Подготовка древесного сырья

Сибирский государственный технологический университет

РОБЕРТ ПЕН

ТЕХНОЛОГИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Том 1

Подготовка древесины Производство сульфатной целлюлозы

Издание второе, дополненное

Рекомендовано

Учебно-методическим объединением по образованию в области

лесного дела в качестве учебного пособия для студентов

специальности 260300

Красноярск 2002

УДК 676.16(075.8) П25

Пен Р.З. Технология целлюлозы. В 2-х томах. Т. 1. Подготовка древесины. Производство сульфатной целлюлозы: Учебное пособие для студентов специальности 260300 всех форм обучения. - 2-е изд., дополненное - Красноярск: СибГТУ, 2002. 340 с.

LSBN 5-8173-0060-5

Табл. 3, рис. 104, библиогр. 34 назв.

Рецензенты:

В.И. Шарыпов, канд. хим. наук (Институт химии и химической технологии СО РАН)

В.В. Силин, канд. техн. наук, доцент (СибГТУ)

© Р.З. Пен

© Сибирский государственный технологический университет, 2002

Предисловие

Предисловие

Двухтомное учебное пособие «Технология целлюлозы» было издано в 2000-2001 г.г. небольшим тиражом для студентов СибГТУ. Оно завершило серию ранее вышедших книг по циклу учебных дисциплин «Технология волокнистых полуфабрикатов целлюлозно-бумажного производства»: Пен Р.З. Технология древесной массы. СибГТУ, 1997; Пен Р.З., Пен В.Р. Кинетика делигнификации древесины. СибГТУ, 1998. Этим обстоятельством обусловлен ряд особенностей первого издания. В частности, в нем не рассматривалась технология доставки, складирования и подготовки древесного сырья, так как этот раздел вошел в книгу «Технология древесной массы». По этой же причине сокращены (в сравнении с требованиями типовой программы курса) разделы, отражающие теорию варочных процессов - соответствующий материал в СибГТУ выделен в самостоятельную учебную дисциплину «Теоретические основы делигнификации» и помещен в учебное пособие «Кинетика делигнификации древесины».

Второе издание предпринято в связи с заявками, поступившими из других вузов. В первый том внесены изменения: добавлены разделы о видах и свойствах волокнистых полуфабрикатов и о технологии подготовки и хранения древесного сырья, исправлены обнаруженные опечатки. Второй том переиздается без изменений.

Я признателен администрации Пермского государственного технического университета и лично профессору Ф.Х.Хакимовой за проявленный интерес к книге и за финансовую поддержку второго издания.

Профессор Р.Пен

Введение

Введение

Термин «волокнистые полуфабрикаты», а иногда просто «полуфабрикаты», здесь и далее употребляется вместо более точного, но громоздкого названия «волокнистые полуфабрикаты целлюлозно-бумажного производства». Большое число разнообразных волокнистых полуфабрикатом можно классифицировать по следующим признакам:

- по виду исходного сырья;

- по способу производства;

- по выходу из сырья.

Основным видом сырья для производства волокнистых полуфабрикатов является древесина. Кроме того, волокнистые полуфабрикаты можно вырабатывать из недревесного растительного сырья (тростника, камыша, соломы и т.п.) и из волокон не-растительного происхождения (шерсти, асбеста, искусственных и химических волокон и т.п.), а также из вторичного сырья - макулатуры, тряпья. В дальнейшем в этой книге речь будет идти только о древесных полуфабрикатах.

Древесина имеет фибриллярную структуру, то есть состоит из целлюлозных волокон, соединенных срединной пластинкой. Задача технологии волокнистых полуфабрикатов - разделить древесину на волокна. Для этого необходимо каким-либо воздей­ствием - механическим, термическим, химическим разрушить срединную пластинку. Можно выделить следующие способы производства волокнистых полуфабрикатов:

- механические;

- щелочные;

- сульфитные;

- окислительные;

- органосольвентные;

- комбинированные.

К механическим способам относится производство различных видов древесной массы.

Щелочные способы основаны на обработке древесины ще­лочными растворами, разрушающими или ослабляющими сре­динную пластинку. В результате такого воздействия связи меж­ду волокнами ослабляются настолько, что древесина либо рас­падается на волокна в процессе химической обработки, либо легко разделяется на волокна при последующем механическом воздействии. Основным щелочным способом промышленного производства волокнистых полуфабрикатов является сульфат­ная варка, при которой древесину нагревают с раствором, со­держащим гидроксид и сульфид натрия.

