книги / Подготовка полуфабрикатов для получения бумаги

УДК 676

Х16

Рецензенты:

канд. техн. наук, доцент Д.Р. Нагимов (ЗАО «Карбокам»);

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

Хакимов, Р.Р.

Х16 Подготовка полуфабрикатов для получения бумаги : учеб. пособие / Р.Р. Хакимов, Ф.Х. Хакимова, К.А. Синяев. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2018. – 126 с.

ISBN 978-5-398-02052-6

Изложены материалы по истории производства бумаги. Приведены сведения в удобной для восприятия форме по всем операциям производства волокнистых полуфабрикатов для получения бумаги, основные из которых: размол полуфабрикатов, проклейка и наполнение бумаги, сортирование и деаэрация массы. Описано оборудование, применяемое в производстве волокнистых полуфабрикатов. Приведены примеры технологических схем подготовки бумажной массы к получению бумаги.

Предназначено для студентов очного и заочного отделений направления «Химическая технология».

УДК 676

3

4

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В настоящее время мировая бумажная промышленность выпускает свыше 600 видов бумаги и картона, обладающих разнообразными, а в ряде случаев совершенно противоположными свойствами: высокопрозрачные и почти совершенно непрозрачные (неактиничные), электропроводящие и элекроизоляционные, толщиной 4–5 мкм (т.е. в 10–15 раз тоньше человеческого волоса) и толстые картоны, хорошо впитывающие влагу и водонепроницаемые (бумажный брезент), прочные и слабые, гладкие и шероховатые, паро-, газо-, жиронепроницаемые и др.

Это разнообразие свойств различных видов бумаги обеспечивает широкие возможности использования ее не только в быту людей и в качестве материальной основы для письма и печати, но и в различных областях народного хозяйства: в химической, электрорадиотехнической, пищевой, строительной и других отраслях промышленности.

Возможности изготовления широкого ассортимента бумажной продукции с приданием ей того или иного свойства или сочетания нескольких свойств появились в связи с успехами, достигнутыми при разработке научных основ технологии бумажного производства. Еще совсем недавно изготовление какого-либо вида бумаги считалось искусством бумажного мастера. Это искусство обычно достигалось в результате большого опыта. В настоящее время область «чистого искусства» все более вытесняется областью точных научных знаний. Свойства бумаги легче всего поддаются объяснению, если исходить из того, что бумага является капиллярно-пористым коллоидным материалом.

Различные свойства бумаге или картону придаются обычно следующими методами: подбором исходных полуфабрикатов для изготовления бумаги, т.е. составлением ее композиции по роду волокон; изменением технологических режимов одного или нескольких из основных процессов бумажного производства (размола, отлива, сушки); введением в бумажную массу различных добавок (мине-

5

ральных наполнителей, красителей, дефлокуляторов, проклеивающих и других веществ); отделкой бумаги, включая операции каландрирования, крепирования, гофрирования, тиснения, армирования и т.п., а также операции поверхностной обработки с использованием химикатов (поверхностную проклейку и пропитку, окраску, мелование, пластификацию, лакирование и пр.).

Таким образом, для достижения тех или иных свойств бумаги технолог-бумажник пользуется различными средствами. Часто получить бумагу с нужными свойствами можно не одним каким-либо определенным способом, а различными методами. В каждом случае технолог-бумажник выбирает наиболее простой, дешевый и удобный метод.

Трудно сказать, какой из процессов производства бумаги является самым важным с точки зрения влияния на свойства конечного продукта. Безусловно, свойства готовой бумаги зависят от совокупности всех процессов бумажного производства. Однако издавна процессу размола бумажной массы отводилась исключительно большая роль в создании самых разнообразных свойств бумажного листа. Недаром до сих пор среди бумажников-технологов бытует выражение: «Бумага делается в ролле».

