制浆造纸厂物料平衡的测定和计算

制浆造纸厂物料平衡的测定和计算 叶晓春 �南京林业大学� 握 要 制浆造纸工厂物料平衡的侧定和计算是技术管理的一个重要组成部分 。 本文根据最近对江苏省某造纸厂 两条制浆造纸生产流水线全部设备的工作参数所作的侧定 , 以及物料的平衡云卜算 , 详细地阅明了物料平衡侧定 和计算的目的意义 、 方法和步砚 � 在制浆造纸工厂 , 从植物纤维原料进入生 产车间到成品纸送入仓库 , 需要经过备料 、 蒸 煮 、 洗选 、 漂白、 打浆 、 调料 、 精选 、 抄纸等 生产过程 。 据统计 , 如不计药液的制备 、 黑液 、 白水的回收利用等辅助过程 , 在一般情况下 , 需 要对原料或半成 品经过大约五十道的加工处 理 。 为了评价制浆造纸生产过程的优劣 , 对个 别工序 �单元 � 物料的进出参数进行测定 , 进 而作物料的平衡计算是十分必要的 , 这就是我 们常说的浆水平衡 。 计算过程所遵循的原则是 质量守恒定律 。 即凡引进某一设备和系统 �或 操作单元 � 的物料总量必需等于加工处理后离 开该单元所有物料的总重量 。 在我们进行实际 计算时 , 常用下列形式示 � 黔�一 黔�一 黔一 一盈� � �设设设备备备 或或或 单单单 元元元 别代表进入和离开某设备 �单元� 的浆水总量 �公斤或升 � � � 和 �� 分别代表进入和离开某设 备 �单元 � 的浆料的百分浓度 �� � 。 制浆造纸工厂进行浆水平衡的测定和计 算 , 是掌握生产状况的重要手段 , 具体来说 , 有 下列 目的 � � � 在生产管理中 , 它可以使管理人员了解 各生产工序是否正常 , 原材料消耗是否合理 , 设 备的运转状况是否 良好 , 以便对不正常现象及 时采取有力措施 , 解决存在问题 , 减少不必要 的流失 , 保证企业的经济效益 。 � � 了解各有关设备排出的 “废料 ” 量和污 染负荷 , 从而为 “三废 ” 处理和综合利用提供 依据 。 最近我们对江苏省某造纸厂两条制浆造纸 生产线的全部设备的工作参数进行了恻定 , 作 了浆水平衡计算 , 取得了一些经验 , 特介绍如 下 , 供造纸科技工作者参考 。 一 、 物料衡算的方法与步骤 � , � � � � ⋯ � �。 � � , , � � , � � ⋯ � � , � � , � � � � ⋯十 � 。 � � , � � � ’� � ⋯ 十� ,� 在上式中 , � 和 � , 分别代表进人和离开某 设备 �单元 � 的绝干浆料量 �公斤 � , � 和 �� 分 · � � · 制浆造纸厂生产全过程的物料平有计算 , 应按下列步骤进行 � � � 绘制生产流程方块图 � � , 制定测定 � � � 生产过程中各有关参数的测定 � 本文修改稿于 � � � 生年 � 月 �� 口收到 。 中国造纸 第 � 期 � � 物料平衡计算 � � � 列 出物料平衡结果表及绘制物料平衡 图 � �� 生产情探的编命 � �下面我们对上述步骤分别加以说明 � 二 、 给制集产策程方块图 「川 川 」 汕沙 「 、 「生产偏程方快图要符合下列要求 �� � � 要表示出原料进入生产车间后 , 经过各 工序的加工处理成为成品或半成品的全部过 程 。 �� 要表示出辅助 物料在 主生产流程中的 加入地点 , 清水 、 燕汽的加入地点 , 废水 、 废 气 、 废渣的排出地点 。 � � 要表示出某些物料的内部循环过程 。 例 如造纸浓白水用以稀释浆料 , 稀白水经白水回 收设备处理后返回生产系统等 。 在方块流程图 · 中 , 白水内部循环过程及使用地点应表示出 来 。 三 、 制定侧定方案 � � 测定参数的确定 要进行某一设备的物料平衡计算 , 有三个 参数是必不可少的 , 即绝干纤维量 � , 浆料总量 � 及浆料浓度 � , 这三个参数到底测定哪一个 , 计算哪一个 , 要求我们结合下一步计算进行综 合考虑 , 认真推敲 , 作出科学的判断 。 