При сульфитных способах для полного или частичного разрушения срединной пластинки древесину обрабатывают ва­рочными растворами, содержащими диоксид серы, сернистую кислоту и ее кислые и средние соли. Разновидности сульфит­ных способов - сульфитная, бисульфитная, нейтрально-сульфитная варка и другие.

В основе окислительных способов лежит разрушение лиг­нина - основного компонента срединной пластинки - разнооб­разными окислителями, такими, как кислород, пероксид водоро­да, надкислоты и другие.

К органосольвентным способам относится варка древесины с органическими растворителями: спиртами, фенолами, кислота­ми, эфирами, другими растворителями и их смесями.

Комбинированные способы включают различные сочетания перечисленных выше способов: бисульфит-сульфитный, суль­фитно-содовый и ряд других.

Выход волокнистого полуфабриката из исходного сырья - это отношение массы выработанного полуфабриката (без влаги, т.е. в пересчете на абсолютно сухой полуфабрикат) к массе сы­рья (также без влаги), выраженное в процентах. По этому пока­зателю полуфабрикаты классифицируются следующим образом: древесная масса; полуцеллюлоза; техническая целлюлоза.

При выработке древесной массы древесина подвергается относительно небольшому химическому разрушению, поэтому выход полуфабриката высокий - для разных видов древесной массы он составляет от 85 до 98 %. Соотношение основных хи­мических компонентов в древесной массе близко к соотношению этих компонентов в исходной древесине.

К полуцеллюлозе относят полуфабрикаты, вырабатываемые с выходом от 60 до 85 %. В процессе производства из древесины удаляется только часть лигнина срединной пластинки, поэгому сваренная полуцеллюлоза сохраняет форму частиц исходной дре­весины и может быть превращена в волокнистую массу при помо­щи механического размола.

Технической целлюлозой называют группу полуфабрикатов, вырабатываемых с выходом ниже 60 %. Кроме целлюлозы - инди­видуального химического соединения - техническая целлюлоза со­держит другие компоненты древесины, не полностью удаленные в ходе варки: лигнин, гемицеллюлозы, смолы и др. В дальнейшем термин «целлюлоза» применяется для обозначения технической целлюлозы, а при необходимости обсудить поведение индивиду­ального химического соединения употребляется название «клет­чатка».

Целлюлозу с выходом от 50 до 60 % называют целлюло­зой высокого выхода (ЦВВ). Этот полуфабрикат содержит от­носительно небольшое количество остаточного лигнина и может быть разделен на волокна без размола, с помощью сильной струи воды или перемешивающего устройства. Процесс разделения на волокна иногда называют сепарированием или разволокнением, а выход целлюлозы, при котором становится возможным этот процесс - точкой сепарирования.

При выходе целлюлозы менее 50 % говорят о целлюлозе нормального выхода. При этом, в зависимости от степени делигнификации, различают целлюлозы жесткие (массовая до­ля остаточного лигнина от 3 до 8 %), среднежесткие (от 1,5 до 3 % лигнина) и мягкие (менее 1,5 % лигнина).

Как приведенная классификация в целом, так и градации по выходу и степени делигнификации не являются общепризнанны­ми, в разных публикациях могут встречаться иные подходы и зна­чения величин.

Для характеристики свойств волокнистых полуфабрикатов применяют большое число различных показателей. Здесь рас­смотрены наиболее общие из них. Свойства, более специфиче­ские для отдельных видов полуфабрикатов, описаны в соответст­вующих разделах книги.

Остаточное содержание лигнина. Устанавливается мето­дами прямого определения (различные модификации сернокислотного метода и др.) или косвенными методами (перманганатный, хлорный и др.). В научно-исследовательских целях исполь­зуют обе группы методов. Для производственного контроля на промышленных предприятиях России применяют перманганатный метод. При этом определяется не массовая доля лигнина, а объем раствора перманганата калия, пошедшего на окисление лигнина.

Этот показатель является одной из важных характеристик целлюлозы и полуцеллюлозы. Для характеристики древесной массы его не используют, так как технология древесной массы не направлена на удаление лигнина из древесины. Не применяется он и для характеристики беленых целлюлоз, в которых, как пра­вило, остаточный лигнин содержится лишь в очень малых коли­чествах или вовсе отсутствует.

