124626 (Технологія виготовлення паперу)

Вступ

Життя нерозривно пов’язане з природним середовищем. На ранніх етапах свого становлення людина, користуючись продуктами природи, не завдавала помітної шкоди природним ресурсам. Але з посиленням практичної діяльності, пов’язаної з винаходом знарядь праці, вплив її на природу неухильно зростав. В останні десятиліття ХХ століття у зв’язку із високими темпами науково-технічного прогресу, небувалим розширенням сфер матеріального виробництва він став особливо значним і великомасштабним.

Неухильно зростає населення нашої планети, що потребує відповідного збільшення видобутку й виготовлення життєвих ресурсів для забезпечення його проживання. Наслідки впливу людини на навколишнє середовище сумні й тривожні:порушуються природні угруповання й ландшафти, забруднюється атмосфера, морські акваторії і прісні водойми , руйнується ґрунтовий покрив, зменшуються лісові ресурси та чисельність видів рослин і тварин, хімічні сполуки, які циркулюють у біосфері, шкодять здоров’ю людини та всьому живому.

В Україні екологічна криза значно поглибилась після аварії на Чорнобильській АЕС у квітні 1986 року. Ці обставини, а також складні соціально-економічні умови привели до різкого погіршення стану здоров’я населення та зниження його відтворення. Тепер в Україні більше людей помирає, ніж народжується. Рішенням парламенту від 1992 року всю територію нашої країни оголошено зоною екологічного лиха.

Тож у стосунках з природою людство зіткнулося із серйозними і складними проблемами. Цілком очевидно, що вплив людини на природу нині значно перевищує здатність біосфери до саморегуляції і ставить загалом під загрозу можливість її існування як системи.

В умовах науково-технічного прогресу значно ускладнились взаємовідносини суспільства з природою. Людина отримала можливість впливати на хід природних процесів, підкорила сили природи, почала опановувати майже всі доступні відновні і невідновні природні ресурси, але разом з тим забруднювати і руйнувати довкілля.

За оцінкою Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ), із більш ніж 6 млн. відомих хімічних сполук практично використовується до 500 тис. сполук; із них біля 40 тис. мають шкідливі для людини властивості, а 12 тис. є токсичними.

Із розвитком цивілізації і науково-технічного прогресу, обсягів виробництва та його відходів проблеми стосунків між природою і суспільством дедалі загострюються.

Людство змушене перейти до ресурсозберігаючого виробництва і керуватися екологічними пріоритетами у взаємодії з природним середовищем. Непродумані технології, організація і виконання робіт можуть привести до великих втрат енергії і матеріалів, високого ступеню забруднення навколишнього середовища.

Розділ1. Технологія виробництва паперу

1.1 Папір, його класифікація та властивості

У деяких європейських країнах, таких як Україна, Англія, Німеччина, Франція тощо, листовий матеріал, на якому пишуть, друкують і виконують інші види робіт , називають папером. Цю назву листовий матеріал дістав від свого попередника папіруса, на якому писали ще в древньому Єгипті.

Батьківщиною паперу є Китай. У Китаї папір виробляли ще задовго до н.е. В Європі першими почали виробляти папір угорці(1300р.) В Україні першу папірню побудовано в 1541р. на Львівщині у місті Буськ.

Папером називають волокнистий листовий, переважно рослинного походження матеріал, маса 1м2 якого становить 4-250г.

За призначенням папір поділяють на групи, які складаються з окремих підгруп. Папір для друку (друкарський), писання(зошитовий, поштовій), креслярсько-ресувальний(калька), електроізоляційний (кабельний, конденсаторний), санітарно-побутовий (туалетний, гігієнічний), фільтрувальний (лабораторні фільтри, фільтри для нафтопродуктів), промислово-технічний (патронний, лугостійкий, наждачний), світлочутливий (основа для фотопаперу), перебивний (копіювальний), пакувальний (мішковий) тощо.

Папір як волокнистий матеріал з капілярною структурою легко поглинає вологу з довкілля. Тому чим віща вологість повітря, тим вища вологість паперу.

Властивості паперу залежать від властивостей сировини.

1.2 Сировина для виготовлення паперу

Для виготовлення паперу та картону використовують целюлозу отриману з різних порід дерев і рослин, макулатуру, ганчір’я тощо.

Нещодавно почали використовувати штучні, синтетичні, мінеральні та інші волокна. Крім волокнистих речовин використовують наповнювачі, воду, клеї, барвники тощо.

1.2.1 Волокнисті речовини (целюлоза)

Основною сировиною для виробництва паперу є і буде рослина, оскільки вона не дорога, швидко відновлюється і не порушує рівновагу в природі.

На сьогодні основною волокнистою сировиною є целюлоза сульфатна та сульфітна, макулатура, ганчір’я, волокна (синтетичні. Штучні, мінеральні, вовняні) тощо.

Целюлозу варять із подрібненої рослинної сировини в казанах періодичної та безперервної дії.

