Fortschrittliche chemische Aufschlusstechniken:Verbesserung der Festigkeit und Haltbarkeit bei der Papierproduktion

Einführung:

Man beschäftigt sich eine Weile mit Papierfabriken, und bald wird einem klar, dass alles vom Zellstoff abhängt.    

Bei der großtechnischen Papierherstellung entscheidet die Art und Weise, wie Zellstoff hergestellt wird, später im Stillen über viele Dinge:Festigkeit, Textur und sogar darüber, wie sich das Papier bei der Verarbeitung verhält. Unter den verschiedenen heute verwendeten Methoden, bei denen es auf Konsistenz und Haltbarkeit ankommt, ist die chemische Zellstoffherstellung die Methode der Wahl.

Die Mehrheit der Entscheidungsträger in der Zellstoff- und Papierindustrie ist bereits mit den Grundlagen vertraut. Um Abläufe zu rationalisieren oder Qualitätsprobleme zu beheben, wäre es jedoch sinnvoll, einen genaueren Blick darauf zu werfen, wie der chemische Zellstoffprozess tatsächlich in der Realität funktioniert.

Dieser Artikel wirft einen fundierten Blick auf das Thema. Wir werden durch die wichtigsten chemischen Zellstoffprozesse bei der Herstellung von Industriepapier schlendern, Schritt für Schritt durch den Kraftzellstoffprozess in der Papierindustrie gehen und, was am wichtigsten ist, erläutern, wie sich chemischer Zellstoff in tatsächlichen Produktionsumgebungen auf die Papierqualität und -festigkeit auswirkt.

Ausgangspunkt:Was chemischer Zellstoff wirklich bewirkt

Auf einer einfachen Ebene besteht Holz nur aus zusammengeklebten Fasern.

Dieser „Kleber“ ist Lignin. Das Ziel des chemischen Aufschlusses besteht darin, den größten Teil davon zu entfernen und gleichzeitig die Fasern nutzbar zu halten. Klingt einfach, aber in Wirklichkeit kann hier etwas schief gehen – oder sogar richtig.

Im umfassenderen industriellen Papierherstellungsprozess gibt diese Phase den Ton an. Wenn die Fasern hier beschädigt sind, kann das Problem durch spätere Veredelung oder Veredelung nicht vollständig behoben werden.

Aus diesem Grund verbringen Papierfabriken so viel Zeit mit der Feinabstimmung dieses Teils der Papierproduktionsprozessschritte, auch wenn darüber nicht immer mit externen technischen Teams gesprochen wird.

Rohstoffe sind wichtiger als es scheint

Man sagt, es sei nur Holz, aber so nehmen es die Mühlen wahr.

Die Art des verwendeten Zellstoffs, ob Weichholz oder Hartholz, hat einen erheblichen Unterschied im Ergebnis.

• Weichholz → längere Fasern, bessere Festigkeit 
• Hartholz → kürzere Fasern, glattere Oberfläche 

Bevor das Holz in den chemischen Zellstoffprozess gelangt, wird es entrindet und zerkleinert. 

Da ist nichts Ungewöhnliches. Aber Konsistenz der Chipgröße? Hier werden Betreiber wählerisch.

Ungleichmäßige Chips garen nicht gleichmäßig. Und ungleichmäßiges Garen führt zu ungleichmäßigem Fruchtfleisch. Es ist eines dieser kleinen Details, die sich stillschweigend auf die gesamte Papierherstellungskette auswirken.

Chemische Aufschlussprozesse bei der Papierherstellung.

Keine einheitliche Technik. Mills hat sich im Laufe der Jahre auch auf eine Reihe wichtiger Strategien geeinigt, von denen jede ihre eigenen Kompromisse mit sich bringt.

Kraft-Prozess

Dies ist das Arbeitstier der Zellstoff- und Papierindustrie.