Содержание смолы определяется экстрагированием по­луфабриката органическими растворителями (спиртом, эфиром, бензолом, ацетоном и др.) и их смесями. Величина этого показа­теля зависит от смолистости древесного сырья и от способа про­изводства. В частности, целлюлозные полуфабрикаты, получен­ные с применением щелочных и органосольвентных способов, наименее смолисты.

Для некоторых марок целлюлозы содержание смолы жестко нормируется (целлюлоза для химической переработки, для выра­ботки фильтровальной, хроматографической и ряда других видов бумаги). В большинстве же случаев имеет значение не общее со­держание смолы в полуфабрикате, а ее липкость, способность вызывать смоляные затруднения - прилипать к стенкам обору­дования, к сеткам фильтров и бумагоделательных машин. Это свойство называют «вредной смолистостью».

Зольность полуфабрикатов вызывается присутствием минеральных веществ, содержавшихся в древесном сырье и в растворах химических реагентов. Этот показатель не имеет осо­бого значения при выработке большинства видов продукции, но очень важен, если полуфабрикат предназначен для производ­ства ряда специальных бумаг и картонов: фильтровальных, электроизоляционных, конденсаторных и т.п. Зольность является также важной характеристикой целлюлоз для химической пере­работки. В этом случае играет роль не только общее содержание золы, но и ее химический состав.

Сорность полуфабриката определяется подсчетом сори­нок определенного размера в специально подготовленном образце и выражается числом соринок в пересчете на 1 м² образца. Источником сора могут быть частички коры и луба, костра (тем­ные волокна и их пучки, отщепившиеся от сучков и непроварившейся древесины при производстве целлюлозы), зерна мине­ральных включений, частицы угольной пыли, комочки смолы, слизи и т.п. Требования к показателю сорности сильно различа­ются в зависимости от назначения полуфабриката.

Цвет в очень сильной степени зависит от способа произ­водства полуфабриката и может регулироваться путем отбелки. Степень белизны определяют сравнением испытываемого образ­ца с эталоном, белизна которого принимается за 100 %. Этало­ном обычно служит пластинка, поверхность которой покрыта слоем сульфата бария («баритовая пластинка»). Требования к бе­лизне полуфабрикатов сильно различаются в зависимости от на­значения. Например, белизна целлюлозы для выработки бумаги-фотоподложки должна быть очень высокой, а белизна полуцел­люлозы для внутренних слоев гофрокартона вообще не норми­руется.

Прочностные свойства полуфабрикатов - очень важ­ная группа показателей, от их величины в значительной степени зависит и прочность готовой продукции. Для их определения из подготовленной в стандартных условиях волокнистой массы из­готавливаются образцы в виде листов - отливки. На целлюлоз­но-бумажных предприятиях России прочностные свойства большинства видов полуфабрикатов характеризуют сопротивле­нием разрыву, продавливанию, излому и раздиранию.

Прочностные свойства полуфабрикатов могут изменяться в широких пределах в зависимости от вида древесного сырья, спо­соба получения, выхода и степени делигнификации. Обычно они возрастают по мере уменьшения выхода и удаления лигнина вплоть до содержания остаточного лигнина около 4...5 %. Даль­нейшая делигнификация сопровождается снижением прочности.

***

В 1853 году Меллье запатентовал во Франции и Англии способ получения целлюлозы из соломы, заключающийся в ее варке с 3 %-ным раствором каустической соды при температуре 150 °С. Почти одновременно англичанин Уатт и американец Барджесс взяли патенты на получение целлюлозы таким же спо­собом из древесины. Эти патенты положили начало технологии натронной технической целлюлозы.

Первый завод для производства натронной целлюлозы был построен в 1860 г. в г. Ройерсфорде (США). Через несколько лет появились аналогичные заводы в Англии, Швеции и Германии. Тогда же была разработана система регенерации затрачиваемой на варку щелочи. Регенерацию производили упариванием и сжи­ганием отработанного «черного, щелока». При этом оставалась зола, содержащая почти чистый карбонат натрия. Раствор карбо­ната, «зеленый щелок», подвергали каустизации действием из­вести. В результате получался «белый щелок» - раствор едкого натра, который снова использовали для варки.

В 1866 г. американец Тильгман запатентовал изобретение сульфитного способа получения целлюлозы из древесины.

