废纸制浆碎浆浓度时间与杂质分离率设计计算书

废纸制浆碎浆浓度、碎浆时间与杂质分离率设计计算书——年产15万吨脱墨废纸浆（DIP）生产线碎浆工段工艺设计文件编号SJ-ZJ-2026-015设计阶段初步设计（基础工程设计）文件类型工艺设计计算书编制________________审核________________批准________________二〇二六年十月

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1设计依据与标准引用 设计依据与标准引用本计算书依据现行国家及行业标准、规范，并结合同类废纸制浆工程设计经验编制，用于指导年产15万吨脱墨废纸浆（DIP）生产线碎浆工段的工艺参数设计与设备选型。主要引用标准见表1-1。序号标准编号标准名称发布/实施年份1GB51092-2015制浆造纸厂设计规范20152HJ2302-2018制浆造纸工业污染防治可行技术指南20183GB/T13910-2005废纸分类20054QB/T1448-2011水力碎浆机20115GB5083-1999生产设备安全卫生设计总则19996HJ2011-2012制浆造纸废水治理工程技术规范20127GB50058-2014爆炸危险环境电力装置设计规范2014表1-1设计引用标准一览表2设计基础数据与工艺条件2.1设计规模与年运行时间本项目设计规模为年产15万吨脱墨废纸浆（DIP），以绝干浆计。年工作日按330d计，每日连续运行24h，设备综合利用率η按0.92取值。2.2原料特性碎浆工段原料为旧报纸与旧杂志纸（ONP/OMG），其主要特性参数依据GB/T13910-2005及GB51092-2015相关条款确定，见表2-1。项目符号单位数值备注年绝干浆产量Pt/a150000DIP商品浆年运行时间Th/a7920330d×24h设备利用率η—0.92综合检修系数废纸含水率w₀%12≤15%（GB51092）废纸含杂率α%1.5≤1.5%（GB51092）其中：重杂质α_h%0.5砂、石、金属其中：轻杂质α_l%1.0塑料、绳索、破布ONP:OMG配比——70:30脱墨浆典型配比表2-1设计基础数据表2.3工艺流程概述废纸经链式输送机送入转鼓式高浓碎浆机，在高浓区（浓度14%～18%）靠自重跌落与摩擦作用实现纤维疏解，重杂质及大件轻杂质在高浓区内保持完整形态不被破碎；物料随转鼓缓慢移动至筛分区，在此加入稀释白水将浆料浓度降至3%～4%，合格纤维通过筛孔进入粗筛系统，重杂质与大件轻杂质继续前进至转鼓末端由排渣口排出。3碎浆浓度设计计算3.1碎浆浓度分级与选型依据依据HJ2302-2018《制浆造纸工业污染防治可行技术指南》，废纸碎浆按浓度分为三级：低浓碎浆（浓度3%～5%）、中浓碎浆（浓度8%～12%）与高浓碎浆（浓度12%～18%）。GB51092-2015第3.2节规定：脱墨浆宜采用中浓及高浓碎解。本项目生产脱墨浆（DIP），故选用高浓碎浆工艺。3.2高浓区碎浆浓度确定高浓碎浆浓度直接影响纤维疏解效果、杂质破碎程度及比能耗。碎浆浓度定义为绝干纤维质量占浆料总质量的百分比：C式中：C_hc为高浓区碎浆浓度（%）；m_dry为绝干纤维质量（kg）；m_water为加入稀释水质量（kg）。结合转鼓碎浆机工程实践并参考HJ2302-2018推荐范围，取高浓区工作浓度：C该浓度位于14%～18%推荐区间中位，既能保证纤维间充分摩擦疏解，又可避免杂质被过度剪切破碎而增加后续净化负荷。3.3筛分区稀释后浓度物料进入筛分区后，经稀释白水调节，浆料浓度降至适合压力粗筛的范围。