Часть первая. Производство целлюлозы
Целлюлозно-бумажная промышленность - одна
из ведущих отраслей лесного комплекса -
объединяет технологические процессы получения
целлюлозы, бумаги, картона и бумажно-картонных
изделий (писчей, книжной и газетной бумаги,
тетрадей, салфеток, технического картона и др.). В
России эта отрасль изначально возникла и
развилась в Центральном районе, где было
сосредоточено потребление готовой продукции и
имелось необходимое текстильное сырье, из
которого прежде делали бумагу (не случайно один
из первых центров производства бумаги в стране
получил название Полотняный Завод). В дальнейшем
технология изготовления бумаги изменилась, для
нее стало использоваться древесное сырье, и
ареал размещения отрасли сдвинулся к северу, в
лесоизбыточные районы.
Технологический цикл отрасли четко
подразделяется на два процесса - получение
целлюлозы и производство бумаги. Целлюлоза -
распространенное в живой природе углеводное
соединение класса полисахаридов. Волокна
целлюлозы служат основой для бумаги.
Главное сырье для выработки целлюлозы -
древесина хвойных пород, в которой содержание
целлюлозы составляет 40-50% от всей массы. Для
выделения целлюлозы из древесины применяется
термохимическая обработка - варка.
Технологически допустимо добавление при варке
целлюлозы лиственных пород в количестве до 10%. На
производствах чаще всего используют сульфитную,
бисульфитную или сульфатную варку древесной
щепы, поэтому для любого целлюлозного процесса
необходимо использовать соединения серы,
вредность которых для природы и человека широко
известна.
Таблица 1
Лидирующие предприятия России по
варке целлюлозы, 2003,
тыс. т
| Kотласский ЦБK | 912,5 |
| Архангельский ЦБK | 770,7 |
| Братский ЦKK | 737,2 |
| Усть-Илимский ЛПK | 650,0 |
| ОАО «Нойзидлер Сыктывкар» | 505,6 |
| ОАО «Светогорск» | 369,0 |
| Сегежский ЦБK | 243,2 |
| Соломбальский ЦБK | 211,9 |
| Байкальский ЦБK | 171,4 |
| ОАО «Kондопога» | 105,4 |
| Россия | 5752 |
Древесина после распиловки поступает в
рубительные машины, где из нее образуется щепа.
Щепа подается в варочные котлы. При сульфитной
варке древесину обрабатывают раствором,
содержащим оксид серы. Одновременно с этим
процессом происходит механическое истирание
другой части древесины в шахтах на специальных
устройствах - дефибрерах. Продуктом его
является древесная масса (диаметр частиц всего 2-3
мм). На получение 1 т древесной массы расходуется
2,5 м 3 , а 1 т целлюлозы - 5 м 3 древесины.
Для изготовления обойной или тетрадной бумаги
целлюлоза и древесная масса берутся в равных
соотношениях - по 50%, для газетной - 70% древесной
массы и 30% целлюлозы.
Древесная щепа и варочная кислота поступают в
варочный котел периодического действия. Варка
целлюлозы ведется при 100-150 °С и давлении 6
атмосфер. После окончания варки в котле
снижается давление и вытесняется щелок. Щелок
пропускают через фильтр, где улавливаются
волокна целлюлозы, затем щелок поступает на
отдувочную колонну, где из него отдувается SO 2 .
Далее щелок на многих предприятиях передается в
спиртодрожжевой цех для дальнейшей утилизации
растворенных в нем биологических веществ. В
варочном котле остается целлюлоза. После варки
целлюлозу пропитывают горячей водой, а затем
тщательно истирают. Если целлюлозу используют
для производства бумаги на этом же комбинате, то
ее в полужидком виде направляют в бумажный цех. В
том случае, если целлюлоза предназначается для
отправки на другие предприятия, ее прессуют,
сушат и превращают в более или менее плотные
листы серого цвета - товарную целлюлозу
.
Исходя из технологических особенностей
производства целлюлозы, главными факторами
размещения отрасли являются сырьевой (ориентация
на лесодостаточные и лесоизбыточные районы) и
водный (необходимость использования большого
количества воды). В СССР некоторые производители
целлюлозы располагались вне лесной зоны и
работали на камышовом сырье (в Астрахани, Кзыл-Орде,
Измаиле), но в современной России таких
предприятий нет. В любом случае создание
крупного целлюлозного предприятия возможно лишь
вблизи крупного водотока или водоема. К таким
гидрологическим объектам можно отнести Северную
Двину (предприятия в Архангельске и Новодвинске),
Вычегду (Коряжма), Ангару (Усть-Илимск и Братск),
Волгу (Балахна и Волжск), Байкал (Байкальск),
Онежское озеро (Кондопога), Ладожское озеро (Питкяранта
и Сясьстрой). Ориентация на потребителя в
целлюлозной отрасли вторична, поэтому
значительная часть отечественной целлюлозы
вырабатывается в относительно слабо заселенной
Восточной Сибири.
