Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Процесс превращения древесины в древесную целлюлозу
Process of converting wood into wood pulp
Процесс крафт (также известный как крафт-варка или сульфатный процесс) – это процесс преобразования древесины в древесную целлюлозу, состоящую из почти чистых целлюлозных волокон, основного компонента бумаги. Процесс крафт включает обработку древесной щепы горячей смесью воды, гидроксида натрия (NaOH) и сульфида натрия (Na2S), известной как белый щелок, которая разрушает связи между лигнином, гемицеллюлозой и целлюлозой. Технология включает в себя несколько механических и химических этапов. Это основной метод производства бумаги. В некоторых случаях процесс вызывал споры, поскольку предприятия крафт-варки могут выделять неприятно пахнущие вещества и образовывать значительное количество жидких отходов. Название процесса происходит от немецкого слова Kraft, означающего "прочность" в данном контексте, благодаря высокой прочности крафт-бумаги, производимой с использованием этого процесса.
The kraft process (also known as kraft pulping or sulfate process) is a process for conversion of wood into wood pulp, which consists of almost pure cellulose fibres, the main component of paper. The kraft process involves treatment of wood chips with a hot mixture of water, sodium hydroxide (NaOH), and sodium sulfide (Na2S), known as white liquor, that breaks the bonds that link lignin, hemicellulose, and cellulose. The technology entails several steps, both mechanical and chemical. It is the dominant method for producing paper. In some situations, the process has been controversial because kraft plants can release odorous products and in some situations produce substantial liquid wastes. The process name is derived from the German word Kraft, meaning "strength" in this context, due to the strength of the kraft paper produced using this process.
Взрыв
Готовые приготовленные древесные щепки подаются в накопительный резервуар, называемый аэрорезервуаром, который работает при атмосферном давлении. Это приводит к выделению большого количества пара и летучих веществ. Летучие вещества конденсируются и собираются; в случае с северными хвойными породами древесины это в основном сырой терпентин.
The finished cooked wood chips are blown to a collection tank called a blow tank that operates at atmospheric pressure. This releases a lot of steam and volatiles. The volatiles are condensed and collected; in the case of northern softwoods this consists mainly of raw turpentine.
Проверка
Проверка (или просеивание) целлюлозы после размола – это процесс отделения целлюлозы от крупных щепок, сучков, грязи и другого мусора. Приемная фракция – это и есть целлюлоза. Материал, отделенный от целлюлозы, называется отбракованной фракцией (или отходами). Секция просеивания состоит из различных типов сит (грохотов) и центробежной очистки. Сита обычно устанавливаются в многоступенчатую каскадную систему, поскольку значительное количество полезного волокна может попасть в отбракованную фракцию при попытке добиться максимальной чистоты в приемной фракции. Волокно, содержащее щепки и сучки, отделяется от остальной части отходов и перерабатывается либо в рафинере, либо возвращается в варочный котел. Содержание сучков обычно составляет 0,5–3,0% от выхода варочного котла, а содержание щепок – около 0,1–1,0%.
Screening of the pulp after pulping is a process whereby the pulp is separated from large shives, knots, dirt and other debris. The accept is the pulp. The material separated from the pulp is called reject. The screening section consists of different types of sieves (screens) and centrifugal cleaning. The sieves are normally set up in a multistage cascade operation because considerable amounts of good fibres can go to the reject stream when trying to achieve maximum purity in the accept flow. The fiber containing shives and knots are separated from the rest of the reject and reprocessed either in a refiner or is sent back to the digester. The content of knots is typically 0.5–3.0% of the digester output, while the shives content is about 0.1–1.0%.
Отбеливание
В современных целлюлозно-бумажных комбинатах браунсток (целлюлозные волокна, содержащие примерно 5% остаточного лигнина), полученный в процессе варки целлюлозы, сначала промывают для удаления части растворенного органического вещества, а затем подвергают дальнейшей делигнификации с помощью различных стадий отбеливания. Если предприятие спроектировано для производства целлюлозы для изготовления коричневой мешковой бумаги или картона для коробок и упаковки, целлюлозу не всегда необходимо отбеливать до высокой белизны. Отбеливание уменьшает массу полученной целлюлозы примерно на 5%, снижает прочность волокон и повышает себестоимость производства.
In a modern mill, brownstock (cellulose fibers containing approximately 5% residual lignin) produced by the pulping is first washed to remove some of the dissolved organic material and then further delignified by a variety of bleaching stages. In the case of a plant designed to produce pulp to make brown sack paper or linerboard for boxes and packaging, the pulp does not always need to be bleached to a high brightness. Bleaching decreases the mass of pulp produced by about 5%, decreases the strength of the fibers and adds to the cost of manufacture.
