56
16 июня 2025
Материал подготовлен Содиковым Исмоилом, инженером инновационно-технологического центра "Современные технологии переработки биоресурсов Севера".
Если у вас есть интересные материалы и наработки, которыми вы хотели бы поделиться с коллегами, мы с радостью их опубликуем. Также мы ищем редакторов направлений Целлюлоза, Лайнеры, Другие картоны (специальные виды картонов). Если бы вы хотели писать и редактировать статьи на технические темы, свяжитесь с Ириной Летягиной.
Производство целлюлозы играет ключевую роль в биоэкономике, переходе и трансформации к обществу без ископаемого топлива и циклической экономике, производя не только исходный биопродукт, но и продукты, заменяющие ископаемое сырье. Таким образом, целлюлозная промышленность становится движущей силой устойчивого будущего. Но могут ли целлюлозные заводы справиться с этой задачей самостоятельно?
Изменяющиеся условия глобального рынка требуют от производителей целлюлозы выпуска продукции более высокого качества при одновременном снижении общих эксплуатационных затрат. В сочетании с изменчивыми источниками и качеством волокна, а также необходимостью соответствовать нормативным требованиям и повышать качество при снижении капитальных затрат, это создаёт серьёзные вызовы.
Целлюлозно-бумажная промышленность добилась значительных успехов в улучшении экологических показателей, сократив загрязнение рек и высокое потребление воды за счёт замкнутых водных циклов на целлюлозных и бумажных фабриках. Потребление пресной воды в последние десятилетия резко сократилось, особенно в Европе, и продолжает снижаться по мере увеличения числа замкнутых водных систем.
Этот процесс требует адаптации технологий, а также используемых химических реагентов. В связи с растущими экологическими, качественными и экономическими требованиями к производству целлюлозы, партнёрство между предприятиями и поставщиками становится необходимостью.
Специальные химикаты для устойчивого и экономичного производства целлюлозы
Высококачественная бумага и картон требуют качественного волокна. Однако эффективность волоконной линии зависит от её самого слабого звена — любая проблема в этом процессе может негативно сказаться на конечном продукте.
При производстве целлюлозы необходимо эффективно управлять множеством взаимосвязанных, а иногда и конкурирующих химических реакций. Глубокое понимание сложной химии процессов, а также доступ к экспертным знаниям в области химии позволяют анализировать и оптимизировать химические процессы. Это даёт значительные преимущества и экономию на всех этапах — от подготовки древесины до варки целлюлозы, при этом поддерживая устойчивый экологический профиль производства.
Рисунок 1. Оптимизация химических процессов от древесины до целлюлозы.
Специальные химикаты и умные технологии для оптимизации производства целлюлозы
Специальные химикаты и современные технологии помогают устранить узкие места в производстве целлюлозы, улучшить белизну продукции, сократить расход отбеливающих реагентов и обеспечить бесперебойную работу завода. Снижение затрат, устранение узких мест и увеличение объёмов производства могут быть достигнуты как за счёт незначительных изменений в системе, так и при полном пересмотре технологического процесса.
Улучшение дренажа для эффективного промывания целлюлозы
Эффективность работы целлюлозного завода напрямую зависит от качества промывки целлюлозы. Неэффективное промывание приводит к узким местам в производстве, снижению качества продукции и увеличению затрат на химикаты и эксплуатацию. Плохой дренаж и промывка чаще всего возникают из-за чрезмерного количества захваченного воздуха в волокне.
Высокое содержание пены и воздуха является серьёзной проблемой для многих производителей целлюлозы и бумаги, поскольку это негативно влияет на технологический процесс и качество продукции. Воздух или пена, застрявшие в волокнистом слое, препятствуют прохождению жидкости, замедляя дренаж и ухудшая эффективность промывки. Стабильность уровня ванны и её консистенции напрямую зависит от количества воздуха, прикреплённого к волокнам, а также от содержания воздуха в жидкости.
Наиболее успешные заводы осознают, что для сохранения конкурентоспособности в сложных рыночных условиях необходимо разорвать цикл образования пены и воздуха. Это означает выявление факторов, негативно влияющих на процесс промывки, использование экспертных знаний для устранения проблем в их источнике и внедрение долгосрочных улучшений на всех этапах технологического процесса.
Но что на самом деле представляет собой воздух/пена?
Воздух неизменно присутствует в процессе производства целлюлозы, проявляясь в виде пузырьков или пены. Пузырёк — это небольшая частица газа, захваченная и распределённая в жидкости. Количество растворённого воздуха в воде увеличивается при повышении давления и снижается при увеличении температуры.