Сульфатну целюлозу варять із подрібненої рослинної сировини у розчині, основними компонентами якого є їдкий натр (NaOН) і сульфід натрію (Na2S), за температури 160-180 °С і тиску 0,7-1,2 МПа. Отримана продукція має темний колір. З неї виробляють технічні види паперу та картону.

Сульфітну целюлозу варять із знесмоленої хвойної деревини в розчині, основними компонентами якого є водний розчин SO2 і бісульфіти кальцію, магнію тощо, за температури 130-145 °С і тиску 0,6-1,2 МПа. У процесі виробництва сульфітної целюлози більший вихід целюлози , а з відходів отримують етиловий спирт, кормові дріжджі та інші речовини.

Макулатура - це папір або картон, зіпсований в процесі виробництва, обрізки паперу, старі газети, часописи, книжки тощо. Це вторинна сировина. Вона є замінником свіжої целюлози. Використання макулатури у процесі виробництва паперу має велике значення. Затрати на папір, вироблений з макулатури, у 2-3 рази менші, ніж з целюлози. Меньше забруднюється також довкілля, ніж під час виробництва паперу з рослинної сировини. Одна тонна макулатури економить 3,0-4,5 м? деревини або близько 15 дерев.

Ганчір’я також належить до вторинної сировини. Найкращий папір виробляють із лляного та конопляного ганчір’я.

Синтетичні та інші волокна використовують для виробництва спеціальних видів технічного паперу. Для отримання цих видів паперу використовують штучні, синтетичні, мінеральні (азбестові, базальтові) та інші волокна.

Волокнисті речовини можуть бути сухими або сирими. Із сирих речовин виробляють якісніший і дешевий папір, ніж із сухих. Проте використовувати сирі речовини можна лише тоді, коли паперова фабрика розташована в межах паперово-целюлозного комбінату.

1.2.2 Наповнювачі

У процесі виробництва більшості видів паперу до волокнистих речовин додають значну кількість мінеральних речовин, які називають наповнювачами.

Наповнювачі поліпшують властивість паперу - надають йому гладкості, м’якості, непрозорості, роблять його білим тощо. Більшість наповнювачів дешеві, ніж волокнисті речовини. Додавання наповнювачів до волокнистих речовин робить папір дешевим. Проте слід пам’ятати , що, поліпшуючи одні властивості паперу, наповнювачі погіршують інші, наприклад зменшують міцність. Для кожного виду паперу додається оптимальна кількість певного наповнювача. Найчастіше наповнювачами використовують каолін, тальк, крейду, сульфати барію та кальцію, діоксин титану, алюмосилікати тощо.

Каолін(глина білого кольору) – один з найважливіших наповнювачів паперу та картону.

Тальк(кисла сіль метакремінєвої кислоти(3MgO*4SiO2*H2O)) надає паперу м’якості, безшумності, підвищує адсорбцію друкарських фарб тощо. Основним недоліком тальку є те, що папір пилиться.

Крейда(майже чистий карбонат кальцію (СаСО3)) порівняно з каоліном і тальком біліша. Крейда надає паперу білизни, непрозорості, м’якості. Її використовують у процесі виробництва цигаркового паперу.

Синтетичний сірчанокислий барій (ВаSO4) поліпшує білизну паперу. Зменшує його прозорість і надає блиску.

Діоксид титану (ТіО2) – дуже дорогий наповнювач, його вартість у 35-40 разів перевищує вартість каоліну. Його використовують під час виробництва дуже якісного непрозорого паперу.

Алюмосілікати отримують на основі рідинного скла та розчинних кальцієвих солей і солей алюмінію. Вони роблять папір білішим. Непрозорим та поліпшують друк. Тому їх часто використовують замість дорогих титанових та інших наповнювачів.

Наповнювачі додають до паперової маси у вигляді суспензій. Це суміш найдрібніших твердих частинок і рідини, у якій вони містяться у звислому стані.

1.2.3 Вода

Без води немає паперу. Для виробництва паперу використовують знесолену, без запаху та кольору воду. Особливі вимого ставлять до води, яку використовують у процесі виробництва конденсаторного та інших видів технічного паперу.

На виробництво 1 тонни целюлозного паперу витрачають 150 м? води, а на 1 тонну конденсаторного – понад 1000 м?. У процесі виробництва 1 тонни паперу використовують більше води, ніж у процесі виробництва однієї тонни металу.

1.2.4 .Клеї

Для проклеювання використовують каніфоль, парафіни, воски, тваринні клеї, крохмаль, казеїн, летикси, паліакриламід тощо. Найчастіше використовують каніфоль. Паперова промисловість використовує 20% виробленої каніфолі. Назва каніфолі походить від грецького міста Колофонія в Малій Азії, де її вперше отримали. У даний час каніфоль виробляють із живиці хвойних дерев, найчастіше із сосни, відігнавши скипидар.

1.2.5 Барвники

Для надання паперу білизни або кольору до паперової маси додають невелику кількість синіх, фіолетових та інших барвників.

