Процесс производства целлюлозы и бумаги

Вы когда-нибудь задумывались о том, как изготавливается повседневная бумага? Процесс производства целлюлозы и бумаги представляет собой увлекательное сочетание науки, техники и многовековых знаний, которое превращает древесину и переработанные материалы во все, от блокнотов до упаковки.

В этом посте вы узнаете, что на самом деле представляет собой производство целлюлозы и бумаги, почему оно важно в современном мире и как оно развивалось с течением времени. Мы проведем вас через каждый этап — от подготовки сырья и производства целлюлозы до формирования и окончательной обработки листов. Если вы любознательный студент или просто хотите понять, что нужно для изготовления бумаги, это руководство для вас.

Что такое пульпа? Понимание сырья

Целлюлоза является отправной точкой для всех бумажных изделий. Это влажная волокнистая смесь, изготовленная из расщепляющихся растительных материалов, таких как древесина или переработанная бумага. После разделения волокна можно сформировать в тонкие листы — это бумага. Но не вся целлюлоза производится одинаково. Давайте разберемся в типах используемых волокон и в том, почему целлюлоза является настоящим героем в этом процессе.

Типы волокон, используемых в производстве бумаги

Древесные волокна: хвойные и лиственные породы

• Волокна хвойных пород (например, сосны или ели) длиннее и гибче. Это делает бумагу более прочной и долговечной.

• Волокна твердой древесины (например, березы или эвкалипта) короче и гладче. Они помогают создать прекрасную, ровную поверхность, идеальную для печати.

Тип	Длина волокна	Прочность бумаги	Обычное использование
Хвойная древесина	Длинный	Высокий	Упаковка, картон
твердая древесина	Короткий	Ниже	Бумага для печати, салфетки

Недревесные волокна

• К ним относятся жом (остатки сахарного тростника), лен- , хлопок и конопля . Их часто используют в специальных бумагах или там, где предпочтительны бездревесные источники.

• Багасса легкая и обычно встречается в упаковке пищевых продуктов. Из хлопка получается мягкая высококачественная бумага, например, денежная или художественная бумага.

Переработанные волокна

• Переработанная бумага очищается, измельчается и используется повторно. Хотя оно короче и слабее, чем первичные волокна, оно все равно полезно.

• Их часто смешивают с более прочными волокнами, чтобы повысить долговечность и текстуру бумаги.

Почему целлюлоза является ключом к производству бумаги

Роль целлюлозы

Целлюлоза — это основной материал, содержащийся во всех волокнах растительного происхождения. Он прочный, гибкий и хорошо сцепляется с другими волокнами. Вот что делает его идеальным для формирования листа, который скрепляется.

Лигнин и гемицеллюлоза: вспомогательный состав

• Лигнин действует как клей в древесине. Он прочно удерживает волокна, но его необходимо удалить, иначе бумага пожелтеет и станет хрупкой.

• Гемицеллюлоза помогает связывать волокна. Хотя он мягче целлюлозы, он обеспечивает гибкость и способствует образованию листов.

  
  

Пошаговый обзор процесса производства целлюлозы и бумаги

Путь от необработанных бревен до готового листа бумаги состоит из нескольких этапов. На каждом этапе растительные волокна тщательно преобразуются в прочные листы, пригодные для печати. В этом разделе рассказывается об основных этапах производства, освещаются как традиционные, так и современные технологии, используемые сегодня на целлюлозно-бумажных фабриках.

1. Подготовка сырья

Процесс окорки и измельчения

Бревна сначала проходят через большие окорочные барабаны, которые удаляют кору путем переворачивания и разбрызгивания воды. Чистые бревна затем подаются на высокоскоростные измельчители, которые разрезают их на мелкую однородную щепу, обеспечивая стабильные результаты варки целлюлозы.

Древесная щепа должна быть мелкой и однородной, чтобы обеспечить эффективную варку и равномерное разделение волокон во время варки целлюлозы.

Поиск древесины

• Бревна обычно заготавливают в управляемых лесах или получают в виде отходов лесопилок и деревообрабатывающих предприятий.

