1. Výroba chemické buničiny

Hlavní surovinou pro výrobu buničiny (buničina) v České republice je jehličnaté dřevo. Pro zpracování v papírenském průmyslu se využívají vrchní části kmenů, dřevo z probírek (probírka) a pilařská štěpka – tzn. sortimenty dřeva, které již nejdou zpracovat na řezivo. Struktura jehličnatého dřeva je tvořena vlákny o délce 2,5-3,5 mm a šířce 30-38 mikrometrů. Buněčná stěna vlákna se skládá z polymeru celulózy, jehož stavební jednotkou je molekula glukopyranózy s průměrným polymeračním stupněm 600. Jednotlivá vlákna jsou pevně spojena ligninem. Lignin je na rozdíl od celulózy rozpustný v kyselinách i zásadách, čehož se využívá při výrobě buničiny. Dalšími složkami přítomnými ve dřevu jsou hemicelulózy, méně stabilní polymery pentozanů a hexozanů, extraktivní látky na bázi mastných a pryskyřičných kyselin a terpeny. Z nich vznikají během sulfátového procesu významné meziprodukty, dále zpracovávané v chemickém průmyslu. Volná vlákna jsou poměrně chemicky stabilní a používají se po dalších úpravách k výrobě papíru.

Hlavním technologickým způsobem výroby buničiny je sulfátový způsob. Svoje jméno získal od přídavku síranu na doplnění používaných chemikálií. Vlastní technologie používá k rozpuštění ligninu roztoku hydroxidu sodného a sulfidu sodného. Této směsi se říká bílý louh. Dodané dřevo ve formě kmenů se nejprve odkorní a naseká na štěpku o rozměrech 23 x 20 x 4mm, která putuje do tlakových nádob společně s varným louhem za vysokého tlaku a vysokých teplot (150 – 170°C) probíhá rozpouštění ligninu. Po ukončení várky se v dalším procesu buničina vypere (oddělí se výluh) a vytřídí (oddělí se suky, neprovary a svazky vláken) a ve formě vodolátky se čerpá na papírenské stroje. Výluh oddělený po várce tvoří alkalický roztok ligninu a je regenerován v několika fázích zpět do formy bílého louhu. Sulfátový způsob výroby buničiny je doprovázen vznikem organických sloučenin síry, které jsou pachově výrazné i při velmi malých koncentracích. Místa vzniku jsou napojena systém shromažďování a sirné emise jsou splavány v speciální spalovně nebo v regeneračním kotli. Ostatní emise jsou pečlivě on-line monitorovány, aby nepřesáhly povolené hodnoty.

Během regenerace výluhu dochází jeho zahuštění a spalování v regeneračním kotli. Regenerační kotel má dvě základní funkce. Spálením ligninu se vytvoří vysokotlaká pára pro pohon turbíny. Vyrábí se tak teplo pro technologii i elektrický proud pro potřeby závodu. Druhá funkce kotle spočívá v chemické redukci síranu na sulfid sodný -.tj obnově chemikálií potřebných pro vaření buničiny. V další fázi regenerace výluhu je uhličitan převeden zpět na hydroxid a proces výroby bílého louhu je dokončen. Součástí zařízení celulózky i rotační vápenná pec pro vypalování kaustifikačních kalů. Popsaná technologie je základem pro výrobu buničiny v MONDI Štětí a.s.

Kůra ze zpracování dřeva, piliny, dovážené biopalivo i odvodněné kaly jsou palivem pro fluidní kotel, který slouží také pro výrobu tepla a energie, jako již zmiňovaný regenerační kotel.

Ve světě se používají i jiné způsoby přípravy buničiny, které pracují v neutrálním, nebo kyselém prostředí, kde aktivní chemikálií je siřičitan nebo hydrogen siřičitan. Příprava buničiny tímto způsobem přináší sice vyšší výtěžek, ale pevnostní vlastnosti buničiny jsou o desítky procent horší a není vhodná pro výrobu obalových papírů. Příkladem takové celulózky je Biocel Paskov. Hlavní uzly výroby zůstávají stejné jako při výrobě buničiny sulfátovým způsobem .viz přiložené schéma

Významnou předností používané technologie, je výroba vlastní „zelené energie“ z obnovitelných surovin a tím i nezávislost na dodávkách z vnějších zdrojů. Celulózka vyrábí energii nejen pro vlastní potřebu ale i pro papírenské stroje.

