年产2万吨竹浆生产车间设计

年产2万吨漂白竹浆制浆厂设计书(重点备料和蒸煮工段）2012年10月摘要第一章绪论1.1设计范围1.2厂址选择和论证第二章工厂总平面设计2.1总平面设计的依据2.2总平面布置——集中制第三章工艺流程设计及说明3.1工艺流程设计原则3.2生产方案的确定3.2备料工段的设计及说明3.3蒸煮工段的设计及说明3.4洗涤筛选工段3.5漂白工段第四章浆水平衡计算4.1工艺参数4.2浆水平衡计算过程4.3浆水平衡表第五章热量衡算5.1热量平衡计算的目的5.2蒸煮热量平衡计算5.3漂白热量平衡计算第六章设备选型和计算6.1备料设备的选型6.2制浆设备的选型6.3主要设备一览表摘要本设计是为设计年产2万吨漂白竹浆用于高档卫生纸的制浆厂，重点工段是备料和蒸煮工段。我国目前木材资源较少，故选择广西的竹材作为制浆造纸的原料。竹材在广西分布广泛价，且生长周期短，每年可用于造纸的多达百万吨以上，但目前实际利用率比较低。在制浆方面，采用撕丝除髓备料的技术，可以使纤维素损伤较少，同时竹节也跟着破裂。蒸煮采用改良硫酸盐法蒸煮）,具有更好的脱木素选择性，蒸煮更为均匀。关键词：竹浆、备料、蒸煮、制浆。第一章绪论1.1设计范围设计年产2万吨的全竹浆，用于高档卫生纸的抄造。该产品主要以毛竹为原料，制浆采用硫酸盐蒸煮工艺，抄造过程中未添加任何有害化辅料，产品卫生、环保，产品质量优异，强度、吸水性、吸附性极佳。是真正的“环保生活用纸”，具有广阔的市场前景。1.2厂址选择和论证年产2万吨全竹浆厂址建于广西省临桂县，临桂县位于“山水甲天下”的桂林西郊，县城为桂林市西城工业开发区，距离桂林市区六公里。临桂地理位置，陆空交通十分便利。距离县城15公里的两江国际机场是我国西南最大的国际航空港，柳贵高速公路、321国道、322国道、20217省道、湘桂铁路等陆上交通动脉交汇县城。全县由广西主电网供电，现有2000千伏安变电站两座，用水大有保障，有33个大、中、小、型水库，排污管网纵横畅通。同时县城地处亚热带季风区，北纬25°以南，属南亚热带和热带北缘季风气候区，纬度低、日照时间长、气温高、热量丰富、雨量充沛、雨热同季、夏长冬短，年平均气温17.9～22.6℃，≥10℃的活动积温5657.7～8159.1℃，降雨量1300～2800mm。年平均无霜期在320d以上，非常适合于竹子的生长，尤其是丛生竹林。竹子一旦造林成功，在几十年内可年年择伐，永续利用，青山常在；竹子形态端直挺拔，茎秆秀丽，枝叶婆娑，四季常绿；地下根系发达，相互交织，在山坡、台地、河堤、江滩、湖岸有很好的固结土壤和防止水土流失的作用。临桂现有竹林面积10万亩，竹材总蓄积量100多万吨，加上周边地区的竹材量，每年可供造纸用竹材50万吨以上。西竹材的砍伐和储存工作有季节性，一般从先年的10月至第2年的5月，伐龄为2～3年。第二章工厂总平面设计2.1总平面设计依据（1）工厂的组成资料是指工厂生产的性质及其规模大小，企业管理体制和对外协作关系等资料以及在设计的技术经济部分规定的本厂所以生产组成部分（基本生产、辅助生产、附属或副产品生产的各个车间）、运输供应机构、工厂行政管理部门等。在总平面设计时，要根据这些组成部分的性质把全厂划分成几个区域，进行大致合理的安排。（2）建筑工程明细表根据工程组成而确定的主要建筑物和构筑物的工程项目。（3）生产工艺资料包括产品品种明显和生产规模、工艺流程图、生产工艺对建筑物布置和运输上的要求、各劳工的劳动组织和定员编制等。（4）厂址选择资料包括厂区的地形、地势、地质、面积、气象及水文地质条件。（5）工厂发展规划包括分期建设规模和最后规模2.2总平面布置——集中制综合考虑建厂地理及生产条件，总平面布置采取集中式。集中式总平面布置（硫酸盐法竹浆厂）1-贮料场2-推木机3-备料间4-竹片仓5-回收车间及锅炉房6-电机房7-筛选工段8-纸板车间9-成品库10-洗浆车间11-蒸煮车间12-中心化验室13-办公楼14-食堂15-机修车间16-车间化验室17-运输站第三章工艺流程设计及说明3.1工艺流程设计原则所建纸浆厂以竹子为原料，产品为卫生纸纸浆。