Жылқы фабрикасы немесе өсімдік талшығын өңдеу орны

Кіріспе

Ағаш немесе өсімдік талшығын целлюлозаға айналдыратын қондырғы.

Целлюлоза фабрикасы – ағаш сынықтарын немесе өсімдік талшығының басқа да көздерін қалың талшықты тақтаға айналдыратын және одан әрі өңдеу үшін қағаз фабрикасына жіберілетін өндірістік кәсіпорын. Целлюлозаны механикалық, жартылай химиялық немесе толық химиялық әдістермен (крафт және сульфит процестері) өндіруге болады. Дайын өнім тұтынушының талаптарына сәйкес ақталған немесе ақталмаған болуы мүмкін. Целлюлоза жасауға қолданылатын ағаш және басқа өсімдік материалдарының құрамында үш негізгі компонент (судан басқа) бар: целлюлоза талшықтары (қағаз жасау үшін қажет), лигнин (целлюлоза талшықтарын байланыстыратын үш өлшемді полимер) және гемицеллюлозалар (қысқа тізбекті, тармақталған көмірсутек полимерлері). Целлюлоза жасау мақсаты – талшық көзінің (сынықтар, сабақтар немесе өсімдіктің басқа бөліктері) ірі құрылымын құрамдас талшықтарға бөлу. Химиялық целлюлоза жасау лигнин мен гемицеллюлозаны ұсақ, суда еритін молекулаларға ыдыратып, оларды целлюлоза талшықтарынан полимерлендірмей (целлюлозаны химиялық жолмен полимерлендіру талшықтарды әлсіретеді) жууға мүмкіндік береді. Механикалық целлюлоза жасаудың әртүрлі әдістері, мысалы, тоқылған ағаш (GW) және талқандалған механикалық (RMP) целлюлоза жасау, целлюлоза талшықтарын бір-бірінен физикалық күшпен бөліп алады. Лигниннің көп бөлігі талшықтарға жабысып қалады, сондықтан беріктігі төмендеуі мүмкін, себебі талшықтар кесілуі мүмкін. Гибридтік целлюлоза жасау әдістері химиялық және жылулық өңдеудің комбинациясын қолданады, содан кейін қысқартылған химиялық целлюлоза жасау процесі басталады, одан кейін талшықтарды бөлу үшін механикалық өңдеу жүргізіледі. Бұл гибридтік әдістерге термомеханикалық целлюлоза жасау (ТМП) және химиялық термомеханикалық целлюлоза жасау (CTMP) жатады. Химиялық және жылулық өңдеулер механикалық өңдеуге қажетті энергия мөлшерін азайтады, сонымен қатар талшықтардың беріктігін жоғалтуын да азайтады. Қағаз жасау үшін целлюлоза дайындаудың ең ерте белгілі әдістері 8-шы ғасырда Самарқанда, Аббасид халифатында сумен жұмыс істейтін құрылғылар болған.

Теміршік

Келесі тараулардағы технология туралы көптеген мәліметтер C. J. Biermannның кітабынан алынған. Әртүрлі қағаз жасау процестерінің химиясы Сёстромның кітабында келтірілген.

Тiршiлiк көзiн дайындау

Қағаз фабрикалары үшін ең көп таралған талшық көзі – қағаз ағашы. Басқа да кең таралған көздер – бағасс және талшықты дақылдар. Ағаш (ағаштар) талшық көзі ретінде қолданылатын барлық фабрикалардағы алғашқы қадам – қабығын сыпыру. Қабықта пайдалы талшықтар аз және ол қағазды қараңғылатады. Сыпырылған қабық, басқа пайдаланбалы өсімдік материалдарымен бірге, фабриканы іске қосу үшін бу шығаруға өртеледі. Ағаштың барлық бөлігі дерлік, талшықтарды босату үшін одан әрі өңдеуге дейін тілімделеді. Қабықты сыпыру қабық сыпыру машинасымен (немесе қабық алу машинасымен) жүзеге асырылады. Қабықтың жабысуы өсу маусымында (жазда) шамамен 3–5 кг/см² және тынығу маусымында (қыста) 2-3 есе жоғары болады. Мұздаған ағаштардың қабығын сыпыру одан да қиын. Химиялық қағаз фабрикаларында қабық кальций, кремний және алюминий сияқты қажетсіз қоспаларды енгізеді, бұл қабыршақтануға және химиялық қайта өңдеу жүйесіне қосымша жүктемеге әкеледі. Бірдей қабықта бетулин бар, ол терпеноид, ол қағаз фабрикасында оңай шөгінділерді құрайды.