依据GB51092-2015及同类工程经验，筛分区出口浓度取：C该浓度既可保证浆料通过筛孔的流动性，又能维持筛鼓两侧足够压差，使合格纤维顺利通过、杂质被截留。4碎浆时间设计计算4.1小时绝干浆处理量根据设计规模，碎浆工段小时绝干浆处理量按下式计算：Q=代入数据：Q=4.2高浓区碎解时间高浓区碎解时间应保证废纸充分疏解而纤维不被过度切断。对于ONP/OMG混合脱墨浆，依据转鼓碎浆机运行经验，高浓区停留时间取12min。该时间足以使纸页完全分散为单根纤维，同时保持塑料片、热熔物等杂质完整。t4.3筛分区停留时间筛分区停留时间应保证稀释均匀、浆料充分通过筛孔，同时使重杂质沉降至排渣区。取筛分区停留时间6min：t4.4总停留时间校核t总停留时间18min，处于转鼓碎浆机典型停留时间范围（15～25min）之内，满足纤维疏解与杂质分离双重要求。5碎浆机有效容积与规格计算5.1高浓区物料有效容积高浓区内浆料悬浮液的有效体积由绝干浆量、碎浆浓度与浆料密度决定。取浆料密度ρ_s约1000kg/m³，容积利用系数K=0.75：V代入数据：V5.2筛分区物料有效容积VV5.3转鼓几何容积与尺寸确定转鼓碎浆机内物料装填率f一般为20%～25%（高浓区偏低、筛分区偏高）。取高浓区装填率f_hc=0.16，筛分区装填率f_sc=0.27，则转鼓所需几何容积为：VV取转鼓内径D=5.0m，高浓区段长度L₁=12m，筛分区段长度L₂=15m，总长度L=27m。实际几何容积：VV实际几何容积530.1m³大于所需519.5m³，满足要求。转鼓主要设计参数汇总见表5-1。项目符号单位数值备注转鼓内径Dm5.0含衬胶层高浓区段长度L₁m12占总长44.4%筛分区段长度L₂m15占总长55.6%总长度Lm27长径比5.4设计几何容积V_gm³530.1πD²L/4转速nr/min12～14可调变频安装倾角i°2～3顺流输送表5-1转鼓碎浆机主要设计参数5.4台数与备用本项目配置1台Φ5.0m×27m转鼓碎浆机，连续运行。考虑检修与原料波动，另预留1台同等规格设备的安装基础与公用工程接口，备用率100%。依据GB51092-2015第3.2节，脱墨浆采用高浓连续碎解，与本方案一致。6稀释水量计算筛分区需加入稀释白水，将浆料从高浓区浓度C_hc稀释至筛分区出口浓度C_sc。稀释水量按质量守恒计算：W代入数据（Q=20600kg/h，C_hc=0.15，C_sc=0.035）：W稀释白水由纸机白水系统及多盘过滤机滤液供给，供水压力0.2～0.3MPa，水温40～50℃，满足碎浆升温与脱墨反应温度要求。7杂质分离率计算7.1杂质进入量按废纸含杂率α=1.5%，其中重杂质α_h=0.5%、轻杂质α_l=1.0%计，则每小时进入碎浆机的杂质总量为：mm7.2重杂质分离率高浓碎浆条件下，砂石、金属件等重杂质在转鼓内不被破碎，经沉降后由转鼓末端重渣口连续排出。重杂质分离率按下式定义：η依据转鼓碎浆机工程实测数据，重杂质分离率η_h取95%。则：m7.3轻杂质分离率塑料片、绳索、破布条等轻杂质在高浓碎浆中保持完整片状，不被打碎，随转鼓前进至末端由轻渣口排出。轻杂质分离率η_l取85%：m7.4总杂质去除率ηη杂质分离计算结果汇总见表7-1。杂质类别进入量(kg/h)分离率(%)排出量(kg/h)残留量(kg/h)重杂质（砂石金属）103.095.097.855.15轻杂质（塑料绳索）206.085.0175.1030.90合计309.088.3272.9536.05表7-1杂质分离率计算结果汇总8装机功率与能耗校核转鼓碎浆机功率主要用于克服物料提升与摩擦阻力。根据工程类比，Φ5.0m×27m规格转鼓碎浆机配套主电机功率取N=220kW，转速由变频器调节。