Дипломная работа (ВКР) — бакалавр, специалист на тему Проект варочного цеха в составе целлюлозного завода производительностью 250 тыс. тонн в год сульфатной целлюлозы марки ОБ-1 в котлах периодического действия

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………6

1 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ 8

1.1 Маркетинговые исследования 8

1.2 Обзор научно-технической и6нформации 9

1.3 Выбор варианта технического решения 17

1.4 Инженерное обеспечение предприятия 20

1.5 Обеспечение предприятия сырьем и материалами 20

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ 21

2.1 Выбор и обоснование района строительства 21

2.2 Стандартизация 23

2.3 Описание технологической схемы и её обоснование 24

2.4 Расчет укрупненного материального баланса предприятия 30

2.5 Расчет материального баланса варочного цеха 31

3 СТРОИТЕЛЬНЫЕ РЕШЕНИЯ 44

4 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ 49

4.1 Расчет теплового баланса 49

4.2 Расчет общего расхода тепла и пара на производственные нужды 52

5 ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ 56

6 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА 57

6.1 Безопасность проекта 57

6.2 Экологическая безопасность 76

7 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРОЕКТА 78

7.1 Баланс рабочего времени оборудования 78

7.2 Планирование производства и реализации продукции 76

7.3 Планирование амортизационных отчислений 79

7.4 Расчёт численности рабочих 80

7.5 Расчёт прибыли 87

7.6 Основные технико-экономические показатели проекта. 88

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 91

Введение:

Целлюлозно-бумажная промышленность – одна из ведущих отраслей лесного комплекса. Основа любого производства в ЦБП – глубокая термическая и химическая переработка древесного сырья. Так получается бумажно-картонная продукция. В отрасли задействовано технологически наиболее сложное и дорогостоящее оборудование, которое производит продукцию с максимально добавленной стоимостью – по сравнению с простой деревообработкой и производством мебели. Одновременно сульфатную целлюлозу рассматривают как перспективное сырье для биокаталитической конверсии с последующим получением сахаров (глюкозы), которые предназначены для биохимического получения биоэтанола и органических кислот.

Индекс производства в ЦБП является наиболее высоким по сравнению с другими обрабатывающими отраслями. Отрасль ЦБП призвана стратегически значимой для развития экономики, науки, образования и культуры нашей страны. Кстати, используя возобновляемое древесное сырье, ЦБП полностью отвечает приоритетному направлению современной мировой экономике – принципам устойчивого развития. Россия обладает значительными запасами до сих пор не используемых лесных ресурсов, что является мощной предпосылкой для развития отрасли – как для обеспечения внутреннего спроса, так и для наращивания объемов экспорта.

Целлюлозно-бумажные предприятия выпускают продукцию широкого назначения. Прежде всего, это различные технические и декоративные виды бумаги и картона, канцелярские товары, изделия санитарно-гигиенического и хозяйственно- бытового назначения. Целлюлоза различных видов используется в химической, легкой, пищевой, текстильной, парфюмерной, электротехнической и радиоэлектронной промышленности, медицине, автомобиле- и авиастроении, военно-промышленном комплексе, строительстве, сельском хозяйстве и т.д. Одна из основных областей применения растворимой целлюлозы – получение вискозы, которая затем используется в текстильной промышленности. Инновационные направления использования целлюлозы – производства углеродного волокна, слоистого биоразлагаемого пластика, наноцеллюлозы.

Целью выпускной квалификационной работы является проект варочного цеха в составе целлюлозного завода производительностью 250 тыс. тонн в год сульфатной целлюлозы марки ОБ-1 в котлах периодического действия.

Для достижения цели необходимо решить ряд задач:

– изучить теоретические сведения по исследуемой теме;

– разработать технологический процесс с учетом особенности продукции;

– подобрать необходимое оборудование;

– провести необходимые расчеты с учетом годовой программы и производительности;

– рассмотреть безопасные условия работы линии производства;

– вычислить эффективность производства.

