Целлюлозный завод - Pulp mill

Целлюлозный завод в Äänekoski, Центральная Финляндия
Щепа для производства бумаги

А целлюлозный завод это производственное предприятие, которое перерабатывает древесную щепу или другую источник растительного волокна в густой древесноволокнистая плита который может быть отправлен в бумажная фабрика для дальнейшей обработки. Целлюлоза могут изготавливаться механическими, полухимическими или полностью химическими методами (крафт и сульфит процессы). Готовый продукт может быть либо отбеленный или небеленый, в зависимости от требований заказчика.

Дерево и другие растительные материалы, используемые для производства мякоти, содержат три основных компонента (помимо воды): целлюлоза волокна (желательно для производство бумаги ), лигнин (трехмерный полимер, связывающий целлюлоза волокна вместе) и гемицеллюлозы, (короче разветвленный углевод полимеры). Целью варки целлюлозы является разрушение основной структуры источника волокна, будь то щепа, стебли или другие части растения, на составляющие волокна.

Химическая варка целлюлозы достигает этого за счет разложения лигнина и гемицеллюлозы на небольшие водорастворимые молекулы, которые можно смыть с целлюлозных волокон без деполимеризации целлюлозных волокон (химическая деполимеризация целлюлозы ослабляет волокна). Различные методы механической варки целлюлозы, такие как измельчение древесной массы (GW) и измельчение механической массы (RMP), физически отрывают целлюлозные волокна друг от друга. Большая часть лигнина остается на волокнах. Прочность снижается, поскольку волокна могут быть разрезаны. В родственных гибридных способах варки целлюлозы используется комбинация химической и термической обработки для начала сокращенного процесса химической варки целлюлозы, за которым сразу следует механическая обработка для разделения волокон. Эти гибридные методы включают термомеханическую варку целлюлозы (TMP) и химико-термомеханическую варку целлюлозы (CTMP). Химическая и термическая обработка уменьшают количество энергии, требуемой впоследствии для механической обработки, а также уменьшают потерю прочности волокон.

Самые ранние известные методы подготовки целлюлозы для производства бумаги были водными, в 8 веке. Самарканд, Аббасидский халифат.[1]

Мельница

International Paper Компания, целлюлозный комбинат

Большая часть информации о технологии в следующих подразделах взята из книги Си-Джея Бирманна.[2] Химию различных процессов варки целлюлозы можно найти в книге Sjöström.[3]

Подготовка источника клетчатки

Наиболее распространенным источником волокна для целлюлозных заводов является балансовая древесина. Другие распространенные источники: жмых[4] и волокнистые культуры. Первым шагом на всех заводах, использующих древесину (деревья) в качестве источника волокна, является удаление лай. Кора содержит относительно мало пригодных для использования волокон и затемняет мякоть. Удаленная кора сжигается вместе с другим непригодным для использования растительным материалом, чтобы произвести пар запустить мельницу. Почти вся древесина тогда сколы перед дальнейшей обработкой, чтобы освободить волокна.

Удаление коры производится в зазывал (или окорщик). Адгезия коры около 3–5 кг / см.2 в период вегетации (летом) и в 2-3 раза выше в период покоя (зимой). Еще сложнее удалить кору промерзших бревен.

На заводах по производству химической целлюлозы кора содержит нежелательные загрязнители, такие как кальций, кремнезем, и алюминий это причина масштабирование и дать дополнительную нагрузку системе регенерации химикатов. Берестяная кора содержит бетулин, а терпеноид что легко создает отложения на целлюлозном заводе.

Механические целлюлозные заводы

Самые ранние мельницы использовали шлифовальные валки из песчаника для дробления небольших деревянных бревен, называемых «болтами», но использование натурального камня прекратилось в 1940-х годах с появлением искусственных камней со встроенными Карбид кремния или оксид алюминия. Целлюлоза, полученная этим способом, известна как целлюлоза из каменной массы (SGW). Если древесина измельчается в герметичной измельчителе под давлением, пульпа классифицируется как пульпа из древесной массы под давлением (PGW). Большинство современных мельниц используют стружку, а не бревна, и металлические диски с выступом, называемые пластинами рафинера, вместо точильных камней. Если щепа просто измельчается вместе с пластинами, пульпа называется «механической» пульпой (RMP), если щепа пропаривается во время измельчения, пульпа называется «термомеханической» пульпой (TMP). Обработка паром значительно снижает общую энергию, необходимую для изготовления пульпы, и уменьшает повреждение (разрез) волокон. Механические целлюлозные заводы используют большое количество энергии, в основном электричество, для привода двигателей, вращающих мельницы. Приблизительная оценка необходимой электроэнергии составляет 10 000 мегапикселей.джоули (МДж) на тонна целлюлозы (2750кВтч на тонна )