Таблица 2
Крупнейшие российские производители
товарной целлюлозы, 2003,
тыс. т
Выработка целлюлозы в России
производится на целлюлозно-бумажных комбинатах (ЦБК),
целлюлозно-бумажных заводах (ЦБЗ) и целлюлозно-картонных
комбинатах (ЦКК). Почти на всех этих предприятиях
целлюлоза в дальнейшем перерабатывается в
бумагу или картон. Однако имеются исключения: в
Усть-Илимске, Советском Выборгского района,
Питкяранте стадия производства целлюлозы -
завершающая, товарная целлюлоза, полученная
здесь, идет на другие предприятия отрасли для
дальнейшей переработки.
Целлюлозу в России выпускает около трех десятков
предприятий. Производство целлюлозы размещено
только в 14 регионах, прежде всего в Архангельской,
Иркутской, Ленинградской, Калининградской,
Пермской областях, республиках Коми и Карелия.
Целлюлоза не производится в Центральном и
Дальневосточном федеральных округах. Крайне
невелики мощности по производству целлюлозы в
Южном и Уральском округах. До недавнего времени
целлюлоза еще выпускалась на Сахалине, в
Хабаровском крае, Астраханской области, но по
экономическим причинам от этих производств
пришлось отказаться.
Любопытно, что повышенная концентрация
целлюлозных предприятий, пусть и не очень
крупных, отмечается в тех частях страны, которые
еще относительно недавно - 60-70 лет назад -
входили в состав территории экономически
развитых соседей. Речь идет о Карельском
перешейке, который был до 1940 г. финским (3
предприятия, до 90-х годов - 4, включая закрытый
ныне завод в Приозерске); Калининградской
области - части бывшей германской Восточной
Пруссии (3 предприятия); Южном Сахалине (7
предприятий, к настоящему времени все закрыты),
до конца Второй мировой являвшимся японским
владением. Это не случайно, учитывая те
обстоятельства, что, во-первых, указанные районы
для своих стран были наиболее удобным местом
развития отрасли, во-вторых, состояние
полиграфии и книгоиздательства в Финляндии и
Германии находилось и продолжает оставаться на
более высоком уровне, нежели в нашей стране. К
настоящему времени все доставшиеся в наследство
от соседей ЦБК и ЦБЗ нуждаются в реконструкции, и
во многом из-за этого значительная их часть уже
закрыта.
Перспективы развития целлюлозной
промышленности в России связаны с
совершенствованием технологического процесса,
более полным использованием лесных ресурсов на
имеющихся предприятиях, а также со
строительством новых ЦБК. В настоящее время
проектируется создание комплексов по
производству целлюлозы и бумаги в Александрове
Владимирской обл., Нее Костромской обл., Туртасе
Тюменской обл., Амазаре Читинской обл. Проводятся
предпроектные изыскания в Кировской,
Вологодской и Новгородской областях и некоторых
других регионах.
Существует свыше 5000 сортов или типов бумаги, которые обычно делят на три основных класса: 1. собственно бумага (оберточная, гигиеническая, писчая и печатная) 2. картон (используемый для производства бумажной тары) 3. строительный (изоляционный, облицовочный) картон, применяемый главным образом в строительстве
Бумагоделательные машины Существует два типа машин для изготовления бумаги и картона – плоскосеточные (столовые) и круглосеточные (цилиндровые). Плоскосеточные используются для изготовления однослойной бумаги, цилиндровые – многослойного картона. Созданы многочисленные механизмы и приспособления к указанным базовым машинам для получения различных сортов бумаги и картона.