Рисунок 2. Пенообразование и высокое содержание вовлеченного воздуха оказывают отрицательное влияние на процесс и качество целлюлозы и бумаги.
Пена образуется при накоплении множества газовых пузырьков, окружённых тонкой плёнкой жидкости. Она возникает, когда жидкость контактирует с воздухом на свободной поверхности или когда пузырьки увеличиваются в размере и поднимаются на поверхность. Поверхностно-активные вещества могут стабилизировать пену, что затрудняет её удаление.
Контроль пены и улучшение дренажа являются важными элементами повышения эффективности производства и снижения затрат. В замкнутых системах концентрация нежелательных веществ увеличивается, что приводит к образованию пены и отложений.
Использование эффективных химических реагентов для удаления воздуха и снижения образования пены позволяет достичь следующих преимуществ:
- Снижение содержания воздуха в технологическом процессе
- Улучшение дренажа, что обеспечивает более чистую целлюлозу, снижает химическое потребление и уровень ХПК (химического потребления кислорода)
- Снижение количества поверхностной пены
- Устранение узких мест в производственном процессе
- Повышение стабильности процесса и в некоторых случаях — улучшение разделения мыла
- Увеличение выхода промывки, повышение качества целлюлозы и эффективности химической регенерации
- Снижение расхода отбеливающих химикатов, воды и энергии.
Преимущества производства целлюлозы без талька
Тальк на протяжении многих лет широко использовался на химических целлюлозных заводах (в сульфатном и сульфитном процессах) для изменения физических свойств смолистых частиц древесины. Он предотвращает прилипание этих частиц к металлическим поверхностям оборудования, тем самым уменьшая вероятность образования отложений.
Однако у использования талька есть существенные недостатки:
- Он плохо удерживается на смолистых частицах и волокнах из-за своей гидрофобности
- Для компенсации низкой удерживаемости его добавляют в больших количествах, что наоборот может приводить к образованию отложений
- Тальк часто содержит примеси, такие как железо, кальций и алюминий, что делает его нежелательным компонентом в процессе производства целлюлозы
- В последние годы возросли опасения по поводу потенциальных рисков для здоровья, связанных с использованием талька, что привело к отказу некоторых производителей бумаги от покупки целлюлозы, произведённой с его применением.
Контроль смолистых отложений без использования талька
Одной из наиболее распространённых проблем в производстве целлюлозы является контроль смолистых отложений (pitch control). С момента появления бумажного производства производители сталкиваются с этой проблемой. Смоляные отложения в открытых и замкнутых системах вызывают серьёзные проблемы с качеством как на целлюлозных, так и на бумажных фабриках.
Часто термин «смола» (pitch) используется обобщённо, однако на практике это может быть смесь как органических, так и неорганических веществ.
Смола — это сложное органическое коллоидное загрязнение, выделяемое в процессе производства целлюлозы, и может содержать смоляные кислоты, жирные кислоты, триглицеридные жиры, стеариловые эфиры, ситостеролы и другие неомыляемые материалы. Смола может различаться по количеству, липкости и составу и представляет собой серьезную проблему для производителей целлюлозы, поскольку она может агломерироваться, а ее липкая природа вызывает проблемы с производством и качеством. Одним из требований высокого качества продукции является правильно функционирующий контроль смолы.
Как древесные экстрактивные вещества влияют на процесс производства?
Различные породы древесины, используемые в целлюлозно-бумажном производстве, имеют уникальный состав экстрактивных веществ, что может приводить к различным технологическим и качественным проблемам. Хотя смола является незначительным компонентом древесины, её влияние на процесс производства целлюлозы и бумаги может быть весьма значительным.
В бумажном производстве смола может вызывать:
- снижение прочности на разрыв,
- появление пятен и отверстий в бумаге,
- образование отложений на деталях бумагоделательной машины, сетках и войлоках,
- нежелательное вспенивание, а также проблемы с запахом и вкусом конечного продукта.
Рисунок 3. Агломерации без противосмоляного агента и стабилизированные противосмоляным агентом.
Закрытые водные циклы и нейтральные процессы производства бумаги как причина проблем со смоляными отложениями
В последние годы закрытие водных циклов и внедрение нейтральных процессов в производстве бумаги привели к серьёзным проблемам со смоляными отложениями. Оптимальный контроль смолистых отложений без использования талька может быть достигнут за счёт постоянного применения антисмоляных агентов, подходящих как для щелочных, так и для кислотных условий.
