Расчет производительности картоноделательной машины и ее скорости

1 Расчет производительности КДМ и еЁ средней скорости

 

Картоноделательная машина является основным агрегатом, определяющим выработку и производительность бумажной фабрики.  В связи с тем, что на современных предприятиях устанавливаются  агрегаты большой единичной мощности, при выборе машины следует ориентироваться на максимальную рабочую скорость и оптимальную рабочую ширину машины.

Часовая производительность машины нетто  определяется по формуле:

Р_н = 0,06bvqk_э,           (1)

где Р_н - часовая производительность машины нетто, кг/ч;

b– обрезная ширина бумажного полотна на накате, м;

v – максимальная рабочая скорость машины на накате, м/мин;

q – масса 1 м² бумаги, г;

k_э – коэффициент эффективности использования машины:

k_э = k₁k₂            (2)

где k₁ – коэффициент, учитывающий холостой пробег машины из-за обрывов полотна (машинный брак) и брак (срывы) при резке и отделке бумаги;

k₂ – технологичекий коэффициент использования максимальной скорости машины.

Величина коэффициента k₁ зависит от вида вырабатываемой бумаги, скорости машины и ее технологического состояния. Этот коэффициент определяется по формуле:

,        (3)

где а₁ – холостой ход машины, %;

а₂ – количество брака на продольно-резательном станке (две кромки по 30…50 мм и срывы 0,5…1 %), %;

а₃ – срывы с суперкаландра, %.

По технологическим нормам проектирования Гипробума для писчих и печатных бумаг k₁ = 0,92; для мешочных, оберточно-упаковочных бумаг и картона

k₁ = 0,965 .

Коэффициент максимальной скорости машины является соотношением между средней рабочей скоростью и максимальной рабочей:

,           (4)

Для массовых видов бумаг k₂=0,9. Расчетное время работы машины в сутки для писчих и печатных бумаг составляет 22,5 часа, для прочих видов бумаг и картона 23 часа. Расчетное число рабочих дней машины в год принимается 345.

При заданной производительности максимальная рабочая скорость машины определяется по формуле:

,          (5)

а средняя рабочая скорость по формуле:

V_ср = k₂V           (6)

 

1.1 Расчёт скорости КДМ

 

Рассчитать максимальную и среднюю  рабочую скорость БДМ (КДМ) для следующих  исходных условий (таблица 1):

Таблица 1 – Варианты заданий

Номер варианта	Вид бумаги, картона	Производительность, т/год	Масса 1 м2, г	k1	k2
1	Газетная	200 000	45
2	Газетная	250 000	42
3	Офисная	300 000	80
4	Офисная	220 000	65
5	Мешочная	150 000	78
6	Мешочная	100 000	60
7	Офсетная	400 000	65
8	Офсетная	280 000	75
9	Крафт-лайнер	380 000	175
10	Крафт-лайнер	200 000	112

 

Примечания:

1.Значения коэффициентов k₁ и k₂ подбираются самостоятельно.

2.Обрезная ширина БДМ (КДМ)  подбирается из ряда (мм) 4200; 6300; 6720; 8400; 10080; 10500.

 

Р_год. =  380000 т/год;

Р_н = 0,06Вvqk_э;

k_э = k₁k₂ =  0,965·0,9 = 0,869.

 

Принимаем В – 8400 мм.

 

V_ср = k₂V = 0,9 ∙ 625 = 562 м/мин.

 

 

Вывод о соотношении производительности, скорости и обрезной ширины КДМ: используя полученные данные делаем заключение о том, что необходимо установить одну картоноделательную машину с обрезной шириной полотна 8400 мм. При меньшей обрезной ширине полотна потребуется установка второй машины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчет размалывающего  оборудования

 

2.1 Расчет дисковых мельниц первой ступени размола

 

Согласно нормам технологического проектирования предприятий ЦБП, размольное оборудование рассчитывается, исходя из непрерывной работы бумагоделательной машины в течение 24 часов работы в сутки на максимальной рабочей скорости.

Исходными данными для такого расчета  принимаются:

1. Производительность бумагоделательной машины, т/сутки – G_max;

2. Расход волокна для суточной производительности машины, т/сут. – Q_в;

3. Удельный расход воздушно-сухого волокна на  1 т бумаги, т/т − М;

4. Номинальная мощность привода мельницы, кВт − N_н;

5. Коэффициент загрузки электродвигателя привода – k;

6. Потребляемая мощность привода мельницы, кВт − N_п;

7. Эффективная мощность, затрачиваемая непосредственно на размол, кВт − N_е;

8. Непроизводительные затраты мощности при размоле (мощность холостого хода), кВт − N_хх;

9. Удельный полезный расход энергии на 1 т в.с. волокна, кВт·ч/т − q_е;

10. Удельная нагрузка на кромку ножа, кВт·с/км − В_s;

11. Секундная режущая длина размалывающей гарнитуры, км/с − L_s.