Es ist nicht makellos, aber es ist sicher. Die verwendeten Chemikalien (hauptsächlich Natriumhydroxid und Natriumsulfid) haben die Fähigkeit, Lignin zu zersetzen, ohne übermäßige Mengen der Faserstruktur zu zerstören.

Ein weiterer Grund, warum Mühlen bei Kraftpapier bleiben? Chemische Rückgewinnung. Die Möglichkeit, Chemikalien wiederverwenden zu können, macht wirtschaftlich einen großen Unterschied.

Sulfit-Prozess

Dieser geht einen anderen Weg – sauer statt alkalisch.

Es kann hellerer Zellstoff erzeugt werden, was für bestimmte Qualitäten nützlich ist. Allerdings geht man mit den Schwankungen in der Qualität der Rohstoffe weniger nachsichtig um. Dies ist einer der Gründe, warum es heutzutage nicht mehr so ​​beliebt ist. 

Soda-Aufschluss

Häufiger bei Nicht-Holz-Anwendungen.

Wenn Sie es mit landwirtschaftlichen Reststoffen zu tun haben, funktioniert diese Methode. Für Anwendungen mit hoher Festigkeit ist es jedoch nicht ganz mit Kraft vergleichbar.

Kraftzellstoffprozess Schritt für Schritt in der Papierindustrie

Lassen Sie uns den Kraftzellstoffprozess in der Papierindustrie Schritt für Schritt aufschlüsseln – nicht nur als Liste, sondern wie er tatsächlich in den Fabriken abläuft.

Kochen (Verdauung)

Hier findet die meiste Action statt.

Holzspäne werden mit Chemikalien unter hoher Temperatur und hohem Druck gekocht. Die Idee besteht darin, Lignin aufzulösen, ohne die Fasern zu stark zu kochen.

Und ehrlich gesagt ist diese Balance schwierig. Wenn Sie es zu weit drücken, nimmt die Faserfestigkeit ab. Wenn Sie sich zu sehr zurückhalten, bleibt Lignin zurück.

Waschen

Nach dem Kochen wird das Fruchtfleisch gewaschen.

Nicht nur aus Gründen der Sauberkeit – dieser Schritt entfernt restliche Chemikalien und gelöstes Material. Die übrig gebliebene Flüssigkeit (Schwarzlauge) ist kein Abfall. Es ist Teil einer Wiederherstellungsschleife.

Screening

Selbst bei kontrolliertem Garen zerfällt nicht alles gleichmäßig.

Durch das Sieben werden Ausschussstoffe – ungekochte Späne oder übergroße Partikel – entfernt. Es ist ein Qualitätskontrollschritt, einfach, aber notwendig.

Bleichen (manchmal)

Nicht jedes Papier muss hellweiß sein.

Wenn dies jedoch der Fall ist, kommt das Bleichen ins Spiel. Verschiedene Fabriken verwenden je nach Kosten, Vorschriften und Endverwendungsanforderungen unterschiedliche Sequenzen.

Chemische Rückgewinnung

Hier wird die Zellstoffherstellung nachhaltiger als erwartet.

Die zuvor verwendeten Chemikalien werden zurückgewonnen und wiederverwendet. Dabei wird auch Energie erzeugt. Ohne diesen Schritt sähe die Wirtschaftlichkeit des industriellen Papierherstellungsprozesses ganz anders aus.

Wo das in den gesamten Papierproduktionsprozess passt

Sobald die Zerkleinerung abgeschlossen ist, geht der Prozess weiter – aber er nimmt alles aus dieser Phase mit sich.

Zu den verbleibenden Prozessschritten der Papierherstellung gehören:

• Faserraffinierung 
• Blattbildung 
• Drücken 
• Trocknen 
• Oberflächenveredelung 

Wenn die Zellstoffqualität inkonsistent ist, werden die Bediener hier Probleme feststellen – schlechte Bindung, Brüche, unebene Blätter. Es geht alles zurück.

Wie chemischer Zellstoff die Papierqualität und -festigkeit beeinflusst

Hier stehen die Dinge in direktem Zusammenhang mit den Geschäftsergebnissen.

