خمیرسازی فرایندی است که به وسیله آن چوب به یک توده فیبری (لیفی) تبدیل می شود. به بیان دیگر، خمیرسازی فرایندی است که بر اثر آن پیوند های درونی ساختار چوب می شکنند.
این کار را می توان به طور مکانیکی، گرمایی، یا شیمیایی انجام داد یا تلفیقی از این روشها را به کار برد. روشهای تجارتی موجود را می توان در سه گروه مکانیکی، شیمیایی یا نیمه شیمیایی (یعنی تلفیقی از عملیات شیمیایی و مکانیکی) طبقه بندی کرد (جدول 4– 1) .
میزان تولید مربوط به سال 1978 به وسیله هر کدام از روشهای فوق، در جدول 4-2 آمده است. حدود 70% خمیر تولید شده در آمریکای شمالی به روشهای شیمیایی است که90% آن را خمیر کرافت تشکیل می دهد. البته بهتر است خمیر کرافت پر بازده و خمیر سولفیت پر بازده را که در محاسبات خمیر شیمیایی سفید نشده کرافت و سولفیت به حساب آمده است در گروه خمیرهای نیمه شیمیایی منظور کنیم.
در جدول 4-3 توزیع جغرافیای انواع مختلف صنعت خمیر و کاغذ در آمریکای شمالی، از جمله کارخانه هایی که از الیاف دست دوم و بازیابی شده استفاده می کنند (فصل14) نشان داده شده است.
4-1 مقدمه ای بر انواع روشهای خمیر سازی
خمیر سازی مکانیکی
قدیمی ترین و شاید همچنان متداولترین روش خمیر سازی مکانیکی، فرایند گراندوود است که در آن چوب به صورت قطعات بریده شده گرده بینه، در طول به وسیله یک سنگ زبر چرخان با سرعت 100 تا 1200 دور در دقیقه، تحت فشار قرار گرفته خرد می شود. در نتیجه این عمل، الیاف از چوب کنده میشوند، ساییده می شوند و با شستشو از سطح سنگ جدا می شوند.
جدول 4-1 طبقه بندی عمومی فرایندهای تبدیل چوب به خمیر کاغذ
| مکانیکی | مکانیکی– شیمیایی | شیمیایی |
| تولیدخمیر با انرژی مکانیکی(بدون مواد شیمیایی یا گرما یا به مقدار اندک) | تولید خمیر با تلفیقی از
عملیات شیمیایی و مکانیکی |
تولید خمیر با استفاده از
مواد شیمیایی و گرما |
| پر بازده ( 95-90%) | بازده متوسط(90-55%) | کم بازده (55-40%) |
| الیاف کوتاه، ناخالص ضعیف و ناپایدار | خواص میانه با بعضی
ویژگیهای برجسته |
الیاف بلند، خالص، محکم و پایدار |
| کیفیت چاپ پذیری خوب | کیفیت چاپ پذیری ضعیف | |
| رنگبری دشوار | رنگبری آسان | |
| چند مثال : | چند مثال : | چند مثال : |
| گرداندوود سنگی | سولفیت خنثای نیمه شیمیایی | کرافت |
| خمیر مکانیکی پالایشی | سولفیت | |
| خمیر مکانیکی گرمایی | کرافت پر بازده | سودا، سودا- آنتراکینون |
جدول 4–2 تولید خمیر در آمریکای شمالی در سال 1978 (تن مکعب) ]6 ]
| نوع خمیر | آمریکا | کانادا |
| خمیر حل شونده | 1290 | * |
| خمیر کرافت | ||
| رنگبری شده | 15570 | 6850 |
| رنگبری نشده | 16930 | 1590 |
| خمیر سولفیت | ||
| رنگبری شده | 1300 | 510 |
| رنگبری نشده ** | 300 | 1790 |
| نیمه شیمیایی | 3670 | 340 |
| مکانیکی | 6740 | 7950 |
| خمیرهای دیگر | – | 620 |
| جمع | 45880 | 19650 |
* همراه با خمیرهای کرافت و سولفیت گزارش شده است . ** توام با خمیر سودا
جدول 4–3 توزیع جغرافیایی کارخانه های خمیر و کاغذ در آمریکای شمالی
| کاغذ و مقوا | خمیر کاغذ | سولفیت (رنگبری شده و نشده) | کرافت و سودا (رنگبری شده و نشده) | نیمه شیمیایی | گراندوود (شامل خمیر مکانیکی) | مکانیکی پالایشی | الیاف دست دوم (شامل خمیر مرکب زدایی شده) | متفرقه (شامل باگاس، پنبه ، کتان ، کنف و غیره) | |
| ایالات متحده | |||||||||
| آلاباما | 17 | 16 | 13 | 2 | 2 | 4 | 6 | ||
| آلاسکا | 2 | 2 | |||||||
| آریزونا | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | ||||
| آرکانزاس | 12 | 9 | 7 | 1 | 2 | 6 | |||
| کالیفرنیا | 39 | 10 | 4 | 1 | 5 | 26 | |||
| کلرادو | 2 | 1 | |||||||
| کانکتی کوت | 13 | 2 | 1 | 9 | 1 | ||||
| دلویر | 5 | 2 | 1 | ||||||
| فلوریدا | 14 | 10 | 1 | 8 | 1 | 1 | 6 | ||
| جورجیا | 24 | 15 | 11 | 2 | 1 | 5 | 11 | 1 | |
| ایداهو | 2 | 1 | 1 | ||||||
| ایلینویز | 22 | 5 | 7 | 20 | 2 | ||||
| ایندیانا | 17 | 1 | 1 | 13 | |||||
| ایوا | 3 | 2 | 1 | 1 | 2 | ||||
| کانزاس | 2 | 2 | |||||||
| کنتاکی | 5 | 3 | 2 | 1 | 3 | ||||
| لوئیزیانا | 19 | 14 | 10 | 4 | 2 | 4 | 8 | 1 | |
| ماین | 23 | 14 | 1 | 7 | 9 | 4 | 3 | ||
| مریلند | 5 | 2 | 1 | 1 | 4 | ||||
| ماساچوست | 45 | 2 | 12 | 3 | |||||
| میشیگان | 37 | 9 | 2 | 3 | 1 | 3 | 16 | 1 | |
| مینسوتا | 12 | 8 | 2 | 1 | 4 | 6 | 2 | ||
| می سی سی پی | 12 | 7 | 4 | 3 | 2 | ||||
| میسوری | 6 | 2 | 3 | 2 | |||||
| مونتانا | 1 | 1 | 1 |
جدول 4-6 (ادامه)
| نیوهمپشایر | 21 | 3 | 1 | 2 | 8 | ||||
| نیوجرسی | 29 | 3 | 3 | 22 | |||||
| نیومکزیکو | 1 | 1 | |||||||
| نیویورک | 63 | 14 | 1 | 1 | 2 | 3 | 3 | 23 | 3 |
| کالیفرنیای شمالی | 19 | 9 | 5 | 2 | 1 | 3 | 5 | 2 | |
| اهایو | 42 | 9 | 1 | 2 | 4 | 29 | 1 | ||
| اوکلاهما | 7 | 3 | 1 | 1 | 2 | 5 | |||
| ارگون | 25 | 21 | 4 | 7 | 3 | 1 | 12 | 10 | |
| پنسیلوانیا | 47 | 13 | 1 | 3 | 1 | 3 | 29 | 2 | |
| پورتوریکو | 1 | 1 | |||||||
| رودایلند | 1 | 1 | 1 | ||||||
| کالیفرنیای جنوبی | 9 | 6 | 4 | 2 | 2 | 4 | 3 | ||
| تنسی | 16 | 10 | 2 | 2 | 1 | 5 | 8 | 3 | |
| تکزاس | 16 | 9 | 6 | 2 | 3 | 11 | |||
| ورمونت | 9 | 1 | 4 | 1 | 4 | 1 | |||
| ویرجینیا | 15 | 9 | 4 | 4 | 3 | 8 | 1 | ||
| واشینگتن | 22 | 20 | 6 | 7 | 6 | 10 | 5 | ||
| ویرجینیای غربی | 2 | 2 | |||||||
| ویسکانسین | 52 | 30 | 9 | 4 | 2 | 4 | 6 | 11 | 2 |
| جمع | 736 | 298 | 25 | 120 | 50 | 35 | 112 | 346 | 25 |
| کانادا | |||||||||
| آلبرتا | 3 | 2 | 2 | ||||||
| بریتیش کلمبیا | 13 | 23 | 1 | 18 | 8 | 2 | 1 | ||
| مانیتوبا | 3 | 2 | 1 | 1 | 1 | ||||
| نیوبرونسویک | 6 | 10 | 3 | 4 | 2 | 4 | 1 | 1 | |
| نیوفوندلند | 3 | 2 | 2 | 2 | 1 | ||||
| نوا اسکوتیا | 4 | 5 | 2 | 1 | 3 | 2 | |||
| انتاریو | 36 | 22 | 7 | 10 | 2 | 10 | 1 | 6 | |
| کبک | 55 | 40 | 17 | 8 | 2 | 24 | 4 | 2 | |
| ساسکاچوان | 1 | 1 | |||||||
| جمع | 123 | 107 | 33 | 45 | 6 | 52 | 11 | 10 | – |
| جمع کل | 859 | 405 | 58 | 165 | 56 | 87 | 123 | 356 | 25 |
نکته ها : 1) از کارخانه های جامعی که خمیر و کاغذ تولید می کنند دو بار نام برده شده است ؛ به عنوان کارخانه کاغذ. 2) کارخانه هایی که چند نوع خمیر تولید می کنند فقط یکبار شمرده شده اند. 3) کارخانه های تعطیل شده نیز در جدول به حساب آمده اند.
