книги / Технология целлюлозно-бумажного производства. Введение в специальность

были укреплены ножи. В ванне создавалось непрерывное движение воды и тряпья. Попадая в зазор между ножами, тряпье раздиралось на мелкие кусочки. Цикл продолжался до тех пор, пока тряпки не превращались в тончайшие волоконца. В ролле бумажная масса получалась лучше, чем приготовленная в толкушах. Один ролл приготавливал столько бумажной массы, сколько ее делали несколько толкуш.

Свое изобретение голландцы долгое время хранили в глубокой тайне. Голландская бумага стала самой лучшей и успешно конкурировала с бумагой, полученной другими изготовителями. В других европейских странах тем временем продолжали делать бумагу старыми методами, то есть с помощью толкуш.

Тайна, однако, раскрылась французам, и к концу XVII века подобные аппараты были уже во всех странах, развивающих бумажное производство.

Эффективность роллов на старинных бумажных мельницах была так высока, что черпальщики не успевали превращать приготовленную массу в бумажные листы. Число рабочих можно было бы удвоить и утроить, но для этого потребовалось бы расширять производственные площади, строить новые помещения, устанавливать новое оборудование, определенное время ушло бы на подготовку дополнительных кадров. Однако и при таком подходе к делу основной процесс изготовления бумаги – отлив – остался бы ручным.

Требовалась машина, которая бы сама отливала бумагу из приготовленной в роллах массы, но не отдельными листами, а сплошной широкой лентой.

Первая в мире бумагоделательная машина была создана во Франции в 1792 году Луи Николосом Роббером. Аппарат был предельно прост (рис. 15). Он размещался на площади всего в 4,5 квадратных метра, приводился в действие вращением рукоятки и мог сделать за 1 минуту десяток метров бумаги шириной 64 сантиметра (не лучшего качества).

21

Процесс изготовления бумаги не был полностью механизирован. У машины не было ни прессового, ни сушильного устройства.

Машина Роббера стала достоянием мировой бумажной промышленности.

В1804 году в Англии появилась первая, а годом позже вторая бумагоделательная машина усовершенствованной конструкции. Первые машины имели сеточную и прессовую части

инакат для намотки бумаги. Позже к машине приспособили сушильные цилиндры, которые первоначально обогревали изнутри углями, а затем паром.

Конструкторская мысль непрерывно работала над дальнейшим улучшением бумагоделательных агрегатов. Увеличивались их размеры, росла производительность. Новые приспособления давали возможность сосредоточить в одной машине весь процесс изготовления бумаги. Каждое предприятие стремилось обзавестись такой машиной и иметь их не одну, а несколько.

Впервой половине XIX столетия (20-е годы) машинным способом изготавливали бумагу в Германии, Франции, США, Польше, других странах. Машины того времени делали бумагу со скоростью 120 метров в минуту, шириной 3 метра, производя 20 тонн бумаги в сутки. (Современные бумагоделательные машины выпускают бумагу шириной 10–12 м при скорости до 1500 м в минуту, производя до 700 т бумаги в сутки.)

Так закончился «доисторический» период бумажного производства, и началась его история как солидной индустриальной отрасли.

Долгое время основным материалом для изготовления бумаги служили волокна льна, пеньки и хлопка, получаемые из тряпья. Развитие печатного дела, рост бумажного производства

иострый недостаток тряпья способствовали поиску нового сырья для производства бумаги.

23

Дешевое сырье для замены хлопковых и льняных материалов

Пока бумагу изготавливали ручным способом и делали ее внебольших количествах из тряпья, не было особых забот о сырье. Но с появлением «прожорливых» бумагоделательных машин требовалось все больше и больше волокнистых материалов. А так как поставки льняного тряпья для приготовления волокнистой массы начали сокращаться, возникла угроза свертывания бумажного производства. Тогда и возникла потребность в поиске новых дешевых материалов– заменителейхлопковыхильняныхматериалов.

В поисках сырья для бумаги испробовали солому и крапиву, торф и хмель, просо и картофельную ботву, мох, тростник и даже морскую тину. Но из всех этих материалов получалась грубая, низкокачественная бумага. Уроженец г. Крипплена (Германия) Фридрих Готлиб Келлер (1816–1895), ткач по профессии, увлекся идеей превращения древесины в волокнистую массу. Он заметил, что деревянная ручка топора, случайно прижатая к каменному кругу ручного точила, поддалась истиранию. В корытце под точильным камнем остался сгусток серо-желтой волокнистой массы. Келлер собрал ее в сосуд, разбавил водой и взболтал содержимое сосуда. Некоторое количество массы пролилось на скатерть. Вода быстро впиталась, а на скатерти осталось волокнистое образование в виде расплющенной лепешки. Затем он осторожно снял массу ножом, зажал между листами книги, а потом с помощью иглы прикрепил к печи. Масса вскоре высохла, далее ее разгладили, и первый кусочек чистой древесной бумаги был готов. Но такая бумага была грубой, жесткой, ломкой, так как древесные волокна слабо сцеплялись друг с другом и распадались.

