Растительное сырье для производства волокнистых полуфабрикатов

Древесное сырье и его характеристика. Главным видом сырья для производства технической целлюлозы является древесина хвойных и лиственных пород. Запасы хвойных пород древесины в нашей стране сосредоточены в северо-восточных районах европейской части, в Западной и Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Отсутствие фенолов и низкое содержание смолы в древесине ели и пихты, на долю которых приходится соответственно 14 % и 5 % всех лесных запасов, делают их главным видом сырья для сульфитцеллюлозного производства и производства белой древесной массы. В дальнейшем преимущественное использование ели и пихты для производства белой древесной массы, сульфитной и бисульфитной целлюлозы будет сохраняться. Большая часть лесных запасов СССР (около 58 %) приходится на сосну и лиственницу, являющуюся преобладающей древесной породой в районах Восточной Сибири и Дальнего Востока. Из-за наличия в их древесине фенолов, высокого содержания смолы и водоэкстрак-тивных веществ (у лиственницы) сосна и лиственница плохо поддаются сульфитной варке и поэтому не применяются в качестве сырья для сульфитного метода. Однако для бисульфитного, бисульфит-сульфитного, бисульфит-нейтрально-сульфитного и сульфатного методов варки целлюлозы они успешно используются. Для сульфатного метода варки свойства растительного сырья не имеют решающего значения, поэтому для переработки в целлюлозу по этому методу пригодны все породы, но наибольшее промышленное применение нашла древесина сосны.

Среди лиственных пород древесины наибольшее промышленное значение приобрела береза, занимающая более 13 % лесных площадей, второе место принадлежит осине. В южных районах страны промышленное значение могут иметь тополь, ольха, эвкалипт. Древесина лиственных пород широко используется в производстве полуцеллюлозы, сульфитной, бисульфитной и сульфатной целлюлозы, белой, химической, термохимической и термомеханической древесной массы. Ограниченные ресурсы древесины хвойных пород (особенно ели) вообще и в Европейско-Уральской зоне СССР, где сосредоточена большая часть производственных мощностей целлюлозного производства в частности, создали проблему обеспечения их древесным сырьем. В связи с этим на расширение сырьевой базы и изменение структуры перерабатываемого сырья за счет вовлечения в переработку лиственных пород, низкокачественной древесины, отходов лесозаготовок и деревообрабатывающих производств, тонкомерной древесины, вторичных ресурсов и однолетних растений в одиннадцатой пятилетке обращено особое внимание. Кроме более полного удовлетворения отрасли сырьем, одновременно достигается экономия деловой древесины, повышается эффективность производства и охраны природы.

При организации переработки древесины лиственных пород необходимо учитывать следующее: древесина лиственных пород значительно труднее окаривается, чем хвойных: средняя плотность лиственных пород на 25 % выше хвойных; диаметр и длина волокна на 35—50 % меньше; прочность лиственной целлюлозы значительно меньше, чем хвойной; использование лиственной целлюлозы вполне себя оправдывает в композиции с хвойной целлюлозой; проблема выщипывания волокна свойственна всем видам целлюлозы из лиственных пород, но она решается добавкой крахмала и синтетических веществ; тонкомерная древесина лиственных пород равноценна крупномерной, чего не наблюдается у хвойных; древесина лиственных пород наиболее пригодна для производства беленой сульфатной и сульфитной целлюлозы, беленой полуцеллюлозы и нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы для гофры. Доля древесины лиственных пород в сырьевом балансе мирового целлюлозно-бумажного производства будет непрерывно расти и к концу нынешнего столетия достигнет Уз всего используемого сырья.

Отличие химического состава древесных пород также существенно сказывается на выходе и свойствах получаемых из них волокнистых полуфабрикатов, поэтому этот фактор при производстве учитывается. В табл. 2 приведен химический состав древесины наиболее распространенных отечественных пород.

где т — масса воды, кг ; О — масса влажной древесины, кг.

Влажность

свежесрубленной древесины находится в пределах25—40%.Воз-душносухому состоянию древесины, высушенной в естественных условиях, отвечает 15—20 %-ная влажность. Влажность мокрой древесины (после длительного пребывания в воде) может достигать 60 % и более.

