Целлюлозно-бумажное производство. Целлюлозно-бумажная промышленность Целлюлозно-бумажная промышленность – отрасль промышленности, направленная на получение целлюлозы, бумаги, картона и

7. ДРЕВЕСНАЯ ЦЕЛЛЮЛОЗА

Волокнистый материал, получаемый из балансовой древесины, древесной щепы, стружек и отходов путем их механической и/или химической обработки и используемый для производства бумаги, картона, древесноволокнистых плит или других видов целлюлозной продукции. В JQ1 и JQ2 в эту общую категорию входят механическая древесная масса; полуцеллюлоза; целлюлоза; и целлюлоза для химической переработки. Данные представляются вметрических тоннах абсолютнаэо сухого веса (т.е. 10% содержания влаги).

7.1 МЕХАНИЧЕСКАЯ ДРЕВЕСНАЯ МАССА

Древесная масса, получаемая путем измельчения или размола балансовой древесины и отходов, а также путем рафинирования щепы или стружек. Она также называется дефибрерной или рафинированной древесной массой, и может быть беленой или небеленой. Этот термин включает химико-механическую и термомеханическую древесную массу. Этот термин не включает древесную массу, полученную взрывным способом, и дефибраторную древесную массу. Данные представляются в метрических тоннах абсолютно сухого веса (т.е. 10% содержания влаги).

7.2 ПОЛУЦЕЛЛЮЛОЗА

Масса, получаемая путем осуществления комплекса операций по механической и химической обработке балансовой древесины, древесной щепы, стружек и отходов, ни одна из которых сама по себе не может обеспечить расслаивание волокон. Она может быть беленой или небеленой.Этот термин включает химико-дефибрерную массу; химико-механическую массу и т.д. (названия даются в зависимости от порядка и относительного значения той или иной операции в рамках процесса производства). Данные представляются в метрических тоннах абсолютно сухого веса (т.е. 10% содержания влаги).

7.3 ЦЕЛЛЮЛОЗА

Масса, получаемая из балансовой древесины, древесной щепы, стружек и отходов путем их химической обработки. Этот термин включает сульфатную (крафт), натронную и сульфитную целлюлозу. Она может быть беленой, полубеленой или небеленой. Этот термин не включает целлюлозу для химической переработки. Данные представляются в метрических тоннах абсолютно сухого веса (т.е. 10% содержания влаги). Просьба также представлять статистические данные, если таковые имеются, по следующим четырем классам целлюлозы: небеленая сульфитная целлюлоза; беленая сульфитная целлюлоза; небеленая сульфатная целлюлоза; и беленая сульфатная целлюлоза.

7.3.1 СУЛЬФАТНАЯ НЕБЕЛЕНАЯ ЦЕЛЛЮЛОЗА

7.3.2 СУЛЬФАТНАЯ БЕЛЕНАЯ ЦЕЛЛЮЛОЗА

Масса, получаемая путем механического измельчения балансовой древесины, древесной щепы, стружек и отходов с последующей варкой в сосуде высокого давления с добавкой варочного щелока на базе натриевого гидрооксида (натронная целлюлоза) или смеси натриевого гидрооксида и сульфитного щелока на натриевом основании (сульфатная целлюлоза). Этот термин не включает целлюлозу для химической переработки. Данные представляются в метрических тоннах абсолютно сухого веса (т.е. 10% содержания влаги). Просьба представлять данные по двум классам (беленая, включая полубеленую, и небеленая).

7.3.3 СУЛЬФИТНАЯ НЕБЕЛЕНАЯ ЦЕЛЛЮЛОЗА

7.3.4 СУЛЬФИТНАЯ БЕЛЕНАЯ ЦЕЛЛЮЛОЗА

Масса, получаемая путем механического измельчения балансовой древесины, древесной щепы, стружек и отходов с последующей варкой в сосуде высокого давления с добавкой бисульфитного варочного раствора. Обычно используются такие бисульфиты как аммоний, кальций, магний и натрий. Этот термин не включает целлюлозу для химической переработки. Данные представляются в метрических тоннах абсолютно сухого веса (т.е. 10% содержания влаги). Просьба представлять данные по двум классам (беленая, включая полубеленую, и небеленая).

7.4 ЦЕЛЛЮЛОЗА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ

Целлюлоза (сульфатная, натронная или сульфитная) из древесины специального качества с высоким содержанием альфа-целлюлозы (обычно 90% или более). Это всегда беленая целлюлоза, при этом она применяется не для производства бумаги, а в других целях. Она используется главным образом в качестве источника клетчатки в процессе производства таких товаров, как искусственное волокно, пластик на основе целлюлозы, лаки и взрывчатые вещества.Данные представляются в метрических тоннах абсолютно сухого веса (т.е. 10% содержания влаги).

8. ПРОЧИЕ ВИДЫ МАССЫ

Масса, изготовляемая из макулатуры и волокнистых растительных материалов, помимо древесины, и используемаядля производства бумаги, картона и древесноволокнистых плит.В JQ1 и JQ2 в эту общую категорию входят масса из недревесного волокна и масса из рекуперированного волокна. Данные представляются в метрических тоннах абсолютно сухого веса (т.е. 10% содержания влаги).

8.1. МАССА ИЗ НЕДРЕВЕСНОГО ВОЛОКНА

Масса, изготовляемая из волокнистых растительных материалов помимо древесины и используемаядля производства бумаги, картона и древесноволокнистых плит. Этот термин не включает массу из рекуперированной бумаги. Этот термин включает массу из: соломы, бамбука, сахарного тростника, эспарто, других видов тростника и трав, хлопкового линта, льняной костры, пеньки, тряпичного сырья и других текстильных отходов. Данные представляются в метрических тоннах абсолютно сухого веса (т.е. 10% содержания влаги).

8.2 МАССА ИЗ РЕКУПЕРИРОВАННОГО ВОЛОКНА

Масса, изготовляемая из рекуперированной бумаги или картона и используемаядля производства бумаги, картона и древесноволокнистых плит. Этот термин не включает массу из: соломы, бамбука, сахарного тростника, эспарто, других видов тростника и трав, хлопкового линта, льняной костры, пеньки, тряпичного сырья и других текстильных отходов. Данные представляются в метрических тоннах абсолютно сухого веса (т.е. 10% содержания влаги).

9. РЕКУПЕРИРОВАННАЯ БУМАГА

Макулатура и отходы бумаги и картона, собранные для повторного использования в качестве сырья для производства бумаги и картона. Этот термин включает бывшие в употреблении бумагу и картон, а также отходы бумажного и картонного производства.

10. БУМАГА И КАРТОН

Категория бумаги и картона является общей категорией. В статистике производства и торговли она охватывает следующие товары: бумагу для печати и письма; гигиеническую и бытовую бумагу; упаковочные материалы; и прочие сорта бумаги и картона. Этот термин не включает изделия из бумаги и картона, например, ящики, коробки, книги и журналы. Данные представляются в метрических тоннах.

10.1 БУМАГА ДЛЯ ПЕЧАТИ И ПИСЬМА

Категория бумаги для печати и письма является общей категорией. В статистике производства и торговли она охватывает следующие товары: газетную бумагу; немелованную бумагу с содержанием древесной массы; немелованную бумагу без содержания древесной массы; и мелованную бумагу. Товары, включенные в эту категорию, обычно производятся в рулонах шириной более 15 см или в прямоугольных листах длиной более 36 см и шириной более 15 см в развернутом виде. Этот термин не включает изделия из бумаги и картона, например, книги и журналы. Данные представляются в метрических тоннах.

10.1.1 ГАЗЕТНАЯ БУМАГА

Бумага, используемая главным образом для печатания газет. Она изготавливается главным образом из механической древесной массы и/или макулатуры с добавкой или без добавки небольшого количества наполнителя. Товары включенные в эту категорию обычно производятся в рулонах шириной более 36 см, или в прямоугольных листах длиной более 36 см и шириной более 15 см в развернутом виде.Вес обычно колеблется в пределах 40-52 г/м 2 , но может достигать и65 г/м 2 . Газетная бумага имеет машинную гладкость или слегка каландрирована, может быть белой или иметь незначительный оттенок, используется в рулонах для высокой, офсетной или флексографской печати. Данные представляются в метрических тоннах.

10.1.2 НЕМЕЛОВАННАЯ БУМАГА С СОДЕРЖАНИЕМ ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ

Бумага для печати и других графических целей, в композиции которой доля целлюлозного волокна составляет менее 90%. Этот сорт также известен под названием бумага из древесной массы, при этом к нему также относится журнальная бумага, например, глазированная бумага с большим содержанием наполнителей, используемая для печатания журналов ротогравюрным и офсетным методами. Этот термин не включает основу обойной бумаги. Данные представляются в метрических тоннах.

