펄프 밀

Pulp mill
핀란드 중부 에네코스키에 있는 펄프 공장
종이 생산용 우드칩

펄프밀(펄프밀)은 목재칩이나 다른 식물섬유의 공급원을 두꺼운 섬유보드로 변환하는 제조시설로, 향후 처리를 위해 제지공장에 출하할 수 있다. 펄프는 기계적, 반화학적 또는 완전 화학적 방법(크래프트 및 황산염 공정)을 사용하여 제조할 수 있다. 완제품은 고객 요건에 따라 표백되거나 비표백될 수 있다.

펄프를 만드는 데 사용되는 목재 및 기타 식물 재료는 세 가지 주요 성분(물로부터 떨어져 있음), 셀룰로오스 섬유(종이 제조에 필요함), 리그닌(셀룰로오스 섬유들을 함께 묶는 3차원 고분자), 헤미셀로오스(shterbranched 탄수화물 폴리머)를 포함한다. 펄핑의 목적은 칩, 스템 또는 다른 식물 부품 등 섬유 소스의 대량 구조를 구성 섬유로 분해하는 것이다.

화학적 펄핑은 리그닌과 헤미셀룰로오스를 셀룰로오스 섬유를 분해하지 않고 셀룰로오스 섬유로부터 씻어낼 수 있는 작고 수용성 있는 분자로 분해함으로써 이를 달성한다(셀룰로오스를 화학적으로 분해하면 섬유질이 약해진다). 그라운드우드(GW)와 정제기계(RMP) 펄핑 등 다양한 기계적 펄핑 방법은 물리적으로 셀룰로오스 섬유를 서로 찢는다. 리닌의 많은 부분이 섬유에 달라붙어 있다. 섬유질이 끊어질 수 있기 때문에 강도가 약하다. 관련 하이브리드 펄핑 방법은 화학 처리와 열 처리의 조합을 사용하여 약칭 화학 펄핑 공정을 시작하며, 즉시 섬유 분리를 위한 기계적 처리를 사용한다. 이러한 하이브리드 방법에는 열역학 펄스(TMP)와 체미 열역학 펄스(CTMP)가 포함된다. 화학적, 열적 치료는 기계적인 치료에서 이후에 필요한 에너지의 양을 감소시키고 또한 섬유에 의해 발생하는 강도 손실의 양을 감소시킨다.

제지용 펄프를 만드는 것으로 알려진 가장 초기 방법은 8세기 아바시드 칼리프하테의 사마르칸트 수력이었다.[1]

방앗간

국제 제지 회사, 펄프 공장

다음의 하위섹션에서 기술에 관한 많은 정보는 C.J. Biermann의 저서에서 나온 것이다.[2] 여러 가지 펄핑 과정의 화학 작용은 쇠스트룀의 저서에서 찾을 수 있다.[3]

파이버 소스 준비

펄프 제분소의 가장 흔한 섬유원은 펄프 목재다. 다른 공통의 원천은 바가세스와[4] 섬유질 작물이다. 나무(나무)를 섬유원으로 사용하는 모든 제분소의 첫 번째 단계는 껍질을 제거하는 것이다. 나무껍질에는 사용 가능한 섬유질이 비교적 적고 과육을 검게 한다. 제거된 껍질은 다른 사용할 수 없는 식물 재료와 함께 연소되어 증기를 발생시켜 방앗간을 가동한다. 거의 모든 목재는 섬유들을 자유롭게 하기 위해 더 가공되기 전에 잘려진다.

껍질 제거는 바커(또는 디바커)로 한다. 껍질 접착력은 성장기(여름)에 약 3~5kg/cm이며2, 휴면기(겨울)에 2~3배 높다. 얼어붙은 통나무 껍질은 더 제거하기 어렵다.

화학 펄프 제분소에서는 껍질이 스케일링을 유발하는 칼슘, 실리카, 알루미늄 등 원치 않는 오염물질을 유입시켜 화학적 회수 시스템을 위해 추가 부하를 준다. 버치바크에는 펄프 제분소에 쉽게 침전물을 만드는 테르페노이드인 베툴린이 함유되어 있다.

기계펄프 제분소

초창기 제분소들은 사암석 분쇄 롤러를 사용해 '볼트'라고 불리는 작은 목재 통나무를 분해했지만, 실리콘 카바이드나 산화알루미늄이 내장된 제조된 스톤이 도입되면서 자연석 사용이 1940년대에 끝났다. 이 공정에 의해 만들어진 펄프는 "석조 지반재" 펄프(SGW)로 알려져 있다. 나무가 가압되고 밀봉된 분쇄기에 갈린 경우 펄프는 "압력 접지 목재"(PGW) 펄프로 분류된다. 대부분의 현대식 제분소들은 통나무보다는 칩을 사용하고 그라인드스톤 대신 정제판이라 불리는 금속 디스크를 사용한다. 칩을 플레이트로 막 갈아내면 펄프는 "재처리 기계" 펄프(RMP)라고 하고, 칩을 정제하면서 찐다면 "열역학" 펄프(Temomemanic) 펄프(TMP)라고 부른다. 증기처리는 펄프를 만드는 데 필요한 총 에너지를 현저히 감소시키고 섬유에 대한 손상(절단)을 감소시킨다. 기계 펄프 공장은 많은 양의 에너지를 사용하며, 주로 그라인더를 돌리는 모터에 전기를 공급한다. 필요한 전기 에너지의 대략적인 추정치는 펄프 톤당 10,000 메가줄(MJ)이다(톤당 2,750 kWh).

