Bài tập lớn hệ thống tự động hóa nhà máy giấy

Bài tập lớn hệ thống tự động hóa nhà máy giấy

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG

1.1 Tầm quan trọng của ngành sản xuất giấy

Ngành giấy có vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, nó quyết định tới nềnvăn minh của đất nước nói riêng và của toàn nhân loại nói chung Giấy là công cụ lưutrữ thông tin để truyền bá từ thế hệ này sang thế hệ khác Giấy góp phần quan trọng vàothúc đẩy kinh tế – xã hội và khoa học – kỹ thuật phát triển Nhân loại muốn phát triểnthì các thành tự khoa học – kỹ thuật và thông tin văn hóa phải được phổ biến rộng rãitrên toàn thế gới, dẫn tới nhu cầu sử dụng giấy đang ngày càng tăng cao

Giấy được sử dụng trong hầu hết các linh vực : Công nghiệp, giáo dục, sách báo ,y

tế, Quốc phòng, trong sinh hoạt hàng ngày … Hàng năm, giấy mang lại nguồn lợi đáng

kể cho nền kinh tế quốc dân

1.2 Lịch sử phát triển của nhà máy giấy Bãi Bằng

Công ty giấy Bãi Bằng là công trình hữu nghị giữa hai nước Việt Nam – ThụyĐiển được xây dựng vào năm 1974 và được khánh thành 26 – 11 – 1982 Được xâydựng tại thị trấn Phong Châu, huyện Phù Ninh, tỉnh Phú Thọ Với vị trí gần đường bộ,đường thủy và đường sắt nên thuận lợi cho quá trình vận chuyển và tiêu thụ sản phẩm.Dây chuyền công nghệ được xây dựng trên một diện tích 20 ha, cung cấp giấyviết, giấy in… cho thị trường trong nước và xuất khẩu ra nước ngoài Sản lượng củacông ty liên tục tăng cao, sau đây là thống kê về sản lượng giấy sản xuất ra thực tế(1992 – 2001):

Hình 1.1 Sản lượng giấy sản xuất ra thực tế (1992 – 2001)

1.3 Các sản phẩm tiêu biểu của công ty giấy Bãi Bằng

Công ty giấy Bãi Bằng sản xuất rất nhiều các loại mặt hàng với các chủng loại vàkích cỡ khác nhau sau đây là một số sản phẩm tiêu biểu của công ty :

- Khổ giấy : 21,5 3 16,5 cm, loại 48 và 96 trang

- Bao gói : 10 – 12 quyển trong 1 hộp

 Giấy tessne : Khăn lau mặt, Khăn bỏ túi, Khăn ăn

Điểm mạnh Điểm yếu

 Vị trí địa lý của công ty rất thuận lợi

để phát triển vùng nguyên liệu bột

giấy; và khả năng tận dụng giấy loại

nhờ vào mạng lưới những người thu

mua

 Tốc độ tăng trưởng cao

 Nguồn nhân lực dồi dào giá rẻ cũng là

một lợi thế

 Công suất sản xuất giấy vả bột giấy củadoanh nghiệp còn nhỏ so với nhiềudoanh nghiệp khác trên thế giới do đómất đi lợi thế cạnh tranh theo quy mô

 Trình độ công nghệ chưa cao dẫn đến tình trạng sản xuất chưa hiệu quả và còn gây ô nhiễm môi trường

 Nhu cầu sử dụng giấy rất lớn khi nền

kinh tế vẫn tiếp tục phát triển và dân số

Việt Nam ngày càng tăng

 Năng lực sản xuất còn thấp, công nghệ

lạc hậu, sản xuất trong nước vẫn chưa

đáp ứng được tiêu dùng, đặc biệt là

nhóm sản phẩm tiêu thụ lớn nhất Hiện

nay, sản xuất nội địa mới chỉ đáp ứng

được dưới 60% nhu cầu các sản phẩm

tiêu thụ chính là giấy bao bì, giấy in,

giấy viết ở phân khúc chất lượng thấp

đến trung bình Các loại giấy chất lượng

cao vẫn phải nhập khẩu

 Doanh nghiệp phải đối mặt với sựcạnh tranh ngày càng khốc liệt củahàng nhập khẩu, đặc biệt là ở cácphân khúc giấy cao cấp

 Ngay cả trong nước, hiện nay rấtnhiều nhà máy giấy mọc lên vớinhững dây chuyền công nghệ hiện đại

vì vậy để cạnh tranh yêu cầu tất yếuđặt ra là doanh nghiệp phải cải tiếncông nghệ hơn nữa …