Механикалық целлюлоза фабрикалары

Алғашқы диірмендер "болт" деп аталатын кішкентай ағаш бөліктерін ұнтақтау үшін құмтас доғарғыштарды қолданған, бірақ табиғи тас қолданысы 1940 жылдары кремний карбиді немесе алюминий оксиді қосылған жасалған тастардың енгізілуімен тоқтатылды. Осы процесте жасалған қағаз массасы "таспен ұнтақталған ағаш" (SGW) массасы деп аталады. Егер ағаш қысыммен, герметикалық ұнтақта ұнтақталса, онда масса "қысыммен ұнтақталған ағаш" (PGW) массасы деп жіктеледі. Көптеген қазіргі заманғы диірмендер кішкентай ағаштардың орнына жоңқаларды, ал доғарғыштардың орнына "майыстырғыш пластиналар" деп аталатын жоңқалайтын металл дискілерді пайдаланады. Егер жоңқалар пластиналармен ғана ұнтақталса, онда масса "механикалық жоңқалау" (RMP) массасы деп аталады, ал егер жоңқалар жоңқаланғанда бумен қайнатылса, онда масса "термомеханикалық" (TMP) массасы деп аталады. Бумен өңдеу масса жасауға қажетті жалпы энергияны айтарлықтай азайтады және талшықтардың зақымдануын (кесілуін) азайтады. Механикалық масса өндіретін фабрикалар көп мөлшерде энергияны, көбінесе электр қуатын, ұнтақтағыштарды қозғалтатын моторларға жұмсайды. Қажетті электр энергиясының шамамен мөлшері – 10 000 мегаджоуль (МДж) тонна массаға (2750 кВт/сағ тоннаға).

Химиялық целлюлоза фабрикалары

Крэфт (немесе сульфат) процесі және сульфит процесі сияқты химиялық қағаз жасау процестері гемицеллюлозалар мен лигнинді көп мөлшерде жояды. Крэфт процесі сульфит процесіне қарағанда целлюлоза талшықтарына аз зақым келтіреді, осылайша берік талшықтар шығарады, бірақ сульфит процесі ағартуға оңай болатын қағаз массасын жасауға мүмкіндік береді. Химиялық қағаз жасау процестері лигниндік байланыстарды бұзу үшін жоғары температурамен және сілтілік (крэфт) немесе қышқыл (сульфит) химиялық заттардың үйлесімін пайдаланады. Дегенмен, атмосфералық ластану және крэфт процесіндегі ағынды сулардағы ластаушылар кеңінен құжатталған.

