三节工艺平衡计算简明版课件

1、 三、 物料平衡计算物料平衡计算是工艺设计中一切计算的基础，它包括： 蒸煮、洗涤、漂白、造纸等生产过程的浆水平衡计算；碱回收生产过程的物料(或碱)平衡计算；漂液的制备、蒸煮液的配制、矾土液、施胶乳液、填料乳液等制备过程的物料衡算；酸法制浆药液生产过程的硫平衡计算等等。第1页，共89页。（一）浆水平衡计算及浆水平衡图 浆水平衡计算是指制浆造纸生产过程中浆的平衡(即纤维加填料的平衡)和水的平衡，也即浆和水总量的平衡。浆水平衡计算一般是以一个车间(或工段)为计算单位。第2页，共89页。1. 浆水平衡计算的原理 (1)基准：以生产1t成品纸或1t风干浆为基准进行平衡计算。 (2)原理：根据物料(质量)

2、守恒定律进行计算，即进入某一部位或某一设备的物料(浆料和水)质量等于自该部位或该设备输出的及流失的物料之和。第3页，共89页。第4页，共89页。式中：m1 进入设备的纤维量，kg m2 自设备中流失的的纤维量，kg m 自设备中输出的纤维量，kg 1 进入设备的浆料浓度， 2 自设备中流失的的纤维浓度， 自设备中输出的浆料浓度， V1自设备中流失的浆料总量，kg或L V2 自设备中流失的的浆料总量，kg或L V 自设备中输出的浆料总量，kg或L 第5页，共89页。以上三方程联立求解，对有白水循环的部位，总输入量要大于新料加入量，而循环量 的大小，可用循环系数来表示：第6页，共89页。2. 计算

3、的步骤与方法（1）先绘制生产工艺流程图 方框图，然后按生产流程顺序的逆方向逐步推算，也有特殊情况。（2）查找资料，选取物料平衡计算所需的有关定额和工艺技术数据。 （3）画一个环节（或设备）的物料进出方框图并在图上标注设备名称和有关数据。（4）根据各物料之间的相互关系，在计算时，必须已知m、 、V中的两项，才能进行平衡计算。第7页，共89页。（5）列出物料平衡表（6）按生产流程绘制物料平衡图。将计算出来的数据填到浆水平衡图中，在浆水平衡的分数中，分母为浆料或白水总量，以“kg或L”为单位，分子为绝干纤维量，以“kg”为单位，其侧面所示的为浆料或白水的浓度，以“”为第8页，共89页。3.浆水平衡计

4、算的注意事项1) 可视为清水的溶液或乳液（1）制浆过程中添加的助剂、漂白生产过程加入的漂液及抄纸过程中添加量较少的助剂。（2）明矾溶液，施胶用溶液或乳液。2）可视为纤维的物料（1）填料可将其绝干量视为纤维。（2）抄纸过程中加入量较大能留在纸页中的功能助剂。第9页，共89页。3）总体物料的平衡要求 局部环节允许有0.3%1%的误差。4） 计算结果的有效数字有效数字保留到小数点后4位5）浆料与白水的相对密度浆料与白水的相对密度可看作是水的相对密度第10页，共89页。4. 物料（浆水）平衡明细表包括物料平衡明细表和物料平衡总表物料平衡明细表：进出某一单元（设备）的浆与水等的数量。物料平衡总表：进出某

5、一车间的纤维、辅料、废料等的平衡情况。5.物料（浆水）平衡图及绘制方法（下页）第11页，共89页。第12页，共89页。第13页，共89页。（二）制浆车间浆水平衡计算示例 例：日产50T漂白硫酸盐木浆(供抄造新闻纸，不含备料)生产车间的浆水平衡计算。 1确定生产工艺流程(绘出其方框图) 根据工艺设计绘制出生产流程方框图1、2，同后面的浆水平衡图合二为一即为浆水平衡图1、2。 2选取浆水平衡计算的有关定额和依据数据(见表617)第14页，共89页。第15页，共89页。第16页，共89页。3计算过程以1T风干浆水分含量10为基准，计算过程中视所有液体的密度1kg/L。第17页，共89页。1）漂后贮浆

6、池已知:m=900kg =3% 1=10%(从表中查到)则:V=m/()=30000L m1=m=900kgV1=m/(1 )=9000LVw=V-V1=21000L第18页，共89页。2）漂白段已知漂白总损失为:8%(),进入漂白段的浓度为:3%(表6-17).则:进入漂白段的绝干纤维量为: 900/(1-8%)=978.2609kg进入漂白段的浆料量为:978.2609/ (3%) =32608.6967L第19页，共89页。(1)氯化塔m=m1=978.2609kg=1=3% V=V1= 32608.6967L第20页，共89页。(2)1#真空洗浆机已知:m1=978.2609kgV1=