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG

2.1 Tổng quan về quy trình công nghệ

Hình 2.1 Tổng quan công nghệ sản xuất giấy

Bột giấy có thể được sản xuất từ gỗ, tre nứa, sợi, giấy tái sinh…có thể sản xuấtbằng phương pháp cơ học ,phương pháp hóa học và phương pháp bán hóa học

Bột giấy từ gỗ: gỗ được bóc vỏ, rửa, chặt thành từng mảnh trong máy băm, lọcqua máy sàng rồi phân loại mảnh dăm theo kích cỡ đồng đều Dăm gỗ sau đó có thểđược xử lý bằng cách mài, nghiền, nấu (phương pháp cơ học) hoặc bằng hóachất (phương pháp hóa học) tạo thành bột giấy thô (chưa tẩy) Sau đó bột này mới đượcđưa đi tẩy trắng với mức độ tùy theo yêu cầu, rồi pha loãng để đưa qua máy xeo cánthành giấy cuộn

2.2.1 Sử lý nguyên liệu

Nguyên liệu đầu vào chủ yếu là tre, nứa và gỗ Tre nứa được đưa từ bãi chứa vàobăng chuyền và được rửa sạch trước khi đưa vào máy chặt Tại đây tre nứa được bămthành các mảnh nhỏ có kích thước theo tiêu chuẩn:

- Chiều dài: 35 mm

- Chiều rông: 10 mm

- Chiều dày: 2,5 mm

Hình 2.2 Bãi nguyên liệu của tổng công ty Bãi Bằng

Các mảnh được đưa vào hệ thống rửa mảnh và qua băng tải đến sân chứa mảnh.Năng suất của máy chặt tre nứa là 20 tấn/h

Gỗ được đưa đến bộ phận bóc vỏ bằng băng tải xích Gỗ sau khi đã bóc vỏ đượcrửa sạch rồi đi vào máy chặt mảnh Mảnh gỗ sau khi chặt có kích thước theo tiêu chuẩnnhư của tre nứa

Mảnh gỗ được đưa qua sàng chọn và đưa ra sân chứa bằng băng tải Mảnh tre nứa

và gỗ được đưa vào nồi nấu bởi hệ thống thổi mảnh Tùy theo yêu cầu đơn đặt hàng củakhách mà có tỷ lệ tre nứa và gỗ khác nhau

2.2.2 Nấu bột

Bột được sản xuất theo phương pháp sunphat có thu hồi hóa chất Nguyên liệu được nấu trong nồi có hình trụ đứng Thời gian để hoàn thành một chu kỳ nấu là 240 phút kể cả thời gian nạp mảnh

Bột sau khi nấu xong được chuyển sang bể phóng Từ đây bột được chuyển quamáy đánh tơi và được đưa đến bộ phận rửa

2.2.3 Công đoạn sàng lọc

Sau khi được đánh tơi, bột được đưa tới 4 máy rửa lọc chân không Hệ thống rửa lọc chân không có cấu tạo lô hình trụ, được tạo chân không bởi sự chênh lệch áp suất Bên trong lô có hệ thống các đường ống dẫn nước Quy trình hoạt động của hệ thống rửa như sau: Lô rửa được quay tròn đều Trong quá trình quay, nước dùng để rửa bột sẽ theo các ống dẫn được đưa vào trong lô Do trên bề mặt của lô có các lỗ nên sẽ tạo ra sựchênh lệch áp suất ở bên trong lô và bên ngoài lô Do đó tạo ra chân không ở bên trong

lô Do sự chênh lệch về áp suất nên bột sẽ bám dần trên bề mặt của lô Sau đó, bột sẽ được dùng nước để rửa Sau khi rửa, bột sẽ rơi xuống hệ thống xoắn vít tải Từ đây, bột

sẽ tới các bể chứa và từ các bể chứa này, bột được đưa lên hệ thống rửa tiếp theo

Bột đen sau khi đã rửa sạch được đưa qua hệ thống sàng gồm 2 sàng áp lực, 1 sàngthu và 3 giai đoạn lọc cát Trong quá trình này, các mấu mắt tre nứa hoặc bột sống sẽ được loại khỏi bột chín, dẫn xuống sàng cô đặc và xuống vít tải thải ra ngoài Bột chín được đưa tới các bể chứa và chuẩn bị cho công đoạn tẩy trắng

Chất độn CaCO3 được sử dụng với mục đích:

- Nhằm cải thiện một số chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm và giảm chi phí sảnxuất Giấy được độn sẽ tăng tính quang học và vật lý của tờ giấy Nhờ cóđường kính nhỏ, các hạt độn sẽ lấp đầy các lồ đan xen giữa các xơ sợi làmcho tờ giấy chặt, mềm, mịn, trắng và có độ đục cao hơn Độn sử dụng trongsản xuất giấy sẽ thay thế một phần xơ sợi dẫn đến hạ giá thành của sản phẩm

do giá thành của nó rẻ hơn giá thành của xơ sợi

- Đặc biệt CaCO3 được dùng trong sản xuất các loại giấy sử dụng lâu dài vì cókhả năng trung hòa được các axit sản sinh trong qúa trình lão hoá huỷ hoại tờgiấy

2.2.4 Công đoạn tẩy trắng bột

Bột từ công đoạn sàng được đưa vào bể chứa Từ bể chứa, bột đen được đưa vào tẩy trắng Công đoạn tẩy trắng gồm 4 giai đoạn

Bột được clo hóa bởi Cl2 Sau đó, bột được kiềm hóa để loại bỏ hợp chất màu Clorarlignin ra khỏi bột Sau khi kiềm hóa, bột được tẩy tiếp bởi NaClO để đạt độ trắngtheo yêu cầu khoảng 74 - 78 %

Để bột có độ trắng đồng đều theo yêu cầu phải thực hiện quy trình tẩy trắng

nghiêm túc, duy trì thích hợp các yếu tố nồng độ bột, mức tỷ lệ hóa chất tẩy, nhiêt độ, thời gian và độ pH Bột sau khi tẩy trắng được đưa vào bể chứa để chuẩn bị cho quá trình nghiền

2.2.5 Công đoạn nghiền bột

Bột giấy được đưa qua hệ thống nghiền côn để tăng diện tích tiếp xúc, tăng khả năng liên kết giữa các thớ sợi với nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng hình thành

tờ giấy

Sau khi nghiền, bột được pha trộn với các phụ gia: Cao lanh, nhựa thông, phèn và một số hóa chất khác tùy theo yêu cầu của sản phẩm Bột đã pha trộn phụ gia trong bể chứa sau đó được đưa qua hệ thống phụ trợ rồi được đưa tới hòm phun bột, bắt đầu quátrình sản xuất giấy.

Hình 2.3 Quá trình sản xuất giấy trong phân xưởng xeo 2.3.1 Hòm phun bột

Hình 2.4 Hòm phun bột

Nhiệm vụ của hòm phun bột là phân phối một lưu lượng bột đồng đều trên lướivới tốc độ không đổi trên toàn bộ bề ngang của lưới và giữ cho dòng bột không bị xáotrộn để chống chảy xoáy làm phá vỡ sự vón cục của dòng bột đã hình thành Ở đây, bột

đã hình thành tờ giấy ướt có độ khô 18 - 20%

2.3.2 Bộ phận lưới

Đối với máy xeo 1 thì việc hình thành tờ giấy được thực hiện giữa hai bề mặt củalưới đôi Lưới trong rộng 4350 mm, dài 22000 mm Lưới ngoài rộng 4350 mm, dài

18000 mm Ưu điểm của lưới đôi là hạn chế được bề mặt tự do của dòng chảy trên lưới

và có khả năng điều khiển tốt hơn Trên bộ phận hình thành, nước thoát ra cả hai phíachiều dài tạo hình và giấy có bề mặt đồng nhất Lưới đôi sử dụng nguyên tắc tạo tờ giấygiữa một trục hút mở ( gọi là trục tạo hình) Một phần tờ giấy ướt được lưới trong vàlưới ngoài bao lại nên có độ căng lớn, thuận lợi về thời gian tách nước và độ thấm

Ở máy xeo 2 là máy xeo dài, bộ phận hình thành là lưới băng chạy trên các lô đỡ,tấm gạt nước, foil và tấm hình thành Trên lưới, bột được phân phối từ hòm phun bột

giữa chăn ép và trục ép phía dưới nhằm giảm áp suất thủy tĩnh trong tuyến ép Từ chăn

ép 2, tờ giấy được chuyển tới tổ ép nhẵn 3 qua một khoảng kéo hở Tổ ép này không cóchăn nên không có nhiệm vụ tách nước mà chỉ làm cho tờ giấy nhẵn và phẳng hơn