• Лесной мусор, такой как ветки или обрезки, также измельчается и используется в качестве экономически эффективного источника волокна.

источника материала	Преимущества
Остатки лесопилки	Доступная цена, сокращает отходы древесины, уже окоренной
Управляемые лесные журналы	Прочные, свежие волокна, особенно для крафт-бумаги.
Остаток лесозаготовки	Использует низкосортную древесину и сокращает количество отходов.

2. Процесс целлюлозы

Механическая целлюлоза

• Каменная древесина (SGW): бревна прижимаются к массивным шлифовальным кругам для извлечения волокон с минимальным использованием химикатов.

• Механическая целлюлоза на рафинере (RMP): древесная щепа измельчается в рафинерах с помощью вращающихся металлических дисков под высоким давлением.

• Термомеханическая варка целлюлозы (TMP): щепа подвергается предварительной обработке паром перед рафинированием, что повышает белизну и гибкость волокон.

Механическая масса сохраняет большую часть структуры древесины, но это приводит к снижению прочности и более темному цвету бумаги без сильного отбеливания.

Химическая целлюлоза

• Крафт-процесс: используется сильный щелочной раствор для растворения лигнина, сохраняя при этом волокна целлюлозы неповрежденными и прочными.

• Сульфитный процесс: метод на основе кислоты, лучше подходит для специальной бумаги, но приводит к получению более слабой целлюлозы по сравнению с крафт-бумагой.

Полухимическая целлюлоза

• Чипсу слегка подвергают химической обработке, а затем механически очищают, что идеально подходит для изделий высокой жесткости, таких как коробки из гофрированного картона.

Сравнение механических и химических

свойств	Механическая целлюлоза	Химическая целлюлоза
Прочность волокна	Низкий из-за остаточного лигнина	Высокая за счет полного удаления лигнина
Урожай	Высокий (90–95%)	Средний (45–55%)
Яркость (после отбеливания)	Середина	Высокий
Типичное использование	Каталоги, газетная бумага, флаеры	Офисная бумага, упаковка

3. Очистка и сортировка целлюлозы

• После варки бумажной массы мусор, такой как сучки, кора и песок, необходимо отделить, чтобы предотвратить повреждение оборудования и ухудшение качества бумаги.

• Центробежные очистители вращают пульпу на высоких скоростях для удаления плотных загрязнений, таких как песок и металлические фрагменты.

Чистая целлюлоза обеспечивает равномерное формирование листов и позволяет избежать разрывов бумаги из-за остатков твердых частиц или комков древесины.

4. Процесс отбеливания

Отбеливание делает целлюлозу ярче и улучшает внешний вид конечной бумаги. Химическая целлюлоза требует более глубокого отбеливания, чем механическая целлюлоза.

• Зачем отбеливать? Из небеленой целлюлозы получается темная бумага, которая легко обесцвечивается, особенно под воздействием света или с течением времени.

• Обычные агенты: перекись водорода действует мягко, диоксид хлора очень эффективен, а озон действует быстро, но стоит дорого.

• Различные подходы: механическая целлюлоза слегка отбеливается для сохранения выхода; Химическая целлюлоза полностью отбеливается до белизны.

отбеливающего агента. Лучше всего	Эффективность	подходит	для
Перекись водорода	Умеренный	Низкий	Переработанная или механическая целлюлоза
диоксид хлора	Высокий	Умеренный	Крафт- и сульфитные химические целлюлозы
Озон	Очень высокий	Высокий	Специальная бумага высокой яркости

---

5. Рафинирование и взбивание

Цель переработки

Очистка подготавливает волокна к лучшему сцеплению, придавая поверхности шероховатость и делая их более гибкими и сцепляющимися.

• Хорошо очищенные волокна создают более прочную бумагу, образуя более прочные и прочные связи во время формирования листа.

Нефтеперерабатывающее оборудование

• Дисковые рафинеры: высокоскоростные вращающиеся диски измельчают целлюлозу между ребристыми металлическими пластинами, регулируя форму и длину волокон.

