Расчет цеха по производству гидратцеллюлозной пленки (целлофан)

    Параметры ванны:

    – массовая концентрация щелочи  

    – температура     

    – расход ванны     

    В зависимости от относительных качеств среды и едкого натра сера растворяется по следующей реакции: 6NaOH+4S→2Na₂S+Na₂S₂O₃+3H₂O

                                                             6NaOH+6S→2Na₂S₂+Na₂S₂O₃+3H₂O

    Приготовление и укрепление десульфурационной  ванны осуществляется непосредственно  в 6 барке. К барке подведены трубопроводы для подачи раствора щелочи и умягченной воды. Подогрев десульфурационного раствора осуществляется острым паром до температуры с помощью змеевика. В процессе работы в десуьфурационной ванне накапливается большое количество тиосульфата и полисульфитов, поэтому десульфурационый раствор постоянно обновляется. Отработанный раствор сливается через переливной карман в щелочную канализацию.

    – Вторая промывка (7, 8, 9 барка, поз. 8)

    После десульфурации плёнка поступает в барки 7 и 8, для промывки от остатков серы и солей, находящихся на её поверхности. Промывка                     осуществляется горячей чистой умягчённой водой, которая поступает по              трубопроводу в барку 7, перетекает в барку 8 и через переливной карман часть воды поступает в приёмную барку, другая часть в канализацию. Затем          плёнка поступает в барку 9, в которую центробежным насосом подаётся          умягчённая оборотная вода, нагретая до температуры , и самотёком подаётся раствор гипохлорита натрия, для удаления остаточного ксантогената и придание большей прозрачности плёнки.

    – Отбелка пленки (9 барка, поз. 8).

    В 9 барке пленка обрабатывается раствором  гипохлорита натрия для удаления остаточного ксантогената и придания большей прозрачности пленке.

    Массовая  концентрация активного хлора  

    Циркуляция                                                                                                                                                   

    – Кисловка пленки (11 барка, поз. 9).

    В 10 барке пленка обрабатывается слабым раствором серной кислоты. Обработка  этим раствором производится с целью  полного удаления с поверхности  пленки щелочи, так как промывка водой не всегда бывает достаточной, чтобы полностью удалить щелочь, которая впоследствии ухудшает качество пленки. Расход ванны в барке .  

    Параметры ванны:

    – массовая концентрация серной кислоты   

    – температура ванны      

    Затем пленка поступает в 11,12,13 барки.

    – Третья промывка (12, 13 барки, поз. 10)

    Назначение  третьей промывки - полностью отмыть пленку от солей и кислот. Промывочная  вода с температурой подаётся противотоком по отношению движения плёнки в барку 13, перетекает в барку 12, оттуда через переливной карман по трубопроводу поступает в бак, расположенный в кислотной станции. Из этого бака вода с температурой , центробежным насосом подаётся в барки 9 и 11 и через переливной карман сбрасывается в кислую канализацию. Расход промывочной воды в барках 11, 12 и 13 составляет .

    – Пластификация (14, 15 барки, поз. 11)

    В 14 и 15 барках целлюлозная пленка обрабатывается смесью полиэтилегликоля, глицерина, силостола или антиблока (пластификационная ванна), что уменьшает хрупкость пленки, повышает устойчивость к изгибам, устраняет слипаемость при наматывании в рулон.

    Процесс пластификации заключается во взаимодействии молекул            пластификатора с активными группами молекул целлюлозы, что приводит к          увеличению расстояния между макромолекулами, к ослаблению взаимодействия между ними и, следовательно, к увеличению гибкости макромолекул. В результате разрушающее напряжение плёнки после пластификации уменьшается, а удлинение увеличивается. В качестве пластификатора применяется водный раствор глицерина. Температура пластификационой ванны поддерживается , подогрев осуществляется в кислотной станции. Затем пленка поступает в сушильную часть целлофанового агрегата. 
 

    – Сушка, упаковка (поз. 12)

    В сушильную часть агрегата плёнка поступает с массовой долей влаги  , которую необходимо удалить Плёнка высушивается, и массовая доля влаги достигает . Сушильная часть агрегата представляет собой проходной закрытый аппарат, имеющий 2 вытяжных зонта и 114 сушильных цилиндров, расположенных в 2 ряда в шахматном порядке.