Сульфитный способ сыграл выдающуюся роль в развитии целлюлозно-бумажной промышленности во второй половине XIX в., так как производство сульфитной целлюлозы оказалось деше­вым и позволило выпускать полуфабрикат более высокой белиз­ны, чем щелочные способы варки соломенной и древесной цел­люлозы. Первые сульфитцеллюлозные заводы появились в Гер­мании и Швеции в 1872...1874 гг., в Австрии в 1881 г., в России и Норвегии - в 1883 г., в Канаде - в 1885 г., в Финляндии - в 1886 г. В США производство сульфитной целлюлозы в широких мас­штабах начало развиваться с 1884 г.

В 1879 г. появился сульфатный способ получения целлюло­зы. Изобретателем его считается инженер Даль, предложивший при сжигании черного натронного щелока добавлять сульфат на­трия, который в процессе сжигания восстанавливается в сульфид натрия. Присутствие сульфида способствует получению более прочной целлюлозы и с более высоким выходом, чем при на­тронной варке. Сульфатный способ получения целлюлозы до­вольно быстро вытеснил натронную варку, однако не выдержал конкуренции с сульфитным способом. Сульфитцеллюлозное производство, потребляющее дешевые химикаты, оказалось бо­лее рентабельным, и сульфитная целлюлоза благодаря своему бо­лее светлому цвету и легкой отбеливаемости в конце XIX и в на­чале XX в. завоевывает себе прочное место в композиции книж­ных, журнальных, писчих, газетных и некоторых технических видов бумаги. В 1913 г. на долю сульфатного способа приходи­лось только 13 % мирового производства целлюлозы.

После первой мировой войны резко повысился интерес к сульфатной целлюлозе вследствие возросшего спроса на технические, тарные и упаковочные виды бумаги и картона. Для элек­тротехнической промышленности потребовались изоляционные бумаги из сульфатной целлюлозы. Значительно возросла потреб­ность в надежной бумажной обертке. Появились прочные бумаж­ные мешки для упаковки цемента, минеральных удобрений, пи­щевых продуктов. В результате темп роста сульфатцеллюлозного производства в 20-х годах XX в. оказался более высоким, и к 1929 г., накануне мирового экономического кризиса, доля суль­фатной целлюлозы в общем балансе древесных волокнистых по­луфабрикатов возросла до 25 %.

Вторая мировая война, вызвавшая огромное увеличение спроса на тароупаковочные виды бумаги и картона, способство­вала новому подъему сульфатцеллюлозного производства. В 1945 г. в США потребление сульфатной целлюлозы почти вдвое пре­высило потребление сульфитной целлюлозы. Благодаря усовер­шенствованию комбинированной отбелки быстро развивалось производство беленой и полубеленой сульфатной целлюлозы, вытесняющей сульфитную целлюлозу из композиции журналь­ных и газетных видов бумаги. Появляется и быстро растет произ­водство сульфатной и моносульфитной полуцеллюлозы, нашед­шей широкое применение при выработке гофрированного карто­на. Доля сульфатной целлюлозы в общей выработке целлюлозы в США в 1960 г. поднялась до 83 %.

В других странах сульфитный способ к 1960 г. еще не утра­тил своего значения. Конкурентоспособность сульфитному спо­собу обеспечил переход на варку с бисульфитами натрия, магния, аммония вместо традиционного бисульфита кальция. Многие старые заводы в 60-х годах перешли на бисульфитный способ варки с натриевым и магниевым основаниями. Сульфитная цел­люлоза сохранила свое значение как один из основных волокни­стых полуфабрикатов для производства культурно-массовых ви­дов бумаги и как сырье для химической переработки в искусст­венное волокно, пластические массы и другую продукцию. Одна­ко ужесточение природоохранного законодательства и серьезные трудности с реализацией мероприятий по уменьшению загрязне­ния окружающей среды при сульфитных способах делигнификации, с одной стороны, и существенный прогресс в области от­белки сульфатной целлюлозы, с другой стороны, привели к по­степенному уменьшению доли сульфитных полуфабрикатов. На протяжении нескольких последних десятилетий новые заводы сульфитной целлюлозы не строились, но существующие мощности еще не выработали свой ресурс и продолжают выпускать продукцию. К началу 90-х годов на долю сульфатной целлюлозы приходилось около 88 % мирового производства целлюлозы.

Динамика производства волокнистых полуфабрикатов во всем мире и в 15 ведущих (в этой отрасли) странах за период с 1955 по 1995 годы отражена в таблице.

