Растительное сырье для производства волокнистых

Полуфабрикатов

Основным видом сырья для производства технической целлюлозы является древесина хвойных и лиственных пород.

Сульфитными способами перерабатывают хвойные породы, не содержащие фенолы и с низким содержанием смолы в древесине. К таким породам относятся ель и пихта, на долю которых приходится соответственно 14 и 5 % всех лесных запасов, делают их главным видом сырья для сульфитного производства. Также эти породы используются при производстве белой древесной массы (механическая масса из балансов).

Бисульфитными, бисульфитно-сульфитными, бисульфитно-нейтрально-сульфитными и сульфатным способами можно древесину сосны и лиственницы. Большая часть лесных запасов приходится на сосну и лиственницу, являющуюся преобладающей древесной породой в районах Восточной Сибири и Дальнего Востока. Из-за наличия в их древесине фенолов, высокого содержания смолы и водоэкстрактивных веществ (у лиственницы) сосна и лиственница плохо поддаются сульфитной варке и поэтому не применяются в качестве сырья для сульфитного метода. Для сульфатного метода варки свойства растительного сырья не имеют решающего значения, поэтому для переработки в целлюлозу по этому методу пригодны все породы, но наибольшее промышленное применение нашла древесина сосны.

Среди лиственных пород древесины наибольшее промышленное значение приобрели береза, занимающая более 13 % лесных площадей, и осина. В южных районах страны промышленное значение могут иметь тополь, ольха, эвкалипт. Древесина лиственных пород широко используется в производстве полуцеллюлозы, сульфитной, бисульфитной и сульфатной целлюлозы, белой, химической, термохимической и термомеханической древесной массы. При переработке древесины лиственных пород необходимо учитывать следующее: древесина лиственных пород значительно труднее окаривается; средняя плотность лиственных пород на 25 % выше, а диаметр и длина волокна на 35...50 % меньше, чем хвойных; прочность лиственной целлюлозы также значительно ниже; проблема «выщипывания» волокна свойственна всем видам целлюлозы из лиственных пород, но она решается добавкой крахмала и синтетических веществ; тонкомерная древесина лиственных пород равноценна крупномерной, чего не наблюдается у хвойных.

Отличие химического состава древесных пород также существенно сказывается на выходе и свойствах получаемых из них волокнистых полуфабрикатов, поэтому этот фактор при производстве необходимо учитывать.

Из физических свойств древесины в процессах ее химической переработки и особенно в производстве волокнистых полуфабрикатов наибольшее значение имеют влажность и плотность.

Под влажностью древесины понимают содержание в ней воды, которое выражают в процентах по отношению к массе абсолютно сухой древесины (абсолютная влажность) или по отношению к массе влажной древесины (относительная влажность). Абсолютно сухой древесиной условно принято считать древесину, высушенную до постоянной массы при 105°С.

Плотность - это масса вещества, содержащаяся в единице его объема, которая выражается в килограммах на кубический метр. Для древесины различают два понятия плотности: плотность древесины как физического тела и плотность собственно древесного вещества. Вследствие капиллярно-пористой структуры древесной ткани ее внутренняя поверхность составляет около 300 м²/г, лишь от 20 до 50 % общего объема древесины приходится на долю древесного вещества (для ели около 30 %). Оставшийся объем древесины приходится на пустоты. Плотность древесины зависит как от плотности упаковки структурных элементов древесной ткани, так и от влажности. Плотность абсолютно сухой древесины зависит только от объема пустот, поэтому для сравнения между собой образцов древесины по плотности необходимо привести их к одной и той же влажности. Наиболее удобно пользоваться плотностью древесины в абсолютно сухом состоянии (а.с.д.).