10.1.3 НЕМЕЛОВАННАЯ БУМАГА БЕЗ СОДЕРЖАНИЯ ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ

Бумага для печати и других графических целей, в композиции которой доля целлюлозного волокна составляет по крайней мере 90%. Немелованная бумага без содержания древесной массы может изготавливаться из волокна различных материалов с использованием различных минеральных наполнителей и процессов отделки как то, проклейка, каландрирование, машинное глазирование и нанесение водяных знаков. К этому сорту относится большинство видов конторской бумаги, например, бумага для конторских бланков, копировальная бумага, бумага для компьютеров, почтовая и книжная бумага. Под эту категорию также подпадают пигментированная и клееная под прессом «мелованная» бумага (с содержанием наполнителей менее 5г на каждую сторону). Этот термин не включает основу обойной бумаги. Данные представляются в метрических тоннах.

10.1.4 МЕЛОВАННАЯ БУМАГА

Бумага для печати и других графических целей, одна или обе стороны которой мелованы с помощью углерода или минеральных веществ, например, фарфоровой глины (каолина), карбоната кальция, и т.д. Мелование может производится с помощью различных методов, как машинных, так и ручных, и дополняться каландрированием. Этот термин включает бумагу-основу для карбонирования и самокопирующую бумагу в рулонах и листах. Этот термин не включает прочие сорта копировальной и переводной бумаги. Данные представляются в метрических тоннах.

10.2 ГИГИЕНИЧЕСКАЯ И БЫТОВАЯ БУМАГА

К этой категории относятся различные сорта бумаги, которая служит сырьем для производства косметической и другой гигиенической бумаги, используемой в быту, а также в торговых и производственных помещениях. Товары включенные в эту категорию обычно производятся в рулонах шириной более 36 см, или в прямоугольных листах длиной более 36 см и шириной более 15 см в развернутом виде. В качестве примера можно привести туалетную бумагу и гигиенические салфетки, кухонные бумажные полотенца, бумажные полотенца для рук и промышленные одноразовые полотенца. Некоторые сорта этой бумаги также используются в производстве детских салфеток, гигиенических полотенец и т.д.

Бумага-основа изготавливается из первичной целлюлозы, рекуперированного волокна или их смеси. Конечные изделия, нарезанные в размер, или в рулонах шириной менее 36 см к этой категории не относятся.Данные представляются в метрических тоннах.

10.3 УПАКОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Бумага и картон, используемые главным образом для обертки и упаковки. Товары включенные в эту категорию обычно производятся в рулонах шириной более 36 см, или в прямоугольных листах длиной более 36 см и шириной более 15 см в развернутом виде. Этот термин не включает небеленую крафт-бумагу и картон, которые не являются мешочной крафт-бумагой или оклеечной крафт-бумагой, весом более 150 г/м 2 , но менее 225 г/м 2 ; прокладочные бумагу и картон; вощеную бумагу; немелованную бумагу-основу весом 225 г/м 2 или более. Данные представляются в метрических тоннах.

10.3.1 КАРТОНАЖНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Бумага и картон, используемые главным образом для производства гофрированного картона. Они изготавливаются из смеси первичной целлюлозы и рекуперированного волокна, могут быть белеными, небелеными и неравномерной окраски.Этот термин включает оклеечную крафт-бумагу, целлюлозно-макулатурную бумагу, целлюлозную основу для гофрирования и основу для гофрирования из отходов (Wellenstoff). Данные представляются в метрических тоннах.

10.3.2 КАРТОН ДЛЯ СКЛАДНЫХ КОРОБОК

В литературе на английском языке часто называется Cartonboard , может быть однослойным или многослойным, мелованным или немелованным. Изготавливается из первичной целлюлозы и/или рекуперированного волокна, обладает хорошей сгибаемостью, прочностью и способностью к фальцеванию. Используется главным образом в производстве картонной упаковки для пищевых товаров, например, коробок для замороженных продуктов и тары для напитков. Этот термин включает бумагу и картон, покрытые или обработанные пластиком (исключая связывающие материалы), мелованные многослойные бумагу и картон, неравномерно беленные по всей массе. Данные представляются в метрических тоннах.

10.3.3 ОБЕРТОЧНАЯ БУМАГА

Бумага (весом до 150 г/м 2), используемая главным образом для обертки и упаковки. Изготавливается главным образом из смеси первичной целлюлозы и рекуперированного волокна, может быть беленой и небеленой. Может подвергаться различным процессам отделки и /или маркировки.Этот термин включает мешочную крафт-бумагу, прочие сорта оберточной крафт-бумаги, сульфитную и жиронепроницаемую бумагу, а также мелованные бумагу и картон, неравномерно беленные по всей массе, за исключением многослойных. Этот термин не включает вощеную бумагу. Данные представляются в метрических тоннах.

10.3.4 ПРОЧИЕ СОРТА БУМАГИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ГЛАВНЫМ ОБРАЗОМ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ УПАКОВКИ

К этой категории относятся все не указанные выше сорта бумаги и картона, используемые главным образом для целей упаковки. Большинство из них производится из рекуперированного волокна, например из макулатурного картона, и перерабатывается для использования в некоторых случаях в других целях помимо упаковки.Данные представляются в метрических тоннах.

10.4 ПРОЧИЕ СОРТА БУМАГИ И КАРТОНА, КОТОРЫЕ НЕ ВКЛЮЧЕНЫ В ДРУГИХ КОДАХ

Прочие сорта бумаги и картона промышленного и специального назначения. К этой категории относятся сигаретная и фильтровальная бумага, а также изоляционная бумага и специальные сорта бумаги для парафинирования, изоляции, кровельного покрытия, асфальтирования, и других специальных работ. Этот термин не включает многослойные немелованные бумагу и картон, мелованные бумагу и картон, неравномерно беленные по всей массе, бумагу и картон, покрытые или обработанные пластиком (исключая связывающие материалы). Этот термин включает основу обойной бумаги, небеленую крафт-бумагу и картон, которые не являются мешочной крафт-бумагой или оклеечной крафт-бумагой, весом более 150 г/м 2 , но менее 225 г/м 2 ; прокладочные бумагу и картон; вощеную бумагу; немелованную бумагу-основу весом 225 г/м 2 или более, основу для копировальной и переводной бумаги в рулонах и листах, за исключением копировальной и самокопирующей бумаги.

Стандартные коэффициенты пересчета
Пересчет с бывшей британской системы на метрическую

В состав целлюлозно-бумажного производства входит по лучение волокнистых полуфабрикатов - целлюлозы и древес ной массы - и их переработка в различные виды бумаги и картона.

При варке измельченной древесины, т. е. обработке ее рас­твором химических реагентов (варочным раствором) при по­вышенных температуре и давлении, происходит ее делигнифи - кация - большая часть лигнина растворяется, клетки древе­сины разъединяются и получается волокнистая техническая целлюлоза.

Основными методами получения целлюлозы являются суль­фатный и сульфитный; применяют также бисульфитный, ней­трально-сульфитный, различные комбинированные и ступенча­тые методы варки. Перспективными являются окислительные методы - кислородно-содовый, кислородно-щелочной и др., которые не связаны с использованием серосодержащих реаген­тов и поэтому оказывают меньшее влияние на окружающую среду.

Путем соответствующего подбора реагентов и условий варки регулируют выход технической целлюлозы и ее свой­ства, в первую очередь остаточное содержание лигнина. Чем полнее удален лигнин при варке, тем волокно светлее, но вы­ход его меньше. Целлюлозу вырабатывают нормального вы­хода (40-50 % от массы абсолютно сухого сырья), которая подразделяется на жесткую (содержащую 3-8% лигнина), среднежесткую (1,5-3%) и мягкую (менее 1,5% лигнина) и высокого выхода (50-60 %) Получают также полуцеллю­лозу (выход 60-85 %), содержащую половину или более ис­ходного лигнина и требующую механического размола для превращения ее в волокнистую массу.

Техническая небеленая целлюлоза пригодна для изготовле­ния многих видов продукции - газетной и мешочной бумаги, тарного картона и др. Для получения высших сортов писчей и печатной бумаги, где требуется повышенная белизна, исполь­зуют среднежесткую и мягкую целлюлозу, которую отбели­вают химическими реагентами, например хлором, двуокисью хлора, гипохлоритом кальция или натрия, перекисью водорода.

Особо очищенную (облагороженную) целлюлозу, содержа­щую 92-97 % альфа-целлюлозы (т. е. фракции целлюлозы, нерастворимой в 17,5%-ном водном растворе едкого натра) используют для изготовления химических волокон, в том числе вискозного шелка и высокопрочного вискозного кордного во­локна для производства автомобильных шин.

Древесную массу получают механическим разделением дре­весины на волокна. Большое количество волокнистой массы вырабатывают из вторичного сырья - макулатуры, доля кото­рой в производстве бумаги и картона превышает 20% от всего используемого волокна. На некоторых предприятиях целлю­лозу получают из тростника.

Сырье для- производства волокнистых полуфабрикатов. Ос­новным видом сырья является древесина. Для производства сульфатной целлюлозы пригодна древесина любых пород; наи­более часто используют древесину сосны и лиственницы, од­нако все больше возрастает доля древесины лиственных пород. В то же время для производства сульфитной целлюлозы необ­ходима малосмолистая древесина, преимущественно ели и пихты. Поэтому дальнейшее развитие целлюлозного производ­ства происходит в основном за счет сульфатного, а также но­вых методов варки.

