年产5万吨无碳复写原纸制浆车间工艺初步设计.docx
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1、四 川 理 工 学 院毕 业 设 计 说 明 书题 目 年产5万吨无碳复写原纸制浆车间工艺初步设计(重点筛选 、净化、漂白工段)学 生 颜 林 二 级 学 院 生物工程 专 业 班 级 轻化工程2007级3班 学 号 07041050319 指 导 教 师 马 懿、 冯治平 1目录摘 要要完成年产5万吨无碳复写原纸制浆车间工艺设计,首先对设计方案进行论证,确定工艺方法,选取工艺参数,然后根据所选参数进行浆水平衡计算,根据计算的结果并结合工厂的生产实践进行设备选型,根据选型的结果绘制工艺流程图、浆水平衡图、全厂布局图。设计中为了达到无碳复写原纸的质量要求,采取两段筛选、三段净化、以及经典的ECF
2、OD1(EO)D2四段漂白;筛选设备选用高浓压力筛,因为它具有高效率、低能耗的优点,净化采用了已广泛应用于工厂的一级三段流程,除去浆渣的同时最大限度的保证了浆得率,ECF漂白的纸浆白度高、强度好,对环境影响也较小,成本也较低。 关键词:无碳复写原纸;制浆车间;工艺平衡计算目 录第1章 绪论11.1 无碳复写纸及原纸对其的影响11.1.1 无碳复写纸简介11.1.2 原纸性能对无碳复写纸质量的影响31.2中国造纸行业的现状和发展61.2.1 我国造纸行业市场空间大61.2.2我国造纸行业大幅扩张71.2.3 国内纸业市场的格局81.3工厂设计的可行性分析101.3.1经济效益101.3.2 政策
3、导向101.4 产品质量要求111.4.1产品质量标准111.4.2水污染物排放标准一些相关要求.121.4.3厂址选择13第2章 全厂总平面设计152.1概论152.2 设计依据、原则及分析162.2.1 总平面设计依据及分析162.2.2 总平面设计原则及分析162.3 全厂总平面布置图分析172.3,1分区功能布置172.3.2 建、构筑物的相对位置182.3.3 建、构筑物之间的距离192.3.4 厂内外交通运输线路网的布置192.3.5 厂房的方向、位置和间距192.3.6 辅助、附属车间及其他服务环节的布置192.3.7预留扩建场地20第3章 工艺流程设计213.1工艺流程设计的原
4、则和步骤213.1.1 工艺流程设计的原则213.1.2 设计步骤213.2 工艺流程设计及说明213.2.1洗涤筛选工段223.2.2漂白工段24第4章 浆水平衡计算274.1注意事项及工艺参数274.2浆水平衡计算294.3 浆水平衡明细表424.4浆水平衡总表50第5章 设备选型、计算及说明525.1 生产设备的选型525.2 设备台数的确定525.3 设备的生产能力计算535.4 洗涤与浓缩设备555.5漂白设备575.6 其他设备61第6章 车间工艺设备布置设计636.1概述636.2 车间布置设计的要求与原则646.3 生产设备布置设计的步骤与注意事项656.4 车间跨度及高度的确
5、定66总结67致 谢68参考文献69第1章 绪论第1章 绪论1.1 无碳复写纸及原纸对其的影响1.1.1 无碳复写纸简介 无碳复写纸是美国俄亥俄州的NCR(National Cash Register)公司于1953年发明的。err34_F1954年美国市场上开始销售无碳复写纸。在NCR公司的专利有效期内(至1968年)无碳复写纸增长速率虽然高但绝对量增长不够,但在70年代和80年代无碳复写纸产量迅速增长。90年代中期以后由于发达国家无碳复写纸生产已根本满足需求产量的增长转向缓慢。中国无碳复写纸工业起步较晚。70年代开始直到80年代中期都发展不大。改革开放给无碳复写纸行业戴来强大推动发展较快全
