Tehnologija Prozvodnje Celuloze i Papira

Univerzitet u Sarajevu Prirodno-matematički fakultet Odsjek za hemiju Kabinet za tehnologiju Osnove hemijske tehnologije

SEMINARSKI

RAD

„Tehnologija proizvodnje celuloze i papira“

Mentor: doc. dr Nurudin Avdić Sarajevo, novembar 2010. Kandidati: Zahirović, Adnan Ramić, Emina Smajić, Mediha

Sadržaj Suvremena proizvodnja papira ................................................................................... 2 Sirovine ............................................................................................................................. 2 Pomoćna sredstva........................................................................................................... 3 Definicija i tehnološka shema....................................................................................... 4 Ukratko o celulozi i papiru........................................................................................... 5 Klasifikacija vrsta papira i kartona ............................................................................. 7 Raspuštanje (redefribracija) sirovina.......................................................................... 7 Piprema vlaknine............................................................................................................ 7 Raspuštači......................................................................................................................... 7 Dopunski raspuštači ...................................................................................................... 8 Mljevenje........................................................................................................................... 8 Teorija mljevenja ............................................................................................................. 9 Utjecaj mljevenja na svojstva papira........................................................................... 9 Utjecaj tehnoloških uvjeta na proces mljevenja........................................................ 9 Vrste mlinova .................................................................................................................. 9 Kade i spremnici ............................................................................................................. 10 Pročišćavanje.................................................................................................................... 10 Sortiranje........................................................................................................................... 11 Instrumentacija................................................................................................................ 11 Mjerenje stupnja mljevenja ........................................................................................... 11 Priprema pomoćnih sredstava ..................................................................................... 12 Keljenje .............................................................................................................................. 12 Vrste keljiva...................................................................................................................... 13 Punila................................................................................................................................. 14 Povezivanje punila u papiru ........................................................................................ 14 Utjecaj punila na svojstva papira ................................................................................ 14 Bojenje papira .................................................................................................................. 15 Klasifikacija bojila ........................................................................................................... 15 Postupak bojenja papira ................................................................................................ 15 Priprema papirovine ...................................................................................................... 15 Namješavanje komponenata ........................................................................................ 15 Strojna kada...................................................................................................................... 16 Protočna nivo posuda .................................................................................................... 17 Stroj za izradu papira (papir-stroj ili papir-mašina) ............................................... 17 Mokri dio papir-stroja.................................................................................................... 18 Sitov dio papir-stroja...................................................................................................... 18 Sušenje............................................................................................................................... 20 Utjecaj svojstava papira na sušenje ............................................................................. 21 Utjecaj sušenja na svojstva papira............................................................................... 21 Različite izvedbe sušnog postrojenja.......................................................................... 22 Parni i kondenzacijski sustav....................................................................................... 23 Sušni valjak ...................................................................................................................... 23 Dopunska oprema ......................................................................................................... 24 Vlaženje suhe papirne trake ......................................................................................... 24 Uzdužno rezanje papir trake na papir-stroju ........................................................... 25 Namotavanje papirne trake.......................................................................................... 25 Dorada i dovršenje ......................................................................................................... 25 Ekološki aspekt – zagađenje okoline .......................................................................... 27 Reference .................................................................................. ....................................... 27

-2-

Suvremena proizvodnja papira Tehnologija proizvodnje papira i kartona pripada vrlo složenim tehnologijama. Sastoji se od velikog broja tehnoloških operacija i procesa, koji su grupirani u veće skupine, kao što su: priprema, odvodnjavanje, sušenje i dorada s dovršenjem. Na suvremenim je postrojenjima čitav tehnološki proces kontinuiran i to od unošenja sirovina i različitih pomoćnih sredstava, do nametanja gotovo suhe papirne trake.

Slika 1: Shematski prikaz Donkinsonovog papir-stroja: 1 – natično korito, 2 – beskrajno sito, 3- bočni graničnici, 4 – pust (filč), 5 – gaučni valjci, 6 – preše, 7 - namotač Sirovine Papir se proizvodi od celuloze, poluhemijske celuloze, različitih vrsta drvenjače (ali i od drugih vlaknastih sirovina), te uz dodavanje različitih pomoćnih sredstava kao što su punila, kejiva, te različite hemikalije i boje. Celuloza se proizvodi od različitih vrsta drva i jednogodišnjih biljaka. Za proizvodnju celuloze postoje različiti tehnološki postupci, kao što su sulfitni, sulfatni i drugi. U osnovi su hemijsko-termički procesi (koje zovemo kuhanje), a svode se na oslobađanje celuloznog vlakna od lingina, kojeg u drvnoj masi ima i više od 50%. Sirovine koje se najčešće koriste su: Ø Bijeljena celuloza Ø Nebijeljena celuloza Ø Poluhemijska celuloza Ø Žuta slamovina Ø Hemijska drvenjača Ø Smeđa drvenjača Ø Papirni otpaci Pomoćna sredstva Da bi se postigla određena svojstva papira, u vodenu suspenziju vlaknaste sirovine unose se i različita pomoćna sredstva. To su različita punila, ljepila i hemijski preparati.

-3-

Definicija i tehnološka shema Unos označava omjer, odnosno udio različitih vrsta sirovina i pomoćnih sredstava. Vlaknaste sirovine suspendirane u vodi nazvat ćemo vlaknina. Zbroj masenih udjela svih vrsta vlakana za neku određenu vrstu papira jest sastav ili kompozicija vlaknine. Pošto se u vlakninu dodaju i pomoćna sredstva (punila,keljiva,..) ta će se suspenzija nazvati papirovina.

-4-

Ukratko o celulozi i papiru

Celuloza je bijela vlaknasta tvar, specifične težine oko 1.50, bez okusa i mirisa.

Netopljiva je u vodi i u organskim otapalima, glavna sastojina staničnih stijenki biljaka i najrašireniji organski spoj u prirodi. To je polisaharid (C6H10O5)n, sastavljen od dugih nizova međusobno povezanih molekula monosaharida glukoze, a hemijski se razlikuje od škroba i ostalih polisaharida. U gotovo čistom stanju nalazi se u pamuku (98 %), a u drvu je ima od 40 % do 50 %, uz lignin i druge primjese. Celuloza se ne rastvara u vodi, ni u razblaženim kiselinama i bazama . Rastvara se u Schweizerovom reagensu [Cu(NH3)4][OH]2. Hidrolizom sa koncentrovanom sumpornom kiselinom se razlaže do glukoze . Tretiranjem celuloze sa dušičnom kiselinom dobija se nitroceluloza , koja je eksplozivan spoj. Celuloza se u industrijskim razmjerama dobija iz različitih sirovina biljnog porjekla. Najčešće se dobija iz drveta, kako četinarskog (bor, jela, smreka), tako i listopadnog (bukva, topola, javor, breza). U novije vrijeme se kao izvor celuloze koriste i jednogodišnje biljke, kao sto su trava, slama i trska. Proizvodnja celuloze obuhvata mehanički i hemijski tretman sirovine. Pod mehaničkim tretmanom se podrazumjeva usitnjavanje drveta ili drugih sirovina, sto se potiže korištenjem specijalnih uređaja. Pri hemijskom tretmanu usitnjene sirovine dolazi do razlaganja i rastvaranja lignina, hemiceluloze i ostalih pratećih materija, a kao nerastvorena zaostaje celuloza različitog stepena čistoće. Lignin je rastvoran u toplim rastvorima alkalnih hidroksida i u kokiselom rastvoru alkalnih i zemnoalkalnih bisulfita, dok se hemiceluloza rastvara u razblaženim kiselinama i alkalijama na sobnoj temperaturi. Zavisno od vrste sirovine i željenog kvaliteta celuloze, u industriji se primjenjuju dva postupka: alkalni

(sulfatni)

i

kiseli

(bisulfatni)

postupak

dobivanja

celuloze.

