До 30-40% общего энергопотребления бумажной фабрики происходит еще до того, как целлюлоза достигнет бумагоделательной машины. Этот огромный расход энергии происходит в первую очередь в отделе подготовки массы. Операторы фабрик постоянно сталкиваются с противоречиями между максимизацией выхода волокна, достижением целевых свойств бумаги, таких как прочность и формование, и контролем эксплуатационных расходов, таких как энергия, вода и техническое обслуживание. Относиться к проектированию системы как к простому выбору из каталога — опасное отраслевое заблуждение. Истинная эффективность требует индивидуального, высокоинтегрированного проектирования.
Мы представим комплексную основу для оценки и проектирования современной архитектуры. Эта система охватывает весь процесс: от подачи целлюлозы и обработки сырья до подходящей системы потоков. Вы узнаете, как учитывать автоматизированные технологии, системы отбраковки и снижать риски для создания высокофункциональной системы подготовки запасов .
Персонализация обязательна: эффективный проект подготовки массы требует согласования выбора оборудования (целлюлоза, сортировка, рафинирование) с учетом входящего сырья (первичная целлюлоза или переработанное волокно) и конечного сорта бумаги.
Хранение и динамика потоков. Правильный расчет системы — например, расчет общего объема хранения на один день и емкости машинного ящика на два часа — имеет решающее значение для буферизации изменений процесса и обеспечения непрерывной работы бумагоделательной машины.
Автоматизация обеспечивает согласованность: переход на автоматическую линию подготовки массы сокращает ручное вмешательство в обработку тюков, устраняет угрозы безопасности и обеспечивает точный контроль согласованности в режиме реального времени.
Круговое управление ресурсами. По-настоящему эффективная система объединяет контуры очистки осадка, отходов и сточных вод непосредственно на начальном этапе проектирования, а не рассматривает их как второстепенные задачи.
Определение критериев успеха при проектировании подготовки материала
Согласование входного сырья с целевыми показателями конечного содержания
Вы должны установить базовые параметры на раннем этапе проектирования. Переработка первичной целлюлозы, будь то твердая или мягкая древесина, требует совершенно иного подхода, чем обработка вторичной бумаги, такой как OCC, смешанных отходов или очищенной от краски целлюлозы. Первичные волокна обычно требуют высокоинтенсивной переработки для придания прочности за счет фибрилляции. Переработанные волокна требуют бережного диспергирования и очистки для удаления загрязнений без дальнейшего разрушения и без того ослабленной структуры волокна. Когда вы проходите по цеху завода, сразу бросается в глаза разница в площади оборудования между линией по производству первичной крафт-бумаги и линией по производству тест-лайнера из 100% вторичной переработки.
Морфология волокна диктует необходимые этапы обработки. Длина волокна, его крупность и способность к набуханию напрямую влияют на выбор оборудования. Для коротких волокон твердой древесины требуется другой рисунок пластин рафинера по сравнению с длинными волокнами мягкой древесины, чтобы предотвратить чрезмерную резку. Необходимо подобрать ширину стержня и глубину канавок пластин рафинера в соответствии с конкретными размерами волокна. Если вы пропустите короткие волокна через грубую пластину, предназначенную для мягкой древесины, вы измельчите волокна, а не фибриллируете их, разрушая прочность конечного листа на разрыв.
Рассмотрим конкретные требования для разных сортов. Производство тканей требует исключительной мягкости и объема, а это означает, что обработка должна быть сведена к абсолютному минимуму, чтобы сохранить целостность волокна. И наоборот, пергамин или жиронепроницаемая бумага требуют огромного количества энергии для переработки, чтобы полностью сжать волокна и создать плотный, непористый лист. Вся архитектура системы зависит от определения исходного сырья и окончательного сорта.
