E-materiały do kształcenia zawodowego

Maszyny i urządzenia stosowane do produkcji mas włóknistych i wytworów papierniczych

DRM.06. Produkcja mas włóknistych i wytworów papierniczych - Technik papiernictwa 311601

bg‑green

Produkcja mas włóknistych i wytworów papierniczych

SCHEMAT INTERAKTYWNY

ReyGpK4xdV1Va1
Grafika interaktywna przedstawia etapy produkcji mas włóknistych i wytworów papierniczych. Widać różne urządzenia ułożone w kolejności, w jakiej są wykorzystywane przy produkcji. Przy każdym urządzeniu znajduje się przycisk. Po kliknięciu na niego wyświetla się opis tekstowy i w postaci audio.

Punkt pierwszy: Podstawowymi surowcami, jakie wykorzystuje się do produkcji papieru są: włókna roślinne: jodły, sosny, świerku oraz roślin jednorocznych, jak: len, bawełna. Oprócz surowców podstawowych do produkcji papieru wykorzystujemy surowce wtórne, głównie makulaturę. Masa celulozowa powstaje w wyniku procesu roztwarzania, czyli chemicznego traktowaniu roślinnego surowca włóknistego. Ścier drzewny uzyskuje się na skutek mechanicznego ścierania drewna. Wyróżniamy ścier biały, ścier chemiczny (jeżeli drewno poddano wcześniej impregnacji) i ścier brązowy jeśli zastosowano parowanie drewna pod ciśnieniem. Przygotowanie masy polega na: usuwaniu zanieczyszczeń, doprowadzeniu do odpowiedniego poziomu właściwości wytrzymałościowych włókien (w wyniku rafinowania, czyli mielenia w młynie ciągłego działania) oraz dodawaniu chemikaliów dla usprawnienia procesu produkcyjnego oraz oddziaływania na końcową jakość arkusza papieru (żywice syntetyczne, środki wodoutrwalające, barwniki, wypełniacze).

Punkt drugi: Podstawowym surowcem wykorzystywanym w przemyśle papierniczym jest drewno, którego głównym składnikiem jest celuloza. Drewno jest najczęściej dostarczane do celulozowni w postaci kłód (papierówka).

Punkt trzeci: Żuraw. Urządzenie podające kłody nieokorowanego drewna do korowarki.

Punkt czwarty: Korowanie. Kłody są poddawane okorowaniu, czyli procesowi mającemu na celu usunięcie kory z drewna właściwego. Najbardziej powszechną metodą korowania jest korowanie bębnowe. Kora jest usuwana, gdy kłody ocierają się o siebie w wyniku wzajemnego ruchu nadanego im przez ruch obrotowy bębna korującego. Luźna kora i kawałki drewna spadają z bębna przez specjalne rynny. Okorowane kłody są natryskiwane wodą przed ich dostarczeniem do celulozowni.

Punkt piąty: Rozdrobnienie zrębków. W procesie rozdrabniania drewna celem nadrzędnym jest wytworzenie zrębków o jednolitych rozmiarach, będzie to sprzyjać uzyskaniu lepszej masy oraz wydajności procesu roztwarzania. Do procesów chemicznego roztwarzania kłody są rozdrabniane do zrębków w rębaku.

Punkt szósty: Po stacji rębaka zrębki są sortowane w celu usunięcia ponadwymiarowych zrębków oraz trocin, które mogą być również gotowane ze zrębkami lub oddzielnie w specjalnym warniku do trocin, lub spalane albo użyte do innych celów. Ponadwymiarowe zrębki mogą być ponownie rozdrobnione w kruszarce lub wtórnym rębaku. Zrębki są sortowane według grubości, ponieważ jest to krytyczny parametr zarówno przy wytwarzaniu mas chemicznych, jak i mechanicznych. Materiał usunięty w procesie sortowania może być sprzedany do innych celów lub spalony w kotle na paliwo stałe z odzyskiem ciepła.

