日产300吨OCC废纸制浆工艺设计样本.doc

1课程设计目标
(1)它是高等学校学生在学完基础课程和专业课程理论后，进行最终一个实践性教学步骤，设计过程中，课复习和巩固所学知识，练就综合应用所学相关知识能力，发明性投放接下来实际生产 。
(2)它是造纸学院针对毕业生实际情况，对毕业设计一次提前演练和专业知识巩固。含有很高针对性和实际作用，确保学生在以后毕业设计能力更高效完成。

2课题任务

（1） 确定生产工艺步骤方案，画出方框图。

（2） 在选择一个方案和所设计主方案进行比较，说明所选定工艺步骤合理性和优异性。

（3） 选择所设计主方案工艺参数。

（4） 浆水平衡计算。

（5） 关键设备选型。

（6） 用AutoCAD画出工艺步骤图和浆水平衡图。

3课题中国外现实状况

中国造纸工业废纸回收和利用现实状况
中国废纸利用率伴随造纸工业发展而快速上升。从图3-1和表3-1能够看出：废纸浆消耗量从1310万吨上升到4017万吨，增加了207%；废纸浆利用率从44.0%提升到59.3%，增加了15个百分点。废纸浆中进口废纸所占百分比显著增加。废纸进口量2256万吨，占整年废纸消耗量44.9%，而废纸进口量624万吨，占当年废纸消耗量38.1%，比增加了6.8个百分点。
废纸消耗量增加关键驱动力起源于纸和纸板消费量快速增加。纸和纸板消费量7290万吨，比消费量3683万吨增加了3607万吨，上升了98%，几乎翻了一番。不过因为中国木浆资源缺乏，加上进口木浆价格上扬，尽管进口木浆量达成845万吨（表2），比进口量490万吨增加了72.4%，但进口木浆仅占纸浆消耗总量12.5%，而国产非木浆产量无大改变，虽维持在1300万吨/年左右，但其所占纸浆消耗总量百分比呈下降趋势。所以，在纸浆消费结构不停优化和环境保护要求不停提升背景下，纸浆消费量缺口关键经过大量增加废纸消耗量和适量增加国产木浆消耗量来填补。
中国中国废纸消耗量在废纸浆消耗总量中仍占相关键地位，但总体上呈下降趋势，已由61.9%下降至55.1%；而同期进口废纸消耗量由38.1%上升至44.9%。尽管中国废纸回收率达成了37.9%，仍低于47.7%世界平均水平和发达国家70%左右水平。不过应该看到，伴随纸和纸板消费量和废纸消耗量逐年快速增加，多年来中国废纸回收总量由1013万吨增加到2765万吨，翻了1.7倍。

表3-1 -中国废纸回收利用统计表
年度
纸和纸板产量/万吨
纸和纸板消费量/万吨
纸浆总消耗量/万吨
废纸回收量/万吨
废纸回收率/%
废纸浆用量/万吨
废纸浆利用率/%
废纸进口量/万吨

3200
3683
2980
1013
27.5
1310
44.0
624

3780
4415
3470
1338
30.3
1620
47.0
687

4300
4806
3910
1462
30.4
1920
49.1
938

4950
5439
4455
1651
30.4
2305
51.7
1230

5600
5930
5200
1809
30.5
2810
54.0
1703

6500
6600
5992
2263
34.3
3380
56.4
1962

7350
7290
6769
2765
37.9
4017
59.3
2256
注：废纸浆量=废纸量×0.8

图3-1 -中国废纸利用情况

 表3-2 -中国造纸工业纸浆消耗情况
品种

占总浆量/%

占总浆量/%
同比增加/%
总浆量/万吨
5992
100
6769
100
12.97
木浆/万吨
1322
22
1450
22
9.68
   其中：进口木浆
796
13
845
12
6.16
废纸浆/万吨
3380
56
4017
59
18.85
     其中：进口废纸浆
1570
26
1805
27
14.97
非木浆/万吨
1290
22
1302
19
0.93
注：废纸浆=废纸量×0.8