Плоскосеточная машина Секция отлива бумажного полотна плоскосеточной машины представляет собой натянутую равномерную проволочную сетку длиной 15 м и более. Взвешенные в воде волокна наливаются на переднюю часть движущейся сетки через устройство, называемое напорным ящиком. Большая часть воды дренирует через сетку в процессе ее движения, а волокна сбиваются в слабое влажное полотно. Это полотно перемещается шерстяными сукнами между несколькими наборами валов, которые отжимают воду. После этого полотно бумаги поступает в сушильную часть бумагоделательной машины. Далее бумажное полотно поступает в отделочную часть. Здесь один или несколько каландров гладят бумагу. При движении между валами сверху вниз полотно становится более гладким, плотным и равномерным по толщине. Затем полотно разрезается на полосы нужной ширины и наматывается в рулоны.
Цилиндровая машина Цилиндровая (круглосеточная) машина отличается от плоскосеточной тем, что в ней секция отлива бумаги представляет собой цилиндр, обернутый сеткой. Этот цилиндр вращается в ванне, заполненной суспензией волокон. Вода дренирует через сетку, оставляя своеобразный мат из волокон, который снимается шерстяным сукном при контакте с верхней частью цилиндра. Помещая несколько ванн в ряд и используя то же самое сукно для удаления собранных в мат волокон от каждой ванны последовательно, можно получить слоистую структуру; толщина этого листа, или картона, лимитируется числом цилиндров и мощностью сушки. Остаточная вода удаляется пропусканием полотна через прессовые и сушильные секции, аналогичные используемым на плоскосеточной машине. Центробежное действие вращающегося цилиндра стремится сбросить находящиеся на нем волокна. Это вынуждает ограничивать скорости работы 150 м/мин. Получающееся при этом бумажное полотно после резки пригодно для высококачественной печати.
Сырьем для бумажной массы служат древесина и другие богатые целлюлозой материалы. Нередко предприятия по производству целлюлозы и бумаги составляют одно целое. Перерабатывающие цеха или заводы превращают бумажную массу в бумагу и картон, из которых изготавливаются такие предметы, как конверты, вощеная бумага, упаковка для пищевых продуктов, наклейки, коробки и многое другое.
Подготовка бумажной массы Процесс отбеливания не зависит от процесса получения бумажной массы. Хлор в той или другой форме является основным отбеливающим реагентом. Перекиси и бисульфиты используются для осветления при механическом получении бумажной массы. До и после отбеливания эта масса просеивается и промывается в разной последовательности до тех пор, пока не будет состоять полностью из отдельных волокон, свободных от следов химикатов. После этого полученная масса, особенно если она содержит продукты, полученные из тряпья и сульфитной бумажной массы, должна быть дополнительно расплющена. Далее добавляются красители, минеральные пигменты и органические материалы (клеи), которые придают влагопрочность, водонепроницаемость и облегчают адгезию типографской краски.
Источники сырья для получения бумажной массы Все шире используется макулатура; предварительно из нее удаляются типографская краска и другие примеси. Затем ее обычно смешивают со свежей целлюлозой, чтобы придать дополнительную прочность на случай использования для изготовления более высоких сортов бумаги, например книжной; без обесцвечивания макулатуру используют главным образом при производстве картона для коробок и другой тары. В некоторой степени используются также отходы тряпья, что позволяет получить высокосортную писчую бумагу, бумагу для облигаций и денежных знаков, пигментную бумагу и другие специальные ее виды. Грубый картон делается из соломенной целлюлозы. В специальных изделиях могут быть применены асбест и натуральные и синтетические волокна, такие, как лен, пенька, искусственный шелк, нейлон и стекло.
Изготовление бумаги из древесной массы Очищенные балансы подаются в рубильную машину, где превращаются в мелкую щепу. Щепа варится в варочном котле примерно три с половиной часа, после чего поступает в продувочный бассейн. Распыленная древесная масса пропускается через промывочный агрегат и разбрызгивается; в распределительной ванне древесные волокна, пригодные для изготовления бумаги, через фильтровальные сетки поступают в отбеливающий бассейн. Древесная масса расплющивается, а затем подвергается трепанию в рафинере, так что волокна прочнее сцепляются вместе. Суспензия примерно 99,5% воды и 0,5% массы из машинного бассейна равномерно наносится на сетку плоскосеточной бумагоделательной машины. Вода стекает через сетку в отсасывающий ящик, а вальцовые прессы и сушильные цилиндры осуществляют дальнейшее уменьшение влажности. В конце сушильного отделения при намотке на бобину бумага проглаживается каландрами. Рулон последовательно разрезается на части нужных ширины и веса и перематывается. Смотанный рулон готов к транспортировке.
