Технология получения и отбелки полуфабрикатов бумажного производств

УДК 676

К56

Рецензенты:

канд. техн. наук, доцент С.Г. Ермаков, (Краснокамская бумажная фабрика – филиала ФГУП «Гознак»);

канд. техн. наук, доцент О.А. Носкова

(Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Ковтун, Т.Н.

К56 Технология получения и отбелки полуфабрикатов бумажного производства : учеб. пособие / Т.Н. Ковтун, Ф.Х. Хакимова. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 162 с.

ISBN 978-5-398-00884-5

Изложены краткие сведения о видах и свойствах механической массы и методы анализа ее основных показателей.

Приведены краткие теоретические сведения о технологических процессах получения и отбелки целлюлозы, а также методы выполнения указанных процессов в лабораторных условиях.

Представлены методы испытания целлюлозы с целью определения показателей, характеризующих ее качество, а также микроскопический метод идентификации и анализа волокон бумажного производства.

Предназначено для студентов дневной и заочной форм обучения направления 240 100.62 «Химическая технология», профиль бакалавриата – 10 «Химическая технология переработки древесины».

УДК 676

2

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

а.с. волокна – абсолютно-сухого волокна ДДМ – дефибрерная древесная масса ДМ – древесная масса

ДМД – древесная масса, полученная под давлением ЛСК – лигносульфоновая кислота РВ – редуцирующие вещества РДМ – рафинерная древесная масса

РММ – рафинерная механическая масса ТММ – термомеханическая масса ФДМ – фракционатор древесной массы ХММ – химико-механическая масса

ХТММ – химико-термомеханическая масса ЭДТА – этилендиаминтетрауксусная кислота

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Основные задачи настоящего учебного пособия – закрепить теоретические основы технологических процессов производства механической массы и целлюлозы – полуфабрикатов бумажного производства, приобрести опыт проведения процесса варки и отбелки в лабораторных условиях, освоить контроль основных качественных показателей полуфабрикатов и получить практические навыки самостоятельной работы в лаборатории.

Вучебном пособии представлены краткие сведения о видах

исвойствах механической массы и основные методы определения качественных показателей полуфабриката; теоретические сведения о технологических процессах варки и отбелки целлюлозы, о порядке подготовки и выполнения указанных процессов в лабораторных условиях; методы подробного анализа целлюлозы с целью определения показателей, характеризующих ее качество; микроскопический метод анализа волокон, применяемых в производстве бумаги и картона.

Сведения и материалы, содержащиеся в данном пособии, могут быть использованы при выполнении выпускных квалификационных магистерских и диссертационных работ в области технологии производства и отбелки целлюлозы и механической массы.

Учебное пособие составлено в соответствии с программами курсов «Химия и технология щелочных и других способов получения целлюлозы», «Химия и технология древесной массы», «Технология сульфитной целлюлозы», «Технология отбелки целлюлозы».

4

1.ТЕХНОЛОГИЯ ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ

1.1.Виды и применение древесной массы

Древесная масса (ДМ) – волокнистый полуфабрикат, получаемый путем истирания древесины в виде балансов на дефибрерах – дефибрерная древесная масса (ДДМ) и дефибрерная масса, полученная под давлением (ДМД), или путем размола древесной щепы в дисковых мельницах – рафинерная механическая (древесная) масса (РММ или РДМ), термомеханическая (ТММ), химико-термомехани- ческая (ХТММ) и химико-механическая масса (ХММ).

В современном производстве массовых видов бумаги и картона ДМ – основной полуфабрикат. Производство ДМ составляет в настоящее время около 20 % мирового объема производства волокнистых полуфабрикатов.

Неуклонный рост производства ДМ объясняется тем, что выход ее из единицы массы древесины по сравнению с выходом других полуфабрикатов самый высокий (85…95 %), себестоимость низкая, технология относительно простая. Кроме того, производство ДМ меньше всего связано с загрязнением воздушной среды и водоемов.

