در مطالب گذشته این سلسه نوشتار به موضوع تاریخ شکل گیری، اهمیت کاغذ و تعریف کاغذ و نقش آن پرداخته شد که برگرفته از کتاب «مفاهیم نظری و کاربردی ساخت کاغذ و فرآیند چاپ» ترجمه و تالیف دکتر مهدی منظورالاجداد با همکاری رضا ربیعی است.
توصیف فرآیند کرافت
پس از انجام مرحله پخت، مایع سیاه با شستن از خمیر جدا می‌شود و در چند مرحله، مواد شیمیایی آن بازیابی شده، مایع پخت بازیابی می‌گردد. فرآیند پخت می‌تواند ناپیوسته یا پیوسته باشد. در پخت ناپیوسته، دیگ پخت (دایجستر) را از خرده‌چوب و مایع پخت به قدر کافی پر می‌کنند، به طوری که مایع روی خرده‌چوب‌ها را بپوشاند. سپس دایجستر طی یک برنامه زمانی از پیش تعیین‌شده، معمولا با گذراندن مایع پخت پرفشار از یک مبدل گرمایی، گرم می‌شود.
هوا و سایر گازهای تراکمناپذیر از یک شیر کنترل فشار که در بالای دایجستر نصب شده است، خارج می‌شود. معمولا پس از ۱ تا ۵/۱ ساعت دایجستر به دمای بیشینه (معمولا ۱۷۰ درجه سانتی‌گراد) می‌رسد و پخت تا دو ساعت ادامه می‌یابد تا واکنش‌های پخت کامل شوند. پس از آن، محتویات دیگ پخت به درون تانک دمشیز تخلیه می‌شود. در این تانک خرده‌چوب‌های نرم‌شده به الیاف تفکیک می‌شوند، بخار بسیار داغ در یک مبدل گرمایی متراکم‌شده به آب داغ تبدیل می‌شود و برای شست‌وشوی خمیر به کار می‌رود.
در پخت پیوسته، معمولا خرده‌چوب‌ها را پیش از ورود به دایجستر در یک ظرف بخاردهی گرم می‌کنند تا هوا و سایر گازهای تراکمناپذیر خارج شوند. سپس خرده‌چوب‌ها و مایع پخت، پیش از ورود به دایجستر، به مدت مشخصی از یک ناحیه دمای حد واسط (۱۲۰-۱۱۵ درجه سانتی‌گراد) عبور می‌کنند تا نفوذ مایع پخت به درون خرده‌چوب‌ها، به مقدار کافی و یکنواخت انجام شود. سپس مخلوط را یا با عبور پرفشار از یک مبدل گرمایی یا با تزریق بخار، به دمای پخت می‌رسانند و در آن دما، ۱ تا ۵/۱ ساعت نگاه می‌دارند.
پس از تکمیل پخت، مایع مصرف‌شده داغ به درون یک ظرف کم‌فشار هدایت می‌شود و در آنجا، بخار مورد نیاز برای ظرف بخاردهی اولیه تولید می‌شود. به طور معمول خمیر را پیش از تخلیه، با مایع تا دمای کمتر از صد درجه سانتی‌گراد خنک می‌کنند تا از رسیدن آسیب مکانیکی به الیاف جلوگیری شود.
خرده‌چوب پخت‌شده از مایع باقیمانده، در فرآیند دقیقی که شست‌وشوی خمیر قهوه‌ای نام دارد، جدا می‌شود. متداول‌ترین روش، استفاده از یک ردیف استوانه‌های شست‌وشوی خلأ جریان مخالف است که در آنها، مایع به گونه‌ای جابه‌جا می‌شود که رقت آن حداقل باشد. در بعضی از دایجسترهای پیوسته، یک مرحله شست‌وشوی پخشی در ارتباط با مرحله جداسازی مایع مصرف‌شده و خنک کردن خمیر وجود دارد. به دنبال شست‌وشو، خمیر الک و سپس تمیز می‌شود. این عملیات، برای تولید خمیر کرافت با کیفیت خوب ضروری است.
