Până la 30-40% din consumul total de energie al unei fabrici de hârtie are loc înainte ca celuloza să ajungă vreodată la mașina de hârtie. Această absorbție masivă de energie are loc în principal în cadrul departamentului de pregătire a stocurilor. Operatorii fabricii se confruntă în mod constant cu tensiunea dintre maximizarea randamentului fibrelor, atingerea proprietăților țintă a hârtiei, cum ar fi rezistența și formarea, și controlul cheltuielilor operaționale, cum ar fi energie, apă și întreținere. Tratarea proiectării sistemului ca pe un simplu exercițiu de alegere a catalogului este o eroare periculoasă a industriei. Eficiența adevărată necesită o inginerie personalizată, foarte integrată.
Vom introduce un cadru cuprinzător pentru evaluarea și proiectarea unei arhitecturi moderne. Acest cadru acoperă întregul proces, de la alimentarea cu celuloză și manipularea materiilor prime până la sistemul de flux de abordare. Veți învăța cum să luați în considerare tehnologiile automatizate, sistemele de respingere și diminuarea riscurilor pentru a construi un sistem extrem de funcțional Sistem de pregătire a stocurilor .
Personalizarea este obligatorie: proiectarea eficientă a pregătirii stocului necesită alinierea selecției echipamentelor (pulpare, cernere, rafinare) în mod specific cu intrarea de materie primă (celuloză virgină vs fibre reciclate) și calitatea finală a hârtiei.
Dinamica de stocare și flux: dimensionarea corectă a sistemului, cum ar fi proiectarea pentru o stocare totală de stoc de o zi și o capacitate a mașinii de două ore, este esențială pentru a tampona variațiile procesului și pentru a asigura funcționarea continuă a mașinii de hârtie.
Automatizarea conduce la consecvența: trecerea la o linie automată de pregătire a stocului reduce intervenția manuală în manipularea balotului, elimină pericolele de siguranță și asigură un control precis, în timp real al consistenței.
Gestionarea circulară a resurselor: Un sistem cu adevărat eficient integrează buclele de tratare a nămolului, reziduurilor și apei albe direct în faza inițială de proiectare, mai degrabă decât să le trateze ca pe niște gânduri ulterioare.
Definirea criteriilor de succes pentru proiectarea pregătirii stocurilor
Alinierea intrărilor de materie primă cu țintele de grad final
Trebuie să stabiliți parametrii de bază la începutul fazei de inginerie. Prelucrarea celulozei virgine, fie că este lemn de esență tare sau moale, necesită o abordare foarte diferită față de manipularea hârtiei recuperate, cum ar fi OCC, deșeuri mixte sau celuloză decerneală. Fibrele virgine necesită de obicei rafinare de mare intensitate pentru a dezvolta rezistență prin fibrilație. Fibrele reciclate au nevoie de o dispersie ușoară și de curățare pentru a elimina contaminanții fără a degrada în continuare structura fibrei deja slăbită. Când mergi pe podeaua unei morii, diferența de amprentă a echipamentului dintre o linie kraft virgină și o linie de testliner 100% reciclată este imediat evidentă.
Morfologia fibrelor dictează etapele de prelucrare necesare. Lungimea fibrei, grosimea și capacitatea de umflare influențează direct selecția echipamentului. Fibrele scurte din lemn de esență tare necesită modele diferite de plăci de rafinare în comparație cu fibrele lungi de lemn de esență moale pentru a preveni tăierea excesivă. Trebuie să potriviți lățimea barei și adâncimea canelurii plăcilor de rafinare la dimensiunile specifice ale fibrei. Dacă treceți fibre scurte printr-o placă grosieră concepută pentru lemn de esență moale, veți tăia fibrele în loc să le fibrilati, distrugând rezistența la rupere a foii finale.
Luați în considerare cerințele specifice pentru diferite clase. Producția de țesut necesită o moliciune și un volum extrem, ceea ce înseamnă că rafinarea trebuie menținută la un minim absolut pentru a păstra integritatea fibrei. Dimpotrivă, hârtiile sticloase sau rezistente la grăsime necesită cantități masive de energie de rafinare pentru a prăbuși complet fibrele și a crea o foaie densă, neporoasă. Întreaga arhitectură a sistemului depinde de aceste materii prime inițiale și de definițiile finale ale clasei.