Энергопотребление и компромисс между качеством волокна
Оценка удельного энергопотребления (SEC) нефтеперерабатывающих заводов, пульпов и ситовых систем не подлежит обсуждению. Инженеры заводов должны отслеживать ключевые показатели эффективности использования энергии, которые обычно измеряются в кВтч/тонну переработанного абсолютно сухого волокна. Слишком сильное использование оборудования приводит к уменьшению отдачи. Чрезмерное рафинирование приводит к сильному разрезанию волокон, чрезмерной гидратации и образованию большого количества мелких частиц. Это ухудшает дренаж на проволоке бумагоделательной машины и приводит к потере огромного количества электроэнергии.
Нефтепереработка является крупнейшим потребителем энергии в департаменте. Вы должны рассчитать удельную краевую нагрузку (SEL), чтобы определить интенсивность рафинирования. Низкий уровень SEL обеспечивает мягкую фибрилляцию, идеальную для развития прочности на растяжение без потери прочности на разрыв. Высокий уровень SEL разрезает волокна, что может быть необходимо для улучшения формования, но ухудшит общую прочность листа. Балансировка мощности нефтеперерабатывающего завода без нагрузки с чистой мощностью нефтепереработки является повседневной эксплуатационной задачей.
Производство целлюлозы также требует строгого контроля. Работа гидроразбивателя дольше, чем необходимо, не улучшает расслоение; он лишь разбивает загрязняющие вещества на более мелкие части, которые позже сложнее отфильтровать. Вам следует оптимизировать время цикла гидроразбивки на основе визуального осмотра промытой массы и регулярных лабораторных испытаний на содержание хлопьев.
Правила планирования емкости и хранения данных
Стандартные правила буферизации обеспечивают стабильность системы. Выбор башен хранения высокой плотности (HD) для хранения минимум одного дневного запаса защищает бумагоделательную машину от сбоев в работе целлюлозного завода или установки по удалению краски. Определение размеров ящика машины следует другой инженерной логике. Вам следует ориентироваться на 1,5–2 часа работы машины. Эта особая способность сглаживает высокочастотные колебания консистенции и помола еще до того, как масса достигнет напорного ящика.
Конструкция перемешивания грудной клетки предотвращает расслоение скота и застойные зоны. Мешалки неправильного размера позволяют тяжелым волокнам оседать, что приводит к резким колебаниям консистенции, что нарушает плотность бумаги. Вы должны рассчитать точную тягу, необходимую для пропеллера мешалки, исходя из диаметра камеры, консистенции массы и типа волокна. Заготовка из лиственных пород с консистенцией 4% ведет себя совсем иначе, чем заготовка из хвойных пород с консистенцией 4% из-за различий в пределе текучести и прочности сети.
Рассчитайте общую суточную производственную потребность в тоннах сухого продукта.
Определите стабильность работы каждого резервуара для хранения.
Размер башен HD для времени хранения 24 часа.
Размер смесительных и машинных камер рассчитан на время выдержки от 1,5 до 2 часов.
Выберите мешалки на основе расчетного потока импульса, необходимого для поддержания полного движения по всему объему грудной клетки.
Основные этапы линии подготовки массы: от подачи целлюлозы до напорного ящика
Подача сырья и обработка тюков
Этап приема определяет начальную стабильность системы. Приемка тюков, проверка влажности и конфигурация хранения должны быть хорошо организованы. Тяжелые конвейерные системы, питающие измельчитель, требуют особого физического пространства и строгой защиты. Переход от ручной резки к автоматизированным системам удаления проволоки оптимизирует первоначальную стабильность подачи целлюлозы и защищает операторов от вреда. Управление движением вилочных погрузчиков вокруг подающих конвейеров является важным фактором безопасности, который должен быть предусмотрен в плане помещения.
Изменение влажности входящих тюков напрямую влияет на консистенцию измельчителя. Если вы предполагаете, что тюк имеет влажность 10 %, а на самом деле она составляет 20 %, консистенция измельчителя упадет, что повлияет на эффективность процесса промывания и последующих химических реакций. Автоматические датчики влажности на подающем конвейере предоставляют данные в режиме реального времени для регулировки потока разбавляющей воды в гидроразбиватель.