Процессы получения бумажной массы из древесины Поскольку бумага может быть сделана почти из любого волокнистого материала, существует много разнообразных методов получения бумажной массы, которые различаются в соответствии с требованиями к конечному продукту. Известны, однако, три основных процесса превращения древесины в бумажную массу: механический, химический и полу химический. Бревна, поступающие на завод в неочищенном виде, должны быть очищены от коры (окорены). Затем заготовка пропускается через рубильную машину, которая разрубает ее на куски размером 6-7 см (щепу), чтобы подготовить древесину к химической обработке (это не обязательно для получения бумажной массы механическим способом).
Механический процесс В механическом процессе очищенные от коры бревна измельчают. При этом не происходит никакого химического изменения, и полученная древесная масса содержит все компоненты исходной древесины. Она отбеливается перекисями, но остается при этом нестабильной и со временем портится. Поскольку операция измельчения не идеально разделяет волокна, приводя к комкованию, бумага из массы, полученной механическим способом, оказывается относительно слабой. Поэтому такая древесная масса используется вместе с бумажной массой, полученной посредством химических процессов. Применение механически изготовленной массы ограничено такими продуктами из бумаги и картона, как газетная бумага и макулатурный картон, где высокие качества и прочность несущественны.
Сульфитный процесс Приготовление бумажной массы путем проведения сульфитного процесса требует обработки щепы в варочной жидкости, содержащей ионы бисульфита в комбинации с кальцием и (или) магнием, аммиаком или натрием. Комбинация кальций-магний применяется по преимуществу на целлюлозных заводах. Среди лесоматериалов предпочтение отдается ели и западному гемлоку. Получаемая древесная масса легко отбеливается и устойчива к механическому истиранию. Неотбеленная масса используется для картона, из которого изготавливают упаковку, в смеси с механически получаемой массой - для газетной бумаги, а отбеленная - для всех сортов белой бумаги, например для книг, облигаций, бумажных салфеток и высококачественной оберточной бумаги. В качестве реагента для производства бумажной массы можно использовать нейтральный сульфит натрия. Он дает бумажную массу, сходную с той, что получается при кислотно-сульфитном процессе. Однако из-за дороговизны и сложности утилизации его применение в производстве высококачественной бумажной массы химическим способом было незначительным. Более широко он используется при получении массы полу химическим способом, которая идет на изготовление гофрированного картона.
Содовый и сульфатный процессы Содовый процесс представляет собой один из видов щелочных процессов. Щепа варится в растворе каустической соды, или едкого натра (NaOH). Содовая бумажная масса изготавливается главным образом из твердых пород дерева, таких, как осина, эвкалипт и тополь. Она используется по преимуществу в смеси с сульфитной массой для изготовления печатных сортов бумаги. Сульфатный процесс также относится к щелочным. В варочную жидкость, представляющую собой раствор каустика, добавляют серу, которая ускоряет процесс изготовления массы, позволяет уменьшить рабочее давление и расход тепла и действует эффективно на все виды древесины. Сульфатный процесс применяется там, где нужна прочность продукта, например для изготовления высококачественной оберточной бумаги и картона. Среди используемых в этом процессе пород дерева доминирует сосна, имеющая длинные сильные волокна. Хотя сульфатная древесная масса отбеливается труднее, чем сульфитная, получающийся белый продукт может отличаться высоким качеством.
Полухимический процесс Этот процесс представляет собой комбинацию химического и механического процессов обработки. Древесина нагревается с небольшим количеством химикатов настолько, чтобы связи между волокнами ослабли. Одной из разновидностей этого процесса является холодный содовый процесс, при котором щепа подвергается слабой обработке раствором едкого натра при атмосферных давлении и температуре. После этого щепа, сохраняющая свои свойства при такой обработке, подается на истирающее устройство, которое разделяет волокна. Степень «чистоты» бумажной массы зависит от глубины химической обработки. В зависимости от используемых химикатов этот процесс подходит к любым породам дерева; химические требования здесь ниже, чем при химическом процессе, а выход – вес массы на корд древесины – выше. Поскольку клубочки волокон удаляются не полностью, качество получаемой таким способом бумажной массы при увеличении выхода снижается до качества массы, получаемой в механическом процессе.