Дефибрерная древесная масса из-за неудовлетворительных бумагообразующих свойств имеет ограниченное применение и не может заменить целлюлозу в композиции бумаги. Потому в последние годы интенсивно разрабатывается более перспективная технология производства ДМ из щепы или «механической массы».

ДМ из щепы, помимо лучших показателей качества, имеет и ряд других преимуществ перед ДДМ: ДДМ получают только из балансовой древесины, а механические массы – из щепы, стружек, опилок и других отходов лесопиления, причем используется древесина разных пород, в том числе и лиственная.

Главный недостаток получения ДМ из щепы (ТММ, ХТММ, ХММ) – высокий расход электроэнергии (вдвое больше, чем при производстве ДДМ).

5

Термомеханическая древесная масса получается путем кратко-

временной пропарки щепы и последующего размола ее в дисковых мельницах. Она отличается от дефибрерной древесной массы наличием большого количества однородной длинноволокнистой фракции. Волокна термомеханической древесной массы имеют лентообразную форму, но в большинстве случаев концы их оборваны. Волокна этой массы также окрашиваются хлорцинкйодом в золотисто-желтый цвет.

Химико-термомеханическая масса получается путем пропит-

ки щепы химикатами до или во время пропарки с последующим размолом под давлением в одну или две ступени. По свойствам ХТММ приближается к сульфитной целлюлозе.

Химико-механическая масса отличается от ХТММ понижен-

ным выходом (80…90 %), что объясняется более интенсивной обработкой щепы химическими реагентами.

Большая часть вырабатываемой ДДМ используется в производстве газетной, типографской и писчей бумаги в композиции с небеленой и беленой целлюлозой.

Более 80 % общего объема производства ДМ из щепы используется в композиции газетной и других печатных видов бумаги.

Традиционная композиция газетной бумаги состоит из ДДМ (75…85 %) и сульфитной, бисульфитной или сульфатной целлюлозы (15…25 %). С развитием способов получения ДМ из щепы ДДМ стали заменять ТММ из хвойной, а также ХТММ из лиственной древесины. Композиции газетной бумаги, содержащие ДМ из щепы, весьма разнообразны.

Газетная бумага, содержащая в композиции ХТММ из лиственной древесины, уступает по своим свойствам газетной бумаге, содержащей равное количество ТММ из хвойной древесины.

Беленые ТММ, ХТММ и ХММ применяются обычно в композиции типографской и других видов печатной бумаги. В композиции типографской бумаги № 1 вводится от 20 до 80 % ТММ. На Сыктывкарском ЛПК выпускается книжно-журнальная бумага (офсетная № 2),

6

содержащая в композиции 75 % беленой ТММ и 25 % хвойной и лиственной сульфатной целлюлозы.

Содержание ТММ или ХТММ в композиции писчей бумаги может составлять от 70 до 100 %.

В производстве санитарно-бытовых видов бумаги широко применяются ТММ, ХТММ, ХММ. На Сясьском ЦБК вырабатывается ХММ из осины, которая используется в композиции санитарнобытовых видов бумаги. ТММ находит применение также в изделиях разового использования, полученных методом сухого формования.

Сравнительная характеристика различных видов механической массы приведена в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Показатели качества различных видов механической (древесной) массы из древесины ели

Широкое применение находят ТММ и ХТММ и в композиции различных видов картона. Доля этих полуфабрикатов в коробочном картоне колеблется от 30 до 100 %.

Для ДДМ характерна большая размерная неоднородность составляющих ее волокнистых элементов – много мелкого волокна (мельштофа), доля которого в фракционном составе достигает 50 %.

При производстве ДМ из щепы в дисковых мельницах получается больше длинных волокон и меньше мелочи и костры, т.е. разрыв волокон в поперечном направлении незначителен. Разделяются они преимущественно в продольном направлении, причем в основном происходит разделение по вторичной стенке волокна между слоями S1 и S2 и лишь частично – по срединной пластинке. Благодаря этому все виды ДМ, получаемые из щепы в дисковых мельницах (РММ, ТММ, ХТММ, ХММ), имеют более высокие прочностные показатели (при одинаковой степени помола) по сравнению с ДДМ.