Сравнение с другими процессами целлюлозы
Целлюлоза, полученная крафт-процессом, прочнее, чем полученная другими способами производства целлюлозы, и сохраняет высокое эффективное соотношение серы (сульфидность), которое является важным фактором, определяющим прочность бумаги. Кислотные сульфитные процессы разрушают целлюлозу в большей степени, чем крафт-процесс, что приводит к получению более слабых волокон. Крафт-процесс удаляет большую часть лигнина, изначально содержащегося в древесине, в то время как механические способы производства целлюлозы оставляют большую часть лигнина в волокнах. Гидрофобные свойства лигнина препятствуют образованию водородных связей между целлюлозой (и гемицеллюлозой) в волокнах, необходимых для прочности бумаги, и в крафт-процессе могут использоваться недревесные виды сырья, такие как бамбук и кенаф.
Pulp produced by the kraft process is stronger than that made by other pulping processes and maintains a high effective sulfur ratio (sulfidity), an important determiner of the strength of the paper. Acidic sulfite processes degrade cellulose more than the kraft process, which leads to weaker fibers. Kraft pulping removes most of the lignin present originally in the wood whereas mechanical pulping processes leave most of the lignin in the fibers. The hydrophobic nature of lignin interferes with the formation of the hydrogen bonds between cellulose (and hemicellulose) in the fibers needed for the strength of paper and non wood species like bamboo and kenaf can be used in the kraft process.
Побочные продукты и выбросы
Основными побочными продуктами крафт-варки являются сырой сульфатный терпентин и мыло таллового масла. Доступность этих продуктов сильно зависит от породы древесины, условий ее роста, времени хранения бревен и щепы, а также от технологического процесса на целлюлозно-бумажном комбинате. Хвойные породы древесины наиболее богаты экстрактивными веществами. Сырой терпентин летуч и отгоняется из варочного котла, а сырое мыло отделяется от отработанного черного щелока путем декантации мыльного слоя, образующегося на поверхности резервуаров для хранения щелока. В среднем, выход терпентина из хвойных пород составляет 5–10 кг/т целлюлозы, а сырого таллового масла – 30–50 кг/т целлюлозы. Выбросы диоксида серы на крафт-комбинатах значительно ниже, чем на сульфитных. В прилегающем к типичному современному крафт-комбинату воздухе запах диоксида серы ощущается только в случае сбоев, например, при остановке комбината на техническое обслуживание или при длительном отключении электроэнергии. Контроль запахов достигается путем сбора и сжигания этих пахучих газов в рекуперационном котле вместе с черным щелоком. На современных комбинатах, где в рекуперационном котле сжигаются хорошо высушенные твердые вещества, практически не выделяется диоксид серы. При высоких температурах котла натрий, выделяющийся из капель черного щелока, реагирует с диоксидом серы, эффективно поглощая его и образуя без запаха кристаллы сульфата натрия. Целлюлозно-бумажные комбинаты почти всегда располагаются вблизи крупных водоемов из-за их значительной потребности в воде. Делигнификация химической массы приводит к выделению значительного количества органических веществ в окружающую среду, особенно в реки или озера. Сточные воды также могут быть основным источником загрязнения, содержащим лигнины из древесины, высокое биологическое потребление кислорода (БПК) и растворенный органический углерод (DOC), а также спирты, хлораты, тяжелые металлы и комплексообразователи. Промышленные стоки могут быть очищены на биологических очистных сооружениях, что существенно снижает их токсичность.
The main byproducts of kraft pulping are crude sulfate turpentine and tall oil soap. The availability of these is strongly dependent on wood species, growth conditions, storage time of logs and chips, and the mill's process. Pines are the most extractive rich woods. The raw turpentine is volatile and is distilled off the digester, while the raw soap is separated from the spent black liquor by decantation of the soap layer formed on top of the liquor storage tanks. From pines the average yield of turpentine is 5–10 kg/t pulp and of crude tall oil is 30–50 kg/t pulp. The sulfur dioxide emissions of kraft pulp mills are much lower than those from sulfite mills. In the ambient air outside a typical modern kraft pulp mill, the sulfur dioxide odour is perceivable only during disturbance situations, for example when the mill is shut down for a maintenance break, or when an extended power outage occurs. Control of odours is achieved through the collection and burning of these odorous gases in the recovery boiler alongside the black liquor. In modern mills, where well dried solids are burned in the recovery boiler, hardly any sulfur dioxide leaves the boiler. At high boiler temperatures, the sodium released from the black liquor droplets reacts with sulfur dioxide, thereby effectively scavenging it by forming odourless sodium sulfate crystals. Pulp mills are almost always located near large bodies of water due to their substantial demand for water. Delignification of chemical pulps releases considerable amounts of organic material into the environment, particularly into rivers or lakes. The wastewater effluent can also be a major source of pollution, containing lignins from the trees, high biological oxygen demand (BOD) and dissolved organic carbon (DOC), along with alcohols, chlorates, heavy metals, and chelating agents. The process effluents can be treated in a biological effluent treatment plant, which can substantially reduce their toxicity.