Введение к работе
Актуальность темы. Одна из важнейших задач развития целлюлозно - бумажной промышленности России заключается в создании и совершенствовании технологий, направленных на рациональное использование природных ресурсов. Одним из направлений является получение полуфабрикатов высокого выхода, в частности химико-термомеханической массы (ХТММ) и беленой химико-термомеханической массы (БХТММ). Выход продукции при производстве БХТММ составляет 85-92%. Для производства одной тонны БХТММ требуется около 2,5-2,8 м3 древесины, тогда как для производства одной тонны целлюлозы — 4-5 м3. Химико-термомеханическую массу получают из древесины как хвойных, так и лиственных пород, которые используются и при производстве целлюлозы.
Осина - одна из доминирующих пород на Северо-Западе России; она является быстрорастущей, но недолговечной породой. Однако, осиновая древесина, как правило, поражена гнилью. В связи с этим исследование древесины, пораженной гнилью, целесообразно, как с практической, так и с научной точек зрения.
Работа выполнена, как часть комплексных исследований, по контрактам с ЗАО «Интернешнл Пейпер» (Светогорский ЦБК) и в рамках проекта «Лиственница». Цель работы. Изучение особенностей использования осиновой древесины при производстве химико-термомеханической массы, выявление проблем, возникающих при переработке осиновой древесины, содержащей гниль, и поиск путей их решений. Для достижения поставленной цели представлялось необходимым решить следующие задачи:
-
Проанализировать процесс производства БХТММ из древесины осины;
-
Провести системный анализ причин, вызывающих затруднения в процессе получения ХТММ при наличии в осиновом балансе гнили;
-
Изучить, применительно к процессам производства БХТММ, зависимость между физико-механическими и сорбционными свойствами для здоровой древесины осины и древесины, пораженной гнилью;
-
Провести анализ системы очистки сточных вод производства БХТММ из древесины осины, выявить причинно-следственные связи между качеством осинового сырья и затруднениями при локальной и общезаводской очистке стоков БХТММ;
-
На основе полученных результатов предложить научно-обоснованные пути решения выявленных проблем при производстве БХТММ из древесины осины.
Методы исследования. Изучение свойств древесины осины и волокнистого полуфабриката из нее - БХТММ, проводилось с использованием совокупности современных методов исследования - неразрушающих физико-механических испытаний, оптической и электронной микроскопии и др. На универсальной испытательной установке Instron 1121 проводились исследования физико-механических показателей древесины в режиме одноосного сжатия, а волокнистых полуфабрикатов - в режиме одноосного растяжения. Морфологические особенности здоровой и пораженной гнилью осиновой древесины изучались методом оптической микроскопии с использованием избирательных красителей.
Научная новизна. Экспериментально установлены и теоретически обоснованы специфические особенности использования древесины осины в производстве БХТММ, обусловленные наличием в ней гнили. Экспериментально установлена взаимосвязь физико-механических свойств древесины, био-деструкции и особенностей процесса переработки здоровой и пораженной гнилью осиновой древесины. Установлено влияние осиновой древесины, поражённой центральной белой гнилью, на процесс получения
БХТММ. Показано, что в условиях получения БХТММ повышенное содержание гнили приводит не только к снижению рН и к увеличению расхода химикатов и воды, но и созданию систем с ярко выраженными буферными свойствами из-за участия продуктов био-деструкции древесины в образовании «ацетатной буферной системы». Предложены научно-обоснованные пути решения выявленных проблем при производстве БХТММ из древесины осины.
Изучено влияние свойств осиновой древесины при производстве БХТММ на процесс очистки сточных вод и предложены научно-обоснованные решения по сокращению расхода химикатов и снижению забуференности системы.
Практическая ценность. Разработаны практические рекомендации по совершенствованию технологического цикла производства БХТММ на основе осиновой древесины, позволяющие оптимизировать процесс получения ХТММ и снизить забуференность стоков за счет повышения требований к качеству исходного древесного сырья при одновременном сокращении расхода реагентов. Положения, выносимые автором на защиту:
-
Системный анализ причин, вызывающих затруднения в процессе получения БХТММ и очистки сточных вод.
-
Результаты исследований по определенияю взаимосвязи между физико-механическими и сорбционными свойствами здоровой древесины осины и древесины, пораженной гнилью, и процессом производства БХТММ и очистки образующихся сточных вод.
-
Научно-обоснованные рекомендации по оптимизации технологических режимов производства БХТММ на основе осиновой древесины.
-
Пути снижения нагрузки на очистные сооружения при производстве БХТММ на основе осиновой древесины.
Реализация результатов. Результаты исследований диссертационной работы внедрены на ЗАО «Интернешенл Пейпер» (Светогорский ЦБК).
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Международная научно-практическая конференция «Технология и оборудование в производстве санитарно-гигиенических материалов и изделий», Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров, 3-5 февраля 2010 г.; Международная научно-практическая конференция «Лучшее в технологии, оборудовании и экологии при производстве целлюлозы и других волокнистых полуфабрикатов», Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия имени СМ. Кирова, 26-27 января 2010 г. Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, из них в журналах рекомендованных ВАК - 4 работы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, выводов, библиографического списка и приложений; изложена на 146 страницах, содержит 102 рисунка, 16 таблиц, библиографический список включает 133 наименования.
