مصنع اللب

📅 آخر تحديث: ٢١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
مصنع لب الورق في راوما، فنلندا
رقائق الخشب لإنتاج الورق

مصنع اللب هو منشأة تصنيع تحوّل رقائق الخشب أو مصادر الألياف النباتية الأخرى إلى ألواح ليفية سميكة تُشحن إلى مصانع الورق لمزيد من المعالجة. يُمكن تصنيع اللب باستخدام طرق ميكانيكية أو شبه كيميائية أو كيميائية بالكامل. يهدف تصنيع اللب إلى تفكيك البنية الأساسية لمصدر الألياف، سواءً كانت رقائق أو سيقان أو أجزاء نباتية أخرى، إلى أليافها المكونة. يُحقق تصنيع اللب الكيميائي ذلك عن طريق تحلل اللجنين والهيميسليلوز إلى جزيئات صغيرة قابلة للذوبان في الماء، والتي يُمكن غسلها من ألياف السليلوز دون إحداث أي تفكك لها.

كانت أقدم الطرق المعروفة لتحضير اللب لصناعة الورق تعتمد على الطاقة المائية، وذلك في سمرقند خلال القرن الثامن الميلادي في عهد الخلافة العباسية . يجب تحضير مصدر الألياف قبل عملية الطحن، والتي قد تتم في مصانع اللب الميكانيكية، أو مصانع اللب الكيميائية، أو مصانع اللب الكيميائية الميكانيكية.

وصف

مصنع اللب هو منشأة تصنيع تحوّل رقائق الخشب أو مصادر الألياف النباتية الأخرى إلى ألواح ليفية سميكة تُشحن إلى مصنع الورق لمزيد من المعالجة. يُمكن تصنيع اللب باستخدام طرق ميكانيكية أو شبه كيميائية أو كيميائية بالكامل ( عمليات كرافت وسلفيت ). [ 1 ] قد يكون المنتج النهائي مبيضًا أو غير مبيض ، حسب متطلبات العميل.

خلفية

تهدف عملية تحويل المواد إلى لب إلى تفكيك البنية الأساسية لمصدر الألياف، سواء كانت رقائق أو سيقان أو أجزاء نباتية أخرى، إلى أليافها المكونة. يحتوي الخشب والمواد النباتية الأخرى المستخدمة في صناعة اللب على ثلاثة مكونات رئيسية (إلى جانب الماء): ألياف السليلوز (المطلوبة لصناعة الورق )، واللجنين (بوليمر ثلاثي الأبعاد يربط ألياف السليلوز معًا) ، والهيميسليلوز ( بوليمرات كربوهيدراتية متفرعة أقصر ).

تُحقق عملية اللب الكيميائي ذلك عن طريق تفكيك اللجنين والهيميسليلوز إلى جزيئات صغيرة قابلة للذوبان في الماء، والتي يمكن غسلها بعيدًا عن ألياف السليلوز دون إحداث تفكك في بلمرة هذه الألياف (إذ أن التفكك الكيميائي للسليلوز يُضعف الألياف). أما طرق اللب الميكانيكي المختلفة، مثل اللب باستخدام الخشب المطحون (GW) واللب الميكانيكي المُكرر (RMP)، فتقوم بتمزيق ألياف السليلوز ميكانيكيًا. ويبقى جزء كبير من اللجنين ملتصقًا بالألياف، مما يُضعف قوتها نتيجة احتمال قطعها. وتستخدم طرق اللب الهجينة ذات الصلة مزيجًا من المعالجة الكيميائية والحرارية لبدء عملية لب كيميائي مُختصرة، تليها مباشرةً معالجة ميكانيكية لفصل الألياف. وتشمل هذه الطرق الهجينة اللب الحراري الميكانيكي (TMP) واللب الكيميائي الحراري الميكانيكي (CTMP). وتُقلل المعالجات الكيميائية والحرارية من كمية الطاقة المطلوبة لاحقًا للمعالجة الميكانيكية، كما تُقلل من فقدان قوة الألياف.