7、 32608.6967L 1=3% 2=1.2% =10%Vw1=10000L氯化损失率:2%洗涤损失率:0.5%则: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页，共89页。(3)螺旋输送机Vw包括:A.加热冷凝水,取:900L; B.碱液,用碱量取:1.5%.碱浓度为:20g/L; C.水.第22页，共89页。(4)碱处理塔第23页，共89页。(5)2#真空洗浆机第24页，共89页。(

8、6)螺旋输送机第25页，共89页。(7)漂白塔第26页，共89页。(8)3#真空洗浆机第27页，共89页。3)筛选工段已知筛选总损失率:2.0%(对进一段CX筛浆量)一段CX筛进浆浓度:1.0%进一段CX筛绝干纤维量: 978.2609/(1-2.0%)=998.2254kg进一段CX筛的浆料量:998.2254/(1.0%)=998225.000L.第28页，共89页。(1)一段CX筛第29页，共89页。(2)一段尾浆池第30页，共89页。(3)二段CX筛第31页，共89页。(4)一段除砂器、圆网浓缩机 第32页，共89页。第33页，共89页。第34页，共89页。4)洗涤工段（1）高频振框筛

9、第35页，共89页。（2）高浓贮浆池第36页，共89页。（3）2、3压力洗浆机第37页，共89页。（4）1压力洗浆机第38页，共89页。（5）压力混合罐第39页，共89页。5）蒸煮段第40页，共89页。4.绘制浆水平衡图（如图61）（三）造纸车间浆水平衡计算示例以30T/D水泥袋纸造纸车间为例，浆水平衡计算如下。1.根据工艺设计生产流程图1、22.水泥袋纸造纸车间生产中有关定额数据选取（如表618）第41页，共89页。第42页，共89页。第43页，共89页。3.计算过程和结果（以1T成品纸为计算基）1）复卷机第44页，共89页。第45页，共89页。第46页，共89页。第47页，共89页。第48

10、页，共89页。第49页，共89页。第50页，共89页。第51页，共89页。第52页，共89页。第53页，共89页。第54页，共89页。第55页，共89页。第56页，共89页。第57页，共89页。第58页，共89页。第59页，共89页。第60页，共89页。第61页，共89页。4.绘制浆水平衡图（图62）二、碱回收过程的物料平衡计算（课下自学）第62页，共89页。课下作业2长网部浓白水池真空箱栏边喷水流浆箱洗网水v4 已知： m=1086.21kg，v=36207L，w=3%，网案纤维带出率：25（对成品，成品纸水分：7%）栏边喷水v3=3650L 洗网水v4=14104L上网浓度w1=0.56%

11、第63页，共89页。四、热量平衡计算（一）概 述 1计算的目的(1)可以掌握生产过程中热量的消耗情况和变化情况，向供热设计、经济概算及生产管理提供依据。 (2)可以计算和确定加热器、换热器的能力和规格。 (3)掌握废热的排出量，从而可以合理地确定废热回收和利用的基本方案。 第64页，共89页。 2计算原理 热平衡计算的原理是根据能量守恒原理，即输入某一系统的热量必等于产品所带出的热量和损失的热量之和，即： Q1+Q2+Q3Q4+Q5式中 Q1原料或半成品带入的热量 Q2加热介质所提供的热量 Q3化学反应热(放热反应为正，吸热反 应为负) Q4产品所带走的热量 Q5整个过程的热损失第65页，共8

12、9页。3计算方法 (1)确定热量收支项目。 (2)选取数据。 (3) 计算过程。 在确定了热量的收支项目和选取了足够的依据数据的基础上即可根据能量守恒原理进行热量平衡计算。第66页，共89页。（二）蒸煮过程的热量平衡计算 间歇式蒸煮的热量平衡计算，一般以一锅次为基准，根据传热的原理分别计算。 1. 蒸煮热平衡计算的方法 1）加热纤维原料到最高温度所需热量式中 Q1加热纤维原料到最高温度所需热量，kJ m1每锅次装绝干纤维原料的质量，kg V蒸煮锅(器)容积，m3 单位装锅量(绝干原料)，kgm3 c1绝干原料比热容，kJ(kg.K) t1蒸煮最高温度， t0原料初始温度，第67页，共89页。2

13、）加热纤维原料所含水分到最高温度所需热量式中： m2原料中的水分，kg 原料中水分含量， C水水的比热容，kJ (kg.K)第68页，共89页。3）加热蒸煮药液所需热量 （1）预热药液所需热量 Q3(m1m2)c2 (t2t0)式中 c2药液的比热容，kJ(kg .K) t2 药液预热达到的最高温度， 液比（2）在蒸煮锅内药液加热到最高温度所需的热量 Q3(m1m2)c2 (t1t2) 加热蒸煮药液到最高温度所需的热量 Q3 Q3+ Q3第69页，共89页。4）加热设备及附件所需的热量 Q4m3c3(t1-t3) 式中: m3蒸煮锅及附件质量(可从该设备图纸中查到) c3蒸煮锅及附件金属的比热