Целлюлозу используют в основном для получения бумаги, химических волокон, искусственного меха, а также заменителя кожи, пластмасс, кинопленки, лаков, бездымного пороха и других продуктов. Ее вырабатывают на целлюлозных заводах и целлюлозно-бумажных комбинатах из древесины, камыша, тростника, соломы и других растений. Основное сырье - древесина, из которой получают 9/10 общего ее количества. Как отмечалось, древесина, кроме целлюлозы, содержит и другие вещества. Поэтому сущностью производства является максимальное удаление из древесины примесей и выделение целлюлозы в чистом неповрежденном виде. От степени очистки клетчатки от примесей зависит ее качество, так как их присутствие, особенно лигнина, ухудшает потребительские свойства конечного продукта: бумага быстро желтеет, снижается прочность волокон и т.д. Целлюлоза наиболее стойкое вещество древесины к химическим соединениям. На этом основан процесс удаления нецеллюлозных компонентов варкой древесины. При этом древесину подготавливают. Сырье на целлюлозных предприятиях поступает на лесную биржу, где древесину сортируют по породам и складируют. Бревна краном подают на разделочные эстакады, разрезают их на балансы - стандартные отрезки длиной 0,75-3,2 м (рис. 14). Их очищают от коры, гнили и на рубильных машинах измельчают в технологическую щепу длиной и шириной до 3 см и толщиной до 3 мм, что облегчает процесс варки. Щепу сортируют, очищают и подают по пневмотрубопроводам на бетонированную площадку для хранения. Из отходов производства - коры, возможно, вырабатывать дубильные вещества, сырье для медицинской промышленности. Техническую щепу получают также из крупнокусковых отходов лесозаготовок, лесопиления и деревообработки. В этом случае ее выработка комбинируется с соответствующим основным производством, и готовая щепа поставляется на целлюлозные предприятия. Такая щепа дешевле, чем из балансов. При этом достигается более рациональное использование лесных ресурсов, экономится деловая древесина, сохраняются леса от рубки. Однако использование отходов заготовок древесины, лесопиления в целлюлозной промышленности сдерживается низким уровнем концентрации названных производств.
Щепу варят в котлах периодического и котлах-аппаратах непрерывного действия (рис 15). При этом на сырье воздействуют паром, химикатами, которые называют варочной кислотой. Под их влиянием нецеллюлозные компоненты переходят в раствор, а целлюлоза остается. В зависимости от химического состава варочной кислоты существуют способы производства целлюлозы: кислотный, щелочной и комбинированный. При кислотном или сульфитном способе на щепу в присутствии серной кислоты воздействуют бисульфитом кальция. Его получают в башнях, заполненных известняком, через который снизу пропускают сернистый газ, а сверху орошают водой. Сернистый газ образуется при сжигании серы или колчедана. Бисульфит кальция стекает вниз башни и подают в котел. Он расположен вертикально (высота с десятиэтажный дом) и имеет цилиндрическую форму емкостью несколько сот кубических метров. Варка длится 6-12 часов и осуществляется циклично. В конце процесса продукты варки паром струёй воды выталкивают в специальный резервуар. Котел вновь наполняют сырьем и химикатом. Более совершенная варка непрерывного действия. При этом щепа и варочная кислота непрерывно поступают в котел, а из него непрерывно получают сваренную целлюлозу. Процесс варки сокращается до 1-4 часов. Из продуктов варки выделяют жидкую волокнистую массу, содержащую до 95% целлюлозы (стежа) и растворенные в воде нецеллюлозные вещества древесины - щелоки. В отходы переходит более половины массы древесины. Таким способом варят целлюлозу из малосмолистых пород: пихты, ели.
Щелочным или сульфатным способом получают целлюлозу из любых пород, в том числе отходов древесины. При этом в качестве варочной кислоты используют щелочной раствор каустической соды и сульфата натрия. Продукты варки разделяют на сульфатную целлюлозу и сульфатные щелоки. Этот способ характеризуется меньшим удельным расходом сырья, воды по сравнению с сульфитным. Получают целлюлозу лучшего качества и применяют ее для выработки химических волокон. Щелоки после регенерации повторно используют в технологическом процессе.
Сваренную целлюлозу промывают водой, очищают от непроваренной щепы, мелких сучков, минеральных загрязнений, доводят до высокой степени чистоты и отбеливают кислородом, хлором, его окислами и солями, перекисью водорода, каустической содой. Отбеленную целлюлозу измельчают в мельницах и получают товарный продукт. Готовый продукт в жидком состоянии поступает в бумажное производство. При этом бумажные фабрики комбинируют с целлюлозными заводами и формируют целлюлозно-бумажные комбинаты (ЦБК). Создание таких сочетаний экономит материальные, трудовые, финансовые ресурсы, так как упрощается производственный процесс (рис. 16). Если целлюлозу отправляют на экспорт, предприятия, расположенные в других районах страны, ее превращают в полотно, прессуют, сушат и нарезают листы наподобие толстого картона. У потребителя ее опять превращают в жидкую массу сильной струей воды.
