Как делается бумага
Производство бумаги состоит из большого количества
сложных технологических процессов, в которых применяется самое различное
оборудование и используется разнообразное сырье и химикаты.
В краткой брошюре осветить все вопросы целлюлозно-бумажного производства
невозможно, а поэтому мы познакомим читателя лишь с основным
технологическим процессом изготовления наиболее распространенной бумаги
— газетной. Этот процесс дает представление о целлюлозно-бумажном
производстве вообще.
Современный целлюлозно-бумажный комбинат состоит из целого комплекса
предприятий: склада древесины, называемого лесной биржей, целлюлозного и
древесно-массного заводов и бумажной фабрики. Кроме того, на каждом
комбинате имеется теплоэлектростанция и ряд вспомогательных производств
по использованию отходов: суль-фит-спиртовой завод, вырабатывающий спирт
из отходов целлюлозного производства, цех по производству
термоизоляционных плит, сухой штукатурки и картона, изготовляемых из
волокнистых отходов производства, и др.
Как же протекает технологический процесс изготовления бумаги (рис. 16)?
Рис. 16. Технологический процесс основного производства бумаги
На большинстве современных целлюлозно-бумажных комбинатов бумага
вырабатывается из древесины, которая поступает в виде бревен из лесных
районов страны. Производство бумаги требует большого количества воды,
поэтому целлюлозно-бумажные комбинаты, как правило, располагаются на
берегах рек и озер, по которым сплавляется древесина.
При помощи лесотасок бревна выгружают из воды, а затем распиливают на
отрезки необходимой длины (1,0— 1,25 метра) — балансы. Кора, которой
покрыты балансы, в производстве бумаги не используется, и ее удаляют.
Для этого балансы пропускают через специальные машины — корообдирки.
Известно много разных типов корообдирок. Наибольшее распространение
получила барабанная корообдирка (рис. 17). Она представляет собой
металлический барабан с ребрами, диаметром в 3—5 метров и длиной до 10
метров, вращающийся в ванне с водой. Транспортером балансы подаются во
вращающийся корообдирочный барабан, трутся о его ребра и друг о друга,
кора отделяется от древесины, проваливается в щели между ребрами и
уносится водой. Не очищенные от коры балансы непрерывно подаются с
одной стороны корообдирочного барабана, а очищенные выходят с другой.
На лесных биржах окоренные (очищенные) балансы хранятся в огромных кучах
высотой до 30 и длиной до 350 метров.
С лесной биржи окоренные балансы транспортируются двумя потоками. По
одному из них балансы поступают на целлюлозный завод, по другому — на
древесно-массный завод.
Лесные биржи современных комбинатов механизированы и оснащены самыми
совершенными транспортными средствами — лесотасками, транспортерами,
различными кранами, мотовозами, автопогрузчиками и т. д., так что на
всем потоке к древесине не прикасается человеческая рука.
Для газетной бумаги используется главным образом еловая древесина. Чем
это объясняется?
Как уже было сказано, газетная бумага изготовляется из бумажной массы,
состоящей из смеси целлюлозы и древесной массы.
Целлюлозу можно получить только из растительного сырья, основной частью
которого является волокнистое вещество, — клетчатка. Целесообразнее
всего использовать сырье, из которого с наименьшими затратами получается
максимальное количество высокосортного волокна и в котором содержится
минимум смолистых веществ и других ненужных примесей.
Таким сырьем является древесина, и прежде всего еловая.
Древесную массу можно изготовить из любой породы дерева. Однако для
получения древесной массы высокого качества необходима древесина,
содержащая возможно большее количество волокон значительной длины и
небольшой толщины. Такую древесину дают хвойные породы Больше всего этим
требованиям отвечает ель. Древесную массу можно получить и из сосны, а
также путем химической обработки древесины лиственных пород, но пока еще
это производство в Советском Союзе не получило большого распространения.
На газетную бумагу идет древесная масса и целлюлоза, изготовляемые в
основном из еловой древесины.
Для производства газетной бумаги в большинстве случаев применяется
целлюлоза, выработанная из ели по сульфитному способу. Ее получают в
огромных стальных цилиндрических варочных котлах, установленных
вертикально (рис. 18) Современные варочные котлы имеют высоту
шестиэтажного дома (до 18 метров), диаметр 6 и более метров и объем
350—400 кубических метров.