خمیر رقیق الیاف و خرده الیاف که به این ترتیب به دست می آید، غربال می شوند تا ریزه چوبها و ساتیر ذرات جدا شوند (شکل 4-1). سپس با آبگیری از آن، خمیری به دست می آید که برای کاغذسازی مناسب است. اساس کار ساده است اما تهیه خمیری یکنواخت با بازده و کیفیت خوب، نیاز به کنترل دقیق زبری سطح سنگ، فشار وارد شده بر چوب در سطح سنگ، سرعت آبپاشی و دمای آب دارد.
پیشرفت جدیدی که در خمیرسازی مکانیکی حاصل شده است، شامل ساییدن و خرد کردن خرده چوبها بین دو دیسک چرخان در وسیله ای به نام پالاینده است. در اینجا، خمیر حاصل را خمیر مکانیکی پالایشی (RMP) می نامند. در مقاسیه با خمیر گراندوود سنگی، RMP معمولاً محتوی ایاف بلند بیشتری است و کاغذ حاصل از آن محکمتر است. در طی چند سال گذشته، فرایند RMP توسعه بیشتری یافته است. در کارخانه های جدید یک مرحله نرم سازی مقدماتی گرمایی یا شیمیایی (یا گرمایی- شیمیایی) نیز اضافه شده است. با این عمل، انرژی مورد نیاز برای تولید و پالایش خمیر کاهش می یابد و خمیر حاصل بهتر است. در این راستا، می توان از خمیر گرمایی- مکانیکی (TMP) نام برد که محکمتر از خمیر RMP است و در غربال پس زده اندکی است.
مزیت بزرگ فرایندهای خمیرسازی مکانیکی در این است که می توانند تا 95% وزن خشک چوب را به خمیر تبدیل کنند، اما برای دستیابی به این هدف، به مقدار زیادی انمرژی نیاز هست. کاغذ حاصل بسیار مات است و چاپ پذیری مطلوبی دارد، اما ضعیف است و در برابر نور به زودی رنگین می شود. برای افزایش مقاومت این نوع کاغذها، معمولاً لازم است مقداری خمیر شیمیایی بلند الیاف به خمیر مکانیکی اضافه شود. در گذشته، برای کاغذ روزنامه، معمولاً 75% خمیر گراندوود را با 25% خمیر شیمیایی مخلوط می کردند. امروزه با استفاده از TMP به خمیر گراندوود، خمیر شیمیایی کمتری مورد نیاز است.
خمیرهای مکانیکی را غالبا از منابع سوزنی برگ به دست می آورند. ایاف کوتاهتر و نازکتر پهن برگان، در جریان تبدیل مکانیکی به خمیر، معمولاً به شدت آسیب می بینند و خمیر حاصل از آنها ضعیف و شبیه آرزد است، در نتیجه، کاغذ حاصل نیز بسیار ضعیف است (شکل 4-2). بعضی از پهن برگها، مخصوصاً صنوبر، خمیری با براقیت مطلوب تولید می کنند به طوری که با مخلوط کردن این با خمیرهای مکانیکی سوزنی برگ، خمیری با خواص نوری مطلوب به دست می آید.
خمیرسازی شیمیایی
هدف در فرایندهای تولید خمیر شیمیایی، تجزیه و حل لیگنین و خارج ساختن آن ماده است به طوری که آنچه که بر جای می ماند سلولز و همی سلولز به صورت الیاف سالم و نسبتاً تغییر نیافته است (شکلهای 4-3 و 4-4) . در عمل، با روشهای تولید خمیر به طریق شیمیایی، می توانند قسمت عمده لیگنین را خارج کنند، این روشها مقداری همی سلولز و سلولز را نیز تجزیه می کنند، در نتیجه در مقایسه با فرایندهای مکانیکی، بازده خمیر شیمیایی کمتر است و در حدود 40 تا 50 درصد نسبت به مقدار چوب اولیه است.
در فرایندهای شیمیایی، خرده چوبها (چیپس) در دمای بالا و فشار بالا با مواد شیمیایی مناسب در محلول آبی پخته می شوند. دو فرایند مهم از این نوع عبارت اند از فرایند کرافت (قلیایی) و فرایند سولفیت (اسیدی). فرایند کرافت، به دلیل داشتن مزایایی در بازیابی مواد شیمیایی و استحکام مطلوب خمیر، موقعیت برتر را به دست آورده است. فرایند سولفیت، که تا سال 1930 رایجتر بود، مجدداً مورد توجه قرار گرفته است و ممکن است گسترش بیشتری پیدا کند.
در جدول 4-4 فهرستی از روشهای شیمیایی و نیمه شیمیایی متداول گردآوری شده است. در این فصل، راجع به هر کدام از روشها به اختصار شرح داده خواهد شد. در فصل 5، فرایندهای مکانیکی شرح داده می شود و در فصلهای 6 و 7، شرح دو فرایند سولفیت و کرافت به تفصیل خواهد آمد.
فرایند کرافت
در فراینذ کرافت، خرده چوبها (چیپس) در محلولی از هیدروکسید سدیم (NaOH) و سولفید سدیم (Na2S) پخته می شوند. قلیا سبب تخریب مولکول لینگین و تبدیل آن به مولکولهای کوچکتر می شود که به صورت نمک سدیم در مایع پخت حل می شوند. از خمیر کرافت کاغذ محکمی تولید می شود (kraft در زبان آلمانی به معنای”محکم”) ، اما خمیر رنگبری نشده بسیار تیره رنگ (قهوه ای) است. گازهای حاصل از عملیات پخت کرافت، عمدتا سولفیدهای آلی و بسیار بدبو هستند ؛ این، خود یک مسئله زیست محیطی مهم پیش می آورد.
فرایند کرافت حدود 100 سال پیش ، با تغییری چند در فرایند سودا (که در آن فقط از هیدروکسید سدیم به عنوان ماده شیمیایی فعال استفاده می شود)، توسط کارل اس.دال با اضافه کردن سولفات سدیم به مایع پخت به وجود آمد. تبدیل سولفات سدیم به سولفید سدیم در جریان پخت ، تغییری ناگهانی در سینیتیک واکنش و در بهسازی خواص خمیر حاصل از پخت سوزنی برگان به وجود آورد . در واقع ، استفاده از سولفات سدیم در بازاریابی و بازسازی مایع پخت کرافت ، سبب گردیده است که گاهی این فرایند را “فرایند سولفات ” بنامند.
وجود سولفید سدیم در مایع پخت، تاثیر چندانی بر تولید خمیر از پهن برگان ندارد و خمیر پهن برگان هنوز هم عمدتا به روش سودا تهیه می شود.
انواع خمیر کرافت با نامهای مختلف تولید می شود. خمیر رنگبری نشده، بر اثر پخت کوتاهتر، با بازده بیشتر تولید می شود (لینگین آن بیشتر است) و برای تولید کاغذ بسته بندی و مقوا مناسب است. خمیر رنگبری شده، لینگین کمتری دارد و برای تولید کاغذ تحریر مناسب است .
جدول 4–4 روشهای شیمیایی و نیمه شیمیایی مهم
| کرافت | سولفیت اسیدی | بیسولفیت | NSSC | |
| مواد شیمیایی | NaOH | H2SO3 | Na2SO3 | |
| Na2S | M(HSO3)
M=Ca, Mg, Na, NH4 |
M(HSO3)
M= Mg, Na, NH4 |
Na2CO3 | |
| زمان پخت (ساعت) | 2-4 | 20-4 | 2-4 | 1-25/. |
| pH مایع پخت | +13 | 2-1 | 5-3 | 9-7 |
| دمای پخت ºC)) | 180-170 | 135-120 | 160-140 | 180-160 |
فرایند سولفیت
در فرایند سولفیت، برای تخریب و انحلال پذیر کردن لیگنین، از مخلوطی از اسید سولفورو (3H2SO) و یون بی سولفیت (־3HSO) استفاده می شود. در اینجا مکانیسم تأثیر شیمیایی چنان است که لیگنین، با ساختار مولکولی نسبتاً تغییر نیافته، به صورت نمکهای اسید لیگنوسولفونیک خارج می شود. یون مثبت همراه با یون بی سولفیت می تواند یون کلسیم، منیزیم، سدیم، یا آمونیوم باشد. فرایند سولفیت را می توان در گستره وسیعی از pH انجام داد. “سولفیت اسیدی” فرایند سولفیتی است که در مجاورت مقدار اضافی اسید سولفوروی آزاد ( pH1 تا 2) انجام می شود، در حالی که پخت بی سولفیت در شرایطی با قدرت اسیدی کمتر (pH 3 تا 5) عملی می شود.
در مقایسه با خمیر کرافت، خمیر سولفیت رنگ روشنتری دارد و به آسانی سفید می شود، اما استحکام کاغذ حاصل کمتر از کاغذ کرافت است. فرایند سولفیت، در مورد چوب سوزی برگانی از قبیل نوئل، نراد و تسوگا و پهن برگانی از قبیل صنوبر و اوکالیپتوس به خوبی عمل می کند؛ اما سوزنی برگان پر رزین و پهن برگان تانن دار برای این فرایند مناسب نیستند. این حساسیت به نوع چوب، همراه با استحکام کمتر کاغذ حاصل و دشواری بیشتر در بازیابی مواد شیمیایی، دلایل اصلی سیر نزولی تدریجی کاربرد فرایند سولفیت در مقایسه با فرایند کرافت است. تمایل موجود نسبت به تبدیل تمامی درخت به خرده چوب، موقعیت فرایند سولفیت را متزلزل تر می کند، چون این فرایند نسبت به همراه بودن پوست با خرده چوبها حساس است. مزیتهای هر کدام از دو فرایند شیمیایی کرافت و سولفیت در جدول 4-5 خلاصه شده است. در شکل 4-5، به صورت نمودار، مقاومت سه خمیر کرافت، سولفیت، و بی سولفیت مقایسه شده است.