• Конические рафинеры: используйте камеры высокого давления и конусообразные камеры для нарезки и прессования целлюлозы в более однородные волокна.

Влияние на соединение волокон

• Чрезмерное измельчение обрезает волокна слишком коротко, ослабляя лист, а недостаточное измельчение приводит к плохому склеиванию волокон и грубой текстуре.

Правильная очистка улучшает гладкость бумаги, ее прочность на разрыв и пригодность для печати, не делая ее хрупкой или неровной.

6. Процесс изготовления бумаги

Формирование листа

• Водянистая целлюлозная смесь равномерно распределяется из напорного ящика на движущуюся проволочную сетку , чтобы начать формирование бумажного листа.

• Сила тяжести и всасывание удаляют большую часть воды, оставляя после себя влажный волокнистый мат, готовый к прессованию.

Прессование

• Влажный коврик проходит через тяжелые валики, обернутые войлоком, чтобы выжать больше воды и уплотнить волокна.

• Это повышает прочность листа и подготавливает полотно к более быстрой сушке без повреждения связей волокон.

Сушка

• Серия нагретых цилиндров испаряет оставшуюся влагу, снижая содержание воды в конечном продукте примерно до 5%.

на этапе (%)	Содержание воды
После формирования	~99%
После нажатия	~50–60%
После высыхания	~4–6%

7. Завершение и преобразование

• Каландрирование: бумага проходит между гладкими нагретыми валками, чтобы выровнять ее поверхность и уменьшить разницу в толщине.

• Покрытие и проклейка: поверхности можно обрабатывать крахмалом, глиной или латексом для улучшения качества печати и стойкости к чернилам.

• Резка и упаковка: рулон непрерывной бумаги нарезается на листы подходящего размера или листы, а затем упаковывается для доставки.

Заключительные этапы отделки определяют текстуру, вес, блеск и эффективность бумаги при печати или складывании.

Основное оборудование, используемое в процессе производства бумаги

Производство бумаги зависит от слаженной системы машин. Каждый из них выполняет определенную работу по преобразованию необработанной древесины в готовую бумагу. От удаления коры до выравнивания готового листа эти машины работают последовательно, чтобы гарантировать соответствие каждого листа стандартам качества. Давайте рассмотрим основные машины, используемые на протяжении всего процесса.

окорочный станок

Окорочный станок удаляет кору с бревен до того, как они будут расколоты. Этот шаг важен, поскольку кора может вызвать загрязнение и повреждение оборудования, находящегося ниже по потоку. Внутри окорочного станка бревна вращаются в больших барабанах, а струи воды помогают разрыхлить и снять кору. После очистки бревна готовы к отправке в измельчитель.

измельчитель

Измельчитель разрезает окоренные бревна на мелкую однородную щепу, которую легче обрабатывать. Он использует острые вращающиеся лезвия для быстрой и эффективной нарезки бревен. Чипсы должны быть одинаковыми по размеру, чтобы они равномерно готовились в варочных котлах или должным образом измельчались в механических процессах. Неравномерная стружка может привести к ухудшению качества целлюлозы.

Варочный котел

Варочный котел занимает центральное место в производстве химической целлюлозы. Он обрабатывает древесную щепу с помощью тепла и химикатов, чтобы расщепить лигнин и высвободить целлюлозные волокна. Варочные котлы бывают двух видов: периодического и непрерывного действия. В то время как варочные котлы периодического действия обрабатывают одну загрузку за раз, варочные котлы непрерывного действия работают без остановок и идеально подходят для производства прочной крафт-целлюлозы в больших объемах.

Пульпер

Разбиватель создает суспензию путем смешивания сырых волокон или переработанной бумаги с водой. Лопасти или роторы перемешивают смесь, разбивая материалы на отдельные волокна. Это ключевая машина как для свежей древесной массы, так и для переработки. Что касается переработанной бумаги, измельчитель часто включает в себя этапы удаления краски, которые помогают очистить использованную бумагу перед рафинированием.

