عملية استخلاص اللب هي العملية التي يتم من خلالها تمزق الروابط داخل هيكل الخشب إما ميكانيكيًا أو كيميائيًا. يمكن إنتاج عجينة الورق الكيميائية إما عن طريق عمليات قلوية (أي كبريتات أو كرافت) أو حمضية (مثل كبريتات). يتم إنتاج أعلى نسبة من اللب بطريقة الكبريتات ، تليها الطرق الميكانيكية (بما في ذلك شبه الكيميائية ، والميكانيكية الحرارية والميكانيكية) وطرق الكبريتات (الشكل 1). تختلف عمليات فصل الألياف في إنتاجية المنتج وجودته ، وفي الطرق الكيميائية ، وفي المواد الكيميائية المستخدمة والنسبة التي يمكن استعادتها لإعادة الاستخدام.
الشكل 1. قدرات اللب في جميع أنحاء العالم ، حسب نوع اللب
اللب الميكانيكي
يتم إنتاج العجائن الميكانيكية عن طريق طحن الخشب على الحجر أو بين الصفائح المعدنية ، وبالتالي فصل الخشب إلى ألياف فردية. يؤدي عمل القص إلى تكسير ألياف السليلوز ، بحيث يكون اللب الناتج أضعف من اللب المنفصل كيميائيًا. لا يتم إذابة اللجنين الذي يربط السليلوز بالهيميسليلوز ؛ إنه ينعم فقط ، مما يسمح للألياف بالخروج من مصفوفة الخشب. عادة ما يكون المحصول (نسبة الخشب الأصلي في اللب) أكبر من 85٪. تستخدم بعض طرق فصل الألياف الميكانيكية أيضًا مواد كيميائية (مثل اللب الكيميائي الميكانيكي) ؛ محاصيلها أقل لأنها تزيل المزيد من المواد غير السليلوزية.
في عملية فصل الألياف الحجرية (SGW) ، وهي الطريقة الميكانيكية الأقدم والأكثر شيوعًا تاريخيًا ، تتم إزالة الألياف من جذوع الأشجار القصيرة عن طريق الضغط عليها مقابل أسطوانة كاشطة دوارة. في عملية استخلاص اللب الميكانيكي (RMP ، الشكل 2) ، التي اكتسبت شعبية بعد أن أصبحت قابلة للتطبيق تجاريًا في الستينيات ، يتم تغذية رقائق الخشب أو نشارة الخشب من خلال مركز مصفاة قرصية ، حيث يتم تقطيعها إلى قطع أدق عند دفعها للخارج قضبان وأخاديد أضيق تدريجيًا. (في الشكل 1960 ، يتم وضع المصافي في منتصف الصورة ومحركاتها الكبيرة على اليسار. يتم توفير الرقائق من خلال الأنابيب ذات القطر الكبير ، ويخرج اللب من الأنابيب الأصغر.) تعديل RMP هو فصل الألياف الحرارية (TMP) ) ، حيث تُطهى الرقائق على البخار قبل وأثناء التكرير ، وعادة ما تكون تحت الضغط.
الشكل 2. مكرر اللب الميكانيكي
تضمنت إحدى الطرق المبكرة لإنتاج اللب الكيميائي الميكانيكي سجلات ما قبل التبخير قبل غليها في سوائل فصل الألياف الكيميائية ، ثم طحنها في مطاحن حجرية لإنتاج عجينة "خشب مطحون كيميائي". يستخدم فصل الألياف الكيميائي الميكانيكي الحديث مصافي قرصية مع معالجة كيميائية (على سبيل المثال ، ثنائي كبريتيت الصوديوم ، هيدروكسيد الصوديوم) إما قبل أو أثناء أو بعد التكرير. يُشار إلى اللب الذي يتم إنتاجه بهذه الطريقة إما على أنه لباب كيميائي ميكانيكي (CMP) أو عجائن كيميائية حرارية ميكانيكية (CTMP) ، اعتمادًا على ما إذا كان التكرير قد تم إجراؤه عند الضغط الجوي أو الضغط المرتفع. تم تطوير أشكال متنوعة من CTMP وحصلت على براءات اختراع من قبل عدد من المنظمات.
اللب الكيميائي والاسترداد
يتم إنتاج اللب الكيميائي عن طريق إذابة اللجنين كيميائيًا بين ألياف الخشب ، وبالتالي تمكين الألياف من الفصل نسبيًا دون تلف. نظرًا لأن معظم المكونات الخشبية غير الليفية يتم إزالتها في هذه العمليات ، فإن الغلة عادة ما تكون في حدود 40 إلى 55٪.