    Затем плёнка заправляется через передаточную станцию (поз.15), предназначенную для выравнивания положения и движения плёнки, с целью облегчения наматывания её в рулоны и поступает на наматывающее устройство. Наматывающее устройство (поз.16) предназначено для наматывания целлюлозной пленки в рулон на картонную шпулю. Привод от электродвигателя, рулон наматывается весом 65-75 кг. Перед намоткой в рулон пленка подвергается кондиционированию в камере кондиционирования. [1,2,6]

    1.2 Описание технологической схемы получения гидратцеллюлозной пленки из растворов целлюлозы в N-метилморфолин-N-оксиде

 

    Ужесточившиеся  с начала 1970-х годов санитарно-гигиенические  требования к целлюлозным производствам  инициировали исследования по поиску экологически чистого растворителя целлюлозы. В результате было найдено  новое решение проблемы растворения и переработки целлюлозы. В качестве вполне реальной альтернативы вискозному производству был признан технологический процесс с растворением древесной целлюлозы в сильно полярном органическом растворителе донорного типа N-метилморфолин-N-оксиде (ММО). Промышленное внедрение ММО-процесса началось с 1990-х годов. Отличительной особенностью ММО-процесса является то, что в нем может использоваться целлюлоза различной природы. [13]

    Этот  растворитель обладает хорошей растворяющей способностью по отношению к целлюлозе, на его основе можно получить растворы с высоким содержанием целлюлозы – до 40% при достаточно высокой степени полимеризации целлюлозы. Работы в этом направлении ведутся в Великобритании, Франции и Германии. Новый способ в противоположность классическому вискозному способу с множеством стадий процесса и побочных процессов, применяемых для очистки воздуха и сточных вод, может ограничиваться 4 стадиями: 1) подготовка целлюлозы (дробление и получение пульпы или порошка в зависимости от технологии); 2) добавление к пульпе или порошку целлюлозы метилморфолиноксида (ММО); 3) смешение в экструдере с подогревом до 100^оС; 4) формование гидратцеллюлозной пленки  с последующей отделкой. [13]

    

    Рис. 2 Схема целлофановой машины при  производстве гидратцеллюлозной пленки из раствора целлюлозы в метилморфолиноксиде: 1 – фильтр; 2 – фильера; 3 – барка осадительной ванны; 4- барка довостановительной ванны; 5 – барка для первой промывки; 6 – барка для второй промывки; 7 – барка для отбелки пленки; 8 – барка для третьей промывки; 9 – сушка и намотка

    Растворенная  целлюлоза в ММО (90-92%) по трубопроводу поступает к шестеренчатому дозирующему насосу агрегата. Дозирующим насосом вискоза подается через свечевые фильтры в фильеру. В барке с осадительной ванной (ММО и вода концентрацией 13,3%) происходит ориентация и осаждение целлюлозы. Довосстановление пленки происходит слабым раствором ММО. В процессе формования на поверхности пленки отлагается большое количество ММО, поэтому для его удаления проводят первую промывку пленки от ММО горячей умягченной оборотной водой температурой 88-92^оС. Вторая промывка пленки чистой умягченной водой температурой 35^оС от остатков ММО. Для придания большей прозрачности пленке необходима отбелка пленки гипохлоритом натрия (концентрация 0,5-0,9 г/дм³). Назначение третьей промывки - полное удаление с пленки щелочей, солей и кислот, проводят промывочной водой температурой 35-55^оС. Затем пленка потупает на пластификацию глицерином для уменьшения хрупкости пленки, повышения устойчивости к изгибам, устранении слипаемости при наматывании в рулон. В сушильную часть агрегата плёнка поступает с массовой долей влаги  , которую необходимо удалить. Сушка гидратцеллюлозной пленки горячим воздухом температурой 60-80^оС. Затем плёнка заправляется через передаточную станцию, предназначенную для выравнивания положения и движения плёнки, с целью облегчения наматывания её в рулоны и поступает на наматывающее устройство. Наматывающее устройство предназначено для наматывания целлюлозной пленки в рулон на картонную шпулю. Привод от электродвигателя, рулон наматывается весом 65-75кг.

    На  основании проведенного анализа  производства гидратцеллюлозной пленки предлагается заменить существующий способ формования пленки из вискозы на формование гидратцеллюлозной пленки из раствора целлюлозы растворенной в ММО, ввиду нескольких причин:

    1) экологичность процесса;

    2) экономичность процесса;

    3) оптимальная скорость формования;

    4) получение целлофана с лучшими  показателями качества (высокая степень кристалличности, прочность, модуль упругости);

    5) сокращение габаритов машины. [13] 
 
 
 
 
 
 
 

    2. Выбор и краткая характеристика основного оборудования

 

    Для производства целлофана применяется  целлофановая машина, представляющая собой сложный агрегат, состоящей из формовочной и отделочной части, сушилки и приемного механизма, наматывающего готовую пленку в рулоны. [1]

    Формовочная и отделочная части машины представляют собой проходной агрегат, состоящий  из ряда барок, оборудованных системой направляющих роликов, по которым пленка проходит внутри барок, и передаточными отжимными валами (диаметром ), передающими пленку из одной барки в другую и отжимающими жидкость во избежание попадания ее в другие барки. [1]

    Особенности устройства и работы целлофановой машины. Основными рабочими узлами целлофановой машины является:

    а) Дозирующий насос.