Плотность собственно древесного вещества для всех пород древесины практически постоянна и принимается равной 1540 кг/м³. Плотность древесины большинства пород меньше единицы, поэтому в воде такая древесина плавает (плотность воды 1000 кг/м³). Исключение составляет древесина в состоянии полного насыщения пустот водой (при длительном хранении в воде). Для наиболее широко распространенных пород плотность древесины в абсолютно сухом состоянии в среднем может быть принята, кг/м³: для ели 435, сосны 470, пихты 350, лиственницы 650, осины 430, березы 600, бука 660. Ценность древесины как сырья для производства волокнистых полуфабрикатов определяется плотностью, показывающей, сколько древесного материала в килограммах (или тоннах) содержится в единице объема древесины. С увеличением плотности сырья возрастает производительность оборудования.

Для производства волокнистых полуфабрикатов (слайд 25) используют первичные и вторичные волокна.

Первичные волокна получают из сырья в следующем виде:

Балансы.Древесина хвойных и лиственных пород, поступающая на целлюлозно-бумажные предприятия в виде бревен толщиной 60...240 мм и соответствующая возрасту 50...200 лет, называется хлыстами. Из хлыстов на специальном оборудовании получают отрезки бревен определенной длины – балансы.

Балансы – круглые или колотые отрезки бревна или хлыста (длиной, как правило, 1…2 м), предназначенные для производства целлюлозы, древесной массы. Качество балансов является определяющим фактором качества получаемого из них полуфабриката. Основные требования к качеству балансов устанавливаются ГОСТами. Качество балансов характеризуется: шириной годичных колец, сучковатостью, прямизной и округлостью ствола, наличием гнили.

Низкокачественная древесина.Под низкокачественной древесиной понимают круглые лесоматериалы, которые по своим качественным пока­зателям или размерам не соответствуют стандартам и техническим услови­ям на деловую древесину. Основным пороком, по которому древесина пе­реводится в разряд низкокачественной, является внутренняя гниль. Из об­щей массы низкокачественной древесины в среднем 85 % составляет дре­весина, пораженная внутренней гнилью, и лишь 15 % имеет другие пороки (кривизну, овальность, сучковатость и т. п.).

Дрова для технологических нужд.Это древесина преимущественно лиственных пород, поставляемая предприятиям по специальным техническим условиям. Характерной особенностью дров, как из лиственных, так и хвойных пород, применяемых для технологических целей, является трудность ее окорки (может поставляться в колотом виде), высокое содержание различных гнилей, большая кривизна, сильная сучковатость и разнообразие размеров. Кроме того, она не сортируется по породам. Получаемая из такой древесины смешанная щепа сильно засорена корой, гнилью и требует особых методов облагораживания (очистки). В связи с этим дрова могут использоваться только для варки полуцеллюлозы и целлюлозы по сульфатному методу. Использование дров экономически выгодно, так как их оптовая цена на 30...35 % ниже, чем балансов, но в то же время связано с технологическими трудностями.

Отходы лесопиления. Это отходы периферической части ствола деловых пиловочных бревен, практически нацело состоящие из заболонной древесины хвойных и лиственных пород. Такие отходы содержат мало сучков и других пороков. Кроме того, заболонная древесина сосны не содержит фенольных веществ, поэтому отходы лесопиления являются высококачественным технологическим сырьем для производства целлюлозы сульфатным, сульфитным и другими методами варки. Отходы лесопиления поставляются на предприятия в виде готовой технологической щепы.

Отходы деревообработки. В виде технологической щепы используются отходы деревообрабатывающих предприятий - фанерных, мебельных, катушечных, тарных, столярных и др. По породному составу отходы чаще всего бывают лиственные или хвойно-лиственные. Щепа из этих отходов очень неравномерна по размерам, но почти не содержит сучков и гнилей. Такая щепа успешно применяется для производства полуцеллюлозы, термохимической и термомеханической массы, сульфатной, сульфитной и бисульфитной целлюлозы.