Compensații privind consumul de energie și calitatea fibrelor
Evaluarea consumului specific de energie (SEC) al rafinăriilor, pulperelor și sistemelor de sită nu este negociabilă. Inginerii fabricii trebuie să urmărească KPI-urile pentru eficiența energetică, măsurată de obicei în kWh/tonă de fibre procesate uscate. Împingerea prea tare a echipamentelor produce randamente în scădere. Suprarafinarea duce la tăierea severă a fibrelor, hidratare excesivă și generare mare de fine. Acest lucru degradează drenajul pe firul mașinii de hârtie și irosește cantități masive de energie electrică.
Rafinarea este cel mai mare consumator de energie din departament. Trebuie să calculați sarcina de margine specifică (SEL) pentru a determina intensitatea acțiunii de rafinare. Un SEL scăzut asigură o fibrilație blândă, ideală pentru dezvoltarea rezistenței la tracțiune fără a pierde rezistența la rupere. Un SEL ridicat taie fibrele, ceea ce ar putea fi necesar pentru îmbunătățirea formării, dar va afecta rezistența generală a foii. Echilibrarea puterii fără sarcină a rafinatorului cu puterea netă de rafinare este o provocare operațională zilnică.
Energia de prelucrare a pastei necesită, de asemenea, o monitorizare strictă. Funcționarea unui pulper mai mult decât este necesar nu îmbunătățește decojirea; descompune doar contaminanții în bucăți mai mici, care sunt mai greu de eliminat mai târziu. Ar trebui să optimizați timpul ciclului pulperului pe baza inspecțiilor vizuale ale stocului nămol și a testelor regulate de laborator pentru conținutul de fulgi.
Reguli de planificare a capacității și depozitare
Regulile standard de buffering asigură stabilitatea sistemului. Dimensionarea turnurilor de depozitare de înaltă densitate (HD) pentru a păstra stocul de minim o zi protejează mașina de hârtie împotriva întreruperilor fabricii de celuloză sau de decerneală. Dimensiunea pieptului mașinii urmează o logică inginerească diferită. Ar trebui să vizați 1,5 până la 2 ore de funcționare a mașinii. Această capacitate specifică atenuează consistența de înaltă frecvență și variațiile libertății înainte ca stocul să ajungă la headbox.
Designul de agitare a pieptului previne stratificarea stocului și zonele de stagnare. Agitatoarele dimensionate necorespunzător permit fibrelor grele să se aseze, provocând fluctuații masive de consistență care perturbă greutatea hârtiei. Trebuie să calculați forța exactă necesară de la elicea agitatorului pe baza diametrului pieptului, consistența stocului și tipul de fibre. Un material de lemn de esență tare cu consistență de 4% se comportă foarte diferit față de un material de lemn de esență moale cu consistență de 4% din cauza diferențelor de efort de curgere și rezistență a rețelei.
Calculați necesarul total de producție zilnică în tone uscate.
Determinați consistența de funcționare a fiecărui vas de depozitare.
Dimensiune turnurile HD pentru 24 de ore de reținere.
Dimensiune cuferele de amestecare și mașină pentru 1,5 până la 2 ore de timp de reținere.
Selectați agitatoarele pe baza fluxului de impuls calculat necesar pentru a menține mișcarea completă pe întregul volum al pieptului.
Etapele de bază ale unei linii de pregătire a stocului: de la alimentarea cu celuloză până la cutia de cap
Furajarea materiei prime și manipularea baloturilor
Etapa de recepție dictează stabilitatea inițială a sistemului. Recepția balotului, testarea umidității și configurația de depozitare trebuie să fie foarte organizate. Sistemele de transport greu care alimentează pulperul necesită o amprentă fizică specifică și o protecție strictă de siguranță. Trecerea de la tăierea manuală la sistemele automate de deconectare optimizează consistența inițială a alimentării cu celuloză și ține operatorii departe de pericol. Gestionarea traficului cu stivuitoare în jurul transportoarelor de alimentare este un aspect important de siguranță care trebuie inclus în planul de etaj.