Окоренная древесина, поступающая с лесной биржи комбината, на
специальных рубительных машинах превращается в щепу длиной 15—18
миллиметров и толщиной 2—3 миллиметра, которая сортируется на
специальных машинах — сортировках и подается в огромный бункер, ;
расположенный над варочным котлом. Емкость бункера обычно превышает
емкость котла в полтора-два раза. На некоторых предприятиях бункеров над
котлами нет и щепа транспортерами подается со склада прямо в котел.
После загрузки щепы крышка котла закрывается и в него накачивается,
варочная кислота, затем подается пар.
Кислота для варки целлюлозы изготовляется в кислотном цехе целлюлозного
завода.
Для получения варочной кислоты обычно применяют серу или серный
колчедан, которые сжигают в специальных печах. Кислота приготовляется в
цилиндрических башнях-турмах (рис. Д9).
Турма высотой 30 и более метров заполняется известковым камнем. В нижнюю
часть башни подается сернистый газ, а сверху вода. Образующаяся в ходе
реакции кислота
собирается в баки, расположенные под башней. По таким башням можно сразу
узнать сульфит-целлюлозный завод, как металлургический завод — по домнам
и кауперам.
В котле под действием варочной кислоты, высокой температуры (135—150° С)
и большого давления (6 атмосфер) щепа варится 7—10 часов. При этом
содержащиеся в древесине примеси растворяются, высвобождая волокнистую
массу — целлюлозу. Процесс варки целлюлозы на современных заводах
ведется автоматически с повышением температуры и давления по заданному
графику.
После варки целлюлозная масса и щелок выдуваются из котла паром или
вымываются водой в большой бассейн с сетчатым дном — сцежу. В сцеже
целлюлоза отделяется от щелока и промывается, после чего на специальных
машинах ее очищают от непроваренных сучков и крупных частиц, сортируют,
сгущают и в жидком виде хранят в больших бассейнах с мешальными
устройствами.
На некоторых комбинатах и целлюлозных заводах целлюлоза поступает на
машины, называемые пресспатами, где жидкая целлюлоза превращается в
бесконечное полотно, сушится и разрезается на листы, напоминающие листы
картона. Эти листы, упакованные в кипы, отправляют «а бумажные фабрики,
не производящие целлюлозу. Пресспат устроен так же, как и
бумагоделательная машина, о которой мы расскажем дальше.
Специальность рабочего-варщика, контролирующего процесс варки, требует
высокой квалификации, знания химии, теплотехники,
контрольно-измерительной и регулирующей аппаратуры, которой оснащены
современные варочные котлы.
По второму потоку балансы с лесной биржи поступают на древесномассный
завод. Основными его агрегатами являются машины-дефибреры,
предназначенные для переработки балансов в древесную массу. Главной
частью современного наиболее распространенного типа дефибрера (рис. 20)
является закрепленный на горизонтальном валу цилиндрический
кварцево-цементный или керамический камень, который вращается мощным
электродвигателем. Над камнем расположена шахта, высотой в два этажа, с
массивными цепями, в которую и загружаются балансы. Цепи в шахте
медленно движутся сверху вниз и своими выступами прижимают балансы к
камню. Чтобы древесина лучше измельчалась и не подгорала, на камень все
время подается вода, так что в ванну, расположенную под камнем,
выходит горячая (70—75°С) кашеобразная масса, содержащая 1 —3%
древесного волокна (10 —30 граммов волокна в литре воды).
Рис. 18. Котел для варки целлюлозы.
Современный дефибрер имеет большую производительность. Если 100 лет
назад дефибрер вырабатывал 500 килограммов древесной массы в сутки, то
сейчас он дает 50 000 килограммов, то есть в 100 раз больше.
После дефибрера древесная масса проходит через щепколовки, где из нее
вылавливаются крупные куски древесины, не истертые камнем. Затем при
помощи насосов масса перекачиваются на центробежные сортировки для
отделения крупных пучков волокон и неизмель-ченных частиц древесины.
