三節(jié)工藝平衡計算簡明版課件

1、 三、 物料平衡計算物料平衡計算是工藝設計中一切計算的基礎，它包括： 蒸煮、洗滌、漂白、造紙等生產(chǎn)過程的漿水平衡計算；堿回收生產(chǎn)過程的物料(或堿)平衡計算；漂液的制備、蒸煮液的配制、礬土液、施膠乳液、填料乳液等制備過程的物料衡算；酸法制漿藥液生產(chǎn)過程的硫平衡計算等等。第1頁，共89頁。（一）漿水平衡計算及漿水平衡圖 漿水平衡計算是指制漿造紙生產(chǎn)過程中漿的平衡(即纖維加填料的平衡)和水的平衡，也即漿和水總量的平衡。漿水平衡計算一般是以一個車間(或工段)為計算單位。第2頁，共89頁。1. 漿水平衡計算的原理 (1)基準：以生產(chǎn)1t成品紙或1t風干漿為基準進行平衡計算。 (2)原理：根據(jù)物料(質(zhì)量)

2、守恒定律進行計算，即進入某一部位或某一設備的物料(漿料和水)質(zhì)量等于自該部位或該設備輸出的及流失的物料之和。第3頁，共89頁。第4頁，共89頁。式中：m1 進入設備的纖維量，kg m2 自設備中流失的的纖維量，kg m 自設備中輸出的纖維量，kg 1 進入設備的漿料濃度， 2 自設備中流失的的纖維濃度， 自設備中輸出的漿料濃度， V1自設備中流失的漿料總量，kg或L V2 自設備中流失的的漿料總量，kg或L V 自設備中輸出的漿料總量，kg或L 第5頁，共89頁。以上三方程聯(lián)立求解，對有白水循環(huán)的部位，總輸入量要大于新料加入量，而循環(huán)量 的大小，可用循環(huán)系數(shù)來表示：第6頁，共89頁。2. 計算

3、的步驟與方法（1）先繪制生產(chǎn)工藝流程圖 方框圖，然后按生產(chǎn)流程順序的逆方向逐步推算，也有特殊情況。（2）查找資料，選取物料平衡計算所需的有關(guān)定額和工藝技術(shù)數(shù)據(jù)。 （3）畫一個環(huán)節(jié)（或設備）的物料進出方框圖并在圖上標注設備名稱和有關(guān)數(shù)據(jù)。（4）根據(jù)各物料之間的相互關(guān)系，在計算時，必須已知m、 、V中的兩項，才能進行平衡計算。第7頁，共89頁。（5）列出物料平衡表（6）按生產(chǎn)流程繪制物料平衡圖。將計算出來的數(shù)據(jù)填到漿水平衡圖中，在漿水平衡的分數(shù)中，分母為漿料或白水總量，以“kg或L”為單位，分子為絕干纖維量，以“kg”為單位，其側(cè)面所示的為漿料或白水的濃度，以“”為第8頁，共89頁。3.漿水平衡計

4、算的注意事項1) 可視為清水的溶液或乳液（1）制漿過程中添加的助劑、漂白生產(chǎn)過程加入的漂液及抄紙過程中添加量較少的助劑。（2）明礬溶液，施膠用溶液或乳液。2）可視為纖維的物料（1）填料可將其絕干量視為纖維。（2）抄紙過程中加入量較大能留在紙頁中的功能助劑。第9頁，共89頁。3）總體物料的平衡要求 局部環(huán)節(jié)允許有0.3%1%的誤差。4） 計算結(jié)果的有效數(shù)字有效數(shù)字保留到小數(shù)點后4位5）漿料與白水的相對密度漿料與白水的相對密度可看作是水的相對密度第10頁，共89頁。4. 物料（漿水）平衡明細表包括物料平衡明細表和物料平衡總表物料平衡明細表：進出某一單元（設備）的漿與水等的數(shù)量。物料平衡總表：進出某