14、容，kJ(kg.K) t3开始蒸煮时锅内温度， 5）加热保温层所需热量 Q5m4c4(t5-t4) 式中:m4保温层质量(可从设备图纸中查到)，kg C4保温层的比热容，kJ(kg-K) t4保温层在放锅后里外的平均温度, t5保温层在最高温度时里外的平均温度,第70页，共89页。6）蒸煮升温时蒸煮器的热辐射损失的热量式中: S蒸煮锅热辐射的表面积，m2 K通过蒸煮锅壁的传热系数，W(m2.K) Z1辐射时间，即升温时间，h t1升温期锅内物料的平均温度， t0升温开始时锅内物料的平均温度， 1自蒸煮器内部物料到锅壁的传热系数 1蒸煮器壁厚，m 1钢的导热系数，W(mK) 2保温层的厚度，m

15、2保温层导热系数，W(mK) 2蒸煮器外壁至周围空气的传热系数第71页，共89页。7）保温期蒸煮器辐射损失的热量 Q7=3600SK(t1-t0)Z2式中 Z2保温时间，h 8）装锅器耗汽、小放汽带出热量和喷放耗汽视蒸煮器容积大小而定，一般约取0.4t汽t浆，即Q80.4t汽t浆。 9）管道中的热量损失可取各项耗热量的10，所以蒸煮一锅次需热量为 Q=(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8)X1.1第72页，共89页。10）每锅(球)次蒸汽用量 D=Q/(H-H1)式中 D蒸汽用量，kg锅(或球) H蒸汽热焓量，kJkg H1使用压力下液体热焓量，kJkg第73页，共89页。2.蒸煮

16、热平衡计算示例 以下以立式蒸煮锅生产硫酸盐法荻苇浆为例进行热平衡计算。 1）选取热平衡计算的依据数据(表6-24)P129 2）计算过程(以蒸煮一锅次为计算基准)（1）加热绝干荻节片耗热 Q1 Vac1(t1-t0) 110X167.2X(1.424X103)(413290) 3221396(kJ) （2）加热荻苇片所含水分耗热 Q211022. 8(4.184X103)(413290) 1290697(kJ) 第74页，共89页。（3）加热蒸煮药液耗热 Q3110577.2(3.810103)(413333) 19352361(kJ) （4）加热锅体钢板耗热 Q450000(0.481103

17、)(413323) 2164500(kJ) （5）加热循环泵、加热器的钢件耗热 Q5=(11300+1000)(0.481X103) (413323) 532467(kJ) （6）加热保温层材料耗热 Q63190X(1.0467X103)X(362308) 180305(kJ)第75页，共89页。（7）钢体无保温层部分的热损失 升温期： 保温期：第76页，共89页。 (8)锅体有保温层部分的热损失第77页，共89页。 (9)加热器的热损失在升温阶段，加热器内蒸煮药液温度对蒸汽温度的平均温差为： Tm=40.4=313.4K 在蒸煮过程中，加热器内的平均温度为： 395K第78页，共89页。Q循

18、环泵1.1818.24 (395290) (2.5+3)X3600 44747(kJ)(11)小放汽带走热量 小放汽放出蒸汽量按每吨从苇片90kg计 1100.1672X901655.28(kg) 若将其折算成每吨漂白风干浆则为：1655.28/10.66=155.43(kg/t漂白风干浆)带出热量: 1655.282.691106 4454.358(Kj)(10)循环泵热损失第79页，共89页。(12)总耗热量 Q=32356698(kJ)折合成蒸汽用量: 32356698/(2783-776)=16122(kg/锅次) 折合成每吨风干浆耗汽量: 16122/10.65=1513.8(kg/

19、t漂白风干浆)第80页，共89页。(13)装锅器用低压蒸汽和喷放用汽 150+75225(kgt漂白风干浆)(14)管路及其它热损失 按总耗汽的15%计，则： (1513.8+225)X15 260.9(kg/t漂白风干浆)(15)总耗汽量为 1513.8+225+260.82000(kgt漂白风干浆)(16)可取每吨漂白风干荻苇浆耗汽定额为：2000kg/t漂白风干浆第81页，共89页。 3)废热利用的计算 (1)喷射冷凝器及循环泵(2)喷放时平均放出汽量及冷凝水量 (3)喷放时最大放出汽量及冷凝水量(4)小放汽产生污热水量 等:第82页，共89页。 (三)、造纸车间热量平衡计算 1.造纸车间热平衡计算方法以干燥1kg纸张所需热量为基准。 1)理论上将1kg纸张中