Punkt siódmy: Przenośnik zrębków. Zrębki drewniane są kolejno transportowane przez samochód ciężarowy do miejsca ich składowania.

Punkt ósmy: Zrębki drewniane. Cząstki drewna powstające w wyniku rozdrabniania drewna, mają od kilku milimetrów do kilkunastu centymetrów.

Punkt dziewiąty: Ładowarka. Ładowarka transportuje zrębki drewniane do miejsca ich tymczasowego składowania.

Punkt dziesiąty: Zrębki pozyskiwane z tartaku. Zrębki pozyskiwane z tartaku to drobne kawałki drewna, które powstają w procesie rozdrabniania surowego drewna na mniejsze elementy. Te małe, równomierne kawałki drewna trafiają kolejno do warnika.

Punkt jedenasty: Warnik. Zrębki są wstępnie ogrzewane za pomocą pary przed wejściem do warnika ciągłego w celu usunięcia powietrza, które przeszkadza przy impregnacji. Po załadowaniu warnika zrębki są impregnowane ługiem warzelnym, a temperatura jest podnoszona do 155-175 stopni celsjusza. Czas gotowania w maksymalnej temperaturze wynosi 1-2 godzin. W roztwarzaniu konwencjonalnym delignifikacja drewna iglastego (świerk lub sosna) może być prowadzona do liczby kappa 30-35 przy zachowaniu właściwości wytrzymałościowych masy. Dla drewna liściastego liczba kappa po roztwarzaniu może być obniżona do 14-22. Proces gotowania może być prowadzony zarówno w warnikach okresowych, jak i w warniku ciągłym. W procesach okresowych, na etapie gotowania zrębki drzewne i ług wprowadza się do warnika okresowego, gdzie przebiega gotowanie w podwyższonej temperaturze i pod ciśnieniem. Gdy zostanie osiągnięta wymagana zawartość resztkowej ligniny w masie (mierzona jako liczba kappa), zawartość warnika jest przenoszona do zbiornika wydmuchowego, a cykl gotowania jest powtarzany. Roztwarzanie może również przebiegać w warniku ciągłym.

Punkt dwunasty: Mycie i sortowanie masy. Masa wychodząca z warnika zawiera włókna i ług powarzelny (ług czarny). Około połowa masy drewna jest rozpuszczana podczas roztwarzania. Wskutek tego ług czarny zawiera chemikalia nieorganiczne i duże ilości substancji organicznych. Ług czarny jest usuwany z masy w następnym w kolejności procesie mycia i kierowany do systemu regeneracji chemikaliów, gdzie następuje odzysk chemikaliów i energii.

Punkt trzynasty: Zakład regeneracji chemikaliów. Miejsce odzysku chemikaliów i energii.

Punkt czternasty: Mycie masy. Mycie masy pochodzącej z konwencjonalnej instalacji, wyposażonej w warniki okresowe, jest zazwyczaj prowadzone na filtrach bębnowych, podczas gdy w instalacji warnika ciągłego mycie odbywa się w warniku w strefie mycia oraz dodatkowo na filtrach bębnowych lub w dyfuzorach. Skuteczne mycie zmniejsza przenoszenie ługu czarnego z masą, dając w rezultacie obniżone zużycie chemikaliów w bieleniu i zmniejszone zrzuty z instalacji bielenia. Skuteczne mycie ogranicza zużycie chemikaliów również na etapie delignifikacji tlenowej. Wynik mycia jest w znacznym stopniu zależny od skuteczności zastosowanych urządzeń, stężenia masy na odpływie i ilości zastosowanej wody myjącej. Za szczególnie efektywne urządzenia do mycia masy są uznawane prasy myjące i dyfuzory. Nowoczesne systemy zazwyczaj pozwalają na odzysk co najmniej 99% chemikaliów wprowadzonych do warnika.