Удаление шлама, пульпы и грубого удаления загрязнений
Конструкции роторов, такие как спиральные или S-образные профили, а также геометрия ванны определяют эффективность шелушения и удаления хлопьев. Варка целлюлозы высокой консистенции (HC) работает при консистенции 12-18%. Он потребляет меньше энергии, повышает эффективность добавления химических веществ и предотвращает разложение загрязняющих веществ. Варка целлюлозы низкой консистенции (LC) работает при консистенции 3-6% и типична для более чистых бумажных масс.
Вспомогательное оборудование предотвращает повреждения на выходе. Тряпочные машины, юнкеры и барабанные грохоты удаляют крупный мусор, такой как проволока, пластик и тяжелые металлы, прямо в гидроразбивателе. Веревку тряпки следует тянуть с постоянной контролируемой скоростью, чтобы она не порвалась и не стала слишком тяжелой для извлечения. Ловушка для мусора требует регулярной автоматической очистки, чтобы предотвратить износ ротора измельчителя и экстракционной пластины тяжелыми материалами.
| Параметр | Производство целлюлозы высокой консистенции (HC) | Функция |
| Операционная последовательность | 12% - 18% | 3% - 6% |
| Основное приложение | Бумага из вторсырья, влагопрочные сорта | Девственная мякоть, чистая сломанная |
| Обращение с загрязнителями | Сохраняет размер загрязнений | Склонен расщеплять загрязнения |
| Энергоэффективность | Выше (меньше воды для нагрева/перемещения) | Ниже |
| Химическая эффективность | Отлично (высокая концентрация) | Умеренный |
Скрининг, очистка и фракционирование
Выбор корзин с напорным ситом полностью зависит от типа мусора. Вы должны выбирать между прорезями и отверстиями, указывая при этом точную ширину и профиль для обработки косточек, липких материалов или пластика. Гидроциклонные очистители обеспечивают разделение по плотности. Передние очистители удаляют загрязнения высокой плотности, такие как песок и стекло. Очистители обратной и сквозной очистки предназначены для удаления мусора низкой плотности, такого как воск и полистирол.
Технология фракционирования разделяет длинные и короткие волокна. Это позволяет применять целевую рафинацию только к длинноволокнистому потоку. Это значительно снижает общую энергетическую нагрузку и сохраняет объем коротких волокон. В сите фракционирования используются отверстия или щели определенного размера, позволяющие коротким волокнам проходить через корзину (приемка), сохраняя при этом длинные волокна (отбраковка). Затем вы направляете поток длинных волокон на рафинеры.
Конструкция ротора сита так же важна, как и конструкция корзины. Ротор создает пульсации, необходимые для поддержания чистоты щелей сита. Если скорость ротора слишком низкая, экран закроется и забьется. Если скорость слишком высока, вы тратите энергию и рискуете протолкнуть деформируемые загрязнения, такие как липкие вещества, через щели.
Флотация, диспергирование и удаление краски (для линий вторичной переработки)
Эффективное отделение чернил и прилипание во флотационных камерах требует точных химических, термических и механических условий. Диспергирующие и месильные агрегаты работают при высоких температурах, зачастую до 120°С. Они плавят и диспергируют воск, термоклеи и остающиеся липкие вещества, не нарушая целостности волокон. Нагревательный шнек перед диспергатором должен равномерно повышать температуру сырья, чтобы гарантировать, что все термопластические загрязнения достигнут точки размягчения.
Флотация основана на гидрофобной природе частиц чернил. Вы впрыскиваете воздух в суспензию, и чернила прикрепляются к пузырькам воздуха, поднимаясь на поверхность в виде пены, которую снимают. Контроль размера пузырьков и консистенции материала во флотационной камере определяет эффективность удаления чернил. Слишком сильная турбулентность приведет к отделению чернил от пузырьков еще до того, как они достигнут поверхности.