нефтеперерабатывающий завод

Рафинер изменяет форму волокон и текстуру поверхности, помогая им более прочно сцепляться во время производства бумаги. Он использует вращающиеся диски или конусы для аккуратного разрезания и фибрилляции волокон. Уровень очистки напрямую влияет на качество бумаги: от ее прочности до качества печати. Чрезмерное рафинирование может повредить волокна и ослабить конечный продукт.

Машина Фурдринье

Машина Фурдринье формирует лист бумаги, распределяя целлюлозу по движущейся сетчатой ​​проволоке. Вода стекает через сетку по мере формирования волокнистого мата. Вакуумные коробки под сеткой помогают удалить больше воды. В этом разделе определяется однородность листа и распределение волокон, что имеет решающее значение для изготовления гладких и однородных рулонов или листов бумаги.

Сушилки и каландры

После прессования влажная бумага проходит через большие паровые сушилки. Эти цилиндры постепенно удаляют влагу, пока лист не достигнет заданной сухости. Далее лист проходит через каландры — гладкие валики, которые его сжимают и полируют. На этом этапе регулируется толщина, текстура и отделка бумаги в зависимости от того, является ли продукт глянцевым, матовым или без покрытия.

Распространенные типы бумаги и их использование

Бумага для письма и печати

• Используется для книг, офисных документов и профессиональной бумаги.

• Гладкая поверхность для легкого впитывания чернил.

• Распространенные типы включают высокосортную бумагу и бумагу для копировальной техники.

• Подходит для принтеров, факсов и копиров.

Упаковочная бумага

• Защищает и презентует продукцию во время транспортировки.

• Включает крафт-бумагу, известную своей прочностью и устойчивостью к разрыву.

• Используется для упаковки, прокладки и наполнения коробок.

Салфетки и средства гигиены

• Изготовлен из мягких, впитывающих материалов.

• Включает туалетную бумагу, бумажные полотенца, салфетки и салфетки для лица.

• Разработано, чтобы бережно воздействовать на кожу и обеспечивать высокую впитываемость.

Специальная бумага (глянцевая, матовая, с покрытием)

• Глянцевый: идеально подходит для фотопечати, с яркими цветами и четкими деталями.

• Матовая: неотражающая поверхность, идеально подходящая для художественных репродукций и читаемых документов.

• С покрытием: используется для высококачественных журналов, брошюр и маркетинговых материалов.

Контроль качества в производстве бумаги

Механические и физические свойства протестированы

Предел прочности

Испытания на прочность на растяжение позволяют определить, какое усилие может выдержать бумага, прежде чем она порвется. Это свойство важно для бумаги, используемой в продуктах, которым необходимо противостоять растяжению, например, в упаковке. Более высокая прочность на разрыв гарантирует, что бумага может выдерживать нагрузки, не рвясь.

Сопротивление разрыву

Тесты на сопротивление разрыву определяют, насколько хорошо бумага выдерживает давление. Это особенно важно для таких продуктов, как пакеты и конверты, бумага которых может подвергаться резким нагрузкам. Сильная устойчивость к разрыву помогает бумаге сохранять целостность во время использования.

Непрозрачность и яркость

Тесты на непрозрачность измеряют, сколько света проходит через бумагу, а тесты на яркость измеряют, сколько света она отражает. Эти свойства влияют на внешний вид бумаги, особенно для печати. Более высокая непрозрачность и яркость улучшают визуальную привлекательность и четкость печатных материалов.

Гладкость и возможность печати

Гладкость относится к текстуре поверхности бумаги, которая влияет на распространение чернил. Более гладкая бумага позволяет получать более четкие и четкие отпечатки, что делает ее идеальной для высококачественной печатной продукции. Бумага с более шероховатой поверхностью может вызвать проблемы с впитыванием чернил и ухудшением четкости печати.

Испытательное оборудование и методы измерения

• Тестер на растяжение : измеряет прочность и удлинение бумаги перед разрывом.

• Тестер Элмендорфа на разрыв : оценивает устойчивость бумаги к разрыву в контролируемых условиях.