Длинноволокнистая целлюлоза обычно обеспечивает получение наиболее прочной бумаги. На первый взгляд может показаться странным, для чего же осуществляется процесс размола волокнистых материалов, при котором они неизбежно укорачиваются. Дело в том, что из одних длинных волокон очень трудно получить равномерную по расположению волокон и просвету бумагу, так как при отливе бумажного полотна они склонны к хлопьеобразованию. Наличие с длинными волокнами известного количества мелких способствует тому, что мелкие волокна заполняют пространства между длинными. Лист при этом становится более равномерным, с безоблачным просветом. Некоторая рубка волокон особенно нужна при выработке бумаги из массы садкого помола, т.е. из легко обезвоживающихся волокон и наиболее склонных к образованию хлопьев.

Укорочение волокон – не основное назначение процесса размола. В большинстве случаев более важно расщепление волокон

6

в продольном направлении на тончайшие волоконца – фибриллы. При этом значительное увеличение (развертывание) наружной поверхности волокон приводит к возрастанию роли явлений, происходящих на этой поверхности: адсорбции воды, сопровождаемой набуханием волокон и повышением их гибкости; созданию условий для установления между волокнами связей, определяющих основные свойства бумаги – механическую прочность, впитывающую способность, воздухопроницаемость и др.

Производство бумаги в нашей стране непрерывно увеличивается за счет реконструкции и расширения действующих предприятий и строительства новых, которые используют различные волокнистые полуфабрикаты. Технология производства бумаги сложна, так как часто связана с одновременным использованием различных по своим свойствам волокнистых полуфабрикатов, большого количества воды, тепловой и электрической энергии, вспомогательных химических веществ и других ресурсов и сопровождается образованием производственных отходов и стоков, вредно действующих на экологию окружающей среды.

Для успешного решения задач повышения эффективности бумажного производства, рационального использования природных ресурсов, повышения качества продукции, защиты окружающей среды необходимо, чтобы основные производители бумаги – рабочие, техники, мастера, инженеры и технологи – хорошо понимали сущность основных физико-химических процессов, протекающих на разных технологических стадиях производства бумаги, и могли управлять этими процессами.

Основной задачей настоящего пособия является изложение в простой и доступной форме современных теоретических представлений о важнейших технологических процессах бумажного производства – комплексе процессов и технологий подготовки волокнистых полуфабрикатов и бумажной массы к изготовлению бумаги. Приводится описание технологических схем производства, основного оборудования, влияния важнейших технологических факторов на протекание различных процессов и качество продукции.

7

1. ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ

Значение целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) в народном хозяйстве очень велико. Нет такой отрасли промышленности, где бы не применялись бумага, картон или изделия из них. Велика роль бумаги как носителя духовной ценности общества, без нее практически невозможно повышение культурного уровня людей, знание истории.

В ряде европейских стран бумага получила название от своего предшественника папируса. Например: das papier (по-немецки), the paper (по-английски), le papier (по-французски) и т.д.

Изготовление папируса возникло в древнем Египте примерно около 3500 лет до нашей эры. Его готовили из болотного тростникового растения cyperus paperus, сердцевина которого разрезалась на отдельные полоски, которые выдерживали в воде 2–3 дня для набухания, затем прокатывали деревянной каталкой на доске, операцию повторяли, и полоски становились тонкими. Полоски накладывали друг на друга внахлест, обезвоживали между сукнами под прессом и сушили на солнце. Таким образом получали различные сорта папируса от тончайших листов до грубой обертки.

С появлением бумаги и пергамента производство папируса резко сокращается.

Во II в. до нашей эры в Малой Азии в Пергамском царстве было организовано производство материала для письма из кожи молодых животных телят, ягнят. Пергамент был значительно прочнее, эластичнее, долговечнее папируса, с него можно было смывать текст и наносить новый, но обходился он очень дорого: для создания одной книги требовалось истребить до сотни животных. Несмотря на это, он использовался довольно долго.