Hình 2.6 Bộ phận ép ướt 2.3.4 Bộ phận sấy

Hình 2.7 Cấu hình lô sấy

Khi tờ giấy rời bộ phận ép có độ khô khoảng 40 % và nhiệt độ từ 25 - 300C trong

bộ phận sấy lượng nước còn lại sẽ được tách ra bằng cách bốc hơi

Sấy là quá trình sử dụng nhiệt năng của hơi nước bão hòa trong lòng lô sấy để làmbay hơi một phần nước có trong tờ giấy Các biện pháp sấy được sử dụng là:

- Sấy trực tiếp: Tờ giấy tiếp xúc với lô sấy

- Sấy đối lưu: nhiệt năng được của không khí xung quanh lô sấy

- Sấy tự do: Sấy trong khoảng không có sức căng hoặcgiữa các lô sấy

Ở giai đoạn này tờ giấy được sấy khô tới 94% Sau đó, tờ giấy được đưa qua bộphận ép keo Chức năng của khâu ép keo là phủ lớp keo lên bề mặt giấy, tăng đô bóng,

độ dai, bịt các lỗ trên bề mặt tờ giấy

Giấy đã được sấy khô được làm nguội trên 2 lô làm lạnh Sau các lô ép tờ giấyđược căng ra trong suốt quá trình nó được gia nhiệt ở cả hai quá trình sấy trước và sấysau (ép keo) Điều đó thường gây ra sự cố của tờ giấy Để khắc phục những sự cố vànhững biến đổi của tờ giấy, các lô được bố trí thành các nhóm dẫn động khác nhau Tất

cả các lô trong cùng một nhóm có cùng một tốc độ Sự chênh lệch về tốc độ giữa cácnhóm dẫn động sẽ được hiệu chỉnh theo độ căng và sự cố của tờ giấy

2.3.5 Bộ phận ép quang

Bộ phận ép quang gồm hai lô quay tiếp xúc với nhau Máy ép quang sẽ đảm bảo

độ đồng đều, độ nhẵn bóng bề mặt làm tăng độ bền kéo, độ chịu bục và thấm khí của tờgiấy

Hình 2.8 Bộ phận ép quang

2.3.6 Bộ phận cắt cuộn lại

Tờ giấy hình thành sau ép quang thì được cuộn lại vào lô cuốn kim loại có đường kính 1800 mm Các cuộn giấy được chuyển sang bộ phận máy cuộn lại và cắt thành những cuộn giấy thành phẩm có khổ to, nhỏ tùy theo đơn đặt hàng và được cuộn vào theo các lõi bằng giấy

Hình 2.10 Bộ phận cắt cuộn lại

Từ các cuộn giấy lớn, giấy được chuyển sang phân xưởng hoàn thành để gia công thành các sản phẩm theo đặt hàng: Giấy khổ A3, giấy RAM A4, vở học sinh… Hiện tại,phân xưởng hoàn thành có 1 máy đóng giấy cuộn các cỡ, 2 máy A3, 2 máy xén và đónggiấy A4 cao cấp, được tự động hóa hoàn toàn và sản phẩm làm ra có chất lượng cao Máy đóng vở học sinh hiện tại không còn được sử dụng do vấn đề vệ sinh môi trường

và hiệu quả không cao

CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SẤY GIẤY

3.1 Tìm hiểu về lô sấy

Hình 3.1 a)Cấu tạo bên trong lô giấy b) Các quá trình trong lô sấy

Lô sấy là một ngăn có áp lực được cấp nhiệt bởi hơi nóng qua một van hơi Hơinóng sẽ ngưng thành nước trong lô sấy Nước ngưng làm giảm hiệu quả truyền nhiệtcủa lô sấy và nó còn làm tăng tải của hệ thống truyền động gây ảnh hướng tới chấtlượng điều khiển của hệ thống, do người ta bố trí các thanh gây sáo trộn bên trong đểphá vỡ nước ngưng, nước ngưng sẽ theo ống dẫn và thoát ra ngoài

Hình 3.2 Các thanh gây sáo trộn trong lô sấy

Các thanh trong lô sấy có tác dụng phá vỡ nước ngưng do hiện tượng công hưởng Chúng cũng ảnh hướng tới qua trình sấy,sau đây là sự so sánh giữa ảnh hưởng của các thanh trong lô sấy :

Hình 3.3 Ảnh hưởng của các thanh trong lô sấy tới quá trình sấy

Đường có chấm tròn thể hiện tốc độ của lô sấy khi có các thanh bên trong lô sấy

và đường có chấm hình tam giác biểu thị quá trình sấy không có các thanh bên trong lôsấy

Từ đồ thị hình 3.3 chúng ta thấy tốc độ sấy khi các lô sấy có các thanh bên trong

nhanh hơn so với trường hợp không có các thanh ở bên trong Các lô sấy có thanh bêntrong sẽ phá vỡ lớp nước ngưng do đó hiệu quả truyền nhiệt tốt hơn so với trường hợp

lô sấy không có thanh bên trong

Hình 3.4 Sấy giấy trên lô sấy

Khi giấy được gia nhiệt bởi các lô sấy, nước ở giữa và bên trong sơ sợi sẽ chuyểnthành hơi Trong khoảng trống kéo giấy giữa các lô sấy, hơi nước thoát ra khỏi tờ giấy.Nhiệt độ cao hay thông gió nhiều sẽ thúc đẩy quá trình bốc hơi nước.