Рафинирование и смешивание сырья: переход от устаревших битеров к дисковым рафинерам
Исторически в периодических системах использовались битеры Hollander, которые были крайне неэффективны. Современные конфигурации полагаются на непрерывную доработку. Конические рафинеры, как с пологим, так и с крутым углом, обеспечивают особые характеристики развития волокна. Двухдисковые рафинеры обычно требуют меньше затрат на техническое обслуживание, имеют более длительный срок службы пластин и превосходные возможности фибрилляции по сравнению со старыми технологиями.
Камера для смешивания и камера для смешивания требуют строгих инженерных протоколов. Дозирование химических добавок для красителей, проклеивающих веществ, влагоустойчивых смол и наполнителей должно обеспечивать равномерное распределение во избежание дефектов бумаги. Вы должны вводить химикаты в точки высокой турбулентности, чтобы обеспечить быстрое перемешивание. Добавление вязкого химиката в медленно движущуюся область грудной клетки приведет к локальным скачкам концентрации и неравномерным свойствам бумаги.
Выбирайте пластины рафинера в зависимости от длины волокна и желаемых прочностных свойств.
Следите за повышением температуры в рафинере, чтобы оценить передачу энергии.
Внедрите контуры управления потоком для поддержания постоянной пропускной способности пластин рафинера.
Спроектируйте иглы для впрыска химикатов так, чтобы они проникали в центр сырьевой трубы для оптимального перемешивания.
Системы очистки осадка, отходов и воды
Обработка первичных отходов со ступеней сортировки и очистки включает в себя обезвоживающие шнеки и уплотнители отходов, чтобы минимизировать объем свалки. Интеграция установки флотации растворенным воздухом (DAF) и осветлителей позволяет очищать контуры оборотной воды. Это обеспечивает максимальное восстановление волокна и наполнителя. В системах водоснабжения с замкнутым контуром необходимо тщательно контролировать накопление растворенных органических и неорганических материалов, чтобы предотвратить коррозию системы, образование накипи и появление сильного запаха.
Вы не можете игнорировать систему обработки брака. Плохо спроектированная система отбраковки станет узким местом всей производственной линии. Прессы для обезвоживания должны обеспечивать достаточно высокое содержание сухого вещества, чтобы отходы можно было сжигать или транспортировать с минимальными затратами. Фильтрат из этих прессов сильно насыщен мелкими частицами и золой, поэтому требуется специальное осветление, прежде чем его можно будет повторно использовать в гидроразбивателе.
Оценка моделей пакетной и непрерывной обработки
Реалии эксплуатации и устаревшие битеры в пакетных системах
Пакетные системы остаются жизнеспособными в очень специфических случаях использования. Специальная бумага, ценная бумага, фабрики малой производительности и заводы с частой сменой сортов или цветов по-прежнему полагаются на них. Однако механические ограничения мешают дробилкам периодического действия и устаревшим битушкам. Они требуют тщательного ручного контроля, генерируют циклические пики энергии и страдают от присущих им различий в консистенции от партии к партии. Операторам приходится вручную взвешивать и добавлять химикаты, что увеличивает риск человеческой ошибки.
Энергетический профиль периодической системы весьма неустойчив. Когда разрыватель периодического действия запускается, он потребляет мощный всплеск тока. Это создает нагрузку на электросеть комбината и может привести к взиманию платы за пиковую нагрузку со стороны коммунальной компании. Управление этими электрическими нагрузками требует сложной последовательности запусков оборудования.