Чтобы уменьшить объем древесной массы, ее сгущают до концентрации 5—6% и
в таком виде хранят в бассейнах с мешальными устройствами. Из бассейнов
целлюлоза и древесная масса непрерывным потоком перекачивается на
бумажную фабрику. Из целлюлозы и древесной массы изготовляют бумажную
массу, а уж из нее бумагу.
Целлюлоза в несколько раз дороже древесной массы, поэтому
чем меньше целлюлозы входит в состав бумажной
массы, тем бумага дешевле. Однако получать бумагу из бумажной массы,
содержащей большой процент древесной массы, очень трудно, так как ее
волокна короче и толще волокон целлюлозы, хуже свойлачиваются при
формовании бумажного полотна. Бумага получается Непрочной, в процессе ее
изготовления на бума годел ател ь ной машине чаще обрывается, создавая
ряд осложнений в работе как бумагоделательных машин, так и типографии.
В то же время газетная бумага должна быть дешевой, а особой прочности и
долговечности от нее не требуется, а следовательно, она может содержать
довольно высокий процент древесной массы. Газетная бумага должна
обладать хорошими печатными свойствами. А чем больше в ней содержится
древесной массы, тем лучше ее печатные свойства. Исходя из этих
требований и составляют композицию бумажной массы, необходимой для
выработки газетной бумаги. Обычно такая масса состоит из 75—85%
древесной массы и 25—15% целлюлозы. Чтобы сделать бумагу белее, в
бумажную массу добавляют немного синей анилиновой краски: она устраняет
желтизну, присущую древесной массе.
Рис 20. Цепной дефибрер непрерывного действия.
Перед поступлением на бумагоделательную машину целлюлозная масса
дополнительно размалывается в роллах (см. рис. 10) или на особых
конических мельницах.
Бумажную массу приготовляют в специальном регуляторе композиции, который
дозирует поступление на бумагоделательную машину определенного
количества древесной массы, целлюлозы и красителя. Иногда для улучшения
печатных свойств газетной бумаги в состав массы добавляют белую глину —
каолин.
Из регулятора композиции масса непрерывным потоком течет в большой
метальный бассейн, где тщательно перемешивается. Здесь она имеет
кашеобразный вид. Концентрация такой массы обычно равна 3%, то есть в
литре воды содержится 30 граммов волокнистого вещества. Перед
поступлением на машину бумажная масса разбавляется водой, так что в
литре воды остается всего 7—8 граммов волокна и по внешнему виду она
напоминает мутную воду. Разбавление водой происходит в так называемом
смесительном насосе. Определенная концентрация массы поддерживается при
помощи автоматического регулятора концентрации.
В жидкой бумажной массе обычно содержится некоторое количество крупных
волокон (узелков) и различные механические примеси в виде песка, угля и
др. Эти примеси необходимо удалять из массы, так как, попадая на
бумажную машину, они дают брак и оставляют пятна на бумаге. Для удаления
этих примесей бумажную массу пропускают через очистительные устройства —
узлоуловители и вихревые ловушки — центриклинеры. После центрикли-неров
очищенная бумажная масса поступает на бумагоделательную машину.
Посмотрим, что же представляет собой современная бумагоделательная
машина?
Вы входите в огромный зал длиной более 100 метров, в котором стоят две
колоссальные машины, изготовляющие бумагу. Прежде всего вам бросается в
глаза, что, несмотря на огромные размеры машин, каждую из них
обслуживают всего 4—5 человек. При этом роль рабочих сводится к
управлению машинами. Труд рабочих механизирован и автоматизирован, и при
нормальной работе машин физического труда не требуется.
Процесс производства бумаги непрерывен. Бумагоделательная машина
представляет собой большой конвейер. В один конец машины бесконечным
потоком поступает бумажная масса, а из противоположного непрерывно
выходит готовая бумага (рис. 21 и 22) Современные бумагоделательные
машины, вырабатывающие газетную бумагу, имеют ширину 6—8 метров и
выпускают бумагу со скоростью 500—750 метров в минуту.