جدول 4–5 مزیتهای نسبی دو روش شیمیایی مهم : کرافت در مقایسه با سولفیت
| الف) | مزیتهای فرایند کرافت |
| 1- | محکمترین خمیر را تولید می کند. |
| 2- | از سیستم بازیابی مؤثر و قوی برخوردار است. |
| 3- | با انواع گونه های چوبی کار می کند. |
| 4- | وجود پوست را تحمل می کند. |
| ب) | مزیتهای فرایند سولفیت |
| 1- | خمیر براق تولید می کند که رنگبری آن آسان است. |
| 2- | بازده در مرحله رنگبری زیاد است. |
| 3- | پالایش خمیر آسان است. |
بسته به نوع مصرف مورد نظر، انواع خمیرهای سولفیت تولید می شوند. نوع پربازده، معمولاً با پخت خرده چوب در مایعی با اسید سولفوروی آزاد کمتر، یعنی با یون بی سولفیت به عنوان جزء شیمیایی فعال برتر، تهیه می شود.
خمیرسازی به طریق نیمه شیمیایی
در خمیرسازی به طریق نیمه شیمیایی، دو روش شیمیایی و مکانیکی با یکدیگر تلفیق می شوند. خرده چوبها (یا قطعه چوبها) تحت تاثیر مواد شیمیایی تا حدودی نرم می شوند و بقیه عملیات با روشهای مکانیکی و غالباً در پالاینده های دیسکی ادامه می یابد (به عنوان نمونه، نمودار گردشی در شکل4-6 را ببینید). بازده خمیر در روشهای نیمه شیمیایی، شامل گستره کامل مقادیر بازده از مکانیکی خالص تا شیمیایی خالص است؛ یعنی 55% تا 90% نسبت به چوب خشک. انواع خمیر حاصل، کاربردهای مشخصی دارند و از بعضی خواص مخصوص به خود برخوردارند.
به عنوان یک مثال مهم، خمیرهایی با بازده حدود 75% ، سفتی خاصی دارند که آنها را برای لایه میانی و کنگره ای مقوا مناسب می سازد.
کوششهایی که در جهت بهبود خمیرسازی به روش نیمه شیمیایی بعمل آمده، به اضافه کردنن مواد شیمیایی در ضمن عملیات مکانیکی انجامیده است. این روش در حال تکوین و تکامل است، ولی هنوز یک تغییر در فرایند تولید خمیر با روشهای مکانیکی به شمار می آید و نه یک روش جدید .
تلاشهای مهم دیگر در زمینه بهبود خمیرسازی مکانیکی، به پیدایش روشهای شیمیایی- مکانیکی انجامیده است که عمدتاً برای بهره برداری از منابع پهن برگان طراحی شده اند. در فرایند سودای سرد از سود سوزآور در دمای معمولی برای نرم کردن چیپس ها قبل از پالایش استفاده می شود. با این عمل، خرده چوبها متورم می شوند و پیوندها و اتصالهای ساختاری می شکنند درحالیکه لیگنین زدایی روی نمی دهد. بازده خمیر بین 85 تا 90% است و مقدار انرژی مصرفی تقریباً نصف انرژی مورد نیاز در یک فرایند مکانیکی عادی است. در مقایسه با خمیر گراندوود سنگی، خمیر فرایند سودای سرد خواص نسبتاً بهتری دارد.
یک روش شیمیایی- مکانیکی دیگر مناسب برای پهن برگان، فرایند گراندوود شیمیایی است. در این فرایند، قطعه چوبها، پیش از آسیاب شدن، در مایع سولفیت قلیایی (در دما و فشار زیاد) پخته می شوند. گرچه با این روش گاهی نتایج خوبی به دست می آید، اما همواره این مشکل وجود دارد که نفوذ مواد شیمیایی به درون چوب ناقص است. از این رو امروز از این روش بندرت استفاده می شود.
مهمترین روشهای شیمیایی- مکانیکی، فرایندهای کرافت و سولفیت پربازده است. در هر مورد، پخت تا سطح لیگنین زدایی جزئی و محدود انجام می پذیرد و لیفی کردن خرده چوب کمی پخته شده، به طور مکانیکی عملی می شود. میزان پیشرفت پخت، بازده را کنترل می کند؛ افزایش بازده، به معنای نیاز به انرژی بیشتر در مرحله لیفی کردن است.
فرایند سولفیت خنثی، که عمدتاً در مورد پهن برگان به کار می رود، مهمترین فرایند نیمه شیمیایی مورد استفاده در دنیاست. در این فرایند که به کوتاهی NSSC نامیده می شود، از مایع پخت سولفیت سدیم استفاده می شود که برای خنثی کردن اسیدهای آلی آزاد شده از چوب در ضمن پخت، با کربنات سدیم بافر شده است.
برای حذف گوگرد از فرایند، برخی از پختهای نیمه شیمیایی با استفاده از کربنات سدیم و هیدروکسید سدیم انجام می شود . بعضی از کارخانه ها بویژه آنهایی که به یک کارخانه کرافت نزدیکند، از “مایع سبز” (کربنات سدیم + سولفید سدیم) آن کارخانه استفاده می کنند . آمار کارخانه های تولید کننده کاغذ کنگره ای میانی مقوا در سال 1978 در آمریکای شمالی به شرح زیر بوده است :
|
فرایندهای نیمه شیمیایی |
تعداد کارخانه ها |
| NSSC | 21 |
| مایع سبز | 8 |
| بدون گوگرد | 10 |
| سایر فرایندها | 3 |
مایعات مصرف شده در عملیات خمیرسازی نیمه شیمیایی را نمی توان مستقیماً در نهرها و رودخانه ها ریخت، چون در این مایعات مواد شیمیایی زیادی به هدر می رود و آلودگی شدیدی نیز در آبها ایجاد می شود. بازیابی مواد از مایع مصرف شده در این فرایندها را می توان به آسانی با سیستم بازیابی یک کارخانه کرافت یا سولفیت موجود انجام داد. هنگامی که اینگونه بازیابیها میسر نیست، سوزاندن روی بستر روان، روش متداولی است که به کار می رود. درباره فرایند خمیرسازی NSSC و روشهای بازیابی مربوطه مقاله مفیدی در سال 1973 منتشر شده است .یک مقاله مروری جامع نیز درباره خمیرسازی شیمیایی پربازده در سال 1972 انتشار یافته است .
در جدول 4-6، مقایسه ای بین خمیرهای نیمه شیمیایی نوئل حاصل از پنج روش متفاوت، و گستره کامل بازده آنها به عمل آمده است. تغییر پارامترهای مربوط به مقاومت خمیر کرافت نوئل در گستره وسیعی از بازده ها نیز در شکل 4-7 نشان داده شده است.
جدول 4-6 اثر بازده خمیر بر خواص خمیر نیمه شیمیایی نوئل، تولید شده در فرایندهای مختلف ( روانی همه خمیرها، CSF500)
| نوع خمیر | بازده خمیر رنگبری نشده | لیگنین در خمیر | براقیت | مصرف نسبی انرژی مکانیکی | حجم
Cc/g |
ضریب ترکیدن | طول پارگی | کشش | ضریب پارگی | مقاومت در حالت تازه خورده |
|
بی سولفیت |
3/87 | 6/27 | 2/61 | 1/13 | 02/2 | 25 | 0/5 | 8/1 | 52 | 20 |
| 8/81 | 8/27 | 1/56 | 1/15 | 78/1 | 60 | 8/8 | 6/2 | 64 | 300 | |
| 6/76 | 1/26 | 2/55 | 6/11 | 50/1 | 75 | 4/10 | 9/2 | 63 | 580 | |
| 0/74 | 2/25 | 2/54 | 2/7 | 48/1 | 81 | 4/11 | 0/3 | 64 | 660 | |
| 9/65 | 4/23 | 1/55 | 6/7 | 41/1 | 93 | 12/4 | 1/3 | 70 | 1120 | |
| 2/57 | 3/19 | 6/61 | 2/5 | 39/1 | 91 | 5/11 | 8/2 | 69 | 1550 | |
| 5/55 | 7/12 | 3/64 | 6/2 | 32/1 | 94 | 3/12 | 2/3 | 76 | 1440 | |
|
سولفیت |
0/89 | 7/28 | 4/60 | 4/6 | 73/2 | 17 | 0/4 | 8/1 | 70 | 0 |
| 2/83 | 5/30 | 2/57 | 7/5 | 96/1 | 36 | 5/6 | 4/2 | 67 | 160 | |
| 5/76 | 0/30 | 6/53 | 1/5 | 78/1 | 47 | 6/7 | 6/2 | 74 | 200 | |
| 8/72 | 9/28 | 5/52 | 7/5 | 62/1 | 58 | 8/8 | 7/2 | 67 | 340 | |
| 6/64 | 5/23 | 7/53 | 1/1 | 59/1 | 65 | 7/9 | 8/2 | 78 | 540 | |
| 7/59 | – | 3/60 | 6/1 | 50/1 | 69 | 2/10 | 0/3 | 76 | 900 | |
| 0/51 | 2/7 | 5/64 | 4/2 | 34/1 | 79 | 8/10 | 4/3 | 80 | 1240 | |
| سولفیت خنثی | 8/86 | 1/28 | 6/52 | 8/22 | 70/1 | 53 | 2/8 | 5/2 | 60 | 280 |
| 2/79 | – | 8/51 | 6/16 | 61/1 | 65 | 8/9 | 7/2 | 61 | 450 | |
| 1/72 | 8/24 | 5/51 | 4/16 | 54/1 | 81 | 0/11 | 9/2 | 75 | 680 | |
| 7/69 | 4/23 | 3/50 | 9/17 | 53/1 | 92 | 5/12 | 0/3 | 68 | 880 |
ادامه جدول 4-6
| 4/61 | 9/20 | 0/51 | 0/16 | 47/1 | 103 | 1/13 | 0/3 | 72 | 700 | ||||
| سولفیت خنثی | 7/61 | 7/18 | 2/51 | 9/11 | 42/1 | 104 | 1/14 | 1/3 | 74 | 1330 | |||
| 3/52 | 8/12 | 5/55 | 40/5 | 47/1 | 113 | 6/14 | 1/3 | 76 | 1370 | ||||
| کرافت | 4/93 | 2/29 | 7/29 | 2/9 | 43/2 | 4 | 6/1 | 8/0 | 23 | 0 | |||
| 5/88 | 7/29 | 2/27 | 6/15 | 10/2 | 7 | 3/2 | 0/1 | 30 | 1 | ||||
| 8/67 | 0/30 | 9/18 | 3/19 | 60/1 | 26 | 3/5 | 2/2 | 69 | 45 | ||||
| 3/71 | 0/27 | 2/17 | 0/26 | 57/1 | 59 | 1/8 | 2/3 | 84 | 500 | ||||
| 8/63 | 9/20 | 8/17 | 0/25 | 43/1 | 87 | 1/10 | 7/3 | 96 | 1440 | ||||
| 1/55 | 4/14 | 6/18 | 1/16 | 40/1 | 103 | 4/12 | 9/3 | 100 | 2550 | ||||
| 7/44 | 3/4 | 7/28 | 4/5 | 30/1 | 111 | 9/12 | 8/3 | 117 | 2875 | ||||
| سودا | 2/90 | 6/29 | 6/26 | 0/15 | – | – | – | – | – | – | |||
| 0/79 | 9/30 | 0/23 | 0/24 | 87/1 | 16 | 7/3 | 5/1 | 65 | 12 | ||||
| 8/74 | 5/29 | 7/26 | 4/20 | 70/1 | 30 | 2/5 | 0/2 | 78 | 60 | ||||
| 7/60 | 9/22 | 9/17 | 0/17 | 40/1 | 66 | 65/9 | 2/3 | 93 | 680 | ||||
| 8/57 | 8/19 | 2/30 | 8/16 | 48/1 | 82 | 85/9 | 1/3 | 99 | 1240 | ||||
| 2/48 | 0/13 | 3/23 | 0/11 | 40/1 | 90 | 2/11 | 4/3 | 111 | 1840 | ||||
خمیرهای حل شونده
خمیرهای حل شونده برای تبدیل شیمیایی سلولز به فراورده هایی از قبیل ریون، سلوفان، استات سلولز و نیترات سلولز و کربوکسیمتیل سلولز مورد استفاده قرار می گیرند . تولید این خمیرهای مخصوص در نوع خود یک صنعت مهم به شمار می آید .