Древесина поступает на предприятия в основном в виде ба­лансов- бревен длиной 4,5 м и более (долготье), толщиной в верхнем отрубе 6-24 см или отрезков длиной 1,25-1,5 м (коротье), а также в виде технологической щепы. Такая щепа изготовляется на лесозаготовительных и лесопильно-деревооб - рабатывающих предприятиях из отходов основного производ­ства. Отдельные предприятия используют также крупные опилки.

Доставка древесины на предприятия производится сплавом (в баржах или плотах), железнодорожным и автомобильным транспортом. Щепа доставляется железнодорожными ваго­нами- щеповозами и специальными автощеповозами большой вместимости, 12-40 м3.

Лесные склады современных целлюлозно-бумажных пред­приятий хорошо оснащены механизмами для выгрузки сырья из транспортных средств, укладки его и подачи в производ­ство- вагонаопрокидывателями, мостовыми, кабельными и стреловыми кранами, конвейерами, кучеукладчиками (стаке­рами) и др. Хранят древесину в штабелях, кучах и в незамер­зающих рейдах на воде.

В кучи укладывают балансы в окоренном виде, используя для окорки корообдирочные (окорочные) барабаны или ротор­ные окорочные станки. Долготье предварительно разделывают на многопильных станках (слешерах). Окорка является очень важной операцией, так как кора плохо проваривается, а при сульфитном методе вовсе не проваривается, в результате чего снижается производительность варочного оборудования и цел­люлоза загрязняется частичками коры. Снятую кору исполь­зуют в качестве топлива, для приготовления сельскохозяйст­венных удобрений и др.

Щепу хранят в кучах по 150-250 тыс. м3, высота куч до 30 м. Насыпают щепу в кучу и подают ее в производство пре­имущественно пневмотранспортом.

Балансы и технологическую древесину измельчают на дисковых многоножевых рубительных машинах. Размеры щепы, мм: длина (вдоль волокон) 16-20, ширина 20-25, толщина 2-3. Более крупные щепки (в среднем 8 % от всей щепы) и мелочь (опилки, пыль - около 2%) отделяют от год­ной щепы на плоских щепосортировочных установках. Круп­ную щепу дополнительно измельчают в дезинтеграторах. От­ходы от измельчения и сортировки (суммарно около 3%) сжигают.

Производство сульфатной целлюлозы. Схема производства сульфатной целлюлозы приведена на рис. 2.1. Варят целлю­лозу с варочным раствором (сульфатным, или белым, щело­ком), содержащим едкий натр, сернистый натрий, небольшое количество карбоната и сульфата натрия.

/ - варочный котел; 2 - выдувной резервуар; 3 - сучколовитель; 4 ~ промывной фильтр; 5 - сборник щелока; 6 - сортировка; 7 - центриклннер; 8 - сгуститель; 9 - бассейн целлюлозы; 10 - сборник белого щелока; 11 - известерегенерационная печь; 12 - каус - тизатор; 13 - растворитель плава; 14 - содорегенерационный котлоагрегат; 15 - вы­парной аппарат; / - варочный цех; // - промывной цех; /// - очистный цех; IV - Цех регенерации

Едкий натр и сернистый натрий составляют активную часть белого щелока. Их суммарная концентрация в пересчете на Na20 колеблется от 70 до 120 г/л. Чем больше активной ще­лочи в варочном растворе и чем выше температура и давление в варочном котле, тем быстрее идет варка и полнее удаля­ется лигнин, но тем ниже выход волокна. Обычно температура варки 165-180 °С, давление в котле 0,7-1,2 МПа (1 МПа ра­вен 9,81, округленно 10 кгс/см2). Гидромодуль, т. е. объем жидкости в кубических метрах на 1 т абсолютно сухого сырья, составляет 4-f-4,5: 1.

Порядок варки целлюлозы в котлах периодического дейст­вия следующий. В котел загружают щепу в количестве 0,3- 0,35 м3 на 1 м3 вместимости котла, а при применении пропарки щепы или специальных уплотнителей - 0,4 м3 или даже больше. Затем заливают варочный раствор, закрывают котел и начинают нагревать его содержимое, для чего щелок непре­рывно прокачивают циркуляционным насосом через подогрева­тель. Температуру в котле поднимают до заданной конечной величины (этот период называют заваркой), потом следует стоянка при этой температуре (собственно варка). Заварку ведут медленно, чтобы щепа хорошо пропиталась варочным щелоком; в этот период для удаления воздуха и образующихся летучих продуктов (скипидара, метилового спирта и др.) про­изводят сдувку парогазовой смеси - терпентинную сдувку. Па­рогазовая смесь поступает в щелокоуловитель и далее подвер­гается дробной конденсации. От конденсата во флорентине от­деляют сырой сульфатный скипидар в количестве 8-12 кг из сосновой древесины, 1-2 кг из еловой древесины в расчете на 1 т выработанной целлюлозы.

При производстве вискозной и кордной целлюлозы щепу в котле сначала подвергают предгидролизу с целью удаления гемицеллюлоз. Для этого ее обрабатывают 0,3-0,5%-ной сер­ной кислотой при 120-130 °С или водой при 160-170 °С. Предгидролизат отбирают из котла и направляют на произ­водство дрожжей, после чего в котел заливают варочный рас­твор и начинают варку. По окончании варки, обычно не сни­жая давления в котле, целлюлозную массу выдувают из него в выдувной резервуар, осматривают котел и готовят к новой загрузке.

Полный оборот котла продолжается 5-8 ч, в том числе загрузка щепы и заливка щелока примерно 1-1,5 ч, заварка 2-4,5 ч, варка до 1 ч, конечная сдувка, выгрузка целлюлозы и осмотр котла около 1 ч.

Стационарный варочный котел (рис. 2.2) стальной, облицо­ван внутри легированной сталью. Общая высота 13-17 м, диа­метр цилиндрической части 3,6-4,5 м, загрузочной горловины 800 мм, выгрузочной - 700 мм, вместимость 100-200 м3. Ще­лок забирается из средней части котла и возвращается цирку­ляционным насосом в верхнюю и нижнюю его части.

/ - циркуляционный насос; 2 - корпус; 3 - всасывающий трубопровод; 4 - заборный па­трубок; 5 -сита; 6 - уровень щелока; 7 - щепа; 8 - сдувочный патрубок; 9 - бун­Кер; 10 - загрузочная горловина; // - кольцевой спрыск; 12 - колонки задвижек; 13 - Нагнетательные трубопроводы; 14 - подогреватель; 15 - изоляция; 16 - патрубок по­Дачи пара; 17 - выдувной вентиль; 18 - выгрузочная горловина

На многих заводах котлы периодического действия осна­щены автоматизированными системами управления технологи­ческими процессами (АСУ ТП), ведущими варку по заданной программе.

Выгруженную из котла целлюлозу промывают водой в диф­фузорах или на барабанных фильтрах и затем подвергают многоступенчатой очистке от сучков, непровара, частичек коры, песка и др. Сначала производят грубое сортирование на виб­рационных или центробежных сучколовителях, потом тонкое сортирование в центробежных сортировках, вихревых очисти­телях (центриклинерах) и др.

Варочный котел непрерывного действия «Камюр» (рис. 2.3) имеет общую высоту 45 м, диаметр 4,7 м, дает в сутки 450- 500 т целлюлозы (имеются также установки производитель­ностью 800-900 т/сут).

Щепу из бункера подают при помощи питателя низкого давления в пропарочную цистерну, где из щепы удаляются

Вода и скипидар. Пропаренная щепа перемещается винтовым конвейером к роторному питателю высокого давления, который подает ее в котел и одновременно служит запорным клапаном. Выходящая из питателя высокого давления щепа транспорти­руется щелоком к загрузочному устройству котла, оснащен­ному вертикальным вращающимся винтом. Варочный щелок подают насосом в верхнюю часть котла. Щепа опускается в котле под собственной тяжестью.

В верхней зоне котла идет заварка, в средней варка, в нижней частичная промывка целлюлозы слабым щелоком. Целлюлозная масса концентрацией 14-16%, охладившаяся до 80-85 °С, непрерывно выгружается и поступает в выдув­ной резервуар. Щепа в каждой зоне находится 1,5 ч, а всего 4,5 ч.

Для получения из древесины лиственных пород целлюлозы высокого выхода и полуцеллюлозы используют преимущест­венно непрерывнодействующую установку «Пандия» (рис. 2.4). Варку проводят в варочных трубах при 160-180 °С. Число труб от 2 до 8, они имеют диаметр 0,6-1,2 м, длину 6-12 м, оснащены винтами.

В установке «Пандия» нет зоны заварки, целлюлоза выгру­жается без промывки, поэтому время пребывания щепы в ап­парате сокращается до 15-60 мин, но выход волокна и его прочность несколько снижаются.

По окончании варки щелок (7-10 м3/т целлюлозы) имеет почти черный цвет, поэтому его называют черным щелоком. В щелок переходит большая часть лигнина древесины в виде щелочного лигнина, а также часть гемицеллюлоз, которые в щелочной среде гидролизуются и окисляются, образуя в ос­новном оксикислоты. Ацетильные группы древесины при варке отщепляются, образуя уксусную кислоту, находящуюся в ще­локе в виде уксусно-кислого натрия.