6、国无碳复写纸产量1988年约2000吨1990年约1万吨1994年约2.9万吨1995年约3.4万吨1996年约4万吨1997年约5万吨。2009年中国大陆已有无碳复写纸厂(公司)一百多家,年生产能力从7万吨到现今年生产能力达200万吨有的厂还在建新的生产线。中国无碳复写纸生产技术水平已有显著提高。已能生产出一流质量的产品。 无碳复写纸(Carbonless Copy Paper, 简称CCP)是一种新颖的复写纸,其特点是,在复写纸的上层写字,不用垫涂了油墨的复写层也能复写。无碳复写纸多应用于单据上,无碳复写纸则是用特殊的纸张装订的。 就以三联的无碳复写纸收据来说,可以分为下纸、中纸、上纸。下
7、纸又称背涂纸(代号CB,即Coated Back),纸的背面涂有含力敏色素油的微胶囊;中纸又称正反双涂纸(代号CFB,即Coated Front and Back),纸的正面涂有显色剂,背面涂有含力敏色素油的微胶囊;上纸又称面涂纸(代号CF,即Coated Front),纸面只涂有显色剂。自显色纸(代号SC,即Self-Contained)是在纸的背面涂含力敏色素油的微胶囊层,正面涂显色剂和含力敏色素油的微胶囊。 在无碳复写纸中有两种涂层:含有显色剂的CF层和含有发色剂的CB层。发色剂是一种特殊的无色染料,已溶解于不挥发的载体油中,被37m的微胶囊包封起来。用力书写和打印的冲击压力可将微胶囊压
8、破,使无色染料溶液流出与显色剂接触,发生化学反应呈现有色图文,从而达到复写的目的。无碳复写纸按定量分有45g/m2CB纸、47g/m2CF纸和52g/m2CFB纸等;按纸的颜色分有红、黄、绿、蓝、白五种;按显现的色迹分有蓝、黄、橙、黑、红等颜色。 现在的发票、合同、条约等有法律效应的正规单据,已经全部用上了无碳复写纸。 无碳复写纸是一种隐色复写纸,具有直接复写,直接显色的功能。它的显色主要是:在外力作用下,使微胶囊中的力敏色素和油溶液溢出与显色剂接触后发生染色反应,从而起到复写的作用。主要用于多联表格、票据、连续财票、一般业务财票等。 无碳复写纸按规格可以分为平板纸(sheets)和卷筒纸(r
9、ools)。平板纸的宽度可从160mm至1940mm,卷筒纸的尺寸可从420mm*530mm至1420mm*1420mm。 无碳复写纸优点1、 复写时免垫“复写纸”,直接书写方便省时,复写联数2-6页,电动打印2-10页,可以极大地提高工作效率,适应现代化的需要 。 2、副本字迹清晰、鲜明,不退色,能防止涂改、仿造。 3、不污染手指,衣物和其他文具纸张,保持清洁干净。 4、具有各种颜色、易于识别处理。 5、纸质优良,表面平滑顺畅,比28克彩打纸结实,不易损坏,印刷色彩艳丽。 6、不含有害原料及异味,安全可靠,显色后图文可保存15年以上。 无碳纸有正度和大度的规格,但有上纸.中纸.下纸之分,纸价
10、不同(见纸价分类)。1.1.2 原纸性能对无碳复写纸质量的影响(1)原纸均一性的影响原纸均一性指的是纵横向上的定量、厚度、水分、纤维组织等的均一程度。原纸均一性的好坏将直接影响无碳复写纸的涂布加工过程以及产吕的质量,均一性差的原纸,会造成涂布后涂布量不均,干燥不均,变形不一致,最终影响产品的使用。因此同均一性差的原纸生产的无碳复写纸多数为平板纸,而不能以卷筒纸产品出售,表1为原纸部分均一性指标对比。 表1 原纸均一性指标(部分)对比用于无碳复写纸生产的原纸定量多数在3580g/m2,厚度范围在45100m之间,目前用得最多的原纸定量是40 g/m2。原纸定量与厚度对多联显色有直接影响,相同定量
11、不同厚度的原纸,相同联数的显色效果就不一样。如40g/m2国产低档原纸的厚度普遍比日本进口的40g/m2原纸厚10%15%,这样在相同涂布量的情况下,国产原纸生产的无碳复写纸多联显色效果就比相同定量的进口原纸生产的差。原纸水分、纤维组织(匀度)的均一性主要影响涂布纸的均一性。匀度好、水分均一性好的原纸,涂布后涂布量均一,涂布纸水分的均一性也好。 (2)原纸透气度的影响 有报道认为,用于无碳复写纸原纸的透气度在100150mL/min比较适合,但实际上,透气度在100150mL/min范围的原纸,尤其是国产低档原纸,对解决因单面涂布产生的翘曲质量纸病是十分困难的,相当部分厂家采用该类原纸时,不得