Преимущества контроля смоляных отложений
Основные преимущества:
- Снижение содержания экстрактивных веществ в целлюлозе
- Более чистый технологический процесс и целлюлоза
- Улучшение эксплуатационных характеристик оборудования (runnability)
Дополнительные преимущества:
- Производство целлюлозы без использования талька
- Снижение количества дефектов бумаги (пятен, отверстий и др.)
- Повышенная прочность бумаги на разрыв
- Улучшенные органолептические свойства бумаги и картона (запах и вкус)
Для достижения оптимальных результатов необходимы глубокие знания производственного процесса. Эти знания применяются для детального картирования системы, выявления критических точек накопления смолистых отложений. Далее проводятся тестовые анализы, которые помогают определить оптимальный выбор антисмоляного средства, а также его дозировку и точки введения в процесс.
Использование различных аналитических методов, таких как BIMPICS, POF-анализ и других инструментов, помогает более точно оценивать содержание смолы и подбирать правильную стратегию дозирования для эффективного контроля смоляных отложений.
Защита волокна для равномерного варочного процесса
В химическом процессе варки целлюлозы древесные щепки подвергаются обработке неравномерно, что приводит к неоднородности варки и вызывает следующие последствия:
- Варьирование технологического процесса и нестабильное качество продукции
- Необходимость повышенной концентрации щёлочи для достижения целевого уровня каппа-числа
- Повышенный расход отбеливающих химикатов из-за более широкой вариативности каппа-числа
- Увеличенное количество брака, связанное с недостаточно проваренными центрами щепок
- Снижение выхода целлюлозы и ухудшение её механических свойств
Растущий дефицит и высокая стоимость сырья для производства целлюлозы усилили необходимость максимального увеличения выхода продукции в процессе варки.
Были предприняты различные модификации процесса варки, такие как продлённая модифицированная непрерывная варка и супербатч-варка, однако все они требуют значительных капитальных вложений и увеличивают нагрузку на котлы регенерации.
Альтернативным решением являются химические добавки, которые позволяют добиться равномерности варочного процесса без необходимости крупных инвестиций.
Также химические добавки могут выступать заменой антрахинона (AQ), так как возрастают опасения по поводу его негативного воздействия на последующие стадии производства, включая загрязнение испарительных установок и снижение выхода таллового масла.
- Химические добавки снижают вариативность процесса, обеспечивая несколько преимуществ:
- Улучшенное проникновение варочного щелока в древесные щепки для более равномерного варочного процесса
- Снижение H-фактора (соотношение щёлочи, пара и времени)
- Снижение нагрузки экстрактивных веществ и её стабилизация
- Снижение количества отходов, что даёт возможность увеличить целевое каппа-число
- Улучшение физических свойств целлюлозы
- Снижение нагрузки на испарительные установки
- Увеличение выхода целлюлозы
- Снижение потребления отбеливающих химикатов
- Улучшение BSW (black liquor solids – содержание твёрдых веществ в чёрном щёлоке)
Для того чтобы получить реальные преимущества и вернуть затраты на химические добавки, необходимо провести тщательную оценку со стороны химического поставщика.
Дозировка может осуществляться на разных стадиях процесса в зависимости от условий завода и параметров процесса, включая, среди прочего, стадии пропитки/варки и кислородной стадии. Применение средств для защиты волокна и вспомогательных добавок для варки может быть сочетано с другими концепциями производства целлюлозы для создания синергетических эффектов, например, с анти-смоляными агентами и фиксативами для достижения производства без талька.
Неорганическое накипь — растущая проблема в целлюлозной промышленности
Накипь становится всё более серьёзной проблемой в целлюлозно-бумажной промышленности. Причины этого разнообразны: увеличение производительности, требования к повышению выхода продукции, проблемы с поставками сырья и, не в последнюю очередь, закрытие водных циклов в процессе. Закрытие водных циклов приведёт к увеличению концентрации не-процессных элементов и повысит риски для осаждения и образования накипи из веществ с низкой растворимостью. Это повсеместная проблема, когда накопление накипи приводит к дополнительным затратам в промышленности, включая время простоя оборудования, проблемы с качеством, снижение объёмной мощности и эффективности теплообмена, потерю производства, затраты на операции по удалению накипи и вопросы охраны труда и безопасности.
Производство целлюлозы требует большого количества воды, примерно 20–40 м³ на тонну произведённой продукции. Тенденция к сокращению использования пресной воды приводит к повышенной концентрации солей и проблемам с образованием накипи. Когда щёлок высыхает, количество твёрдых веществ увеличивается, и концентрация металлов, таких как железо, марганец, кальций, медь и других, продолжает расти, пока их растворимость не будет превышена.