Тогда Келлер отвез на бумажную фабрику бочку готовой древесной массы и попытался изготовить бумагу в смеси с некоторым количеством тряпичной полумассы. Бумага получилась лучшего качества – более длинные и эластичные волокна

24

из льняного тряпья переплелись с короткими древесными и образовали надежную структуру отливки.

В 1852 году был построен промышленный аппарат дефибрер (см. рис. 46) для истирания древесины (от латинского слова «фибра» – волокно, и приставки «де», означающей «отделение», «удаление»). Спустя несколько лет дефибрер демонстрировался на ВсемирнойвыставкевПарижеибылудостоензолотоймедали.

Начало получения целлюлозы из древесного сырья

Предложенное Фридрихом Келлером механическое истирание древесины лишь частично решало сырьевую проблему в бумажном производстве. Древесная масса, оказавшись очень хорошим полуфабрикатом, могла образовать прочный бумажный лист только в сочетании с тряпичной массой. Но запасов тряпья было недостаточно.

И тогда возникла идея сам волокнистый материал получить тоже из древесины. В начале XIX века начались опыты по получению волокнистых материалов не механическим, а химическим способом. Но они были неудачными. Древесина не размягчалась ни в воде, ни в спирте, ни в эфирах, ни в других растворителях.

Неудача исследователей объясняется тем, что тогда еще не был известен химический состав древесины. Необходимо было изучитьстроениедревесины, еефизическиеихимическиесвойства.

Оказалось, что у дерева – сложный организм, что древесную ткань образуют мельчайшие живые ячейки-клетки, каждая из которых имеет свою форму и размер. Именно по этим клеткам через отверстия-поры в их оболочках движутся от корней к кроне и от кроны к корням дерева растворы минеральных солей, питательные вещества. Получая пищу, клетки усваивают ее, отчего их число и размеры увеличиваются. От этого дерево и растет вверх и вширь.

25

Ученые установили, что оболочки клеток состоят из относительно многослойного, очень стойкого и прочного волокнистого вещества. Его назвали латинским словом «целлула», что означает «комнатка», «клетушка», «клетка». Отсюда и пошло известное во всем мире слово «целлюлоза», или «клетчатка», – растительный волокнистый материал. В 1838 году обнаружил это вещество и дал ему названиефранцузскийисследовательАнсельмПайен.

Целлюлоза – это как бы каркас растительного организма, на котором крепятся вещества, составляющие твердую часть растения, такие как лигнин, гемицеллюлозы, жиры, смолы, воск, белки и др. Такой конструкционный материал должен обладать высокой прочностью.

Соткрытием этого прочного, не разрушающегося в растворах вещества встал вопрос о его промышленном использовании

вбумажном производстве. Однако сначала нужно было решить очень важную задачу – научиться выделять из древесины чистую клетчатку. На это ушли годы кропотливых поисков.

Только в середине XIX века англичанин Уатт и американец Барджесс создали технологию этого процесса. Древесину измельчали на мелкие фракции – щепу – и варили в герметически закрытом котле в течение шести часов в растворе каустической соды (едкого натра) при температуре 150 °С и повышенном давлении. Метод получил название натронного.

Сгодами появились усовершенствованные варианты щелочной варки, в частности широко используемый в настоящее время сульфатный способ варки целлюлозы раствором едкого

натра с добавкой сульфида натрия (NaOH + Na2S).

Технология производства целлюлозы постоянно совершенствовалась. В 1866 году американский инженер-химик Б.Е. Тильгман установил, что если хвойную древесину варить

всернистой (сульфитной) кислоте с солью этой кислоты при высоких температурах и давлении, т. е. вести процесс быстро, то древесина размягчается, причем лигнин, которого в древесине хвойных пород до 30 % и который мешает изготовлению бумаги,

26

разрушается и переходит в варочный раствор. Способ такой варки, впоследствииусовершенствованный, былназвансульфитным.

Оба способа варки древесного сырья – сульфитный (кислотный) и сульфатный (щелочной) – применяются во всех странах, имеющих целлюлозно-бумажную промышленность. Существуют и другие химические способы варки целлюлозы, но не все они эффективны.

В развитие целлюлозно-бумажного производства большой вклад внесли советские ученые О.К. Гиллер, Н.И. Никитин, С.А. Фотиев, Н.Н. Непенин, В.М. Никитин, С.Н. Иванов, Б.Г. Милов, Ю.Н. Непенин.

1.2. ИСТОРИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИИ

С бумагой Россия познакомилась намного позже других стран. Это был «заморский» товар, завезенный в страну торговыми людьми Великого Новгорода, бывавшими в разных землях, и иностранными купцами, торговавшими на Руси своими товарами. Русским людям была известна бумага итальянского, французского, английского, немецкого и голландского изготовления. Россия покупала ее более 260 лет. Первые русские тексты на бумаге имели вид свитков, что позволяло долго сохранять записи. Одним из ранних документов Древней Руси на бумаге считают договорную грамоту великого князя Симеона Гордого, датированную 1340 г., а также рукописную книгу «Поучения Исаака Сирина», относящуюся к 1381 г.