في عملية فصل الألياف الكيميائية ، يتم طهي الرقائق والمواد الكيميائية الموجودة في محلول مائي معًا في وعاء ضغط (جهاز الهضم ، الشكل 3) والذي يمكن تشغيله على دفعات أو على أساس مستمر. في الطهي على دفعات ، تمتلئ الهاضم بالرقائق من خلال فتحة علوية ، وتضاف المواد الكيميائية الهضمية ، وتُطهى المحتويات في درجة حرارة وضغط مرتفعين. بمجرد اكتمال الطهي ، يتم تحرير الضغط ، "نفخ" اللب غير المحفور من جهاز الهضم إلى خزان الاحتفاظ. ثم يتم تكرار التسلسل. في عملية الهضم المستمر ، يتم إدخال الرقائق المطبوخة مسبقًا في جهاز الهضم بمعدل مستمر. يتم خلط الرقائق والمواد الكيميائية معًا في منطقة التشريب في الجزء العلوي من جهاز الهضم ثم المضي قدمًا عبر منطقة الطهي العليا ومنطقة الطهي السفلية ومنطقة الغسيل قبل نفخها في خزان النفخ.
الشكل 3. جهاز تحليل كرافت مستمر ، مع ناقل رقاقات قيد الإنشاء
مكتبة كانفور
يتم استرداد المواد الكيميائية الهاضمة في معظم عمليات فصل الألياف الكيميائية اليوم. وتتمثل الأهداف الرئيسية في استعادة المواد الكيميائية لعملية الهضم وإعادة تكوينها من سائل الطهي المستهلك ، واستعادة الطاقة الحرارية عن طريق حرق المواد العضوية المذابة من الخشب. يوفر البخار والكهرباء الناتج بعض ، إن لم يكن كل ، احتياجات الطاقة للمصنع.
استخلاص واستخراج الكبريتات
تنتج عملية الكبريتات لبًا أقوى وأكثر قتامة من الطرق الأخرى وتتطلب استردادًا كيميائيًا للمنافسة اقتصاديًا. تطورت الطريقة من فصل الألياف بالصودا (التي تستخدم هيدروكسيد الصوديوم فقط للهضم) وبدأت تكتسب مكانة بارزة في الصناعة من الثلاثينيات إلى الخمسينيات من القرن الماضي مع تطوير عمليات تبييض ثاني أكسيد الكلور والاستعادة الكيميائية ، والتي أنتجت أيضًا البخار والطاقة للمصنع. لعب تطوير المعادن المقاومة للتآكل ، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ ، للتعامل مع بيئات مطحنة اللب الحمضية والقلوية دورًا أيضًا.
خليط الطهي (السائل الأبيض) عبارة عن هيدروكسيد الصوديوم (NaOH ، "مادة كاوية") وكبريتيد الصوديوم (Na2س). عادة ما يتم إجراء عملية فصل الألياف الحديثة بطريقة كرافت في هضم مستمر مبطّن غالبًا بالفولاذ المقاوم للصدأ (الشكل 3). ترتفع درجة حرارة جهاز الهضم ببطء إلى حوالي 170 درجة مئوية وتبقى عند هذا المستوى لمدة 3 إلى 4 ساعات تقريبًا. يتم غربلة اللب (يسمى المرق البني بسبب لونه) لإزالة الخشب غير المطبوخ ، وغسله لإزالة خليط الطهي المستهلك (الآن السائل الأسود) ، وإرساله إما إلى مصنع التبييض أو إلى غرفة آلة اللب. يتم إرجاع الخشب غير المطبوخ إلى جهاز الهضم أو إرساله إلى غلاية الطاقة ليتم حرقه.
يحتوي السائل الأسود الذي يتم جمعه من جهاز الهضم وغسالات المرق البني على مواد عضوية ذائبة يعتمد تركيبها الكيميائي الدقيق على أنواع الخشب المستخلص وظروف الطهي. يتركز السائل في المبخرات حتى يحتوي على أقل من 40٪ ماء ، ثم يتم رشه في غلاية الاسترجاع. يتم استهلاك المكون العضوي كوقود ، لتوليد الحرارة التي يتم استردادها في الجزء العلوي من الفرن كبخار بدرجة حرارة عالية. يتجمع المكون غير العضوي غير المحترق في قاع الغلاية كصهر منصهر. يتدفق الصهر من الفرن ويذوب في محلول كاوي ضعيف ، وينتج "سائل أخضر" يحتوي بشكل أساسي على الصوديوم المذاب.2الصوديوم وكربونات الصوديوم (Na2CO3). يُضخ هذا السائل إلى معمل إعادة التحضير ، حيث يتم تصفيته ، ثم يتفاعل مع الجير المطفأ
(كاليفورنيا (أوه)2) ، وتشكيل هيدروكسيد الصوديوم وكربونات الكالسيوم (CaCO3). يتم ترشيح المحلول الأبيض وتخزينه للاستخدام اللاحق. كربونات الكالسيوم3 يتم إرساله إلى فرن الجير ، حيث يتم تسخينه لتجديد الجير (CaO).