خمیرهای حل شونده با نوعی بافت کرافت یا سولفیت تهیه می شوند . در هر مورد، هدف، تولید سلولزی به نسبت خالص و یکنواخت است و در این راه، لیگنین و همی سلولزها ناخالص ترقی می شوند و باید حذف شوند . سوزنی برگان مواد اولیه اصلی هستند، اما برخی از پهن برگان را نیز می توان به این منظور به کار برد . خالصترین خمیر( محتوی 99% سلولزآلفا)، از لینتر پنبه به دست می آید .
فرایند ویسکوز- ریون مهمترین مصرف کننده خمیر حل شونده است . در این فرایند، سلولز شیمیایی را در سود سوزآور غوطه ور می کنند تا قلیا سلولز تشکیل شود . قلیا سلولز را در مدت معینی نگاه می دارند و سپس در دی سولفید کربن حل می کنند که بر اثر آن مایعی به رنگ نارنجی براق به نام کسانتات تشکیل می شود . سپس با روزن رانی[2] کسانتات به درون یک حمام اسید سولفوریک، سلولز بازسازی می شود . بسته به اینکه کسانتات از میان منافذ ریز وکوچک یک نخ ساز عبور داده شود یا روی صفحه پهنی گسترده شود، الیاف (ریون) یا فیلم(سلوفان) به دست می آید .
4-2 مسائل مطرح در خمیر سازی
یکی از مشکلات موجود در کارخانه های تولید خمیر شیمیایی، بوی نامطلوب و زننده ای است که از گوگرد موجود در مایع پخت ناشی می شود . با طراحی صحیح کارخانه و بهسازی عملیات، می توان انتشار گازهای بدبو را به حداقل رسانید؛ گرچه نسبت به 15 سال گذشته پخش این نوع گازها در کارخانه ها به میزان 10 درصد کاهش یافته است، متاسفانه برخی از سولفیدهای آلی گازی حتی در غلظتهای بسیار کم (حدود یک جزء در میلیون) باز هم آزار دهنده هستند .
به دلیل مشکل بو بهتر این است که در جستجوی راهی برای حذف کامل گوگرد از فرایندهای لیگنین زدایی باشیم. تعدادی فرایند غیر گوگردی مورد بررسی قرار گرفته است، اما هیچ کدام تاکنون به یک فرایند تجارتی- صنعتی کامل برای تهیه خمیر ازسوزنی برگان تبدیل نشده است. یکی از فرایندهای مورد توجه، فرایند سودا- اکسیژن است که در آن، پس از یک پخت قلیایی کوتاه، لیگنین زدایی با اکسیژن انجام می شود . با این روش، در آزمایشگاه خمیری تولید شده است که تقریباً خواص خمیر کرافت را دارد. روش دیگر، مبنی بر جایگزین کردن NaS با یک کتالیزور دیگر، یعنی آنتراکینون، به منظور تسریع واکنش سود (NaOH) با لیگنین است .
یک روش امید بخش دیگر، که بهره برداری بهترچوب همرام با کاهش آلودگی را به دنبال دارد، تکمیل و پیشبرد فرایندهای مکانیکی است. قبلاً به عنوان کاغذ روزنامه، TMP جایگزین خمیر شیمیایی شده است. امید می رود در دیگر موارد نیز خمیرهای شیمیایی- گرمایی- مکانیکی، جانشین مناسبی برای خمیرهای شیمیایی بشوند .
4-3 مقایسه خمیرها از نظر خواص و کاربرد
در جدول 4-7 خصوصیات فرایندهای خمیر سازی مهم خلاصه شده است. خواص الیاف از دیدگاه کاغذ سازی، به طور کامل تابع گونه به کار رفته و فرایند مورد استفاده برای تولید خمیر و تخلیص و تبدیل آن است. به بیان دیگر، ماهیت ابعادی، ساختاری و شیمیایی الیاف در اثر خمیرسازی، رنگبری، خشک کردن و زدن تغییر می کند.
ویژگیهای برجسته ای که عملاً تعیین کننده خصوصیات الیاف از نظر کاغذ سازی هستند، عبارت اند از :
طول الیاف، چگالی الیاف، زبری و زمختی الیاف، مقاومت درونی، میزان صدمات فیزیکی رسیده به الیاف، میزان صدمات شیمیایی رسیده به زنجیرهای سلولزی، ماهیت و نحوه توزیع لیگنین باقیمانده، ماهیت ونحوه توزیع همی سلولزها .
در اینجا تاثیر فرایندهای خمیر سازی مختلف بر خواص الیاف به کوتاهی بیان شد .
جدول 4-7 فهرستی از فرایندهای مهم تولید خمیر
| نام کلی | نام ویژه | چوب مورد استفاده | حالت چوب | بازده | مقاومت نسبی سوزنی برگ | تقریبی پهن برگ |
| مکانیکی | گراندود سنگی | بیشتر سوزنی برگ | گرده بینه کوتاه | 95-90% | 5 | 3 |
| RMP | بیشتر سوزنی برگ | خرده چوب | 95-90% | 6-5 | 3 | |
| TMP | سوزنی برگ | خرده چوب | 90% | 7-6 | – | |
| شیمیایی- مکانیکی | گراندود شیمیایی | پهن برگ | گرده بینه کوتاه | 90-85% | – | 6-5 |
| سودای سرد | پهن برگ | خرده چوب | 90-85% | – | 6-5 | |
| نیمه شیمیایی | NSSC | پهن برگ | خرده چوب | 80-65% | – | 6 |
| سولفیت پر بازده | بیشتر سوزنی برگ | خرده چوب | 75-50% | 7 | 6 | |
| کرافت پر بازده | بیشتر سوزنی برگ | خرده چوب | 70-50% | 7 | 6 | |
| شیمیایی | کرافت | هر دو نوع | خرده چوب | 50-40% | 10 | 8-7 |
| سولفیت | هر دو نوع | خرده چوب | 55-45% | 9 | 7 | |
| سودا | هر دو نوع | خرده چوب | 55-45% | – | 8-7 |
صورتی که به درستی انجام و کنترل شود، اثر اندکی بر خواص مکانیکی الیاف خواهد داشت، در حالیکه خواص نوری کاغذ را بهبود می بخشد .
اگر خمیر قبل از تبدیل به کاغذ خشک شود، به دلیل تشکیل برگشت ناپذیر برخی پیوندهای درونی، تغیرات مهمی در خواص الیاف روی می دهد؛ الیاف در درون خود سفت تر و محکم تر می شوند، اما قابلیت تورم و پیوند یافتن با سایر الیاف در آنها کاهش می یابد؛ در نتیجه کاغذ حاصل پر حجمتر و ضریب پارگی آن بیشتر است، درحالیکه ضریب ترکیدن و مقاومت کششی آن کمتر از کاغذ حاصل از خمیری است که هرگز خشک نشده باشد.
خمیری که برای فروش به مناطق یا کشورهای دیگر ارسال می شود، حدود 80 تا 90% خشک می شود .