Kod alkalnog (sulfatnog) postupka dobija se jača celuloza koja služi za proizvodnju jakih i čvrstih vrsta hartije. Prednost ovog postupka je u tome što se moze obrađivati drvo bez obzira na sadržaj smole (čak i borovina koja je izuzetno bogata smolama), zatim drvo koje nije potpuno oljušteno, otpaci iz strugara, slama, i druge jednogodišnje biljke. Sirovina se najprije isječe na sitnije komade (do 4 cm dužine i 1 cm debljine), a zatim se

-5-

kuha pod pritiskom (u autoklavu) sa rastvorom koji sadrži natrijum-hidroksid, natrijum-sulfid, natrijum-karbonat i natrijum-sulfat. Pri tome se lignin i hemiceluloza razlažu i rastvaraju, a zaostala celuloza odvaja od tečnosti, ispira i bijeli. Za bijeljenje celuloze može se upotrijebiti natrijum-bisulfat, natrijum-ditionit (Na2S2O4) ili vodonikperoksid. Kiseli (bisulfitni) postupak se primjenjuje za dobijanje celuloze iz četinara sa manjim sadržajem smole (smreka i jela), kao i listopadnog drveća. Za hemijski tretman se najčešće koriste kiseli rastvor kalcijum-bisulfita (mada se može primjeniti i magnezijum-, natrijum- ili amonijum-bisulfit), koji sadrži visak sumporaste kiseline. Ovaj rastvor se priprema tako da se u vodenu suspenziju kreča uvodi sumpor-dioksid. Isjeckano drvo se kuha u autoklavu na 120-150 °C, sa pomenutim kiselim rastvorom. Pri tome hemiceluloza u potpunosti hidrolizuje do pentoza, a lignin se sulfonuje i hidrolitički razlaže do vodorastvornih soli lignin-sulfonske kiseline. Zaostala celuloza se od tečnosti (tzv. sulfitni lug) odvoji cijeđenje, ispira se, po potrebi bijeli i suši. Sulfitni lug sadrzi 2 do 4% šećera i može se, nakon neutralizacije, upotrebiti kao podloga za dobijanje stočnog kvasca ili kao sirovina za proizvodnju alkohola. Celuloza predstavlja osnovnu sirovinu za dobijanje hartije. Posto se najveći deo tehničke celuloze prerađuje u hartiju, obično se fabrike hartije nalaze u blizini fabrika celuloze. U tom slučaju se dobivena celuloza ne mora sušiti, već se u okviru vodene suspenzije dostavlja proizvođaču hartije. Za izradu lošijih vrsta hartije (npr. za novine, pakovanje, karton) ne koristi se čista tehnička celuloza već se upotrebljava tzv. drvenjača koja se dobija mehaničkom preradom drveta. Pri proizvodnji drvenjače sa drveta se ukloni kora, zatim se isječe na oblice koje se pomoću obrtnog brusa, uz polivanje vodom, usitnjavaju u fine čestice. Prilikom brušenja, usljed trenja, drvo se zagrijava, omekšava i rastvara se cezivni sloj između celuloznih vlakana, uglavnom lignin. Drvenjača se radi poboljšanja izgleda može bijeliti, a to se najčešće obavlja u fabrici hartije. Za proizvodnju boljih vrsta hartije koristi se tehnička celuloza različitig kvaliteta i porijekla. Hartija se proizvodi mašinskim procesom koji obuhvata slhedece faze: pripremu polazne smese - pulpe (kaše), formiranje beskrajnog lista hartije i naknadnu obradu hartije. Pulpa je vodena suspenzija celuloze, punilaca, boje i sredstava za tutkalisanje. Kao punioci se koriste kaolin, glina, dijatomejska zemlja, talk, titan-dioksid, cink-sulfid i dr. Punioci se dodaju da bi se poboljšao izgled hartije, popunile neravnine na njenoj površini, povećala neprozirnost ili poboljšale osobine potrebne za štampanje. Hartija se boji uglavnom sintetičkim bojama. Boja se bira prema željenoj nijansi, postojanosti na svjetlu ili sjaju. Hartija se tutkališe da bi bila postojanija prema vodi (npr. da se mastilo ili štamparska boja ne bi razlili) i radi pojačavanja. U tu svrhu se koristi alkalni rastvor kolofonijuma, sintetske smole, voskovi, tutkalo, skrob ili vodeno staklo. Pripremljena pulpa (sadrzi 0,5 do 4% suhe materije ) se nalazi na beskrajnu traku koja se obrće oko dva valjka. Na početku trake voda se iz pulpe cijedi kroz pore pod dejstvom sile Zemljine teže, a negdje od polovine trake pod dejstvom postavljenih vakuum-pumpi. Još u oblasti vakuuma, vlažni list hartije se presuje jednim valjkom radi izravnanja neravnina. Ovaj valjak se može iskorititi i za utiskivanje vodenog žiga. Do kraja sitaste trake odvoji se najveći deo vode (preko 95%), a vlažna traka se dalje suši presovanjem an beskrajnoj traci napravljenoj od filča. Ova traka rotira preko zagrijanih valjaka (60-120 °C), čime se ubrzava sušenje. Nakon sušenja površina hartije je obično gruba i neravna, te se mora izgalčati (postupak nazvan satiniranje), a zatim se nakdandno obrađuje prema poterbama tržišta (rezanje, lakiranje i slično).

-6-

Klasifikacija vrsta papira i kartona Ovisno o namjeni, papir i karton moraju imati određena svojstva. Prema osnovnoj podjeli papiri se dijele na: pisaće, tiskovne, specijalne i ambalažne papire, a svaka od tih skupina obuhvaća nekoliko vrsta papira. Navest žemo neka od osnovnih svojstava papira: gramatura, voluminoznost, gustoća, vlažnost, mehanička svojstva, stupanj keljenja, sadržaj pepela, bjelina, apsorpocijska moć, vodootpornost, propusnost za zrak,glatkoća površine, dielektrična svojstva i dr. Jedna od osnovnih podjela papira je podjela na papir,karton i ljepenku. Raspuštanje (redefribracija) sirovina U skladu sa slijedom tehnoloških operacija, odjel pripreme papirovine dijeli se na pripremu vlaknine, pripremu pomoćnih sredstava i kompoziciju papirovine. Piprema vlaknine Za proizvodnju različitih vrtsa papira upotrebljava se različit sastav sirovina i pomoćnih sredstava kao i prilagođena tehnička oprema. Raspuštači Raspuštači služe za raspuštanje i ponovno suspendiranje suhe ili odvodnjene sirovine, uključujući tu stari otpadni, a time i povratni papir iz proizvodnje. Svrha procesa raspuštanja je dobivanje dovoljno ujednačene i razrijeđene suspenzije koja se može transportirati crpkama i cjevovodima. Konstrukcije i tipovi raspuštača su različiti, a koji će se od njih upotrijebiti ovisi o vrsti sirovine, kapacitetu, ukupnoj tehnološkoj shemi i dr. Konstrukcije raspuštača razlikuju se po načinu rada, količini, položaju te vrsti rotora, konstrukciji i obliku posude, kao i po nizu različitih konstruktivnih detalja. Jedna od osnovnih podjla bila bi podjela na dvije konstrukcijske skupine: vertikalni i horizontalni. Standardni raspuštači rade sa suspenzijom vlaknine čija je konzistencija od 3 do 8%. Najuobičajnije konstrukcije raspuštača sastoje se od cilindrične posude i posebno profiliranog turborotora, čiji broj okretaja iznosi do 300 u minuti. Raspuštanje bismo zapravo mogli nazvati redefribacijom, jer je riječ o ponovnom razdvajanju jednom već razdvojenih, pa odvodnjavanjem i sušenjem ponovno povezanih vlakana. Sam proces raspuštanja osniva se na silama vučenja, koje su posljedica vrtnje rotora i intenzivnih otpora kretanju materijala. Vertikalni se raspuštači upotrebljavaju za kontinuirani i za diskontinuirani rad. Slika 2: Vertikalni raspuštač