Количество размалываемого волокна  в сутки равно, т/сутки:

Q_в = G_max·M,           (7)

где удельный расход волокна М принимается из «Норм технологического проектирования предприятий ЦБП»  или определяется из данных расчета баланса воды и волокна, т/т:

                    ,           (8)

где В – количество абсолютно-сухого волокна, поступающего на размол при выработке 1 т бумаги, кг/т.

 

Марка мельницы выбирается по справочным таблицам в зависимости от количества и вида размалываемого волокна.

Эффективная мощность, затрачиваемая  непосредственно на размол, определяется по формуле, кВт:

N_e = B_s·L_s.           (9)

 

Удельная нагрузка на кромку ножей  В_s принимается в зависимости от вида волокнистого полуфабриката и необходимого соотношения между фибриллированием и укорочением волокон при размоле. При меньших значениях В_s достигается лучшая фибрилляция и гидратация волокон, а при больших значениях – укорачивание. Для получения максимальной разрывной длины и сопротивления продавливанию рекомендуются значения В_s, приведенные в справочных таблицах.

Для получения максимальных значений сопротивления излому и раздиранию величину В_s снижают на 25...30%. При выравнивании степени помола и рафинировании бумажной массы перед бумагоделательной машиной В_s= 0,2...0,4 кВт·с/км. 

Секундная режущая длина L_s зависит от размеров гарнитуры, и формы и размеров ножей, скорости вращения диска. При ширине ножей b=3 мм, ширине канавки а=4 мм и d/D=0,6 (D – наружный  диаметр гарнитуры, d – внутренний диаметр) величину L_s для однодисковых мельниц вычисляют по формуле:

           L_s = 0,346D³n,  км/с,          (10)

где n – частота вращения ротора, мин^-1.

 

Для размола массы при высокой  концентрации ширину канавок увеличивают до 8...10 мм. При этом секундная режущая длина L_s, км/с, уменьшается в два раза: .

Для сдвоенных мельниц  полученный результат удваивается. Режущая длина гарнитур дисковых мельниц приводится в справочных таблицах.

Расчетная производительность мельницы Q_р, т/сутки, определяется исходя из эффективной мощности и удельного полезного расхода энергии на размол:

                    .                                (11)

 

Удельный полезный расход энергии  на размол определяется по экспериментальным кривым зависимости q_е от степени помола  массы, представленных на рисунке.

Количество мельниц, необходимое  для выполнения принятых условий размола определяется по формуле:

                             .         (12)

 

Мощность, потребляемая мельницей N_n, кВт, расходуется на размол волокна (N_n), на преодоление сил трения в подшипниках и сил трения массы о поверхность дисков и стенки камеры (N_xx):

                           N_n=N_e+N_xx.           (13)

 

Мощность холостого хода мельниц  приводится в справочной таблице.

Для определения мощности холостого  хода N_xx, кВт, можно использовать уравнение:

                            N_xx = cn³D⁵,           (14)

где с = 0,16...0,18 – эмпирический коэффициент;

n – частота вращения ротора, с^-1;

D − наружный диаметр размалывающего диска.

 

Для сдвоенных мельниц мощность холостого хода N_xx, кВт, определяется по формуле: 

N_xx = 1,8n³D⁵, кВт.          (15)

 

При размоле целлюлозы при концентрации более 6 % мощность холостого хода определяется по формуле:

N_xx = (0,35…0,40)N_n,  кВт.         (16)       

Определив мощность, потребляемую дисковой мельницей, необходимо проверить мощность приводного двигателя. Нормальная мощность мельницы с учетом коэффициента загрузки двигателя К=0,9 должна быть больше или равна потребляемой мощности:

, кВт.                     (17)

 

Если это условие проверки не выполняется, то при расчете производительности мельницы следует принять меньшую величину секундной режущей длины размалывающей гарнитуры L_s.

 

2. 2 Расчёт необходимого числа дисковых мельниц

 

Рассчитать количество дисковых мельниц  для размола полуфабрикатов применительно к  виду бумаги (картона) и производительности БДМ (КДМ), определенных в задании 1.

Для проведения расчетов необходимо заполнить таблицу исходных данных (таблица 2).