همۀ خمیرهای شیمیایی راباید پالایش کرد تا خواص مناسب برای تبدیل به کاغذ را به دست آورند . بر اثر پالایش، الیاف در هم می ریزند و شکل پذیرتر می شوند؛ در نتیجه، کاغذی چگالتر با ضریب ترکیدن و مقاومت کششی بیشتر به دست می آید
از خمیر کرافت سوزنی برگان محکمترین کاغذ تولید می شود و هر جا استحکام مورد نظر باشد، باید از این خمیر استفاده شود؛ از کاربردهای مهم آن، کاغذ بسته بندی، کیسه، و کاغذ برای ساخت جعبۀ مقوایی را می توان نام برد. در تولید کاغذ روزنامه، مقداری خمیر کرافت سفید اضافه می شود تا مقاومت کاغذ بیشتر شود، ودر ماشین کاغذ سازی و ماشین چاپ پاره نشود . خمیر کرافت سفید شده برای تولید کاغذ حوله ای و مقوای سفید نیر مصرف می شود . خمیر سولفیت در کلیۀ مواردی که به کاغذهایی با مقاومت متوسط(کاغذ تحریر و کاغذ فتوکپی) نیازست به کار می رود . در این گونه موارد، برای بهبود شکل پذیری و خواص نوری (ماتی) کاغذ، مقداری خمیرکرافت یا سودای پهن برگ به خمیر سولفیت اضافه می شود. برای تولید دستمال کاغذی و کاغذهای بهداشتی دیگر نیز از مقدار زیادی خمیر سولفیت استفاده می شود تا کاغذ حاصل نرم، پرحجم و جاذب رطوبت باشد.
خمیر مکانیکی، عمدتاً در تولید کاغذ روزنامه و کاغذ چاپ پوشش دار به کار می رود. این نوع کاغذها خوب فشرده شده اند و شکل و حالت خوبی دارند. برای افزایش مقاومت کاغذ، می توان به این خمیر مقداری خمیر شیمیایی اضافه کرد.
خمیرسازی به روشهای مکانیکی
تکنولوژی تولید خمیرهای مکانیکی در دو دهه اخیر به طرز شگفت انگیزی توسعه یافته است. در سال 1960 در واقع همه خمیرهای مکانیکی با فرایند بنیادی گراندوود سنگی (SGW) تولید شد. تا سال 1975 خمیرSGW همچنان 90% خمیرهای تولید شده در آمریکای شمالی را تشکیل داد؛ اما در سال 1980 حدود 50% خمیرهای مکانیکی با روشهای پالایشی (ریفاینر) تولید شدند.
انگیزه دگرگونی سریع و روی آوردن به روشهای پالایشی به دلیل سه مزیت مهم این روشها بوده است :
- امکان استفاده از ضایعات کارخانه های چوب بری و نجاری (خرده چوب و خاک اره)
- تولید خمیری با خواص مقاومتی بیشتر
- کاهش مخارج کارگری (واحد تولید بزرگتر، کنترل خودکار و موثرتر فرایند)
در قسمتهایی از آمریکای شمالی ضایعات صنایع چوب واقعاً زیاد است. توسعه روشهای خمیرسازی پالایشی، فرصتهای جدید را هم برای استفاده از منابع لیفی ارزان قیمت و هم برای تولید خمیر مکانیکی محکمتر که در مخلوط سازی به مقدار کمتری خمیر شیمیایی گران قیمت نیاز دارد، به وجود آورد.
باید یادآور شد که در حالیکه پیشرفت فرایندهای خمیرسازی پالایشی در سالهای اخیر مورد توجه بیشتری قرار گرفته است، از فرایند گراندوود سنگی نیز به هیچوجه غفلت نشده است. SGW از مزیت بسیار بزرگ مصرف کم انرژی برخوردار است. همچنین موفقیت جدید در بهسازی آسیابهایی که در فشار و دمای بالا کار می کنند، دورنمای رقابت بین خمیرهای SGW و خمیرهای پالایشی را از نظر استحکام و مقاومت الیاف، جدی و جالب توجه می نمایاند. جدا از روش خمیرسازی، مشخصه تعیین کننده کیفیت خمیر مکانیکی، انرژی مصرف شده برای تولید هر واحد معین خمیر، یعنی انرژی ویژه (اسب بخار- روز به ازای هر تن یا میلی ژول به ازای هر کیلوگرم) است. از آنجا که اندازه گیری انرژی ویژه به صورت دائمی دشوار است، معمولاً از روانی خمیر به عنوان پارامتر اصلی کنترل فرایند استفاده می شود. (برای مطالعه پیرامون آزمون روانی خمیر به بخش 22-3 مراجعه کنید.) به طور کلی هرقدر انرژی مصرف شده بیشتر باشد، روانی خمیر کمتر خواهد بود. متاسفانه رابطه بین دو پارامتر، بسته به کیفیت چوب متغیر است، این پدیده در داده های مربوط به گراندوود، شکل 5-1، به خوبی دیده می شود. غالباً خمیرهای مکانیکی، تا رسیدن به گستره خاصی از روانی تهیه می شوند و با این کار، کیفیت خمیر و نیز قابلیت آب پس دهی آن روی نوار ماشین کاغذسازی کنترل می شود.
5-1 نامگذاری در خمیرسازی مکانیکی
به دلیل ظهور فرایندهای خمیرسازی مکانیکی جدید و اصلاح شده، به منظور اجتناب از سردرگمی، یک نامگذاری استاندارد شده ضرورت یافته است. لیسک پیشنهاد کرده است که هر نوع خمیر مکانیکی با حداقل بازده حدود 85% با علامت MP مشخص شود و حروف دیگر برای مشخص کردن هر فرایند مخصوص و نیز مراحل و توالی آن فرایند آورده شود. به نظر می رسد این سیستم نامگذاری را همگان پذیرفته اند. با این حال در جدول 5-1 وجه تمایز بین خمیر گراندوود و سایر انواع خمیرهای مکانیکی، طبق پیشنهاد وست و دیگران، نشان داده شده است.
جدول 5-1 روشهای خمیرسازی مکانیکی و نامگذاری
| نشانه اختصاری فرایند | شرح فرایند به اختصار |
| SGW | گراندود سنگی : آسیاب در فشار عادی |
| CGW | گراندود شیمیایی: عمل آوری شیمیایی مقدماتی(در فشار عادی یا فشار بالا)،آسیاب در فشار عادی |
| PGW | گراندود تحت فشار: آسیاب تحت فشار و دمای بالا |
| RMP | خمیر مکانیکی پالایشی(ریفاینر) : پالایش در فشار عادی، بدون عمل آوری مقدماتی |
| TRMP | خمیر مکانیکی پالایشی گرمایی: پالایش در فشار عادی، بخار دهی مقدماتیخرده چوبهادر دمای بالای c100 |
| CMP | خمیر شیمیایی – مکانیکی: بخاردهی اولیه خرده چوبها در دمای بالای c 100 ، پالایش دومین در فشار عادی |
| TMP
|
خمیر گرمایی مکانیکی: بخاردهی اولیه خرده چوبها در دمای بالای C100 ، پالایش دومین در فشار عادی |
| TANDEM
TMP |
خمیر گرمایی- مکانیکی دو مرحله ای: عمل آوری مقدماتی خرده چوبها در دمای بالای c100 ، هر دو مرحله پالایش در دمای بالای c100 |
| CTMP | خمیر شیمیایی –گرمایی- مکانیکی: قبل از بخاردهی اولیه خرده چوبها در دمای بالایc 100،
پالایش مرحله دوم در فشار عادی |
| SCMP | خمیر نیمه شیمیایی مکانیکی: پالایش در فشار عادی ، قبل از بخاردهی اولیه یا در ضمن آن در دمای c 100 ،مواد شیمیایی اضافه می شد |
5-2 فرایند گراندود سنگی
در فرایند گراندود سنگی، خمیر با اعمال فشار روی قطعات چوب به وسیله سطح ساینده(تراشنده) سنگ چرخان تولید می شود . قطعات چوب به در جهت موازی با محور سنگ قرار می گیرند به طوری که در عمل آسیاب کردن(خرد کردن)، الیاف، بدون آنکه آسیبی بینند، از هم جدا می شوند .
اساس فرایند گراندود از زمان پیدایش در سال 1840 تا کنون تغییر چندانی نکرده است، اما در طراحی و کنترل آسیابها، در تکنیکهای آماده سازی چوب و روشهای تغذیه، و در تولید سنگ آسیابهای مصنوعی، پیشرفتهای بزرگی حاصل شده است . یک کارخانه گراندود جدید فقط چهار تا شش آسیاب دارد تا بتواند برای یک ماشین بزرگ کاغذ سازی خمیر تولید کند . سیستمهای تغذیه اتوماتیک چوب، نیروی کارگری ضروری را شاید به 05% ساعت کار انسانی به ازای هر تن خمیر کاهش داده است. در گذشته که گرده بینه به طور دستی به داخل آسیاب فرستاده می شد، نیروی کارگری ضروری 2 تا 3 ساعت کار انسانی به ازای هر تن بود .
مراحل یک فرایند گراندود کامل به صورت طرح در شکل 5-2 نشان داده شده است. در اینجا به شرح عملیات آسیاب کنی می پردازیم . عملیات غربال، پاکسازی، تغلیظ و سایر مراحل فرایند که در همه عملیات خمیر سازی معمول است، در فصل 9 شرح داده خواهد شد .
اساساً، هدف از غربال و پاکسازی، خارج ساختن دسته های الیاف از هم جدا نشده (ریزه چوبها)، مواد ریش ریش شده کوتاه (خرده چوبهای ریز) و سایر اجزای نامناسب (مانند ریزه های پوست و آشغال) از سوسپانسیون خمیر است . هدف از غلیظ کردن(یا مایه دار کردن) خمیر، آبگیری از آن و افزودن به انسجام(همگیری) در سوسپانسیون خمیر است .
خرد کن(آسیاب)
عناصر اصلی در یک خرد کن در شکل 5-3 نشان داده شده است. فشار تنظیم شده ای بر گرده بینه وارد می شود که به ساییده شدن سطح چوب در برابر سنگ چرخان می انجامد. دو میله انگشتی طوری به دقت تنظیم شده اند که اندازه خرده چوبها را کنترل کنند و فقط خرده چوبهایی با اندازه معین را از خود عبور دهند. آبپاشها، الیاف را از بدنه سنگ جدا کرده به داخل یک حوضچه می ریزند. با این کار سنگ نیز تمیز و سرد نگهداشته می شود. علاوه بر این، سنگ در حال چرخش به داخل آب حوضچه فرو می رود و خنکتر می شود. میزان فرو رفتن سنگ در این آب در حد معینی به وسیله یک آب بند یا سد قابل تنظیم است. دوغاب خمیر از این سد سرریز شده به داخل یک کانال هدایت می شود و کانال همه آسیابها به یک مخزن مرکزی می رسند. از آنجا دوغاب جمع شده به طرف غربالها پمپ می شود.