Punkt piętnasty: Sortowanie. Przed dalszym przerobem masa jest sortowana za pomocą sortowników ciśnieniowych i odśrodkowych. Celem sortowania jest oddzielenie sęków i pęczków włókien z głównego strumienia masy za pomocą serii urządzeń wibracyjnych, filtracji przez sortowniki ciśnieniowe oraz odśrodkowego rozdziału włókien i innych cząstek o różnych ciężarach właściwych. Odrzuty z procesu sortowania stanowią kolejny strumień odpadów, z którym trzeba coś zrobić, zagospodarować lub co najmniej usunąć.

Celem tego etapu produkcji mas włóknistych jest usunięcie jak największej ilości pozostałych w masie zanieczyszczeń, granulatów i folii z tworzyw sztucznych, drzazg, pęczków włókien, które mogą pogorszyć czystość wytworu papierniczego. To również ochrona przed ciałami obcymi, które mogą uszkodzić sito oraz wyprostowanie i rozdzielenie włókien, które sprzyja deflokulacji masy i poprawie formowania. 

W celu osiągnięcia odpowiedniej sprawności usuwania odpadów z masy, wymagany jest wysoki stopień odsortowania na sortownikach pierwszego stopnia. Strumień odsortu poddawany jest dalszym etapom sortowania w celu zagęszczenia odpadów i zawróceniu dobrych włókien do procesu. W dwustopniowych układach sortowniczych masa przyjęta w I stopniu jest kierowana do wlewu maszyny papierniczej, natomiast odrzut do II stopnia sortowania. Masa przyjęta z II stopnia łączy się z masą nie sortowaną i jest kierowana do I stopnia. Odrzut z II stopnia odpływa do kanału. W sortownikach ciśnieniowych zawiesina masy jest pompowana poprzez króciec wlotowy stycznie do maszyny. Włókna ze względu na mniejszą wielkość przechodzą przez kosz sita i zostają odprowadzone przez króciec wylotowy.  Materiały niepożądane są zatrzymywane na sicie ze względu na formę lub wielkość i wraz ze strumieniem przechodzą do zbiorczej komory odrzutu. Stamtąd są w sposób ciągły odciągane. Zadaniem rotora jest oddzielanie zbitych włókien od kosza sita za pomocą impulsów ciśnienia i oczyszczanie perforacji sita. Włókna wypływające wraz z zanieczyszczeniami są odzyskiwane za pomocą dodatkowego sortowania. W sortownikach ciśnieniowych zawiesina masy jest pompowana poprzez króciec wlotowy stycznie do maszyny. Włókna ze względu na mniejszą wielkość przechodzą przez kosz sita i zostają odprowadzone przez króciec wylotowy.

Punkt szesnasty: Bielenie masy chemicznej. Celem bielenia masy chemicznej jest otrzymanie określonych parametrów jakościowych pod względem białości, trwałości białości, czystości i wytrzymałości. Białość niebielonej masy siarczanowej wynosi 30% ISO, w pełni bielona masa ma białość 88% ISO lub wyżej. Roztwarzanie i delignifikacja tlenowa nie mogą usunąć całej ligniny, więc dla osiągnięcia takiej białości konieczne jest usunięcie lub utlenienie pozostałej ligniny i zanieczyszczeń w masie. W wyniku bielenia liczba kappa spada poniżej 1 jednostkę. Podczas gdy procesy delignifikacji mogą przebiegać w zamkniętych układach wodnych, instalacje bielenia przyczyniają się do zrzutu ścieków do oczyszczalni. Odcieki z instalacji bielenia nie mogą w łatwy sposób być recyrkulowane do regeneracji chemikaliów ponieważ powodowałyby one gromadzenie się chlorków i innych niepożądanych pierwiastków w układzie regeneracji chemikaliów, co może powodować korozję, inkrustację i inne problemy. Bielenie masy siarczanowej przebiega w kilku, zazwyczaj czterech lub pięciu, etapach. Najbardziej powszechnie stosowane chemikalia, to dwutlenek chloru, tlen, ozon i nadtlenek wodoru. Chlor i podchloryn zostały wycofane jako główne substancje chemiczne służące do bielenia. Niewielkie ilości chloru tworzą się jako produkt uboczny w większości stosowanych systemów wytwarzania dwutlenku chloru i część tego chloru będzie obecna w procesie bielenia za pomocą dwutlenku chloru. Dwutlenek chloru i ozon muszą być produkowane na miejscu w zakładzie. Nadtlenek, tlen i alkalia mogą być dostarczane do celulozowni jako gotowe produkty.