يُعد خشب اللب المصدر الأكثر شيوعًا للألياف المستخدمة في مصانع اللب . ومن المصادر الشائعة الأخرى قصب السكر [ 2 ] والمحاصيل الليفية.

تاريخ

كانت أقدم الطرق المعروفة لإعداد اللب لصناعة الورق تعتمد على الطاقة المائية، في سمرقند في القرن الثامن الميلادي ، في عهد الخلافة العباسية . [ 3 ]

الطاحونة

مصنع إيرفينغ للورق في سانت جون ، نيو برونزويك

معظم المعلومات المتعلقة بالتكنولوجيا في الأقسام الفرعية التالية مأخوذة من كتاب سي جيه بيرمان. [ 4 ] ويمكن الاطلاع على كيمياء عمليات صناعة اللب المختلفة في كتاب سيستروم. [ 5 ]

تحضير مصدر الألياف

تتمثل الخطوة الأولى في جميع مصانع اللب التي تستخدم الخشب (الأشجار) كمصدر للألياف في إزالة اللحاء . يحتوي اللحاء على كمية قليلة نسبيًا من الألياف القابلة للاستخدام، كما أنه يُكسب اللب لونًا داكنًا. يُحرق اللحاء المُزال، إلى جانب مواد نباتية أخرى غير قابلة للاستخدام، لتوليد البخار اللازم لتشغيل المصنع. بعد ذلك، يُفرم معظم الخشب قبل معالجته بشكل أكبر لاستخلاص الألياف.

تُزال القشرة باستخدام آلة خاصة . تبلغ قوة التصاق القشرة حوالي 3-5 كجم/سم² خلال موسم النمو (الصيف)، وتزداد بمقدار 2-3 أضعاف خلال موسم السكون (الشتاء). أما قشرة جذوع الأشجار المتجمدة، فتُعدّ أكثر صعوبة في الإزالة. 

في مصانع اللب الكيميائي ، يُدخل لحاء البتولا ملوثات غير مرغوب فيها مثل الكالسيوم والسيليكا والألومنيوم ، مما يُسبب الترسبات ويُضيف عبئًا إضافيًا على نظام استخلاص المواد الكيميائية. يحتوي لحاء البتولا على البيتيولين ، وهو تربينويد يُسهل تكوين رواسب في مصنع اللب.

مصانع اللب الميكانيكية

استخدمت المطاحن الأولى أسطوانات طحن من الحجر الرملي لتكسير جذوع الخشب الصغيرة المعروفة باسم "القطع" ، لكن استخدام الحجر الطبيعي توقف في أربعينيات القرن العشرين مع ظهور الأحجار المصنعة المُطعّمة بكربيد السيليكون أو أكسيد الألومنيوم . يُعرف اللب الناتج بهذه العملية باسم لب الخشب المطحون بالحجر (SGW). أما إذا طُحن الخشب في مطحنة مضغوطة ومغلقة، فيُصنف اللب باسم لب الخشب المطحون بالضغط (PGW). تستخدم معظم المطاحن الحديثة رقائق الخشب بدلًا من الجذوع، وأقراصًا معدنية مُضلّعة تُسمى ألواح التكرير بدلًا من أحجار الطحن. إذا طُحنت الرقائق باستخدام الألواح فقط، يُسمى اللب الناتج لب الخشب الميكانيكي المُكرّر (RMP)، أما إذا عُولجت الرقائق بالبخار أثناء عملية التكرير، فيُسمى اللب باللب الحراري الميكانيكي (TMP). تُقلل المعالجة بالبخار بشكل كبير من إجمالي الطاقة اللازمة لصنع اللب، كما تُقلل من تلف الألياف (التقطيع). تستهلك مطاحن اللب الميكانيكي كميات كبيرة من الطاقة، معظمها كهرباء، لتشغيل المحركات التي تُدير المطاحن. يُقدّر إجمالي الطاقة الكهربائية المطلوبة بـ 10000 ميغا جول (MJ) لكل طن من اللب (2750 كيلوواط ساعة لكل طن ). 