Вырабатывают целлюлозу различных видов и марок, что зависит от способа варки и степени очистки. Выделяют жесткую, нормальную, мягкую, небеленую, полубеленую и беленую целлюлозу.
В результате растворения нецеллюлозных компонентов в зависимости от способа варки на 1 т целлюлозы образуется до 12 т сульфитных и сульфатных щелоков. Присутствие кислоты при сульфитной варке целлюлозы гидролизует сложные сахара, увеличивает в щелоках количество простых сахаристых веществ. Поэтому после нейтрализации из 1 т сульфитных щелоков сбражживанием получают до 100 л этилового спирта. Барда - сырье производства кормовых дрожжей. Обезвоженную барду применяют как крепитель литейной формовочной массы, безобжигового кирпича, при флотации, в выработке моющих средств, электродов, изоляционного картона и других товаров. Из каждой тонны сульфитных щелоков вырабатывают 5-6 кг пищевого ванилина. Из них возможно получать муравьиную, уксусную кислоты, фурфурол, скипидар, дубильные экстракты, метиловый спирт и другие продукты. Сульфатные щелоки не пригодны для получения спирта, так как при варке целлюлозы отсутствует кислота, которая осахаривает гемицеллюлозу. Сульфатные щелоки направляют на регенерацию (восстановление). Из них выпаривают воду, остаток сжигают. Получают пар и химические соединения, которые используют повторно в варочных котлах.
Кроме щелоков, образуются газообразные отходы, содержащие окислы углерода, азота, серы, сероводород, углеводороды и другие соединения. Они частично абсорбцией улавливаются и утилизируются для получения сульфатного мыла, таллового масла, жирных кислот. Сернистые соединения применяют как вещество, придающее запах природному газу.
Лигнин щелоков возможно использовать для частичной замены фенолов в производстве пластмасс, оболочковых форм, как наполнитель искусственной кожи, частичный заменитель сажи в шинной промышленности.
Неполная утилизация отходов, отсутствие и плохая работа очистных сооружений обусловливают попадание вредных веществ в воздух, водоемы. Вопросы охраны окружающей среды целлюлозного производства усиливаются высокой водоемкостью и использованием химически активных веществ. Особого внимания заслуживает загрязнение воды непроваренными остатками древесины, волокнами целлюлозы, которые в виде мощного слоя органики накапливаются на дне водоемов, подвергаются разложению. Как следствие, нарушение водно-химического состава воды, что приводит к гибели растительности, животных. Особенно это проявляется в водоемах с качественной водой, где минимальное нарушение ее состава имеет отрицательное последствие для уникального биологического мира, как на озере Байкал. Выбросы вредных веществ в воздушное пространство вызывают высыхание растительности. Улучшение экологической обстановки в центрах целлюлозного производства связано с совершенствованием технологических процессов, при которых вредные выбросы в атмосферу, водоемы сведены до минимума или вовсе исключены. Разработаны способы варки целлюлозы без серосодержащих соединений, которые требуют больших затрат на создание безвредных процессов для окружающей среды из-за высокой стоимости очистных сооружений. Снизить потребление природной воды, образование и выбросы грязных стоков в водоемы в 10 раз позволяют внедрение водооборотных систем.
Технико-экономическая специфика целлюлозного производства состоит в высокой материало- и водоемкости. На 1 т целлюлозы расходуют около 5 куб.м древесины, 100 кг серы и 200 кг известняка, 50 кг сульфата натрия, 20 кг каустической соды и 500-650 куб.м воды. Большой расход сырья обусловливает территориальное макроположение предприятий в районах лесных ресурсов. Конкретное расположение здесь заводов зависит от водных ресурсов. При этом значение имеет не только общая водообеспеченность территории, но качество воды, так как производство целлюлозы высокой химической чистоты для конденсаторной, кабельной бумаги требует воды с малым содержанием солей. Значение водных ресурсов в размещении целлюлозных предприятий усиливается сплавом леса по рекам, озерам.
Производство целлюлозы из камыша, тростника осуществляют хлорно-щелочным способом. Сырье заготавливают зимой. Такую целлюлозу получают в районах, хорошо обеспеченных данными растениями (Астрахань-Россия, Кзыл-Орда - Казахстан, Измаил - Украина).