Dwie główne aktualnie stosowane technologie bielenia mas celulozowych, to metoda ECF (Elemental Chlorine Free, tzn., bielenie bez użycia chloru pierwiastkowego) i metoda TCF (Totally Chlorine Free - bielenie bez udziału związków chloru). W bieleniu ECF stosuje się dwutlenek chloru, alkalia do ekstrakcji rozpuszczonej ligniny, nadtlenek wodoru i tlen dla wzmocnienia etapów ekstrakcyjnych. Bielenie TCF stosuje tlen, ozon lub kwas nadoctowy i nadtlenek z alkaliami do ekstrakcji ligniny. Dwutlenek chloru i chlor są najbardziej selektywnymi środkami bielącymi, a selektywność jest lepsza na etapie bielenia niż w roztwarzaniu i delignifikacji tlenowej.

Punkt siedemnasty: Rozczyniacz wirowy. Urządzenie służące do rozczyniania masy włóknistej. Proces ten polega na rozdrobnieniu w środowisku wodnym arkuszy lub zwojów suchej masy na drobne fragmenty o wymiarach nie przekraczających kliku centymetrów. Celem rozczyniania jest wytworzenie zawiesiny wodnej, którą można przepompować do dalszej obróbki. Każdy etap obróbki masy jest kontrolowany pod względem zawartych zanieczyszczeń oraz właściwości wpływających na parametry gotowego wytworu papierniczego.

Punkt osiemnasty: Mielenie masy. Oczyszczone surowce włókniste mieli się w młynach stożkowych w celu rozluźnienia ich struktury (fibrylacji). Noże mielące gładzą, rozgniatają i tną masę; etap ten znacząco wpływa na późniejsze właściwości papieru. Mechanizm mielenia polega na mechanicznej obróbce półproduktów włóknistych w środowisku wodnym. Celem mielenia jest: delaminacja i pęcznienie włókien, czyli fibrylacja wewnętrzna, oddzielanie frakcji drobnej,skracanie włókien, usuwanie warstwy pierwotnej włókna, fibrylacja zewnętrzna.

Punkt dziewiętnasty: Młyny. Młyny dzielimy na tarczowe, stożkowe oraz cylindryczne. Pęczki włókien trafiają pomiędzy szczelinę noży – statora i rotora. Obróbka włókien możliwa jest dzięki unożowieniu statora i rotora młynów. Ważnymi parametrami unożowienia urządzeń mielących są przede wszystkim:
– materiał – w szczególności twardość, porowatość i podatność na wycieranie; im twardszy materiał tym większa podatność do cięcia włókien,
– kąt ustawienia noży – kąt jaki tworzą noże statora i rotora; wraz ze wzrostem kąta ustawienia zmniejsza się podatność urządzenia do cięcia włókien,
– wymiary unożowienia oraz ilość noży charakteryzują przydatność urządzenia do fibrylacji i skracania włókien.

Punkt dwudziesty: hydrocyklony. Etap oczyszczania masy to usuwanie zanieczyszczeń pochodzących z: 
- półproduktów włóknistych źle oczyszczonych podczas wytwarzania lub zabrudzonych w czasie składowania i transportu,  
- braku własnego,  
- roztworów i zawiesin dodatków masowych,  
- wody produkcyjnej i obiegowej,  
- rdzy przewodów, cementowej wykładziny zbiorników i kadzi,  
- drobnych cząstek piasku unoszących się w powietrzu.  

Zanieczyszczenia dzieli się zwykle na ciężkie: cząstki piasku, cementu, metali, rdzy itp. Oraz lekkie: drzazgi, cząstki sęków, kory itp.