Черный щелок упаривают в многокорпусных вакуум-выпар­ных установках, добавляют сульфат натрия для возмещения потерь щелочи, происходящих в производстве (отсюда и на­звание способа), а затем щелок сжигают в топках специаль­ных паровых котлов - содорегенерационных котлоагрегатов (СРК). При этом сгорает органическая часть щелока, а суль­фат натрия превращается в сернистый натрий; едкий натр пе­реходит в углекислый натрий.

Плав растворяют в слабом белом щелоке или в воде и по­лучают зеленый щелок, который обрабатывают гашеной из­вестью для перевода углекислого натрия в едкий натр. Полу­чается белый щелок, который снова используют для варки целлюлозы.

Смоляные и жирные кислоты, содержащиеся в древесине, при варке превращаются в натриевые соли. Эти соли при от­стаивании собираются на поверхности черного щелока, обра­зуя сульфатное мыло.

Путем подкисления черного щелока серной кислотой или двуокисью углерода из него можно выделить щелочной лигнин, применяемый в производстве пластических масс, резинотехни­ческих изделий и др. Из черного щелока можно получить дру­гие лесохимические продукты. Например, из подкисленного упаренного черного щелока можно извлечь метилэтилкетоном уксусную и муравьиную кислоты, различные оксикислоты и др.

Производство сульфитной целлюлозы. Еловая или пихтовая щепа из хорошо окоренной древесины варится с сульфитной варочной кислотой в периодически действующих стальных фу­терованных или биметаллических варочных котлах вмести­мостью 160-400 м3.

Варочная кислота представляет собой водный раствор би­сульфита кальция, либо магния, натрия, аммония с большим избытком свободного сернистого ангидрида. Для получения варочной кислоты сжигают серу или серный колчедан в печах, печные газы очищают, охлаждают и пропускают через башни с известковым камнем, орошаемые холодной водой, либо че­рез абсорберы, орошаемые соответственно магнезиальным мо­локом, водным раствором карбоната натрия, гидроокиси ам­мония.

Готовая варочная кислота содержит при кальциевом осно­вании 3-4 % сернистого ангидрида, в том числе более поло­вины в свободном виде. При натриевом или аммониевом ос­новании содержание сернистого ангидрида достигает 8 % или более, в том числе свыше 3/4 в свободном виде.

Порядок варки следующий. В котел загружают щепу, про­паривают ее с целью полного удаления воздуха, затрудняю­щего пропитку щепы варочной кислотой, и одновременно за­качивают варочную кислоту. При заварке щепы температуру в котле повышают до 104-115 °С и поддерживают ее необхо­димое время. Заварка длится 2-6 ч. После этого температуру повышают до 130-155 °С и ведут варку при этой температуре. Чтобы давление в котле не превышало заданной величины (от 0,4 до 0,7 МПа), в процессе нагревания производят сдувку па­рогазовой смеси. Общая продолжительность оборота котла со­ставляет 6-10 ч.

На каждую тонну полученной целлюлозы приходится 6,5- 8 м3 сульфитного щелока. Часть щелока удаляют из котла после варки самотеком, часть вытесняют оборотным щелоком. Затем целлюлозную массу из котла вымывают оборотным ще­локом, щелок отделяют от массы. Такой ступенчатый способ позволяет использовать для дальнейшей переработки до 90 % всего щелока без значительного разбавления его водой.

Остающуюся в сцеже целлюлозу промывают, очищают, сор­тируют, отбеливают и облагораживают так же, как сульфатную целлюлозу. При одинаковой степени делигнификации, т. е. при одинаковом остаточном содержании лигнина, выход суль­фитной целлюлозы немного больше, чем сульфатной, а проч­ность немного меньше.

Скипидар, содержащийся в древесине, в процессе сульфит­ной варки сильно изменяется. Он улавливается из сдувочных газов и носит название сульфитного масла, или сульфитного скипидара, или сырого цимола. Сульфитное масло содержит до 80-85 % п-цимола, образующегося в процессе варки из терпеновых углеводородов, главным образом из пинена. Вы­ход сульфитного масла из еловой древесины 0,6-1 кг/т цел­люлозы.

Производство древесной массы. Существуют два основных способа получения древесной массы. Путем истирания еловых или пихтовых балансов длиной 1 -1,2 м дефибрерными кам­нями в дефибрерах получают дефибрерную древесную массу, а путем размола древесной щепы любых пород на дисковых мельницах (рафинерах)-рафинерную. Преимущественное развитие в последнее время получает производство рафинер­ной древесной массы. Качество ее значительно улучшается, если перед размолом щепу пропарить; получаемый продукт называют термомеханической древесной массой. Наиболее вы­сокое качество у химико-термомеханической древесной массы, для получения которой щепу перед размолом пропитывают не­которыми химикатами и пропаривают.

Выход обычной древесной массы 95-96 % от древесины, химико-термомеханической около 90 %. Древесная масса при­меняется при изготовлении большинства видов бумаги и кар­тона, составляя около 40 % от всех используемых волокнистых полуфабрикатов.

Производство бумаги и картона. Ассортимент бумаги н кар­тона очень широк - более 500 видов бумаги и 100 видов кар­тона. Для каждого вида бумаги и картона установлена опреде­ленная композиция, т. е. соотношение количества и вида волок­нистых полуфабрикатов и различных добавок (наполняющих, проклеивающих и других веществ). Например, в композицию по волокну газетной бумаги входит 25-30 % небеленой суль­фитной целлюлозы и 70-75 °/о древесной массы; в компози­цию типографской бумаги высшего качества -70-80 % суль­фитной беленой хвойный целлюлозы, 0-20 % сульфатной бе­леной хвойной целлюлозы и 10-20 % сульфатной беленой лиственной целлюлозы, а мешочной бумаги-100% сульфат­ной небеленой хвойной целлюлозы и т. д. Более 40 видов бу­маги и картона (в основном тароупаковочные материалы и санитарно-гигиенические изделия) содержат очищенную волок­нистую массу из макулатуры. В композицию некоторых спе­циальных видов бумаги входят асбестовые, стеклянные, синте­тические волокна.

Производство бумаги и картона начинается с приготовле­ния бумажной массы (суспензии волокна в воде). Сначала производят массный размол волокнистых полуфабрикатов в конических, цилиндрических и в последнее время преимуще­ственно в дисковых мельницах с целью повышения пластично­сти волокон и способности их к сцеплению между собой. Да­лее массу проклеивают гидрофобными (водоотталкивающими) веществами, главным образом канифольным клеем. Различают бурый клей, в котором смоляные кислоты нейтрализованы ще­лочью полностью, и белый клей, где часть смоляных кислот (обычно до 20%) остается в свободном виде. Готовый клей фильтруют, разводят водой в горячем виде в инжекторе или роторно-пульсационном аппарате для достижения тонкого эмульгирования, хорошо перемешивают и доводят холодной водой до требуемой концентрации (20-25 г/л).

Клей вводят в бумажную массу, перемешивают и осаждают частицы смолы на волокне с помощью коагулянтов (сульфата алюминия, алюмината натрия, квасцов), создающих кислую среду (рН 4,5-5). Расход канифоли 0,5-3,5% от массы во­локна, в зависимости от требуемой степени проклейки, однако многие виды бумаги вырабатывают без проклейки. Применяют

Также различные виды композиционного клея, например кани - фольно-парафиновый, синтал и др. Для проклейки некоторых видов картона, где допустим темный цвет, применяют более дешевые проклеивающие вещества - битумные и латексные эмульсии, клей из таллового пека и др. Для проклейки обер­точной бумаги используют также клеевые составы на основе сульфатного лигнина.

При изготовлении многих видов бумаги, особенно для пе­чати и письма, в массу вводят минеральные наполнители, чаще всего каолин, улучшающие белизну и печатные свойства бумаги. Для лучшего удержания наполнителя волокном до­бавляют полиакриламид или другие реагенты. В массу для выработки окрашенных сортов бумаги вводят также соответ­ствующие красители.

Изготовление бумаги производится на плоскосеточных бу­магоделательных машинах (рис. 2.5). Бумажная масса, раз­бавленная водой до концентрации волокна от 0,1 до 0,8% (в зависимости от ее состава и степени размола волокна) и очищенная от посторонних включений, поступает в напорный ящик сеточной части машины. Из него масса выливается на горизонтальную сетку, непрерывно движущуюся при помощи сетковедущего вала. Напорный ящик устроен так, что масса равномерно распределяется на сетке по всей ее ширине. Под сеткой расположены гидропланки и отсасывающие ящики, в ко­торых создается небольшое разрежение, способствующее по­степенному обезвоживанию массы и формированию бумажного полотна. Содержание сухого вещества в бумажном полотне (сухость) достигает 8-12%. Более значительно разрежение в отсасывающей камере гауч-вала, после которого сухость по­лотна доходит до 20-22%.

