Химия и технология древесной массы

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Ф.Х. Хакимова

ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебно-методического пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2015

УДК 676. Х 162 Х16

Рецензенты:

канд. техн. наук, доцент О.А. Носкова (Пермский национальный исследовательский политехнический университет),

канд. техн. наук, доцент Д.Р. Нагимов (ЗАО «Карбокам», г. Пермь

Хакимова, Ф.Х.

Х16 Химия и технология древесной массы : учеб.-метод. пособие / Ф.Х. Хакимова. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015. – 59 с.

ISBN 978-5-398-01389-4

Рассмотрены методы контроля качества различных видов древесной массы: микроскопическое исследование волокон, определение степени помола, фракционного состава, сорности, физикомеханических показателей. Приведены краткие сведения по теоретическим основам процессов, способы отбелки древесной массы, методики проведения их в лабораторных условиях и контроля влияния отбелки на показатели качества (степень помола, механические показатели, белизну), а также потери древесной массы при отбелке.

Предназначено для студентов химико-технологического факультета направления подготовки 240100.62 «Химическая технология», профиля «Химическая технология переработки древесины».

УДК 676. Х 162

2

3

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

а.с. волокно – абсолютно-сухое волокно; ДМ – древесная масса; ДДМ – дефибрерная древесная масса;

ДДМД (ДМД) – дефибрерная древесная масса давления; РММ (РДМ) – рафинерная механическая масса; РДМД – рафинерная древесная масса давления; ТММ – термомеханическая масса; ХТММ – химико-термомеханическая масса; ХММ – химико-механическая масса;

ЭДТА – этилендиаминтетрауксусная кислота; УРЭ – удельный расход электроэнергии; °ШР – градусы Шоппер-Риглера; ФДМ – фракционатор древесной массы; ПК – персональный компьютер; ДТ – дитиониты;

ОВП – окислительно-восстановительный потенциал; ТПИФ (Na5P3O10) – триполифосфат натрия;

ДТПА – диэтилентриаминпентауксусная кислота.

4

ВВЕДЕНИЕ

Древесная (механическая) масса – волокнистый полуфабрикат сверхвысокого выхода (85–97 %), получаемый путем истирания древесины на дефибрере или размола щепы в дисковых мельницах.

Древесная масса является основным компонентом газетной бумаги и широко используется в композиции других видов бумаги для печати и при изготовлении бумаги санитарно-бытового назначения.

Повышение содержания древесной (механической) массы в композиции бумаги для печати, в том числе и газетной, позволяет экономить не только дорогостоящую целлюлозу, но и улучшить печатные свойства бумаги.

Неуклонный рост производства ДМ объясняется тем, что выход ее из единицы массы древесины по сравнению с выходом других полуфабрикатов самый высокий (85–98 %), себестоимость низкая, технология относительно простая. Кроме того, производство ДМ меньше всего связано с загрязнением воздушной среды и водоемов.

В балансе волокнистых полуфабрикатов, производимых на предприятиях России, механическая масса составляет более 20 %.

Свойства механической массы определяются целым комплексом факторов, из которых важнейшими являются: древесная порода, качество и свойства древесного сырья и технология полуфабриката, включающая предварительную обработку древесного сырья, режимы механической обработки сырья (дефибрирование и размол), сортирования, очистки, переработки отходов, отбелки, промывки, хранения и т.д.

Данные факторы оказывают решающее влияние на степень помола и фракционный состав полуфабриката, определяющие его бумагообразующие свойства.

Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с программой курса «Химия и технология древесной массы».

Освоение студентами методов лабораторного контроля и принципов работы лабораторных установок и приборов способствует

5

освоению специальных курсов по технологии полуфабрикатов, бумаги и картона при последующем обучении.

Сведения и материалы, содержащиеся в пособии, могут быть использованы при выполнении дипломных исследовательских работ, диссертационных работ аспирантами и соискателями в области полуфабрикатов, бумаги и картона.

1.ВИДЫ ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ

Внастоящее время промышленное применение имеют следующие виды древесной массы (ДМ):

ДМ, получаемая из древесины в виде балансов:

– ДДМ – дефибрерная, белая, получаемая путем истирания древесины на дефибрерах цепных, прессовых и др.; бурая – путем дефибрирования предварительно пропаренной древесины (вырабатывается в небольших количествах);

– ДДМД (ДМД) – дефибрерная древесная масса давления, получаемая путем дефибрирования древесины под давлением на двухпрессовых дефибрерах.