Để nâng cao chất lượng, hiệu suất sấy thì hệ thống lô sấy được bố trí hệ thốngthông hơi Hệ thống này làm tăng khả năng bốc hơi của hơi nước, tối ưu hóa được nhiệtlượng cung cấp.,duy trig điều kiên tốt cho phòng máy xeo và giảm mù sương thoát rakhỏi nhà máy

3.2.1 Cấu trúc của hệ thống sấy

Bạt dẫn giấy

Hình 3.5 Mô hình hệ thống sấy hai bạt dẫn

 Mục tiêu của khâu sấy: Làm bay hơi hơi nước trong giấy, làm cho giấy có độcứng và độ ẩm theo yêu cầu công nghệ:

- Cấp nhiệt vào lô sấy

- Truyền nhiệt từ lô sấy sang giấy

- Thông gió để thoát hơi nước

Có hai hệ thống sấy cơ bản là hệ thống một bạt dẫn và hai bạt dẫn Hai hệ thốngnày đều có những ưu, nhược điểm

 Ưu điểm của phương pháp sấy hai bạt:

Giấy

- Giấy luôn được nằm giữa lô sấy và bạt dẫn nên hiệu quả truyền nhiệt từ lôsấy lên tờ giấy được nâng cao.

- Giấy được sấy đồng đều nhau do mọi vị trí trên tờ giấy đều được cung cấpnhiệt theo cách giống nhau

 Nhược điểm của hệ thống sấy hai bạt dẫn:

- Hệ truyền động phức tạp, cồng kềnh

- Điều khiển phức tạp

- Phối hợp tải trong hệ truyền động rất khó khăn

3.2.2 Các quá trình cân bằng

Hình 3.6 Quá trình truyền nhiệt từ hơi nóng của lô sấy vào tờ giấy

a Cân bằng khối lượng

(1)(2)

- qS : Lưu lượng hơi nước vào trong lô sấy (Kg/s)

- qC : Lưu lượng hơi nước ngưng tụ trong lô sấy (Kg/s)

- q out :Lưu lượng hơi ra (Kg/s)

- qW : Lưu lượng nước ngưng tụ được hút ra ngoài (Kg/s)

- VS, VW : lần lượt là thể tích hơi và nước ngưng tụ trong lô sấy (m3)

- ρS , ρw : lần lượt là khối lượng riêng của hơi nước và nước ngưng (Kg/m3)

b Cân bằng năng lượng

dt d

Qm : công suất nhiệt cấp từ hơi nước cho lớp vỏ kim loại của lô sấy (W)

QC : công suất cấp nhiệt từ vỏ lô tới tờ giấy (W)

m : Khối lượng lô sấy (Kg)

Cp,m : nhiệt dung riêng của kim loại làm vỏ lô sấy (J/kg.K)

Tm : nhiệt độ vỏ lô (K)

US, UW : nội năng của hơi nước và nước ngưng (J/kg)

3.2.3 Quá trình truyền nhiệt

a Công suất nhiệt đưa tới lớp vỏ kim loại của lô

Qm sc A cyl(T T )s m (7)

Trong đó :

- αsc : hệ số truyền nhiệt từ hơi nước tới tâm của lớp vỏ lô sấy (W/m2.K)

- Acyl : diện tích xung quang của lô sấy (m2)

- TS : nhiệt độ hơi nước (K)

- Tm : nhiệt độ vỏ kim loại lô sấy (K)

b Công suất nhiệt từ vỏ lô tới tờ giấy

Qp cp A cyl .(T m T )p (8)

Trong đó :

- Αcp : hệ số truyền nhiệt từ tâm lớp vỏ lô sấy tới tờ giấy (W/m2.K)

- Tp : nhiệt độ tờ giấy (K)

-  : hệ số che phủ của giấy lên thành lô sấy ( 0,50,7 )

3.2.4 Mô hình hóa quá trình