5、一車間的纖維、輔料、廢料等的平衡情況。5.物料（漿水）平衡圖及繪制方法（下頁）第11頁，共89頁。第12頁，共89頁。第13頁，共89頁。（二）制漿車間漿水平衡計算示例 例：日產(chǎn)50T漂白硫酸鹽木漿(供抄造新聞紙，不含備料)生產(chǎn)車間的漿水平衡計算。 1確定生產(chǎn)工藝流程(繪出其方框圖) 根據(jù)工藝設計繪制出生產(chǎn)流程方框圖1、2，同后面的漿水平衡圖合二為一即為漿水平衡圖1、2。 2選取漿水平衡計算的有關(guān)定額和依據(jù)數(shù)據(jù)(見表617)第14頁，共89頁。第15頁，共89頁。第16頁，共89頁。3計算過程以1T風干漿水分含量10為基準，計算過程中視所有液體的密度1kg/L。第17頁，共89頁。1）漂后貯漿

6、池已知:m=900kg =3% 1=10%(從表中查到)則:V=m/()=30000L m1=m=900kgV1=m/(1 )=9000LVw=V-V1=21000L第18頁，共89頁。2）漂白段已知漂白總損失為:8%(),進入漂白段的濃度為:3%(表6-17).則:進入漂白段的絕干纖維量為: 900/(1-8%)=978.2609kg進入漂白段的漿料量為:978.2609/ (3%) =32608.6967L第19頁，共89頁。(1)氯化塔m=m1=978.2609kg=1=3% V=V1= 32608.6967L第20頁，共89頁。(2)1#真空洗漿機已知:m1=978.2609kgV1=

7、 32608.6967L 1=3% 2=1.2% =10%Vw1=10000L氯化損失率:2%洗滌損失率:0.5%則:m2= m1=978.2609kgV2=m2/(2)=81521.7417LVw2=V2-V1=48913.0450Lm3=978.2609X(2+0.5)%=24.4565kgm=m2-m3V=m/()V3=V2+Vw1-V3= m3/(V3)第21頁，共89頁。(3)螺旋輸送機Vw包括:A.加熱冷凝水,取:900L; B.堿液,用堿量取:1.5%.堿濃度為:20g/L; C.水.第22頁，共89頁。(4)堿處理塔第23頁，共89頁。(5)2#真空洗漿機第24頁，共89頁。(

8、6)螺旋輸送機第25頁，共89頁。(7)漂白塔第26頁，共89頁。(8)3#真空洗漿機第27頁，共89頁。3)篩選工段已知篩選總損失率:2.0%(對進一段CX篩漿量)一段CX篩進漿濃度:1.0%進一段CX篩絕干纖維量: 978.2609/(1-2.0%)=998.2254kg進一段CX篩的漿料量:998.2254/(1.0%)=998225.000L.第28頁，共89頁。(1)一段CX篩第29頁，共89頁。(2)一段尾漿池第30頁，共89頁。(3)二段CX篩第31頁，共89頁。(4)一段除砂器、圓網(wǎng)濃縮機 第32頁，共89頁。第33頁，共89頁。第34頁，共89頁。4)洗滌工段（1）高頻振框篩

9、第35頁，共89頁。（2）高濃貯漿池第36頁，共89頁。（3）2、3壓力洗漿機第37頁，共89頁。（4）1壓力洗漿機第38頁，共89頁。（5）壓力混合罐第39頁，共89頁。5）蒸煮段第40頁，共89頁。4.繪制漿水平衡圖（如圖61）（三）造紙車間漿水平衡計算示例以30T/D水泥袋紙造紙車間為例，漿水平衡計算如下。1.根據(jù)工藝設計生產(chǎn)流程圖1、22.水泥袋紙造紙車間生產(chǎn)中有關(guān)定額數(shù)據(jù)選?。ㄈ绫?18）第41頁，共89頁。第42頁，共89頁。第43頁，共89頁。3.計算過程和結(jié)果（以1T成品紙為計算基）1）復卷機第44頁，共89頁。第45頁，共89頁。第46頁，共89頁。第47頁，共89頁。第48

10、頁，共89頁。第49頁，共89頁。第50頁，共89頁。第51頁，共89頁。第52頁，共89頁。第53頁，共89頁。第54頁，共89頁。第55頁，共89頁。第56頁，共89頁。第57頁，共89頁。第58頁，共89頁。第59頁，共89頁。第60頁，共89頁。第61頁，共89頁。4.繪制漿水平衡圖（圖62）二、堿回收過程的物料平衡計算（課下自學）第62頁，共89頁。課下作業(yè)2長網(wǎng)部濃白水池真空箱欄邊噴水流漿箱洗網(wǎng)水v4 已知： m=1086.21kg，v=36207L，w=3%，網(wǎng)案纖維帶出率：25（對成品，成品紙水分：7%）欄邊噴水v3=3650L 洗網(wǎng)水v4=14104L上網(wǎng)濃度w1=0.56%