12、不采用背面涂胶或涂水的方式来解决翘曲问题。有的厂家,由于不能直接在涂布机上增加涂水与涂胶设备,只能采取再涂布的方式来解决。凡透气度较高的原纸,如有“纸王”之称的日本北海道原纸或山东寿光、湛江冠龙的原纸,其透气度基本上在200400mL/min范围内,单面涂布后并不需要进行特别的背涂处理(涂胶或涂水),只需在非涂布面喷少量蒸汽就可以达到质量指标要求(国家标准等)。因此,较高透气度的原纸对涂布纸翘曲纸病的解决是有帮助的,这是因为纸张翘曲主要是由于纸页在厚度方向上水分不均衡,产生内部应力而引起的。原纸经涂布后,涂料中的水分先渗入原纸中,干燥时,水分首先从涂料表层开始蒸发,干燥过程中。进人原纸中的水分
13、,再通过涂层逸出,透气度高的原纸,进人原纸中的水分较容易逸出,涂布后水分的均一性较好。 (3)原纸收缩性和孔洞的影响 用于生产无碳复写纸的原纸其伸缩率一般要求不大于3.0,不存在孔洞。原纸的伸缩率过大会对涂布纸的后加工造成困难,还会影响最终产品的使用性能,如印好的上下联表格错位等。另外,原纸的伸缩率过大,涂布干燥时会引起涂层特别是微胶囊涂层的破坏,干燥收缩产生的内应力会引起部分微胶囊移位破裂,无色染料油流出而发色或降低显色效果。用于生产无碳复写纸的原纸,针孔是不允许存在的,但实际上涂布原纸中都存在不少针孔,涂布后很少发现这些针孔会渗透涂料,影响产品质量。这可能是原纸经过表面施胶后,针孔被胶料覆
14、盖的原故。用于生产无碳复写纸的原纸不允许存在孔洞,孔洞的存在会使涂料穿过孔洞到纸的另一面造成显色。原纸孔洞越大,涂布造成的损失也就越大。(4)原纸表面强度的影响 无碳复写纸的掉粉掉毛除与涂料配方有关外,与涂布原纸表面强度也有直接关系。在相同涂料配方下,表面强度高的原纸涂布后掉粉掉毛现象与表面强度低的原纸明显不一样。前者掉粉掉毛现象少,后者掉粉掉毛现象严重。原纸及涂布纸表面强度通常以拉毛速度来衡量。进口原纸(日本)的拉毛速度在2.082.61m/s范围,灰分在左右,国产低档原纸的拉毛速度在1.061.20m/s范围,涂布纸(纸)拉毛速度分别为1.291.61m/s和0.610.68m/s。要想改
15、善国产低档原纸涂布后的掉粉掉毛问题,通常是提高涂料配方中胶粘剂的用量,但胶粘剂用量的提高又会影响无碳复写纸显色效果。因此,应尽可能使用高表面强度的原纸生产无碳复写纸。掉毛问题,通常是提高涂料配方中胶粘剂。 (5)原纸施胶度的影响原纸施胶度与其吸水性息息相关,施胶度高的原纸,吸水性小;施胶度低的原纸,吸水性大。用于无碳复写纸涂布的原纸施胶度要求在1.02.0L(划线法),进口原纸的施胶度一般为2.0inln,而国产低档原纸的施胶度基本在1.0m/n左右,吸水性较大。施胶度低、吸水性大的原纸涂布量大,涂布纸容易变形,涂布成本也高,污染性也较严重。 (6)原纸平滑度的影响原纸平滑度的高低将影响产品质
16、量,尤其是对涂布机未配压光设备的影响更明显。平滑度高的原纸,经涂布后产品的平滑度亦高,对印刷的适应性也好。如平滑度大于50的原纸,涂后(不能经压光设备),平滑度一般可以达到1690,但平滑度小于30s的原纸,涂层后平滑度一般在912s,手感明显粗糙。平滑度低的原纸,涂布后涂料在纸中分布的均匀性较差,涂布产品的显色密度较低。另外,平滑度低的产品,表面粗糙,耐摩擦性较差,产品污染性较大。一般要求无碳复写纸原纸的平滑度正面应大于,正反差不大于。 (7)原纸抗张强度和表面值的影响 原纸抗张强度尤其是纵向抗张强度主要影响无碳复写纸的涂布,抗张强度高的涂布损失少,反之,涂布损失就大。用于无碳复写纸的原纸干
17、抗张强度一般不小于2.0,湿抗张强度为干抗张强度的。原纸表面值最好在中性范围,表面值低的纸,纸质脆、易返黄;另外,由于微胶囊的囊壁不是绝对没有渗透性,值较低的纸,无色染料渗透出来会使纸产生发蓝现象。 (8)原纸松紧度的影响原纸松紧度主要影响纸的涂布质量。紧度大的一侧上料困难,造成全幅上料不均匀而产生色斑(生产色纸时),严重时还会造成部分位置不能上料,引起漏涂。漏涂对无碳复写纸来说是一种严重的纸病,是不允许的。因此,涂布原纸全幅松紧应一致。1.2中国造纸行业的现状和发展 1.2.1 我国造纸行业市场空间大我国造纸行业正处于一个高速成长期。历年的统计数据表明,我国纸和纸板的总产量一直大幅低于总消费