Производительность их огромна. Так, бумагоделательная машина шириной в 6
метров, работающая со скоростью 600 метров в минуту, за одну минуту
вырабатывает столько бумаги, что на ней можно отпечатать 3600
экземпляров газеты «Правда». Если представить себе полосу бумаги,
имеющую ширину газеты, то за три часа машина вырабатывает полосу длиной
от Москвы до Ленинграда. В течение месяца такая машина выработает бумаги
столько, что если ее превратить в ленту шириной в один метр, то такой
лентой можно обернуть земной шар по экватору более трех раз. Длина одной
из современных бумагоделательных машин 114 метров, ширина 8,7 метра, вес
4 тысячи тонн. Такая машина, состоящая из 300 000 деталей, имеет 600
подшипников и 300 валов различных диаметров и приводится в действие
несколькими десятками электродвигателей общей мощностью более 2 000
киловатт. Машина работает со скоростью 685 метров в минуту и
вырабатывает 400 тонн газетной бумаги в сутки.
Как же работает бумагоделательная машина?
Проходя через бумагоделательную машину, жидкая бумажная масса,
содержащая менее 10 граммов волокна в литре воды, превращается в
бумажное полотно, которое, высушиваясь, становится готовой бумагой.
Бумагоделательная машина состоит из нескольких последовательно
работающих частей: сеточной, прессовой, сушильной, каландра и наката
(рис. 23). Бумажная масса из напорного ящика, в котором создается
давление, непрерывным потоком, с определенной скоростью поступает через
узкую щель на сеточную часть машины. Сетка из тонких бронзовых нитей
натянута на ряд валов, подобно широкому бесконечному ремню, надеваемому
на шкивы, и приводится в движение валом от электродвигателя. Бумажная
масса оседает на сетке, а вода отфильтровывается и стекает. Осевшие на
сетке волокна образуют влажное бумажное полотно.
Часть сетки после напорного ящика поддерживается в горизонтальном
положении при помощи регистровых валиков. Когда эти валики вращаются,
между ними и сеткой с волокнистым слоем создается разрежение,
способствующее удалению воды из бумажйого полотна. Бумажное полотно
после прохождения над регистровыми валиками содержит 2—4% волокна. Чтобы
на сеточной части удалить из бумаги возможно больше воды, под сеткой
после регистровых валиков устанавливаются отсасывающие ящики, из которых
мощные насосы откачивают воздух. В ящиках создается вакуум, благодаря
чему вода, содержащаяся в слое бумажного полотна на сетке, также
отсасывается и содержание волокна повышается до 8—12°/0. Дальше сетка
огибает вращающийся полый вал, так называемый гауч, поверхность которого
имеет многочисленные отверстия. Внутри вала размещена неподвижная
отсасывающая камера. Через отверстия мощный вакуум-насос, соединенный с
камерой, также отсасывает влагу, содержащуюся в бумажном полотне. После
отсасывающего вала в бумажном полотне становится 16—18% волокна.
рис. 23. Схема устройства бумагоделательной машины.
В дальнейшем вода удаляется механическим путем на прессовой части
машины, состоящей из нескольких прессов. Каждый пресс представляет собой
два массивных вала между которыми и пропускается влажное бумажное
полотно. Верхние валы обычно делают из гранита, а нижние покрывают
резиновой обкладкой. Бумажное полотно перемещается от сеточной части и
от одного пресса к другому при помощи сукон, натянутых на ряд валиков.
Сукна служат как бы транспортером бумажного полотна. Благодаря давлению
верхнего вала на нижний влага отжимается из бумажного полотна и
впитывается сукнами, а из последних также отжимается и отсасывается. У
первых двух прессов нижние валы обычно делаются отсасывающими, такой же
конструкции, как гауч. Из прессовой части бумажное полотно обычно
выходит с содержанием 30—35% волокна. Дальнейшее удаление воды
механическим путем невозможно, и бумажное полотно высушивается при
высокой температуре. Для. этого его пропускают через сушильную часть
машины, состоящую из вращающихся сушильных цилиндров диаметром в
1,25—1,5 метра, нагреваемых паром.
Сушильные цилиндры огибаются плотными сукнами, которые движутся' вместе
с вращающимися цилиндрами. Бумажное полотно, находясь между сукнами и
поверхностью цилиндров, нагревается, и содержащаяся в нем влага
испаряется. Частично влага впитывается в сукна, прижимающие бумажное
полотно к поверхности цилиндров. Сукна высушиваются с помощью
специальных цилиндров — сук-носушителей. Современные-машины для газетной
бумаги имеют 50 и более сушильных цилиндров. Когда бумажное полотно
пройдет сушильную часть, в нем остается всего 7—9°/о влаги.