С сетки мокрое бумажное полотно с помощью вакуум-пе - ресасывающего устройства подхватывается движущимся прес­совым сукном и поступает в прессовую часть машины, где по­следовательно проходит между валами прессов и обезвожива­ется до сухости 30-40 %. Затем бумага пересасывается на су­шильное сукно и поступает в сушильную часть машины для окончательного обезвоживания на полых сушильных цилинд­рах, нагреваемых изнутри паром до 80-115 °С. Сушильная часть машины закрыта колпаком, что облегчает удаление во­дяного пара и улучшает условия труда работающих.

Далее бумажное полотно поступает в отделочную часть ма­шины. Проходя между шлифованными и полированными ва­лами машинного каландра, бумага приобретает повышенную прочность и гладкость. На накате ее сматывают в рулон, кото­рый разрезают на более узкие рулоны заданной ширины на продольно-резательном станке.

Некоторые бумагоделательные машины оснащены двумя сетками и формование бумажного полотна производится между ними.

Тарный картон также вырабатывают на плоскосеточных машинах, а переплетный, коробочный и другие виды много­слойного картона - на круглосеточных (цилиндровых) маши­нах. Сеточная часть таких машин состоит из нескольких ванн с сеточным цилиндром. В ваннах находится бумажная масса. В первой ванне на поверхности цилиндра формируется пер­вый элементарный слой массы, во второй ванне на него наслаи­вается второй элементарный слой и т. д. Многослойный кар­тон прочнее, чем однослойный такой же толщины, к тому же внутренние слои многослойного картона можно изготавливать из более дешевых полуфабрикатов.

На современных машинах отдельные ее части и даже от­дельные прессы в прессовой части, группы цилиндров в су­шильной части приводятся в движение индивидуальными элек­тродвигателями. Обеспечение постоянной скорости частей ма­шины при установившемся режиме ее работы осуществляется автоматизированной системой регулирования скорости машины и ее секций.

Производительность бумаго - и картоноделательных машин зависит от их скорости, обрезной ширины полотна и массы 1 м2 бумаги или картона. Большинство видов писчей и печат­ной бумаги имеет массу 60-80 г/м2, газетная бумага значи­тельно легче, 45-50 г/м2. Масса 1 м2 картона 170-250 г/м2.

Скорость машины определяется на накате и при выработке бумаги составляет 600-1000 м/мин и даже выше, при выра­ботке картона 200-800 м/мин. Обрезная ширина бумаги 1680- 10 500 мм, картона до 6300 мм.

Современные широкоформатные скоростные машины выра­батывают свыше 300 т/сут газетной бумаги, 800-900 т/сут тарного картона.

Бумагу получают также сухим способом, т. е. предвари­тельно высушенное волокно потоком воздуха подается на сетку машины.

Лесопромышленные комплексы. Весьма эффективной фор­мой организации производства являются лесопромышленные комплексы (ЛПК), представляющие собой крупные комби­наты, сочетающие химическую, химико-механическую и меха­ническую переработку древесины. Так, Усть-Илимский ЛПК будет согласно проекту перерабатывать в год 7 млн. м3 дре­весного сырья и вырабатывать 550 тыс. т целлюлозы, 250 тыс. м3 древесностружечных плит, 1200 тыс. м3 пиломатериалов, 44 тыс. т кормовых дрожжей, 12 тыс. т фурфурола и свыше 30 тыс. т талловых продуктов. На современных ЛПК в ре­зультате комплексной переработки будет использоваться до 94 % поступающей древесины и лишь 6 % составят отходы и потери.

Целлюлозно-бумажная промышленность

1. Характеристика отрасли

Целлюлозно-бумажная промышленность – одна из наиболее важных отраслей РФ. Она составляет 1,24% от объема промышленной продукции России и около 2% от мирового производства. Но обладая такими возможностями и потенциалами, как в нашей стране, эти цифры должны быть на уровне 12 – 15 %.

Целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) – наиболее сложная отрасль лесного комплекса, связанная с механической обработкой и химической переработкой древесины. Она включает производство целлюлозы, бумаги, картона и изделий из них.

Эта отрасль отличается:

· Высокой материалоёмкостью: для получения 1 т целлюлозы необходимо в среднем 5-6 куб. древесины;

· Большой водоёмкостью: на 1 т целлюлозы расходуется в среднем 350 куб.м. воды;

· Значительной энергоёмкостью: 1 т продукции требует в среднем 2000 кВт/ч.

При строительстве крупных ЦБП очень важным условием является наличие надежного источника водоснабжения, хороших условий сброса сточных вод, их очистка и обеспечение чистоты воздушного бассейна.

ЦБП является высококонцентрированной отраслью промышленности. На 8 предприятиях производится более 70 % российской целлюлозы и бумаги, а также более 50 % картона.

Состояние ЦБП России характеризуется высокой степенью износа оборудования, значительным количеством небольших предприятий, оснащенных устаревшим оборудованием небольшой единичной мощности, производящих продукцию ограниченного спроса. На многих предприятиях используются энергоемкие и экологически устаревшие технологии с высоким потреблением древесного сырья, химикатов, энергоресурсов, воды. Не созданы благоприятные условия для значительного вовлечения в переработку вторичного бумажного сырья. Назрела настоятельная необходимость в значительном техническом переоснащении действующих производств отрасли.

2. Технология основного производства

В зависимости от того, в каком растворе варят щепу, различают сульфитный и сульфатный методы производства целлюлозы. Если в растворе сернистой кислоты или сернистокислого кальция (гидросульфита кальция) под давлением 7-8 атм и при температуре 140ºС, то это сульфитный способ варки. Но на многих комбинатах целлюлозу варят со щелочами – получают сульфатную целлюлозу.

Табл. 2.1. Сравнительная характеристика

сульфатного и сульфитного способа варки

В основном в ЦБП России применяют сульфатный способ производства целлюлозы и тенденция развития этого способа сохраняется. Сульфитный способ стал вполне конкурентоспособным, однако до сих пор не получил заметного роста.

Рис 2.1. Технология производства бумаги

1. Бревна поступают в окорочные вращающиеся барабаны , где древесина за счет трения друг о друга и ребристую поверхность стенок барабана освобождаются от коры и грязи, и бревна промываются водой. Длинник распиливают на высокопроизводительных машинах – сленгерах на балассы (длиной до 1,5 м).

2. Конвейер несет их к рубильным машинам , где получают технологическую щепу. Щепа по конвейеру поступает в варочный цех.

3. В варочном цеху щепа варится в растворе сернистой кислоты и сернистокислого кальция (гидросульфита кальция) – получают сульфитную целлюлозу или варят со щелочами – получают сульфатную целлюлозу.

4. Полученную целлюлозу выдувают за счет давления пара, тщательно промывают водой в сцежах, очищают от оставшихся крохотных сучков, мелких непроваренных кусочков древесины и отбеливают хлором . Отбелка производится в особых башнях.

5. Промытую, очищенную и отбеленную целлюлозу по трубам перекачивают в бассейны для изготовления бумажной массы . Из бассейнов она попадает на специальную мельницу для размола.

6. Размол . Цель – подготовить полуфабрикаты к отливу; сделать волокна гибкими, пластичными; увеличить их поверхность с целью эффективного связеобразования, от которого зависит прочность бумажного листа; придать бумаге требуемую структуру и физические свойства. Производят размол в специальных аппаратах – роллах, дисковых и конических мельницах. В настоящее время на всех предприятиях ЦБП размол ведется в аппаратах непрерывного действия.

7. Проклейка бумаги . Цель – придать ей водостойкость; при этом уменьшается ее впитывающая способность и увеличивается пригодность для письма и печати. Водостойкость придают: канифольный клей, парафин, пек. Дополнительно еще придают механическую прочность: крахмал, животный клей.

8. Наполнение бумаги .

Цель – экономия волокнистых полуфабрикатов, повышение белизны, впитывающей способности, гладкости. Применяются: каолин, тальк, мел, гипс.

Введение наполнителей снижает прочность бумаги и затрудняет ее проклейку.

9. Крашение бумаги .

Около 90% бумажной продукции вырабатывается с применением красителей.

Способы окраски:

o краситель добавляют в бумажную массу (наиболее часто);

o добавляют краситель на поверхность бумажного полотна.

10. Очистка бумажной массы.

В бумажную массу вместе с волокнистыми полуфабрикатами, суспензии красителей, наполнителя и клея попадают частицы коры, луба, сучков, песка, смолы, и др. загрязнений. Нежелательным является и присутствие воздуха в массе.

Получение массы высокой чистоты связано с образованием значительного получения отходов, использование которых определяется экономической необходимостью.

11. Изготовление бумаги на бумагоделательной машине.

Современная бумагоделательная машина позволяет со скоростью 2000 м/мин и выше осуществлять непрерывный процесс переработки жидкой массы концентрацией 0,1 – 0,3 % в листовой материал – бумагу, с влажностью 4– 8 %.

3. Воздействие отрасли на окружающую среду

· Загрязнение атмосферы

Производство целлюлозы – крупный источник загрязнения атмосферы, характер которого обусловлен двумя основными способами производства целлюлозы – сульфитным и сульфатным. Другие способы по характеру выбросов близки к основным.