Масштабируемость и эффективность непрерывных систем
Непрерывная обработка обеспечивает значительные эксплуатационные преимущества в стабильном состоянии для крупносерийных видов товаров, таких как упаковка, тарный картон, бумажная бумага и газетная бумага. Эти системы в значительной степени полагаются на современное оборудование.
| варки низкой консистенции (LC) | Пакетная обработка | Непрерывная обработка |
| Объем производства | От низкого до среднего | Высокий (товарные сорта) |
| Вытягивание энергии | Циклические пики и долины | Стабильная оптимизированная нагрузка |
| Изменения оценок | Быстрый и изолированный | Требуется управление переходом |
| Зависимость от инструмента | Умеренный | Чрезвычайно высокий (линейные датчики) |
Встроенные датчики консистенции, электромагнитные расходомеры и насосы с регулируемой скоростью поддерживают равновесие системы. Непрерывные трубопроводы также значительно сокращают занимаемую площадь и затраты на гражданское строительство по сравнению с установками на крупных судах. Вы устраняете необходимость в огромных резервуарах для хранения между каждым этапом процесса, полагаясь вместо этого на непрерывный поток насосов, перемещающих сырье через сита и очистители.
Интеграция автоматической линии подготовки массы
Автоматизированные системы обработки материалов, разъединения проводов и конвейерные системы
Интеграция автоматической линии подготовки массы, оснащенной автоматическим разматыванием проволоки и сбором металлических лент, обеспечивает немедленный выигрыш в безопасности и производительности. Автоматическое отсоединение проводов исключает риск травмирования оператора. Это также предотвращает попадание посторонних металлических примесей в систему и разрушение последующих роторов пульпера и пластин рафинера. Системы контроля скорости конвейера синхронизируют скорость подачи целлюлозы непосредственно с измерениями уровня и консистенции в измельчителе.
Автоматизированная машина для разъединения проводов использует системы технического зрения для обнаружения проводов, их обрезки и свертывания в бухты для переработки. Это полностью удаляет оператора из опасной зоны, где движутся тяжелые тюки. Затем подающий конвейер использует тензодатчики для взвешивания точного количества волокна, поступающего в измельчитель, что позволяет системе управления дозировать точный объем разбавляющей воды, необходимый для достижения целевой консистенции.
Расширенное управление процессами (APC) и интеграция датчиков
Современные линии требуют интеграции встроенных анализаторов помола (CSF/SR) и оптических датчиков консистенции. Алгоритмы управления с обратной связью автоматически регулируют зазоры пластин рафинера, используя киловатт или определенную краевую нагрузку. Они также модулируют клапаны разбавляющей воды в режиме реального времени. Это переводит завод от отложенного ручного лабораторного тестирования к непрерывному мониторингу РСУ (распределенной системы управления).
Оптические датчики консистенции обеспечивают мгновенную обратную связь, в отличие от более старых датчиков поперечной силы, которые страдают от запаздывания и механического износа. Когда система DCS обнаруживает снижение степени помола, она автоматически отодвигает пластины рафинера, чтобы предотвратить чрезмерное измельчение. Этот уровень контроля стабилизирует мокрую часть бумагоделательной машины, уменьшая разрывы полотна и повышая общую эффективность машины.
Окупаемость инвестиций и эксплуатационная безопасность автоматизации
Срок окупаемости автоматизации легко посчитать. Предприятия видят прибыль за счет сокращения ручного труда, минимизации передозировки химикатов, снижения пиковых затрат энергии и уменьшения разрывов полотна на бумагоделательной машине. Удаление операторов из зоны обработки тюков значительно снижает количество несчастных случаев на производстве и связанную с ними ответственность. Вы также продлите срок службы пластин рафинера и ситовых корзин, предотвращая попадание металлических примесей в систему.
Рассчитайте текущие трудозатраты, связанные с ручной обработкой тюков и дозированием химикатов.
Оцените ежегодную стоимость замены пластин рафинера и корзины сита из-за повреждения металла.
Определите стоимость простоя бумагоделательной машины, вызванного колебаниями консистенции и разрывами полотна.
Сравните эти текущие затраты с капитальными затратами на автоматизированное оборудование, чтобы определить сроки окупаемости инвестиций.