Variația umidității în baloturile de intrare afectează direct consistența pulperului. Dacă presupuneți că un balot are 10% umiditate, dar este de fapt 20%, consistența pulperului va scădea, afectând eficiența procesului de năruire și a reacțiilor chimice din aval. Senzorii automati de umiditate de pe transportorul de alimentare oferă date în timp real pentru a regla debitul de apă de diluare în pulper.
Slushing, pulping și îndepărtarea grosieră a contaminanților
Design-urile rotorului, cum ar fi profilele elicoidale sau în formă de S, și geometriile cuvei determină eficiența nămolului și descuamării. Pulparea de înaltă consistență (HC) funcționează la o consistență de 12-18%. Utilizează mai puțină energie, îmbunătățește eficiența adiției chimice și previne degradarea contaminanților. Pulparea cu consistență scăzută (LC) funcționează la o consistență de 3-6% și este tipică pentru mobila mai curată.
Echipamentul auxiliar previne deteriorarea în aval. Raggers, junkers și tambure de ecrane îndepărtează resturile mari, cum ar fi firele, materialele plastice și metalele grele chiar de la pulper. Coarda ragger trebuie trasă la o viteză continuă, controlată, pentru a preveni ruperea sau devenirea prea grea pentru a fi extrasă. Capcana de gunoi are nevoie de purjare automată regulată pentru a preveni uzura materialelor grele a rotorului pulperului și a plăcii de extracție.
| Parametru |
Consistență înaltă (HC) Pulping |
Consistență scăzută (LC) Pulping |
| Consecvența operațională |
12% - 18% |
3% - 6% |
| Aplicație primară |
Hârtie reciclată, clase de rezistență la umezeală |
Pulpă virgină, ruptă curată |
| Manipularea contaminanților |
Păstrează dimensiunea contaminantului |
Tind să descompună contaminanții |
| Eficiență energetică |
Mai mare (mai puțină apă de încălzit/deplasat) |
Mai jos |
| Eficiență chimică |
Excelent (concentrație mare) |
Moderat |
Cerere, curățare și fracționare
Selectarea coșurilor cu ecran de presiune depinde în întregime de tipul de resturi. Trebuie să alegeți între fante și găuri, specificând în același timp lățimea și profilul exacte pentru a viza țesături, lipicioase sau materiale plastice. Agenții de curățare cu hidrociclon se ocupă de separarea pe bază de densitate. Agenții de curățare înainte elimină contaminanții de înaltă densitate, cum ar fi nisipul și sticla. Curățătoarele inverse și prin curățare vizează resturile cu densitate scăzută, cum ar fi ceara și polistirenul.
Tehnologia de fracționare separă fibrele lungi și scurte. Acest lucru vă permite să aplicați rafinarea direcționată numai fluxului de fibre lungi. Reduce semnificativ încărcăturile totale de energie și păstrează volumul fibrelor scurte. Ecranul de fracționare folosește o dimensiune specifică a orificiului sau a fantei pentru a permite fibrelor scurte să treacă prin coș (acceptă), reținând în același timp fibrele lungi (rejecturi). Apoi direcționați fluxul lung de fibre către rafinării.
Designul rotorului ecranului este la fel de critic ca și coșul. Rotorul creează pulsațiile necesare pentru a menține fantele ecranului libere. Dacă turația rotorului este prea mică, ecranul se va orbit și se va bloca. Dacă viteza este prea mare, risipiți energie și riscați să forțați contaminanții deformabili, cum ar fi lipicioase, prin fante.
Flotație, dispersie și decerneală (pentru linii reciclate)
Desprinderea eficientă a cernelii și îndepărtarea lipiciilor din celulele de flotație necesită condiții chimice, termice și mecanice precise. Unitățile de dispersie și frământare funcționează la temperaturi ridicate, adesea până la 120°C. Ele topesc și dispersează ceara, topurile la cald și lipiciurile rămase fără a compromite integritatea fibrelor. Șurubul de încălzire dinaintea dispersorului trebuie să ridice uniform temperatura stocului pentru a se asigura că toți contaminanții termoplastici ating punctul lor de înmuiere.
Flotația se bazează pe natura hidrofobă a particulelor de cerneală. Injectați aer în suspensia stoc, iar cerneala se atașează de bulele de aer, urcând la suprafață ca o spumă care este îndepărtată. Controlul dimensiunii bulelor și al consistenței stocului în celula de flotație dictează eficiența îndepărtării cernelii. Prea multă turbulență va desprinde cerneala din bule înainte ca acestea să ajungă la suprafață.
