パルプ工場

パルプ工場は、木材チップまたは他の植物繊維原料を、さらなる加工のために製紙工場に出荷できる厚い繊維板に変換する製造施設です。パルプは、機械的、半化学的、または完全に化学的な方法（クラフトおよび亜硫酸プロセス）を使用して製造できます。最終製品は、顧客の要件に応じて、漂白または非漂白のいずれかになります。

パルプの製造に使用される木材およびその他の植物材料には、3つの主要な成分（水を除く）が含まれています：セルロース繊維（製紙に望ましい）、リグニン（セルロース繊維を結合する3次元ポリマー）およびヘミセルロース（より短い分岐炭水化物ポリマー）。パルプ化の目的は、繊維源のバルク構造を、それがチップ、茎、または他の植物の部分であっても、構成繊維に分解することです。

化学パルプ化は、リグニンとヘミセルロースを小さな水溶性分子に分解することでこれを達成します。水溶性分子は、セルロース繊維を解重合せずにセルロース繊維から洗い流すことができます（セルロースを化学的に解重合すると繊維が弱まります）。グラウンドウッド（GW）やリファイナーメカニカル（RMP）パルプ化などのさまざまな機械的パルプ化方法は、セルロース繊維を物理的に引き裂きます。リグニンの多くは繊維に付着したままです。繊維が切断される可能性があるため、強度が損なわれます。関連するハイブリッドパルプ化方法では、化学処理と熱処理の組み合わせを使用して、簡略化された化学パルプ化プロセスを開始し、その後すぐに繊維を分離する機械的処理を行います。これらのハイブリッド方式には、熱機械パルプ化（TMP）および化学熱機械パルプ化（CTMP）が含まれます。化学的および熱的処理は、機械的処理に必要なエネルギー量を削減し、繊維が受ける強度損失の量も削減します。

製紙用のパルプを準備するための最も初期の既知の方法は、8世紀のサバカンド、カリバトの水力発電でした。

ミル

以下のサブセクションの技術に関する情報の多くは、CJ Biermannの本からのものです。さまざまなパルプ化プロセスの化学的性質は、シェーストレムの本に記載されています。

繊維源の準備

パルプ工場の最も一般的な繊維源はパルプ材です。他の一般的なソースは、バガスと繊維作物です。繊維源として木材（木）を使用するすべての工場での最初のステップは、樹皮を取り除くことです。樹皮は、使用可能な繊維が比較的少なく、パルプを暗くします。除去された樹皮は、他の使用できない植物材料と一緒に燃やされ、蒸気を生成して工場を稼働させます。その後、繊維を解放するために、ほとんどすべての木材はさらに加工される前に削られます。

樹皮の除去は、 バーカー （またはデバーカー ）で行われます。樹皮の付着力は、成長期（夏）で約3〜5 kg / cm2で、休眠期（冬）で2〜3倍高くなります。凍結した丸太の樹皮は、除去するのがさらに困難です。

化学パルプ工場では、樹皮がカルシウム、シリカ、アルミニウムなどの不要な汚染物質を持ち込み、スケーリングを引き起こし、化学回収システムに余分な負荷を与えます。カバノキの樹皮には、パルプ工場で容易に堆積物を生成するテルペノイドであるベツリンが含まれています。

機械パルプ工場

初期の工場では砂岩製の研削ローラーを使用して「ボルト」と呼ばれる小さな木の丸太を解体しましたが、1940年代に炭化ケイ素または酸化アルミニウムが埋め込まれた人工石の導入により天然石の使用は終了しました。このプロセスによって作られたパルプは、「ストーンアースウッド」パルプ（SGW）として知られています。木材が加圧された密閉グラインダーで粉砕されている場合、パルプは「圧力粉砕材」（PGW）パルプとして分類されます。最新のミルのほとんどは、丸太ではなくリファイナープレートと呼ばれる丸太や隆起した金属ディスクではなく、チップを使用しています。チップがプレートと一緒にすりつぶされる場合、パルプは「リファイナーメカニカル」パルプ（RMP）と呼ばれ、チップが精製されている間に蒸される場合、パルプは「サーモメカニカル」パルプ（TMP）と呼ばれます。蒸気処理により、パルプを製造するのに必要な総エネルギーが大幅に削減され、繊維の損傷（切断）が減少します。機械パルプ工場は、大量のエネルギーを使用します。ほとんどは、グラインダーを回すモーターに電力を供給するための電気です。必要な電気エネルギーの概算は、パルプ1トンあたり10,000メガジュール（MJ）（1トンあたり2,750 kWh）です。