Zu verstehen, wie sich chemischer Zellstoff auf die Papierqualität und -festigkeit auswirkt, ist nicht nur technisch, sondern auch praktisch.

Faserlänge und -stärke

Beim chemischen Aufschluss bleibt die Faserlänge im Allgemeinen besser erhalten als bei mechanischen Methoden.

Das führt zu stärkerem Papier. Besonders wichtig für Verpackungssorten.

Fasersauberkeit

Durch die Entfernung von Lignin wird die Faserbindung verbessert.

Eine bessere Bindung bedeutet weniger Schwachstellen im Blech. Das merkt man in der Produktion schnell.

Helligkeitsstabilität

Weniger Lignin =weniger Vergilbung im Laufe der Zeit.

Für Druckanwendungen ist dies wichtiger als man denkt.

Flexibilität

Chemisch behandelte Fasern lassen sich bei der Blattbildung leichter verarbeiten.

Sie biegen sich, anstatt zu brechen, was die Verluste während der Produktion reduziert.

Technologie verändert die Art und Weise, wie Mühlen dies angehen

Auch wenn sich an den Grundlagen nicht viel geändert hat, hat sich an der Art und Weise, wie die Fabriken den chemischen Zellstoffprozess betreiben, etwas geändert.

Kontinuierliche Fermenter haben beispielsweise in vielen Anlagen Batch-Systeme ersetzt. Sie bieten eine bessere Konsistenz, bringen jedoch ihre eigenen Herausforderungen mit sich.

Dann gibt es noch die Delignifizierung mit Sauerstoff – im Grunde genommen eine Reduzierung der Belastung der Bleichstufen. Es ist eine kleine Veränderung, aber sie verbessert sowohl die Kosten als auch die Umweltleistung.

Die digitale Überwachung ist ein weiterer Bereich, der in aller Stille Wirkung zeigt. Heute nutzen Betreiber Echtzeitdaten und nicht nur Erfahrungswerte.

Nachhaltigkeit – nicht mehr nur ein Schlagwort

Die Zellstoff- und Papierindustrie war nicht ohne Umweltkritik. 

Insbesondere die chemische Zellstoffherstellung galt als ressourcenintensiv. Ein Teil davon bleibt bestehen, aber die Dinge haben sich geändert.

• Chemikalienrückgewinnungssysteme sind effizienter 
• Die Wiederverwendung von Wasser ist häufiger.
• Bleichprozesse sind sauberer als zuvor.

Weder ist es perfekt, noch ist es das, was es einmal war.

Herausforderungen, die nicht so schnell verschwinden

Auch heute noch haben Mühlen mit einigen hartnäckigen Problemen zu kämpfen:

• Rohstoffvariabilität 
• Steigende Kosten für Chemikalien 
• Regulatorischer Druck 
• Hohe Kapitalinvestition 

Das sind keine neuen Probleme. Aber sie sind der Grund, warum die Prozesskontrolle so wichtig ist.

Fazit

Chemischer Zellstoff findet außerhalb der Fachwelt nicht immer Beachtung, spielt aber in der modernen Papierherstellung eine zentrale Rolle.

Ob es sich um die Entscheidung zwischen alternativen chemischen Zellstoffmethoden zur Herstellung von Industriepapieren oder sogar um den schrittweisen Prozess der Kraftzellstoffherstellung in der Papierindustrie handelt, jeder Schritt im Entscheidungsprozess hat Auswirkungen auf das Endprodukt.

Und wenn man sich genau ansieht, wie sich die chemische Zellstoffherstellung auf die Qualität und Festigkeit des Papiers auswirkt, wird deutlich, dass dies nicht nur ein Schritt im Prozess ist. Es ist der Schritt, der alles, was folgt, prägt.

Für Unternehmen, die im industriellen Papierherstellungsprozess tätig sind, geht es bei der richtigen Umsetzung weniger um Theorie als vielmehr um Konsistenz, Kontrolle und Erfahrung.