Rafinarea și amestecarea stocurilor: trecerea de la bateriile vechi la rafinatoarele de discuri
Sistemele istorice de loturi utilizau batatoare Hollander, care erau extrem de ineficiente. Configurațiile moderne se bazează pe rafinarea continuă. Rafinoarele conice, atât cu unghiul superficial, cât și cu unghiul abrupt, oferă trăsături specifice de dezvoltare a fibrei. Rafinatoarele cu dublu disc oferă, în general, o amprentă de întreținere mai mică, o durată de viață mai lungă a plăcii și capacități superioare de fibrilație în comparație cu tehnologiile mai vechi.
Cufărul de amestecare și lăzile de amestecare necesită protocoale de inginerie stricte. Dozarea aditivilor chimici pentru coloranți, agenți de dimensionare, rășini rezistente la umezeală și materiale de umplutură trebuie să asigure o distribuție uniformă pentru a preveni defectele hârtiei. Trebuie să injectați substanțe chimice în punctele cu turbulențe mari pentru a asigura o amestecare rapidă. Adăugarea unei substanțe chimice vâscoase într-o zonă cu mișcare lentă a pieptului va avea ca rezultat pipi de concentrație localizate și proprietăți neuniforme ale hârtiei.
Selectați plăcile de rafinare pe baza lungimii fibrei și a proprietăților de rezistență dorite.
Monitorizați creșterea temperaturii în rafinare pentru a măsura transferul de energie.
Implementați bucle de control al fluxului pentru a menține un debit constant pe plăcile de rafinare.
Proiectați plăci de injecție chimică pentru a pătrunde în centrul țevii de stoc pentru o amestecare optimă.
Sisteme de tratare a nămolului, a rejetului și a apei
Manipularea deșeurilor primare din fazele de sită și de curățare implică șuruburi de deshidratare și compactoare de refuz pentru a minimiza volumul depozitului de deșeuri. Integrarea unei unități de flotație cu aer dizolvat (DAF) și a clarificatoarelor tratează buclele de apă albă. Acest lucru asigură recuperarea maximă a fibrelor și a umpluturii. Sistemele de apă cu circuit închis trebuie să gestioneze cu atenție acumularea de materiale organice și anorganice dizolvate pentru a preveni coroziunea sistemului, detartrarea și problemele severe de mirosuri.
Nu puteți ignora sistemul de gestionare a respingerii. Un sistem de respingere prost proiectat va bloca întreaga linie de producție. Presele de deshidratare trebuie să atingă un conținut suficient de uscat, astfel încât deșeurile să poată fi incinerate sau transportate în mod rentabil. Filtratul de la aceste prese este puternic încărcat cu fine și cenușă, necesitând o clarificare dedicată înainte de a putea fi reutilizat în pulper.
Evaluarea modelelor lot vs. procesare continuă
Realități operaționale și bătători moșteniți în sistemele batch
Sistemele batch rămân viabile în cazuri de utilizare foarte specifice. Hârtiile de specialitate, hârtiile de securitate, fabricile de capacitate redusă și fabricile cu schimbări frecvente de calitate sau culoare se bazează în continuare pe ele. Cu toate acestea, limitările mecanice afectează mașinile de pulpare și bateriile vechi. Acestea necesită o supraveghere manuală ridicată, generează vârfuri ciclice de energie și suferă de variații inerente de consistență de la lot la lot. Operatorii trebuie să cântărească manual și să adauge substanțe chimice, crescând riscul erorii umane.
Profilul energetic al unui sistem batch este extrem de neregulat. Când pornește un pulper lot, acesta atrage un vârf masiv de curent. Acest lucru pune presiune pe rețeaua electrică a fabricii și poate duce la taxe la cererea de vârf din partea companiei de utilități. Gestionarea acestor sarcini electrice necesită o secvențiere complexă a pornirilor echipamentelor.
