阀：
由系统自动控制，具有自动化程度高，工作稳定可靠，劳动强度低等特点在世界各地已有百套投入生产公司反应良好，所以本设计采用潘迪亚横管连蒸技术
4.1.3蒸煮设备最终选择
芦苇属于非木材纤维原料，非木材纤维原料一般选用来连续蒸煮器因为连续蒸煮器生产的纸浆质量较稳定，且产量系数大于远大于间歇蒸煮器。
同时连续蒸煮还具有生产自动化程度高，连续放气放锅，热回收效率高，配置紧凑等优点而且本次设计年产达10万吨，产量较大，所以本次设计采用连续蒸煮器。
而连续蒸煮又包括立式连续蒸煮（一般用来制备木浆）和横管连续蒸煮（一般用来蒸煮草类原料），而潘迪亚横管连蒸又很适合非木材纤维原料的蒸煮，是采用非木材纤维原料化学法制浆最主要的设备。
所以本次设计最后选择的蒸煮设备为潘迪亚横管连续蒸煮器。
4.2、蒸煮工艺的比较与选择：
4.2.1各种化学法制浆的比较
目前生产化学浆的方法主要有硫酸盐法、亚硫酸酸盐法和烧碱法。
国内外草浆的生产，仍以烧碱法（或烧碱蒽醌法）和硫酸盐法为主[1]。
各种制浆方法都有各自的优点和不足
硫酸盐法：
优点：
、对原料适用范围广；2、脱木素速率快，蒸煮时间短；3、纸浆强度高；4、蒸煮废液回收技术和设备比较完善；5、较少发生树脂问题和草浆的表皮细胞群问题；6、允许木片中有相当量的树皮；7、可从一些材种的蒸煮放气时回收松节油和从蒸煮废液中提取塔罗油等副产品
缺点：
1、纸浆得率低；2、成浆颜色较深，比亚硫酸盐法难漂；3、蒸煮时产生的恶臭气体污染大气
亚硫酸盐法：
优点：
1、本色浆较白、易漂；2、得率较高；3、易打浆
缺点：
1、对原料要求严格；2、大都需要耐酸设备；3、蒸煮时间较长；4、蒸煮废液的回收是一个问题
烧碱法：
优点：
脱木素放反应快，有效缩短蒸煮周期；适合多种原料
缺点：
生产漂白浆时木素脱出条件过于剧烈，导致得率下降；未漂浆得率低，残留木素难溶出。
在烧碱法中通常加入少量的蒽醌促进木素的脱出和保护碳水化合物
参考制浆造纸手册（3）表4-6-15如下：
表4-1各种制浆方法的各项指标
烧碱蒽醌法
硫酸盐法
烧碱法
蒸煮
用碱量（Na2o）（%）
12.0
12.0
12.0
17.0
黑液残碱（Na2o）（g/l）
5.75
5.75
4.38
13.96
粗浆得率（%）
56.6
55.6
57.8
51.5
粗渣率（%）
1.45
1.85
5.30
2.50
细浆得率（%）
55.8
54.6
54.7
50.2
硬度
卡伯值
22.7
22.1
33.0
25.8
高锰酸钾值
13.8
13.2
17.5
14.8
漂率（白度65（%）
5.4
4.9
7.8
5.76
蒸煮条件：
蒽醌用量0.05%，液比1:
6。
硫酸盐法的硫化度是10%，最高蒸煮温度165℃，升温1.5h
由上表可以看出，烧碱蒽醌法与烧碱法相比，蒸煮耗碱量大幅度下降，得率也有较大提高。
卡伯值下降较多但漂率下降不大。
硫酸盐法和烧碱蒽醌法比较，硬度很接近，但烧碱蒽醌浆漂率稍高于硫酸盐法制浆。
但是添加蒽醌后浆料的漂白变得困难，漂白浆泡沫多，易糊网。
4.2.2蒸煮工艺最终选择
根据以上对硫酸盐法、烧碱法及亚硫酸盐法的比较，可以看出硫酸法纸浆强度高、脱木素速率快等优势，所以最后决定采用硫酸盐法。
4.2.3蒸煮工艺流程图
根据对备料工段、蒸煮设备以及蒸煮工艺的介绍、比较。
最后采用的备料蒸煮方法为：
干、湿法结合备料，硫酸盐法横管连续蒸煮。
蒸煮工艺流程图见图3蒸煮工艺流程图
多余苇片
图4-1蒸煮工艺流程图
5、热能的回收
在蒸煮过程中伴随着大放气和压力热喷放，会产生大量的废热蒸汽。
在实行全压热喷放的条件下，蒸煮放气和喷放热量之和相当于蒸煮全部热耗的50%。
所以合理回收利用此蒸汽，对于减少大气污染和热能回收都是非常有意义的。
国内较为典型的蒸煮废热回收方法是将从蒸煮器释放出来的废热蒸汽进行直接或间接热交换，得到污热水或清热水再加以利用，主要工艺流程见图4。
在图4中有蒸煮器大放气或喷放过程中产生的热蒸汽进入喷放锅后，由喷放锅顶部进入旋风分离器，将废气中夹带的纤维、黑液进行分离，送入喷放快锅中，蒸汽则进入喷射冷凝器，与冷污水或清水进行逆流混合接触，已回收废气中的热量而形成污热水，污热水下降进入热污水槽。
进污热水槽的污热水可能还有未凝结蒸汽或闪急汽，可以考虑在槽顶安装二次冷凝器使其全部冷凝。
污热水槽上部的热污水可以直接使用，污热水槽底部的冷污水可送喷射冷凝器进行热循环交换。
一般污热水槽上部的污热水温度可以达到90℃左右，可以直接用来蒸煮配碱；也可以泵送至热交换系统进行热交换而得到热清水，经热交换后的污热水温度可达40℃左右，这部分冷污水用于喷射冷凝器再次进行热交换。
热交换后的清水温度一般在70～80℃，可用于洗浆或生活用水。
为使图4所示的流程达到较好的运行效果，应该注意以下事项：