化学パルプ工場

クラフト（または硫酸塩）プロセスや亜硫酸塩プロセスなどの化学パルプ化プロセスでは、ヘミセルロースとリグニンの多くが除去されます。クラフトプロセスは、亜硫酸塩プロセスよりもセルロース繊維へのダメージが少ないため、より強力な繊維を生成しますが、亜硫酸塩プロセスはパルプを漂白しやすくします。化学パルプ化プロセスでは、高温とアルカリ（クラフト）または酸性（亜硫酸）の化学物質の組み合わせを使用して、リグニンの化学結合を破壊します。しかし、クラフトパルプ化プロセスにおける廃水流出物中の大気汚染と汚染物質は広く文書化されています

蒸解缶に供給される材料は、パルプ液が破片に完全に浸透するのに十分なほど小さくなければなりません。木材の場合、ダイジェスターに供給されるものが均一なサイズになるように、丸太が削られ、チップが選別されます。特大のチップは再利用または燃料として使用され、おがくずが燃やされます。選別されたチップスまたはカットされた植物材料（竹、ケナフなど）は、蒸解器に送られ、そこで蒸解化学物質の水溶液と混合され、蒸気で加熱されます。クラフトプロセスでは、パルプ化薬品は水酸化ナトリウムと硫化ナトリウムであり、溶液は白液として知られています。亜硫酸塩プロセスでは、パルプ化薬品は、金属（ナトリウム、マグネシウム、カリウム、またはカルシウム）と亜硫酸アンモニウムまたは亜硫酸アンモニウムの混合物です。

ダイジェスターで数時間後、チップまたはカットされた植物材料は厚いおridgeのようなコンシステンシーに分解され、エアロックを介してダイジェスターの出口から「吹き飛ばされる」か圧搾されます。圧力が突然変化すると、繊維が急速に膨張し、繊維がさらに分離されます。結果として生じる水溶液中の繊維懸濁液は、「ブラウンストック」と呼ばれます。

ブラウンストックウォッシャーは、向流を使用して、使用済みの調理用化学物質と劣化したリグニンとヘミセルロースを取り除きます。クラフトプロセスでは黒液、亜硫酸プロセスでは赤または茶色の液として知られる抽出液を濃縮、燃焼し、ナトリウムおよび硫黄化合物を回収プロセスでリサイクルします。リグノスルホン酸塩は、亜硫酸塩プロセスで廃液から回収される有用な副産物です。クリーンパルプ（ストック）は、最終用途に応じて、漂白プラントで漂白するか、漂白せずに残すことができます。ストックはパルプマシンワイヤーに噴霧され、水が排出され、繊維のシートを押すことでさらに水が除去され、シートが乾燥されます。この時点で、パルプのシートは数ミリメートルの厚さで、粗い表面を持っています：まだ紙ではありません。乾燥したパルプは、切断、積み重ね、保釈され、さらなるプロセスが必要な場合は別の施設に出荷されます。

漂白されたクラフトパルプと漂白された亜硫酸パルプは、高品質の白い印刷用紙を作るために使用されます。漂白されていないクラフトパルプの最も目に見える用途の1つは、強度が特に重要な茶色い紙の買い物袋や包装紙を作ることです。溶解パルプとして知られる特殊グレードの漂白亜硫酸パルプは、下剤から焼き菓子、壁紙ペーストまで、幅広い日常製品に使用されるメチルセルロースなどのセルロース誘導体の製造に使用されます。

化学機械パルプ工場

機械工場と同様の装置で精製する前に、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、およびその他の化学物質で木材チップやわらなどの植物材料を前処理する工場もあります。目的は完全な化学プロセスのようにリグニンを除去するのではなく、繊維を精製しやすくすることであるため、化学処理の条件は化学パルプ化プロセスよりもはるかに活発ではありません（低温、短時間、極端なpHの低下）。これらのハイブリッドプロセスを使用して作られたパルプは、化学熱機械パルプ（CTMP）として知られています。 CTMPミルは、クラフトミルと同じ場所にあるため、CTMPミルからの廃液をクラフト回収プロセスで処理して、無機パルプ化学薬品を再生できます。

スケジューリング

パルププロセスには多くの生産段階が含まれ、通常は中間貯蔵タンクと組み合わされます。各段階の信頼性は異なり、ボトルネックは日によって異なるため、パルプ工場のスケジューリングでは、これらのボトルネックと外乱または故障の可能性を考慮する必要があります。また、各段階には、蒸気/水/化学物質の投入などの異なる決定変数があります。最後に、化石燃料ボイラーからエネルギー要件の一部が満たされる可能性があるため、スケジューリングは燃料最適化とCO2排出を考慮する必要があります。全体的な目的は、最小限のコストで生産を最大化することです。

建設資材

ステンレス鋼は、製品の鉄汚染と製紙プロセスで使用されるさまざまな化学物質に対する耐食性を回避するために、主に2つの理由からパルプおよび製紙業界で広く使用されています。

パルプ製造プロセス全体で、広範囲のステンレス鋼が使用されています。たとえば、ダイジェスターでは木材チップを木材パルプに変換するために二相ステンレス鋼が使用されており、漂白プラントでは6％Moの超オーステナイト系ステンレス鋼が使用されています。