Неорганическая накипь, состоит из осаждённых металлических солей. Наиболее распространённой накипью на целлюлозных заводах является карбонат кальция, который обычно образуется в теплообменниках, варочных и испарительных установках. На кислотных стадиях часто встречаются оксалат кальция и сульфат бария.
Традиционные методы борьбы с накипью — это кислотная очистка и очистка под высоким давлением, два метода, которые имеют свои преимущества и недостатки. Сегодня существуют гораздо более эффективные и экономически целесообразные методы контроля проблемы с накипью. При устранении накипи самым экономичным методом обычно является использование методов очистки, сочетающихся с эффективной стратегией ингибирования накипи.
Когда программа контроля отложений масштаба внедряется, система должна быть полностью охвачена. В противном случае, в современных бумажных фабриках существует риск того, что проблема накипи может переместиться с одного места на другое. Для эффективной программы контроля отложений необходим комплексный взгляд на систему в сочетании с пониманием того, как работает процесс.
Эффективная очистка
Гораздо проще поддерживать чистую поверхность чистой, чем предотвратить загрязнение уже грязной поверхности.
Основная проблема механической или водяной очистки под высоким давлением заключается в том, что эти методы на самом деле не очищают металлическую поверхность, они лишь создают видимость очистки. Отложение накипи – это химическая реакция, контролируемая поверхностью, при которой осаждающиеся ионы прикрепляются к кристаллам, уже находящимся на металлической поверхности.
Важно очистить всю поверхность, даже микроскопические участки роста кристаллов, чтобы предотвратить появление новых начальных точек для отложения накипи.
Эффективная очистка с использованием средства для удаления накипи растворяет весь налет, даже кристаллы внутри пор металла, что является наилучшим возможным началом программы обработки отложений.
Непрерывное ингибирование отложений
Два метода, которые могут предотвратить возвращение проблемы накипи, это стехиометрические и субстехиометрические добавки. Стехиометрические добавки по сути являются хелатирующими агентами, например, ЭДТА или ДТПА. Они работают очень хорошо, но проблема в том, что на каждый ион металла необходима как минимум одна хелатирующая молекула. Требуются большие объемы.
Субстехиометрические добавки работают за счет комбинации различных механизмов, таких как искажение кристаллов, пороговое ингибирование и дисперсия. Ингибитор отложений блокирует участки роста кристаллов, увеличивая активационную энергию химической реакции. Понимание механизмов образования накипи позволяет химическим поставщикам производить и выбирать лучший ингибитор отложений для каждой конкретной ситуации.
Эффективная программа контроля накипи обеспечивает:
- Увеличение производительности: предотвращается образование отложений в варочных котлах, промывке небеленой массы, отбеливающей установке и выпарной установке
- Сокращение производственных потерь и снижение затрат на электроэнергию
- Улучшение управления процессом
- Повышение качества за счет более равномерного управления процессом: более стабильные условия в варочных котлах и отбеливающей установке обеспечивают получение целлюлозы более стабильного и лучшего качества
- Поддержание теплообмена: предотвращается образование отложений в теплообменниках и выпарных установках
- Увеличение времени работы между остановками.
Избегание вредных реакций металлов для сохранения свойств волокна и снижения потребления химикатов
Контроль металлов и других катионов, например, Mn, Fe, Cu и Ca, позволит избежать множества проблем и в конечном итоге сэкономить деньги. Эти вещества вызовут образование накипи, что приведет к снижению производства и/или проблемам с качеством. Особенно железо, марганец и медь будут реагировать с отбеливающими химикатами, такими как перекись водорода, и могут разрушить последовательность отбеливания. Используя устойчивые решения для хелатирования и секвестрации металлов, количество дозируемых ЭДТА и ДТПА можно уменьшить или полностью удалить при очистке и отбеливании. Эта химия также может заменить MgSO4 при кислородной делигнификации и отбеливании перекисью.
Разделение таллового масла и мыла
Смоляные и жирные кислоты могут вызывать проблемы в зоне промывки бурого волокна, увеличивая потребление пеногасителей и отбеливающих химикатов. Поэтому важно правильно и своевременно отделять мыло.
Ключевые параметры для эффективного отделения мыла:
- Температура
- Содержание сухого вещества
- Время разделения и конструкция процесса
- Остаточная щелочность
- Содержание солей
Даже при оптимизации всех параметров некоторая часть мыла остаётся растворённой в чёрном щёлоке, что может привести к образованию отложений в зоне выпаривания. Добавление специальных химических реагентов позволяет изменить химический баланс и улучшить отделение мыла, что снижает риск загрязнений и снижает нагрузку на котёл.