Комбинаты химической целлюлозы

Целлюлозный завод в Бланкенштейн (Германия )
Основные статьи: Крафт-процесс, Сульфитный процесс, и Содовая варка

Химические процессы варки целлюлозы, такие как крафт (или сульфатный) процесс и сульфитный процесс удалить большую часть гемицеллюлозы и лигнина. Крафт-процесс меньше повреждает волокна целлюлозы, чем сульфитный процесс, тем самым производя более прочные волокна, но сульфитный процесс делает целлюлозную массу легче отбеливать. В процессах химической варки целлюлозы используется комбинация высокотемпературных и щелочных (крафт) или кислых (сульфит) химикатов для разрыва химических связей лигнина. Однако загрязнение атмосферы и загрязняющие вещества в сточных водах в процессе варки крафт-целлюлозы широко задокументированы.[5][6][7]

Материал, подаваемый в варочный котел, должен быть достаточно маленьким, чтобы варочный раствор мог полностью проникнуть в куски. В случае древесины бревна измельчаются, а щепа просеивается, так что то, что подается в варочный котел, имеет одинаковый размер. Негабаритная стружка перерабатывается или используется в качестве топлива, опилки сжигаются. Просеянные чипсы или разрезанный растительный материал (бамбук, кенаф и т. д.) переходит в варочный котел где он смешивается с водным раствором химикатов для варки целлюлозы, а затем нагревается паром. В крафт-процессе химикаты для варки целлюлозы гидроксид натрия и сульфид натрия и раствор известен как белый щелок. В сульфитном процессе химикат для варки целлюлозы представляет собой смесь металла (натрия, магния, калия или кальция) и сульфит аммония или сульфит.

После нескольких часов нахождения в варочном котле стружка или измельченный растительный материал превращается в густую кашу консистенции и "выдувается" или выдавливается из выпускного отверстия варочного котла через воздушный шлюз. Внезапное изменение давления приводит к быстрому расширению волокон, еще большему разделению волокон. Полученная суспензия волокон в водном растворе называется «коричневой массой».

Шайбы коричневого цвета с использованием противоток потока, удалите использованные химикаты для приготовления пищи и деградированный лигнин и гемицеллюлозу. Извлеченная жидкость, известная как черный щелок в крафт-процессе и красный или коричневый щелок в сульфитных процессах концентрируют, сжигают, а соединения натрия и серы рециркулируют в процессе восстановления. Лигносульфонаты является полезным побочным продуктом, извлекаемым из отработанного щелока в сульфитном процессе.[8] Чистую пульпу (бульон) можно отбеленный в отбеливателе или оставить неотбеленным, в зависимости от конечного использования. Масса распыляется на проволоку целлюлозной машины, вода сливается, при нажатии на лист волокон удаляется больше воды, а затем лист сушится. На этом этапе листы целлюлозы имеют толщину в несколько миллиметров и имеют грубую поверхность: это еще не бумага. Высушенная целлюлоза разрезается, складывается, складывается и отправляется на другое предприятие для дальнейшей обработки.

Отбеленная крафт-целлюлоза и беленая сульфитная целлюлоза используются для изготовления высококачественной белой бумаги для печати. Одно из наиболее очевидных применений небеленой крафт-целлюлозы - это изготовление пакетов из коричневой бумаги и оберточной бумаги, где прочность особенно важна. Особый сорт беленой сульфитной целлюлозы, известный как растворяющаяся целлюлоза, используется для производства производных целлюлозы, таких как метилцеллюлоза которые используются в широком спектре повседневных товаров от слабительные к выпечка к клей для обоев.

Химико-механические целлюлозные заводы

Некоторые фабрики предварительно обрабатывают древесную щепу или другой растительный материал, например солому. карбонат натрия, гидроксид натрия, сульфит натрия и другие химические вещества перед очисткой на оборудовании, аналогичном механической мельнице. Условия химической обработки гораздо менее жесткие (более низкая температура, более короткое время, менее экстремальный pH), чем в процессе химической варки целлюлозы, поскольку цель состоит в том, чтобы облегчить измельчение волокон, а не удалить лигнин, как в полностью химическом процессе. . Целлюлоза, полученная с использованием этих гибридных процессов, известна как химико-термомеханическая пульпа (ХТМР). Иногда завод CTMP расположен на том же месте, что и завод по производству крафт-бумаги, так что стоки с завода CTMP можно обрабатывать в процессе восстановления крафт-бумаги для регенерации неорганических химикатов для варки целлюлозы.