单位绝干浆比能耗：e=该比能耗远低于立式水力碎浆机（约30～50kWh/t），符合HJ2302-2018高浓碎浆技术低比能耗的特点。9安全核验9.1设备安全依据GB5083-1999《生产设备安全卫生设计总则》，转鼓碎浆机传动部位设置防护罩，转鼓两端检修口设置安全联锁开关，打开检修口时主电机自动断电。转鼓衬胶层厚度不小于20mm，防止浆液腐蚀与磨损。9.2电气安全碎浆车间存在短时纤维粉尘聚集风险，电气设备按GB50058-2014划定区域等级，电机、开关箱防护等级不低于IP55。现场设置急停拉绳开关，沿转鼓全长布置，间距不大于10m。9.3工艺安全碎浆温度控制在50～60℃，不超过纸张纤维软化温度上限；稀释白水管道设置止回阀，防止浆料倒流；重渣、轻渣排出口设置收集溜槽与螺旋输送器，防止杂质散落地面造成滑倒风险。9.4环保核验依据HJ2011-2012及HJ2302-2018，高浓碎浆工艺吨浆用水量约为低浓碎浆的60%～70%，碎浆工段废水全部汇入中段废水处理系统，不外排。排渣按一般工业固体废物管理，委托有资质单位处置。10结果分析与工程指导意义10.1计算结果汇总序号计算项目符号单位计算值1小时绝干浆处理量Qt/h20.62高浓区碎浆浓度C_hc%153筛分区出口浓度C_sc%3.54高浓区碎解时间t_hcmin125筛分区停留时间t_scmin66总停留时间t_totalmin187转鼓内径×长度D×Lm5.0×278转鼓几何容积V_gm³530.19稀释水量W_dm³/h451.110重杂质分离率η_h%95.011轻杂质分离率η_l%85.012总杂质去除率η_total%88.313装机功率NkW22014比能耗ekWh/t10.7表10-1主要计算结果汇总表10.2结果分析（1）浓度方面：高浓区15%的工作浓度处于14%～18%推荐区间，兼顾纤维疏解效率与杂质完整性保护；筛分区3.5%的出口浓度满足后续压力粗筛的进料要求。（2）时间方面：总停留时间18min，与转鼓长度27m、转速12～14r/min匹配，物料在转鼓内呈活塞流推进，无明显返混。（3）杂质分离方面：总杂质去除率88.3%，其中重杂质去除率高达95%，显著降低后续除渣器与压力筛的磨损与堵塞风险，为后续脱墨、净化工段创造良好条件。（4）能耗方面：比能耗10.7kWh/t，较低浓水力碎浆节能约60%，符合国家节能减排政策导向。10.3工程指导意义本计算书可直接用于指导年产15万吨DIP生产线碎浆工段的设备招标、基础设计与安装调试。工程实施时应注意：①转鼓安装倾角需根据实际原料含水率微调，倾角每增加0.5°，停留时间约缩短8%；②稀释白水温度应稳定在45～55℃，温度过低会延长碎解时间；③开机前应进行空载试车不少于2h，检查托轮与挡轮接触情况；④运行中每4h取样测定碎浆浓度与筛后浆尘埃度，根据检测结果微调转速与稀释水量。11结论本计算书以年产15万吨脱墨废纸浆生产线为对象，系统完成了碎浆浓度、碎浆时间、碎浆机规格、稀释水量与杂质分离率的设计计算。主要结论如下：（1）推荐采用转鼓式高浓碎浆机，高浓区工作浓度15%，筛分区出口浓度3.5%；（2）高浓区碎解时间12min，筛分区停留时间6min，总停留时间18min；（3）选用Φ5.0m×27m转鼓碎浆机1台，设备用1台，几何容积530.1m³；（4）稀释水量451.1m³/h，重杂质分离率95%，轻杂质分离率85%，总杂质去除率88.3%；（5）装机功率220kW，比能耗10.7kWh/t，各项指标均满足GB51092-2015及HJ2302-2018要求。免责声明本计算书基于现行国家及行业标准、规范及公开技术资料编制，所采用的设计参数（包括但不限于碎浆浓度、碎浆时间、杂质分离率、设备规格、装机功率等）