Подходная система потока: подготовка перемычек и бумагоделательная машина
Деаэрация и финальная сортировка
Система подвода потока является последней защитой перед напорным ящиком. Системы деаэрации удаляют из заготовки захваченный воздух, что предотвращает образование микропор и улучшает дренаж проволоки. Сита конечной машины работают при очень низкой консистенции. Они используют корзины с мелкими прорезями для улавливания любых комков, окалины или мусора, образующихся в последнюю минуту, гарантируя, что идеально однородная суспензия волокон достигнет бумагоделательной машины.
Вентиляторный насос является сердцем системы подачи потока. Он смешивает густую массу из резервуара машины с белой водой из проволочной ямы, разбавляя ее до окончательной консистенции напорного ящика (обычно от 0,5% до 1,0%). Вентиляционный насос должен работать с абсолютно минимальной пульсацией. Любые импульсы давления, генерируемые крыльчаткой насоса, будут напрямую влиять на изменение веса готового листа. Вы должны выбрать насос с шахматными лопастями и использовать его с частотно-регулируемым приводом для обеспечения точного контроля потока.
Конструкция трубопроводов в подающем потоке имеет решающее значение. Вы должны отполировать внутреннюю часть труб из нержавеющей стали, чтобы предотвратить зависание волокон и накопление слизи. При прокладке труб следует избегать резких изгибов и внезапных расширений или сжатий, которые создают турбулентность и заставляют волокна скручиваться в нити или хлопья. Каждый компонент системы подводного потока должен уделять приоритетное внимание гидродинамической устойчивости.
Заключение
Проанализируйте текущее энергопотребление вашего нефтеперерабатывающего завода, чтобы определить непосредственные возможности энергосбережения.
Модернизируйте ручную обработку тюков до автоматизированных систем разъединения проводов, чтобы защитить оборудование и повысить безопасность оператора.
Установите встроенные датчики консистенции и помола, чтобы обеспечить замкнутый контур управления и уменьшить отклонения в партиях.
Оцените возможности перемешивания и хранения в грудной клетке, чтобы обеспечить достаточную амортизацию для устойчивости машины.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Какова основная цель подготовки массы на бумажной фабрике?
Ответ: Он превращает сырую целлюлозу или макулатурную бумагу в однородную волокнистую суспензию. Это включает в себя промывку, очистку, сортировку и рафинирование волокон для удовлетворения конкретных требований к прочности и формованию конечного сорта бумаги.
Вопрос: Почему для вторичного волокна предпочтительнее варка целлюлозы высокой консистенции?
Ответ: Получение целлюлозы высокой консистенции основано на интенсивном трении волокон о волокна, а не на механическом разрезании. Это сохраняет длину волокна, потребляет меньше энергии и предотвращает разрушение таких загрязнений, как пластик и липкие вещества, на более мелкие, которые труднее удалить.
Вопрос: Как рафинирование повышает прочность бумаги?
Ответ: При рафинировании волокна проходят между рифлеными металлическими пластинами. Это механическое воздействие фибриллирует стенки волокон, создавая крошечные микроволоски, которые увеличивают площадь поверхности. Увеличенная площадь поверхности обеспечивает более прочные водородные связи между волокнами во время формирования листа.
Вопрос: Какова функция машинного сундука?
A: Машинный ящик действует как финальный резервуар для смешивания и буферизации перед системой подачи потока. Он сглаживает высокочастотные колебания консистенции и обычно сохраняет запас, которого хватает на 1,5–2 часа работы бумагоделательной машины.
Вопрос: Почему необходима деаэрация в системе подходящего потока?
Ответ: Захваченный воздух в массе вызывает образование микропор в бумажном полотне, нарушает равномерное формирование листа и серьезно затрудняет отвод воды с формующей ткани. Деаэрация удаляет этот воздух с помощью вакуумной технологии.
Вопрос: Что такое стикеры и как их удалить?
Ответ: Липкие вещества — это клейкие загрязнения, обнаруженные в переработанной бумаге, образующиеся на лентах, этикетках и переплетах. Они удаляются с помощью комбинации напорных сит с мелкими щелями, прямых и обратных очистителей и высокотемпературных диспергирующих устройств.