-7-

Dopunski raspuštači Dopunski raspuštači mnogo ekonomičnije i bolje dovršavaju raspuštanje od primarnih raspustivača. Osim toga neki od tih uređaja obavljaju i separaciju, tj. iz dobro raspuštene vlaknine izdavaju krupnije komadiće. Dopunski su raspuštači relativno mali. Radni prostor između rotora i statora također je malen. Pri visokom broju obrtaja, koji iznosi obično oko 3 000 o/min, ti su uređaji prilično osjetljivi na veće i čvrste nečistoće koje se mogu nalaziti u suspenziji (metal,kamen,drvo). Zbog toga se ispred njih moraju uvijek postaviti posebne naprave za pročišćcavanje. Pri kontinuiranom radu suspenzija se iz raspuštača vodi najprije preko pročistača, a zatim se tangencijalnim smjerom kroz separacijsko sito uvodi u kućište dopunskog pročistača. Sito zadržava krupnije komade koji padaju u odvajač i izbacuju se,dok ostalu suspenziju propušta. Slika 3: Dopunski raspuštač tpa „entštiper“: 1 – ulaz vlaknine, 2 – izlaz vlaknine, 3 – statorski disk, 4 – osovina rotora, S i R – nazubljenosti statorskog i rotorskog diska Mljevenje Vlaknaste se sirovine ne mogu neposredno upotrijebiti za formiranje papirnog lista. Takav list papira ne bi mogao zadovoljiti ni minimalne zahtjeve kako u pogledu fizikalno-mehaničkih svojstava, tako ni svojom kompozicijom i vanjskim izgledom. Zato se takva sirovina mora podvrgnuti posebnom hidromehaničkom postupku tj. mljevenju, iako to nije obično mehaničko usitnjavanje. Mljevenje celuloze jedna je od najvažnijih tehnoloških operacija u procesu proizvodnje papira. Cilj mljevenja je obrada,odnosno osposobljavanje vlaknine za formiranje papirnog lista. Tom obradom vlakna postaju tanja, kraća, gipkija, plastičnija i hidratantnija. Vlaknasta sirovina melje se u vodenoj suspenziji čija je konzistencija 2 do 8%. Neovisno o tipu mlina, princip mljevenja ostaje isti, a sastoji se od kontinuiranog propuštanja suspenzije celuloznih vlakana kroz sustav posebno profiranih noževa na rotoru i na statoru. Profil nožževa je četvrtast, s oštrim rubovima. Zazor između radnih površina noževa može se regulirati. Rubovi noževa krate vlakna, dok ih čeone strane (radne površine), osim manjeg skraćivanja uglavnom „stanjuju“ i fibriliraju (uzdužno razdvajaju). Proces mljevenja se sastoji od skraćenja i uzdužnog razdvajanja. O omjeru tih dvaju efekata zavise svojstva, odnosno karakter vlaknine, a time i svojstva papira. Približavanjem rubova na noževima počinje prva faza procesa - vlaknina se nagomilava i odvodnjava u predjelu između rubova. Poslije prolaženja nakupine vlakana između noževa, i nakon njihove ponovne disperzije, vlakna ulaze u intenzivno vrtložno kretanje. U međuprostoru između noževa vlakna su izložena udarnom djelovanju bočnih površina noževa, promjenama hidrauličkog tlaka,

-8-

te uzajamnom trenju i trenju o stijenke noževa rotora i statora. Tu se nastavlja ukupan efekt mljevenja time sto je u toj fazi naročito naglašena fibrilacija vlakna. Teorija mljevenja Mljevenjem u vodenoj suspenziji struktura celuloznih vlakana kao i njihova fizikalno-hemijska svojstva izložena su značajnim promjenama. Nakon produženog mljevenja vlaknina postaje masnija, što vrijedi za konačnu kompoziciju pairovina. Takva papirovina teže se odvodnjava na situ papir-stroja, pri sušenju traka se više skuplja, a gotov proizvod je trajniji i jači. Utjecaj mljevenja na svojstva papira Ovisno o stupnju i karakteru mljevenja, konzistenciji, stupnju i dinamici, odvodnjavanja, kao i o stupnju i dinamici sušenja, sile koje povezuju vlakna su različite. O tim silama ne ovisi samo mehanička čvrstoća, već i sva ostala svojstva papira. Najčešće se govori o adhezijskim i kohezijskim vezama. Utjecaj tehnoloških uvjeta na proces mljevenja Većina svojstava papira ne ovisi samo o strukturi i vrsti vlakana, vec i o uvjetima njihove obrade na postrojenju za mljevenje. Na ukupan rezultat mljevenja utječu i tehnološki uvjeti kao sto su: temperatura, pH sredine, različiti odaci, konezestencija pri mljevenju, te geometrija i ostali parametri strojeva za mljevenje. Vrste mlinova Prema načinu mljevenja razlikujemo diskontinuirano i kontinuirano mljevenje. Kontinuirano mljevenje može biti pravo kontinuirano mljevenje, pri kojem vlaknina neprekidno dotječe u mlin, melje se i otječe dalje i ciklicno kontinuirano mljevenje pri kojem se vlaknina djelomično ili sva vraća u reciklaciju. Razlikujemo: Ø holenderi Ø konusni mlinovi Ø mlinovi s diskom

Slika 4: Konstruktivna izvedba holendera: a) pogled odozgo b) vertikalni presjek: 1 – rotor, 2 – mehanizam za regulisanje pritiska mljevenja, 3 – stator, A – protočni kanal, C – osovina rotora, J – prilazni kanal, M – regulator zazora, V - ispust

-9-

Slika 5: Jednorotorski i konusni mlin Kade i spremnici U odjelu pripreme upotrebljavaju se brojne veće i manje posude čiji je općenit naziv kade, a prema namjeni dobivaju dopunske nazive: sirovinske kade, prihvatne kade, međukade, kade za namještanje komponenata, strojne kade i kade za posebne namjene. Zbog održavanja ujednačene konzistencije suspenzije i efikasnog mješanja različitih komponenata,kade su opremljene posebnim propelerima ili mješalicama,koje prisiljavaju suspenziju na neprestano kretanje.

Slika 6: Tipične izvedbe kada Pročišćavanje Sirovine sadrže više ili manje nečistoća i nepoželjnih primjesa kao što su: pijesak i ostale mineralne nečistoće, nerazvlaknjene nakupine celuloze i sl. Grube nečistoće u starom papiru odvajaju se u već primarnoj pripremi. Posebni magnetni hvatači odstranjuju zaostale željezne komade, dok dio sitnijih nečistoća uvijek ostaje u masi. Pročistač -vortrap sastoji se od vertikalno postavljene cijevi čiji je promjer 100 do 150 mm, u koju se s gornje strane bočno dovodi susupenzija pod tlakom 1,8 do 2 bara. Priključena glava na gornjem dijelu cijevi vortrapa izvedena je tako da suspenzija ulazi tangencijalno, zbog čega u cijevi nastaje intenzivno kružno kretanje, koje formira vrtlog, pa se suspenzija prema donjem dijelu cijevi pročistača kreže spiralno. Dio vlaknine koji je prošao kroz otvor zaslona, zbog smanjenog promjera kružnog kretanja, ubrzava vrtnju, a nakon dolaska do ploče drugog zaslona odbija se od nje i usmjeruje kroz

- 10 -

središte vrtloga prema gornjem izlazu. Zbog rotacijskog kretanja javlja se jaka centrifugalna sila koja djeluje na cjelokupnu masu u vrtlogu, ali ta sila je veća za čestice veže gustoće. Zbog toga se te čestice i komadići izdvajaju i kreću prema preiferiji vrtloga, pa dospijevaju do stijenke cijevi,stvarajući posebni sloj koji se zajedno sa ostalom suspenzijom kreće spiralno prema dolje. Sortiranje Pročišćavanjem se iz susupenzije izdvoje uglavnom nečistoće čija je gustoća veća od gustoće vlaknine. To su prije svega sitini celulozni čvorići i grudice nerazvlaknjenih celuloznih vlakana, koji pri ranijoj obradi nisu uklonjeni. Međutim iz suspenzije valja odstraniti sve primjese koje ne odgovaraju sastavu dobro obrađenog materijala za formiranje papirne trake. Za to su potrebni uređaji koji razdvajaju dobro vlakno od lošeg vlakna ,a zovu se čvornjaci, soriteri ili separatori. Današnje soritere možemo podijeliti na dvije skupine. To su ravni vibracijski soriteri i cilindrični soriteri. Cilindrične soritere možemo podijeliti na otvorene i tlačne, te na horizontalne i vertikalne.

