Целлюлозно-бумажная промышленность

 

Целлюлозно-бумажная промышленность

1. Характеристика отрасли

Целлюлозно-бумажная промышленность – одна из наиболее важных отраслей РФ. Она составляет 1,24% от объема промышленной продукции  России и около 2%  от мирового производства. Но обладая такими возможностями и потенциалами, как в нашей стране, эти цифры должны быть на уровне 12 – 15 %.

Целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) – наиболее сложная  отрасль лесного комплекса, связанная  с механической обработкой и химической переработкой древесины. Она включает производство целлюлозы, бумаги, картона и изделий из них.

Эта отрасль  отличается:

• Высокой материалоёмкостью: для получения 1 т целлюлозы необходимо в среднем 5-6 куб. древесины;
• Большой водоёмкостью: на 1 т целлюлозы расходуется в среднем 350 куб.м. воды;
• Значительной энергоёмкостью: 1 т продукции требует в среднем 2000 кВт/ч.

При строительстве  крупных ЦБП очень важным условием является наличие надежного источника  водоснабжения, хороших условий  сброса сточных вод, их очистка и  обеспечение чистоты воздушного бассейна.                                                                                                     

ЦБП является высококонцентрированной  отраслью промышленности. На 8 предприятиях производится более 70 % российской целлюлозы  и бумаги, а также более 50 % картона.

    Состояние ЦБП России характеризуется высокой степенью износа оборудования, значительным количеством небольших предприятий, оснащенных устаревшим оборудованием небольшой единичной мощности, производящих продукцию ограниченного спроса. На многих предприятиях используются энергоемкие и экологически устаревшие технологии с высоким потреблением древесного сырья, химикатов, энергоресурсов, воды. Не созданы благоприятные условия для значительного вовлечения в переработку вторичного бумажного сырья. Назрела настоятельная необходимость в значительном техническом переоснащении действующих производств отрасли.

 

2. Технология основного производства

В зависимости  от того, в каком растворе варят  щепу, различают сульфитный и сульфатный методы производства целлюлозы. Если в растворе сернистой кислоты или сернистокислого кальция (гидросульфита кальция) под давлением 7-8 атм и при температуре 140ºС, то это сульфитный способ варки. Но на  многих комбинатах целлюлозу варят со щелочами – получают сульфатную целлюлозу.

Табл. 2.1. Сравнительная характеристика

сульфатного и сульфитного способа варки

	Сульфатная  целлюлоза	Сульфитная целлюлоза
Положительные	Возможна переработка  практически любой древесины; бумага имеет более высокую прочность, термостойкость, долговечность, непрозрачность; обладает более высокими диэлектрическими свойствами, поэтому она используется для производства электротехнической бумаги (кабельную, конденсаторную, телефонную); из нее готовят мешочную и оберточную бумаги, картонную тару, бумажный шпагат.	Более высокий  выход из древесины обеспечивает повышенную способность к размолу, лучшие оптические  и деформационные свойства, высокую белизну, что позволяет  использовать ее в массовых видах  бумаги, типа газетной, в небеленом  виде; высокая способность к отбелке, в том числе без применении хлора; при получении в атмосферу не поступают метилмеркаптаны, сероводород и дурнопахнущие летучие вещества, а в сточных водах отсутствуют сульфиды; бумага с повышенной пухлостью и впитываемостью, поэтому ее чаще применяют для производства санитарно – гигиенических видов.
Отрицательные	Волокна более  гибкие и они, труднее размалываются; волокна бурого цвета; без регенерации  сульфатный способ технологически не может функционировать; содержит дурнопахнущие  серосодержащие вещества	Проблема утилизации отработанных щелоков, которые загрязняют окружающую среду. При варке происходит повышенное воздействие на окружающую среду (водоемы), в основном, из-за ограниченности сбыта технических лигносульфонатов (упаренных щелоков), а также отсутствие систем регенерации химикатов и тепла из отработанных щелоков, утилизируется лишь 30 – 40 % сухих веществ щелока; высокий расход серы и варочного основания; не используются вторичные тепловые ресурсы органических веществ щелока; щелока при разбавлении становятся хорошими питательным субстратом для многих микроорганизмов, вызывая сильное обрастание подводных сооружений.