Больше всего загрязняют атмосферный воздух предприятия, производящие целлюлозу по сульфатному способу . Основная причина выделения вредных газовых соединений – это использование в технологическом процессе сульфида натрия, что приводит к образованию серосодержащих соединений сероводород, метилмеркаптана, диметилсульфида, диметилдисульфида, сернистый и сетный ангидрид. Все эти соединения выделяются через неплотности из большого количества аппаратов, баков и через вентиляционные трубы эти соединения выбрасываются в атмосферу.

Сульфитно – целлюлозное производство загрязняет атмосферу заметно меньше. Главным загрязнителем атмосферы здесь является сернистый ангидрид, который используется для приготовления варочной кислоты.

С загрязнением атмосферы связаны процессы отбелки как сульфитной, так и сульфатной целлюлозы. Причина – применение для отбелки целлюлозы газообразного хлора и двуокиси хлора. При получении хлора и двуокиси хлора образуются такие токсические соединения, как хлористый водород, пары ртути, сернистый ангидрид, щелочные аэрозоли.

Значительным источником загрязнения атмосферы являются тепловые электростанции, необходимые для снабжения производства паром и электроэнергий. При сжигании топлива, угля, щепы дымовые газы содержат частицы золы. При сжигании высокосернистого мазута атмосферный воздух загрязняется сернистым ангидридом.

· Загрязнение объектов гидросферы

Целлюлозно-бумажная промышленность одна из наиболее водоемких отраслей промышленного производства. Она расходует около 9,2 млн. м 3 воды ежесуточно. Кроме большого количества воды отрасль использует различные химикаты и топливо, которые частично в виде потерь и отходов попадают в производственные сточные воды.

Количество и степень загрязнения производственных сточных вод зависят от вида вырабатываемой продукции, мощности предприятия, совершенства технологического процесса и схемы производства.

Сточные воды предприятий ЦБП содержат огромные количества взвешенных и растворенных веществ как органического, так и неорганического происхождения. Взвешенные вещества состоят из кусочков коры, волокна, наполнителей. Растворенная органика представляет собой компоненты древесины – сахара, углеводы, лигнин, и другие. Взвешенные вещества, попадая со сточными водами в водоемы, отлагаются на дне в месте спуска сточных вод и накапливаются в огромных количествах, иногда занимая в водоеме большие площади.

· Действие на биоту водоемов

Органические вещества, осевшие на дно (кора, волокно), в анаэробных условиях загнивают, выделяя вредные газы (СО 2 , СН 4 , Н 2 S), и тем самым образуют очаги вторичного загрязнения. Продукты гниения и распада веществ придают воде водоемов неприятный вкус, отравляют атмосферный воздух. При высокой концентрации газов в водоеме могут погибнуть растительность, микроорганизмы и рыбы.

Неосевшие взвешенные вещества засоряют жабры рыб, что приводит к их гибели. Сточные воды, содержащие щелока, имеют темно – коричневый цвет, что придает воде водоемов темную окраску, препятствует проникновению света на глубину, тормозит процесс фотосинтеза, уменьшает прирост органических соединений, уменьшает кормовую базу для рыб.

Происходит нарушении кислородного баланса водоемов. Растворенные в сточной воде вещества (хлор, углекислый газ, сернистый ангидрид, сероводород, метилмеркаптан), попадая в водоем, придают свежей воде неприятный запах и привкус, который сорбируется мясом рыб, и рыба становится непригодной для пищи. Летучие газы, десорбируясь из воды водоемов, загрязняют атмосферный воздух, губительно действует на окружающую растительность и здоровье человека.

Особую опасность для водоемов представляет ртуть (сточные воды хлорного завода), присутствие которой в ничтожно малых концентрациях (менее 0,001%) способствует подавлению и полному прекращению биологических процессов и делает невозможной очистку воды на сооружениях биологической очистки и в естественных водоемах. Ртутные соединения накапливаются в рыбе.

· Образование твердых отходов

Долгое время кора являлась отходом и ее отвозили в отвал, на что тратились значительные средства, а для отвалов требовались большие площади. Так на одном из предприятий ЦБП под свалку коры при высоте слоя ее 5-6 м был занят участок около20 га. При постройке в настоящее время мощных предприятий, количество коры на отдельных из них достигает 250 м 3 /час и больше. В этих условиях перевозка коры в отвал как по затратам, так и из-за невозможности выделения огромных территорий совершенно недопустима. Также твердыми отходами являются зола от сжигания топлива, шлаковые отходы.

4. Техника защиты окружающей среды

· Очистка от пылегазовых выбросов

Выбор метода для очистки газообразных примесей определяется в первую очередь химическими и физическими свойствами этой примеси, также оказывает влияние характер производства.

В целлюлозно-бумажной промышленности имеется достаточный выбор эффективных жидких поглотителей, что определяет широкое применение метода абсорбции для очистки от газообразных примесей.

Для очистки промышленных выбросов от вредных газообразных компонентов можно использовать различные процессы: абсорбцию, адсорбцию, химическое превращение вредных газообразных компонентов безвредные соединения.

- Абсорбция

В ЦБП для поглощения газовых примесей служат, как правило, водные растворы химикатов, используемых в цикле производства, в некоторых случаях – чистая вода, а иногда и другие поглотители. Выбор поглотителя в каждом конкретном случае определяется свойствами по отношению к абсорбируемому компоненту и в основном – условиями равновесия компонента над поглотителем.

- Адсорбция

Наиболее распространенные адсорбенты: активный уголь, силикагель, алюмогель, цеолиты, минеральные адсорбенты.

Адсорбционные установки непрерывного действия бывают с движущимся поглотителем и с неподвижным его слоем. Адсорбер непрерывного действия представляет собой колонну, в которой сверху вниз под действием силы тяжести движется адсорбент. Он проходит зоны охлаждения, поглощения, нагрева и десорбции.

- Окислительные процессы

К ним относятся сухие и мокрые окислительные процессы, а также процессы каталитического превращения. Очень часто окислительные процессы используют для очистки газов от сернистых соединений.

· Очистка сточных вод

Методы обезвреживания и очистки СВ:

· очистка и повторное использование воды;

· обезвоживание ила и шлама;

· выпаривание СВ;

· осаждение, флокуляция, фильтрование твердых частиц;

· нейтрализация кислых или щелочных СВ;

· использование очищенных СВ в сельском хозяйстве;

· денитрификация СВ.

Очистка сточных вод ЦБП

· Утилизация твердых отходов

Сжигание коры и щелоков существенным образом сокращает расход натурального топлива и позволяет около 30% потребного для предприятий пара получать от их сжигания. Каждая тонна влажной коры при сжигании по тепловому эффекту заменяет 0,2-0,25т условного топлива. Кору можно использовать для процесса пиролиза и получать на выходе биотопливо. Кора используется также в качестве фильтрующего материала при изготовлении дешевых сорбентов, строительных материалов и изделий с применением вяжущих и клеевых веществ, для получения дубильных веществ. Производство из коры топливных брикетов включает в себя ее измельчение, обезвоживание и брикетирование. Технико-экономические расчеты показывают, что производство из древесной коры топливных брикетов экономически целесообразно. Кора – это ценное сырье для получения дубильных экстрактов. Ее надо правильно хранить и быстро отправлять на переработку, пока дубильные вещества не разрушились под воздействием микроорганизмов.

5. Перспективы экологического развития

· В ЦБП неизбежным является образование отходов, для устранения которых необходима модернизация и реконструкция производств с доведением до стандартов экологических показателей действующих в ЕС.

· ЦБП России нуждается в развитии наукоемких технологий продукции. Необходим переход на технологию бесхлорной отбелки целлюлозы.

· Предприятия ЦБП должны начать производство биотоплива в виде энергетической щепы для собственного потребления и на экспорт; в виде энергопеллет.

· Экологически целесообразным будет способ производства многослойного картона для плоских слоев гофрированного картона и бумаги на основе композиции макулатуры (это может покрыть потребность в волокон на 25 – 50 %. Это реальная экономия древесины и является решением утилизации многотоннажного отхода). Перспективно применение золя шлам – лигнина в качестве сорбента для извлечения из сточных вод широкого спектра загрязнений.

· Необходима корректировка действующего российского природоохранного законодательства, так как экологические нормативы не базируются на принципах применения наилучших существующих технологий.

· Улучшение качества продукции и экологических характеристик производства может быть достигнуто путем обеспечения единства методов контроля, как качества продукции, так и промышленных сбросов и выбросов загрязняющих веществ.

Целлюлозно-бумажная промышленность объединяет производства, выпускающих целлюлозу, бумагу, картон. Особенность этих производств - измельчение древесины до размера волокна и изготовление из волокна необходимой продукции. Основные химические компоненты древесины (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин) является высокомолекулярными соединениями, которые соединены между собой не только межмолекулярными, но и некоторыми химическими связями. Поэтому обычными способами разделения органических веществ и отделение их невозможно. Этого можно достичь только в результате определенных химических реакций, которые позволяют перевести один или несколько компонентов в водорастворимый состояние.

Целлюлозное производство

Основное сырье производства - специально подготовленная (балансовая) древесина и отходы лесозаготовок, лесопиления, деревообработки.