Широко применяются и так называемые побочные продукты целлюлозно-бумажного производства – лигносульфаты, скипидар, фурфурол, этиловый спирт, таловое масло и другие – особенно незаменимы они в нефтяной, газовой, химической промышленности. Вторичное макулатурное сырье, утратив свои основные свойства, используется для экологичной теплоизоляции помещения, а также в качестве наполнителя при укладке асфальтового и бетонного дорожного полотна [5].

Заключение:

Сульфатная целлюлоза является универсальным полуфабрикатом и используется в производстве различных видов бумаги и картона, а также для химической переработки с целью получения искусственных волокон (вискозных, ацетатных, кордовых), лаков, красок, пленок и другой продукции.

Для российской целлюлозно-бумажной промышленности основным видом древесного сырья являются две породы – береза и осина. При этом важным вопросом технологии сульфатной варки лиственной древесины является совместная варка древесины березы и осины.

В данном курсовом проекте спроектирован варочный цех на выпуск сульфатной целлюлозы мощностью 250 тыс.т/год.

В ходе выполнения работы были произведены расчета материального и теплового балансов, а также расчеты основного технологического оборудования.

Мощным средством интенсификации работы периодических варочных котлов в современных условиях является применение теплоэкономических методов варки, связанных с подогревом заливаемых на варку щелоков за счет тепла конечного щелока. При этом не только существенно сокращается расход пара на варку, но и достигается значительное ускорение заварки и сокращение общего оборота котла.

Сульфатная целлюлоза является универсальным полуфабрикатом и используется в производстве различных видов бумаги и картона, а также для химической переработки с целью получения искусственных волокон (вискозных, ацетатных, кордовых), лаков, красок, пленок и другой продукции.

Для российской целлюлозно-бумажной промышленности основным видом древесного сырья являются две породы – береза и осина. При этом важным вопросом технологии сульфатной варки лиственной древесины является совместная варка древесины березы и осины.

Разработанный проект организации труда и производства на участке предприятия имеет следующие показатели:

— рентабельность – 48,38 %

— срок окупаемости – 6,33 лет

— прибыль – 6087514,32 рублей

— себестоимость – 226,84 рублей

— отпускная цена единицы продукции – 333,56 рублей

Данные выпускной квалификационной работы имеют практическое применение, годовая программа производства беленой целлюлозы ОБ-1 рассчитана с учетом потребностей рынка.

Организация производства тесно связана с организацией труда на производственном предприятии. С одной стороны, разделение и кооперация труда является предпосылкой рациональной организации производства, с другой — совершенствование организации производства способствует систематическому повышению производительности труда, улучшению условий труда, росту культурного уровня работников предприятий.

Мощным средством интенсификации работы периодических варочных котлов в современных условиях является применение тепло-экономических методов варки, связанных с подогревом заливаемых на варку щелоков за счет тепла конечного щелока. При этом не только существенно сокращается расход пара на варку, но и достигается значительное ускорение заварки и сокращение общего оборота котла.

Фрагмент текста работы:

1 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

1.1 Маркетинговые исследования

Целлюлозно-бумажная промышленность считается сложной отраслью лесного комплекса, так как она связанна с механической обработкой и химической переработкой древесины. ЦБП является значимой во все времена. Данная отрасль имеет огромную историю. Уже на протяжении века в России изготавливается целлюлозная продукция.

Одной из важнейших задач является разработка маркетинговых ходов в области реализации продукции.

Целлюлозно-бумажная промышленность характеризуется высокой концентрацией производства. Большинство объектов расположено на северо-западе России (Архангельская и Ленинградские области, Республики Карелия, Коми) и в Иркутской области. Среди крупнейших игроков – Группа «Илим», Архангельский целлюлозно-бумажный комбинат, Группа компаний «Сегежа», «Монди Сыктывкарский ЛПК». Самая высокая концентрация наблюдается в производстве целлюлозы, а также крафт-бумаги, подпергамента. Еще немного предприятий занимаются производством крафтлайнер и больше всего – тестлайнер. Производство готовой целлюлозы и бумаги менее концентрировано и в основном представлено малыми и средними предприятиями.