一般来 说 , 流量测定比较困难 , 而且测定结果误差较 大 , 所以尽可能避免 , 做到少测或不测 , 通过 计算来取得 。 例如由流浆箱喷到成形网上的浆 料量 , 这是无法直接测定的 , 但是由生产得到的 成品纸进行逆向物料衡算 , 就可以计算出上网 的绝干纤维量 。同时 , 我们可以很方便地测出上 网浆料的浓度 。 这样我们就能够比较顺利地计 算出上网浆料量 。 当然如果有条件测定浆料或 水的流量 , 那么就应该尽可能利用有利条件 。 � � 测定地点的选择 测定地点即取样点的选择也很重要 , 因为 造纸生产过程是连续过程 , 尤其是纸机 , 是一 套联动设备 , 这就会给取样工作造成困难 , 如 � , , 一年 � � 月 �、�� � � � � 乙几讲 � 果取样点选择不恰当 , 就可能使得到的样品无 代表性 。 当然 , 即使有最周密的考虑 , 在某些 取样点 , 或多或少会给生产带来困难 , 这就苗 要得到生产第一缓实啼诈业人员的密切配合 ‘「 例如 , 为了对长网造纸机的其空极水箱进 行物料衡算犷就必须侧定进入真空钾水箱浆料�即在成形网面上即将成格的键纸页� ‘的撇度 �干度�, 要得到这一祥品困难很大 , 甚至可能 造成事故 , 这就要周密筹划 , 保证万无一失取 到样品 。 类似的情况还有出真空伏辊 、 出压榨 等处湿纸页的取样 � � � 侧定方法的确定 侧定样品的浓度 �或湿纸页的干度 � 我们 均采用传统的重量法 , 结果比较正确可靠 � 但 在必须测定流量时 , 就应考虑用何种方法为好 。 例如从地沟排出的一部分白水 , 必须侧定其流 量 , 我们经过认真的观察和研究 , 根据现场条 件 , 认为用垠板法比较易行 , 只要纸机运转正 常 , 流量也是稳定的即可 。 其方法是在地沟内 插入一块开有长方形缺口的木板 �注意木板的 四周与地沟内壁之间要密封� , 使排出的白水从 长方形缺 口处滋流而过 。 今以 � 表示缺 口 宽 度 , � 表示液体在缺 口流出时的高度 , 根据流体 的连续性方程 , 可以推导出液体流径缺 口截面 的理论流量为 � � 一 � , 二� � 了寸 艺� �� “ 考虑到压头损失和收缩因素等 , 应乘以校 正系数 � � � � � , 故实际流量为 � � 一 � � � ��� � 只要定时 �例如每隔 �� 分钟 � 侧出 � , 求 出一定时间内的平均值 , 就可以顺利地计算出 地沟内废白水的流量 。 �� 取样时间 一般情况下 , 必须在设备运转稳定的清况 下取样 , 在开机 、停机或断纸前后不宜取样。 即 使这样 , 我们在测定中发现 , 结果仍有一些波 动 。 例如 , 造纸机前纸料精选的除砂器 �尤其 是一段 � 其浆渣浓度有较大的波动 , 甚至良浆 出口浓度也有一定的波动 , 这就会造成纸页定 · � � � 量的纵向波动 。 究其原因 , 可能是冲浆泵、 白 水泵 、 清水压力的波动或者纸机前浆池内浆位 的不稳定等因素造成 。 为了取得比较可靠的数 据 , 所采样品要有足够的数量 , 有代表性 , 并 将样品充分混合 , 侧定结果要取平均值 , 平行 试验误差控制在 � �以内 , 必要时应进行多次 反复测定 , 直到取得满意结果 。 四 、 浆水平衡计算 在完成测定任务 , 取得物料衡算所必须的 数据后 , 就可进入计算阶段 。 浆水平衡计算一 般按生产工艺过程的逆方向进行 。为计算方便 , 可以把制浆造纸的全部生产过程分成两部分 , 即从备料到漂白洗涤结束为第一段 , 打浆到成 品纸入库为第二段 , 然后分别进行物料衡算 。 � 计算基准的选择 制浆造纸生产过程的物料衡算 , 一般以 � 吨产品 �如 � 吨风干浆或 � 吨成品纸 � 为计算 基准 , 也可以每小时的产量为基准 。 计算基准 的选择与测定方案的制订有着密切的关系 , 如 果以单位时间产量为基准 , 就必须以测定各个 设备的流量为主 。 如前所述 , 困难较多 , 在某 些取样点甚至难以实现 。 