Мировое производство бумаги и картона в 1995 г. составило около 278 млн. т; по прогнозам FAO к 2010 г. оно может достиг­нуть 440 млн. т. В конце тысячелетия лидирует целлюлозно-бумажная промышленность США, производящая примерно 30 % (81 млн. т) бумаги и картона. Суммарно на долю четырех веду­щих в производстве бумаги и картона стран мира (США - 81,0; Япония - 29,7; Китай - 24,0; Канада - 18,7 млн. т в год) прихо­дится более половины как объема производства, так и мирового потребления бумаги и картона.

Несмотря на циклические изменения конъюнктуры на ми­ровых рынках, в последние десятилетия наблюдается непрерыв­ный рост мирового производства бумаги и картона, а также уве­личение среднемирового потребления этой продукции в расчете на одного человека, которое в 1995 г. составило 48,7 кг. В США среднее душевое потребление бумаги и картона в 1995 г. достиг­ло 332 кг, в Западной Европе - 194 кг, в Азии - 25,3 кг, в Латин­ской Америке - 31 кг. Среди европейских стран «аутсайдерами» являются Россия (16 кг), Румыния (15,3 кг), Македония (10 кг) и Албания (9,7 кг). Потребление бумаги и картона на душу населе­ния в «богатых» и «бедных» странах различается более чем в ты­сячу раз (США - 332; Афганистан - 0,1; Лаос 0,2; Чад - 0,2 кг/год). Для большинства стран эта величина прямо пропорцио­нальна душевому национальному доходу.

В России первый целлюлозный завод, вырабатывавший на­тронную целлюлозу из древесины, был построен в 1875 г. в селе Кошели Боровичского уезда Новгородской губернии, но он про­работал недолго из-за нерентабельности производства. Первые целлюлозные заводы, вырабатывавшие натронную целлюлозу из соломы, возникли в конце 80-х годов XIX в. при Дитятковской, Красносельской и Добрушской бумажных фабриках. В 1910 г. были построены сульфатцеллюлозные заводы в Понинках (неда­леко от Киева) и в Пензе, также перерабатывавшие солому. В го­ды первой мировой войны на Урале (ныне г. Новая Ляля) был по­строен сульфатцеллюлозный завод, перерабатывавший древеси­ну.

 

Производство волокнистых полуфабрикатов по годам,

миллионы тонн в год

 

Страна
США	15,26	26,06	36,63	49,14	59,68
Канада	3,99	6,84	11,71	20,42	25,39
Китай	…	…	…	6,36	13,84
Япония	1,28	4,19	8,59	9,28	11,12
Швеция	3,01	5,40	7,87	9,12	10,19
Финляндия	1,83	3,88	4,45	7,98	10,09
Бразилия	…	…	…	…	5,91
СССР (1995-Россия)	1,77	3,23	6,40	8,37	5,07
Норвегия	0,61	0,90	0,99	1,98	2,82
Франция	0,36	1,00	1,50	1,95	2,49
ЮАР	…	…	…	…	2,21
Австралия	0,11	0,25	0,39	…	2,04
Индонезия	…	…	…	…	2,02
ФРГ, ГДР (1995 - Германия)	0,97	1,13	1,28	2,88	1,95
Индия	…	…	…	…	1,87
Всего 15 стран	…	…	…	…	156,69
Всего в мире	50,19	57,97	90,8*	140,2	174,28

* 1975 г.

Сульфитцеллюлозное производство развивалось несколько более высокими темпами. Первыми такими заводами в России были Окуловский и Кувшиновский (ныне Каменский), построен­ные в 1883 г. В 1888 г. был основан завод при Кондровской бу­мажной фабрике. В 1889 г. вступил в эксплуатацию крупный Цареградский сульфитцеллюлозный завод в Витебской губернии.

В период с 1894 по 1900 г. вступили в эксплуатацию еще пять сульфитцеллюлозных заводов. В 1900 г. на территории Рос­сийской империи (без Финляндии) действовало 12 суль­фитцеллюлозных заводов, на которых было установлено 58 варочных котлов общей вместимостью 4660 м³. Наибольший подъ­ем сульфитцеллюлозного производства в Дореволюционной Рос­сии пришелся на 1913 г., когда было выработано 165 тыс. т цел­люлозы.

Первая мировая война нанесла тяжелый удар целлюлозно-бумажной промышленности России, производство целлюлозы к 1917 г. резко уменьшилось. К моменту установления советской власти в стране имелось всего шесть действовавших сульфитцеллюлозных заводов с общей производительностью около 50 тыс. т целлюлозы в год.