화학펄프공장

블랑켄슈타인의 펄프 밀(독일)
주요기사 : 크래프트공정, Sulfite공정, 소다펄핑공정

크래프트(또는 황산염) 공정과 황산염 공정과 같은 화학적 펄핑 공정은 헤미셀룰로스와 리닌의 상당 부분을 제거한다. 크래프트 공정은 황산염 공정보다 셀룰로오스 섬유에 손상을 적게 주어 더 강한 섬유를 생산하지만 황산염 공정은 표백하기 쉬운 펄프를 만든다. 화학 펄핑 공정은 고온과 알칼리성(크래프트) 또는 산성(황산성) 화학물질의 조합을 사용해 리긴의 화학적 결합을 깨뜨린다. 그러나, 크래프트 펄핑 공정에서 폐수 유출물의 대기오염과 오염물질은 널리 입증되었다[5][6][7].

디지스터에 주입된 물질은 펄럭이는 술이 조각들을 완전히 관통할 수 있을 만큼 충분히 작아야 한다. 나무의 경우 통나무를 깎고 칩을 가려 디지스터에게 주는 것이 균일한 크기가 되도록 한다. 과대 사이즈의 칩은 재채기되거나 연료로 사용되며 톱밥은 연소된다. 스크리닝된 칩이나 절단된 식물 재료(밤부, 케나프 등)는 디지스터로 가서 펄핑 화학물질의 수용액과 혼합한 다음 증기로 가열한다. 크래프트 공정에서 펄핑 화학물질은 수산화나트륨과 황화 나트륨이며 용액은 백주로 알려져 있다. 황산염 공정에서 펄핑 화학 물질은 금속(소듐, 마그네슘, 칼륨 또는 칼슘)과 황산암모늄 또는 황산염의 혼합물이다.

디지스터에서 몇 시간이 지나면 칩이나 잘린 식물 재료가 죽 같은 두꺼운 일관성으로 분해되어 에어록을 통해 디지스터의 배출구에서 '파거나' 짜낸다. 압력의 급격한 변화는 섬유의 급속한 확장을 초래하여 섬유를 더욱 분리시킨다. 그 결과 물 용액에서 섬유 유지가 되는 것을 "갈색 육수"라고 한다.

브라운 스톡 와셔는 역류 흐름을 사용하여 사용 후 조리 화학물질과 분해된 리그닌 및 헤미셀룰로오스를 제거한다. 크래프트 공정에서 검은 술로 알려진 추출된 액체와 황산염 공정에서 붉은색 또는 갈색 술이 농축되어 연소되며 회수 과정에서 나트륨과 유황 화합물이 재활용된다. 리그노술폰산염은 황산염 과정에서 사용한 술에서 회수된 유용한 부산물이다.[8] 깨끗한 펄프(스톡)는 최종 용도에 따라 표백공장에서 표백하거나 표백되지 않은 상태로 둘 수 있다. 육수를 펄프 기계 와이어에 뿌리고, 물이 빠지며, 섬유 시트를 눌러서 더 많은 물을 제거한 다음 시트를 말린다. 이 시점에서 펄프는 수 밀리미터 두께로 표면이 거칠다. 그것은 아직 종이가 아니다. 건조된 펄프는 자르고, 쌓고, 보석되어 다른 시설로 운송되어 추가 공정이 필요한 모든 것을 제공한다.

표백한 크래프트 펄프와 표백한 황산염 펄프는 고품질의 백색 인쇄용지를 만드는 데 사용된다. 표백되지 않은 크래프트 펄프의 가장 눈에 띄는 용도 중 하나는 힘이 특히 중요한 갈색 종이 쇼핑백과 포장지를 만드는 것이다. 펄프를 용해하는 것으로 알려진 표백 황산염 펄프의 특등급은 방만제부터 구운 제품, 벽지 페이스트에 이르기까지 다양한 일상용품에 쓰이는 메틸셀룰로오스 등 셀룰로오스 파생상품을 만드는 데 사용된다.