مصانع لب الورق الكيميائي

مصنع لب الورق في بلانكنشتاين ( ألمانيا )

تُزيل عمليات اللب الكيميائي، مثل عملية الكرافت (أو الكبريتات) وعملية الكبريتيت ، جزءًا كبيرًا من الهيميسليلوز واللجنين. تُلحق عملية الكرافت ضررًا أقل بألياف السليلوز مقارنةً بعملية الكبريتيت ، مما يُنتج أليافًا أقوى، إلا أن عملية الكبريتيت تُنتج لبًا أسهل في التبييض. تستخدم عمليات اللب الكيميائي مزيجًا من درجات الحرارة العالية والمواد الكيميائية القلوية (في عملية الكرافت) أو الحمضية (في عملية الكبريتيت) لكسر الروابط الكيميائية لللجنين. مع ذلك، فقد وُثِّق على نطاق واسع التلوث الجوي والملوثات في مياه الصرف الناتجة عن عملية لب الكرافت [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ].

يجب أن تكون المواد المُدخلة إلى المُخمِّر صغيرة بما يكفي للسماح لسائل اللب بالتغلغل فيها بالكامل. في حالة الخشب، تُفرم جذوع الأشجار وتُغربل رقائق الخشب لضمان تجانس حجم المواد المُدخلة إلى المُخمِّر. تُستخدم الرقائق كبيرة الحجم إما كوقود أو تُعاد معالجتها في آلة التقطيع، بينما يُمكن حرق نشارة الخشب أو جمعها للبيع. تُنقل الرقائق المُغربلة أو المواد النباتية المقطوعة (مثل الخيزران والكناف ) إلى المُخمِّر حيث تُخلط بمحلول مائي من مواد اللب الكيميائية، ثم تُسخَّن بالبخار. في عملية كرافت، تكون مواد اللب الكيميائية هي هيدروكسيد الصوديوم وكبريتيد الصوديوم ، ويُعرف المحلول الناتج باسم السائل الأبيض. أما في عملية الكبريتيت، فتكون مادة اللب الكيميائية عبارة عن خليط من معدن (الصوديوم أو المغنيسيوم أو البوتاسيوم أو الكالسيوم) وكبريتيت الأمونيوم أو الكبريتيت.

بعد عدة ساعات في جهاز الهضم، تتحلل رقائق أو مواد نباتية مقطعة إلى قوام كثيف يشبه العصيدة، ثم تُدفع أو تُعصر من مخرج الجهاز عبر صمام مانع للتسرب. يؤدي التغير المفاجئ في الضغط إلى تمدد سريع للألياف، مما يزيد من تباعدها. يُطلق على معلق الألياف الناتج في المحلول المائي اسم "اللب البني".

تستخدم غسالات اللب البني، بتقنية التدفق المعاكس ، لإزالة المواد الكيميائية المستهلكة في عملية الطهي واللجنين والهيميسليلوز المتحللين. يُركز السائل المستخلص، المعروف باسم السائل الأسود في عملية كرافت، والسائل الأحمر أو البني في عمليات الكبريتيت، ثم يُحرق، وتُعاد تدوير مركبات الصوديوم والكبريت في عملية الاستخلاص. يُعدّ الليغنوسلفونات منتجًا ثانويًا مفيدًا يُستخلص من السائل المستهلك في عملية الكبريتيت. [ 9 ] يمكن تبييض اللب النظيف (اللب الخام) في مصنع التبييض أو تركه دون تبييض، حسب الاستخدام النهائي. يُرش اللب الخام على سلك آلة اللب، ثم يُصرف الماء، ويُزال المزيد من الماء بالضغط على طبقة الألياف، ثم تُجفف الطبقة. في هذه المرحلة، تكون طبقات اللب بسمك عدة ملليمترات ولها سطح خشن: فهي ليست ورقًا بعد. يُقطع اللب المجفف، ويُكدس، ويُحزم، ويُشحن إلى منشأة أخرى لإجراء أي معالجة إضافية مطلوبة.