В начале 20-х годов государство восстановило значитель­ную часть целлюлозных заводов, благодаря чему уже в 1925 г. был достигнут довоенный уровень производства целлюлозы. На­чатое в тот же период строительство ряда новых целлюлозных заводов (Сясьского, Балахнинского, Кондопожского, Вишерского) позволило к 1929 г. увеличить выпуск сульфитной целлюло­зы в 2,3 раза по сравнению с 1925 г. Последовавшее за этим строительство и ввод в эксплуатацию Камского, Архангельского, Соликамского комбинатов, а также расширение и реконструкция старых действовавших целлюлозных заводов обеспечили значи­тельный рост производства сульфитной целлюлозы в стране, соз­дали прочную собственную полуфабрикатную базу бумажной промышленности и освободили от импорта сульфитной целлюло­зы.

Одновременно началось создание сульфатцеллюлозной про­мышленности в нашей стране. В 1935 г. был пущен крупный Соломбальский сульфатцеллюлозный завод (первая очередь) в Архангельске, в 1937 г. - Марийский целлюлозно-бумажный комбинат и вторая очередь Соломбальского завода, а в 1939 г. - Сегежский комбинат (в то время один из крупнейших в Европе). К началу Великой Отечественной войны Советский Союз имел уже достаточно мощную целлюлозную промышленность, произ­водившую свыше 500 тыс. т целлюлозы в год.

В 1958 г. было завершено начатое еще в предвоенное время строительство Красноярского целлюлозно-бумажного комбината с сульфитцеллюлозным заводом, несколько позднее пущен крупнейший в Европе Котласский ЦБК с двумя целлюлозными заводами - сульфитным для выпуска вискозной целлюлозы и сульфатным для выработки тарного картона.

К середине 60-х годов относится начало освоения целлю­лозно-бумажной промышленностью громадных лесосырьевых ресурсов Восточной Сибири и Дальнего Востока. В течение де­сятилетия были построены и пущены крупные предприятия: Комсомольский (ныне Амурский) ЦБК, Байкальский целлю­лозный завод (для выпуска высококачественной кордной цел­люлозы), Братский (с двумя сульфатцеллюлозными заводами) и Усть-Илимский лесопромышленные комплексы, Селенгинский целлюлозно-картонный комбинат.

Ряд действующих предприятий подвергся коренной рекон­струкции. В южных районах страны были построены четыре цел­люлозных завода (три сульфатных и один бисульфитный), в том числе крупный Астраханский целлюлозно-картонный комбинат. Были созданы предприятия по выработке моносульфитной полуцеллюлозы из лиственной древесины на Пермском ЦКК и на Балахнинской картонной фабрике, завод сульфатной полуцеллюло­зы в составе Жидачовского ЦКК, завод бисульфитной полуцел­люлозы на Красноярском ЦБК. Пуск этих предприятий положил начало развитию производства полуцеллюлозы в нашей стране. В 1972 г. вступил в строй действующих предприятий крупный Сыктывкарский лесопромышленный комплекс. В тот период Со­ветский Союз по общей выработке целлюлозы занимал пятое ме­сто в мире.

В результате глубоких экономических изменений, связан­ных с переходом к рыночной экономике, объем производства российских предприятий резко снизился. К середине девяностых годов по производству целлюлозно-бумажной продукции Россия переместилась на 14 место в мире (см. таблицу). Одновременно усилилась взаимосвязь российской ЦБП с мировой экономиче­ской системой. На нее начинают оказывать значительно большее влияние современные тенденции мировой целлюлозно-бумажной промышленности. Основные из этих тенденций:

- непрерывный рост мирового производства бумаги и кар­тона;

- увеличение среднемирового душевого потребления бумаги и картона;

- глобализация промышленности, рынков, финансово-инвес­тиционной политики;

- глобализация экологических проблем.

Эти тенденции складывались и проявляются под влиянием ряда факторов, в значительной степени обусловливающих со­стояние и развитие ЦБП практически каждой крупной страны. К таким факторам относятся:

- циклическое изменение конъюнктуры, мирового целлю­лозно-бумажного рынка;

- интенсивное развитие плантационного выращивания древесины с коротким сроком ротации;

- повышение роли недревесных волокон и макулатурной массы;

- усиление влияния экологических движений, ужесточение национального и международного экологического законодатель­ства.

Все перечисленные тенденции и влияющие факторы прояв­ляются и в целлюлозно-бумажной промышленности России.