如果以 � 吨产品为基 准 , 则可避免许多麻烦 , 同时也能提高物料平 衡计算的正确性 。 � � 蒸煮得率和漂白得率的计算 如何测定蒸煮后粗浆的得率 , 一直是困扰 一些造纸工作者的一个棘手问题 , 至于如何计 算漂损 , 更是感到为难 。 不少人常常简单地根 据漂 白前后浆池中浆料数量的变化作出估计 , 其误差之大是可以想像的 。 为了找出比较科学 、 有实用价值 , 且符合 实际情况的测定方法 , 我们对蒸煮和漂白这两 个重要的工艺过程中所加入的物料 、 发生的反 应 、 生产的产物 、 放料时纸浆的状态进行了反 复研究对比 , 提出下列测定方法 。 ��� 蒸煮得率测定 在实际生产中 , 碱法制浆是以烧碱 �在硫 酸盐法中还包括硫化钠 � 对绝干原料量的比例 来计算用药量的 , 在整个蒸煮作业中 , 所有加 · � � · 入的化学品并没有损失 , 同时在落煮过程中 , 木 素的溶出物及纤维素 、 半纤维素的分解产物也 全部保留在粗浆中 , 在固定液比蒸煮中产生的 黑液 , 也全部保留在粗浆中 , 粗浆成 “半干 ”状 态 。 �在此忽略了小放汽或喷放时可能带出的极 少量固形物 。 � 基于这样的分析 , 我们提出用下 列方法侧定燕煮后的粗浆得率 。 称取采自喷放仓的半干粗浆两份 �一般可 取 ��� 一 � � � 克 , 两份重量应相同 � , 其中一份 直接置于 ��� ℃烘箱中烘干至恒重 �� � � , 另一 份 用 �� � 目尼龙筛布包好 , 用清水充分洗净 �也可用布氏漏斗洗涤 � , 然后在 � �� ℃供箱中 供干 , 所得重量为� � , 那么粗浆得率为 � 式中 � 率� 。 � , � � � “ 。 , , 一恶赢 � ‘””” �一粗浆得率� � � � 燕煮总 用碱 结果表明 , 平行试验的误差不大于 �� , 不 同批号蒸煮 , 在工艺配方完全相同的情况下 , 得 率的误差也在 � �以内 。 但是如果取样地点改 在球下 , 即取喷放后从球内倒出的 “残料 ” , 则 粗浆内未蒸解物较多 , 得率比取自喷放仓的样 品高出 � � � � 。 我们认为这种测定方法有科学根据 , 能满 足工业生产的要求 , 而且方法简单 , 手续方便 , 一般造纸厂均有条件测定 , 所以有较好的实用 价值 。 �� � 漂白得率的计算方法 漂白工艺过程与蒸煮有类似之处 , 不过前 者是加漂液 , 后者是加碱液 , 另外漂后浆料浓 度比较小 , 呈半流体状态 。 测定方法是 � 用已知重量的称量瓶称取两份相同重量的 漂后 浆料 �可直接取 自漂 白池 � , 一 份置 于 � � � ℃烘箱中烘至恒重 , � 得固形物重 � , , 另一 份用布氏漏斗反复洗涤 , 直至淀粉碘化钾试剂 不显兰色为止 。 烘干恒重后 为 � � , 则漂白浆得 率为 � 中国造纸 第 � 期 � �� � � � � 一�一 � 义 � �� �扁娜 �式中 , �一漂白浆的得率 �� � � � 一漂白剂 对漂前绝干浆的 用量 �片� , 平行试验结果表明 , 其误差小予 �� , 故此 方法有较好的实带性和可靠性 � � � 渐近法物料衡算 在浆水平衡测定中 , 有些取祥点根本无法 测定流� , 例如真空吸水箱的白水流� 。 这就 给物料衡算带来很大困难 。 这里我们提出 “渐 近法 ” 供大家参考 。 这种方法实际上与我们熟 知的试算法近似 。 一般经 � � � 次试算 , 就可以 得到足够精确的数据 。 现举某长网造纸机真空 吸水箱的物料衡算为例加以说明 。 通过逆向物 料衡算及测定 , 我们 已经知道 ��� � � � � � � � �� 公 斤 , � � � � � � � � � � 公斤 , � , � � � � � �� � � � 二 � � �一� � � � �。�� �� , � 。� � � � � � 公斤 , 要求对 真空吸水箱进行物料衡算 , 求出 �� � , � , � , � , 、 , � , � 。 