ДМ, получаемая из древесной щепы путем размола в дисковых мельницах (механическая масса):

– РММ (РДМ) – рафинерная механическая масса (рафинерная ДМ), получаемая путем размола при атмосферном давлении щепы после промывки (гидролитической обработки) без предварительной пропарки и обработки химикатами;

– РДМД – рафинерная древесная масса давления, которая получается аналогично РММ (РДМ), только размол ведется при повышенном давлении;

– ТММ – термомеханическая масса, получаемая из щепы после термогидролитической обработки при давлении 100–300 кПа и температуре 100–135 °С с последующим размолом в две ступени: на первой ступени – под давлением, на второй ступени – при повышенном или атмосферном давлении;

6

–ХТММ – химико-термомеханическая масса, получаемая путем совместной химической и термогидролитической обработки

иразмола щепы в две ступени под давлением;

–ХММ – химико-механическая масса, получаемая при интенсивной обработке щепы химическими реагентами с последующей короткой по времени тепловой обработкой (варкой) и размолом под давлением в одну или в две ступени.

Последние 3 вида полуфабрикатов высокого выхода имеют целый ряд разновидностей в зависимости от условий размола, пропарки и пропитки щепы, вида применяемого химического реагента, расхода химикатов и других факторов.

В балансе волокнистых полуфабрикатов, произведенных на предприятиях России, механическая масса составляет более 20 %.

ДДМ из-за неудовлетворительных бумагообразующих свойств имеет ограниченное применение и не может заменить целлюлозу в композиции бумаги, потому в последние годы интенсивно разрабатываются более перспективные технологии производства ДМ из щепы (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).

Выход различных видов механической массы из древесины в зависимости от условий и степени обработки химикатами составляет (в процентах):

ДДМ или ДМД 96–98;

РММ 94–96; ТММ 92–94; ХТММ 85–93; ХММ 80–90.

7

Наиболее распространенным видом механической массы из щепы как по объему производства, так и по количеству установок является ТММ, широко используемая в композиции газетной бумаги. Наметилась тенденция расширения объемов производства беленой ХТММ из лиственных пород древесины, изготовляемой в виде товарной массы и используемой в композиции бумаги сани- тарно-бытового назначения и бумаги для печати и письма. ХММ производится в основном из лиственной древесины на реконструированных предприятиях при закрытии сульфитцеллюлозного производства.

Производство современных видов механической массы из щепы имеет целый ряд достоинств по технологии и свойствам получаемых полуфабрикатов:

–высокий выход из древесины;

–получение высококачественной массы из древесины лиственных пород;

–возможность использования в качестве древесного сырья технологической щепы и отходов лесопиления;

–гибкость технологического процесса, позволяющая получать полуфабрикаты с различными свойствами на одном и том же оборудовании из различных древесных пород;

–расширение применения бессернистых реагентов при производстве ХТММ и ХММ из древесины лиственных пород;

–использование для отбелки пероксида водорода или дитионита натрия при полном исключении хлорсодержащих реагентов;

–полное отсутствие газовых выбросов в атмосферу;

–создание замкнутых циклов водопользования с нулевым сбросом сточной воды;

–применение систем рекуперации пара, позволяющих снизить удельный расход электроэнергии (УРЭ) на производство данных полуфабрикатов;

–возможность производства продукции в виде товарного полуфабриката;

–полная автоматизация технологического процесса;

8

– снижение содержания дорогостоящей целлюлозы в композиции бумаги при замене ДДМ на механическую массу из щепы (ТММ и ХТММ).

С точки зрения экологии производство механической массы из щепы является наиболее чистым процессом производства волокнистых полуфабрикатов за счет применения замкнутых циклов водопользования и малых расходов химикатов.

Два основных недостатка механической массы из щепы – высокий УРЭ на производство и низкая стабильность белизны – оказывают существенное влияние на объемы производства. Снижение УРЭ и повышение стабильности белизны позволило бы многократно увеличить объемы производства данных полуфабрикатов.

2. СВОЙСТВА И ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ

Дефибрерная (белая) древесная масса (ДДМ) состоит из волокон различной степени измельчения и очень неоднородна по своему составу. Наряду с волокнами нормальной длины она содержит обрывки волокон с растрепанными концами, пучки волокон, слизь, отдельные фибриллы.

Качество ДМ зависит как от качества исходной древесины, так

иот факторов дефибрирования, непрерывно изменяющихся в процессе истирания древесины, от условий сортирования, рафинирования и от состояния системы оборотной воды. Определяется качество ДМ средней длиной волокон, соотношением длинноволокнистой

икоротковолокнистой фракций и свойствами элементов каждой фракции (их тонкостью, степенью фибриллирования).

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

9

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

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 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.

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 разделение в основном происходит 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.

10