设备选型要合适，如污热水泵的流量、污热水槽的体积、高度和热交换器交换面积的计算及选型与实际余热数量及排放废气的速率相适应；从喷放锅带入污冷凝水的少量纤维堵塞热交换器问题，可以通过更换固定过滤器为过滤机来解决，以提高传热效率；选择易拆洗的、传热效率高的波纹板式换热器；适当提高U型溢流管的高度，以保证污热水槽的最低水位，防止污热水泵出现“喘气”而不能正常工作现象；安装自控仪表，对热回收所需要的冷凝水量进行自动调节。
图5-1蒸煮废热回收工艺流程图
6、蒸煮工艺的计算
6.1.蒸煮工艺参数
表6-1蒸煮工艺参数
未漂白的粗苇浆量
300t/d
粗浆得率
45%
用碱量
16%
备料损失
8%
蒸煮时间
30min
平均蒸煮压力
0.7MPa
平均蒸煮温度
160—175℃
液比
1:
3
蒸煮管充满系数
0.75
苇片进蒸煮管时的干度
50%
粗浆硬度（kappa值）
11-15
白液浓度
90g/l
碱回收率
80%
苛化率
87%
白液硫化度
10%
芒硝还原率
82%
白液活化度
89%
硫化度
14%
商品碱浓度
370g/l
Na2S
65g/l
白液浓度
90g/l
蒸煮初温
85℃
最高蒸煮温度
168℃
蒸煮管材料
碳钢
蒸煮管厚度
14mm
蒸煮最高温度
168℃
药液温度
85℃
室温
20℃
蒸煮液密度
1000kg/m3
保温材料
硅藻土
保温层厚度
60mm
蒸煮管比热容
0.115kcal/（kg·℃）
蒸煮管导热系数λ1
50kcal/（m·h·℃）
硅藻土导热系数λ2
0.15kcal/（m·h·℃）
苇片比热容
0.34kcal/（kg·℃）
水的比热容
1kcal/（kg·℃）
药液的比热容
0.91kcal/（kg·℃）
管内物料对钢板的传热系数α1
3000kcal/（m2·kg·℃）
管子对外界空气传热系数α2
10kcal/（m2·kg·℃）
风干浆的水分
10%
6.2碱液平衡计算
每小时消耗的粗苇浆量
300÷[45%×（1-8%）×22.5]=32.21t/h
每小时进入蒸煮管风干苇量
32.21×（1-8%）=29.63t/h
每小时进入蒸煮管绝干苇量
29.63×（1-10%）=26.67t/h
总液量体积V0=绝干苇量×液比=26.67×3=80.01m3
总活性碱用量=绝干苇量×用碱量=26.67×16%=4.27t/h
总硫化碱用量=总活性碱量×硫化度=4.27×14%=0.6t/h（以NaOH计）
总NaOH用量=4.27-0.6=3.67t/h
白液中活性碱量=总活性碱量×碱回收率=4.27×80%=3.42t/h
白液中Na2S量=白液活性碱量×白液硫化度=3.42×10%=0.342t/h（以NaOH计）
白液中NaOH的量=3.42-0.342=3.078t/h
组成组分
以Na2S计
NaOH
90*87%=78.3
Na2S
90*10%=9
Na2CO3
90*13%=14.7
Na2SO4
9*18/82=1.98
总计
101
则白液的活化度为：
90/101=0.89
白液加入体积V1=白液活性碱量/（白液浓度*白液活化度）
=3.42×1000/（90*0.89）=42.70m3
商品碱用量=总NaOH用量-白液中NaOH用量=3.67-3.078=592kg
商品碱体积V2=592/370=1.6m3
商品Na2S用量=总Na2S用量-白液中Na2S用量
=600-342=258kg（以NaOH计）
若以硫化钠计算则为258×78÷80=251.55kg
Na2S体积V3=251.55÷65=3.87m3
苇片进入蒸煮管时所带的水分V4=26.67÷50×（1-50%）=26.67m3
补加的清水量V5=V0-V1-V2-V3-V4
=80.01-42.70-1.60-3.87-26.67
=5.17m3
6.3热量衡算
（1）、将绝干苇片从20℃加热到168℃所需的热量
Q1=C1M1T1=0.34×26.67×（168-20）×103=1342034.4kcal/h
（2）、将苇片中的水分和补加的清水从20℃加热到168℃所需的热量
Q2=C2M2T2=1×（26.67+5.17）×148℃×1000=4712320kcal/h
（3）、将药液从85℃加热到168℃所需的热量
Q3=C3M3T3=0.91×（42.70+1.6+3.87）×（168-85）
=3628280.1kcal/h
（4）、连蒸管通过保温层向外界辐射的热量
连蒸管容积的计算公式为：
Ve=qt/vβФ
其中q：
绝干粗浆的产量
t：
蒸煮时间；v：
装锅量，取180kg/m3
.β：
粗浆得率Ф：
充满系数，取0.75
所以Ve=300×（1-10%）×30÷[0.18×45%×0.75×22.5×60]=106.08m3
可选用
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