Товаром на рассматриваемом товарном рынке является целлюлоза (товарная), применяемая для изготовления различных сортов бумаги и картона, в частности, упаковочной бумаги разной степени прочности, бумаги для печати, черчения, рисования, газетной, цветной, писчей, обложечной бумаги, бумаги для обоев, санитарно-гигиенического назначения, фотографической бумаги, кабельной бумаги, электроизоляционного картона и т.д.

Рассматриваемый товар принадлежит к группе Общероссийского классификатора продукции (ОК 005-93) 541000 – «Целлюлоза, включая полуцеллюлозу и массу химическую древесную». На рисунке 1.1 представлена информация по экспорту целлюлозы из России.

Рисунок 1.1 – Производство целлюлозы в РФ

Проведя анализ объема выпуска продукции ЦБП в России за 10 лет, можно отметить, что объем производства целлюлозы в стране вырос примерно на 16,7 %. Наибольший прирост отмечен в 2020 году – 6,2 % относительно предыдущего года. Все остальные категории продукции ЦБП показывали положительную динамику, кроме газетной бумаги. Производство газетной бумаги с каждым годом сокращается, по сравнению с 2010 годом производство снизилось почти на 33 %. Это связано с падением спроса на газеты. В некоторых категориях 2020 года темпы роста замедлились по сравнению с 2019. Пандемия и кризис сильно повлияли на все отрасли промышленности, в том числе и на целлюлозно-бумажную.

Несмотря на то, что кризис повлиял на падение объемов выпуска газетной, офсетной бумаги, бланков из бумаги или картона, бумажных обоев и полотенец СГИ, ЦБП сумела выйти из этого кризиса лучше остальных отраслей промышленности, благодаря другим видам продукции. Несмотря на это, экспорт целлюлозы из России только увеличился. Российский рынок товарной целлюлозы ориентирован на экспорт: на внутренний рынок поступает меньшее количество продукции, чем уходит за рубеж.

Крупнейшим российским производителем и экспортером целлюлозы является Группа «Илим». Около 13 % всей целлюлозы, предназначенной для реализации, поставляет на российский рынок именно данная компания. А остальная часть, то есть 87 % продукции, идёт на экспорт [5].

1.2 Обзор научно-технической информации

Целлюлозу получают из древесной волокнистой массы. Целлюлозные волокна в древесине связаны между собой жестким трехмерным полимером – лигнином, занимающим до 30 % древесной массы. Поэтому для получения целлюлозы древесину специально обрабатывают, чтобы размягчить лигнин и снизить его содержание. Процесс получения технической целлюлозы заключается в удалении примесей, основная из которых – лигнин. Поэтому, процесс получения целлюлозы называют так же делигнификацией.

В основу классификации способов делигнификации (варки) положены свойства и вид применяемых химикатов. Исходя из этого, все известные методы делят на группы: кислотные, щелочные, окислительные, органосольвентные, ступенчатые и комбинированные.

Основным методом получения целлюлозы является суль¬фатный. Применяют также бисульфитный, ней¬трально-сульфитный, различные комбинированные и ступенча¬тые методы варки. Перспективными являются окислительные методы — кислородно-содовый, кислородно-щелочной и др., которые не связаны с использованием серосодержащих реаген¬тов и поэтому оказывают меньшее влияние на окружающую среду [5].

В настоящее время сульфатный способ производства целлюлозы с эффективной и хорошо апробированной системой регенерации химикатов является доминирующим химическим процессом, наиболее эффективным и экономичным способом получения технических целлюлоз с высокими прочностными характеристиками, позволяющим перерабатывать древесину практически всех пород.

Объем производства бисульфитной целлюлозы меньше, чем объем производства сульфатной целлюлозы.

Первым этапом на пути совершенствования периодической варки стал переход к технологии “холодной выгрузки массы”, при котором массы выгружается из котла после вытеснения крепкого горячего черного щелока фильтратом или слабым черным щелоком в бак-аккумулятор, который вторично используется на варку и на нагрев белого щелока и теплой воды.