Плотность — это масса вещества, содержащаяся в единице его - объема, которая выражается в килограммах на кубический метр. Для древесины различают два понятия плотности: плотность древесины как физического тела и плотность собственно древесного вещества. Вследствие капиллярно-пористой структуры древесной ткани ее внутренняя поверхность составляет около 300 м ² /г, лишь от 20 до 50 % общего объема древесины приходится на долю древесного вещества (для ели около 30%). Оставшийся объем древесины приходится на пустоты. Плотность древесины зависит как от плотности упаковки структурных элементов древесной ткани, так и от влажности. Плотность абсолютно сухой древесины зависит только от объема пустот, поэтому для сравнения между собой образцов древесины по плотности необходимо привести их к одной и той же влажности. Наиболее удобно пользоваться плотностью древесины в абсолютно сухом состоянии.

Плотность собственно древесного вещества для всех пород древесины практически постоянна и принимается равной 1540 кг/м3. Плотность древесины большинства пород меньше единицы, поэтому в воде такая древесина плавает (плотность воды 1000кг/м3). Исключение составляет древесина в состоянии полного насыщения пустот водой (при длительном хранении в воде). В этом случае плотность древесины превышает плотность воды, и она тонет. По этой причине наблюдались большие потери древесины при ее доставке сплавом, особенно россыпью (молем). Поэтому, этот способ сплава в настоящее время на многих реках запрещен. Для наиболее широко распространенных в СССР пород плотность древесины в абсолютно сухом состоянии, в среднем, может быть принята, кг /м3: для ели 435, сосны 470, пихты 380, лиственницы 650, осины 430, березы 600, бука 660.

Ценность древесины как сырья для производства волокнистых полуфабрикатов определяется плотностью, показывающей сколько древесного материала в килограммах (или тоннах) содержится в единице объема древесины. С увеличением плотности сырья возрастает производительность оборудования.

Характеристика качества балансов. Древесина хвойных и лиственных пород, поступающая на целлюлозно-бумажные предприятия в виде бревен толщиной в верхнем отрубе 60— 240.мм и соответствующая возрасту 50—200 лет, называется балансом. Качество балансов является определяющим фактором качества получаемого из них полуфабриката. Основные требования к качеству балансов устанавливаются действующими ГОСТами.

Подверженность деревьев различным заболеваниям, поражению грибками, микроорганизмами И насекомыми, благоприятной средой жизнедеятельности которых служит древесное вещество, как на корню, так и особенно при хранении заготовленной древесины обусловливает наличие в балансах пороков. Разнообразные пороки заметно снижают выход и качество полуфабрикатов, поэтому оценка качества древесины, поступающей на предприятие, имеет исключительное значение. К основным признакам, характеризующим качество балансов и устанавливаемым обычно их наружным осмотром, относятся ширина годичных колец, сучковатость, прямизна и округлость ствола, различные виды гнили.

Низкокачественная древесина. Под низкокачественной древесиной понимают круглые лесоматериалы, которые по своим качественным показателям или размерам не соответствуют стандартам и техническим условиям на деловую древесину. Основным пороком, по которому древесина переводится в разряд низкокачественной, является внутренняя гниль. Из общей. массы низкокачественной древесины в среднем 85 % составляет древесина, пораженная внутренней гнилью, и лишь 15 % имее т- другие пороки (кривизну, овальность, корень, сучковатость и т. п.).

Дрова для технологических нужд. Это древесина преимущественно лиственных пород, поставляемая предприятиям по специальным техническим условиям. Характерной особенностью дров как из лиственных, так и из хвойных пород, применяемых для технологических целей, является трудность, а то и невозможность ее окорки (может поставляться в колотом виде), высокое содержание различных гнилей, большая кривизна, сильная сучковатость и разнообразие размеров. Кроме того, она не сортируется по породам. Получаемая из такой древесины смешанная щепа сильно засорена корой, гнилью и требует особых методов облагораживания (очистки). В связи с этим дрова могут использоваться только для варки полуцеллюлозы и целлюлозы по сульфатному методу. Использование дров экономически выгодно, так как их оптовая цена на 30—35 % ниже, чем балансов, но в то же время связано с технологическими затруднениями.