комплексная отрасль экономики, что обусловлено своеобразием ее производственных процессов. Существует свыше 5000 сортов или типов бумаги, которые обычно делят на три основных класса: 1) собственно бумага, например оберточная, гигиеническая, писчая и печатная; 2) картон, например, используемый для производства бумажной тары; 3) строительный (изоляционный, облицовочный) картон, применяемый главным образом в строительстве. Благодаря технологической близости процессов производства сырья (балансовой древесины и древесной массы) и конечного продукта (бумаги и картона) эта отрасль хозяйства с течением времени становилась все более интегрированной и автономной: изготовитель готовой бумаги обычно является также изготовителем бумажной массы, из которой делается бумага, и заготовителем балансовой древесины, из которой получают бумажную массу.
Аким Э.Л. и др. Технология обработки и переработки целлюлозы, бумаги и картона
. Л., 1977
Шитов Ф.А. Технология целлюлозно-бумажного производства
. М., 1978
Коган О.Б., Волков А.Д. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажной промышленности
. М., 1980
Найти "ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ " на
Часть первая. Производство целлюлозы
Целлюлозно-бумажная промышленность - одна
из ведущих отраслей лесного комплекса -
объединяет технологические процессы получения
целлюлозы, бумаги, картона и бумажно-картонных
изделий (писчей, книжной и газетной бумаги,
тетрадей, салфеток, технического картона и др.). В
России эта отрасль изначально возникла и
развилась в Центральном районе, где было
сосредоточено потребление готовой продукции и
имелось необходимое текстильное сырье, из
которого прежде делали бумагу (не случайно один
из первых центров производства бумаги в стране
получил название Полотняный Завод). В дальнейшем
технология изготовления бумаги изменилась, для
нее стало использоваться древесное сырье, и
ареал размещения отрасли сдвинулся к северу, в
лесоизбыточные районы.
Технологический цикл отрасли четко
подразделяется на два процесса - получение
целлюлозы и производство бумаги. Целлюлоза -
распространенное в живой природе углеводное
соединение класса полисахаридов. Волокна
целлюлозы служат основой для бумаги.
Главное сырье для выработки целлюлозы -
древесина хвойных пород, в которой содержание
целлюлозы составляет 40-50% от всей массы. Для
выделения целлюлозы из древесины применяется
термохимическая обработка - варка.
Технологически допустимо добавление при варке
целлюлозы лиственных пород в количестве до 10%. На
производствах чаще всего используют сульфитную,
бисульфитную или сульфатную варку древесной
щепы, поэтому для любого целлюлозного процесса
необходимо использовать соединения серы,
вредность которых для природы и человека широко
известна.
Таблица 1
Лидирующие предприятия России по
варке целлюлозы, 2003,
тыс. т
| Kотласский ЦБK | 912,5 |
| Архангельский ЦБK | 770,7 |
| Братский ЦKK | 737,2 |
| Усть-Илимский ЛПK | 650,0 |
| ОАО «Нойзидлер Сыктывкар» | 505,6 |
| ОАО «Светогорск» | 369,0 |
| Сегежский ЦБK | 243,2 |
| Соломбальский ЦБK | 211,9 |
| Байкальский ЦБK | 171,4 |
| ОАО «Kондопога» | 105,4 |
| Россия | 5752 |
Древесина после распиловки поступает в
рубительные машины, где из нее образуется щепа.
Щепа подается в варочные котлы. При сульфитной
варке древесину обрабатывают раствором,
содержащим оксид серы. Одновременно с этим
процессом происходит механическое истирание
другой части древесины в шахтах на специальных
устройствах - дефибрерах. Продуктом его
является древесная масса (диаметр частиц всего 2-3
мм). На получение 1 т древесной массы расходуется
2,5 м 3 , а 1 т целлюлозы - 5 м 3 древесины.
Для изготовления обойной или тетрадной бумаги
целлюлоза и древесная масса берутся в равных
соотношениях - по 50%, для газетной - 70% древесной
массы и 30% целлюлозы.
Древесная щепа и варочная кислота поступают в
варочный котел периодического действия. Варка
целлюлозы ведется при 100-150 °С и давлении 6
атмосфер. После окончания варки в котле
снижается давление и вытесняется щелок. Щелок
пропускают через фильтр, где улавливаются
волокна целлюлозы, затем щелок поступает на
отдувочную колонну, где из него отдувается SO 2 .