Slika 7: Ravni vibracijski sortier: 1 – perforirani lim, 2 – brizgalice sa vodom, 3 – kvržice, 4 – pročičćena vlakna

Instrumentacija Pojam instrumentacija obuhvaća uređaje za mjerenje i automatsku regulaciju fizikalnih i hemijskih veličina i elemenata tih uređaja. Automatska regulacija je proces održavanja ili mjenjanja prema zadanim uvjetima - različitih fizikalnih i hemijskih veličina ili stanja.Neposredno sudjelovanje cvoraka se ostvaruje pomocu posebnih uređaja,tj. pomoću automatskih regulatora. Operatori tehnološkog smjera također moraju poznavati osnove djelovanja tih specijalnih uređaja. Za automatsko održavanje ili programirano mijenjanje fizikalnih i hemijskih veličina, u praksi se primjenjuju različiti automatski regulatori serijske proizvodnje. I pored toga što ti regulatori mogu biti vrlo različiti po svojoj konstrukciji i po fizikalnim osnovama, svi oni imaju iste zajedničke parametre. Mjerenje stupnja mljevenja Danas postoji niz različitih konstrukcija i tipova takvih uređaja. Osim najnovijh, koji se osnivaju na optičkim metodama, sva ta mjerenja osnivaju se na mjerenju brzine odvodnjavanja, bilo prema Schopper-Rieglerovoj osnovnoj metodi, ili prema kanadskoj standardnoj metodi. Kroz odvojak glavnog cjevovoda suspenzija dolazi u prelivenu

- 11 -

posudu, u koju je djelomično uronjen šuplji valjak, čiji je plašt izrađen od perforiranog lima, obloženog sitom. Valjak je spojen s pogonskim elektromotorom. Sito i sloj vlakana koji se odvodnjvanjem formira na njegovoj površini, služe kao filtar kroz koji se iz suspenzije filtrira voda i prodire u unutrašnjost valjka. Zbog nesprestanog skidanja sloja vlakana s površine sita, na gornjoj strani je strani valjka postavljen valjčić. Filtrirana voda iz valjka odlazi u okomito postavljenu kalibriranu mjernu cijev čiji je izlazni otvor sužen. Ispred tog otvora u cijevi je postavljen i kalibrirani zaslon s koncentričnim kružnim otvorom. Zahvaljujući stalnom dotoku vode iz valjka i suženju izlaznog otvora mjerne cijevi,u njoj se do određene visine nakuplja voda. Visina vode u mjernoj cijevi time predstavlja pokazatelj stupnja mljevenja. Umjesto mjerenja visine vode u mjernoj posudi, neke konstrukcije su predviđene za mjerenje protoka na izlazu iz mjerne posude. Pri malom stupnju mljevenja odvodnjavanje kroz sloj vlakana na situ je brže, pa se razina vode u mjernoj posudi povisi. Pri većem stupnju mljevenja događa se obrnuto. Ciklus mjerenja ima tri faze: uzimanje uzorka iz cjevovoda, mjerenje i ispiranje. Slika 8: Shematski prikaz uređaja za kontinuirano mjerenje stupnja mljevenja: 1- posuda, 2 - prelivna pregrada, 3 - rotor sa plaštem od sita, 4 - sabirnik filtrirane vode, 5 - valjčić za skidanje vlaknine, 6 - mjerna cijev, 7 - mjerni zaslon, 8 - piezometrički detektor visine Priprema pomoćnih sredstava Da bi se postigla zahtjevna svojstva papira, ali i lakče, uspješnije, a često i ekonomičnije vođenje pojedinih tehnoloških operacija, vlaknini se dodavaju brojna sredstva ovisno o vrsti papira koji se proizvodi. Pomocna sredstva obuhvaćaju razna keljiva, optička bjelila, boje, punila, sredstva za površinsko oplemenjivanje papira, različite antikoagulanse, sredstva za sprečavanje pjenjenja u suspenziji, tetencijska sredstva itd. Keljenje Keljenjem se postižu različiti efekti od kojih su dva efekta osnovna. Prvi je djelovanje na apsorpcijska svojstva papira tj.vodoodbojnost, vodonepropusnost, odnosno hidrofobnost, a drugi se odnosi na bolje povezivanje vlakana u listu papira, čime se poboljšavaju ostala svojstva papira. To je osnova za rakterizaciju keljiva i načina njihove primjene. Prema intenzitetu keljenja papire djelimo na punokeljene, polukeljene i nekeljene. Za punokeljene papire dodaje se 1,5 do 4% keljiva, a za polukeljene 0,5 do 1%, računajući prema količini vlakna. Po načinu keljenja paira razlikuje se keljenje dodavanjem u suspenziju i površinsko keljenje. Pri dodavanju u procesu pripremanja papirne mase keljivo se dodaje u gotovu kompoziciju suspenzije, čime se postiže keljenje po cijeloj dubini papirnog lista. Pri površinskom keljenju keljivo se nanosi na

- 12 -

većim dijelom osušenu ili potpuno osušenu papirnu traku. Od keljiva koje se dodaje suspenziji najčešće se upotrebljava kolofonij, ali valja spomenuti i aluminij sulfat, koji u procesu keljenja papira ima važnu ulogu, dok u pripremi ima i druge uloge. Pomoću aluminij sulfata podešava se i pH sredine te pomaže fiksiranje keljiva na celulozna vlakna.

Slika 9: Shematski prikaz postrojenja za pripremu keljiva iz kolofonija: 1 – recipijent, 2 – mjerna posuda, 3 – posuda za toplu vodu, 4 – injektor, 5 – emulgator, 6 – prihvatne posude za pripremljeno keljivo

Vrste keljiva Keljiva od kolofnija. Za keljenje papira dodavanjem keljiva vlaknini najviše se upotrebljavaju prirodne smole biljnog porijekla, čija je osnova kolofonij,zapravo smjesa organskih smolnih kiselina, čija je opća hemijska formula C20H30O2. Najviše ima abietinske kiseline (C19H20COOH). Osim kiselina, kolofnij sadrži i neutralne neosapunjive komponente. Aluminij-sulfat i natrij-aluminat. Zbog uspješnosti keljenja, potrebno je vlaknini dodati još neko sredstvo koje omogućuje adsorpciju čestica keljiva na površinu vlakana. Da bi se to postiglo upotrebljava se kristalizirani alumiji-sulfat Al2(SO4)3x18H2O, koji često pogrešno zovemo alaun. U vodenoj otpini aluminij-sulfat podliježe hidrolizi. Jednadžba reakcije izgleda ovako: Al2(SO4)3 + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2SO4 Umjesto aluminij-sulfata mogu se uspješno upotrebljavati i druga sredstva. Od tih sredstava najčešće se upotrebljava natrij-aluminat, Na2Al2O4. Natrij-aluminat ima sposobnost flokulacije i zato u papiru dobro drži sve u vodi dispergirane čestice kao i sitno dispergirana punila, a naročito titan-dioksid. Osim toga, smanjuje punjenje. Skrob. Skrob se najčešće upotrebljava kao dodatak da bi se poboljšala ili postigla određena svojstva papira kao sto su: tvrdoća, čvrstoća, otpornost prema brisanju teksta i dr. Još se koriste: Ø Montana vosak Ø Parafin Ø Proteinska keljiva Ø Kazein Ø Sojin protein i sojino brašno Ø Keljiva životinjskog porijekla