Тонкомерная древесина.Под тонкомерной древесиной понимают древесину, в большинстве случаев молодую, диаметр которой не превышает 13 см (в верхнем торце от 2 до 13 см включительно). Сюда также относятся вершины, сучья и ветви деревьев, т.е. стволовая часть лесосечных отходов, образующихся на лесозаготовительных предприятиях. В последнее время в разряд тонкомерной древесины относят плантационную молодую древесину с коротким циклом выращивания, служащую для получения «зеленой щепы», или щепы всего дерева (ЩВД), так как в этом случае стволик вместе с ветками измельчается в щепу. Основную массу тонкомерной древесины представляют лесосечные отходы и молодая древесина рубок ухода, главным образом хвойно-лиственных пород. Несмотря на худшие свойства щепы из тонкомерной древесины по сравнению с балансовой, использование ее экономически выгодно, особенно при решении проблемы комплексной механизированной заготовки, сбора, доставки, окорки и рубки этого сырья.

Технологическая щепа.Древесное сырье для выработки волокнистых полуфабрикатов используется главным образом в виде щепы. Основную массу составляет собственная щепа, получаемая из балансов непосредственно на целлюлозно-бумажных комбинатах. Все древесные отходы, низ­кокачественная древесина и дрова превращаются в технологическую щепу, которая поставляется на предприятия в готовом к переработке виде и должна содержать: не менее 84 % щепы нормальных размеров, не более 3 % коры, 6 % гнили и 1 % опилок, остальное - мелочь.

Опилки.Источником древесного сырья для получения целлюлозы являются опилки, образующиеся в огромных количествах при распиловке заготовленной древесины. Сульфатная целлюлоза из опилок хвойных пород по механическим показателям близка к сульфатной целлюлозе из древесины лиственных пород; выход ее на 5 % ниже, чем из нормальной щепы.

Недревесное сырье.Наряду с древесиной в производстве волокни­стых полуфабрикатов находит применение недревесное сырье: однолетние растения, вторичное сырье, макулатура, причем на долю макулатуры приходится более половины указанных источников сырья.

Однолетние растения. Кроме древесины, для производства волокнистых полуфабрикатов используют однолетние растения (стебли тростника, солому хлебных злаков и т. п.), что представляет особый интерес для безлесных районов страны. Существенным преимуществом этого вида сырья является ежегодная возобновляемость, однако трудность сбора, доставки и хранения пока ограничивают его применение. Целлюлоза из однолетних растений придает ряд специфических свойств бумаге (повышает гладкость, непрозрачность, белизну) и поэтому является желательным волокнистым полуфабрикатом в композиции многих видов бумажной продукции.

Вторичное сырье.Тряпье (тряпичные волокна), являясь более дефицитным по сравнению с целлюлозой волокнистым материалом, в настоящее время используется для изготовления бумаги в относительно небольшом объеме. Тряпичные волокна, получаемые из хлопчатобумажного и льняного тряпья, волокнистых отходов текстильного, канатно-веревочного и швейного производств, волокон хлопка, льна и др., длиннее и прочнее волокон древесной целлюлозы, придают бумаге и картону повышенную прочность и эластичность. Поэтому они применяются преимущественно для выработки высококачественной документной, денежной, чертежной, картографической, копировальной, писчей и многих технических видов бумаги и картона.

Макулатура.Это один из видов сырья для целлюлозно-бумажной промышленности, ресурсы которого постоянно возрастают с увеличением потребления бумаги и картона. Значительный рост переработки макулатуры объясняется следующим: 1 т макулатуры заменяет 3...4 м³ древесины, а это позволяет экономить древесное сырье; макулатурная масса почти в 2 раза дешевле древесной массы и целлюлозы; стоимость строительства бумажных фабрик для переработки макулатуры в 1,5 раза ниже стоимости предприятий для производства первичных полуфабрикатов; проще решаются проблемы охраны природы и рационального использования природных ресурсов. В нашей стране макулатура применяется в производстве более 40 видов картона и бумаги (80 % потребления приходится на долю тароупаковочных видов).