ИТС 1-2015 Производство целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона

     2.5.2 Рафинерные древесные массы (РДМ)

Целью процесса рафинирования (размола) является процесс пластификации лигнина и всего древесного матрикса в зоне размола, ослабления межволоконных связей и разволокнение щепы без чрезмерного повреждения клеточной стенки волокон при требуемой степени их укорочения.

В процессе получения механических масс щепа подвергается размолу между стальными дисками рафинера. В зависимости от необходимого качества массы, размол проводится в одну, две, а иногда даже в три ступени. Ножи дисков, воздействующие на щепу, размельчают ее, и получаются отдельные волокна, пучки волокон, частицы древесины. В процессе обработки также меняется поверхность волокон. Большая часть энергии, расходуемой на размол (преимущественно на трение) переходит в тепло, которое высвобождает часть влаги, содержащейся в щепе. Чтобы избежать возгорания древесины и для разбавления массы, в зону размола подается охлаждающая вода. На выходе из рафинеров обычно получается масса высокой концентрации (25%-50%). Большое количество пара, образующегося в процессе размола, обычно улавливается для дальнейшего использования.

В первоначальном варианте технологии производства РДМ, который редко используется в наши дни, щепа размалывалась при атмосферном давлении. Из-за низкой температуры процесса получалось большое количество поврежденных волокон, но оптические свойства РДМ были относительно неплохими. Для улучшения качества получаемой массы процесс модифицировали с целью повышения в зоне размола пластичности лигнина межклеточного пространства, волокон в целом и т.д., чтобы процесс разделения щепы на волокна мог идти с минимальным их повреждением. Для этого стали применять предварительный нагрев щепы или повышение давления в рафинере. Эти технологии позволили производить рафинерную массу большей прочности и с пониженным содержанием пучков, но почти с теми же оптическими свойствами.

Термомеханический процесс производства массы позволяет получать массу с еще большей прочностью и меньшим содержанием пучков. В нем используется как нагрев щепы перед размолом (пропарка), так и давление в рафинере.

Незначительная предварительная химическая обработка щепы способствует еще большей пластификации древесины и улучшению качества массы, получаемой в процессе рафинирования при атмосферном давлении (ХМРМ - химико-механическая рафинерная масса) или под давлением (ХТММ).

В процессе более глубокой химической обработки и размола при атмосферном давлении получается масса с еще большей прочностью, как из хвойных, так и лиственных пород древесины. Такая масса - химико-механическая масса (ХММ) - сравнима по свойствам с целлюлозой. Характеристика различных видов механической массы приведена в таблице 2.19.

Таблица 2.19 - Сравнение свойств различных видов механической массы и сульфатной целлюлозы

2.5.2.1 Термомеханическая масса (ТММ)

Термомеханический процесс производства волокнистой массы включает линию получения волокна и вспомогательные системы. Последние включают, например, хранение некоторых химических реагентов и выработку энергии. Основные производственные процессы термомеханической технологии представлены на рисунке 2.24.

Ниже подробно описываются, главным образом, особенности процесса производства ТММ, отличающие его от производства дефибрерной древесной массы. Сортирование, промывка, переработка отходов, сгущение механических масс аналогично целлюлозным процессам. Отбелка механических масс рассматривается в 2.5.3.

В термомеханическом процессе (ТММ) промытая и отсортированная древесная щепа подвергается термической обработке, а затем процессу размола с применением дисковых мельниц, работающих при повышенном давлении.

Определенное количество древесины может поступать также в виде щепы, являющейся отходом лесопильных и лесоперерабатывающих производств. Эта поступающая извне щепа сортируется и затем поступает на хранение. Если используется баланс в коре, то он подвергается окорке, а затем превращению в щепу в рубительной машине. Древесина для ТММ не должна содержать камни, песок, металлические включения или другие твердые включения, которые могут привести к повышенному износу или повреждению дисков рафинера. Поэтому в большинстве процессов получения ТММ посторонние включения предварительно удаляются, а щепа промывается в специальном аппарате, в результате чего получается загрязненная вода.

Затем щепа пропаривается, после чего размалывается в одну или две ступени при повышенной температуре и давлении. Размол отходов обычно происходит на отдельном рафинере. Часть органических веществ, содержащихся в древесине, растворяется в воде и направляется на очистные сооружения комбината от производства ТММ, или из технологического потока бумагоделательной машины.