- 13 -

Punila Osim vlaknine i sredstava za keljenje u kompoziciji većine vrsta papira nalaze se i punila. Sastoje se od mineralne tvari, a njihov je zadatak da papiru daju određena svojstva. Papir sa punilom mnogo bolje prima tiskarsku boju, punila pridonose povećavanju neprozirnosti tankih papira, postiže se bolja glatkoća i sjajnost površine, papir je mekši i podatniji, tvrđi, zvonkiji i krući. Kao punila za najrazličitije vrste papira upotrebljavaju se silikati, sulfati, sulfidi karbonati i oksidi. Vrsta i količina punila koja se unosi u vlakninu ovisi o vrsti papira. Vrste punila: Ø Kaolin Ø Talk Ø Azbestin Ø Umjetna silikatna punila Ø Azbestna punila Ø Celulozno mineralni kompleks Ø Diatomit Ø Silen EF Ø Gips Ø Blankfiks Ø Prirodna kreda ili kalcij-karbonat Ø Titan-dioksid Povezivanje punila u papiru Gotova se sva punila, a neka od njih naročito, slabo vežu za vlakninu, pa bi bez ostalih pomoćnih sredstava i dobro vođenog tehnološkog procesa došlo do velikog gubitka tih punila, i to naročito u prvoj fazi odvodnjavanja papirne trake na situ papirstroja. Dio punila unesenih u suspenziju svakako se gubi, i to u dobro vođenom tehnološkom procesu od 7 do 30%, a u loše vođenom i do 60%. Udio punila koji se zadrži u papiru, u odnosu prema unesenoj količini punila, zove se stupanj iskorištenja. Na stupanj iskorištenja djeluju svojstva punila i vlaknine, stupanj mljevenja vlaknine, pH susupenzije, vrste keljiva i način keljenja, kao i svojstva drugih komponenata. Kada je riječ o utjecaju svojstva punila, mogli bismo ih podijeliti na mehanička, adsorpcijska i flokulacijska. Utjecaj punila na svojstva papira Dodavanjem punila vlaknini, povećava se specifična površina čestica u susupenziji. Što je ta površina veća, veća je i potrebna količina keljiva. Osim gipsa i talka, punila pogoršavaju stupanj keljenja, tj. da bi se postigao isti stupanj keljenja, potrebno je unositi veću količinu keljiva. Stupanj keljenja smanjuje se naročito intenzivno kad je udio pepela veci od 10%. Zbog toga je pri proizvodnji punokeljenih papira količina punila ograničena tako da maseni udio pepela ne bude veći od 6 do 8%.

- 14 -

Bojenje papira Bojenje je postupak kojim papiru dajemo željenu boju i ton, tj. željenu nijansu boje. Mnoge se vrste papira moraju obojiti. Osim intenzivnog bojenja, bojenjem se često djeluje samo na osnovni ton boje papira. Tako,na primjer, žućkast ton papira ispravljamo dodavanjem male količine plave boje, a za pojačavanje bijele boje dodajemo optička bojila. Dojam što ga stvara boja zapravo je fiziološki učinak koji elektromagnetsko zračenje određene valne duljine, ili kombinacija zračenja različitih valnih duljina, izazivaju u našem biološkom receptivnom sustavu. Taj sustav čine oči i posebni centar u mozgu. Stoga je za ispravan pristup problemu bojenja, osim poznavanja tehnologije bojenja, potrebno poznavati i njegove fizikalne osnove. Klasifikacija bojila Bojila dijelimo na tri skupine: anorganska, organska i sintetska bojila. Prirodna organska i anorganska bojila kao i anorganska sintetska bojila danas se prilično rijetko upotrebljavaju za bojenje papira. Najviše se upotreblajvaju organsaka sintetska bojila koja pripadaju skupini anilinskih bojila. Klasificiramo bojila na: Ø Bazična bojila Ø Kisela bojila Ø Supstantivna bojila Ø Pigmentna bojila Ø Hemijski aktivna bojila Postupak bojenja papira Izbor vrste bojila ovisi o namjeni papira. Papir,koji u dodiru s hemikalijama ne smije mjenjati boju, mora se bojiti supstantivnim ili pigmentnim bojilima. Papiri otporni prema vodi boje se sa baznim i supstantivnim bojilima, a papiri čija boja mora biti postojana na svjetlost - supstantivnim i pigmentnim bojilima. Pri izboru bojila mora se svakako uzeti u obzir vrtsa, ali i stupanj mljevenja vlaknine. Tri su osnovna postupka bojenja papira. Bojenje potapanjem papirne trake u otopini bojila, površinsko bojenje i unošenje bojila u suspenziju papirovine. Priprema papirovine Tehnološke operacije kompozicije papira.

pripreme

papirovine

počinju

miješanjem

komponenata

Namješavanje komponenata Na starijim postrojenjima za kontinuiranu pripremu upotrebljavani su različitiji uređaji za doziranje unošenja pojedinih komponenata - od prelivnih posuda do dozirnih (mjernih) crpki. Na savremenim postrojenjima upotrebljavaju se automatski regulatori protoka, iako se ponekad za doziranje pomoćnih sredstava još uvijek upotrebljavaju dozne crpke.

- 15 -

Na slici 10 je prikazana tipična šema savremenog postrojenja za namješavanje komponenata. Linije svih komponenata opremljene su automatskim regulatorima protoka, ispred kojih su(to na slici nije prikazano ) postavljeni regulatori koncentracije (za hemikalije). Tako je omogućeno unošenje komponenata u kadu za namješavanje u tačno određenim postatcima,misleć na suhu tvar. Ukupan dotok svih komponenata u kadu za miješanje, uz protok aluminij-sulfata koji se uvodi u strujnu kadu, jednak je količini koja iz kade za namješavanje protječe preko regulatora FR.

Slika 10: Tipična shema suvremenog postupka za namješavanje komponenata papirovine Strojna kada Gotova kompozicija papirovine dolazi u strujnu kadu koja služi kao prolazni akumulaciski spremnik. Strojnom kadom prestaju tehnološki procesi pripreme i počinje proces proizvodnje papira. Na starijim postrojenjima za nekontinuirane pripreme, strojne kade su imale veci kapacitet nego na savremenim postrojenjima, na kojima taj kapacitet osigurava proizvodnju na papir-stroju koja traje 30 od 40 minuta. Kada je opremljena snažnim uređajem za mješanje. Stalnim intezivnim mješanjem spriječava se izdvajanje punila i taloženje, a time se održava stalna ujednačenost kompozicije. Na izlaznom cjevovodu iz kade, iza crpke ja postavljen regulator konzistencije. Reguliranje konzistencije u toku cijelog tehnološkog procesa pripreme mora biti najtačnije i najpouzdanije, jer je to posljednje mjesto reguliranja i svaka promjena konzistencije vlaknine iz strojne kade izravno se odražava kao promjena gramature papira.

- 16 -

Protočna nivo posuda Suspenzija iz strujne kade se mora višestruko razrijediti, omjer razređivanja suhe suspenzije krece se do 1:1000. Tačno namješavanje vlaknineiz strujne kade sa vodom teško se postiže s pomoću crpki ili pomoću standardnih automatskih regulatora protoka. Zbog toga se već desetljećima i industriji celuloze i papira uspješno upotrebljavaju protočne nivo-posude. Osnovna izvedba takve posude ja prelivna nivoposuda (slika). Tekučina dolazi u prelivnu posudu i otječe cjevovodom na kojemu je postavljen ventil za reguliranje istjecanja. Količina tekućine koja dolazi u posudu mora biti veća od količine koja istječe. Na taj je način osigurano da razina tekućine u posudi bude uvijek iznad visine prelivne ograde i da se stanovita količina tekućine preliva u odvodni dio posude. U stabiliziranom stanju, tj. Sve dok ima preliva, visina h od ventila do površine tekućine u posudi je konstantna, a brzina istjecanja v je jednaka:

g- gravitacijska konstanta K- konstanta proporcionalnosti Kolićina tekućine koja protječe kroz ventil ovisi samo o otvoru ventila i uz uvjet da površina tekučine nije uzburkana, ta količina, odnosno protok ,veoma je konstantan. Međutim dotjecanjem papirovine s gornje strane se površina uzburka. Osim toga, povećanjem prelivne količine dolazi do nagiba površine u smjeru prelivanja. Sve to utječe na promjenu visine h, a time i na brzinu istjecanja. Da bi se ti štetni utjecaji smanjili potrebno je povećati visinu h na nekoliko metara. Uzburkanost površine se se rješava spajanjem dovodnog cjevovoda na donju stranu posude, a utjcaj vrtloga smanjuje se postavljanjem pregrade između otvora za dotok i otjecanje. Protočna posuda predstavlja tačan i pouzdan regulator protaoka. Pokvari li se regulator razine,ta posuda postaje prelivna posuda, pa se uz povećanu pažnju proizvodnja na papir-stroju može nastaviti, naročito ako se proizvodi papir nešto veće gramature. Slika 11: Tipična prelivna nivo-posuda