Бумага собственного изготовления появилась в России во второй половине XVI века, в царствование Ивана Грозного. К этому времени относится и начало книгопечатания на Руси, создание Иваном Федоровым первой русской типографии. При Иване Грозном бумага употреблялась для военных целей. «Дайте пушкарям… триста листов бумаги доброй, большой,

27

толстой…», – приказывал царь дьякам в Новгороде перед походом на Казань.

В Государственном архиве Дании хранится грамота, написанная в 1570 году на бумаге московской выделки и помеченная водяным знаком Ивана Грозного.

Водяной знак, или филигрань, – это своеобразное клеймо, торговая марка того или иного бумажного предприятия. Водяной знак хорошо просматривается на свет. Буквы, включенные в символическое изображение, могли обозначать название местности, где находилось бумажное предприятие, инициалы его владельца или мастера, отливавшего бумажные листы. Цифры указывали на год изготовления бумаги.

У каждой бумажной мельницы был собственный водяной знак. Его вышивали тонкой проволокой на металлической сетке, служившей формой для ручного отлива бумаги. Место, где было вышито изображение, становилось слегка выпуклым. Когда сетку с жидкой массой вынимали из бочки и встряхивали, на выпуклости оседало меньше волокна. На готовом листе бумаги это место просвечивало. При машинном способе изготовления бумаги филиграни делать сложно. Только особые сорта современной бумаги помечают филигранями.

Водяной знак нельзя ни стереть, ни подделать. Он находится как бы внутри бумажного листа.

Первая русская бумажная мельница построена была на реке Уче, в 30 верстах от Москвы. Но она работала недолго. Лет через сто опять построили бумажную мельницу, на этот раз на реке Пахре, рядом с мукомольной мельницей. Следующая мельница была построена на реке Яузе.

Мощный импульс развитию бумажного дела в России был дан в XVIII веке. Побывав за границей и увидев, как там делают бумагу, Петр I задумал построить отечественные бумажные мануфактуры, оборудовав их по европейскому образцу, для выработки тех видов бумаги, в которых государство испытывало наибольшую потребность. Петр приказывал: «И бумага б дела-

28

лась всякая, без охулки против заморской». В русском войске бумагой пользовались исстари: для боевых зарядов к артиллерийскому выстрелу при безгильзовом заряжении, для насыпания и контроля качества пороха. Из бумаги изготавливали также гильзы патронов. Патронная бумага входит в ассортимент бумаги, вырабатываемой и в настоящее время. Из нее делают гильзы патронов для охотничьих ружей, специальные гильзы для взрывчатки, применяемой при взрывах горных пород, и т. п.

Вцарствование Петра I в России появляется гербовая бумага, весь сбор от продажи которой поступал в казну.

Опытных мастеров бумажного дела Петр приглашал изза границы, рабочими становились крепостные. За мельницами закреплялись даже целые села. Петр издавал указы о сборе тряпья для бумажных мельниц. По царскому распоряжению в армии и на флоте собирали отслужившие срок паруса, несмоленые канаты и веревки, поношенные рубахи. Петр ввел налог, который взимался с крестьян тряпьем. Преобразования Петра, такие как отмена славянской азбуки «кириллицы», введение новой русской азбуки, выпуск первой русской газеты, первых книг, напечатанных новым шрифтом, требовали большого количества бумаги.

По указу Петра I было построено несколько бумажных предприятий под Москвой и Санкт-Петербургом.

Вистории бумажной промышленности России XIX век примечателен началом машинного способа изготовления бумаги. В 1816 году 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.

Открывались новые фабрики и заводы на оборудовании, закупленном за границей. Полуфабрикаты для бумаги начали делать не из тряпья, а из древесного сырья. В 1872 году был построен первый в Российской империи завод для выработки древесной массы, в 1884 году – первый целлюлозный завод. Оба

29

предприятия были сооружены в Риге. Машинным способом бумагу в России стали изготавливать все больше предприятий.

Тем не менее к началу XX столетия бумажная промышленность России занимала одно из последних мест в списке стран, изготавливавших бумагу. Государство было вынуждено постоянно закупать бумагу за рубежом.

У бумажной промышленности дореволюционной России, несмотря на ее слабость, сложились определенные традиции, она шла своими путями, развиваясь в соответствии с накопленным опытом. Это был опыт искусных мастеров-самоучек, талантливых ученых, инженеров, оставивших заметный след в технике

итехнологии целлюлозно-бумажного производства.

В1921 году отечественная бумажная промышленность находилась в тяжелом положении. В.И. Ленин, считая бумажную промышленность одной из важнейших отраслей народного хозяйства, 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.

Начатая при жизни В. И. Ленина работа по восстановлению бумажной промышленности привела к обновлению и увеличению оборудования бумажных фабрик и расширению выпуска их продукции.

За период с конца 30-х годов XX века до начала Великой Отечественной войны было построено около 30 новых крупных целлюлозно-бумажных предприятий, в том числе и на Урале – Вишерский, Камский, Соликамский ЦБК, бумажная фабрика «Гознак».

К сожалению, уверенному поступательному развитию

СССР помешала Великая Отечественная война. После войны

30