   国家产业政策调整是多年来中国中国废纸回收量快速增加关键原因。比如，国家发改委、环境保护总局等部委颁布了一系列相关政策和文件，对节能减排、环境保护和行业发展计划做出了方向性指导和约束性要求。对于造纸行业，要加大中国废纸回收利用，增加纸浆消费结构中木浆百分比。近十二个月多来，国际纸浆价格、废纸价格一路攀升，这在一定程度上，也深入加大了中国废纸回收力度决心和信心，降低对进口废纸依靠程度。
毋庸置疑，采取进口废纸理由关键是因为进口废纸质量好于中国废纸。进口废纸中，木浆百分比不仅高而且基础不含非木材纤维原料。就针叶木而言，材种总体上好于中国通常所使用马尾松、落叶松等厚壁纤维原料。
   废纸消费最大去向为新闻纸和包装纸板如箱纸板、瓦楞原纸、白纸板等产品生产。多年来，很多现代化以废纸为关键原料大型制浆造纸生产线纷纷落户中国，不仅使中国纸和纸板产能得到增加，而且也大大提升了产品生产质量，在节能降耗和增产减排方面显著改善。经典造纸生产线如：山东省华泰纸业2台40万吨/年新闻纸机、河北省诺斯克龙腾纸业30万吨/年新闻纸机、江苏省太仓九龙纸业4台40万吨/年箱板纸机、江苏常熟理文纸业40万吨/年箱板纸机、浙江宁波中华纸业100万吨/年白板纸机等等。在新增高产能企业中，大多数为“三资”企业，这也是近十年来中国造纸行业一大特点。
国外废纸利用情况
废纸回收率最高依次为香港、德国、韩国、日本、中国台湾，其中香港和德国废纸回收率分别高达88.2%和71%。废纸利用率最高是墨西哥、中国台湾和韩国，墨西哥造纸绝对依靠于废纸原料。据估算，回收1吨办公类废纸，可生产0.8吨再生纸，和应节省木材4立方米。假如把今天世界上所用办公纸张二分之一加以回收利用，就能满足新纸需求量75%，相当于800万公顷森林免遭砍伐。
美国
美国是世界最大纸浆和纸板生产大国，也是消费大国。美国大力提倡回收利用废纸，促进企业用废纸生产纸板及包装材料。如美国stone容器企业用废纸生产出cordeck瓦楞平板，用于商品包装运输；R-Tech企业生产E-cubes包装材料，是用回收废纸制成，加入填充物后可包装易碎物品，和泡沫塑料相比，在填充使用中更为方便、快捷，可填充任何形状商品，可回收，可生物降解，无毒。
日本
日本纸产量仅次于美国，多年来日本纸和纸板产量呈逐年上升趋势，其产量为3071.7万吨，是1990年1.1倍。而在1990年至间，日本木浆消耗量基础保持不变，这是因为废纸已成为日本造纸工业关键原料。，废纸占日本纸和纸板生产原料58%。
依据日本废纸再生促进中心统计，日本上六个月废纸消费为8975842吨，比同期增加了1.7%。其中纸用量为3088371吨，增加了1.5%，纸板用量则为5887471吨，增加了1.8%。若从旧新闻纸及旧杂志纸来看，纸旧新闻纸用量为2060660吨，增加了0.9%；旧杂志纸用量则为208543吨，增加了13.6%，显见文化用纸使用旧杂志纸部分仍然连续增加。不过，纸板在使用旧新闻纸及旧杂志纸数量上分别降低了2.7%及2.8%，显示此2种废纸用量正逐步转移到文化用纸上来。另外，废纸回收率为65.3%，利用率为59.6%，大致维持和相当水平
德国
德国即使缺乏纤维资源，每十二个月要大量进口商品纸浆和纸张，但因为消费量大，废纸回收率高，每十二个月有大量废纸出口。德国是世界上第二大废纸出口国，废纸和纸板产量1818.2万吨，消费量1911.2万吨；废纸回收量1357万吨，回收率71%；同年废纸净出口257.8万吨，占总回收量19%，这一水平和美国十分靠近。
德国双向系统回收组织（DSD）在欧盟竞争法规管辖下，将被迫向欧盟各国开放包装废弃物回收协议招标规则。USD由德国414家包装纸搜集、分类和再生经营商所组成，年搜集150万吨废纸，其中包含瓦楞纸箱。该组织给废纸搜集者年补助5000万欧元（5300万美元），费用由德国国家级绿点标识系统在年收入中支出。欧盟已迫使DSD终止和解除1月以前协议招标工作，要求其对欧盟其它国家经营包装废弃物业务集团订户开放。现在，相关机构正对DSD所拟订新协议条款文字进行调研，方便对纸包装回收者所给补助金额进行削减提出意见。
芬兰
芬兰森林资源丰富，森林占国土面积70%以上，每十二个月出口大量木浆纤维。尽管如此，1990年以来她们也开始重视废纸回收，每十二个月达50-60万吨。芬兰一向重视对废纸回收和利用，各城镇居民区和大商场全部没有分类垃圾箱，居民自觉将旧报纸、杂志、广告和废纸板等无偿送到指定回收点。去年，芬兰人均废纸回收量达143千克，在世界上名列前茅。在回收废纸和纸板中，40%被用于生产纸板产品。36%用于生产新闻纸，21%用于生产多种软性纸。在芬兰纸张和纸板生产所用原料中，回收废纸百分比占5.6%。