يُستخدم لب الكرافت المُبيض ولب الكبريتيت المُبيض في صناعة ورق طباعة أبيض عالي الجودة. ومن أبرز استخدامات لب الكرافت غير المُبيض صناعة أكياس التسوق الورقية البنية وورق التغليف، حيث تُعدّ المتانة عاملاً بالغ الأهمية. أما نوع خاص من لب الكبريتيت المُبيض، يُعرف باسم لب التذويب، فيُستخدم في صناعة مشتقات السليلوز، مثل ميثيل السليلوز، التي تدخل في صناعة العديد من المنتجات اليومية، بدءًا من الملينات ووصولاً إلى المخبوزات ومعجون ورق الجدران .

مصانع اللب الكيميائية الميكانيكية

تقوم بعض مصانع اللب بمعالجة رقائق الخشب أو مواد نباتية أخرى كالقش بكربونات الصوديوم ، وهيدروكسيد الصوديوم ، وكبريتيت الصوديوم ، ومواد كيميائية أخرى قبل تكريرها باستخدام معدات مشابهة للمطاحن الميكانيكية. وتكون ظروف المعالجة الكيميائية أقل قسوة (درجة حرارة منخفضة، مدة أقصر، درجة حموضة أقل حدة) مقارنةً بعملية اللب الكيميائي، لأن الهدف هو تسهيل تكرير الألياف، وليس إزالة اللجنين كما في العملية الكيميائية الكاملة. يُعرف اللب المصنوع باستخدام هذه العمليات الهجينة باسم اللب الكيميائي الحراري الميكانيكي (CTMP). أحيانًا، يُقام مصنع CTMP في نفس موقع مصنع كرافت، بحيث يمكن معالجة مخلفات مصنع CTMP في عملية استخلاص الكرافت لإعادة تدوير المواد الكيميائية غير العضوية المستخدمة في صناعة اللب.

مواد البناء

يُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ على نطاق واسع في صناعة اللب والورق [ 10 ] لسببين رئيسيين، هما تجنب تلوث المنتج بالحديد ومقاومته للتآكل الناتج عن المواد الكيميائية المختلفة المستخدمة في عملية صناعة الورق. [ 10 ]

تُستخدم مجموعة واسعة من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ في جميع مراحل عملية صناعة اللب. على سبيل المثال، يُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج في أجهزة الهضم لتحويل رقائق الخشب إلى لب الخشب، بينما يُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الفائق المحتوي على 6% من الموليبدينوم في مصانع التبييض .