Главные составные части древесины:

Целлюлоза - 40-50% (клетчатка, полисахарид, образованный остатками глюкозы: (C6H10O6) n, где n = 5000-20000; главная составная часть клеточных стенок растений, обусловливает их механическую прочность и эластичность растительных тканей, в хлопчатника - 95-98 %, в льне - 80-90%, в джуте - 75%);

Лигнин - 20-30% (аморфное вещество, органический полимер, состоящий из различных ароматических спиртов, содержится в клеточных оболочках растений, вызывает их одеревениння)

Гемицеллюлозы - 17-33% (геми... - полу, полисахариды, имеющих разветвленные цепи и степень полимеризации меньше, чем в полисахаридах - η = 100-200)

Волокна целлюлозы в древесине связаны между собой лигнином. Для удаления лигнина и освобождения от него целлюлозы проводят варку древесины в присутствии реагентов, разрушающих или растворяют нецеллюлозные компоненты.

Перевести в водорастворимый состояние лигнин значительно труднее, поскольку он является полимером сетчатой строения, имеющий ароматические ядра и небольшое количество гидрофильных групп (ОН, СООН). Для этого необходимо провести частичную химическую деструкцию макромолекул лигнина с одновременным введением в его структурные единицы достаточного количества гидрофильных групп.

Процессы перевода лигнина в водорастворимый или растворим в органических соединениях состояние и выделения его из древесины называют делигнификации древесины. Процессы делигнификации древесины, которые сопровождаются переводом в растворимое состояние вместе с лигнином большей части гемицеллюлозы, используют для получения целлюлозы и называют варкой целлюлозы.

В результате процессов варки получают технические целлюлозы, которые в зависимости от условий варки и назначения, содержат еще определенное количество лигнина, гемицеллюлозы и экстрактивных веществ. По содержанию в них нецеллюлозные материалов технические целлюлозы разделяют на:

Полуцеллюлозу;

Целлюлозу высокого выхода;

Небеленой целлюлозы.

Технические целлюлозы используют для производства картона, бумажных мешков, оберточной бумаги и тому подобное. Небеленой целлюлозы преимущественно подвергают дополнительной очистке от нецеллюлозные компонентов, в первую очередь от лигнина, процесс состоит из двух операций - отбеливание и облагораживания целлюлозы.

Отбеливание осуществляется в несколько этапов последовательной действием на диспергированных в воде целлюлозную массу различных окислителей: газообразного хлора хлорной воды; гипохлоритов; оксидов хлора пероксида водорода; кислорода в щелочной среде.

Отбеленного целлюлозу используют для производства печатной бумаги, бумаги для тетрадей и тому подобное.

Облагораживания отбеленной целлюлозы осуществляют обработкой ее раствором гидроксида натрия - 0,5 - 2% раствором при температуре 95 - 135 ° С или 4 - 10% раствором при температуре 15-25 ° С. Облагорожена целлюлоза используется для получения химических волокон, пленок, лаков, пластических масс, бездымного пороха и др.

После очистки целлюлозы около 50% массы химических компонентов древесины становятся водорастворимыми и переходят в варочные растворы. Для достаточно полного их удаления на отмывание целлюлозы расходуется значительное количество воды. Например, на производство одной тонны отбеленной целлюлозы - 200 - 300 м3, а на одну тонну облагороженной целлюлозы - 285-500 м3.

Сточные воды содержат значительное количество различных органических веществ - от 100 до 500 кг для производства одной тонны целлюлозы (в зависимости от способа варки и очистки целлюлозы), поэтому их очистки требует значительных капиталовложений, которые составляют 15-40% от стоимости производства.

В настоящее время используют преимущественно три способа варки целлюлозы - щелочная, сульфатный и сульфитной.

Щелочная варка иелюлозы. Первый технический способ выделения целлюлозы из древесины был разработан в 1854 году К. Ватт и Г. Бургессом. Он заключался в нагревании древесины под давлением с раствором гидроксида натрия (каустическая сода), за что получил название щелочного. Варки проводят в автоклавах. В них помещают деревянные щепки лиственных пород, заливают 4-6% раствор NaOH и нагревают до температуры 165-175 ° С - в течение 2-6 часов. В этих условиях в автоклаве создается давление около 1 МПа. После варки целлюлозную массу отделяют от отработанного варочного раствора, называют натронной лужайкой, очищают от механических примесей и отмывают водой. Получают техническую целлюлозу, которая содержит до 2% лигнина, 20% пентозанов и примерно 78% - целлюлозы. Ее главным образом используют для производства топографического бумаги, хлопковой целлюлозы.

Отработанный варочный раствор, содержащий формальдегиды, каустическую соду и т.п., как правило, испаряют, а вещества, содержащиеся в нем, сжигают для регенерации гидроксида натрия.

Сульфатный варки иелюлозы. Сульфатный способ удаления целлюлозы из древесины также модификацией щелочного способа варки. Основными реагентами варочного раствора в этом способе есть гидроксид и сульфат натрия.

Изобретателем сульфатного варки считают Даля (1884 г.). Даль предложил для компенсации щелочи при натронной варки использовать сульфат натрия, который был в то время промышленным отходом. Это и обусловило название метода. Суть метода заключается в том, что отработанному натронной лужайке во время его сжигания добавляют сульфат натрия.

Сульфатный варки проводят в аппаратах непрерывного действия, в которые подают технологическую щепу любых пород древесины или тростника и варочные растворы, содержащие 4 - 8% NaOH и NaSH. В течение 2-4 часов поднимают температуру до 165-180 ° С. Целлюлозную массу отделяют от отработанного варочного раствора (который называют черным лужайкой) и промывают. Иногда, перед сульфатной варкой, проводят предварительный гидролиз древесины разбавленными кислотами (0,3 - 0,5% H2SO4 или 0,5 - 1,0% НСl при температуре 100-125 ° С в течение 2-5 часов) или водой (при температуре 140 - 180 ° с в течение 0,5 - с часов) с целью выделения из нее гемицеллюлозы. С черного лужайке выделяют сульфатный мыло. Сульфатный мыло представляет собой смесь натриевых, смоляных и высших жирных карбоновых кислот, сложных эфиров, высших спиртов и др. В процессе сульфатной варки хвойных пород древесины с варочного раствора испаряются терпеновые углеводороды, конденсацией которых получают сульфатный скипидар.

Сульфатный способ варки целлюлозы наиболее распространенный в мире, так как позволяет перерабатывать на целлюлозу все виды древесины, а также другие целлюлозосодержащих природные материалы (тростник, солома и т.д.), с экологической точки зрения для приготовления варочного раствора используются относительно токсичные вещества - сульфат натрия и известь. С их помощью получают больше половины всей целлюлозы.

Сульфитной варки целлюлозы. Сульфитный способ варки целлюлозы был внедрен в производство впервые в Швеции - 1874 В отличие от щелочных способов, сульфитной варки целлюлозы проводят в кислой или нейтральной среде. Изобретателем метода считают Ф.Тильгмена, который в 1866 предложил использовать раствор диоксида серы в воде в присутствии солей, серной кислоты. В процессе растворения SO2 в воде образуется сернистая кислота. Как слабая кислота, в водном растворе, она разлагается преимущественно с образованием гидрид-аниона (бисульфит- аниона):

SO 2 + H 2 O → H 2 SO 3

H 2 SO 3 Û H + + HSO 3

Сульфитной варки проводят в варочных котлах, изготовленных из кислотостойкого материала и оборудованных принудительной циркуляцией варочного раствора, в которые подают технологическую щепу (преимущественно хвойных пород древесины) и варочный раствор. В течение 1,5-4 часов постепенно поднимают температуру до 100-110 ° С. Выдерживают, при этой температуре древесину 1-2 часа, а затем температуру повышают до 135 - 150 ° С и выдерживают еще 1-4 часа. Полученную небеленой целлюлозы отделяют от отработанного варочного раствора, называют сульфитным лужайкой, и отмывают.

При производстве одной тонны целлюлозы получают 8-9 м3 сульфитного лужайке, содержащий различные вещества, а именно: углеводороды (С - 4,5%), Альдоны кислоты (0,6 - 0,8%), сернистой кислоты и ее соли, муравьиную и уксусную кислоты и др. Поскольку сульфитный лужайка содержит значительное количество моносахаридов, его подвергают биохимической или химической переработке.

Биохимической переработкой сульфитного лужайке преимущественно получают кормовые белки, этиловый спирт, антибиотики и многоатомные спирты. На одну тонну полученной переработкой лужайке целлюлозы получают 100 -110 кг кормовых белков, или 80 - 100 литров этилового спирта, а также 1,0 - 1,2 тонн концентрата сульфитоспиртовои барды.

Химической переработкой сульфитного лужайке получают ванилин, фенолы, ароматические кислоты. В мире этим способом получают около 30% древесной целлюлозы, используемой для производства различных сортов бумаги и картона.