체미기계펄프공장

일부 제분소에서는 기계 제분소와 유사한 장비로 정제하기 전에 목재 칩이나 빨대 같은 식물 물질을 탄산나트륨, 수산화나트륨, 황산나트륨, 기타 화학 물질을 미리 처리한다. 화학적 처리의 조건은 화학적 펄핑 공정에서보다 훨씬 덜 활력(낮은 온도, 짧은 시간, 극한 pH)이 있는데, 이는 완전한 화학적 공정에서처럼 리닌을 제거하기 위한 것이 아니라 섬유를 정제하기 쉽게 만드는 것이 목적이기 때문이다. 이러한 하이브리드 공정을 이용하여 만든 펄프는 체미열역학펄프(CTMP)라고 알려져 있다. 때로는 크래프트 밀과 같은 부지에 CTMP 밀이 위치하여 Ctrraft 회수 공정에서 Ctrmp 밀의 유출액을 처리하여 무기물 펄핑 화학물질을 재생할 수 있다.

스케줄링

펄핑 공정은 보통 중간 저장 탱크와 결합되는 많은 생산 단계를 포함한다. 각 단계마다 신뢰성이 다르고 병목현상이 나날이 다를 수 있으므로 펄프 밀의 스케줄링에는 이러한 병목 현상과 교란 또는 고장 가능성을 고려할 필요가 있다.[9] 또한 각 단계에는 증기/물/화학 입력 등과 같은 서로 다른 결정 변수가 있을 수 있다. 마지막으로, 에너지 요구사항의 일부는 화석연료 보일러에서 충족될 수 있기 때문에 스케줄링은 연료 최적화 및 CO2 배출을 고려할 필요가 있다.[10] 전반적인 목표는 최소 비용으로 생산을 극대화하는 것이다.

건축자재

스테인리스강은 제품의 철 오염과 제지 공정에서 사용되는 다양한 화학물질에 대한 내식성을 방지하기 위해 두 가지 주된 이유로 펄프와 제지 산업에[11] 광범위하게 사용된다.[11]

펄프 제조 공정 전반에 걸쳐 다양한 스테인리스 스틸이 사용된다. 예를 들어, 2상계 스테인리스강은 목재칩을 나무펄프로 변환하기 위해 디지스터에 사용되고 있으며 표백제 공장에는 6% Mo 슈퍼오스테나이트계 스테인리스강을 사용하고 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ Lucas, Adam (2006), Wind, Water, Work: Ancient and Medieval Milling Technology, Brill Publishers, pp. 65 & 84, ISBN 978-90-04-14649-5
  2. ^ Biermann, Christopher J. (1993). Essentials of Pulping and Papermaking. San Diego: Academic Press, Inc. ISBN 978-0-12-097360-6.
  3. ^ Eero Sjöström (1993). Wood Chemistry: Fundamentals and Applications. San Diego: Academic Press. ISBN 978-0-12-647481-7.
  4. ^ Rainey, Thomas; Covey, Geoff (16 May 2016). Sugarcane-based Biofuels and Bioproducts: Pulp and Paper Production from Sugarcane Bagasse. John Wiley & Sons. p. 259. ISBN 978-1118719916.
  5. ^ 호프만, E, 게른지, J. R., 워커, T. R., 킴, J. S., 셰런, K., & 안드레우, P. (2017) 노바스코샤 주 픽투 카운티의 캐나다 크래프트 펄프 및 종이 시설 주변에서 대기 독성 물질 배출량을 조사하는 파일럿 연구. 환경과학공해연구, 24(25) 20685-20698. https://link.springer.com/article/10.1007/s11356-017-9719-5
  6. ^ 호프만, E, 라이온스, J, 박스올, J, 로버트슨, C, 레이크, C.B, & 워커, T. R. (2017년) 교정조치 결정을 알리기 위해 펄프 밀 금속(연고)에 대한 주피오템포럴 평가(분기)가 침전물을 오염시켰다. 환경 모니터링 및 평가, 189(6), 257. https://link.springer.com/article/10.1007/s10661-017-5952-0
  7. ^ 호프만, E, 알리모하마디, M, 라이온스, J, 데이비스, E, 워커, T. R, & 레이크, C. B. (2019) 역사적 산업유출물에서 도출된 유기오염 침전물의 특성화 및 공간분포 환경 모니터링 및 평가, 191(9), 590. https://link.springer.com/article/10.1007/s10661-019-7763-y
  8. ^ "Uses of lignosulphonates". Archived from the original on 2007-10-09. Retrieved 2007-10-07.
  9. ^ 군나르손, H, 뢴크비스트, M. (2008) 휴리스틱스를 사용하여 펄프 회사의 다주기 공급망 문제 해결 - Södra Cell ab에 적용. 국제생산경제학회 116(1) : 75-94
  10. ^ Klugman, S, Karlsson, M, Moshfegh, B. (2009) 스웨덴 통합 펄프 및 제지 공장 에너지 최적화 및 현지 열 협력. 에너지 정책 37(7): 2514-2524
  11. ^ a b A. H. Tuthill (2002). "Stainless Steels and Specialty Alloys for Modern Pulp and Paper Mills". Nickel Institute.

외부 링크