11、第63頁，共89頁。四、熱量平衡計算（一）概 述 1計算的目的(1)可以掌握生產(chǎn)過程中熱量的消耗情況和變化情況，向供熱設計、經(jīng)濟概算及生產(chǎn)管理提供依據(jù)。 (2)可以計算和確定加熱器、換熱器的能力和規(guī)格。 (3)掌握廢熱的排出量，從而可以合理地確定廢熱回收和利用的基本方案。 第64頁，共89頁。 2計算原理 熱平衡計算的原理是根據(jù)能量守恒原理，即輸入某一系統(tǒng)的熱量必等于產(chǎn)品所帶出的熱量和損失的熱量之和，即： Q1+Q2+Q3Q4+Q5式中 Q1原料或半成品帶入的熱量 Q2加熱介質(zhì)所提供的熱量 Q3化學反應熱(放熱反應為正，吸熱反 應為負) Q4產(chǎn)品所帶走的熱量 Q5整個過程的熱損失第65頁，共8

12、9頁。3計算方法 (1)確定熱量收支項目。 (2)選取數(shù)據(jù)。 (3) 計算過程。 在確定了熱量的收支項目和選取了足夠的依據(jù)數(shù)據(jù)的基礎上即可根據(jù)能量守恒原理進行熱量平衡計算。第66頁，共89頁。（二）蒸煮過程的熱量平衡計算 間歇式蒸煮的熱量平衡計算，一般以一鍋次為基準，根據(jù)傳熱的原理分別計算。 1. 蒸煮熱平衡計算的方法 1）加熱纖維原料到最高溫度所需熱量式中 Q1加熱纖維原料到最高溫度所需熱量，kJ m1每鍋次裝絕干纖維原料的質(zhì)量，kg V蒸煮鍋(器)容積，m3 單位裝鍋量(絕干原料)，kgm3 c1絕干原料比熱容，kJ(kg.K) t1蒸煮最高溫度， t0原料初始溫度，第67頁，共89頁。2

13、）加熱纖維原料所含水分到最高溫度所需熱量式中： m2原料中的水分，kg 原料中水分含量， C水水的比熱容，kJ (kg.K)第68頁，共89頁。3）加熱蒸煮藥液所需熱量 （1）預熱藥液所需熱量 Q3(m1m2)c2 (t2t0)式中 c2藥液的比熱容，kJ(kg .K) t2 藥液預熱達到的最高溫度， 液比（2）在蒸煮鍋內(nèi)藥液加熱到最高溫度所需的熱量 Q3(m1m2)c2 (t1t2) 加熱蒸煮藥液到最高溫度所需的熱量 Q3 Q3+ Q3第69頁，共89頁。4）加熱設備及附件所需的熱量 Q4m3c3(t1-t3) 式中: m3蒸煮鍋及附件質(zhì)量(可從該設備圖紙中查到) c3蒸煮鍋及附件金屬的比熱

14、容，kJ(kg.K) t3開始蒸煮時鍋內(nèi)溫度， 5）加熱保溫層所需熱量 Q5m4c4(t5-t4) 式中:m4保溫層質(zhì)量(可從設備圖紙中查到)，kg C4保溫層的比熱容，kJ(kg-K) t4保溫層在放鍋后里外的平均溫度, t5保溫層在最高溫度時里外的平均溫度,第70頁，共89頁。6）蒸煮升溫時蒸煮器的熱輻射損失的熱量式中: S蒸煮鍋熱輻射的表面積，m2 K通過蒸煮鍋壁的傳熱系數(shù)，W(m2.K) Z1輻射時間，即升溫時間，h t1升溫期鍋內(nèi)物料的平均溫度， t0升溫開始時鍋內(nèi)物料的平均溫度， 1自蒸煮器內(nèi)部物料到鍋壁的傳熱系數(shù) 1蒸煮器壁厚，m 1鋼的導熱系數(shù)，W(mK) 2保溫層的厚度，m

