ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ В ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

PROSPECTS FOR THE USE OF WOOD PULP IN THE PULP AND PAPER INDUSTRY

Natalia Shumarina

undergraduate, Department of Machines and Devices of Industrial Technologies, Siberian State University of Science and Technology. ac. M.F. Reshetneva,

Russia, Krasnoyarsk

Egor Batrakevich

undergraduate, Department of Machines and Devices of Industrial Technologies, Siberian State University of Science and Technology. ac. M.F. Reshetneva,

Russia, Krasnoyarsk

Valentina Shurkina

scientific supervisor, candidate of technical sciences, department of Machines and Apparatus of Industrial Technologies ac. M.F. Reshetneva,

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

Был проведен анализ научно – технической литературы, который показал, что в настоящее время объем производства полуфабрикатов с высоким выходом из древесины сравнительно выше, чем объем производства целлюлозы, что непосредственно связано с расширением области применения химико – термомеханической массы.

ABSTRACT

The analysis of scientific and technical literature was carried out, which showed that at present the volume of production of semi – finished products with a high yield from wood is relatively higher than the volume of pulp production, which is directly related to the expansion of the field of application of chemical and thermomechanical mass.

Ключевые слова: ХТММ, волокнистые полуфабрикаты, химическая переработка, древесная масса.

Keywords: HTMM, fiber semi-finished products, chemical processing, wood pulp.

Современная целлюлозно – бумажная промышленность производит широкий спектр бумаги и картона различного назначения. Качество и внешний вид продукции варьируются в очень широком диапазоне. Одним из методов достижения разнообразия свойств является использование в композиции бумаги или картона нескольких отличных по свойствам волокнистых полуфабрикатов, таких как целлюлоза, полуцеллюлоза и механические массы. До настоящего момента основным является целлюлоза, так как большинство массовых видов бумаги и картона вырабатывается именно из этого полуфабриката [4].

В то же время целлюлоза достаточно дорогостоящий материал, метод выработки которого вызывает значительные нарекания с экологической точки зрения. В последствие чего ученые и так же непосредственно производители бумаги ведут поиск и разработку полуфабрикатов, которые способны заменить целлюлозу в композиции без ущерба качеству бумаги. На сегодня такой альтернативой являются механические древесные массы.

По мере развития химии, а также химической технологии древесина стала приобретать все большую значимость в качестве сырья для химической переработки. Характерной чертой древесного сырья считается его быстрая естественная и непрерывная возобновляемость.

Существуют различные виды механической древесной массы. В данной статье в качестве примера будет рассмотрена химико – термомеханическая масса (ХТММ), как масса с высоким выходом из древесины [5].

ХТММ – это химико – термомеханическая масса, получаемая путем совместной химической и термогидролитической обработки и размола щепы. Щепу предварительно нагревают до температуры около 100°С в присутствии химикатов или предварительно обрабатывают щепу химикатами перед нагревом. Полученную волокнистую массу в последствие обрабатывают паром и после размалывают в две ступени под давлением [2].

Непосредственно процесс получения ХТММ по сравнению с другими обладает рядом преимуществ:

• меньшие капитальные расходы;
• высокий выход массы из древесины (85 – 92%);
• значительное сокращение вредных газовых выбросов в атмосферу по сравнению с производством целлюлозы;
• полная автоматизирование технологических процессов;
• цена конечного продукта.

Усовершенствование процесса получения ХТММ, а также его модификация с учетом начального древесного сырья различных пород делает его целесообразным, беря во внимание, что на этот момент все больше процессов в целлюлозно – бумажной промышленности ориентированы на разработку и внедрение ресурсосберегающих и экологически неопасных технологий. Это является актуальной проблемой в настоящее время [1].

Производство ХТММ

Современные предприятия, которые занимаются производством ХТММ могут характеризоваться наличием следующих отличительных черт технологического характера:

• пропитка щепы многоступенчатая;
• промывка многоступенчатая (так же между ступенями размола);
• двух-, трехступенчатый размол;
• фракционирование и так далее.

Рассмотрим процессы получения ХТММ:

Процесс Сундс-Дефибратор (рис. 1) считается типовым по последовательности операция, режиму обработки и принципиальному аппаратному оформлению. Хвойная и лиственная древесина перерабатывается по разным режимам химической и тепловой обработки.