Существует свыше 5000 сортов или типов бумаги, которые обычно делят на три основных класса: 1. собственно бумага (оберточная, гигиеническая, писчая и печатная) 2. картон (используемый для производства бумажной тары) 3. строительный (изоляционный, облицовочный) картон, применяемый главным образом в строительстве

Бумагоделательные машины Существует два типа машин для изготовления бумаги и картона – плоскосеточные (столовые) и круглосеточные (цилиндровые). Плоскосеточные используются для изготовления однослойной бумаги, цилиндровые – многослойного картона. Созданы многочисленные механизмы и приспособления к указанным базовым машинам для получения различных сортов бумаги и картона.

Плоскосеточная машина Секция отлива бумажного полотна плоскосеточной машины представляет собой натянутую равномерную проволочную сетку длиной 15 м и более. Взвешенные в воде волокна наливаются на переднюю часть движущейся сетки через устройство, называемое напорным ящиком. Большая часть воды дренирует через сетку в процессе ее движения, а волокна сбиваются в слабое влажное полотно. Это полотно перемещается шерстяными сукнами между несколькими наборами валов, которые отжимают воду. После этого полотно бумаги поступает в сушильную часть бумагоделательной машины. Далее бумажное полотно поступает в отделочную часть. Здесь один или несколько каландров гладят бумагу. При движении между валами сверху вниз полотно становится более гладким, плотным и равномерным по толщине. Затем полотно разрезается на полосы нужной ширины и наматывается в рулоны.

Цилиндровая машина Цилиндровая (круглосеточная) машина отличается от плоскосеточной тем, что в ней секция отлива бумаги представляет собой цилиндр, обернутый сеткой. Этот цилиндр вращается в ванне, заполненной суспензией волокон. Вода дренирует через сетку, оставляя своеобразный мат из волокон, который снимается шерстяным сукном при контакте с верхней частью цилиндра. Помещая несколько ванн в ряд и используя то же самое сукно для удаления собранных в мат волокон от каждой ванны последовательно, можно получить слоистую структуру; толщина этого листа, или картона, лимитируется числом цилиндров и мощностью сушки. Остаточная вода удаляется пропусканием полотна через прессовые и сушильные секции, аналогичные используемым на плоскосеточной машине. Центробежное действие вращающегося цилиндра стремится сбросить находящиеся на нем волокна. Это вынуждает ограничивать скорости работы 150 м/мин. Получающееся при этом бумажное полотно после резки пригодно для высококачественной печати.

Сырьем для бумажной массы служат древесина и другие богатые целлюлозой материалы. Нередко предприятия по производству целлюлозы и бумаги составляют одно целое. Перерабатывающие цеха или заводы превращают бумажную массу в бумагу и картон, из которых изготавливаются такие предметы, как конверты, вощеная бумага, упаковка для пищевых продуктов, наклейки, коробки и многое другое.

Подготовка бумажной массы Процесс отбеливания не зависит от процесса получения бумажной массы. Хлор в той или другой форме является основным отбеливающим реагентом. Перекиси и бисульфиты используются для осветления при механическом получении бумажной массы. До и после отбеливания эта масса просеивается и промывается в разной последовательности до тех пор, пока не будет состоять полностью из отдельных волокон, свободных от следов химикатов. После этого полученная масса, особенно если она содержит продукты, полученные из тряпья и сульфитной бумажной массы, должна быть дополнительно расплющена. Далее добавляются красители, минеральные пигменты и органические материалы (клеи), которые придают влагопрочность, водонепроницаемость и облегчают адгезию типографской краски.

Источники сырья для получения бумажной массы Все шире используется макулатура; предварительно из нее удаляются типографская краска и другие примеси. Затем ее обычно смешивают со свежей целлюлозой, чтобы придать дополнительную прочность на случай использования для изготовления более высоких сортов бумаги, например книжной; без обесцвечивания макулатуру используют главным образом при производстве картона для коробок и другой тары. В некоторой степени используются также отходы тряпья, что позволяет получить высокосортную писчую бумагу, бумагу для облигаций и денежных знаков, пигментную бумагу и другие специальные ее виды. Грубый картон делается из соломенной целлюлозы. В специальных изделиях могут быть применены асбест и натуральные и синтетические волокна, такие, как лен, пенька, искусственный шелк, нейлон и стекло.

Изготовление бумаги из древесной массы Очищенные балансы подаются в рубильную машину, где превращаются в мелкую щепу. Щепа варится в варочном котле примерно три с половиной часа, после чего поступает в продувочный бассейн. Распыленная древесная масса пропускается через промывочный агрегат и разбрызгивается; в распределительной ванне древесные волокна, пригодные для изготовления бумаги, через фильтровальные сетки поступают в отбеливающий бассейн. Древесная масса расплющивается, а затем подвергается трепанию в рафинере, так что волокна прочнее сцепляются вместе. Суспензия примерно 99,5% воды и 0,5% массы из машинного бассейна равномерно наносится на сетку плоскосеточной бумагоделательной машины. Вода стекает через сетку в отсасывающий ящик, а вальцовые прессы и сушильные цилиндры осуществляют дальнейшее уменьшение влажности. В конце сушильного отделения при намотке на бобину бумага проглаживается каландрами. Рулон последовательно разрезается на части нужных ширины и веса и перематывается. Смотанный рулон готов к транспортировке.

Процессы получения бумажной массы из древесины Поскольку бумага может быть сделана почти из любого волокнистого материала, существует много разнообразных методов получения бумажной массы, которые различаются в соответствии с требованиями к конечному продукту. Известны, однако, три основных процесса превращения древесины в бумажную массу: механический, химический и полу химический. Бревна, поступающие на завод в неочищенном виде, должны быть очищены от коры (окорены). Затем заготовка пропускается через рубильную машину, которая разрубает ее на куски размером 6-7 см (щепу), чтобы подготовить древесину к химической обработке (это не обязательно для получения бумажной массы механическим способом).

Механический процесс В механическом процессе очищенные от коры бревна измельчают. При этом не происходит никакого химического изменения, и полученная древесная масса содержит все компоненты исходной древесины. Она отбеливается перекисями, но остается при этом нестабильной и со временем портится. Поскольку операция измельчения не идеально разделяет волокна, приводя к комкованию, бумага из массы, полученной механическим способом, оказывается относительно слабой. Поэтому такая древесная масса используется вместе с бумажной массой, полученной посредством химических процессов. Применение механически изготовленной массы ограничено такими продуктами из бумаги и картона, как газетная бумага и макулатурный картон, где высокие качества и прочность несущественны.

Сульфитный процесс Приготовление бумажной массы путем проведения сульфитного процесса требует обработки щепы в варочной жидкости, содержащей ионы бисульфита в комбинации с кальцием и (или) магнием, аммиаком или натрием. Комбинация кальций-магний применяется по преимуществу на целлюлозных заводах. Среди лесоматериалов предпочтение отдается ели и западному гемлоку. Получаемая древесная масса легко отбеливается и устойчива к механическому истиранию. Неотбеленная масса используется для картона, из которого изготавливают упаковку, в смеси с механически получаемой массой - для газетной бумаги, а отбеленная - для всех сортов белой бумаги, например для книг, облигаций, бумажных салфеток и высококачественной оберточной бумаги. В качестве реагента для производства бумажной массы можно использовать нейтральный сульфит натрия. Он дает бумажную массу, сходную с той, что получается при кислотно-сульфитном процессе. Однако из-за дороговизны и сложности утилизации его применение в производстве высококачественной бумажной массы химическим способом было незначительным. Более широко он используется при получении массы полу химическим способом, которая идет на изготовление гофрированного картона.

Содовый и сульфатный процессы Содовый процесс представляет собой один из видов щелочных процессов. Щепа варится в растворе каустической соды, или едкого натра (NaOH). Содовая бумажная масса изготавливается главным образом из твердых пород дерева, таких, как осина, эвкалипт и тополь. Она используется по преимуществу в смеси с сульфитной массой для изготовления печатных сортов бумаги. Сульфатный процесс также относится к щелочным. В варочную жидкость, представляющую собой раствор каустика, добавляют серу, которая ускоряет процесс изготовления массы, позволяет уменьшить рабочее давление и расход тепла и действует эффективно на все виды древесины. Сульфатный процесс применяется там, где нужна прочность продукта, например для изготовления высококачественной оберточной бумаги и картона. Среди используемых в этом процессе пород дерева доминирует сосна, имеющая длинные сильные волокна. Хотя сульфатная древесная масса отбеливается труднее, чем сульфитная, получающийся белый продукт может отличаться высоким качеством.

Полухимический процесс Этот процесс представляет собой комбинацию химического и механического процессов обработки. Древесина нагревается с небольшим количеством химикатов настолько, чтобы связи между волокнами ослабли. Одной из разновидностей этого процесса является холодный содовый процесс, при котором щепа подвергается слабой обработке раствором едкого натра при атмосферных давлении и температуре. После этого щепа, сохраняющая свои свойства при такой обработке, подается на истирающее устройство, которое разделяет волокна. Степень «чистоты» бумажной массы зависит от глубины химической обработки. В зависимости от используемых химикатов этот процесс подходит к любым породам дерева; химические требования здесь ниже, чем при химическом процессе, а выход – вес массы на корд древесины – выше. Поскольку клубочки волокон удаляются не полностью, качество получаемой таким способом бумажной массы при увеличении выхода снижается до качества массы, получаемой в механическом процессе.