Pro některé druhy papíru je třeba vyrobit bělenou buničinu, což znamená uplatnit technologický proces, který zbaví vlákna buničiny zbytkového ligninu a dalších látek, které způsobují nežádoucí zabarvení. Bělení je proces, který spočívá v aplikaci chemikálií, které reagují převážně s ligninem a poškozují co možná nejméně vlákna buničiny. Sem patří především kyslík, oxid chloričitý a peroxid vodíku. Bělení probíhá ve vícestupňových reaktorech vybavených pracím zařízením. Po ukončení procesu je buničina dopravována na papírenské stroje ve formě vodopádky, nebo vysušena na sušícím stroji na 85-90%. Vysušenou buničinu je možní déle skladovat a dopravovat na delší vzdálenosti do papíren.

Bělírenské vody obsahující chloridy a není možné je využít zpět v procesu výroby buničiny, a proto je nutné je pečlivě čistit před vypuštěním do řeky.

Čištění odpadních vod je věnována velká pozornost, pobíhá vícestupňově. V prvním stupni jsou odstraňovány vláknité kaly a ve druhém stupni –biologickém čištění - jsou odbourávány rozpuštěné chemické látky za pomoci vháněného vzduchu na úroveň umožňují návrat použitých vod zpět do vodního toku. Primární i biologické kaly jsou zahušťovány a využívány v zemědělství, v cihelnách při pálení cihel nebo jako biopalivo v kůrovém fluidním kotli celulózky.

2. Výroba papíru

Papír je výrobek doprovázející lidstvo již téměř 2000 let. Využívá obnovitelných zdrojů. Pro jeho výrobu jsou třeba vlákna, jejichž přípravu ze dřeva jsme objasnili v předchozí kapitole. Kromě primárních vláken, připlavených ze dřeva, je pro některé druhy papíru možno použít i recyklované vlákna ze „sběrového papíru“.

Záleží na požadovaných konečných vlastnostech papíru, jaká surovina je použita. Recyklovaný papír je používán při výrobě balícího materiálu/ krabic, kde jsou vyžadována odolnost proti průrazu Chemická buničina, která může být, až trojnásobně pevnější v parametrech se využívá k výrobě pytlů, tenkých balících papírů, natíraných i nenatíraných i jako základ do hygienických papírů.

Pro výrobu papíru se třeba vlákna nejprve mlít, abychom rozvinuli pevností vlastnosti. Mletím se narušuje povrchová vrstva vlákna. Vlákno se třepí, fragmentuje a zkracuje. Odborně se tomu říká fibrilace vlákna. Tím se zvyšuje počet vytvářených vodíkových vazeb a pevnost budoucího papíru. Zřetelný je rozdíl mezi nemletým a mezi mletým vláknem na obr. 1 a 2.

V procesu přípravy látky se současně přidávají i základní chemikálie, které zvyšují odolnost papíru proti vodě, podporují pevnost a umožňují zpracování látky na papírenském stroji.

Papírenský stroj je hlavním výrobním prostředkem současnosti. Umožňuje výrobu papíru ve formě nekonečného pásu rychlostmi i vyššími než 1000 m/ min.

Papírenský stroj se skládá ze tří základních částí: sítové, lisové a sušící.

Sítová část

Vláknitá suspenze naředěná na 0,2-0,5% natéká na podélné nekonečné síto, na němž dochází k odvodnění látky tak, že vlákna zůstávají na povrchu síta a voda protéká pod síto do sběrných nádrží. Odvodňování podporují speciální prvky, např. lišty a sací skříně.

Lisová část

Papírový list se snímá ze síta pomocí plstěnce do lisové části (několik válcových lisů za sebou), kde se vysokým tlakem při lisování odstraní další voda z papírového listu.

Sušící část

Protože již není možné mechanicky odstranit zbývající vodu v papírovém listu, musí se papírový list sušit na válcích, které jsou vytápěny párou. Na konci papírenského stroje může být kalandr. Je to zvláštní lis, kde se papír povrchově uhlazuje. Pak následuje navíječ, na něj se papírový list navíjí do rolí a balí pro expedici k zákazníkům. Někdy bývá zařazen i stůl, na kterém se papír řeže na formáty.

 Autor článku: Ing. Josef Kindl