Разрывная длина разных марок ДДМ колеблется в пределах от

1400 до 3500 м.

Разрывная длина ТММ может достигать 5000 м, а ХТММ –

6500…7000 м.

1.2. Свойства и показатели качества древесной массы

Показатели качества ДМ зависят главным образом от характера и степени размола массы.

По характеру размола различают жирную и садкую массу (рис. 1). Жирная масса обладает высокой прочностью. Для этой массы характерны тонкие волокна с разработанными в виде бахромы концами, а также большое количество тонких волокнистых элемен- тов-фибрилл (фибриллированной мелочи).

Садкая грубая масса имеет низкую механическую прочность. Состоит она из неразработанных волокон, перерезанных поперек частей волокон и содержит небольшое количество фибрилл. Такая масса характеризуется повышенной толщиной различных волокнистых фракций. В садкой массе, как и в жирной, может быть большое

8

количество мелких волокон, но в отличие от мелочи жирной массы они представляют собой короткие толстые отрезки волокон, не способные к взаимному сцеплению. Бумага из такой ДМ получается рыхлая, непрочная, с малой объемной массой. Весьма садкой массой низкой прочности являются отходы сортирования ДМ.

ДМ

Рис. 1. Свойства древесной массы в зависимости от степени помола

Количественной характеристикой рассматриваемых свойств является степень помола.

Ниже приведены методики определения показателей, характеризующих свойства древесной массы.

1.3. Определение степени помола древесной массы

Степень помола характеризует способность ДМ к обезвоживанию и является важнейшим показателем, определяющим ее поведение на сетке бумагоделательной машины.

Качество древесной массы определяется средней длиной волокон, соотношением длинноволокнистой и коротковолокнистой фракций и свойствами элементов каждой фракции (их тонкостью, степенью фибриллирования).

9

По характеру размола различают жирную и садкую массу. Жирная масса обладает высокой прочностью. Для этой массы характерны тонкие волокна с разработанными в виде бахромы концами, а также большое количество тонких волокнистых элементов-фибрилл (фибриллированной мелочи).

Садкая грубая масса имеет низкую механическую прочность. Состоит она из неразработанных волокон, перерезанных поперек частей волокон и содержит небольшое количество фибрилл. Такая масса характеризуется повышенной толщиной различных волокнистых фракций. В садкой массе, как и в жирной, может быть большое количество мелких волокон, но в отличие от мелких волокон жирной массы они представляют собой короткие толстые обрезки волокон, не способные к взаимному сцеплению. Бумага из такой ДМ получается рыхлая, непрочная, с малой объемной массой. Весьма садкой массой низкой прочности являются отходы сортирования ДМ.

При производстве ДМ из щепы в дисковых мельницах получается больше длинных волокон и меньше мелочи и костры, т.е. разрыв волокон в поперечном направления незначителен. Разделяются волокна преимущественно в продольном направлении, причем в основном происходит разделение по вторичной стенке волокна между слоями S1 и S2 и лишь частично – по срединной пластинке. Благодаря этому все виды ДМ, получаемые из щепы в дисковых мельницах (РММ, ТММ, ХТММ, ХММ), имеют более высокие прочностные показатели (при одинаковой степени помола), чем ДДМ.

Порядок выполнения работы. Определить влажность анализируемых видов ДМ путем высушивания двух-трех образцов массы по 3…5 г под лампой инфракрасного излучения. Коэффициент сухости

Kñóõ mmà.ñ.âî ë , âëàæ.âî ë

где m а.с.вол – масса абсолютно сухого волокна; m влаж.вол – масса влажного волокна.

С учетом Kсух ДМ взять две навески, содержащие по 2 г абсолютно сухого волокна.

10