依据竹子的特性，从而确定整个纸浆厂的工艺流程。竹类细胞主要有纤维细胞、薄壁细胞、石细胞、导管、表皮细胞等。竹类纤维形态特征是:纤维细长、壁厚腔小、比重大、纤维较挺硬、透明度高。研究表明,丛生竹材纤维长度为1.88~3.04mm,平均2.37mm;纤维宽度为12.4~20.8mm,平均16.6μm;长宽比在101-210之间,平均为145;纤维素含量42.33%~52.08%,平均48.05%;由于丛生竹类比散生竹类具有生长更快、产量更高,并且从纤维形态和纤维素含量来看,丛生竹作为造纸原料优于散生竹。纸浆用竹林的竹种应以丛生竹类的竹种为主,其竹材纤维较长,如青皮竹、慈竹、料慈竹、粉单竹、撑篙竹、刺楠竹、麻竹、绿竹、孝顺竹、龙竹、刺竹、黄竹、云香竹、撑绿杂交竹等。3.2生产方案的确定①竹子的贮存与备料竹子的砍伐具有季节性，故若要保证工厂能够连年长续生产，工厂必须有一定数量的竹料。竹捆进行切片后与外来竹片一起送往竹片堆堆存，按照“先筛选后堆存”的原则。同时，备料的洗涤也是必不可少的。②蒸煮工段竹子的蒸煮采用硫酸盐法，蒸煮设备采用立式蒸煮锅或横管式连续蒸煮器。③洗涤、筛选工段竹浆纤维比较长，滤水性好，比其他浆类更容易洗涤。筛选净化主要是除去粗渣、尘埃和砂子。④漂白工段由于常规的CEH三段漂方法所得浆粘度较低，且氯气和次氯酸盐在降解木素的同时对碳水化合物也有较大损伤,次氯酸盐对纤维强度损伤更为严重，故采用C-Ep-H、(C+D)-E/O-H-D和O-C/D-Eo-D等漂白工艺。3.3备料工段的设计及说明由于竹子砍伐的季节性,要保证工厂机制造纸的长年连续生产,工厂必须存放一定数量的竹料,一般为3~6个月的用量,而且刚收来的生竹子也需要存一段时间使其风干、脱青。竹捆的堆垛可采用移动式皮带机,人工辅助,拆垛可采用装载机。竹捆进入厂内堆场后,竹捆送到切竹机切成竹片和外来竹片一起送竹片堆堆存。竹片规格:竹片长10~25mm。竹子切片设备采用刀盘式切竹机。竹片露天贮存堆场在整个生产工艺流程中的位置,应按照“先筛选后堆存”的原则布置,这样能够使得切片后竹片或外来竹片先经筛选将竹屑除去,避免竹片在堆存过程中发酵、霉变。竹片筛选除去长条竹片和竹屑,合格竹片送去堆存,长条竹片送回切竹机重切,竹屑送废渣锅炉燃烧。竹片堆存后建议按“先进先出”的原则排料,其堆顶上的堆料设备可选用可逆配仓带式输送机或带卸料小车的带式输送机;其堆底部的出料设备可选用移动式螺旋出料器(变频调速),这样可以保证先堆的竹片先用,避免一些竹片因存放时间太长而变质,使竹片质量保持均匀。备料工段竹片洗涤也是有必要的,用洗涤法去除夹杂在竹片中的泥砂,可减少生产中的设备磨损、结垢以及硅干扰。备料工段的工艺流程大致如下图：3.4蒸煮工段的设计及说明竹类蒸煮,一般采用硫酸盐法,其特点是蒸煮得率高,纸浆强度高,环境污染少,纤维柔软性好,碱回收工艺成熟。竹材的硫酸盐法蒸煮较木材(特别是针叶材)硫酸盐法容易,因竹材含木素少,当然脱木素要容易些,但更重要的似乎是木素的化学结构,竹子原料中较针叶材中含有较多的紫丁香基木素结构单元。此外,竹子中还含有5%-10%的香豆酸和少量阿魏酸乙酯的型式与其他结构单元联接。酯联接是蒸煮初期就能进行碱化断裂的联接键。所以竹子较木材易蒸煮。蒸煮设备采用立式蒸煮锅或横管式连续蒸煮器。采用冷喷放,既能回收喷放余热,又能使蒸煮过程中基本上无废汽外泄,消除喷放产生的废气对环境的污染,也能防止蒸汽随浆带走,减少蒸汽消耗,而且浆料不发生高温裂解反应,对纤维损伤少,从而提高了纤维强度,因此,带冷喷放的连续蒸煮器,对改善纸浆质量,降低用汽量、消除废气对环境的污染都起着重要作用。在实际生产中,鉴于竹材结构紧密,加上导管内留存的空气极难排除,竹材蒸煮需要较长的渗透时间,升温渗透时间一般1.5-2h,保温时间也都需要2-2.5h。