Изменяющиеся условия глобального рынка требуют от производителей целлюлозы выпуска продукции более высокого качества при одновременном снижении общих эксплуатационных затрат. В сочетании с изменчивыми источниками и качеством волокна, а также необходимостью соответствовать нормативным требованиям и повышать качество при снижении капитальных затрат, это создаёт серьёзные вызовы.
Целлюлозно-бумажная промышленность добилась значительных успехов в улучшении экологических показателей, сократив загрязнение рек и высокое потребление воды за счёт замкнутых водных циклов на целлюлозных и бумажных фабриках. Потребление пресной воды в последние десятилетия резко сократилось, особенно в Европе, и продолжает снижаться по мере увеличения числа замкнутых водных систем.
Этот процесс требует адаптации технологий, а также используемых химических реагентов. В связи с растущими экологическими, качественными и экономическими требованиями к производству целлюлозы, партнёрство между предприятиями и поставщиками становится необходимостью.
Специальные химикаты для устойчивого и экономичного производства целлюлозы
Высококачественная бумага и картон требуют качественного волокна. Однако эффективность волоконной линии зависит от её самого слабого звена — любая проблема в этом процессе может негативно сказаться на конечном продукте.
При производстве целлюлозы необходимо эффективно управлять множеством взаимосвязанных, а иногда и конкурирующих химических реакций. Глубокое понимание сложной химии процессов, а также доступ к экспертным знаниям в области химии позволяют анализировать и оптимизировать химические процессы. Это даёт значительные преимущества и экономию на всех этапах — от подготовки древесины до варки целлюлозы, при этом поддерживая устойчивый экологический профиль производства.
Рисунок 1. Оптимизация химических процессов от древесины до целлюлозы.
Специальные химикаты и умные технологии для оптимизации производства целлюлозы
Специальные химикаты и современные технологии помогают устранить узкие места в производстве целлюлозы, улучшить белизну продукции, сократить расход отбеливающих реагентов и обеспечить бесперебойную работу завода. Снижение затрат, устранение узких мест и увеличение объёмов производства могут быть достигнуты как за счёт незначительных изменений в системе, так и при полном пересмотре технологического процесса.
Улучшение дренажа для эффективного промывания целлюлозы
Эффективность работы целлюлозного завода напрямую зависит от качества промывки целлюлозы. Неэффективное промывание приводит к узким местам в производстве, снижению качества продукции и увеличению затрат на химикаты и эксплуатацию. Плохой дренаж и промывка чаще всего возникают из-за чрезмерного количества захваченного воздуха в волокне.
Высокое содержание пены и воздуха является серьёзной проблемой для многих производителей целлюлозы и бумаги, поскольку это негативно влияет на технологический процесс и качество продукции. Воздух или пена, застрявшие в волокнистом слое, препятствуют прохождению жидкости, замедляя дренаж и ухудшая эффективность промывки. Стабильность уровня ванны и её консистенции напрямую зависит от количества воздуха, прикреплённого к волокнам, а также от содержания воздуха в жидкости.
Наиболее успешные заводы осознают, что для сохранения конкурентоспособности в сложных рыночных условиях необходимо разорвать цикл образования пены и воздуха. Это означает выявление факторов, негативно влияющих на процесс промывки, использование экспертных знаний для устранения проблем в их источнике и внедрение долгосрочных улучшений на всех этапах технологического процесса.
Но что на самом деле представляет собой воздух/пена?
Воздух неизменно присутствует в процессе производства целлюлозы, проявляясь в виде пузырьков или пены. Пузырёк — это небольшая частица газа, захваченная и распределённая в жидкости. Количество растворённого воздуха в воде увеличивается при повышении давления и снижается при увеличении температуры.
Рисунок 2. Пенообразование и высокое содержание вовлеченного воздуха оказывают отрицательное влияние на процесс и качество целлюлозы и бумаги.
Пена образуется при накоплении множества газовых пузырьков, окружённых тонкой плёнкой жидкости. Она возникает, когда жидкость контактирует с воздухом на свободной поверхности или когда пузырьки увеличиваются в размере и поднимаются на поверхность. Поверхностно-активные вещества могут стабилизировать пену, что затрудняет её удаление.