Рисунок 1. Схема процесса Сундс – Дефибратор:

1 – установка промывки щепы; 2 – щепа со склада сырья; 3 – оборотная вода; 4 – бункер щепы; 5 – пар; 6 – импрегнатор «Прекс»; 7 – растворы реагентов; 8 – припарочная камера с винтовым питателем; 9 – рафинер первой ступени размола; 10 – первый расширительный циклон; 11 – рафинер второй ступени размола; 12 – второй расширительный циклон; 13 – ХТММ на дальнейшую обработку; 14 – пар в установку рекуперации тепла.

Древесина подвергается предварительной обработке. Щепа, которая поступает со склада пропитывается холодным раствором сульфита натрия предварительно после промывки и продувки паром. Расход сульфита должен составлять 3% от массы древесины. Описанная выше операция проводится в ипрегнаторе «Прекс». «Прекс» - это вертикальная емкость с винтообразным питателем и перемещающим механизмом шнекового типа. Сжатие щепы в питателе способствует удалению из нее остатков воздуха, излишка влаги, а также части экстрактивных элементов. Дальнейшая неполная релаксация объема древесины гарантирует скорую и достаточно полную пропитку веществом реагента. Уже после прогрева острым паром в пропарочной камере в течение 2 – 5 минут при 120 – 135 °С щепа размалывается под давлением в два этапа.

С целью обработки древесины необходимо воздействие сульфита натрия с расходом до 3% и щелочного реагента – гидроксида натрия с расходом 1 – 2%, либо карбоната натрия с расходом от 1,5 до 4% в течение 2 – 5 минут при температуре 100 – 120 °С [3].

Процесс Пакс (рис. 2), созданный шведской компанией Целлеко, базируется на том, что даже неглубокое сульфирование древесины может заметно повысить степень пластификации лигнина. Первая промышленная установка запущена в США в 1985 году. Щепа уже после продувки паром пропитывается холодным 0,2% - ным раствором сульфита натрия и подвергается кратковременному нагреву при 115 °С.

Рисунок 2. Схема процесса Пакс:

1 – установка промывки щепы; 2 – щепа со склада сырья; 3 – оборотная вода; 4 – бункер щепы; 5 – пар; 6 – импрегнатор «Прекс»; 7 – растворы реагентов; 8 – припарочная камера с винтовым питателем; 9 – рафинер первой ступени размола; 10 – первый расширительный циклон; 11 – рафинер второй ступени размола; 12 – ХТММ на дальнейшую обработку; 13 – пар в установку рекуперации тепла

Первая стадия размола осуществляется при повышенном давлении, вторая – при атмосферном. Волокнистый полуфабрикат из хвойной древесины получается с выходом выше 96% и хорошими прочностными свойствами. При этом более результативно, чем при других способах производства ХТММ, решаются задачи уменьшения расхода химикатов, а также очищения стоков.

При производстве ХТММ благодаря химической обработке и большему разрушению лигноуглеводного комплекса вследствие количество длинных волокон возрастает с 30 до 50%. В данном случае волокна преобретают необходимую гибкость и фибриллированность с целью формирования необходимых межволоконных связей, которые способствуют более прочному скреплению отдельных волокон в бумажный лист.

Заключение

Выполненный анализ научно – технической литературы показал, что ХТММ обладает всеми важными свойствами, которые необходимы для получения качественной продукции при ее сравнительно невысокой цене. По этой причине ХТММ можно причислить к перспективным волокнистым полуфабрикатам с целью изготовления бумаги и картона.

Список литературы:

1. Коваленко, М.В. Возможность производства полуфабрикатов высокого выхода из древесины лиственницы / М.В. Коваленко, Д.С. Казымов // Materialy VIII Miedzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Naukowa przestrzen Europy. – 2012. – Vol. 35. – P. 58-61.
2. Непенин, Ю. Н. Современные полуфабрикаты высокого выхода для производства печатных видов бумаги / Ю. Н. Непенин, В. А. Жалина, С. С. Пузырев. – М.: ВНИПИЭИ-леспром, 1986. – Вып. 8. – 48 с.
3. Никитин, Н.И. Химия древесины и целлюлозы / Н.И. Никитин. – Л.: АН СССР, 1962. – 711 с.
4. Технология целлюлозно-бумажного производства: справ. материалы: в 3 т. Т.1: Древесное сырье и производство полуфабрикатов; Ч. 3: Производство полуфабрикатов. – СПб.: ВНИИБ, 2004. – 316 с.
5. Шамко, В.Е. Полуфабрикаты высокого выхода / В.Е. Шамко. – М.: Лесная промышленность, 1989. – 56 с.