Қайнату ыдысына берілетін материал қағаз жасау сұйықтығының толық түрде енуіне мүмкіндік беретіндей кішкентай болуы керек. Ағаш үшін, бұтақтар тілімделіп, тілімдері қайнату ыдысына берілетін шикізаттың біртекті өлшемде екеніне көз жеткізу үшін сұрыпталады. Өлшемнен асатын тілімдер отын ретінде пайдаланылады немесе қайтадан тілімделеді, ал арақ шаңы сату үшін өртелуі немесе жиналуы мүмкін. Сұрыпталған тілімдер немесе кесілген өсімдік материалдары (бамбук, кенаф және т.б.) қайнату ыдысына жіберіледі, онда олар қағаз жасау химиялық заттарының сулы ерітіндісімен араластырылып, содан кейін бумен қыздырылады. Крэфт процесінде қағаз жасау химиялық заттары натрий гидроксиді және натрий сульфиді болып табылады, ал ерітінді ақ сұйық деп аталады. Сульфит процесінде қағаз жасау химиялық заты металл (натрий, магний, калий немесе кальций) және аммоний сульфиті немесе сульфиттің қоспасы болып табылады. Бірнеше сағаттан кейін тілімдер немесе кесілген өсімдік материалы қалың қою қамырға айналады және ауа шлюзі арқылы қайнату ыдысынан сығылып шығарылады немесе "үрленеді". Қысымның күрт өзгеруі талшықтардың жылдам кеңеюіне және одан да көп бөлінуіне әкеледі. Сулы ерітіндідегі пайда болған талшық суспензиясы "қоңыр масса" деп аталады. Қоңыр масса жуғыштары, кері ағымды пайдалана отырып, қолданылған пісіру химиялық заттарын және ыдыраған лигнинді және гемицеллюлозаны жояды. Крэфт процесінде қара сұйықтық деп, ал сульфит процесінде қызыл немесе қоңыр сұйықтық деп аталатын алынған сұйықтық шоғырландырылып, өртеліп, натрий және күкірт қосылыстары қалпына келтіру процесінде қайта өңделеді. Лигносульфонаттар - сульфит процесінде пайдаланылған сұйықтықтан алынатын пайдалы қосалқы өнім. Таза қағаз массасын (зауыт) соңғы қолданылуына байланысты ағарту зауытында ағартуға болады немесе ағартусыз қалдыруға болады. Қағаз массасы қағаз машинасының торына бүркіп, су ағызылып, талшықтардан жасалған парақты қысып, одан әрі су алынып, содан кейін кептіріледі. Бұл кезде қағаз массасының қалыңдығы бірнеше миллиметрге жетеді және беті дөрекі болады: ол әлі қағаз емес. Кептірілген қағаз массасы кесіліп, үйіліп, қапталдалып, басқа мекемеге қажетті қосымша өңдеу үшін жіберіледі. Ағартылған крэфт қағаз массасы және ағартылған сульфит қағаз массасы жоғары сапалы ақ баспа қағазын жасау үшін қолданылады. Ағартылмаған крэфт қағаз массасының ең көп қолданылатыны - беріктігі ерекше маңызды қоңыр қағаздан жасалған сөмкелер мен орау қағазы. Ағартылған сульфит қағаз массасының арнайы сұрыптары, еріту қағаз массасы деп аталады, ол метилцеллюлоза сияқты целлюлоза туындыларын жасауға қолданылады, олар дәрі-дәрмектерден бастап нан пісіру өнімдеріне дейін және қабырға қағазына дейін күнделікті өнімдердің кең ауқымында қолданылады.