课题设计必需性
1.利用回收纤维造纸，能够大大降低林木、水、电消耗和污染物排放。据教授介绍，回收一吨废纸能生产0.8吨再生造纸纤维，能够少砍17棵大树，节省3立方垃圾填埋场空间。
2.在国外，废纸被称为城市中森林资源，因为不管是废旧报纸、书刊纸、办公用纸，还是牛皮纸、纸盒、瓦楞纸等，全部是宝贵纤维资源。
3.用废纸造纸，能耗低、环境保护处理费用低、单位原料成本低，在中国废纸配抄生产新闻纸，比用原生木浆生产成本可降低300元/吨，还可降低环境污染，所以大家把利用回收纤维生产纸和纸板称为绿色产品。
4.以废纸为资源获节省环境保护双赢
从生产环境保护再生纸北京造纸七厂得悉用1.25吨文化用废纸做原料，可生产一吨再生办公纸。按国际标准计，可节省4立方米木材、100.立方米、600度电、1.2吨煤、300千克化工原料、用于处理废渣资金150元、用于填埋废渣用地，避免了因填埋废渣造成对周围地下水污染，还少生产5万吨再生纸计，可节省500万吨立方米、木材20万立方米等。
5.废纸处理技术发展前景
废纸价格继续上扬，废纸质量将继续恶化，为了处理因为废纸质量下降而给生产带来种种问题，大家不停地在生产中加入设备，是废纸处理工艺步骤日益趋于复杂化，从而使投资、能源、生产成本增加，给废纸行业带来不少压力。为此，对废纸处理技术，大家期待着能取得更紧凑、更完善、效率愈加好工艺技术和设备。

4 生产工艺步骤设计
4.1 生产设计工艺概述
将回收OCC经过水力碎浆机碎解，然后经过各段除渣器、压力筛来除去浆中杂质，中间经过一次纤维分级，这么能够愈加好对纸浆进行分级然后使用，大大提升了经济效益和纸浆质量，使我们生产出来产品更含有价值。
4.2 设计工艺步骤图
（注：在设计工艺步骤图中有A、B两个方案，其中A方案是此次设计主选方案，B方案是所选择和主方案进行对比方案，设计中选择了纤维粗筛以后没有进行纤维分级作为A方案）

4.3 生产工艺设计步骤图解析
A 方案生产工艺设计步骤图解析
（1）浆料系统
回收OCC
水力碎浆机
高浓除渣器
贮浆塔
一级三段粗筛
中浓除渣器
一级三段低浓除渣
一级三段精筛
轻质除渣器
多圆盘浓缩机

贮浆池

（2）白水系统
回收利用多圆盘浓缩机出来白水，添加到各个工段中，不够则从造纸车间获取。
B 方案生产工艺设计步骤图解析
（1）浆料系统

回收OCC
水力碎浆机
高浓除渣器
贮浆塔
一级三段粗筛
中浓除渣器
分级筛
一级三段低浓除渣
多圆盘浓缩机
短纤贮浆池
一级三段低浓除渣
一级三段精筛
一级二段逆向除渣
多圆盘浓缩机
长纤贮浆池