Hydrocyklony to naczynia stożkowe, w których zawiesina włóknista wprowadzona do urządzenia tworzy wewnętrzny wir swobodny. Zanieczyszczenia ciężkie pod wpływem siły odśrodkowej zostają wydzielone i opadają na dno. Włókna natomiast, ze względu na ich dużą giętkość odpływają do góry.

Punkt dwudziesty pierwszy: Kadzie masowe. Masy włókniste przechowywane są w kadziach magazynowych, w których utrzymywany jest równy poziom mas. Rolą kadzi magazynowych jest zapewnienie rezerwy masy dla potrzeb maszyny oraz wyrównanie jej parametrów jakościowych poprzez odpowiednie mieszanie. Masy włókniste poddawane poszczególnym procesom w trakcie przygotowania masy przepompowywane są z kadzi do kadzi. W trakcie tych procesów odbywa się regulacja stężenia masy, tak aby zapewnić jednorodne warunki obróbki masy oraz prawidłowe jej właściwości dla potrzeb regulacji procesu produkcji papieru. W kadziach mieszalnych przygotowane masy są mieszane w proporcjach odpowiednich dla produkcji danej odmiany papieru, tu wprowadza się wymagane dodatki masowe i doprowadza się stężenie włókna do prawidłowego poziomu. Rolą kadzi magazynowych jest zapewnienie rezerwy masy dla potrzeb maszyny oraz wyrównanie jej parametrów jakościowych poprzez odpowiednie mieszanie. Najpopularniejsze dodatki masowe to: siarczan glinu, klej żywiczny lub syntetyczny, środki retencyjne, biocydy, skrobia.

Punkt dwudziesty drugi: Maszyna papiernicza. Formowanie wstęgi papieru następuje w części pierwszej maszyny papierniczej przy użyciu sit. Rozcieńczoną masę podaje się na sito. Tu masa zostaje częściowo odwodniona zawiesina zagęszczona. W miarę upływu czasu i transportu masy zawarte na sicie włókna spilśniają się i tworzą ułożoną poziomo warstwę. Polega ono na odpowiednim rozłożeniu włókien papieru za pomocą walca Egutera. Wywiera on nacisk na spilśniającą się masę i odpowiednio rozkłada jej włókna. Zagęszczeniu masy w końcowej części sitowej maszyny papierniczej służą skrzynki ssące, które pozwalają odwodnić masę papierniczą jeszcze o 6–14%. W części prasowej usuwana jest znaczna ilość wody ze wstęgi, zawartość wilgoci wstęgi po opuszczeniu tej sekcji wynosi ok. 50%. Część susząca, usuwa resztki wilgoci przez ogrzewanie wstęgi za pomocą cylindrów suszących. Tam podgrzewana jest do temperatury 1200°C (tutaj topi się żywica i odparowuje reszta wody). Dzięki temu wstęga formuje się równomiernie. Ostatni etap to schłodzenie i zwinięcie wstęgi. Kolejną sekcją maszyny papierniczej jest nawijak, który nawija wstęgę w postać zwoju.

Zależnie od odmiany papieru lub tektury występują (fakultatywnie) dodatkowe jednostki procesowe, takie jak: kalandry, powlekarki, oddziały przygotowania mieszanki powlekającej, przewijarko-krajarki i oddziały pakowania zwojów.

Punkt dwudziesty trzeci: Pakowanie papieru. Gotowy papier pakowny jest w celu zabezpieczenia go przed uszkodzeniami oraz ułatwieniem transportu. Papier arkuszowy luzem i w paczkach pakowany jest na palety w stosy. Naroża zabezpiecza się tekturą i owija folią termokurczliwą. Pakowanie papieru przeprowadza się tak, aby jego wilgotność względna i temperatura były zbliżone do tych, jakie panują w drukarni (50–55% i 20–23°C). Umożliwia do drukowanie offsetowe bezpośrednio po rozpakowaniu.
Produkcja mas włóknistych i wytworów papierniczych
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.

Powiązane ćwiczenia