الجدولة

تتضمن عملية تصنيع اللب مراحل إنتاجية متعددة، عادةً ما تكون مرتبطة بخزانات تخزين وسيطة. ونظرًا لاختلاف موثوقية كل مرحلة، وتفاوت الاختناقات الإنتاجية من يوم لآخر، فإن جدولة مصنع اللب تتطلب مراعاة هذه الاختناقات واحتمالية حدوث أي خلل أو عطل. [ 11 ] كما قد تختلف متغيرات القرار في كل مرحلة، مثل كمية البخار/الماء/المواد الكيميائية المُدخلة، إلخ. وأخيرًا، يجب أن تراعي الجدولة ترشيد استهلاك الوقود وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، إذ يمكن تلبية جزء من متطلبات الطاقة من خلال غلايات تعمل بالوقود الأحفوري. [ 12 ] والهدف العام هو تحقيق أقصى إنتاج بأقل تكلفة.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ كوانز، ميغان إي؛ ووكر، توني آر؛ أوكس، كين؛ ويليس، روب (2021-04-01). "توصيف الملوثات في بيئات الأراضي الرطبة المحيطة بمحطة معالجة مياه الصرف الصناعي لمصنع لب الورق" . علم بيئة وإدارة الأراضي الرطبة . 29 (2): 209-229 . Bibcode : 2021WetEM..29..209Q . doi : 10.1007/s11273-020-09779-0 . ISSN 1572-9834 . 
  2. ↑ ريني، توماس؛ كوفي، جيف (16 مايو 2016). الوقود الحيوي والمنتجات الحيوية القائمة على قصب السكر: إنتاج اللب والورق من تفل قصب السكر . جون وايلي وأولاده. ص 259. ISBN  978-1118719916.
  3. ↑ لوكاس، آدم (2006)، الرياح، الماء، العمل: تكنولوجيا الطحن القديمة والوسيطة ، دار بريل للنشر ، الصفحات 65 و84، رقم ISBN  978-90-04-14649-5
  4. ↑ بيرمان، كريستوفر ج. (1993). أساسيات صناعة اللب والورق . سان دييغو: أكاديميك برس، إنك. ISBN 978-0-12-097360-6.
  5. ^ إيرو سيوستروم (1993). كيمياء الخشب: الأساسيات والتطبيقات . سان دييغو: الصحافة الأكاديمية . رقم ISBN 978-0-12-647481-7.
  6. ↑ هوفمان، إيما؛ غيرنسي، جوديث ر.؛ ووكر، توني ر.؛ كيم، جونغ سونغ؛ شيرين، كيت؛ أندريو، بانتليس (2017-09-01). "دراسة تجريبية تبحث في انبعاثات المواد السامة في الهواء المحيط بالقرب من منشأة كندية لإنتاج لب الورق الكرافت في مقاطعة بيكتو، نوفا سكوتيا" . مجلة علوم البيئة وبحوث التلوث . 24 (25): 20685-20698 . Bibcode : 2017ESPR...2420685H . doi : 10.1007/s11356-017-9719-5 . ISSN 1614-7499 . PMID 28712086 .  
  7. ↑ هوفمان، إيما؛ ليونز، جيمس؛ بوكسال، جيمس؛ روبرتسون، كام؛ ليك، كريج ب.؛ ووكر، توني ر. (2017-05-06). "التقييم المكاني والزماني (ربع قرن) للرواسب الملوثة بالمعادن (وأشباه المعادن) في مصانع اللب لإرشاد قرارات المعالجة" . رصد وتقييم البيئة . 189 (6): 257. Bibcode : 2017EMnAs.189..257H . doi : 10.1007/s10661-017-5952-0 . ISSN 1573-2959 . PMID 28478542 .  
  8. ↑ هوفمان، إيما؛ علي محمدي، ماسي؛ ليونز، جيمس؛ ديفيس، إميلي؛ ووكر، توني ر.؛ ليك، كريغ ب. (23 أغسطس/آب 2019). "توصيف وتوزيع مكاني للرواسب الملوثة بالمواد العضوية الناتجة عن النفايات الصناعية التاريخية" . رصد وتقييم البيئة . 191 (9): 590. Bibcode : 2019EMnAs.191..590H . doi : 10.1007/s10661-019-7763-y . ISSN 1573-2959 . PMID 31444645 .  
  9. ↑ "استخدامات الليغنوسلفونات" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 9 أكتوبر 2007. تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 أكتوبر 2007 .
  10. 1 2 أ. هـ. توثيل (2002). "الفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك الخاصة لمصانع اللب والورق الحديثة" . معهد النيكل . مؤرشف من الأصل في 16 يناير 2018. تم الاطلاع عليه في 17 يناير 2018 .
  11. ↑ غونارسون، هـ.، رونكفيست، م. (2008). حل مشكلة سلسلة التوريد متعددة الفترات لشركة لب الورق باستخدام الأساليب الاستدلالية - تطبيق على شركة سودرا سيل . المجلة الدولية لاقتصاديات الإنتاج 116 (1): 75-94
  12. ↑ كلوغمان، س.، كارلسون، م.، موشفيغ، ب. (2009). تحسين استهلاك الطاقة والتعاون المحلي في التدفئة في مصنع سويدي متكامل لإنتاج اللب والورق . سياسة الطاقة 37 (7): 2514-2524
  • توفر دائرة اللب والورق معلومات متعلقة بالصناعة (وخاصة مصانع الكرافت) لمهندسي وخبراء تكنولوجيا اللب والورق.
  • مصطلحات صناعة اللب والورق