1.3 Підготовлення паперової маси

Паперова маса, з якої виробляють папір і картон, складається з розмелених волокнистих речовин, води, наповнювачів, барвників і проклеюючи речовин. Підготовлення паперової маси - дуже відповідальний технологічний процес, який значно впливає на якість отриманої продукції: паперу чи картону. Він складається з подрібнення, проклеювання, наповнення, фарбування тощо.

1.3.1 Подрібнення волокнистих речовин

Подрібнення – один із найважливіших технологічних процесів у виробництві паперу. Від нього залежіть якість паперу. Цей процес найбільш енергомісткий. На подрібнення волокнистих речовин витрачається 60-70% загальної кількості енергії в процесі виготовлення паперу. У ході подрібнення волокна вкорочуються, розщепляються, розтираються та стискаються. Внаслідок подрібнення змінюються довжина та товщина волокон. Після подрібнення волокна стають еластичними, гнучкими та масними на дотік.

Волокнисті речовини подрібнюють на спеціальних машинах, винайдених ще у 17-19 ст., які постійно вдосконалюють. До таких машин належать рол (1670р). дисковий млин (1856р), конічний млин (1858р).

Рол використовують у процесі виготовлення тонких видів паперу, які потребують тривалого подрібнення волокон, а також під час подрібнення ганчір’я.

Конічні млини довгий час використовували для допоміжного подрібнення після розмелювання на ролах і лише в 30-х роках ХХ ст. після вдосконалення їх використовують як основні машини для подрібнення волокнистих речовин.

Дискові млини після реконструкції в 50-х роках ХХ ст.. встановлено на всіх папероробних підприємствах . порівняно з конічними млинами вони споживають на 20-25% менше енергії , мають велику продуктивність (до 650 т на добу), просту конструкцію.

Час подрібнення волокнистих речовин різний: у ролах - 0,5-24 год., а в млинах безперервної дії – секунди.

1.3.2 Проклеювання паперової маси

Рослинні волокна, з якіх виробляють папір, мають здатність вбирати вологу. Щоб запобігти вбиранню води і деяких колоїдних розчинів, наприклад чорнила, та розтіканню їх по поверхні паперу, папір проклеюють. Проклеювання можна проводити двома способами. За першим способом спеціальні речовини (клеї) вводять у паперову масу перед виготовленням паперу. Ці речовини розподіляються рівномірно по всій товщині паперу. За другим способом клейкі речовини наносять на поверхню готового паперу. Клеї розподіляються в основному на поверхні паперу, а середина залишається непроклеєною. Другий спосіб економічно вигідніший, оскільки клею витрачається значно менше. Проте він потрібує додаткового обладнання. У промисловості використовують обидва способи проклеювання.

1.3.3 Наповнення паперової маси

Багато видів паперу виробляють із використанням інертних наповнювачів. Наповнювачі погрішують проклеювання паперу; щоб запобігти цьому. Їх додають до паперової маси після клею.

1.3.4 Фарбування паперу

Для надання паперу певного забарвлення його фарбують. Фарбування проводять двома способами. За першим способом барвники наносять на поверхню готового паперу, а за другим – додають до паперової маси ( 90% усього виробленого паперу фарбують саме таким способом, оскільки він простіший, не потрібує додаткового обладнання).

1.4 Виготовлення паперу на плоскосіткових машинах

Папір виробляють на папероробних машинах. На сьогодні є кілька видів таких машин: плоскосіткові, круглосіткові (циліндрові, двосіткові, комбіновані тощо). Між собою вони різняться способом формування паперу. Найпоширенішими е плоскосіткові машини. На них виробляють майже всі види паперу і деякі види картону.

Будова та принцип роботи плоскосіткової машини. Плоскосіткові машини складаються із сіткової, пресової, сушильної та оздоблювальної частини.

На машині відбуваються безперервно та послідовно такі технологічні процеси: відливання паперової маси, формування паперу, його зневоднювання, пересування, висушування, охолодження, оздоблення та складання готової продукції.

Сіткова частина машини складається з довгої сітки та плоского стола. Плоскосіткові машини можуть мати 2-4 сіткових столи, які розміщені один над одним. Ці машини призначені для виробництва багатошарового міцного паперу.

Сітка є основною складовою частиною папероробної машини. На сітці формується паперове полотно із суспензії та відбувається зневоднювання його до 17-22%. Від добротності сітки залежить якість паперу та ефективність роботи машини. Тому сітка має бути міцною, достатньо густою та рівномірно пропускати воду. Номер сітки залежить від кількості ниток основи, які припадають на 1 см ширини сітки. Чим тоншим має бути папір, тим краще повинна бути подрібнена паперова маса і густішою має бути сітка.

Сітки виготовляють на ткацьких верстатах спеціальної конструкції з металевого дроту, де основою є дріт, виготовлений із бронзи, а поробком - дріт із латуні. Виготовляють сітки із синтетичних волокон. Сітки виготовлені із синтетичних волокон довговічніші, у 6-8 разів легші, а виготовлений папір якісніший. Проте їх використання потребує більших затрат енергії, ретельнішого підготовлення паперової маси тощо.