جزء اصلی در فرایند گراندوود سنگی، سنگ آسیاب سوار شده روی محور است (شکل 5-4). کیفیت خمیر تولید شده (یعنی خواص آن از نظر استحکام و آب پس دهی) عمدتاً به ویژگیهای سطح این نوع سنگ بستگی دارد.
در عمل، همه سنگهای مورد استفاده در آمریکای شمالی به طور مصنوعی ساخته می شوند که لایه ای از یک ماده زبر و سخت با اندازه زبری مشخص دارند. اما سطح سنگ پس از مدتی کار و خرد کردن چوب، نسبتاً صاف و از کارآیی آن کاسته می شود تا حدی که لازم است دوباره آن را زبر و خشن کنند. سنگ معمولاً با استوانه های چاپگر فلزی که الگوهای خاصی را روی خود دارند، منقوش شده و به اصطلاح تیز می شود. موقعیت این استوانه های تیزکن بر روی سنگ با یک چرخ مخصوص تنظیم و کنترل می شود.
سنگ
بخش ساینده سنگ آسیاب جداگانه ساخته و سپس روی یک مغز بتونی پیچ می شود (شکلهای 5-5 و 5-6). لایه های ساینده را از دانه های زبر و سفت اکسید آلومینیم یا کربید سیلسیم ساخته و با چسبهای مناسب به هم می چسبانند. معمولاً ضخامت لایه ساینده حدود cm 7 است. این لایه در صورت کار مداوم، حدود دو سال دوام دارد.
در ساخت بخشهای مختلف سنگ آسیاب، دانه های زبر را با اندازه های معین آماده می کنند. اندازه متوسط دانه ها، پیوند و اتصال بین آنها و نسبت تعداد دانه ها به چسب، همگی بر کیفیت و خواص حاصل اثر می گذارند. عموماً برای تولید گراندوودی با روانی کم از دانه های زبر ریزتر استفاده می کنند؛ در صورتی که دانه های زبر متوسط برای تولید خمیر مناسب برای کاغذ روزنامه و دانه های زبر درشت برای تولید خمیر مقوا به کار می رود. هنگامیکه کارخانه سنگ آسیاب جدیدی را سفارش می دهد، لازم است گونه های چوب را که در خمیرسازی مصرف می کند و شرایط خاص خرد کردن چوب را به اطلاع سازنده برسانند.
مکانیسم خرد شدن
قبلاً مکانیسم خرد کردن و آسیاب کردن چوب را به سادگی، عمل کندن و خرد کردن چوب به وسیله لایه ای زبر و خشن و در نتیجه تبدیل چوب به الیاف تعریف کردیم. گرچه این مکانیسم در مورد یک سنگ خیلی تیز صادق است، اما در حال حاضر با توجه به نحوه عمل ساینده های “آماده” چندان مهم تلقی نمی شود.
آنچه که پذیرفته شده و تحقیقات نیز آن را تایید کرده است، این است که خمیر سازی به روش گراندود سنگی شامل یک رشته اعمال همزمان است . عمل برتر، اعمال فشار و رفع فشار با فرکانس زیاد در سطح تماس چوب و لایۀ ساینده است( شکلهای 5-7و 5-8)؛ با این عمل چسبندگی بین الیاف بر اثر ضربه و فشار پی در پی سست می شود . در مدت معین، بر اثر اصطکاک بین سنگ و چوب، و نیز اصطکاک بین چوب و چوب، گرمای بسیار زیادی آزاد می شود . این گرما لیگنین را که الیاف را به هم چسبانده است نرم می کند و جدا شدن آنها را از یکدیگر آسانتر می سازد .
از آنجا که در عمل بخش اعظم توان خرد کنندگی در همین ناحیه به صورت گرما آزاد می شود، کنترل دما به وسیله آبپاشها امری بسیار ضروری است . آب بسیار زیاد عمل نرم شدن چوب را کند می کند، در حالی که رطوب ناکافی سبب وقوع پدیده ذغال شدگی می شود .
کنترل فرایند خرد شدن
فهرست به نسبت کاملی از متغیرهای موثر برفرایند آسیاب کنی چوب در جدول 5-2 گردآوری شده است .
طراحی خود آسیاب را نیز می توان به عنوان یک متغیر به حساب آورد .
عموماً، عامل کنترل اصلی روانی خمیر است . برخی از انواع خمیر های گراندوود، همراه با میزان روانی مورد نظر و میزان انرژی ویژه نسبی، در جدول 5-3 گردآوری شده است .
معمولاً، کیفیت مواد چوبی رسیده به فرایند گراندوود خارج از کنترل اپراتور است . سنگ خرد کننده از نوعی انتخاب می شود که بتواند از چوبهایی با کیفیت متوسط، خمیری با کیفیت مناسب تولید کند. سرعت جریان آب از آبپاشها، دما و نیز میزان فرو رفتن سنگ در آب معمولاً به بهترین وضع تنظیم و به خوبی کنترل می شود.
(بعضی از سنگها را لازم نیست در آب فرو کنند؛ مانند آنچه که در خردکنهای بدون مخزن آب هست)
جدول5-2 متغیرهای موثر بر عمل خرد شدن چوب
| ویژگی های چوب | گونه،سن، مقدار رطوبت، میزان پوسیدگی، قطر گرده بینه |
| ویژگی های سنگ | نوع دانه های زبر، اندازه دانه ها، نوع چسب به کار رفته، نسبت دانه ها به چسب |
| ویژگی های آبپاش | سرعت جریان آب، دمای آب، فشار آب، شمار و آرایش منفذهای آبپاش |
| تیزی سنگ | شمار تیز کردنها، میزان زبری، الگوی حک شده روی سنگ، ابزار تیز کننده |
| ویژگی های عملیات | فشار در سیستم،سرعت چرخش سنگ، میزان فرورفتگی سنگدر آب پشت سد، افزودنیهای شیمیایی |
جدول 5-3 انواع خمیرهای گراندوود
| فراورده | کاغذ روزنامه | کاغذ کتاب | دستمال کاغذی | مقوا | کاغذ های ویژه |
| ویژگی فرایند | (چند نوع) | (بسیارمتنوع) | (چند نوع) | ||
| انرژی ویژه، | 70-60 | 90-60 | 130-40 | 60-50 | 80-50 |
| (اسب بخار – روز بر تن) | |||||
| روانی خمیر(CSF) | 95-85 | 90-50 | 140-75 | 175-160 | 150-40 |
| الگوی حک شده روی | مارپیچ | مارپیچ | مارپیچ با نقوش | مارپیچ | مارپیچ و |
| سنگ | چهار وجهی | الگوهای دیگر | |||
| اندازه دانه های زبر | 60 | 60 | 24(درشت) تا | 46-20 | |
| (معیاری از زبری) | (متوسط) | (متوسط) | 80(ریزونرم) | (درشت) |
در عمل، تنها متغیر های تحت کنترل اپراتور،تیزی سنگ و فشار هیدرولیکی استوانه است . یادآوری می شود که فشار هیدرولیکی استوانه همانند فشار خرد کنندگی نیست، اما بدیهی است که بین این دو متغیر رابطه ای وجود دارد .
تیز کردن سنگ به این منظورانجام می شود که سرعت تولید خمیر و(یا) روانی خمیر غربال شده افزایش یابد. اما تیز کردن یک اثر نامطلوب بر خمیر دارد که با کاهش انرژی ویژه ئو کاهش مقاومت کششی و مقاومت ترکیدن مشخص می شود(شکل5-9) . انرژی ویژه بیشتر به معنای مصرف انرژی بیشتر به ازای واحد چوب، لیفی تر شدن بیشتر(یعنی روانی کمتر) و تشکیل مقدار بیشتری نرمه است . سنگها را در فاصله های زمانی تنظیم شده ای تیز می کنند، به طوری که در خمیر مخلوط حاصل تغییرهای ناگهانی دیده نشود . اگر در روانی خمیر یا سرعت تولید، تغییرهای نامطلوبی دیده شود، باید سنگها را به فاصله های کوتاهتری تیز کرد .
دستگاه های خرد کننده را عموماً در ظرفیت بارگذاری بیشینه موتور یا کمتر از آن به کار می اندازد . هنگامی که سنگ خیلی تیز است، فشار سنگ بر چوب باید نسبتاً کم باشد تا از فشار آمدن به موتر جلوگیری شود . اما پس از مدتی، حتی فشار بیشینه نیز برای رسیدن به حداکثر ظرفیت بارگذاری موتور کافی نیست .
تیز کردن سنگ
تیز کردن سنگ با حرکت دادن یک سیلندر کوچک (با قطری درحدود cm 5/7 و طولcm 5/7) به نام استوانه حکاک، بر روی سطح سنگ چرخان عملی می شود . برای اطمینان از یکنواختی تیز شدن، استوانه را روی پایه ای محکم می کنند
معمولاً استوانه را چند بار روی سنگ چرخان حرکت می دهند تا شیارها به عمق کافی (حدود cm 6/1 ) برسند .
انواع استوانه ها با الگوهای مختلف وجود دارند (شکل 5-11)، که از میان آنها نوع مارپیچی و شبکه لوزی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. سطح مقطع یک سنگ تیز شده ایده آل در شکل 5-12 نشان داده شده است .