اللب الكبريتيت والتعافي
سيطر استخلاص اللب الكبريتيت على الصناعة من أواخر القرن التاسع عشر إلى منتصف القرن العشرين ، ولكن الطريقة المستخدمة خلال هذه الحقبة كانت محدودة بسبب أنواع الأخشاب التي يمكن عزلها والتلوث الناتج عن تصريف نفايات الطهي غير المعالجة في المجاري المائية. لقد تغلبت الطرق الأحدث على العديد من هذه المشكلات ، لكن فصل اللب بالكبريتات أصبح الآن جزءًا صغيرًا من سوق اللب. على الرغم من أن عملية فصل الألياف عن طريق الكبريتات عادة ما تستخدم الهضم الحمضي ، إلا أن هناك اختلافات أساسية ومحايدة.
سائل الطبخ لحمض الكبريت (H2SO3) وأيون بيسلفيت (H SO3-) في الموقع. يتم حرق عنصر الكبريت لإنتاج ثاني أكسيد الكبريت (SO2) ، والتي يتم تمريرها من خلال برج امتصاص يحتوي على الماء وواحدة من أربع قواعد قلوية (CaCO3، قاعدة الكبريت الأصلية ، نا2CO3هيدروكسيد المغنيسيوم (Mg (OH)2) أو هيدروكسيد الأمونيوم (NH4OH)) التي تنتج الحمض والأيونات وتتحكم في نسبهما. عادة ما يتم إجراء عملية استخلاص اللب بالكبريتات في أجهزة هضم دفعية مبطنة بالطوب. لتجنب التفاعلات غير المرغوب فيها ، يتم تسخين الهاضم ببطء إلى درجة حرارة قصوى من 130 إلى 140 درجة مئوية ويتم طهي الرقائق لفترة طويلة (6 إلى 8 ساعات). مع زيادة ضغط الهضم ، فإن ثاني أكسيد الكبريت الغازي (SO2) ينزف ويعاد مزجه بحمض الطهي الخام. عندما يتبقى ما يقرب من 1 إلى 1.5 ساعة من وقت الطهي ، يتوقف التسخين ويقل الضغط عن طريق نزيف الغاز والبخار. يتم نفخ اللب في خزان ، ثم غسله وغربله.
يمكن استخدام خليط الهضم المستنفد ، المسمى السائل الأحمر ، للحرارة والاسترداد الكيميائي لجميع العمليات باستثناء الكالسيوم ثنائي كبريتات القاعدة. بالنسبة لاستخلاص اللب من كبريتات الأمونيا ، يتم أولاً تجريد السائل الأحمر المخفف لإزالة أكسيد الكبريت المتبقي2، ثم يتركز ويحترق. غاز المداخن المحتوي على SO2 يتم تبريده وتمريره عبر برج امتصاص حيث تتحد الأمونيا الطازجة معه لتوليد سائل الطبخ. أخيرًا ، يتم ترشيح الخمور وتقويتها بـ SO طازجة2 وتخزينها. لا يمكن استعادة الأمونيا لأنها تتحول إلى نيتروجين وماء في غلاية الاسترجاع.
في عملية استخلاص اللب من كبريتات المغنيسيوم ، ينتج عن حرق سائل اللب المركز أكسيد المغنيسيوم (MgO) و SO2، والتي يتم استردادها بسهولة. لا ينتج أي مصهر في هذه العملية ؛ بدلاً من ذلك ، يُجمع MgO من غاز المداخن ويُطحن بالماء لإنتاج هيدروكسيد المغنيسيوم (Mg (OH)2). وبالتالي2 يتم تبريده ودمجه مع Mg (OH)2 في برج امتصاص لإعادة تكوين سائل الطهي. ثنائي كبريتيت المغنيسيوم (Mg (H SO3)2) محصن بـ SO طازج2 وتخزينها. يمكن استعادة 80 إلى 90٪ من المواد الكيميائية للطهي.
يعتبر استرداد سائل الطبخ من كبريتات الصوديوم أكثر تعقيدًا. يتم حرق السائل المستهلك المركز ، ويتم تحويل 50٪ من الكبريت تقريبًا إلى أكسيد الكبريت2. يتم جمع ما تبقى من الصوديوم والكبريت في قاع غلاية الاسترجاع على هيئة صهر Na2S و Na2CO3. يتم إذابة المصهور لإنتاج سائل أخضر ، والذي يتم تحويله إلى ثنائي كبريتيت الصوديوم (NaHSO3) في عدة خطوات. NaHSO3 محصن ومخزن. تنتج عملية التجديد غازات كبريت مخفضة ، وخاصة كبريتيد الهيدروجين (H2S).