18、量,年人均纸张消费量远低于世界发达国家水平。在加工制造业生产能力普遍过剩的现阶段,造纸业是为数不多的需求量不断增长且供不应求的行业之一,属典型的需求拉动型行业。从1997年2010年国内纸张及纸板年消费量和生产量的增长率与GDP增长率的比较可以看出,纸张及纸板年消费量与生产量的增长率起伏较大,两者保持一个非常相似的增长趋势。与我国 GDP 的增长率相比,纸张及纸板年消费量与生产量的增长率从 2002 年开始一直都处于一个比较高的水平,可以说我国的造纸行业现在正处于一个高速成长期。预计 2011年国内纸张消费量将达到 7600 万吨8000 万吨,2020 年将达到或超过 1 亿吨,我国纸张及纸
19、板消费量还有很大的上升空间。我国报纸用纸量一直占所有出版物(包括图书、期刊、报纸)用纸量的 56%68%,报纸用纸量一直在以 13%以上的增长率大幅提升。由于我国人均报纸消费量不到发达国家的 115,未来报纸出版业还有广阔发展空间,因此我国新闻纸消费量将有稳步的提升。以年消费量增长 13%计算,2005 年我国新闻纸消费量为 350 万吨,2010 年消费量将达到 645 万吨。我国涂布纸人均消费量很低,2002 年约为 2 千克,还不到世界人均消费量的 27,更不能与美国、日本相比。如果要达到世界平均水平,我国也需要涂布纸 900 万吨,可见我国涂布纸消费量还有很大的上升空间。涂布纸主要应用
20、于出版。从我国近几年各出版社的用纸量平均增长率为 7%的情况来看,按这个比例测算,2005 年和 2010 年全国各出版物印刷纸的需求量分别为 1118万吨和 1568 万吨。而近两年全世界涂布纸在印刷用纸中占 41%。按这个比例计算,则涂布纸到2011年700 万吨。印刷书写纸主要用作办公、杂志、书籍用纸。办公自动设备的出现,使书写纸市场需求量不断上升,2004 年市场书写纸消费量达到 1045 万吨,HotTag占整个纸张纸板消费量的 19.2%。近两三年印刷书写纸消费量一直以 7%的速度在增长,估计到 2010 年书写纸需求量将达到 1570 万吨。近几年我国箱板纸的消费需求不断增加,最
21、近十年年平均增长率为 13.71%,市场存在较大的供需缺口,进口量一直维持在 100 万吨左右。以我国目前的工业发展趋势,2010 年箱板纸需求量将达到 2070 万吨。1.2.2我国造纸行业大幅扩张新中国成立后的几十年内,我国纸业市场供需基本稳定发展。但从 20 世纪 90 年代中期以后,国内纸业市场供求关系发生了很大变化,国内纸张生产量的增长大大低于消费量的增长。由于消费结构的调整,那些以木浆为原料的高档产品严重短缺,每年不得不靠从国外大量进口来解决。2005 年 10 月 8 日,TodayHot中国纸业环保高层论坛在北京举行,国家环保总局污控司副司长李新民披露了这样一组数字:仅 200
22、4 年,我国纸和纸板的产量就已经达到了 4950 万吨,而消费量却达到了 5439 万吨,人均消费量为 42 公斤,造纸量和消费量分别占世界总量的 10%和 14%,仅次于美国居世界第二位。随着经济的增长,目前规模相对较小的国内纸张和纸板市场应有进一步增长的空间。2004 年中国纸浆消耗总量为 4455 万吨,纸及纸板年消费量为 5439 万吨,成为世界第二大纸张消费国。但我国年人均消费纸张和板纸仅 42 公斤,远远低于美国和日本等发达国家 300 公斤的人均消费量。随着中国原材料结构的调整,木浆进口也增长迅速,进口量居世界第一。仅 2004年,中国纸业 970 万吨的木浆原料中,进口 732
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