Stroj za izradu papira (papir-stroj ili papir-mašina) U tehnološkom smislu papir-stroj počinje strojnom kadom, dok promatran kao konstrukcijsko-tehnološka cjelina počinje natočnikom. Nasuprot tome priprema papirovine stvarno se dovršava tek dolaskom natočnog mlaza suspenzije sito papirstroja, tek na tom mjestu počinje formiranje papirne trake. Papir-stroj se može podijeliti na dvije osnovne funkcionalne cjeline, koje se obično nazivaju mokri i sušni papir-stroja. Mokri se dio opet dijeli na dvije jasno razgraničene cjeline. Jedna od njih ja formiranje papir tarke, a druga odvodnjavanje prešanjem. U procesuformiranja papirne trake se odveoi nekih 15 do 20% suhe tvari, a zatim se preša. Prešanjem se završava proces mehaničkog odvodnjavanja do suhoce 38 od 50%. Nakon mokrog dijela , papir traka dolazi u sušni dio papir-stroja, gdje se uz utrošak toplinske energije osuši do oko 96%.

- 17 -

Osušena papit traka se zatim kalandrira i namotava, te odnosi sa papir-stroja u odjel dorade i dovršavanja proizvodnje. Mokri dio papir-stroja Natok Poslije natočnog razređivanja i pročišćavanja pirovina dolazi u natočnik. Osnovni zadatak natočnika je pripremanjei osiguravanje ravnomjernog natoka pirovine a pokretnu beskrajnu traku sita, na kojoj se formira papirna traka, uz istodobno postupnoodvodnjavanje. Ravnomjeran natok znači da konstrukcija natočnika mora ispuniti nekoliko različitih funkcija: Ø brzina natočnog mlaza mora biti jednaka i konstantna po cijeloj širini i visini Ø tok bez turbulencija Ø brzina mora biti jednaka, ili malo manja od brzine sita Konstrukcija izlaznog dijela natočnika – natočnog otvora – mora biti takva da osigura mogućnost reguliranja potrebne debljine natočnog mlaza, koja mora biti jednaka po cijeloj širini. Papirovina u natočnom mlazu mora imati dobru i ravnomjernu disperziju vlakana. U idealnom slučaju bi u svakom kubičnom milimertu suspenzije natočnog mlaza trebao biti jednak broju čestica svih komponenata papirovine. Samo iz tako jednoliko dispergovane papirovine može se formirati papirna traka potpuno ujednačenih svojstava i izgleda. Da bi se to postiglo, u natočniku se mora osiguratiintezivno mješanje i neprestano kretanje suspenzije. Mirovanje i bilo kojem dijelu natočnika izaziva flokule velike oko 20 mm. Pri formiranju papirne trake, na mjestima flokula papir ima veću gramaturu, a to mjesto je okruženo zonom mnogo manje gramature. Ovo je riješeno tako što u savremenim strojevima postavljaju se i posebno izvedene cijevi instalacije za dovod natočno razrijeđene papirovine u natočnik. To su različite varijante razdjelnika, koji omogućuju, da pritisak i brzina toka suspenzije koja ulazi u natočnik budu jednaki po cijeloj širini.osim natočne brzine,koja se kontrolira natočnim tlakom,a u novije vrijeme i mjeri pomoću intrumenata, vrlo važnu ulogu za ispravno formiranje papirne trake ima i kut pod kojim natočni mlaz dolazi na sito. Natočni kut se regulira podešavanjem relativnog položajagornjeg i donjeg mlazničnog ruba. Vrste natočnika: Ø otvoreni tlačni natočnik Ø zatvoreni natočnik Ø neposredni natočnik Ø difuzorski natočnik Sitov dio papir-stroja Kod papir-strojeva kod kojih se papirna traka formira na dugom situ, taj dio obično zovemo sitov dio. Sitov dio sastoji se od dugog beskrajnog sita, koje je nagnuto preko prsnog valjka. Gornji, radni dio sita, zove se sitov stol, on se sastoji od prsnog stola čija je namjena da smanji brzinu odvodnjavanja na početku sitova stola i time omogući da se na početku formiranja kompozicija papirne trake bolje rasporede što osigurava bolje formiranje papirne trake, te niza nosećih valjaka koji se zovu registarski

- 18 -

Slika 12: Osnovni sustav konstrukcije sitovog dijela papir-stroja: 1 – natočnik, 2 – nivo-posuda, 3 – natočna crpka, 4 – uređaj za čišćenje papirovine, 5 – sito, 6 – registarski valjci, 7 – odsisne komore, 8 – eguter, 9 – gaučni valjak, 10 – sitova voda, 11 – bunar sitove vode, 12 – gaučna jama valjci i osisnih komora. Registarski valjci osiguravaju ravnu površinu sitova stola, osim toga njihova vrtanja kod većih brzina uveliko pomaze odvodnjavanju mokre papirne trake. Za obrezivanje neravnih rubova papirne trake s obje strane papirne trake postavljeni su rubni nozevi. To su zapravo mlaznice, koje pomoću tankog mlaza vode uzdužno režu rubove papirne trake. Dužina sita ovisi o kapacitetu, a prije svega o brzini papir-stroja. Za dobivanje dobro formirane papir trake na situ, potrebno je određeno vrijeme. Mokra papirna traka je mehanički preslaba da bi se mogla odvojiti od sita, pa se mora podvrgnuti dopunskom odvodnjavanju. Zbog toga se sa donje strane sita postavljaju odsisne komore pomoću kojih se vakuumom kroz sito iz papirne trake odsisava voda sve dok njezina suhoća ne bude oko 10%. Nakon odvajanja od sita , papirna traka se vodi na prese. Presovanjem takve mokre papirne trake ,postiže se odvodnjavanje znatne količine vode, povećava se gustoća papira, povećava se otpornost prema uzdužnom kidanju papira i prema raslojavanju višeslojnog papira. Zadatke procesa presovanja dijelimo na: Ø optimalno moguće odvodnjavanje Ø zgušnjavanje strukture papira i povećanje mehaničkih svojstava mokre i suhe papirne trake Ø povećanje uzdužne jačine papira i sile raslojavanja kartona Ø poboljšanje svojstava površine papira Prema konstrukciji prese možemopodijeliti na: Ø obične prese Ø odsisne perse Ø visokoučinske prese

- 19 -

Sušenje Presovanjem mokre papirne trake na presama, dovršen je proces hidrodinamičkog odvodnjavanja. Ovisno o postrojenju i vrsti papirna, mokra papirna traka sadrži još uvijek 50 od 70% vode. Preostala voda se odstranjuje isparavanjem, suši do vrijednosti od 4 do 7 % vode, što znači da se uspostavlja ravnoteža između vlažnosti okolnog zraka i vlažnosti papirne trake. Papir se suši uz potrošnju toplinske energije, kao izvor topline upotrebljava se zasićena vodena para. U procesu sušenja ispari od 1,2 do 2 kg vode po kilogramu papira, što znači da je potrebna dvostruko veća količina pare. Da bi smo što bolje razumjeli proces sušenja, potrebno je imati što jasniju sliku o mehanizmu vezanja vode u mokroj papirnoj traci. To vezivanje može biti hemijsko, fizikalno-hemijsko, fizikalno (mehaničko). Najčvršća je hemijska veza, kod te veze voda ulazi u strukturu materijalai ne izlaizi u procesu sušenja moze se odstraniti jedino žarenjem. Fizikalno-hemijska veza sastoji se od adsorpcijskih i osmotskih veza, a fizikalna veza sastoji se od vode koja se zadržava upijena među odvojenim celuloznim vlaknima, kao i voda koja se nalazi u kapilarama celuloznih vlakana vezana kapilarnim silama. Proces sušenja odvija se u dvije faze: Ø sušenje papirne trake zagrijavanjem na površini sušnog valjka(kontaktna faza) Ø sušenje papirne trake na putu između dva naredna sušna valjka (nekontaktna faza)