Scalabilitate și eficiență a sistemelor continue
Procesarea continuă oferă avantaje operaționale masive la starea de echilibru pentru tipurile de mărfuri de mare volum, cum ar fi ambalaje, carton, șervețele și hârtie de ziar. Aceste sisteme se bazează în mare măsură pe instrumente avansate.
| Caracteristică |
Procesare lot |
Procesare continuă |
| Volumul de producție |
Scăzut spre mediu |
Ridicat (clase de mărfuri) |
| Extragere de energie |
Vîrfuri și văi ciclice |
Sarcină constantă, optimizată |
| Schimbări de grad |
Rapid și izolat |
Necesită managementul tranziției |
| Dependența de instrumentare |
Moderat |
Extrem de ridicat (senzori în linie) |
Transmițătoarele de consistență în linie, debitmetrele electromagnetice și pompele cu viteză variabilă mențin echilibrul sistemului. Conductele continue reduc, de asemenea, drastic amprenta fizică și costurile de inginerie civilă în comparație cu instalațiile de nave cu loturi mari. Eliminați nevoia de rezervoare masive de reținere între fiecare etapă a procesului, bazându-vă, în schimb, pe fluxul continuu al pompelor pentru a deplasa stocul prin site și curățători.
Integrarea unei linii de pregătire automată a stocurilor
Sisteme automate de manipulare a materialelor, decablare și transportoare
Integrarea unui Linia automată de pregătire a stocurilor echipată cu deconectarea automată a balotilor și colectarea curelei metalice oferă beneficii imediate de siguranță și debit. Cablajul automat elimină riscul de rănire a operatorului. De asemenea, previne intrarea contaminanților metalici străini în sistem și distrugerea rotoarelor de pulper și plăcilor de rafinare din aval. Sistemele de control al vitezei transportoarelor sincronizează vitezele de alimentare a pastei direct cu măsurarea nivelului pulperului și a consistenței.
Aparatul automat de decablare folosește sisteme de viziune pentru a localiza firele, le taie și le bobine pentru reciclare. Acest lucru îndepărtează complet operatorul din zona periculoasă în care se mișcă balotii grei. Transportorul de alimentare folosește apoi celule de sarcină pentru a cântări cantitatea exactă de fibre care intră în pulper, permițând sistemului de control să măsoare în volumul precis de apă de diluție necesar pentru a atinge consistența țintă.
Controlul avansat al procesului (APC) și integrarea senzorilor
Liniile moderne necesită integrarea analizoarelor inline freeness (CSF/SR) și a senzorilor de consistență optică. Algoritmii de control în buclă închisă ajustează automat golurile plăcilor de rafinare folosind kilowați sau controlul specific al sarcinii pe margine. De asemenea, modulează în timp real supapele de apă de diluare. Acest lucru face tranziția morii de la testarea manuală întârziată de laborator la monitorizarea continuă DCS (Sistem de control distribuit).
Senzorii de consistență optică oferă feedback instantaneu, spre deosebire de senzorii de forță de forfecare mai vechi, care suferă de întârziere și uzură mecanică. Când DCS detectează o scădere a libertății, se îndepărtează automat de plăcile de rafinare pentru a preveni suprarafinarea. Acest nivel de control stabilizează capătul umed al mașinii de hârtie, reducând rupturile benzii și îmbunătățind eficiența generală a mașinii.
ROI și siguranța operațională a automatizării
Perioada de amortizare a automatizării este ușor de calculat. Fabricile văd randamente prin muncă manuală redusă, supradozarea chimică minimă, cererile de energie de vârf mai scăzute și rupturi reduse ale benzii la mașina de hârtie. Îndepărtarea operatorilor din zona de manipulare a balotului reduce drastic accidentele la locul de muncă și răspunderea asociată. De asemenea, prelungiți durata de viață a plăcilor de rafinare și a coșurilor de ecran, împiedicând intrarea metalului în sistem.
Calculați costurile curente cu forța de muncă asociate cu manipularea manuală a baloturilor și dozarea chimică.
Estimați costul anual al înlocuirii plăcilor de rafinare și a coșurilor de ecran din cauza deteriorării metalelor.
Cuantificați costul perioadei de nefuncționare a mașinii de hârtie cauzate de schimbările de consistență și întreruperea benzii.
Comparați aceste costuri curente cu cheltuielile de capital ale echipamentelor automate pentru a determina cronologia rentabilității investiției.