由于未知数较多 , 很难进行物料衡算 。 现 在我们用渐近法 。 网案部 � �� � 洲阳� � � � � 闷卜 水封水 � 粉 , � �真蛋两泵阉立水封池 粉 � � 真空伏辊 � �卜 � , � ,一 � � � � 一 � 一� 二 � � � � � � � 公斤 � ,卜 � � � � � � � 公斤 据上述计井结果 , 再进行第 � 次试算 。 � �一 � � � �卜�十� � � � � � � � � � � 公斤 � �一 � � � � � � � � � � 公斤 ’ �一 , � 。一� 十饥 一 � 。� �� � � �� 公斤 卜 �比一二 � � � � 公斤 根据上述结果 , 再进行第 � 次试算 。 � , 。一 。, � �卜 �十� , � � �� � � � � � 公斤 � ,卜一, � � � � � · � 公斤 � �卜 � � � �卜一� � , 一 � , � 二 � � � � � � � 公 斤 � , , 一 � � � � � � � 公斤 上述第 � 次 、 第 � 次试算结果比较 , 两者 数值相等或接近 , 因此 , 可以说经过三次试算 结果已达到足够的精确度 , 设有必要进行第 � 次试算 。 也说明这个方法可以用在流量无法测 定而未知数较多的物料衡算中 。 � � 用水量的计算 制浆造纸生产过程中用水量很大 , 而且许 多部位需要喷水 , 喷水压力和喷水量不但影响 成纸的产量和质量 , 而且影响水的供应和产品 成本 。 因此必须尽可能节约用水 , 加强用水管 理 , 使有限的水资源发挥最好的效益 。 喷水管孔的喷水量可用下列方法测定或计 算 � �� � 在可能测定水管压力的情况下 , 可用 下式计算 � 先令 相等 � 则 � ,一 � � � � � � � � � � � �� 公斤 �实际并不 � 一孕’� � � � 丫兀豆 � 一卜一� � � � 一 , � 一 � � � � � � � � 公斤 � �卜 �二 � , � 一 � � !一v :2~ 26 040. 0 公斤 Q .卜 ,二29 .56 公斤 根据上述计算 结果 , 可以进行第 2 次试 算 。 令 Q ,卜2= Q , : : + Q , 2 ~ 1 0 5 7 . 6 公斤 v l卜, ~ 3 5 2 5 5 . 3 3 公斤 19 91 年 10 月 Ch 山a P 吐p & P 叫片r 式中 , w 一一个喷水孔的喷水量 (米勺分);d一喷水孔的孔径 (米). 9一重力加速度 (9.81 米/秒2);H一喷水压力(米水柱 ),片喷口系数 , 一般可取 0.6 。 但当为薄壁孔口时 , 取 0.62 , 当 水从器 壁很薄的 圆 孔 中流 出 时 , 取 0. ‘2 ~ 0 . 6 3 , 当为锐壁孔 口时 , 取 0. 61 。 ( 2) 如果不知道喷水压力 , 那就只有测定单 个孔在单位时间内的流量 , 再计算总喷水量 。 . 5 3 . 米V 分 式中 , w 一一个孔的流量 (米V 分); n一喷 水管上总孔数 。 现在最常用的形式 。 只要把每个单元物料衡算 所得结果填入方块流程图的相应位置 , 就可以 得到一张完整可靠的物料平衡方块图。 五 、 绘制物料平衡表及平衡图 六 、 生产情况分析 物料平衡表是在完成物料平衡计算的基础 上进行的 。 一般有两种形式 , 一种是物料平衡 明细表 , 它是对每个计算单元而作的 。 通过它 可以清楚地看出每个单元物料的来龙去脉及数 量 , 并可及时检查每个单元物料平衡计算是否 正确 , 帮助我们及时发现计算中的问题 , 以便 加以纠正 。 物料平衡明细表是与物料平衡计算 同步进行的 , 其主要内容是: (l ) 计算单元 (或设备) 的名称 , (2 ) 各种物料进出该单元的来源和去向; (3 ) 各种物料的收支数量 、 浆水的收支总 量. 物料平衡表的 另一种形式是物料平衡总 表 。 它是对整个制浆或造纸车间而言的 。 