Slika 13: Shematski prikaz postrojenja za sušenje pomoću valjaka: 1 – donji sušni pust, 2 – sušni valjci, 3 – gornji sušni plašt, 4 – valjci za sušenje pustova U kontaktnoj fazi svakog ciklusa papirna traka se zagrijava, preuzimajući toplinsku energiju s površine zagrijanog sušnog valjka. Ta toplinska energija troši se na zagrijavanje i isparavanje vode iz papirne trake. U drugoj nekontaktnoj fazi ciklusa sušenja, na putu do narednog sušnog valjka, dolazi do isparavanja s obje strane lista, zahvaljujući akumuliranoj toplinskoj energiji u prvoj fazi. U toj fazi ciklusa papirna traka se hladi. Faktori koji utječu na uspješnost i brzinu sušenja ppira možemo podijeliti na dvije skupine. Prvoj skupini pripadaju oni faktori koji utječu na prelaz topline . posebno mijesto u toj skupini ima zrak i ostali plinovi koji se ne ukapljuju i kijih uvijek ima u pari u malim količinam. Drugoj skupini pripadaju oni faktori, koji utječu na uspješnost oslobađanja pare iz zagrejane mokre papirne trake. To je sistem ventilacije i brzine stroja. Povećanjem brzine papir-stroja skraćuje se vrijeme kretanja slobodne papirne trake između dav naredna sušna valka. Radi toga se smanjuje hlađenje papirne trake,a

- 20 -

intenzitet isparavanja se povećava. Prema tome, povećanjembrzine stroja povećava se uspješnost procesa sušenja. Utjecaj svojstava papira na sušenje Karakteristike papirne trake, a naročito njezina debljina, odnosno gramatura, znatno utječu na sušenje. Za izračunavanje brzine sušenja u zavisnosti o gramaturi, može poslužiti jednačina. Θ= k1q1,238 Θ- vrijeme sušenja K1 – koeficijent koji zavisi o temperaturi sušnih valjaka

Dijagram 1: Ovisnost brzine sušenja o stupnju mljevenja Iz ove jednačine proizilazi da produljenje vremena sušenja nije linearno proporcionalno porastu gramature papira, već je nesto brže. I stupanj mljevenja vlaknine znatno utječe na proces sušenja. Jako mljevena vlaknina formira zbijenu strukturu papirne trake, pa je u takvom papirnom listu difuzno kretanje vlage mnogo teže nego što je to u listkoji je formiran od slabo mljevene vlaknine. Utjecaj sušenja na svojstva papira Pri sušenju papirne trake mijenja se niz fizikalno-hemijskih karaktreistika papira. Oslobađanjem slobodne i vezane vode, papir se skuplja u sva tri smjera u prostoru, mijenja mu se plastičnost, gipkost, hidrofilnost i čvrstoća. Tijesnim dodirom između vlakana, do kojega dolazi udaljavanjem vode, stvaraju se uvijeti za nastajanje vodikovih veza između slobodnih hidroksilnih skupina na površini mikrofibrila susjednih vlakana. Spomenute promjene nastaju postepeno. Kada suhoća iznosi 55%, oslobađanjem slobodne vode papirna traka se skuplja uglavnom po debljini, veza između vlakana zasniva se na silama trenja. Kod suhoće 60% voda počinje nestajati s površine vlakana, ali još uvijek ostaje u unutrašnjim kapilarama vlakna. Tada se vlakna počinju povezivati vodikovim vezama posljedica toga je skupljanje papira u sva tri smjera. Kod suhoće 70% skupljaju se samo vlakna, a zahvaljujući tome i papir, dovršava

- 21 -

se formiranje veza među vlaknima, smanjuje se debljina trake, papir dobiva maksimalnu čvrstoću, ail elastičnost vlakana se smanjuje. Upravo to smanjivanje elastičnosti, a time i povečanje lomljivosti zahtijeva vlo pažljivo dosušivanje papira. Dosušivanje papira izaziva hemijski proces okiseljavanja i termičku destrukciju celuloze, koja mijenja stupanj polimerizacije, pri čemu se smanjuje sardžaj α-celuloze a povećava sadržaj β- i γceluloze. Sve to može znatno smanjiti čvrstoću papira, ali se veće termičke destrukcije i promjene polimerizacije mogu pojaviti samo pri dužem pregrijavanju. Naglo sušenje visokom temperaturom sušnih valjaka izaziva smanjenje mehaničke čvrstiće i gustoće papira, ali povećava prozornost, moć apsorpcije, vodonepropusnosti i voluminoznosti. Različite izvedbe sušnog postrojenja Sušni dio strijeva za izradu papira i kartona sastoji se od određenog broja željeznih ili čeličnih sušnih valjaka. Oni su raspoređeni najčešće vodoravno, u dva usporedna niza tako da se jedan niz nalazi iznad drugog. Kod strojeva za izradu kartona valjci su nekada raspoređeni u tri niza, a postoje i postrojenja s vertikalnim rasporedom dijela sušnih valjaka. Temeljni elemenat procesa kontaktnog sušenja je sušni valjak, jer u njemu dolazi do izmjene topline, napajanja parom, kondenzacije i odvođenja kondenzatora. Parna glava konstruirana je tako da se dovedena para i odvod kondenzata obavlja kroz zajedničku armaturu. Para se dovodi kroz nepokretnu cijev koja zbog bolje raspodjele para u valjku ima na vrhu niz otvora. Kondenzar se iz valjka odvodi pomoću žličaste crpke koja rotira zajedno sa valjkom. Prilikom vrtnje žlica zahvata kondenzat s dana valjka, podižu ga do visine središta i izlijevaju u proširenje na ulaznom dijelu odvodne cijevi kondenzata. Na kraju sušnog postrojenja postavljaju se dodatni valjci za hlađenje papira poslije sušenja. Broj sušnih valjaka ovisi o kapacitetu i brzini postrojenja, ali i o vrsti gramature papira. Postrojenja za proizvodnju kondezatorskih papira imaju 6-8 sušni valjak dok brzohodni strojevi za proizvodnju novinskog papira imaju 50-70 sušni valjaka. Strojevi koji sadrže samo jedan sušni valjak velikog promjera proizvode tanke, jednostrano glatke higijenske papire i sanitarne papire. Za proizvodnju kartona većih gramamtura potrebne su velike sušne skupine s mnogo sušnih valjaka. Savremena proizvodnja kartona zahtjeva i ugradnju prese.Na istom postrojenju ne mogu se proizvoditi sve vrste papira, a to se odnosi i na ostale dijelove postrojenja za proizvodnju papira, izrađuju se specijalizirana postrojenja namijenjena proizvodnji određene skupine papira ili čak samo jedne vrste papira.

Slika 14: Sušno postrojenje s jednom sušnom sekcijom iza jenki-valjka

- 22 -

Slika 15: Sušno postrojenje za proivodnju flutinga

Slika 16: Sušno postrojenje za proizvodnju kraft-papira Parni i kondenzacijski sustav Sušenje vlažne papirne trake vrlo je kompleksno. Odvija se postupno od jednog do drugog sušnog valjka, i to u skladu s temperaturnom krivuljom, koja mora biti prilagođena vrsti i gramaturi papira, kao i brzini stroja. Preintezivno dovođenje toplinske energije vlažnoj papirnoj traci uzrokuje perenapregnutost celuloznih vlakana i krutost površine papira. Posljedice toga je povećan otpad. Sve što je učinjeno u mokrom dijelu postrojenja da bi se ostvarila zadana kvaliteta papira, može se upropastiti u sušnom dijelu. Osim toga, u pogledu potrošnje energije, sušno postrojenje je najskuplji dio postrijenja za proizvodnju papira. Sušni valjak Temeljni element procesa kontaktnog sušenja papira je sušni valjak, jer u njemu dolazi do izmjene toplote, napajanja parom, kondenzacije i odvođenja kondenzata. S obzirom na izvedbu načina odstranjivanja kondenzata tipovi sušnih valjaka su: 1. sušni valjak sa žličastom crpkom za izbacivanje kondenzata 2. sušni valjak sa odovodom pare pomoću nepokretne sifonske cijevi 3. sušni valjak sa rotirajućim sifonom i parnom glavom 4. sušni valjak sa dva rotirajuća sifona