Данная технология обладает следующими преимуществами:

– сокращение тепла на варку на 30…40 %;

– на порядок снижается количество выбросов в атмосферу дурнопахнущих серосодержащих соединений;

– повышение эффективности пропитки за счет более высокой начальной температуры процесса;

– более высокое и равномерное качество получаемой целлюлозы;

– снижение количества отходов сортирования;

– улучшение степени промывки целлюлозы за счет дополнительной диффузионной промывки в котле.

Дальнейшее совершенствование технологии периодической варки привело к появлению четырех модифицированных способов, применяемых в настоящее время: RDH (Rader displacement heating), EnerBatch, SuperBatch и DuaLC.

1.2.1 Периодическая сульфатная варка по методу EnerBatch

Процесс EnerBatch – энергоэкономичная система варки с пропиткой белым щелоком. Эта технология по сравнению с обычной варкой благодаря пропитке щепы белым щелоком под давлением приблизительно 0,8 МПа и температуре 90 °С, приводит к уменьшению количества отходов, повышению выхода и равномерности провара целлюлозы. Кроме обычно применяемого для периодической сульфатной варки оборудования, варочный отдел оборудован аккумуляторами, работающими под давлением для горячего пропиточного щелока, горячего черного щелока, и баками для белого щелока и промывного фильтрата, работающими под атмосферным давлением. После завершения загрузки котла щепой процесс начинается с «холодной» пропитки. Концентрация активной щелочи, необходимая для варки, первоначально создается введением рассчитанного объема свежего белого щелока с концентрацией активной щелочи 95…105 г/л в ед. Na2O. Оставшийся объем варочного котла заполняется пропиточным щелоком с концентрацией активной щелочи 10 – 40 г/л в зависимости от требуемого числа Каппа целлюлозы после варки. Температура в котле после заполнения его пропиточным щелоком возрастает с 70 до 90 °С. В конце пропитки концентрация щелочи снаружи и внутри щепы выравнивается. Пропитка под давлением 0,8 МПа обеспечивает равномерное распределение активной щелочи по толщине щепы и является важным шагом на пути повышения равномерности провара. В конце пропитки пропиточный щелок частично вытесняется из котла путем подачи в котел определенного количества горячего черного щелока с температурой 170 °С. При этом температура в котле быстро возрастает до 150…155 °С, далее температуру в котле поднимают до конечной с помощью пара, подаваемого в теплообменник или прямо в котёл. Давление в котле поддерживается на определенном уровне с помощью клапана, соединяющего 14 котел с баком-аккумулятором черного щелока. Во время варки надлежащее количество активной щелочи, необходимое для достижения низких значений числа Каппа после варки, достигается за счёт подачи горячего пропиточного щелока. Такая дробная подача активной щелочи на варку обеспечивает равномерную концентрацию щелочи по ходу варки, что приводит к более селективной делигнификации и обеспечивает увеличение выхода целлюлозы и повышению её прочностных показателей. После достижения заданного Н-фактора варка завершается вытеснением черного щелока фильтратом с промывной установки. Вытеснение идёт сверху вниз. Вытесняемый через циркуляционное сито щелок направляется в бакаккумулятор горячего черного щелока. Способ вытеснения сверху вниз предотвращает образование каналов, обусловленных различной плотностью щелоков, и не требует большого количества фильтрата на вытеснение. Вытеснение горячего крепкого щелока промывным фильтратом с температурой 85 °С представляет собой первую ступень промывки. Содержимое котла охлаждается до температуры 95 – 110 °С. Выгрузка целлюлозы из котла производится массным насосом при концентрации массы 5…6 %, т.е. по способу вымывки. Технология периодической варки EnerBatch обеспечивает:

– снижение расхода пара;

– оптимальную систему вытеснения;

– более высокую концентрацию сухих веществ в щелоке, поступающем на выпарку;

– снижение количества отходов сортирования;

– сокращение продолжительности варки и повышение производительности котла;

– сокращение ступеней промывки целлюлозы;

– сокращение выбросов метилсернистых соединений в окружающую среду на 90 %.

Существенным недостатком данной технологии является большой расход активной щелочи, так как пропитка осуществляется белым щелоком. Этим и обусловлена непопулярность данного метода [5].