因此 , 它是在物料平衡计算和明细表制作完成之后进 行的 。 “总表” 所要表明的是各种原材料 、 浆水 、 废渣等进出本车间的情况 。 ‘ 有些物料如果是在 车间内流动 , 就不必在 “总表 ” 中反映出来 。 物料平衡 图是物料衡算的总结和最终成 果 , 有两种绘制方法 , 一是物料平衡方块图 , 另 一种是物料平衡示意图 。前者比较易于制作 , 是 从物料衡算的本身意义来说 , 绘制出物料 平衡表及平衡图是完成了任务 , 但是 , 从对生 产的指导作用来说 , 这是不够的 。 为了发挥此 项工作的作用 , 我们应根据计算所得数据 , 对 每个操作单元进行运行状态分析 , 作出评价 , 找 出存在问题 , 提出改进意见 。 例如 , 我们通过 对 CX 筛有关参数的侧定和计算发现 (l) 调浆 箱中液面由于受锥形除砂器工作状态的不均衡 产生波动 , 这样就使 Cx 筛的进浆量不稳定 , 无 法达到满负荷工作的要求 ; (2) 稀释水的压力 和流量不稳定 , 会引起出浆浓度和排渣量的波 动 。 从侧定结果来看 , C x 筛的良浆浓度有时低 于 0.5% , 有时却高达 1.5% 以上 。 良浆浓度波 动如此之大 , 必然对浆料在筛鼓内的流动状态 产生不 良影响 , 同时也影响后面工序的正常运 转 。 为了维持 Cx 筛的正常工作状态 , 我们根据 测定及计算结果 , 提出了相应的改进措施 。 因此可以说 , 物料衡算是造纸厂管理人员 了解生产 、 指挥生产 、 改进生产的一项重要技 术手段 。 l h e M 七翻ure幻口e n t a n d C a l e u l扭ti o n o f M a 加ria l B a】a n份 ’ 加 P ulp and P ap吧r M i】1 Y e X ia o一 C h u n (入抽之户夕风掀妞叮 脚翻柳威, ) A B S T R A C f T l l e m e a s u r em e n t an d ca l e u la t io ri o f m a t er i a l ba l a n ce i n P u l P a n d 琳碑r m ill is on e of the 加加n an t 伸rts of 征eh n ica l 刃。a n a ge m e n t. T h e au th or su m ma r izes th e m e th od an d s te PS o f it in d e ta il b y r n e a s u r in g o pe ra tin g P a r am e te rs o f tw o P u lP a n d 琳pe r Prod uetion lines , e q u l p m e n t s an d ca l e u l at in g t h e ma te r i a l b a l a n ce o f a ce r ta i n 娜详r m ill in Jia ngsu ; th at is : (l) dra、v in g a te e h n of o g ie al b loc k d i阳rajm ; (2 ) dralng w up a plan of m ea sur ing ;(3)m ‘始u reme n t o f so m e par a me te rs related to 讲od uetion Proc ess ;(4 )eal eulationof rn侧弱 加lance ; (5 ) m akin g a list of the res ults of th e ma ss balanee ca leulation ; (6) draw ing th e m ass 恤lan ce di agram ; an d (7) ana lysis an d ev aluat ion of Prod uetion eonditions. · 54二 中国造纸 第 5 期