- 23 -

Slika 17: Shematski prikaz presjeka sušnog valjka sa žličastom crpkom za izbacivanje destilata: 1 – plašt sušnog valjka, 2 – bočna strana, 3 – ulazni otvor sa zabrtvljenim otvorom, 4 – crpka, 5 – dovod pare, 6 – odvod kondenzata Dopunska oprema: 1. Ofsetna presa – Stupanj glatkoće površine papirnog lista jedna je od osnovnih osobina papira namijenjenih za tisak i pisanje. Površinska glatkoća se postiže kalandriranjem suhe papirne trake na strojnom ili na superkalanderu. Stanovit stupanj glatkoće može se postići i sa mokrom papirnom trakom pomoću tzv. Ofset prese koja se postavlja neposredno ispred sušnog postrojenja. Ona se sastoji od dva valjka, a zadatak prese je da stlači papir i da mu time dadne određenu glatkoću. 2. Njemačka presa – koristi se za postizanje visokog stupnja glatkoće. Sastoji se od dva valjka pri čemu se gornji elestični valjak koristi za tlačenje papirne trake u odnosu na donji glet valjak. Pored svih priprema papira potrebno je povećati i istegljivost papira. Pri proizvodnji ambalažnih papira, a naročito kraft-papira za vreće poželjno je da papir bude istezljiviji od standardno proizvedenog papira. U svrhu toga postavlja se na polovici sušne skupine dodatno postrojenje. To postrojenje se sastoji od jednog valjka i gumene trake. Na početku nalijeganja gumena traka je jače napregnuta, dok je odmah nakon toga lagano olabavljeno, pa dolazi do pomaka unatrag ali i do suženja. Rezultat toga je stvaranje sitnih nabora u oba pravca papirne trake. Vlaženje suhe papirne trake One vrste papira koje se moraju naknadno doraditi na superkalanderu redovito se ne kalandiraju strojnim kalanderom. Međutim, za superkalandiranje, ili tačnije za satiniranje, papirna traka se mora predhodno dopunski navlažiti. Vlaži se obično neposredno prije namatanja na papir-stroju, ali i naknadno na posebnom uređaju. Postoji više načina vlaženja: 1. Ovlaživač sa četkom

- 24 -

2. Ovlaživač sa brizgalicama 3. Aeroraspršivač Uzdužno rezanje papir trake na papir-stroju Prije namatanja papirne trake u role, na nekim se papir-storjevima traka najprije uzdužno izreže na uže trake, a zatim se istodobno namata na nekoliko odvojenih užih rola koje se zovu koturi. Iako nakon toga nakanadno tezanje nije potrebno, to ima i nedostatke pa se malokad primjenjuje. Namotavanje papirne trake Gotova papirna traka namotava se na uređajima koji se zovu namotači. Strojni namotač je posljedni elemnt kontinuirane proizvodnje papira. Osim u slučaju kada se vlaži i predhodno uzdužno reže, papir sa strojnog kalandera vodi se neposredno na namotač, gdje se beskrajna papirna traka namotava na posebne željezne valjke koji se u svijetu i kod nas nazivaju tamburi. Postoji više tipova namotača. Aksijalni namotači imaju noviju konstrukciju. Nemaju frikcione spojke nego poseban pogon na elektromotor, čija se brzina može regulirati. Tangencijalni namotači imaju najširu primijenu. Na slici je prikazana konstrukcija poznata pod nazivom Pope ili enegleski namotač. To je jednostavna konstrukcija koja omogućava znatno usavršavanje i poboljšanje namotavanja papira na tambur, bez posebne sinhronizacije obodne brzine role papira sa brzinom papirne trake.

Slika 18: Tangencijalni namotač sa zamjenom tambura: 1,2,3 – sapnice sa kondenziranim zrakom za uvođenje papirne trake, 4 – rola papira, 5 – pomoćni viljuškasti ležaj, 6 – radni ležaj, 7 – pogonski valjak, x – pomak valjka, D – struja zraka

Dorada i dovršenje Satiranje ili kalandiranje jeste postupak u kojem se jedna traka manje ili više plastičnog materijala provodi između dva valjka ili više njih koji traku tlače, uz istodobni uzajamni frikcioni postupak, odnosno proklizavanje. Jedan od efekata kalandiranja jeste stlačovanje papira, a ukupni efekat očituje se prije svega u poboljšanju svojstava papira. Satiranje se vrši pomoću tzv. superkalandera. Postoje različiti tipovi superkalandera od kojih je svaki predviđen za rad u okviru relativno velikog broja parametara. Na slici su prikazana sva tipa superkalandera, otvoreni i zatvoreni. Često se

- 25 -

upotrebljavaju otvoreni zbog lakšeg rada. U sklopu svakog superkalandera nalazi se odmotač i namotač papirne trake, s torzionim uređajem za kontroliranje njene zattegnutosti. Pogon valjka se ostvaruje preko jednog od željeznih valjaka. Radan brzina superkalandera ovisi o konstrukciji i namijeni. Snaga za pogon superkalandera ovisi o broju valjaka, radnoj širini, radnoj brzini, maksimalnom linijskom pritisku, a može se približno računati po empirijsko jednadžbi: N = k n v b , gdje je n – broj valjaka v- radna brzina b – radna širina k – koeficijent ovisan o stroju i vrsti papira U doradne operacije papira ubraja se i impregnacija (obrada sa impregatorskim sredstvima – primjer pH – trake) i kaširanje papira (lijepljenje zaštitnih folija, npr. plastifiicranje). U današnje vrijeme tehnologija proizvodnje papira i celuloze je jako automatizovan postupak.

Slika 19: Konstrukcija otvorenog superkalandera: 1 – donji valjak, 2 – mehanizam za podizanje valjaka, 3 – metalni valjci, 4 – papirni valjci, 5 – otvoreni nosač

- 26 -

Ekološki aspekt – zagađenje okoline tehnološkim postupkom proizvodnje celuloze i papira Tehnološki proces proizvodnje celuloze i papira spada među veće zagađivače životne sredine, jer se odvijanje procesa vrši, pored trošenja energije, trošenjem drvne mase i hemikalija koje se u toku procesa izdvajaju u okolinu. Intenzitet izdvajanja sumpornih spojeva zavisi od vrste tehnološkog procesa dobijanja vlakna (sulfatni, sulfitni, NSSC i dr.) stepena zatvorenosti regeneracionog kruga, vrste papira, kao i vođenja tehnološkog procesa. U analizi uzročnika zagađivača u procesu proizvodnje celuloze i papira posebno mjesto zauzima energetski kompleks, gdje se izdvajaju sumporni spojevi u dimnim gasovima u šljaki i ugljena prašina. U pogledu strategijskih Opredjeljenja za smanjenje emisije sumpornih spojeva iz energetskih kompleksa (ugljeni kotlovi) celuloze i papira postoji rješenje u odsumporavanju dimnih gasova koje je skupo i primjenjuje se za veće eneregetske jedinice. Za proces proizvodnje celuloze i papira prethodno se moraju ispuniti osnovni uslovi: za stvaranje krugova za lugove, vlakna, vode, energiju, a time se u osnovi vrši zatvaranje jednog dijela i kruga za sumporne spojeve, a nakon toga vrši se sakupljanje i spaljivanje sumpornih spojeva.

Reference [1]

Ćorlukić, F., Tehnologija papira, prvo izdanje, Školska knjiga Zagreb, 1987.

[2]

Perić, B., Poznavanje celuloze i papira, priručnik za komercijaliste, drugo prerađeni i dopunjeno izdanje, Građevinska knjiga a.d., Beograd, 2004.

[3]

Jaganjac, A., Tahirović, I., Osnove hemijske tehnologije za studente hemije, Univerzitet u Sarajevu, Prirodno-matematički fakultet, Odsjek za hemiju, Sarajevo, 2005.

- 27 -