اثر متغیرهای مربوط به چوب
در حالت ایده آلف چوب مناسب برای خمیر سازی مکانیکی باید دارای مشخصات استحکام خوب، کم رنگ یا بی رنگ بودن، انرژی خرد شدن کم، و نداشتن مشکلات عملیاتی باشد . گونه هایی که این ویژگی ها را دارند عبارت اند از نوئل و نراد بالزام . کارخانه های کانادایی عمدتاً از نوئل و نراد به الزام استفاده می کنند. در بعضی از کارخانه ها از تسوگا (هملاک) و کاج نیز بهره برداری می شود. نوبر از جمله پهن برگانی است که برای تولید خمیر مکانیکی گراندوود مصرف می شود .
عواملی که نوئل را به گونه برتری برای تولید گراندوود تبدیل میکنند عبارت اند از براقی زیاد، چگالی کم (بیشتر بودن حجم چوب بهاره)، کم رنگ بودن چوب درون، و کم بودن مواد رزینی و عصاره ای .
چنانچه جدول 5-4 نشان می دهد، مزیت این گونه ها بر سایر گونه ها آشکار است. گراندوود نوئل را می توان بدون افزایش براقیت در تهیه کاغذ روزنامه به کار برد .
از سوی دیگر، کاجها چوبهای نسبتاً چگال با چوب تابستانه زیاد هستند. رنگ چوب درون تیره است و مقدار رزین در تمامی درخت زیاد است . کسانی که با این چوبها کار می کنند، آموخته اند که برای دستیابی به سطح ویزه بزرگتر و روانی کمتر، انرژی بیشتری مصرف کنند، از درختان جوان (زیر 35 سال)، یعنی چوبی با چوب درون کمتر، بهره برداری کنند و از آلوم یا سود استفاده کنند تا قیر به طور شیمیایی کنترل شود ]9[. با وجود این، کیفیت خمیر حاصل از این نوع چوبها با خمیر گراندوود نوئل قابل مقایسه نیست .
زیاد بودن مقدار رطوبت چوب سبب آسان شدن کار آسیاب می شود. کمترین رطوبت قابل قبول حدود 30% است، گرچه رطوبت 50-45% بهتر است. گاهی چوبی را که رطوبت آن کم است، مدتی می خیسانند تا برای خرد کردن آماده شود .
انواع خردکنها (آسیابها)
در دنیا چند نوع خرد کن مورد استفاده است که طرح ساده تعدادی از آنها را در شکل 5-13 می بینیم . خرد کننده زنجیری و خرد کننده حلقه ای از جمله خردکننده های بار کار مداوم هستند. خردکننده های مخزنی و پاکتی به طور منقطع کار می کنند، به طوری که یک یا دو مخزن را می توان پر کرد یا در حالی که مخزنی در حال خالی شدن است، مخزن یا مخزنهای دیگر را پرو آماده کار کرد .
بیشتر کارخانه های گراندوود جدید مجهز به خردکنهای دو پاکتی از نوع تصویر شده در شکل 5-14 هستند . این طرح را به آسانی می توان خودکار ساخت، ودر آنها مشکل راه بندان به وسله پار های چوب را، که در خردکنهای پیوسته به وجود می آید، از بین برد. در بعضی از کارخانه های مدرن از خرد کنهای مجهز به مخزن هیدرولیکی (شکل 5-15) استفاده می شود .
جدول 5-4 مقایسه خمیرهای گراندوود حاصل از گونه های مختلف چوب
| نوئل | بالزام | تسوگا | کاج | |
| انرژی لازم | 0/5 | 2/5 | 6/5 | 3/6 |
| ضریب ترکیدن kpa | 4/1 | 3/1 | 1/1 | 9/0 |
| ضریب پارگی mN | 1/4 | 8/3 | 2/3 | 8/2 |
| براقیت، (%) | 61 | 59 | 57 | 56 |
پالایش پس زده ها
تا سالهای 1950 ، هدف اصلی پالایش پس زده ها کاهش اندازه پس زده های غربال بود تا جایی که آنها قابل قبول باشند . درباره کیفیت این خمیر نگرانی وجود نداشت و آن را فقط به عنوان یک پر کننده تلقی می کردند.
پیشرفت در ساختن پالاینده دیسکی، تبدیل دسته های به هم چسبیده الیاف را به الیاف آزاد، با کیفیت هم تراز با توده گراندوود ممکن ساخت. با پیشرفت در زمینه پالایش پس زده ها، پایه های خمیر سازی مکانیکی پالایشی نیز ریخته شد .
خرد کنی تحت فشار
فرایند خرد کردن چوب در فشار زیاد به تازگی در فنلاند توسعه یافته و در بعضی کارخانه ها از این تکنولوژی جدید استفاده شده است]10[. برای اینکه تمام عملیات خرد کنی تحت فشار انجام پذیرد، از هوای فشرده سود می برند. با این کار از پخش بخار جلوگیری می شود و در ناحیه خرد شدن چوب دمای بالاتری به وجود می آید. برای کاهش افت فشار به هنگام ورود چوب به داخل خرد کن، همه دریچه ها آب بندی می شوند؛ تخلیه خمیر از طریق یک شیر لحظه ای عملی می شود . با استفاده از این نوع خرد کن، به ازای مصرف برابر انرژی، خمیر بهتر و محکمتری به دست می آید (جدول 5-5). این فرایند در مقایسه با TMP ، به ویژه به این دلیل که به انرژی کمتری نیاز دارد، امید بخش به نظر می رسد .
5-3 خمیر مکانیکی پالایشی (RMP)
نخستین تولید خمیر مکانیکی پالایشی (RMP) در سال 1960 آغاز شد. RMP با کاهش مکانیکی اندازه خرده چوبها (یا خاک اره) در یک پالاینده دیسکی تولید می شود. معمولاً فرایند دارای دو مرحله پالایش است که به دنبال هم عمل می کنند (یعنی پالایش دو مرحله ای است) و در مقایسه با گراندوود معمولی، خمیری با الیاف بلندتر به دست می دهد. در نتیجه، خمیر حاصل محکمتر، روانتر، پر حجمتر، اما کمی تیره رنگتر است .
قلب فرایند RMP پالاینده دیسکی است. پالاینده های نشان داده شده در شکلهای 5-16 و 5-17 واحدهای چرخنده دوگانه اند که در آنها هر دیسک در جهت مختلف دیسک دیگر می چرخد. در سایر طرحها، یک دیسک روی دیسک ثابتی می چرخد (شکل 5-18)، یا یک دیسک دو پهلو بین دیسک ثابت می چرخد (شکل 5-19). پاکیزگی دیسک اهمیت اساسی دارد و کار آنها با یک سیستم بارگذار الکترومکانیکی یا هیدرولیکی کنترل می شود. ماده پالایش شدنی با یک تغذیه کننده پیچی به داخل چشم باز (مرکز) پالاینده فرستاده می شود. با عبور مواد از نواحی مختلف پالاینده و نزدیکتر شدن آن به لبه های محیطی دستگاه، توده چوب به تدریج به ذرات ریزتر و سرانجام به الیاف تبدیل می شود . از طریق چشم پالاینده آب به داخل آن فرستاده می شود تا غلظت خمیر کمتر شود؛ گاهی از طریق این چشم مواد شیمیایی هم به داخل پالاینده فرستاده می شود .
جدول 5-5 ویژگیهای خمیر گراندوود تهیه شده تحت فشار(PGW) در مقایسه با خمیر تهیه شده در شرایط عادی(SGW) در درجه روانیCSF 100
| SGW | PGW | |
| مقاومت نمونۀ مرطوب اولیه() | 60 | 90 |
| چگالی( ) | 40/0 | 38/0 |
| ضریب کششی() | 32 | 37 |
| ضریب پارگی () | 5/3 | 6/5 |
| مقاومت در برابر ترکیدن(KPa) | 4/1 | 3/2 |
امروزه پالاینده هایی به قطر 70 اینچ و با توان 18000 اسب بخار( 13400کیلو وات ) برای هر دیسک در کار هستند .
مکانیسم پالایش شبیه مکانیسم خرد شدن است، اما بین آنها چند تفاوت اساسی وجود دارد . مانند خرد شدن، در اینجا نیز، بر اثر فشار- ضد فشارو اصطکاک بین چوبها و بین چوب و فلز در میان دو دیسک، لیگنین نرم می شوند . در خمیر تازه تهیه شده، الیاف درهم پیچیده اند و لازم است با استفاده از آب داغ به خوبی از هم باز شوند . در واقع، خمیر نمی تواند از نظر روانی متمایز شود مگر اینکه حالت “درهم رفتگی” (latency ) آن را برطرف کنند .
صفحه های پالایندۀ مرحلۀ اول شیارها و برآمدگی های درشتو بر جسته دارند که چشم در میان آنها قرار دارد (شکل 5-21). این برآمدگی ها خرده چوبها را ریش ریش می کنند و در عین حال باعث می شوند یک نیروی مرکز گریز یشکل بگیرد؛ این نیرو خرده چوبها را به طور مطلوبی جهت می دهد و در نتیجه، در این ناحیه پالایش به خوبی صورت می گیرد . در ناحیۀ پالاینده فاصلۀ شیارها و ضخامت و ارتفاع برآمدگیها به تدریج کم و کمتر می شود به طوری که خرده چوبهای زبر و خشن به صورت خمیر نرم از اطراف دیسک بیرون می آید. معمولاًبرآمدگی ها به طرف بیرون کمی باریکتر می شوند (حدود 01/0 یا کمتر) تا حرکت خمیر به طرف دایره بیرونی را تسهیل کنند . در بعضی از صفحه ها موانعی کار گذاشته می شود تا سبب شوند خمیر روی برآمدگی ها بیاید و پالایش شود . ممکن است صفحه هایی با زه کمربندی به کار گرفته شوند، تا به این ترتیب زمان توقف خمیر در بین دیسکها باز هم بیشتر شود (دیسک هایی که”کمربند بسته” دارند) .