Из сушильной части бумага выходит пухлой с шероховатой поверхностью. На
такой бумаге печатать еще нельзя. Для устранения пухлости и придания
бумаге гладкости ее пропускают через каландр, состоящий из вертикальной
батареи тяжелых чугунных валов. Под давлением валов каландра бумага
уплотняется, а ее поверхность становится гладкой. После каландра готовая
бумага поступает на накат для намотки на валик. Накат представляет собой
металлический цилиндр диаметром 1,25—1,5 метра, над которым
располагается так называемый тамбурный валик. Цилиндр приводится во
вращение электродвигателем. В свою очередь он вращает тамбурный валик*
на который наматывается бумажное полотно, выходящее из каландра.
Тамбурный валик помещен в специальные направляющие вилки, по мере
увеличения диаметра валика бумаги он постепенно перемещается в вилках.
После намотки валика бумаги необходимого диаметра \(1,5—2 метра)
бумажное полотно обрывают и образовавшийся конец бумаги заправляют на
новый тамбурный валик. Таким образом обеспечивается непрерывная намотка
бумаги.
И вот бумага готова! С наката бумагоделательной машины она направляется
для резки на рулоны. Теперь можно покинуть зал бумагоделательной машины.
Но от машины трудно отойти. Вас невольно охватывает волнующее чувство
гордости за людей, создавших такую умную машину. Прошло немногим более
160 лет с того времени, когда Робер на первой примитивной машине получил
бесконечное бумажное полотно, а сейчас это гигант, вызывающий восторг и
удивление. Сейчас есть бумагоделательные машины, вырабатывающие 400 тонн
газетной бумаги в сутки.
А сколько нужно знать человеку, работающему на современной
бумагоделательной машине! Это уже не просто рабочий. Ему необходимы
обширные знания, чтобы управлять машиной. Нужно знать назначение
бесчисленных кнопок, приборов и регуляторов. А для этого надо отлично
разбираться в механике и электротехнике, гидравлике и теплотехнике,
химии и автоматике и многом другом.
Во многих отраслях промышленности процессы производства механизированы и
автоматизированы, но, пожалуй, немного таких машин, как
бумагоделательная, где человек не прикасается к продукции, а процесс
производства непрерывен и происходит автоматически.
Бригада, обслуживающая бумагоделательную машину, должна обеспечить
строгое взаимодействие множества сложнейших механизмов, работа которых
основана на самых разнообразных принципах. Цель ее — давать бумагу,
отвечающую жестким техническим требованиям. А это невозможно, если все
члены бригады не будут (Обладать большим комплексом знаний. 'Бригадир
должен отлично организовывать труд рабочих.
Рабочие, обслуживающие бумагоделательную машину, — это специалисты
высокой квалификации. Это передовики, инициаторы многих начинаний.
Правда, не всегда на машине все идет гладко. Иногда технологический
режим нарушается и бумажное полотно в одной из частей машины обрывается.
Но скорость машины не снижается, и бумажная масса продолжает поступать
на машину. Поэтому вся бригада немедленно прихо-/ дит в движение. Каждый
рабочий выполняет строго опре-1 деленные операции, но цель у всех одна —
как можно скорее ликвидировать обрыв. Минуты холостого хода — это сотни
килограммов брака, потери сотен килограммов бумаги. Чтобы возможно
быстрее ликвидировать обрыв и предотвратить его повторение, прежде всего
необходимо выявить и устранить причину обрыва. Для этого необходимы
знание дела, сообразительность, оперативность, четкое взаимодействие и
ловкость всех членов бригады.
Иногда машина работает без единого обрыва несколько смен, суток, но все
же обрывы случаются, и их надо немедленно ликвидировать. Ученые и
изобретатели упорно работают над тем, чтобы обрывы ликвидировались
автоматически, чтобы вообще устранить возможность обрывов, но сделано
еще не все.
