Производство бумаги: от сырья к готовым листам — обзор отрасли

Бумага — один из самых массово производимых продуктов в мире. С детства нас окружают бумага и её изделия: учебники, картон, газеты, коробки и многое другое.

Ежедневно мы используем что-то из бумаги. Потребление огромно, поэтому производство идет в огромных масштабах. Китай, США и Япония — три крупнейшие бумагопроизводящие страны. Объемы производства колоссальны, ежегодно зарабатываются миллиарды долларов.

Производство бумаги создает огромную занятость во всем мире. Требуются станки, заводы, пулы рабочей силы и технические специалисты. Запуск бумажного комбината не слишком сложен, но требует тщательного планирования.

США — один из крупнейших потребителей бумажной продукции. В 2016 году потребление составило 97,3 млн тонн. На 2016 год в США насчитывалось 450 бумажных фабрик с общей выручкой $68 млрд.

США также ведут в экспорте целлюлозы, бумаги и картона — $7,8 млрд в 2019 году. Экспорт переработанных бумажных изделий составил $6,3 млрд в 2019 году.

Производство идет в крупных масштабах на крупных фабриках гигантов отрасли, но также существует и в малых масштабах в зависимости от спроса и капитала. Крупные компании используют разные методы для разных типов бумаги, но базовый процесс практически универсален.

Обзор производства бумаги:

Бумага производится из целлюлозы, извлекаемой из древесины. Дерево перерабатывают в целлюлозу, которая далее превращается в листы бумаги. Существует 6 основных этапов:

• Целлюлозное дело (пульпинг)
• Рафинирование и разведение
• Проволочный участок / формирование волокон
• Прессование для повышения плотности
• Сушка
• Финальная финишная обработка

Хотя некоторые этапы могут варьироваться, фундаментальный процесс остается неизменным.

Сырье:

Большинство компаний опираются на древесину как основное сырье, специально заготавливаемую для бумаги. Ель, сосна, пихта, геmlock и лиственница — распространенные породы.

Помимо древесины используются древесные волокна от пилорам, древесные отходы, переработанные ткани, некоторые растительные материалы и макулатура. Благодаря научному прогрессу теперь можно использовать почти любые породы древесины. Другие сырьевые материалы: бамбук, лен, сахарный тростниковый мешок, джут и конопля.

Льняные ткани и хлопок применяются для тонких бумаг (бумага для деловых писем). Также используются красители, отбеливатели, чернила, клейстеры (камедь, крохмал, колифония) и наполнители (диоксид титана, глина, мел).

Целлюлозное дело:

Целлюлозу получают и из древесины, и из макулатуры. В первом случае бревна барабанят в барабанах для снятия коры. Затем бревна идут в щепоколку, где превращаются в щепу.

Далее — производство целлюлозы из щёпок. Древесную щепу обрабатывают химикатами: хлором, гидроксидом, сульфидом натрия. Фильтром удаляют примеси. Химический процесс требует варки щепок с химикатами в больших автоклавах под давлением.

Древесный материал варят/парят определенное время при заданной температуре для получения целлюлозы. У целлюлозы есть свои примеси, удаляемые при рафинировании. Степень рафинирования зависит от типа бумаги.

После кратковременной варки древесина превращается в целлюлозу, готовую к бумагообразованию.

При переработке макулатуры процесс отличается: бумагу режут на мелкие кусочки и смешивают с химической водой. Чернила и примеси удаляют этим процессом.

Целлюлозу тщательно очищают, добавляют химикаты для удаления чернил. Только после качественной очистки её направляют на следующий этап.

Рафинирование и разведение:

Рафинирование — очистка древесного материала для получения целлюлозы, пригодной для бумагообразования. Древесина содержит примеси, влияющие на качество, поэтому их удаляют химическим путем.

Когда щепки готовятся к варке, используют химикаты для фильтрации примесей. Паром удаляют чужеродные включения. Это длительный многочасовой процесс.

Другие методы делают бумагу не впитывающей чернила — процесс клейстерования с колифонией и камедью. Обычная бумага впитывает чернила, поэтому без клейстерования непригодна для печати и письма. Кроме того, мел, глина и диоксид титана используются как наполнители для дополнительной обработки целлюлозной суспензии.

Проволочный участок и формирование волокна:

Полученная целлюлоза обрабатывают для создания сухих волокон, которые станут бумагой. На длинную ленту накладывают целлюлозу. Роликами и сушильными цилиндрами сжимают целлюлозу, повышая плотность и удаляя максимум воды.

Прессование и сушка:

Лента проходит через роликовые барабаны, вакуумные коробки и сушильные цилиндры. Лента выполнена как сито, на которое накатывают целлюлозу. Вакуум удаляет воду, роликовый барабан уплотняет целлюлозу, повышая плотность.

Сушильные цилиндры дальней сушат бумагу, делая её тонкой и хрустящим листом. Прессование удаляет максимум воды, уплотняет и переплетает волокна, повышая плотность.

На финальной стадии сушки удаляется почти вся оставшаяся влага. Температура 130 °C удаляет 85% воды. Горячий пар проходит через рулоны листов для сушки. Используется около 70 сушильных цилиндров. Бумагу наматывают на длинный вал в несколько слоев и растягивают для удаления остаточной влаги.

Финальная финишная обработка:

Крохмал и другие химикаты готовят бумагу к обычному использованию. Крохмал повышает жесткость и сцепление волокон, добавляет ценность. Ролики гладят поверхность.

Различные химикаты и машины улучшают качество. Финально бумагу наматывают в джумбо-рулоны весом до 50 тонн. По требованию бумагу режут на форматы для разных целей.

Пылесборники бумажной промышленности:

Бумажная пыль от производств серьезно угрожает здоровью, особенно дыхательной системе. Применяются мультистаровые пылесборники для улавливания пыли на бумажных фабриках.

Эти установки монтируют на заводах для сбора пыли, возникающей при производстве. Они снижают загрязнение, несущее риски для здоровья.

Важные аспекты при запуске производства бумаги:

• Очевидно, произведенную бумагу нужно кому-то продать. Необходимы предварительные контракты со сбытовыми каналами.
• Вы будете производить определенные типы бумаги для определенных клиентов. Тщательно проработайте спрос и предложение.
• Проанализируйте рынок: у некоторых типов бумаги огромный спрос, у других — низкий.
• Нужен заводской участок. Установка станков требует площади и условий.
• Станки генерируют шум, загрязнение, пыль, тепло, сточные воды, дым — получите все разрешения на строительство.
• Установите пылесборник для снижения пылевых выбросов.