• Измерители непрозрачности и яркости : измеряют пропускание и отражение света для определения качества изображения.

• Измерители профиля поверхности : используются для измерения гладкости бумаги и обеспечения качества печати.

Проблемы в производстве целлюлозы и бумаги

проблемы	Описание
Вариативность волокон	Различия в качестве и составе волокна влияют на прочность и консистенцию бумаги.
Контроль влажности и высыхания	Управление уровнем влажности имеет решающее значение; избыток влаги ослабляет бумагу, а недостаточная влажность может привести к растрескиванию.
Износ и обслуживание оборудования	Непрерывное использование оборудования приводит к его износу, что требует регулярного технического обслуживания и модернизации во избежание сбоев.
Потребление энергии и воды	Производство бумаги связано с высоким потреблением энергии и воды, что создает проблемы с управлением затратами и обеспечением устойчивости.

Возможности для совершенствования и инноваций

Использование переработанных волокон открывает новые возможности в бумажной промышленности. Используя переработанные материалы, производители могут снизить затраты и минимизировать воздействие на окружающую среду. Достижения в области технологий теперь позволяют использовать переработанные волокна более высокого качества, что делает их более экологичным вариантом для производства бумаги без ущерба для прочности и долговечности.

Технологии рафинирования и формования продолжают развиваться, улучшая качество бумажной продукции. Новые методы очистки улучшают соединение волокон, что приводит к получению более прочной бумаги. Между тем, более совершенные методы формования помогают создавать более гладкие и однородные листы, уменьшая количество дефектов и улучшая однородность продукции.

Автоматизация управления технологическими процессами меняет производство бумаги. Используя данные в реальном времени, автоматизированные системы позволяют производителям корректировать производственные параметры, такие как уровень влажности и температура. Это приводит к повышению согласованности, уменьшению количества дефектов и повышению общей эффективности производственного процесса.

Заключение

Процесс производства целлюлозы и бумаги включает в себя несколько ключевых этапов, включая подготовку сырья, варку целлюлозы, отбеливание, рафинирование и производство бумаги. Каждый этап имеет решающее значение для обеспечения высокого качества бумаги и эффективности. Овладение этими процессами необходимо для поддержания единообразия продукции и соответствия отраслевым стандартам.

Благодаря таким достижениям, как переработанное волокно и автоматизация, будущее производства бумаги выглядит многообещающим. Эти инновации повысят устойчивость и эффективность производства, предлагая более экологичные и экономически эффективные решения для развития бумажной промышленности.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем разница между целлюлозой и бумагой?

Целлюлоза – волокнистый материал, используемый для изготовления бумаги. Бумага – это готовый продукт, полученный путем переработки целлюлозы в листы.

Почему в производстве бумаги используются как хвойные, так и лиственные породы?

В хвойной древесине длинные волокна обеспечивают прочность, в то время как в твердой древесине более короткие волокна обеспечивают гладкость и лучшую пригодность для печати на бумаге.

Как отбеливают целлюлозу без использования хлора?

Целлюлозу можно отбелить с помощью кислорода, перекиси водорода или озона, что снижает воздействие на окружающую среду и позволяет избежать использования химикатов на основе хлора.

Справочные источники

[1] https://www.pulpandpaper-technology.com/articles/pulp-and-paper-manufacturing-process-in-the-paper-industry

[2] https://extension.okstate.edu/fact-sheets/basics-of-paper-manufacturing.html.

[3] https://www.princeton.edu/~ota/disk1/1989/8931/893104.PDF

[4] https://www.deskera.com/blog/paper-manufacturing-process-how-paper-is-made/

[5] https://www.vectorsolutions.com/resources/blogs/papermaking-process/

[6] https://www.draeger.com/Content/Documents/Content/pulp-paper-note-pdf-10780-en-us-2106-3.pdf.

[7] https://www.slideshare.net/slideshow/paper-manufacturing-process/79334000

[8] https://www.youtube.com/watch?v=E4C3X26dxbM