（2）白水系统：
回收利用多圆盘浓缩机出来白水，添加到各个工段中，不够则从造纸车间获取。

4.4 A、B两方案对比讨论

A方案纸浆在经过中浓除渣后没有经过纤维分级筛选处理，用是常规筛选，B方案加了纤维分级筛选。常规筛选目标是尽可能不损失可用纤维前提下将废纸纸浆非杂质出去，也即两段良浆和粗渣或非杂质分流；分级筛选目标则是将一定质量纤维分流不一样技术处理，用来生产不一样品种纸和纸版。有效地分级筛选是为了能生产粗质量很好长纤维组分。
对于生产瓦楞原纸，在制浆步骤上选择纤维不分级方案，因为分级成本高，设备投资大，对于
相同品级瓦楞原纸加强多轮除砂已可达成A级瓦楞原纸生产，为节省成本故采取不分级方案B。

4.5 工艺参数汇总表

进浆浓度
良浆浓度
尾浆浓度
排渣率
备注
碎浆机
10%
4.5%

10%

沉砂井
8%

10%
5%

抓斗

6%

水力清渣机
5%

10%
60%

圆筒筛

5%
10%
30%

一段高浓除渣器
4%
3.8%

4%

沉渣槽
1.5%

8%
0.8%

二段低浓除渣
1.1%
1.0%

15%

一段粗筛
3.25%
3.2%

20%

二段粗筛
3.1%
3.05%

20%

一段中浓除渣器
3.0%
2.9%

4%

二段中浓除渣器
2.8%
2.7%

4%

三段中浓除渣器
2.6%
2.5%

4%

分级筛
2.3%
1.6%（长纤）

55%（短纤）

一段低浓除渣器
1.1%
1.35%

18%
短纤
二段低浓除渣器
0.9%
1.20%

18%
短纤
三段低浓除渣器
0.7%
0.95%

18%
短纤
多盘浓缩机
0.8%
11%

3%
短纤
一段低浓除渣器
1.4%
1.3%

16%
长纤
二段低浓除渣器
1.2%
1.1%

16%
长纤
三段低浓除渣器
1.0%
0.9%

16%
长纤
一段精筛
1.2%
1.1 %

20%
长纤
二段精筛
1.0 %
0.9%

20%
长纤
三段精筛
0.8%
0.7%

20%
长纤
一段逆向除渣器
0.9%
0.8%

20%
长纤
二段逆向除渣器
0.7
0.6%

20%
长纤
多圆盘浓缩机
0.7%
11%

2%
长纤

4-1工艺参数表
（长纤代表长纤维，短纤代表短纤维。采取是一吨风干浆进行计算）

5生产工艺步骤平衡计算
浆水平衡计算数据依据：以1吨风干浆（11%水分为基础。单位：纤维为kg,液体为L）
浆水平衡计算过程
Q3 Q1
多圆盘浓缩机
Q2

已知：Q110 00, C1=11%，C3=0.7%，多圆盘浓缩机损失率为2%
所以：
Q3 = Q1／1-2%=1020.41 V3== V1==9090.91 V2=V3V1=
Q2=Q3Q2=18.37
C2==0.0149% V6

Q4 Q5 Q 7 Q 11
一段逆向除渣
Q12
二段逆向除渣
Q8
Q9
Q10 V7’

已知：C7=0.7%； C4=0.8%； 排渣率为20%； C12=0.9%; C8=0.6%;
所以：Q5=Q12Х20%)=255.10 Q5=Q7
Q12=Q4+Q5 =12750.51 Q8=Q7-Q11
Q11= Q7Х20%=51.02
V4=Q4/C4=127551.25; V12=Q12/C12=141723.33;
V5=V12V4=1412.08 V7=Q7/C7=36442.86
C5=Q5/V5=1.8% V6=V7-V5=22270.78
Q8=204.08 V8=Q8/C8=34013.33
V11=V7-V8=2429.53
C11=Q11/V11=2.1%
Q9+Q10=Q12-Q8=1071.43
V9+V10+V7’=V12-V8=107710.00