Далее щелок на многих предприятиях передается в
спиртодрожжевой цех для дальнейшей утилизации
растворенных в нем биологических веществ. В
варочном котле остается целлюлоза. После варки
целлюлозу пропитывают горячей водой, а затем
тщательно истирают. Если целлюлозу используют
для производства бумаги на этом же комбинате, то
ее в полужидком виде направляют в бумажный цех. В
том случае, если целлюлоза предназначается для
отправки на другие предприятия, ее прессуют,
сушат и превращают в более или менее плотные
листы серого цвета - товарную целлюлозу
.
Исходя из технологических особенностей
производства целлюлозы, главными факторами
размещения отрасли являются сырьевой (ориентация
на лесодостаточные и лесоизбыточные районы) и
водный (необходимость использования большого
количества воды). В СССР некоторые производители
целлюлозы располагались вне лесной зоны и
работали на камышовом сырье (в Астрахани, Кзыл-Орде,
Измаиле), но в современной России таких
предприятий нет. В любом случае создание
крупного целлюлозного предприятия возможно лишь
вблизи крупного водотока или водоема. К таким
гидрологическим объектам можно отнести Северную
Двину (предприятия в Архангельске и Новодвинске),
Вычегду (Коряжма), Ангару (Усть-Илимск и Братск),
Волгу (Балахна и Волжск), Байкал (Байкальск),
Онежское озеро (Кондопога), Ладожское озеро (Питкяранта
и Сясьстрой). Ориентация на потребителя в
целлюлозной отрасли вторична, поэтому
значительная часть отечественной целлюлозы
вырабатывается в относительно слабо заселенной
Восточной Сибири.
Таблица 2
Крупнейшие российские производители
товарной целлюлозы, 2003,
тыс. т
Выработка целлюлозы в России
производится на целлюлозно-бумажных комбинатах (ЦБК),
целлюлозно-бумажных заводах (ЦБЗ) и целлюлозно-картонных
комбинатах (ЦКК). Почти на всех этих предприятиях
целлюлоза в дальнейшем перерабатывается в
бумагу или картон. Однако имеются исключения: в
Усть-Илимске, Советском Выборгского района,
Питкяранте стадия производства целлюлозы -
завершающая, товарная целлюлоза, полученная
здесь, идет на другие предприятия отрасли для
дальнейшей переработки.
Целлюлозу в России выпускает около трех десятков
предприятий. Производство целлюлозы размещено
только в 14 регионах, прежде всего в Архангельской,
Иркутской, Ленинградской, Калининградской,
Пермской областях, республиках Коми и Карелия.
Целлюлоза не производится в Центральном и
Дальневосточном федеральных округах. Крайне
невелики мощности по производству целлюлозы в
Южном и Уральском округах. До недавнего времени
целлюлоза еще выпускалась на Сахалине, в
Хабаровском крае, Астраханской области, но по
экономическим причинам от этих производств
пришлось отказаться.
Любопытно, что повышенная концентрация
целлюлозных предприятий, пусть и не очень
крупных, отмечается в тех частях страны, которые
еще относительно недавно - 60-70 лет назад -
входили в состав территории экономически
развитых соседей. Речь идет о Карельском
перешейке, который был до 1940 г. финским (3
предприятия, до 90-х годов - 4, включая закрытый
ныне завод в Приозерске); Калининградской
области - части бывшей германской Восточной
Пруссии (3 предприятия); Южном Сахалине (7
предприятий, к настоящему времени все закрыты),
до конца Второй мировой являвшимся японским
владением. Это не случайно, учитывая те
обстоятельства, что, во-первых, указанные районы
для своих стран были наиболее удобным местом
развития отрасли, во-вторых, состояние
полиграфии и книгоиздательства в Финляндии и
Германии находилось и продолжает оставаться на
более высоком уровне, нежели в нашей стране. К
настоящему времени все доставшиеся в наследство
от соседей ЦБК и ЦБЗ нуждаются в реконструкции, и
во многом из-за этого значительная их часть уже
закрыта.
Перспективы развития целлюлозной
промышленности в России связаны с
совершенствованием технологического процесса,
более полным использованием лесных ресурсов на
имеющихся предприятиях, а также со
строительством новых ЦБК. В настоящее время
проектируется создание комплексов по
производству целлюлозы и бумаги в Александрове
Владимирской обл., Нее Костромской обл., Туртасе
Тюменской обл., Амазаре Читинской обл. Проводятся
предпроектные изыскания в Кировской,
Вологодской и Новгородской областях и некоторых
других регионах.