Отходы лесопиления. Это отходы периферической части ствола деловых пиловочных бревен, практически нацело состоящие из заболонной древесины хвойных и лиственных пород. Такие отходы содержат мало сучков и других пороков. Кроме того, заболонная древесина сосны не содержит фенольных веществ, п о- . этому отходы лесопиления являются высококачественным техно логическим сырьем для производства целлюлозы сульфатным, сульфитным и другими методами варки. Отходы лесопиления поставляются на целлюлозно-бумажные предприятия в виде готовой технологической щепы.

Отходы деревообработки. В виде технологической щепы используются отходы деревообрабатывающих предприятий — фанерных, мебельных, катушечных, тарных, столярных и др. По породному составу отходы чаще всего бывают лиственные или хвойно-лиственные. Щепа из этих отходов очень неравномерна по размерам, но почти не содержит сучков и гнилей. Такая щепа успешно применяется для производства полуцеллюлозы, термохимической и термомеханической древесной массы, сульфатной, сульфитной и бисульфитной целлюлозы.

Тон ко мерная древесина. Под тонкомерной древесиной понимают древесину, в большинстве случаев молодую, диаметр которой не превышает 13 см (в верхнем торце от 2 до 13 см включительно). Сюда также относятся вершины, сучья и ветви деревьев, т. е. стволовая часть лесосечных отходов, образующихся на лесозаготовительных предприятиях. В последнее время в разряд тонкомерной древесины относят плантационную молодую древесину с коротким циклом выращивания, служащую для получения зеленой щепы, или щепы всего дерева (ЩВД), так как в этом случае стволик вместе с ветками сразу измельчается в щепу. Основную массу тонкомерной древесины представляют лесосечные отходы и молодая древесина рубок ухода, главным образом хвойно-лиственных пород. Подсчитано, что в европейской части СССР ежегодно можно заготавливать 30 млн м3 тонкомерной древесины от рубок ухода, в том числе около 10 млн. м3 хвойных пород. Количество же лесосечных отходов, оставляемых на вырубках в виде недорубов и отходов лесозаготовок, которые также необходимо заготавливать, составляет значительно большую цифру — почти 100 млн. м3 древесины. Несмотря на худшие свойства щепы из тонкомерной древесины по сравнению с балансовой, использование ее экономически выгодно, особенно когда будет решена проблема комплексной механизированной заготовки, сбора, доставки, окорки и рубки этого сырья, пока же применение ее органиченно. Технологическая щепа. Древесное сырье для выработки волокнистых полуфабрикатов используется главным образом в виде щепы. Основную массу составляет собственная щепа, получаемая из балансов непосредственно на целлюлозно-бумажных комбинатах. Все древесные отходы, низкокачественная древесина и дрова превращаются в технологическую щепу, которая поставляется на предприятия в готовом к переработке виде и должна содержать: не менее 84% щепы нормальных размеров, не более

3 % коры, не более 6 % гнили и не более 1 % опилок, остальное — мелочь. Объем потребления привозной технологической щепы целлюлозно-бумажной промышленностью в 1980 г. возрос в 1,65 раза по сравнению с 1975 г. и достиг 12 млн. м³, что со ставляет более 23 % всего объема древесного сырья. В текущем пятилетии ожидается дальнейший рост объемов производства и потребления технологической щепы. Такое внимание развитию этого направления объясняется следующим: производство техно логической щепы из отходов лесозаготовок и деревообработки способствует ускоренному решению важнейшей проблемы ком плексного использования древесного сырья; 1 м3 щепы для техно логических нужд заменяет 1 м3 балансов; затраты на привозную щепу ниже, чем на производство собственной щепы из балансов; экономический эффект в народном хозяйстве от производства и потребления технологической щепы составляет более 11 млн. р. в год.

В настоящее время на одной привозной технологической щепе в СССР работают такие крупные предприятия, как Балахнинский ЦКК, Майкопский ЦКЗ и Соликамский ЦБК. Около половины объема привозной щепы перерабатывается Архангельским, Котласским и Соломбальским целлюлозно-бумажными комбинатами. Более 85 % потребляемой ЦБП технологической щепы перерабатывается в сульфатную целлюлозу различного назначения.