The material fed into the digester must be small enough to allow the pulping liquor to penetrate the pieces completely. In the case of wood, the logs are chipped and the chips screened to ensure that the feed to the digester is of a uniform size. Oversized chips are either used as fuel or run through the chipper again, while sawdust may be burned or collected for sale. The screened chips or cut plant material (bamboo, kenaf, etc.) goes to the digester where it is mixed with an aqueous solution of the pulping chemicals, then heated with steam. In the kraft process the pulping chemicals are sodium hydroxide and sodium sulfide and the solution is known as white liquor. In the sulfite process the pulping chemical is a mixture of metal (sodium, magnesium, potassium, or calcium) and ammonium sulfite or sulfite. After several hours in the digester, the chips or cut plant material breaks down into a thick porridge like consistency and is "blown" or squeezed from the outlet of the digester through an airlock. The sudden change in pressure results in a rapid expansion of the fibers, separating the fibers even more. The resulting fiber suspension in water solution is called "brown stock". Brown stock washers, using countercurrent flow, remove the spent cooking chemicals and degraded lignin and hemicellulose. The extracted liquid, known as black liquor in the kraft process, and red or brown liquor in the sulfite processes, is concentrated, burned and the sodium and sulfur compounds recycled in the recovery process. Lignosulphonates is a useful byproduct recovered from the spent liquor in the sulfite process. The clean pulp (stock) can be bleached in the bleach plant or left unbleached, depending on the end use. The stock is sprayed onto the pulp machine wire, water drains off, more water is removed by pressing the sheet of fibers, and the sheet is then dried. At this point the sheets of pulp are several millimeters thick and have a coarse surface: it is not yet paper. The dried pulp is cut, stacked, bailed and shipped to another facility for whatever further process is needed. Bleached kraft pulp and bleached sulfite pulp are used to make high quality, white printing paper. One of the most visible uses for unbleached kraft pulp is to make brown paper shopping bags and wrapping paper where strength is particularly important. A special grade of bleached sulfite pulp, known as dissolving pulp, is used to make cellulose derivatives such as methylcellulose which are used in a wide range of everyday products from laxatives to baked goods to wallpaper paste.

Химиялық-механикалық целлюлоза фабрикалары

Кейбір диірмендер ағаш сынықтарын немесе сабан сияқты басқа өсімдік материалдарын, механикалық диірменге ұқсас жабдықпен өңдеуден бұрын, натрий карбонаты, натрий гидроксиді, натрий сульфиті және басқа химиялық заттармен алдын ала өңдейді. Химиялық өңдеу шарттары химиялық целлюлоза жасау процесіне қарағанда әлдеқайда жеңіл (төмен температура, қысқа уақыт, аздап экстремалды pH деңгейі), себебі мақсат – талшықтарды өңдеуді жеңілдету, толық химиялық процестегідей лигнинді жою емес. Осы гибридтік процестер арқылы алынған целлюлозалар химиялық-термомеханикалық целлюлоза (CTMP) деп аталады. Кейде CTMP зауыты крафт зауытымен бір орында орналасады, сонда CTMP зауытының тазартылған сулары крафт өндірісін қалпына келтіру процесінде өңделіп, органикалық емес целлюлозалық химиялық заттарды қайта жаңартуға мүмкіндік береді.

Жоспарлау

Ұнтақ өңдеу процесі көптеген өндіріс кезеңдерін қамтиды, көбінесе аралық сақтау ыдыстарымен байланысты. Әрбір кезеңнің өнімділігі әртүрлі болғандықтан және тұйықтар күннен-күнге өзгеруі мүмкін болғандықтан, қағаз фабрикасын жоспарлау кезінде осы тұйықтарды және бұзылу немесе істен шығу ықтималдығын ескеру қажет. Әрбір кезеңде бу / су / химиялық заттар сияқты әртүрлі шешім қабылдау айнымалылары болуы мүмкін. Сонымен қатар, жоспарлау кезінде отынды оңтайландыру және CO2 шығарылымдарын қарастыру қажет, себебі энергия қажеттілігінің бір бөлігі қазба отынымен жұмыс істейтін қазандықтар есебінен өтелуі мүмкін. Басты мақсат – өндірісті ең төменгі құнмен барынша арттыру.

Құрылыс материалдары

Тот баспайтын болаттар қағаз және целлюлоза өнеркәсібінде екі негізгі себеппен кеңінен қолданылады: өнімнің темірмен ластануын болдырмау және қағаз жасау процесінде қолданылатын түрлі химиялық заттарға қарсы коррозияға төзімділігі. Целлюлоза жасау процесінің барлық кезеңдерінде әртүрлі типтегі тот баспайтын болаттар қолданылады. Мысалы, ағаш кесектерін целлюлозаға айналдыру үшін дигестерлерде дуплекстік тот баспайтын болаттар, ал ақтандыру зауытында 6% молибдендік супер аустениттік тот баспайтын болаттар қолданылады.