Процессы глобализации проявляются прежде всего в разви­тии и непрерывном укрупнении транснациональных компаний, имеющих производства во многих странах мира. Однако в целом для мировой ЦБП характерна пока меньшая степень кон­центрации, чем для других отраслей промышленности. В 1995 г. десять крупнейших компаний контролировали в автомобильной промышленности около 80 % продаж, в производстве компьюте­ров - около 50 %, в химической промышленности - около 40 %, а в ЦБП - лишь около 16 %. Поэтому можно ожидать, что в начале XXI века тенденция к укрупнению целлюлозно-бумажных ком­паний будет углубляться.

В течение длительного времени масштабный экспорт из СССР леса, целлюлозы и бумаги был одним из факторов, обеспе­чивающих необходимый импорт в СССР современного оборудо­вания для ЦБП. В результате в России существуют целлюлозно-бумажные комбинаты, имевшие на момент строительства или ре­конструкции самый современный уровень оборудования и техно­логии. К концу XX века многие предприятия ЦБП в России по­дошли с морально устаревшим и физически изношенным обору­дованием при достаточно развитой инфраструктуре и квалифи­цированных кадрах, поэтому являются выгодными объектами для реконструкции. Строительство новых мощностей оправдано только в сфере переработки бумаги и картона и прежде всего в зоне концентрированного потребления продукции, вблизи мега­полисов - Москвы, Санкт-Петербурга и др.

Целлюлозно-бумажная промышленность базируется на ис­пользовании воспроизводимого растительного сырья. Однако реализация концепции устойчивого развития, принципов неис­тощимого лесопользования требуют перехода к глобальной сырь­евой политике. Так, ЦБП Японии в значительной степени строится на импорте древесной щепы, и японские компании вложили большие средства в создание плантаций ускоренного роста в Ла­тинской Америке и странах Азиатско-Тихоокеанского региона. Развитие плантационного выращивания эвкалипта и акации с го­довым приростом до 40...60, а в некоторых случаях и до 100...110 м³/га в год приводит к увеличению объема производст­ва «плантационной целлюлозы». По прогнозам, в начале XXI ве­ка до половины потребности человеческого общества в древес­ном сырье будет удовлетворяться за счет плантационной древе­сины. Появление в последние десятилетия плантаций уско­ренного роста стало одним из основных факторов, обусловли­вающих дальнейшее развитие ЦБП мира.

Наряду с увеличением объема «плантационной целлюлозы» резко повысилась роль недревесных волокон. Так, быстрое разви­тие ЦБП Китая базируется в значительной степени (8...10 млн. т в год) на использовании волокнистых полуфабрикатов из недре­весного сырья (соломы, багассы, камыша и др.).

Сравнительно новым видом волокнистых полуфабрикатов стала очищенная макулатурная масса. Реализация в США круп­номасштабной кампании по увеличению сбора и переработки ма­кулатуры привела к интенсивному развитию производства этого вида товарных волокнистых полуфабрикатов. Объемы его экс­порта из США составляют несколько миллионов тонн в год.

Один из аспектов глобализации мировой промышленности - тенденция смещения трудоемких и экологически неблагополуч­ных отраслей промышленности из развитых стран в развиваю­щиеся. Эта тенденция характерна и для целлюлозно-бумажной промышленности. Интенсивное развитие ЦБП Индонезии, других стран Азиатско-Тихоокеанского региона, Латинской Америки обусловлено не только созданием в них крупных плантаций дре­весины с коротким сроком ротации, но и сравнительной деше­визной рабочей силы. Последнее характерно и для ЦБП России. Российские предприятия ЦБП имеют в несколько раз более высо­кую численность персонала, чем аналогичные предприятия Се­верной Америки и Западной Европы. Модернизация и реконст­рукция этих предприятий с увеличением объема производства продукции может быть осуществлена без изменения численности работающих. Последнее условие очень важно, так как почти все российские предприятия ЦБП - градообразующие.

Дополнительная литература

Аким Э.Л. Целлюлозно-бумажная промышленность России: наше место в мире // Целлюлоза, бумага, картон. - 1997.- № 1-2.-С.6-9.

Непенин Н.Н. Технология целлюлозы. Т. 1. Производство сульфитной целлюлозы. - М.: Лесная пром-сть, 1976. - 624 с.

Примаков С.Ф., Миловзоров В.П., Кухникова М.С.. Царенко И.М. Лабораторный практикум по целлюлозно-бумажному про­изводству. - М.: Лесная пром-сть, 1980. - 168 с.

Соминский B.C., Либин Ф.И. Мировая целлюлозно-бумажная промышленность в 1995 году. // Целлюлоза, бумага, картон. - 1997. - № 1-2. - С. 16-17.