Опилки. Значительным источником древесного сырья для получения целлюлозы представляются опилки, образующиеся в огромных количествах при распиловке заготовленной древесины. В С ССР пр имерно 30% годового объема заготовок древесины составляют отходы, 10—12% которых приходится на опилки. В натуральном выражении это 12 млн. пл. м3 массы ежегодно. Около

4 млн. пл. м3 массы (по данным за 1978 г.) опилок использова лось для гидролиза, а остальные сжигались или вывозились в от вал. А между тем сульфатная целлюлоза из опилок хвойных по род по механическим показателям близка к сульфатной целлюлозе из древесины лиственных пород, при выходе ее на 5% ниже, чем из нормальной щепы.

На Усть-Илимском ЛПК впервые в СССР пущено производство сульфатной целлюлозы из опилок непрерывным методом. Производительность установки 50 тыс. т в год целлюлозы из опилок. Целлюлозу в небеленом виде предусмотрено использовать в композиции картона.

Недревесное сырье. Наряду с древесиной в производстве волокнистых полуфабрикатов находит применение недревесное сырье: однолетние растения, вторичное сырье, макулатура, причем на долю макулатуры приходится более половины указанных источников сырья.

Однолетние растения. Кроме древесины, для производства волокнистых полуфабрикатов используют однолетние растения (стебли тростника, солому хлебных злаков и т. п.), что представляет особый интерес для безлесных районов страны. Существенным преимуществом этого вида сырья является ежегодная возобновляемость, однако трудность сбора, доставки и хранения пока ограничивают его применение. Наряду с этим целлюлоза из однолетних растений придает ряд специфических свойств бумаге (повышает гладкость, непрозрачность, белизну) и поэтому является желательным волокнистым полуфабрикатом в композиции многих видов бумажной продукции.

В нашей стране, богатой тростником (тростник произрастает на площади в 5 млн. га с ежегодным приростом около 24 млн. т), его стебли используют для выработки целлюлозы по сульфатному методу. Непрерывнодействующая установка по выпуску сульфатной тростниковой целлюлозы работает в составе Астраханского целлюлозно-картонного комбината (ЦКК).г де используется тростник, произрастающий в дельте р. Волги. Качество технической целлюлозы, получаемой из стеблей тростника, близко к качеству древесной целлюлозы средней жесткости.

Вторичное сырье. Тряпье (тряпичные волокна), являясь более дефинитным по сравнению с целлюлозой волокнистым материалом, в настоящее время используется для изготовления бумаги в относительно небольшом объеме. Тряпичные волокна, получаемые из тряпья хлопчатобумажного и льняного, волокнистых отходов текстильного, канатно-веревочного и швейного произ водств, волокон хлопка, льна и др., длиннее и прочнее волокон древесной целлюлозы, придают бумаге и картону повышенную прочность и эластичность.. Поэтому они применяются преимущественно для выработки высококачественной документной, денежной, чертежной, картографической, копировальной, писчей и многих технических видов бумаги и картона.

Макулатур а. Это один из видов сырья для целлюлозно-бумажной промышленности, ресурсы которого постоянно возрастают с увеличением потребления бумаги и картона. Мировое потребление макулатуры для производства бумаги и картона к настоящему времени достигло 42—45 млн. т в год (в СССР более 2 млн. т в год), что составляет около 27 % (в СССР 24 %) всех волокнистых материалов, расходуемых на выработку бумаги и картона. Столь значительный рост переработки макулатуры объясняется следующим: 1 т макулатуры заменяет 3—4 м3 древесины, а это позволяет экономить древесное сырье; макулатурная масса почти в 2 раза дешевле древесной массы и целлюлозы; стоимость строительства. бумажных фабрик для переработки макулатуры в 1,5 раза ниже стоимости предприятий для производства первичных полуфабрикатов; проще решаются проблемы охраны природы и рационального использования природных ресурсов. В нашей стране макулатура применяется в производстве 41 вида картона и бумаги (80% потребления приходится на долю тароупаковочных видов).