Изобретателями бумаги считаются китайцы. В 105 г. нашей эры придворный сановник Цай Лунь предложил способ изготовления бумаги. Он открыл основной технологический принцип получения

8

бумаги образование листового материала из отдельных волокон путем обезвоживания на сетке из разбавленной волокнистой суспензии. Волокнистое сырье измельчалось с помощью песта в каменной ступке. Таким способом можно было обрабатывать любое растительное сырье и отходы: бамбук, мох, водоросли, тряпье, коноплю, паклю и т.д.

Секрет производства китайцы тщательно сохраняли. Только в конце VII в. бумага стала производиться в Японии и других соседних с Китаем странах.

В Европе освоили искусство производства бумаги в XI–XII вв. Возрастающие потребности в бумаге требовали расширения и механизации ее производства. На смену ступе с пестом пришла толчея, приводимая в движение мельничным колесом. В XVII в. в Голландии был изобретен ролл, который в три раза превосходил по производительности толчею. С появлением роллов черпальщики не успевали отливать приготовленную массу. В 1799 г. француз Луи Робер создал самочерпку первую бумагоделательную машину. Это способствовало быстрому росту бумажной промышленности, культурному и техническому прогрессу общества.

ВРоссии первая отечественная бумага была получена только

вXVI в. на небольшой бумажной фабрике под Москвой. Толчок

вразвитии бумажного дела в России дали преобразования Петра I. Развивающейся стране была необходима бумага, и по петровскому указу было построено несколько мануфактур, первой из которых стала Дудергофская, или Красносельская (теперь Красногородский экспериментальный бумажный комбинат), заложенная в 1716 г. Указания Петра I мастерам-бумажникам: «…бумага б делалась всякая, без охулки против заморской».

Вистории бумажной промышленности России XIX в. примечателен началом машинного способа изготовления бумаги в стране. В 1816 г. на Петергофской бумажной фабрике была установлена первая в России бумагоделательная машина, сработанная мастерами Петербургского литейного завода. Позднее некоторые фабрики владели даже не одной такой машиной.

9

Открывались новые фабрики и заводы на оборудовании, закупленном за границей.

В1921 г. отечественная бумажная промышленность находилась

вочень тяжелом положении. В.И. Ленин считал бумажную промышленность одной из важнейших отраслей народного хозяйства. Он обратился к заместителю председателя золотой комиссии М.К. Ветошкину: «Прошу ускорить рассмотрение вопроса об отпуске золота для бумажной промышленности. Вопрос этот не терпит отлагательства». Таким образом решался вопрос всеобщего образования. Бумажная промышленность вовремя получила необходимые средства для закупки оборудования и материалов.

СоветскийСоюзв 1980 г. занимал 4-е место в мире по производству целлюлозы, бумагии картона, уступаяСША, Канаде иЯпонии.

В1988 г. в СССР было выпущено почти 11 млн т бумаги и картона. Потребление бумаги на душу населения составило 37 кг в год.

Врезультате смены в стране экономической модели промышленное производство к 1995 г. снизилось до уровня 1960-го.

В2003 г. в России было выработано около 3,5 млн т бумаги

икартона, однако потреблялось около 2,5 млн т, что соответствовало душевому потреблению в 13,5 кг. В США в 2003 г. потреблялось бумаги 330 кг в год на человека.

Начиная с 2000 г. наметились положительные тенденции в развитии отрасли: растут объемы производства и экспорта основных видов лесобумажной продукции, модернизируется существующее оборудование, внедряются современные технологии, выделяются средства на природоохранные мероприятия. Целому ряду крупнейших предприятий удалось выйти из кризиса, а по ряду показателей – на докризисный уровень производства.

Перспективы развития целлюлозной промышленности в России связаны с совершенствованием технологического процесса, более полным использованием лесных ресурсов на имеющихся предприятиях, а также со строительством новых ЦБК.

Происходит постоянное расширение ассортимента производимых видов бумаги, что связано с развитием существующих отраслей промышленности и развитием новых. С появлением каждой новой

10