صفحه های پالاینده مرحلۀ دوم ، معمولاً برآمدگی های خرد کننده کوتاهتر و منطقۀ پالایش وسیعتری دارند. برآمدگیهای خرد کننده برای جهت دهی و دادن نیروی مرکز گریز به خمیر تا حدودی پالایش شده ضروری هستند. جنس صفحات پالاینده از فولاد نیکل دار یا قیمت نسبتاً ارزان تا فولادها وآلیاژهای زنگ نزن بسیار گران قیمت متغیر است .
کنترل پالایش
فهرست جامعی از متغیر های تاثیر گذارنده بر پالایش خرده چوب و خمیر در جدول 5-6 گردآوری شده است. شرایط متفاوتی انتخاب شده و عملیات در همگی موفقیت آمیز بوده است و به نظر می رسد که فرایند در گسترۀ وسیعی از متغیرها به خوبی عمل می کند . در بیشتر اوقات پالایش خمیر در غلظت های بین 16 تا50% انجام می شود.
برای یکنواخت نگه داشتن عملیات، مهم است که بخار آزادانه از ناحیۀ پالایش تخلیه شود . تخلیه نامنظم بخار به ” پس دمش” مربوط است که سبب قطع جریان خرده چوبها و نوسان در مقدار خمیر پالایش شونده در یک ناحیه می شود . معلوم شده است که فشار بخار تحت تاثیر چندین متغیر عملیاتی است، اما از راه کاهش دما و غلظت خمیر ورودی به آسانی کنترل می شود .
کیفیت خرده چوب عامل اصلی موثر بر کیفیت خمیر مکانیکی است . چنان که در مورد خرد کردن چوب مشاهده می شود، در اینجا نیز در مقایسه با چوب خشک، از چوب سبز خمیر بهتری به دست می آید . پوست، مواد زاید و”لکۀ آبی” (ناشی از حمله های قارچی)، همراه خمیر وارد پالایندهمی شوند . خرده چوبهای بد قواره، به ویژه خرده چوبهای حاصل از چوب فشاری، مشکلاتی را در پالاینده و در نفوذ گرما به وجود می آورند . برای خارج کردن سنگ و شن، خرده فلزات و مواد زاید از خمیر، شستشو به مقدار کافی انجام می شود و هدف اصلی محافظت از صفحات پالاینده و تولید خمیر تمیز تر است .
جدول 5-6 متغیرهای موثر بر پالایش خرده چوب
| ماده خام | – گونه |
| – کیفیت عمومی خرده چوب یا خمیر | |
| – رطوبت | |
| – پاکیزگی(عاری بودن از آشغال) | |
| ویژگیهای صفحه | – جنس (از نظر متالوژی) |
| – الگو | |
| – برآمدگی های باریک شده | |
| – بسته بودن ا باز بودن محیط اطراف | |
| – قطر دیسک | |
| ویژگیهای عملیات | – فشار در ورودی |
| – دما در ورودی | |
| – غلظت خمیر | |
| – ظرفیت عملی( فاصلۀ بین صفحه ها) | |
| – افزودنیهای شیمیایی | |
| – سرعت تغذیه | |
| – تعویض صفحه ها | |
| – پس فشار در تخلیه پالاینده | |
| – سرعت چرخش دیسک |
بعضی از کارخانه ها از خاک اره یا چیپسهای میخی برای تغذیۀ سیستم RMP استفاده می کنند . عموماً، استحکام و براقیت خمیر حاصل از این مواد کمتر است، اما این معایب تا حد زیادی با قیمت ارزان آنها جبران شود .
5-4 خمیر سازی گرمایی- مکانیکی
خمیر سازی به روش گرمایی- مکانیکی (TMP) شکل تغییر یافته ای از روشRMP است . این روش شامل بخاردهی مادۀ خام، به مدت کوتاه قبل از پالایش و در جریان پالایش است. با عمل بخاردهی خرده چوبها نرم می شوند و نتیجه این است که خمیر حاصل درصد بیشتری الیاف بلند دارد. این الیاف بلند خمیری بادوام تر از SGW یا RMP تولید می کنند چنان که در جدول 5-7 دیده می شود. غالباً دو عمل گرمادهی و پالایش تحت فشار عادی انجام می شود (TRMP) . در این گونه موارد، معمولاً پالایش در چند مرحله انجام می شود .
جدول 5-7 مقایسۀ فرایند های خمیر سازی مکانیکی *
| SGW | RMP | TMP | |
| انرژی لازم () | 0/5 | 4/6 | 0/7 |
| ضریب ترکیدن( kpa) | 4/1 | 9/1 | 3/2 |
| ضریب پارگی( Mn) | 1/4 | 5/7 | 0/9 |
| پر حجم بودن ( ) | 5/2 | 9/2 | 7/2 |
| 48-R باور مک نت ** | 28 | 50 | 55 |
| مقدار ریزه چوب(%) | 0/3 | 0/2 | 5/0 |
| براقیت | 5/61 | 59 | 5/58 |
عملیات غربال، پاکسازی، و براق کنی، همان است که در فرایندهای مکانیکی دیگر بود . نمودارهای نمونه از عملیات این نوع فرایند در شکلهای 5-24 و5-25 نشان داده شده است .
این واقعیت که با نرم کنندگی گرمایی خمیر محکمتری تولید می شود، از سالهای 1930 آشکار شده بود . اما در تلاشهای نخستین خمیرهای بد رنگ با کاربرد محدود به دست می آمد . در اواخر دهه 1970 – 1960، روش گرمادهی مخصوصی تکمیل شد که خرده چوبها را نرم می کند به طوری که لیفی شدن آنها آسان می شود بی آنکه فراورده تغییر رنگ چندانی بدهد . تنها اشکال بزرگ این روش نیاز به انرژی بیشتر برای به دست آوردن بهترین نتیجه است .
ممکن است به طور منطقی استنباط شود که TMP (دست کم در مقایسه باRMP )، به انرژی کمتری نیاز دارد، چون عمل پالایش در آن کوتاهتر است . اما در واقع TMP به انرژی بیشتری نیاز دارد، چون فقط بخش کوچکی از انرژی مصرفی برای جدا کردن الیاف به کار می رود ؛ بخش اعظم انرژی برای گستردن الیاف و آزاد کردن آنها از راه شکستن دیوارۀ اولیۀ سلولها و پوست کنی در لایۀ S1 مصرف می شود .
متغیرهای فرایند در TMP مشابه RMP است، اما در اینجا به کنترل دما در ضمن بخار دهی اولیه و پالایش زیاد توجه بیشتری می شود . مهم است که پالایش در دمای زیرCº140 انجام شود . اگر خرده چوبها در دمای بالای Cº140 پالایش شوند، الیاف با مصرف انرژی کمتری از هم جدا می شوند چون در این شرایط لیگنین بسیار نرم شده است . الیاف به صورت دست نخورده آزاد می شوند اما از لیگنین نرم پوشیده شده اند. بر اثر سرد شدن ، این لیگنین به حالت شکنندۀ شیشه ای بر می گردد و مانعی بر سر راه فیبریل شدن ( لیفچه شدن) الیاف می شود.
از سوی دیگر ، هنگامی که خرده چوبها در دمای پاینتر ، یعنی در گستره 120 تا Cº130 ، پالایش می شوند، لیگنین به اندازۀ کافی برای جدا شدن الیاف نرم می شود، اما این بار شکافهایی در لایه های بیرونی دیوارۀ ثانویه الیاف نمایان می شود .
مصرف انرژی
از آنجا که عمل آوری گرمایی اولیه خرده چوبها تاثیر چندانی بر مصرف انرژی در پالایش مکانیکی ندارد، فرایندهای TMP موجود امکان دارد که بر اثر کمبود انرژی (و در عین حال بهینه کردن پارامترهای وابسته به مقاومت الیاف) در TMP پیدا شود؛ از قبیل مصرف مواد شیمیایی، به صورت عمل آوری مقدماتی یا مرحله بخاردهی و پالایش. از گذشته سدیم سولفیت در مرحله پالایش مورد استفاده بوده است تا به حفظ براقیت خمیر کمک شود .
راهی دیگر برای کاهش مصرف انرژی، بازیابی بخشی از گرمای تولید شده و استفاده مجدد از آن در قسمتهای دیگر فرایند است. این گرما در مقایسه با فرایند گراندوود سنگی در قطب گرمایی بالاتر بدست می آید و از اینرو دستگاههای بازیابی گرما به آسانی قابل نصب هستند. غالباً بخار خروجی را برای گرمادهی اولیه به چیپسها و برای گرم کردن آبهای فرایندی و هوای تهویه مورد استفاده قرار می دهند .
مراجع :
- Patrick‚ K.L.‚ Stone Contonier Mill Brings New Pulp Mill On Line‚ Goes to No-Sulfur Pulp and Paper (May 1979).
- Dawson‚ R.L.‚ A Comparison of Neutral Sulfite and Green Liquor Semichemical Pulps in Corrugating Medium TAPPI: 57:12:113-116 (December 1974).
- Hanson‚ J.P.‚ No-Sulfur Pulping Pushes Out NSSC Process at Corrugating Medium Mills. Pulp and Paper (March 1978)
- Worster‚ H.E.‚ Present State of Semichemical Pulping –A Literature Review Paper Trade Journal (August 20‚ 1937).
- McGovern‚ J.N.‚ High –Yield Chemical Pulping TAPPI: 55:10:1440:1449 (October 1972).
- North American Profile 1979 Pulp and Paper (June 31‚ 1979).
- Leask‚ R.A. TMP Survey Pulp and paper Canada 80:3:21-29 (March 1979).
- West‚ W.B. Mechanical Pulping As Of Today TAPPI 62:6:19-22 (June‚ 1979).
- Trevelyan‚ B.J. Mechanical pulping of Sourthern Pine Wood Forset products Journal 19:1:29-38 (January‚ 1969).
- Haikkala‚ P. and Karna‚ A. Experience at Angala‚ Finland With Pressurize Grinding System Pulp and Paper Canada 82:6:T207 (June 1981).