 

В основном в  ЦБП России применяют сульфатный способ производства целлюлозы  и  тенденция развития этого способа сохраняется. Сульфитный способ стал вполне конкурентоспособным, однако до сих пор не получил заметного роста.

Рис 2.1. Технология производства бумаги

1. Бревна поступают в окорочные вращающиеся барабаны, где древесина за счет трения друг о друга и ребристую поверхность стенок барабана освобождаются от коры и грязи, и бревна промываются водой.  Длинник распиливают на высокопроизводительных машинах – сленгерах на балассы (длиной до 1,5 м).

2. Конвейер несет их к рубильным машинам, где получают технологическую щепу. Щепа по конвейеру поступает в варочный цех.

3. В варочном цеху щепа варится в растворе сернистой кислоты и сернистокислого кальция (гидросульфита кальция) – получают сульфитную целлюлозу или варят со щелочами – получают сульфатную целлюлозу.

4. Полученную целлюлозу выдувают за счет давления пара, тщательно промывают водой в сцежах, очищают от оставшихся крохотных сучков, мелких непроваренных кусочков древесины и отбеливают хлором. Отбелка производится в особых башнях.

5. Промытую, очищенную и отбеленную целлюлозу по трубам перекачивают в бассейны для изготовления бумажной массы. Из бассейнов она попадает на специальную мельницу для размола.

6. Размол. Цель – подготовить полуфабрикаты к отливу; сделать волокна гибкими, пластичными; увеличить их поверхность с целью эффективного связеобразования, от которого зависит прочность бумажного листа; придать бумаге требуемую структуру и физические свойства.   Производят размол в специальных аппаратах – роллах, дисковых и конических мельницах. В настоящее время на всех предприятиях ЦБП размол ведется в аппаратах непрерывного действия.

7. Проклейка бумаги. Цель – придать ей водостойкость; при этом уменьшается ее впитывающая способность и увеличивается пригодность для письма и печати. Водостойкость придают: канифольный клей, парафин, пек. Дополнительно еще придают механическую прочность: крахмал, животный клей.

8. Наполнение бумаги.

Цель – экономия волокнистых полуфабрикатов, повышение  белизны, впитывающей способности, гладкости. Применяются: каолин, тальк, мел, гипс.

Введение наполнителей снижает прочность бумаги и затрудняет ее проклейку.

9.  Крашение бумаги.

Около 90%  бумажной продукции вырабатывается с применением  красителей.

Способы окраски:

• краситель добавляют в бумажную массу (наиболее часто);
• добавляют краситель на поверхность бумажного полотна.

10. Очистка бумажной массы.

В бумажную массу  вместе с волокнистыми  полуфабрикатами, суспензии красителей, наполнителя  и клея попадают частицы коры, луба, сучков, песка, смолы, и др. загрязнений. Нежелательным является и присутствие воздуха в массе.

Получение массы  высокой чистоты связано с  образованием значительного получения  отходов, использование которых  определяется экономической необходимостью.

11. Изготовление бумаги на бумагоделательной машине.

Современная бумагоделательная  машина позволяет со скоростью 2000 м/мин  и выше осуществлять непрерывный  процесс переработки жидкой массы  концентрацией 0,1 – 0,3 % в листовой материал – бумагу, с влажностью 4 – 8 %.

3. Воздействие отрасли на окружающую среду

• Загрязнение атмосферы

Производство  целлюлозы – крупный источник загрязнения атмосферы, характер которого обусловлен двумя основными способами  производства целлюлозы – сульфитным и сульфатным. Другие способы по характеру выбросов близки к основным. 

Больше всего загрязняют атмосферный воздух предприятия, производящие целлюлозу по сульфатному способу. Основная причина выделения вредных газовых соединений – это использование в технологическом процессе сульфида натрия, что приводит к образованию серосодержащих соединений сероводород, метилмеркаптана, диметилсульфида, диметилдисульфида, сернистый и сетный ангидрид. Все эти соединения выделяются через неплотности из большого количества аппаратов, баков и через вентиляционные трубы эти соединения выбрасываются в атмосферу.