 

Таблица 2 – Исходные данные для расчета мельниц

Наименование и (или) обозначение показателей	Значения (отметки)	Примечания  (ссылки)
Gmax, т/сут	1101
Композиция  по волокну, %:		-по нормам проектирования; -из опыта работы; -по литературным данным; -личное предложение; (подчеркнуть)
п/ф 1 – целлюлоза сульфатная хвойная небеленая	80
п/ф 2 – нейтрально-сульфитная лиственная небеленая целлюлоза	20
п/ф 3 -
Уд.расход волокна, М,  т/т		-по нормам проектирования; -из опыта работы; -по литературным данным; (подчеркнуть)
п/ф 1 – 1,054 * 0,2	0,843
п/ф 2 - 1,054 * 0,8	0,211
п/ф 3 -
Степень помола массы, оШР:	БПУ -
п/ф  1 от_14_ до_24 прирост   ®	10
п/ф  2  от_14_ до_24 прирост  ®	10
п/ф  3 от______ до______ прирост   ®
Количество ступеней размола:		-по литературным данным
п/ф 1     от_14_до_19_ прирост   ®	5
от_-__ до_-_ прирост   ®
п/ф 2     от_14_ до_19 прирост   ®	5
от_-__ до_-_ прирост   ®
п/ф 3     от______ до______ прирост   ®
от______ до______ прирост   ®
Концентрация массы  при размоле, %:		-по литературным данным
п/ф 1 1ступень/2ступень	4,6/3,8
п/ф 2 1ступень/2ступень	4,8/3,8
п/ф 3 1ступень/2ступень	/
Совместный размол от_19__ до_24_ прирост   ®
	5

 

Количество размалываемого волокна:

Q_{B СФА хв. н/б} = G_max·M = 1101·0,843 =928 т/сут;

Q_{B нейтр - СФИ листв. н/б} = G_max·M = 1101·0,211 = 232 т/сут.

 

 Расчет мельниц ступени размола  (первой и при необходимости  других).

Для размола п/ф I СФА хв. н/б при концентрации 4,6 % и п/ф II нейтр. – СФИ листв. н/б при концентрации 4,8 % по справочным таблицам принимаем мельницы марки МД – 31.

Диаметр дисков мельниц МД – 31  - 1000 мм;

частота вращения ротора – 600 мин^-1;

окружная скорость – 31,4 м/с;

Удельная нагрузка на кромку ножа В_{s I п/ф} = 1,4 кВт·с/км;

В_{s II п/ф} = 1,0кВт· с/км;

Секундная режущая длина гарнитуры  для мельниц, работающих при концентрации до 6, определяется по формуле 10;

L_s = 0,346D³n;

L_{s СФА хв. н/б} = 0,346D³n = 0,346·1³·600 =207,6 км/с;

L_{s нейтр. - СФИ листв. н/б} = 0,346D³n = 0,346·1³·600 = 207,6 км/с.

 

Эффективная мощность размола N_e, кВт, равна:

N_{e СФА хв. н/б} = B_s·L_s= 1,4 ·207,6 = 290 кВт;

N_{e нейтр. - СФИ листв. н/б} = B_s·L_s = 1,0 ·207,6 = 207,6 кВт.

 

Производительность мельницы МД -31  Q_p, т/сутки, для принятых условий размола будет составлять:

;

;

;

где q_{e Iп/ф} = 70 кВт·ч/т, q_{e IIп/ф} = 40 кВт·ч/т удельный полезный расход энергии на размол п/ф СФА хв. н/б с 14 до 19 ºШР, п/ф нейтр. – СФИ листв. н/б с 14 до

19 ^оШР.

 

Тогда необходимое количество мельниц  для установки будет равно:

;

;

.

 

Принимаем для установки _I cтупени I п/ф 10 и II п/ф 2 мельницы.

Мощность холостого хода для  однодисковой мельницы N_xx, кВт, определяется:

   N_xx = cn³D⁵;

   N_{xx Iп/ф} = cn³D⁵ = 0,16· ;

   N_{xx IIп/ф} = cn³D⁵ = 0,16· ;

с – эмпирический коэффициент (0,16 – 0,18), примем равным 0,16;

n – частота вращения ротора – 600 мин^-1;

D – наружный диаметр размалывающего диска – 1000 мм.

 

Мощность, потребляемая мельницей N_n, кВт, для принятых условий размола будет равна:

N_n = N_e+N_xx;

N_nIп/ф = N_e+N_xx = 290 + 160 = 450,0 кВт;

N_nIIп/ф  = N_e+N_xx = 207,6 + 160 = 367,6 кВт.

 

Проверка мощности приводного двигателя  проводится по уравнению (17):

;

;

450 ≥ 450,0;

;

450 ≥ 367,6,

следовательно, условие проверки  выполняется.

 

Вывод: Если условие проверки мощности выполняется, значит, для I ступени I п/ф и для II п/ф будут служить мельницы марки МД – 31.

 

2.3 Расчет мельниц второй ступени размола

 

Для размола п/ф при концентрации 3,8 % принимаем мельницы марки

МД – 31.

 Удельная нагрузка на кромку  ножа B_s = 1,2 кВт·с/км. Секундная режущая длина L_s = 207,6 км/с.