15、2保溫層導熱系數(shù)，W(mK) 2蒸煮器外壁至周圍空氣的傳熱系數(shù)第71頁，共89頁。7）保溫期蒸煮器輻射損失的熱量 Q7=3600SK(t1-t0)Z2式中 Z2保溫時間，h 8）裝鍋器耗汽、小放汽帶出熱量和噴放耗汽視蒸煮器容積大小而定，一般約取0.4t汽t漿，即Q80.4t汽t漿。 9）管道中的熱量損失可取各項耗熱量的10，所以蒸煮一鍋次需熱量為 Q=(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8)X1.1第72頁，共89頁。10）每鍋(球)次蒸汽用量 D=Q/(H-H1)式中 D蒸汽用量，kg鍋(或球) H蒸汽熱焓量，kJkg H1使用壓力下液體熱焓量，kJkg第73頁，共89頁。2.蒸煮

16、熱平衡計算示例 以下以立式蒸煮鍋生產(chǎn)硫酸鹽法荻葦漿為例進行熱平衡計算。 1）選取熱平衡計算的依據(jù)數(shù)據(jù)(表6-24)P129 2）計算過程(以蒸煮一鍋次為計算基準)（1）加熱絕干荻節(jié)片耗熱 Q1 Vac1(t1-t0) 110X167.2X(1.424X103)(413290) 3221396(kJ) （2）加熱荻葦片所含水分耗熱 Q211022. 8(4.184X103)(413290) 1290697(kJ) 第74頁，共89頁。（3）加熱蒸煮藥液耗熱 Q3110577.2(3.810103)(413333) 19352361(kJ) （4）加熱鍋體鋼板耗熱 Q450000(0.481103

17、)(413323) 2164500(kJ) （5）加熱循環(huán)泵、加熱器的鋼件耗熱 Q5=(11300+1000)(0.481X103) (413323) 532467(kJ) （6）加熱保溫層材料耗熱 Q63190X(1.0467X103)X(362308) 180305(kJ)第75頁，共89頁。（7）鋼體無保溫層部分的熱損失 升溫期： 保溫期：第76頁，共89頁。 (8)鍋體有保溫層部分的熱損失第77頁，共89頁。 (9)加熱器的熱損失在升溫階段，加熱器內(nèi)蒸煮藥液溫度對蒸汽溫度的平均溫差為： Tm=40.4=313.4K 在蒸煮過程中，加熱器內(nèi)的平均溫度為： 395K第78頁，共89頁。Q循

18、環(huán)泵1.1818.24 (395290) (2.5+3)X3600 44747(kJ)(11)小放汽帶走熱量 小放汽放出蒸汽量按每噸從葦片90kg計 1100.1672X901655.28(kg) 若將其折算成每噸漂白風干漿則為：1655.28/10.66=155.43(kg/t漂白風干漿)帶出熱量: 1655.282.691106 4454.358(Kj)(10)循環(huán)泵熱損失第79頁，共89頁。(12)總耗熱量 Q=32356698(kJ)折合成蒸汽用量: 32356698/(2783-776)=16122(kg/鍋次) 折合成每噸風干漿耗汽量: 16122/10.65=1513.8(kg/

19、t漂白風干漿)第80頁，共89頁。(13)裝鍋器用低壓蒸汽和噴放用汽 150+75225(kgt漂白風干漿)(14)管路及其它熱損失 按總耗汽的15%計，則： (1513.8+225)X15 260.9(kg/t漂白風干漿)(15)總耗汽量為 1513.8+225+260.82000(kgt漂白風干漿)(16)可取每噸漂白風干荻葦漿耗汽定額為：2000kg/t漂白風干漿第81頁，共89頁。 3)廢熱利用的計算 (1)噴射冷凝器及循環(huán)泵(2)噴放時平均放出汽量及冷凝水量 (3)噴放時最大放出汽量及冷凝水量(4)小放汽產(chǎn)生污熱水量 等:第82頁，共89頁。 (三)、造紙車間熱量平衡計算 1.造紙車間熱平衡計算方法以干燥1kg紙張所需熱量為基準。 1)理論上將1kg紙張中