Сульфитно – целлюлозное производство загрязняет атмосферу заметно меньше. Главным загрязнителем атмосферы здесь является сернистый ангидрид, который используется для приготовления варочной кислоты.

С загрязнением атмосферы связаны процессы отбелки как сульфитной, так и сульфатной целлюлозы. Причина – применение для отбелки целлюлозы газообразного хлора и двуокиси хлора. При получении хлора и двуокиси хлора образуются такие токсические соединения, как хлористый водород, пары ртути, сернистый ангидрид, щелочные аэрозоли.

Значительным  источником загрязнения атмосферы  являются тепловые электростанции, необходимые  для снабжения производства паром  и электроэнергий. При сжигании топлива, угля, щепы дымовые газы содержат частицы  золы. При сжигании высокосернистого мазута атмосферный воздух загрязняется сернистым ангидридом.

• Загрязнение объектов гидросферы

Целлюлозно-бумажная промышленность одна из наиболее водоемких  отраслей промышленного производства. Она расходует около 9,2 млн. м³ воды ежесуточно. Кроме большого количества воды отрасль использует различные химикаты и топливо, которые частично в виде потерь и отходов попадают в производственные сточные воды.

Количество  и степень загрязнения производственных сточных вод зависят от вида вырабатываемой продукции, мощности предприятия, совершенства технологического процесса и схемы производства.

Сточные воды предприятий  ЦБП содержат огромные количества взвешенных и растворенных веществ как органического, так и неорганического происхождения. Взвешенные вещества состоят из кусочков коры, волокна, наполнителей. Растворенная органика представляет собой компоненты древесины – сахара, углеводы, лигнин, и другие. Взвешенные вещества, попадая со сточными водами в водоемы, отлагаются на дне в месте спуска сточных вод и накапливаются в огромных количествах, иногда занимая в водоеме большие площади.

• Действие на биоту водоемов

Органические  вещества, осевшие на дно (кора, волокно), в анаэробных условиях загнивают, выделяя  вредные газы (СО₂, СН₄, Н₂S), и тем самым образуют очаги вторичного загрязнения. Продукты гниения и распада веществ придают воде водоемов неприятный вкус, отравляют атмосферный воздух. При высокой концентрации газов в водоеме могут погибнуть растительность, микроорганизмы и рыбы.

Неосевшие взвешенные вещества засоряют жабры рыб, что приводит к их гибели. Сточные воды, содержащие щелока, имеют темно – коричневый цвет, что придает воде водоемов темную окраску, препятствует проникновению света на глубину, тормозит процесс фотосинтеза, уменьшает прирост органических соединений, уменьшает кормовую базу для рыб.  

Происходит  нарушении кислородного баланса  водоемов. Растворенные в сточной  воде вещества (хлор, углекислый газ, сернистый  ангидрид, сероводород, метилмеркаптан), попадая в водоем, придают свежей воде неприятный запах и привкус, который сорбируется мясом рыб, и рыба становится непригодной для пищи. Летучие газы, десорбируясь из воды водоемов, загрязняют атмосферный воздух, губительно действует на окружающую растительность и здоровье человека.

Особую опасность для водоемов представляет ртуть (сточные воды хлорного завода), присутствие которой в ничтожно малых концентрациях (менее 0,001%) способствует подавлению и полному прекращению биологических процессов и делает невозможной очистку воды на сооружениях биологической очистки и в естественных водоемах. Ртутные соединения накапливаются в рыбе.  

• Образование твердых отходов

Долгое время  кора являлась отходом и ее отвозили в отвал, на что тратились значительные средства, а для отвалов требовались  большие площади. Так на одном из предприятий ЦБП под свалку коры при высоте слоя ее 5-6 м был занят участок около20 га. При постройке в настоящее время мощных предприятий, количество коры на отдельных из них достигает 250 м³/час и больше. В этих условиях перевозка коры в отвал как по затратам, так и из-за невозможности выделения огромных территорий совершенно недопустима. Также твердыми отходами являются зола от сжигания топлива, шлаковые отходы.