    Предназначен  для подачи на фильеру постоянного  количества вискозы. Производительность , регулируется вариатором. Привод от двух электродвигателей (один – рабочий, второй – резервный). Количество оборотов в минуту и соответственно расход вискозы можно менять в зависимости от массы пленки. [6]

    б) Свечевой фильтр.

    Предназначен  для дополнительной фильтрации вискозы перед поступлением ее в фильеру. Свечевой фильтр состоит из цилиндрического корпуса и свечей из сетки. На свечу надевается фильтр–материал – хлорин. Поверхность фильтрации . [6]

    в) Фильера.

    Представляет  собой чугунный корпус, в нижней части которого расположены две тщательно отполированные пластины из материала, стойкого к действию кислот и щелочей, образующие щель, через которую продавливается вискоза в осадительную ванну. Пластины обычно изготавливают из никеля или хромоникелевого сплава с добавкой молибдена, кремния и меди. Зазор между пластинами легко регулировать с точностью до . Вращая маховичок верхнего винта, можно пластину приближать и удалять от пластины. Верхним винтом ширина щели регулируется с точностью до . Окончательная регулировка ширины щели с точностью до производится нижними винтами. Фильера устанавливается таким образом, чтобы нижний конец ее был погружен в осадительную ванну на глубину около . Для получения высококачественного целлофана поверхность пластин должна быть тщательно отполирована. Большое значение имеет форма краев пластин. Нижние края пластин обычно делаются не острыми, а закругленными. Ширина фильеры . Фильера имеет боковой подвод вискозы – это дает возможность поднять ее (поворотом) при необходимости из осадительной ванны. [1,6]

    г) Формовочная и отделочная части.

    Предназначены для формования, промывки и отделки  целлюлозной пленки.

    Представляет  собой проходной аппарат, состоящий  из 15 барок, снабженных системой верхних  и нижних валиков, по которым пленка проходит внутри барок, и передаточными отжимными валами (d=205мм). Верхние валики приводятся во вращение от электродвигателя, а нижние стеклянные – неподвижные. [1]

    д) Сушильная   часть.

    Сушильная часть – закрытая камера, на станине  которой установлены 113 сушильных  цилиндров, из них: 19 чугунных цилиндров, расположены в конце сушильной  зоны и приводятся во вращение электродвигателем, 94 сушильных цилиндра – ведомые, приводятся во вращение фрикционно с помощью бесконечного капронового каната. Сушильная часть имеет три сушильные зоны, примерный режим сушки в которых приведен в таблице 1. 
 
 
 

      Таблица 1. Режим сушки целлофана

Сушильная зона	Число цилиндров	Температура, оС
		Греющей воды	Подаваемого воздуха
1	50	75	50
2	35	50-55	40
3	15	35-40	30

 

      Сушильные цилиндры нагреваются паром, который  подается внутрь цилиндра.  Под цилиндр  горячий воздух подается вентилятором из отделения воздухоподготовки. Приведенный в таблице режим сушки обсепечивает получение высококачественного целлофана, т.к. при таком ступенчатом нагреве пленки исключается возможность местного пересушивания и появления трещин. По выходе из третьей сушильной зоны пленка поступает на цилиндры, не обогреваемые водой, на которых она охлаждается. В сушильную часть агрегата плёнка поступает с массовой долей влаги  , которую необходимо удалить. Сушильная часть условно разделена на две зоны. Первая зона имеет 75 сушильных цилиндра, пар в них подаётся с давлением не более , во вторую зону пар подаётся с давлением не более , в последние 20 ведущих цилиндров пар не подаётся. Из первой зоны увлажненный воздух в количестве выбрасывается через вытяжной воздуховод на крышу здания. Со второй зоны воздух, менее увлажнённый, в количестве возвращается по воздуховоду в кондиционер, где нагревается до заданных параметров, затем подаётся к целлофановому агрегату сушильной части машины под сушильные цилиндры в количестве . Температура сушильного воздуха задаётся в зависимости от скорости формования плёнки. Поддержание заданной температуры производится автоматически. Имеется один привод (поз. 5) на все 114 цилиндров, 20 цилиндров приводятся во вращение от электродвигателя (поз. 6) и вертикального редуктора, а остальные приводятся в движение с помощью бесконечного капронового каната. Путь плёнки в сушильной части машины составляет 85 метров, пройдя этот путь, плёнка высушивается, и массовая доля влаги достигает .