Контроль пены и улучшение дренажа являются важными элементами повышения эффективности производства и снижения затрат. В замкнутых системах концентрация нежелательных веществ увеличивается, что приводит к образованию пены и отложений.
Использование эффективных химических реагентов для удаления воздуха и снижения образования пены позволяет достичь следующих преимуществ:
- Снижение содержания воздуха в технологическом процессе
- Улучшение дренажа, что обеспечивает более чистую целлюлозу, снижает химическое потребление и уровень ХПК (химического потребления кислорода)
- Снижение количества поверхностной пены
- Устранение узких мест в производственном процессе
- Повышение стабильности процесса и в некоторых случаях — улучшение разделения мыла
- Увеличение выхода промывки, повышение качества целлюлозы и эффективности химической регенерации
- Снижение расхода отбеливающих химикатов, воды и энергии.
Преимущества производства целлюлозы без талька
Тальк на протяжении многих лет широко использовался на химических целлюлозных заводах (в сульфатном и сульфитном процессах) для изменения физических свойств смолистых частиц древесины. Он предотвращает прилипание этих частиц к металлическим поверхностям оборудования, тем самым уменьшая вероятность образования отложений.
Однако у использования талька есть существенные недостатки:
- Он плохо удерживается на смолистых частицах и волокнах из-за своей гидрофобности
- Для компенсации низкой удерживаемости его добавляют в больших количествах, что наоборот может приводить к образованию отложений
- Тальк часто содержит примеси, такие как железо, кальций и алюминий, что делает его нежелательным компонентом в процессе производства целлюлозы
- В последние годы возросли опасения по поводу потенциальных рисков для здоровья, связанных с использованием талька, что привело к отказу некоторых производителей бумаги от покупки целлюлозы, произведённой с его применением.
Контроль смолистых отложений без использования талька
Одной из наиболее распространённых проблем в производстве целлюлозы является контроль смолистых отложений (pitch control). С момента появления бумажного производства производители сталкиваются с этой проблемой. Смоляные отложения в открытых и замкнутых системах вызывают серьёзные проблемы с качеством как на целлюлозных, так и на бумажных фабриках.
Часто термин «смола» (pitch) используется обобщённо, однако на практике это может быть смесь как органических, так и неорганических веществ.
Смола — это сложное органическое коллоидное загрязнение, выделяемое в процессе производства целлюлозы, и может содержать смоляные кислоты, жирные кислоты, триглицеридные жиры, стеариловые эфиры, ситостеролы и другие неомыляемые материалы. Смола может различаться по количеству, липкости и составу и представляет собой серьезную проблему для производителей целлюлозы, поскольку она может агломерироваться, а ее липкая природа вызывает проблемы с производством и качеством. Одним из требований высокого качества продукции является правильно функционирующий контроль смолы.
Как древесные экстрактивные вещества влияют на процесс производства?
Различные породы древесины, используемые в целлюлозно-бумажном производстве, имеют уникальный состав экстрактивных веществ, что может приводить к различным технологическим и качественным проблемам. Хотя смола является незначительным компонентом древесины, её влияние на процесс производства целлюлозы и бумаги может быть весьма значительным.
В бумажном производстве смола может вызывать:
- снижение прочности на разрыв,
- появление пятен и отверстий в бумаге,
- образование отложений на деталях бумагоделательной машины, сетках и войлоках,
- нежелательное вспенивание, а также проблемы с запахом и вкусом конечного продукта.
Рисунок 3. Агломерации без противосмоляного агента и стабилизированные противосмоляным агентом.
Закрытые водные циклы и нейтральные процессы производства бумаги как причина проблем со смоляными отложениями
В последние годы закрытие водных циклов и внедрение нейтральных процессов в производстве бумаги привели к серьёзным проблемам со смоляными отложениями. Оптимальный контроль смолистых отложений без использования талька может быть достигнут за счёт постоянного применения антисмоляных агентов, подходящих как для щелочных, так и для кислотных условий.
Преимущества контроля смоляных отложений
Основные преимущества:
- Снижение содержания экстрактивных веществ в целлюлозе
- Более чистый технологический процесс и целлюлоза
- Улучшение эксплуатационных характеристик оборудования (runnability)
Дополнительные преимущества:
- Производство целлюлозы без использования талька
- Снижение количества дефектов бумаги (пятен, отверстий и др.)
- Повышенная прочность бумаги на разрыв
- Улучшенные органолептические свойства бумаги и картона (запах и вкус)
Для достижения оптимальных результатов необходимы глубокие знания производственного процесса. Эти знания применяются для детального картирования системы, выявления критических точек накопления смолистых отложений. Далее проводятся тестовые анализы, которые помогают определить оптимальный выбор антисмоляного средства, а также его дозировку и точки введения в процесс.