Q23 Q8
V22
Q21 Q13 Q16 Q14 V20 Q17 Q15
一段精筛

二段精筛

三段精筛
Q9 V19 Q10

已知： 名称 进浆浓度 良浆浓度 排渣率
一段精筛 1.2% 1.1% 20%
二段精筛 1.0% 0.9% 20%
三段精筛 0.8% 0.7% 20%
所以：
Q16=Q10/1-20%=Q10/0.8
Q13=Q16-Q18 = Q 21Х0.2
Q21=Q13+ Q9；
Q16=Q14+Q10
Q17= Q15+ Q18
Q23= Q21
Q14 =Q17
得：Q21=(Q9+ Q10) /1-20%20%20%=1080.07 Q13=216.01
Q9=Q21-Q13=864.06；
Q10=207.37；
Q16=259.21
Q14=51.84
Q17=Q14=51.84
Q18=Q16-Q13=43.2；
Q15=Q17-Q18=8.63；
V9=Q9/C9=78550.91
V10=Q10/C10=23041.11；
V13=V21V9=11454.92；
V16=Q16/C16=25921；
V17=Q17/C17=6480；
V18=Q18/C18=6171.43
V21=Q21/C21=9005.83；
V14=V16V10=2879.89
V15=V17V18=308.53
V22=V21V23=6923.52
V19=V16V18- V13=8294.65
C13=Q13/V13=1.89%；
C14=Q14/V14=1.80%；
V7’=6117.98

短纤

Q35 Q27
V33 Q34 Q24 Q29 Q25 Q30 Q26
一段低浓除渣

二段低浓除渣

三段低浓除渣
V31 V32
Q23 Q28
已知： 名称 进浆浓度 良浆浓度 除渣率
一段低浓除渣 1.4% 1.3% 16%
二段低浓除渣 1.2% 1.1% 16%
三段低浓除渣 1.0% 0.9% 16%
所以：
Q34=Q23Q24；
Q26=0.16Q30；
Q29=Q27Q25；
Q24=0.16Q34；
Q25=Q30=0.16Q29；
Q30=Q28-Q26；
Q35=Q34-Q27；
Q27=Q29-Q25；

得： Q34=Q23/(1-0.16)=1285.80
Q24=Q340.16=205.73；
Q30=38.03；
Q26=0.16Q30=6.08
Q28=Q30Q26=31.95
Q29=Q24+Q28=237.68；
Q35=1086.15；
Q27=199.65
V24= V34V23=8810.55 C24= Q24/V24 = 2.3%
V25=V29V27=656.67 C25=Q5/V25=2.3%；
V26=V30V28=253
V27=Q27/C27=18150；
V29=Q29/C29=19806.67
C21=Q21/V21=1.8%；
V30=Q30/C30= 3803
V34=Q34/C34=91842.86
V28=Q28/C28=3550

Q37
短纤Q36
分级筛

长纤Q35

已知：C35=1.6%； C37=3.15%； 短纤百分比55%；Q35=1086.15
Q37=Q36Q35；
Q36=0.55Q37；
得： Q37=2413.67
Q36=1327.52；
V37=Q37/C37=104942.03
V36=V37V35=37057.65
C36=Q36/V36=3.58%；

短纤

Q36 Q43
V46 Q45 Q38 Q39 Q40 Q41 Q42
一段低浓除渣

二段低浓除渣

三段低浓除渣
V41 V48
Q49 Q44
已知： 名称 进浆浓度 良浆浓度 除渣率
一段低浓除渣 1.1% 1.0% 18%
二段低浓除渣 0.9% 0.8% 18%
三段低浓除渣 0.7% 0.6% 18%
所以：
Q36=Q45-Q43；
Q45=Q38Q49；
Q39= Q38Q44；
Q39=Q43Q40；
Q40=Q42Q44= Q41
Q38=0.18Q45；
Q40=0.18Q39；
Q42=0.18Q41；
Q41= 0.18Q39；

得： Q39=Q36/［(0.82+0.18ｘ0.18)/0.18-0.82］= 339.04
Q41= Q400= 0.18Q39= 61.03
Q45= Q36Q43 =1605.53
Q43=Q39Q40=278.01
Q38=0.18 Q45=288.99；
Q49= Q45Q38=1316.54
Q42=0.18 Q41 =10.98
Q44=Q39Q38=50.04
V38= V45V49=14304.27 C38= Q38/V238= 2.0%
V39=Q39/C39=37671.11；
V40=V39V43=2919.86
V41=Q41/C41=8718.57
V42=V42V44=378.57 C42=Q42/V42=2.9%；
V43=Q43/C43=34751.25
V44=Q44/C44=8340
V45=Q45/C45=145957.27
V47=V39V38 – V45=15026.84
V46=V45V36 – V43=74148.37
短纤
Q49
V53 Q52
多圆盘浓缩机
Q50 Q51