Планирование

Процесс варки целлюлозы включает в себя множество производственных этапов, обычно связанных с промежуточными резервуарами для хранения. Поскольку каждый этап имеет разную надежность и узкие места могут меняться изо дня в день, при планировании целлюлозного завода необходимо учитывать эти узкие места и вероятность сбоя или поломки.[9] На каждом этапе также могут быть разные переменные решения, такие как ввод пара / воды / химикатов и т. Д. Наконец, при планировании необходимо учитывать оптимизацию топлива и CO.2 выбросы, потому что часть потребности в энергии может быть удовлетворена за счет котлов, работающих на ископаемом топливе.[10] Общая цель - максимизировать производство при минимальных затратах.

Материалы конструкции

Нержавеющая сталь широко используется в целлюлозно-бумажная промышленность[11] по двум основным причинам, чтобы избежать загрязнения продукта железом и их коррозионной стойкости к различным химическим веществам, используемым в процессе изготовления бумаги.[11]

В процессе производства целлюлозы используется широкий спектр нержавеющих сталей. Например, дуплексные нержавеющие стали используются в варочные котлы для преобразования древесной щепы в древесную массу, а в производстве используются супераустенитные нержавеющие стали с содержанием 6% Мо. отбеливатель.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Лукас, Адам (2006), Ветер, вода, работа: древние и средневековые технологии фрезерования, Brill Publishers, стр. 65 и 84, ISBN  978-90-04-14649-5
  2. ^ Бирманн, Кристофер Дж. (1993). Основы варки целлюлозы и производства бумаги. Сан-Диего: Academic Press, Inc. ISBN  978-0-12-097360-6.
  3. ^ Ээро Шёстрём (1993). Химия древесины: основы и приложения. Сан Диего: Академическая пресса. ISBN  978-0-12-647481-7.
  4. ^ Рейни, Томас; Кови, Джефф (16 мая 2016 г.). Биотопливо и биопродукты на основе сахарного тростника: производство целлюлозы и бумаги из жмыха сахарного тростника. Джон Вили и сыновья. п. 259. ISBN  978-1118719916.
  5. ^ Хоффман, Э., Гернси, Дж. Р., Уокер, Т. Р., Ким, Дж. С., Шеррен, К., и Андреу, П. (2017). Пилотное исследование по изучению выбросов токсичных веществ в атмосферный воздух возле канадского предприятия по производству крафт-целлюлозы и бумаги в округе Пикту, Новая Шотландия. Наука об окружающей среде и исследованиях загрязнения, 24 (25), 20685-20698. https://link.springer.com/article/10.1007/s11356-017-9719-5
  6. ^ Хоффман, Э., Лайонс, Дж., Боксалл, Дж., Робертсон, К., Лейк, К. Б., и Уокер, Т. Р. (2017). Пространственно-временная оценка (четверть века) отложений, загрязненных металлом целлюлозного завода (лоид), для принятия обоснованных решений по реабилитации. Экологический мониторинг и оценка, 189 (6), 257. https://link.springer.com/article/10.1007/s10661-017-5952-0
  7. ^ Хоффман, Э., Алимохаммади, М., Лайонс, Дж., Дэвис, Э., Уокер, Т. Р., и Лейк, К. Б. (2019). Характеристика и пространственное распределение загрязненных органическими веществами отложений, образовавшихся в результате прошлых промышленных стоков. Экологический мониторинг и оценка, 191 (9), 590. https://link.springer.com/article/10.1007/s10661-019-7763-y
  8. ^ «Использование лигносульфонатов». Архивировано из оригинал на 2007-10-09. Получено 2007-10-07.
  9. ^ Гуннарссон, Х., Рённквист, М. (2008). Решение проблемы многопериодной цепочки поставок для целлюлозной компании с помощью эвристики - приложение для Södra Cell ab. Международный журнал экономики производства 116 (1): 75-94
  10. ^ Клугман, С., Карлссон, М., Мошфег, Б. (2009). Шведская интегрированная целлюлозно-бумажная фабрика по оптимизации энергопотребления и сотрудничеству в области теплоснабжения. Энергетическая политика 37 (7): 2514-2524
  11. ^ а б А. Х. Тутхилл (2002). «Нержавеющие стали и специальные сплавы для современных целлюлозно-бумажных комбинатов». Институт никеля.

внешние ссылки