Использование различных аналитических методов, таких как BIMPICS, POF-анализ и других инструментов, помогает более точно оценивать содержание смолы и подбирать правильную стратегию дозирования для эффективного контроля смоляных отложений.
Защита волокна для равномерного варочного процесса
В химическом процессе варки целлюлозы древесные щепки подвергаются обработке неравномерно, что приводит к неоднородности варки и вызывает следующие последствия:
- Варьирование технологического процесса и нестабильное качество продукции
- Необходимость повышенной концентрации щёлочи для достижения целевого уровня каппа-числа
- Повышенный расход отбеливающих химикатов из-за более широкой вариативности каппа-числа
- Увеличенное количество брака, связанное с недостаточно проваренными центрами щепок
- Снижение выхода целлюлозы и ухудшение её механических свойств
Растущий дефицит и высокая стоимость сырья для производства целлюлозы усилили необходимость максимального увеличения выхода продукции в процессе варки.
Были предприняты различные модификации процесса варки, такие как продлённая модифицированная непрерывная варка и супербатч-варка, однако все они требуют значительных капитальных вложений и увеличивают нагрузку на котлы регенерации.
Альтернативным решением являются химические добавки, которые позволяют добиться равномерности варочного процесса без необходимости крупных инвестиций.
Также химические добавки могут выступать заменой антрахинона (AQ), так как возрастают опасения по поводу его негативного воздействия на последующие стадии производства, включая загрязнение испарительных установок и снижение выхода таллового масла.
|
|
|
Рисунок 4. Шнек конвейера, обработанный агентом контроля смолы. |
Рисунок 5. Конвейерный винт покрыт отложениями смолы и талька. |
- Химические добавки снижают вариативность процесса, обеспечивая несколько преимуществ:
- Улучшенное проникновение варочного щелока в древесные щепки для более равномерного варочного процесса
- Снижение H-фактора (соотношение щёлочи, пара и времени)
- Снижение нагрузки экстрактивных веществ и её стабилизация
- Снижение количества отходов, что даёт возможность увеличить целевое каппа-число
- Улучшение физических свойств целлюлозы
- Снижение нагрузки на испарительные установки
- Увеличение выхода целлюлозы
- Снижение потребления отбеливающих химикатов
- Улучшение BSW (black liquor solids – содержание твёрдых веществ в чёрном щёлоке)
Для того чтобы получить реальные преимущества и вернуть затраты на химические добавки, необходимо провести тщательную оценку со стороны химического поставщика.
Дозировка может осуществляться на разных стадиях процесса в зависимости от условий завода и параметров процесса, включая, среди прочего, стадии пропитки/варки и кислородной стадии. Применение средств для защиты волокна и вспомогательных добавок для варки может быть сочетано с другими концепциями производства целлюлозы для создания синергетических эффектов, например, с анти-смоляными агентами и фиксативами для достижения производства без талька.
Неорганическое накипь — растущая проблема в целлюлозной промышленности
Накипь становится всё более серьёзной проблемой в целлюлозно-бумажной промышленности. Причины этого разнообразны: увеличение производительности, требования к повышению выхода продукции, проблемы с поставками сырья и, не в последнюю очередь, закрытие водных циклов в процессе. Закрытие водных циклов приведёт к увеличению концентрации не-процессных элементов и повысит риски для осаждения и образования накипи из веществ с низкой растворимостью. Это повсеместная проблема, когда накопление накипи приводит к дополнительным затратам в промышленности, включая время простоя оборудования, проблемы с качеством, снижение объёмной мощности и эффективности теплообмена, потерю производства, затраты на операции по удалению накипи и вопросы охраны труда и безопасности.
Производство целлюлозы требует большого количества воды, примерно 20–40 м³ на тонну произведённой продукции. Тенденция к сокращению использования пресной воды приводит к повышенной концентрации солей и проблемам с образованием накипи. Когда щёлок высыхает, количество твёрдых веществ увеличивается, и концентрация металлов, таких как железо, марганец, кальций, медь и других, продолжает расти, пока их растворимость не будет превышена.
Неорганическая накипь, состоит из осаждённых металлических солей. Наиболее распространённой накипью на целлюлозных заводах является карбонат кальция, который обычно образуется в теплообменниках, варочных и испарительных установках. На кислотных стадиях часто встречаются оксалат кальция и сульфат бария.