已知：C49=1.0%； C52=0.8%； C50=11%；
损失率为3%； Q49=1316.53 V49=131653
Q49=Q52=1316.53

Q52=Q50 Q51；
Q51=0.03Q52；
得： Q52=0.03Q52 +Q50
Q51=0.03Q52=39.495
Q50=1277.03；
V52=Q52/C52=164566.25
V53=V52V49=32913.25
V51=V52V50=15295.68
V50=Q50/C50=11609.45
C51=Q51/V51=0.024%；

Q67 Q60

V64 Q62 Q55 Q56 Q57 Q58 Q59
一段中浓除渣

二段中浓除渣

三段中浓除渣
Q54 V65 V66
V63 Q37 Q61
已知： 名称 进浆浓度 良浆浓度 除渣率
一段中浓除渣 3.0% 2.9% 4%
二段中浓除渣 2.8% 2.7% 4%
三段中浓除渣 2.6% 2.5% 4%
所以：Q55=0.04 Q62
Q57=0.04Q56
Q59=0.04Q58
Q60Q67= Q55Q54= Q62；
Q56=Q61Q55；
Q58=Q59 Q61= Q57
Q54=Q37；
Q60=Q56
得： Q62=Q37/(1-0.04)=2514.24
Q55=Q620.04=100.57；
Q58=4.18
Q59=0.04Q58=0.167
Q61=Q58Q59=4.01
Q56=Q55+Q61=104.58
Q60=Q56Q57=100.4
Q67=Q62Q60=2413.84
V54=Q54/C54=83230；
V55= V62V54=578 C55= Q55/V55 = 17.4%
V62=Q62/C62=83808
V56=Q56/C56=3735
V58=Q58/C58=106.77
V61=Q61/C61=160.4； ；
V65=V56V55 –V61=2996.6
V57=V56V60=16.48
V66=V58V57=144.29
V60=Q60/C60=3718.52
V59=V58V61=0.37 C59=Q59/V59=47.14%；
V67=Q67/C67=75432.5
V64=V62V67 V60=4656.98

Q71

Q73
Q68 Q69 Q70
一段粗筛

二段粗筛

V72
Q67

已知： 名称 进浆浓度 良浆浓度 排渣率
一段粗筛 3.25% 3.% 20%
二段粗筛 3.1% 3.05% 20%

所以：
Q73=Q68Q67；
Q70=0.2Q60；
Q68=0.2Q73；
Q68= Q69=Q71Q70；
得 ： Q73=Q67/0.8=3017.3；
Q69= Q68=0.2Q74=603.46
Q70=0.2Q69=120.69；
Q71=Q69Q70=482.77
V73=Q73/C3=92840.92
V69=Q69/C69=19466.54
V71=Q71/C71=15828.52
V68=V73V67=17408.42
V72=V69V68=3465.62
C7.=Q70/V70=3.6%；

高浓除渣： Q85

V82 V83
Q84 Q76 Q77 Q78 Q79 Q80
二段高浓除渣
沉降槽
一段高浓除渣

Q74
Q71
V81
Q73

已知：C73=3.3% C71=3.0% C75=3.8% C84=4.0% C77=1.0% C85=3.0% C79=1.1% C74=1.0%
一段高浓排渣率为4%
二段高浓排渣率为14%
沉降槽排渣率为0.8%
Q84=Q75+Q76；
Q76=Q77=Q85+Q78；
Q78=Q79=Q74+Q80；
Q76=0.04 Q84
Q80=0.14Q79
Q75+Q74+Q71=Q73；
Q74=0.86 Q78
得：Q75=2447.53
Q74= Q75（1-0.008）0.86/24=87.001
Q76=Q77= Q75/24=101.98
Q84=Q75+Q76=2549.51；
Q78=Q79= Q74/0.86=101.16
Q80=Q78-Q74=14.16
Q85=0.008Q77=0.816
V75=Q75/C75=64408.68
V74=Q74/C74=8700
V76=V75－V84=670.93
V77=Q77/C77=6798.67
V78=V79V85=6488.42
V79=Q79/C79=9196.36
V80=V79V74=496.36
V84=Q84/C84=63737.75
V85=Q85/C85=10.25
V83=V79V78=2407.94
C80=Q8