Возглавляет бригаду сеточник. Это название идет, очевидно, от тех
времен, когда бумагоделательная машина «состояла из одной сеточной
части, и давно устарело. Теперь такое название этой сложной
специальности не соответствует действительности. Сеточник — это
машинист, хозяин всей машины. Рабочие остальных специальностей —
сушильщики, накатчики, прессовщики и др. — вполне оправдывают свое
название, но это не значит, что они могут знать только свой участок. Они
должны знать весь процесс работы бумагоделательной машины. Иначе
сознательная и полноценная работа на любом участке такой машины
невозможна.
Бумажная промышленность выпускает много видов бумаги различного
назначения. В принципе все существующие бумагоделательные машины
устроены одинаково, но в зависимости от вида вырабатываемой бумаги имеют
некоторые конструктивные особенности и работают при различных ,
технологических режимах.
Что же происходит дальше с выработанным машиной валиком бумаги?
Такой валик весит несколько тонн, имеет длину 5—8 метров и диаметр более
двух метров. Везти этот громадный рулон в типографию неудобно, поэтому
для удобства транспортировки бумагу разрезают на меньшие рулоны. И вот
валик мощным краном переносят на продольно-резательный станок. На этом
станке бумага разматывается, при помощи дисковых ножей разрезается вдоль
на несколько полос и снова наматывается в рулоны, имеющие необходимую
для типографских машин длину. На специальных станках бумажные рулоны
упаковывают, а затем грузят на автомашины или в вагоны и отправляют в
типографии.
На изготовление бумаги идет масса сырья, полуфабрикатов, химикатов,
воды, электроэнергии и топлива. Как было сказано выше, бумагу делают из
целлюлозы и древесной массы. Для изготовления одной тонны сульфитной
целлюлозы необходимо 5,5 плотных кубических метров древесины, 250—275
килограммов верного колчедана, 175 килограммов известкового камня,
130—180 киловатт-часов электроэнергии и 150—250 кубических метров воды.
Для производства одной тонны древесной массы расходуется 2,5 кубического
метра балансов, 1200 киловатт «часов электроэнергии и 30 кубических
метров воды.
Если принять, что композиция газетной бумаги состоит из 25°/0 целлюлозы
и 75° % древесной массы, и учесть расходы воды, пара и электроэнергии,
потребляемые бумагоделательной машиной, то получается, что для
изготовления одной тонны газетной бумаги необходимо 4 кубических метра
балансов, 70 килограммов серного колчедана, 40 килограммов известкового
камня, 150 кубических метров воды, 1300 киловатт-часов электроэнергии
(рис. 24).
Рис. 24. Что необходимо для изготовления одной
тонны газетной бумаги.
Если в сутки комбинат выпускает 500 тонн газетной
бумаги, то в год ему необходимо более 600 000 кубических метров
древесины, а для этого надо вырубить -4000—5000 гектаров леса.
На многих предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности еще
допускаются большие потери волокна со сточными водами. Для сокращения
потерь волокна на предприятиях устанавливают специальные ловушки, через
которые пропускают все отходящие воды. Однако не все волокно
улавливается, и на некоторых предприятиях потери составляют 2—3°/0-
Насколько велико значение борьбы с потерями волокна, можно судить хотя
бы по тому,что только 1% сэкономленного бумажной промышленностью волокна
дает свыше ста тысяч рублей годовой экономии.
Не менее важное значение имеет сокращение количества дорогостоящей
целлюлозы в композиции бумажной массы для газетной бумаги. Творческая
мысль новаторов производства работает над тем, чтобы максимально
сократить расход целлюлозы. Постоянно совершенствуется технология,
модернизируется оборудование, механизируется и автоматизируется процесс
производства. Так, на Балахнин-ском целлюлозно-бумажном комбинате при
норме целлюлозы в 22% содержание ее уменьшают до 18° %- Снижение расхода
целлюлозы всего на 1°/0 дает Балахнинскому комбинату экономию в 40 000
рублей в год. Большинство же предприятий еще расходует 25° % целлюлозы.
У новаторов и рационализаторов целлюлозно-бумажного производства впереди
неисчислимые возможности по сокращению потерь волокна и затрат на
производство бумаги, по.автоматизации механизации процессов производства
и совершенствованию технологии.