Традиционные методы борьбы с накипью — это кислотная очистка и очистка под высоким давлением, два метода, которые имеют свои преимущества и недостатки. Сегодня существуют гораздо более эффективные и экономически целесообразные методы контроля проблемы с накипью. При устранении накипи самым экономичным методом обычно является использование методов очистки, сочетающихся с эффективной стратегией ингибирования накипи.
Когда программа контроля отложений масштаба внедряется, система должна быть полностью охвачена. В противном случае, в современных бумажных фабриках существует риск того, что проблема накипи может переместиться с одного места на другое. Для эффективной программы контроля отложений необходим комплексный взгляд на систему в сочетании с пониманием того, как работает процесс.
Эффективная очистка
Гораздо проще поддерживать чистую поверхность чистой, чем предотвратить загрязнение уже грязной поверхности.
Основная проблема механической или водяной очистки под высоким давлением заключается в том, что эти методы на самом деле не очищают металлическую поверхность, они лишь создают видимость очистки. Отложение накипи – это химическая реакция, контролируемая поверхностью, при которой осаждающиеся ионы прикрепляются к кристаллам, уже находящимся на металлической поверхности.
Важно очистить всю поверхность, даже микроскопические участки роста кристаллов, чтобы предотвратить появление новых начальных точек для отложения накипи.
Эффективная очистка с использованием средства для удаления накипи растворяет весь налет, даже кристаллы внутри пор металла, что является наилучшим возможным началом программы обработки отложений.
Непрерывное ингибирование отложений
Два метода, которые могут предотвратить возвращение проблемы накипи, это стехиометрические и субстехиометрические добавки. Стехиометрические добавки по сути являются хелатирующими агентами, например, ЭДТА или ДТПА. Они работают очень хорошо, но проблема в том, что на каждый ион металла необходима как минимум одна хелатирующая молекула. Требуются большие объемы.
Субстехиометрические добавки работают за счет комбинации различных механизмов, таких как искажение кристаллов, пороговое ингибирование и дисперсия. Ингибитор отложений блокирует участки роста кристаллов, увеличивая активационную энергию химической реакции. Понимание механизмов образования накипи позволяет химическим поставщикам производить и выбирать лучший ингибитор отложений для каждой конкретной ситуации.
Эффективная программа контроля накипи обеспечивает:
- Увеличение производительности: предотвращается образование отложений в варочных котлах, промывке небеленой массы, отбеливающей установке и выпарной установке
- Сокращение производственных потерь и снижение затрат на электроэнергию
- Улучшение управления процессом
- Повышение качества за счет более равномерного управления процессом: более стабильные условия в варочных котлах и отбеливающей установке обеспечивают получение целлюлозы более стабильного и лучшего качества
- Поддержание теплообмена: предотвращается образование отложений в теплообменниках и выпарных установках
- Увеличение времени работы между остановками.
Избегание вредных реакций металлов для сохранения свойств волокна и снижения потребления химикатов
Контроль металлов и других катионов, например, Mn, Fe, Cu и Ca, позволит избежать множества проблем и в конечном итоге сэкономить деньги. Эти вещества вызовут образование накипи, что приведет к снижению производства и/или проблемам с качеством. Особенно железо, марганец и медь будут реагировать с отбеливающими химикатами, такими как перекись водорода, и могут разрушить последовательность отбеливания. Используя устойчивые решения для хелатирования и секвестрации металлов, количество дозируемых ЭДТА и ДТПА можно уменьшить или полностью удалить при очистке и отбеливании. Эта химия также может заменить MgSO4 при кислородной делигнификации и отбеливании перекисью.
|
|
| Рисунок 6. Напорный ящик с накипью сульфата бария до очистки. | Рисунок 7. Тот же напорный ящик после успешной очистки, удален налет сульфата бария. |
Разделение таллового масла и мыла
Смоляные и жирные кислоты могут вызывать проблемы в зоне промывки бурого волокна, увеличивая потребление пеногасителей и отбеливающих химикатов. Поэтому важно правильно и своевременно отделять мыло.
Ключевые параметры для эффективного отделения мыла:
- Температура
- Содержание сухого вещества
- Время разделения и конструкция процесса
- Остаточная щелочность
- Содержание солей
Даже при оптимизации всех параметров некоторая часть мыла остаётся растворённой в чёрном щёлоке, что может привести к образованию отложений в зоне выпаривания. Добавление специальных химических реагентов позволяет изменить химический баланс и улучшить отделение мыла, что снижает риск загрязнений и снижает нагрузку на котёл.
Источник:
Paper Technology International