Рисунок 2.15 - Принципиальная схема производства ТММ и выбросы

Большая часть высокого расхода электроэнергии, требуемой на размол, трансформируется в тепловую энергию в виде пара, который получается из влаги, содержащейся в древесине, и воды, подаваемой для разбавления массы в рафинер. Поскольку процесс проходит при давлении до 0,5 МПа, на многих предприятиях значительное количество пара может быть регенерировано и использовано после его очистки в теплообменниках с получением чистого технологического пара для использования, например, при сушке бумаги. Часть энергии пара может использоваться для нагрева воды. После размола выбрасываемая из рафинера масса разгружается через циклон, разбавляется, проходит через сортирование, сгущается и хранится в массном бассейне высокой концентрации.

Поскольку в механическом процессе производства ТММ, вода имеет существенное значение, свежесрубленная древесина является предпочтительным сырьем. Если древесина для ТММ хранится на складе, то необходимо избегать ее подсушивания, для чего древесину следует хранить либо в воде, либо орошать водой балансы. Для этого на бирже может потребоваться система сбора воды, которая позволит избежать попадания органических веществ, содержащихся в этой воде, в окружающую среду.

Поскольку потери древесины в термомеханическом процессе очень малы и большая часть древесного сырья превращается в волокнистую массу, теплосодержание сточных вод от установки по производству ТММ слишком мало, чтобы их можно было использовать также, как черный щелок при получении целлюлозы. Это означает, что в системе завода по производству ТММ необходимо предусматривать очистку сточных вод.

Производство ТММ почти всегда сочетается с производством бумаги или картона. В этих случаях избыточное тепло, образуемое при размоле, можно продуктивно использовать на бумажно-картонном производстве, обеспечивая тем самым высокую степень утилизации вторичного тепла. Производство же товарной ТММ, когда необходимо иметь процесс сушки волокна, встречается не очень часто.

2.5.2.2 Химико-термомеханический процесс

Добавление химикатов в процессе рафинирования стало важным фактором улучшения процесса, так как древесина может быть легко ими пропитана. Легкая предварительная обработка сырья химикатами способствует процессу пластификации древесины и улучшает свойства массы, получаемой в процессе ее размола при атмосферном давлении (ХММ) или повышенном давлении (ХТММ). В большинстве случаев предварительная обработка древесины (щепы) химикатами приводит к дополнительному сбросу со сточными водами загрязняющих веществ. Это является следствием снижения выхода массы в результате химической обработки, а также следствием использования химикатов. Для различных пород древесины используется разная обработка, и свойства ХТММ могут значительно варьироваться, если дозировка и вид используемых химикатов будут различными. В химико-термомеханическом процессе получается полуфабрикат достаточной прочности и приемлемых оптических свойств. Его можно использовать в качестве основного волокнистого компонента для производства печатной бумаги, упаковочного картона и туалетной бумаги.

Производство ХТММ включает линию получения волокнистого материала и вспомогательные системы. К последним относятся, например, хранение химикатов и системы выработки энергии. Стадии производства ХТММ приведены на рисунке 2.16.

Процесс производства ХТММ включает производство термомеханической массы и использование химикатов для предварительной пропитки щепы или массы между ступенями размола. Ниже описаны только основные процессы, которые отличают получение ХТММ от процессов производства термомеханической массы. Процессы сортирования и промывки, переработки отходов, сгущения и отбелки волокнистой массы рассматриваются в соответствующих разделах.

После окорки балансов, их рубки в щепу, ее промывки и сортирования, щепа пропитывается в башне путем погружения в щелочной раствор. Сульфит натрия (NaSO) в основном используется для хвойных пород древесины. В последнее время для лиственных пород древесины используются в основном щелочные растворы пероксида водорода. После пропитки щепу пропаривают, и затем ее температура еще повышается при размоле на рафинерах в 1-2 ступени. Это приводит к размягчению лигнина и ослаблению межволоконных связей. Полученная масса разбавляется оборотной водой, которую также используют при размоле и транспортировке древесной массы на следующие стадии производства.

Получение химико-механической массы (ХММ) является дальнейшим развитием процесса производства ХТММ. В процессе более глубокой обработки химикатами и размола при атмосферном давлении щепы как из хвойных, так и из лиственных пород получается масса с улучшенными прочностными свойствами. После пропитки химикатами древесная масса варится при температуре 70°С-170°С от 15 мин до 2 час. Для различных пород древесины используют разные варианты технологии. Оптические свойства ХММ значительно ниже, чем у других механических масс. Поэтому этот полуфабрикат без отбелки может быть лишь ограниченно использован для производства печатной бумаги.