Sistemul de flux de abordare: pregătirea punților și mașina de hârtie
Dezaerare și screening final
Sistemul de curgere de apropiere este ultima garanție înaintea casetei. Sistemele de dezaerare îndepărtează aerul antrenat din stoc, ceea ce previne găurile și îmbunătățește drenajul pe sârmă. Ecranele finale ale mașinii funcționează la consistențe foarte scăzute. Acestea folosesc coșuri cu fante fine pentru a prinde orice aglomerări de ultim moment, solzi sau resturi, asigurând o suspensie perfect uniformă de fibre să ajungă la mașina de hârtie.
Pompa ventilatorului este inima sistemului de debit de apropiere. Se amestecă materialul gros din cutia mașinii cu apa albă din groapa de sârmă, diluând-o până la consistența finală a casetei de cap (de obicei, 0,5% până la 1,0%). Pompa ventilatorului trebuie să funcționeze cu o pulsație absolut minimă. Orice impulsuri de presiune generate de rotorul pompei se vor traduce direct în variații de greutate de bază în foaia finală. Trebuie să selectați o pompă cu palete eșalonate și să o operați utilizând o unitate de frecvență variabilă pentru a menține un control precis al debitului.
Proiectarea conductelor în fluxul de apropiere este critică. Trebuie să lustruiți interiorul țevilor din oțel inoxidabil pentru a preveni blocarea fibrelor și acumularea de slime. Traseul țevii trebuie să evite îndoirile ascuțite și dilatarile sau contracțiile bruște, care creează turbulențe și provoacă rotirea fibrelor în șiruri sau flocuri. Fiecare componentă a sistemului de curgere de apropiere trebuie să acorde prioritate stabilității hidrodinamice.
Concluzie
Auditați consumul actual de energie specific rafinatorului pentru a identifica oportunitățile imediate de economisire a energiei.
Actualizați manipularea manuală a baloturilor la sisteme automate de deconectare pentru a proteja echipamentele și pentru a îmbunătăți siguranța operatorului.
Instalați senzori de consistență și libertate în linie pentru a permite controlul în buclă închisă și pentru a reduce variațiile lotului.
Evaluați-vă agitația toracică și capacitățile de stocare pentru a vă asigura că aveți un tampon adecvat pentru stabilitatea mașinii.
FAQ
Î: Care este scopul principal al pregătirii stocului într-o fabrică de hârtie?
R: Transformă pasta brută sau hârtie recuperată într-o suspensie uniformă de fibre. Aceasta implică năruirea, curățarea, cernuirea și rafinarea fibrelor pentru a îndeplini cerințele specifice de rezistență și formare ale gradului final de hârtie.
Î: De ce este preferată pastarea de înaltă consistență pentru fibrele reciclate?
R: Pulparea de înaltă consistență se bazează mai degrabă pe frecare intensă de la fibre la fibre decât pe tăierea mecanică. Acest lucru păstrează lungimea fibrei, utilizează mai puțină energie și previne descompunerea contaminanților precum plasticul și lipiciurile în bucăți mai mici, mai greu de îndepărtat.
Î: Cum îmbunătățește rafinarea rezistența hârtiei?
A: Rafinarea trece fibrele între plăcile metalice canelate. Această acțiune mecanică fibrilează pereții fibrelor, creând micro-păruri minuscule care măresc suprafața. Suprafața crescută permite legături mai puternice de hidrogen între fibre în timpul formării foii.
Î: Care este funcția unui cufăr de mașini?
R: Cutia mașinii acționează ca rezervor final de amestecare și tamponare înainte de sistemul de curgere de apropiere. Atenuează variațiile de consistență de înaltă frecvență și de obicei păstrează suficient stoc pentru 1,5 până la 2 ore de funcționare a mașinii de hârtie.
Î: De ce este necesară dezaerarea în sistemul de flux de apropiere?
R: Aerul antrenat în stoc provoacă găuri în banda de hârtie, perturbă formarea uniformă a foii și împiedică sever scurgerea apei pe materialul de formare. Dezaerarea elimină acest aer folosind tehnologia de vid.
Î: Ce sunt lipicioasele și cum sunt îndepărtate?
R: Stickies-urile sunt contaminanți adezivi găsiți în hârtia reciclată, provenind din benzi, etichete și legături. Acestea sunt îndepărtate printr-o combinație de sitări de presiune cu fante fine, curățători înainte și invers și unități de dispersie la temperatură înaltă.