几种不同蒸煮设备工艺比较如下图：硫酸盐法竹浆几种不同蒸煮设备蒸煮工艺示例蒸煮工艺参数蒸球蒸煮立锅蒸煮横管连续蒸煮器蒸煮装锅量（绝干竹片）180~220Kg/m3220~230Kg/m3进料量110~160Kg/min液比1：2.4~31：3~3.51:2.4~2.8用碱量（氧化钠计）18%~22%15%~18%18%~20%硫化度15%~25%16%~22%18%~20%最高蒸煮压力（MPa）0.55~0.650.65~0.7O.6~0.7最高蒸煮温度——165左右165~170左右加热方式直接加热间接加热辅以直接加热直接加热蒸煮时间4h4~5h45~48min粗浆硬度10~1814~1814~18黑液残碱9~16g/L10~16g/L10~16g/L综上，可考虑使用横管连续蒸煮器进行蒸煮。3.5洗涤筛选工段生产实践证明,竹浆纤维比较长,滤水性好,比其它草浆容易洗涤,甚至比阔叶木浆容易洗涤。用于竹浆洗涤的设备一般有真空洗浆机、压力洗浆机、水平带式洗浆机,大型竹浆生产线可采用双辊置换压榨洗浆机或DD洗浆机。综合考虑，采用真空洗浆机。筛选净化主要是除去粗渣、尘埃和砂子,竹子制浆粗渣量比较大,粗渣主要是未煮透的节子,杂细胞含量大,不宜再用于蒸煮,否则会影响到纸的质量。采用封闭筛选系统用尺寸较窄的缝筛除掉尘埃,主流程上不设除砂器,这样不仅可以节水,也能保证浆的质量。如图流程所示：封闭筛选流程3.6漂白工段与木材纤维不同,竹子纤维纹孔少而且小,在漂白过程中漂液必须从纤维锥形末端渗入,而未漂竹浆存在大量半纤维素在漂白时膨胀,使漂液渗透困难,另外未漂浆的木素中存在25%左右的缩合木素不易溶解。因此,竹浆在不损伤纤维强度的情况下漂白到90%(ISO)的白度是很困难的。传统的CEH三段漂废水污染过大，而TCF漂白工艺成本较高，故采用ECF漂白工艺。ECF漂白可采用ODEOPD流程或OD0(E/O)D1D2流程,氧脱木素(O段)废液可直接逆流回用至洗涤工段,进入碱回收系统,两段氧脱木素后脱木素率可达60%,具有环境污染少、纸浆得率和粘度较高、白度稳定、脱水性能好、漂白费用低等优点。氯化段用二氧化氯完全代替氯气,提高浆料强度,大大改善废水质量,有利于减轻环境污染;碱处理段加氧气及过氧化氢,以便改善浆的质量,降低废液色度、减少后段二氧化氯用量,进一步减少漂白废水污染物的含量;最后一段二氧化氯漂白,在浆料达到高白度的情况下仍保持较高的强度,漂后浆白度能达到88%-90%(ISO),且浆的粘度能保持在650cm3/g以上。硫酸盐法竹浆的漂白工艺示例如下表：硫酸盐法竹浆不同漂白工艺实例漂白阶段工艺参数C-E-H（C+D)-E/O-H-DO-C/D-0-DE漂前浆硬度12~17(K值)9~14(K值)15(kappa值)氧脱木素段2O用量————2%~3%NaOH用量————2.5%~4%洗浆机组压力除草机压力筛洗浆机送去漂白4gMSO用量————0.3%~0.5%浆浓————10%~12%漂白温度————100℃漂白时间————80min出氧段浆kappa值————8终点pH值————11~12氯化段氯气用量5~5.6%2.6%2~2.5%二氧化氯用量——1.0%0.95~1.2%浆浓3%3%10%反应温度常温常温60℃反应时间50~60min40~60min50min氯化后pH值2.5以下2.5以下2.5以下氯化后残碱≤0.1g/L≤0.1g/L≤0.1g/L碱处理段用碱量1.5~2%2%2%用氧量——0.5%0.5%碱处理温度48~52℃85℃85℃碱处理时间120min120min120min浆度9%~12%9%~12%10%~12%碱处理后pH值8~118~118~11H段用氯量1.5%~2%0.8%——漂白浆浓9%~12%9%~12%——漂白温度35~38℃36℃——漂白时间270min150~180min——漂白过程pH8~118~11——漂白终点pH7~88~8.5——D段二氧化氯用量——0.8%0.6%二氧化氯