Подготовка древесного сырья

 

Виды и свойства сырья

Породы древесины

Из древесных пород, произрастающих на территории Рос­сии, промышленное значение для химической переработки имеют:

- хвойные - сосна, ель, пихта, кедр, лиственница;

- лиственные - осина, береза.

Хвойные породы были и пока остаются основным сырьем для целлюлозно-бумажной промышленности.

Одно из главных мест в структуре лесосырьевой базы ЦБП принадлежит ели, на долю которой приходится около 14 % лесных запасов. Основным анатомическим элементом ело­вой древесины, как и других хвойных пород, являются трахеиды. До 70 % лигнина сосредоточено в срединной пластин­ке, остальной распределен во вторичной стенке клетки; это также характерно для всех хвойных пород. Еловая древесина не имеет ярко выраженного ядра. В сравнении с другими хвой­ными породами она несколько богаче гемицеллюлозами и со­держит меньше смолы. Получение из ели любых волокнистых полуфабрикатов не встречает затруднений, чем и обусловлено ее широкое использование во всех областях ЦБП, особенно в производстве сульфитной целлюлозы и древесной массы.

Пихта, наряду с елью, широко применяется в сульфитцеллюлозном и древесно-массном производствах. На ее долю приходится около 5 % лесных запасов. По химическому соста­ву и анатомическому строению она близка к ели, но отличается меньшей плотностью иприсутствием более коротких волокон.

Сосна - традиционное сырье для производства полуфаб­рикатов щелочными способами. По анатомическому строению она близка к ели, однако содержит значительно больше смол, что ограничивает область ее использования. Характерной осо­бенностью сосны является также присутствие в ядровой части небольших количеств фенольных веществ - пиносильвина и его монометилового эфира, которые вызывают заметное торможе­ние делигнификации при сульфитной варке.

Кедр является продовольственной культурой. Специально для химической переработки заготовки кедра не ведутся, однако он вовлекается в переработку совместно с другими хвойными породами в качестве неизбежной добавки как результат сплош­ных рубок. Древесина кедра имеет несколько более высокую плотность в сравнении с сосной и елью, а также содержит значи­тельное количество смол, жиров и водно-экстрактивных ве­ществ.

Лиственница относится к числу самых распространенных древесных пород. Площадь лесов с преобладанием лиственницы в России составляет более 40 % лесопокрытой площади, запасы древесины - 38 % от общего количества (около 12 % мировых запасов древесины). При этом практически все запасы листвен­ницы сосредоточены в Сибири и на Дальнем Востоке, где она яв­ляется преобладающей породой; в лесных ресурсах Красно­ярского края на ее долю приходится 41 %, Иркутской области -34 %. Читинской области - 79 %, Амурской и Хабаровской об­ластей - более 80 %.

По строению и составу лиственница значительно отличает­ся от других хвойных пород. Она относится к типичным ядро­вым породам. На долю ядра приходится 70...90 % стволовой части дерева. Основной анатомический элемент - трахеиды, со­ставляющие 90 % и более древесного вещества. Доля паренхи­мы сердцевинных лучей 8,8... 10 %, что значительно больше, чем у других хвойных пород (4,7 % у ели, 5,5 % у сосны и т.д.). Трахеиды заболони и ранних (весенних) слоев годичных колец ядра по размерам и строению мало отличаются от трахеид сосны и ели. Трахеиды поздних (осенних) слоев в годичных кольцах ядровой древесины толстостенны, имеют меньшее сечение лю­мена и значительно меньшую пористость. Следствием этого яв­ляется более высокая плотность древесины.

Характерной особенностью лиственницы является вод­но-растворимый полисахарид арабиногалактан, содержащийся в ней в количестве около 14 % (с колебаниями от 5 до 30 %). Столь же характерно присутствие в ядре лиственницы веществ группы флавоноидов, представленных, главным образом, кверцетином и дигидрокверцетином. Содержание целлюлозы ниже, чем в древе­сине других хвойных пород, и может быть приблизительно оце­нено по эмпирической формуле

Ц =50,0-0,55 (АГ),(1.1)

где Ц и АГ - массовые доли соответственно целлюлозы и арабиногалактана в процентах.

До середины 60-х годов пошлого века лиственница почти не использовалась для производства волокнистых полуфабрика­тов, так как в пределах ее ареала не было крупных целлюлозно-бумажных предприятий. С пуск