سیستم بازیابی مواد شیمیایی
بازیابی مواد شیمیایی و انرژی از مایع سیاه مصرف شده و بازسازی مایع سفید تازه، بخشی جدانشدنی از عملیات کرافت است. «مایع سیاه ضعیف» (با ۱۵ درصد مواد جامد)، حاصل از شست‌وشوی خمیر قهوه‌ای را به طور معمول از مراحل زیر می‌گذرانند. رساندن غلظت مایع سیاه ضعیف از ۱۵ درصد به حدود ۵۰ درصد در تبخیرکننده‌ها در نخستین مرحله صورت می‌گیرد و به دنبال آن مراحل زیر عملی می‌گردد:
- اکسایش مایع سیاه برای کاستن از بوی بد آن،
- تغلیظ مایع و تولید مایع «سیاه قوی» (حدود ۷۰ تا ۷۵ درصد مواد جامد)،
- سوزاندن مایع در کوره بازیابی همراه با افزودن سولفات سدیم (Na2SO4) برای جبران کمبود گوگرد و سدیم،
- حل گدازه حاصل از کوره و به دست آوردن مایع سبز
- قلیایی کردن مایع سبز با استفاده از آهک (که در کوره آهک به دست آمده است) برای تولید مایع سفید و حذف مواد زاید.
کوره‌های آهک با تکلیس کربنات کلسیم (به صورت سنگ آهک با گل آهک وارد کوره می‌شود) آهک زنده (CaO) را تولید می‌کند. در کارخانه‌هایی که از دستگاه تبخیر مستقیم استفاده می‌کنند اکسایش مایع سیاه (به طور معمول با هوا) برای تبدیل ترکیب‌های بدبوی گوگرد و کاهش بوی نامطبوع، مرحله مهمی به شمار می‌آید.
در برخی از کارخانه‌های کرافت جدید، به جای دستگاه تبخیر تماس مستقیم، از یک «تغلیظ‌کننده» که به طور غیرمستقیم با بخار گرم می‌شود، استفاده می‌کنند و با این کار دیگر به اکسایش مایع سیاه نیازی نیست. یک کار مهم در کوره بازیابی، کاهش شیمیایی ترکیب‌های اکسیدشده گوگرد در خاکستر و گدازه به سولفید است. این فرآیند با اندازه‌گیری بازده کاهش کنترل می‌شود. در حفظ میزان قدرت مایع سبز (غلظت TTA)، تلفیقی از دو عامل مهم دخالت دارد.
غلظت بیشتر، مقدار مواد شیمیایی قلیایی را افزایش می‌دهد. در نتیجه، همواره منبع ذخیره‌ای از این ترکیب‌ها وجود دارد و احتمال قطع عملیات با آسیب به آن کاهش می‌یابد، اما غلظت بسیار زیاد TTA اثر نامطلوبی بر کارآیی قلیاسازی دارد، به این معنا که بار مرده بیشتری از Na2Co3 باید در سیستم مایع در حرکت باشد.
بیشتر بخوانید: مواد شیمیایی مورد استفاده در تولید کاغذ و مقوا
شیمی فرآیند خمیرسازی کرافت
واکنش‌هایی که در جریان پخت کرافت روی می‌دهند، پیچیده هستند و به خوبی شناخته نشده‌اند. آنچه به عنوان دانش موجود توسط کلپ خلاصه شده، حاکی از آن است که لیگنین متورم شده در خرده‌چوب‌ها، بر اثر یون‌های هیدروکسیل و هیدروسولفید موجود در مایع پخت، به قطعات و مولکول‌های کوچک‌تری شکسته می‌شود. کربوهیدرات‌ها، به ویژه همی‌سلولزها و تا حدودی سلولز نیز تحت تاثیر شیمیایی قرار می‌گیرند و تا اندازه‌ای حل می‌شوند.
معمولا در جریان یک پخت عادی، حدود ۸۰ درصد لیگنین، ۵۰ درصد همی‌سلولزها و ۱۰ درصد سلولز حل می‌شوند. در شرایط مناسب، اجزای لیگنینی مستعد انجام واکنش‌های تراکمی هستند تا با خود یا با لیگنین حل نشده و احتمالا با کربوهیدرات‌ها ترکیب شوند. خارج ساختن لینگنین متراکم شده از خمیر دشوارتر است. عقیده بر این است که یون هیدروسولفید با بستن گروه‌های واکنش‌پذیر (مانند گروه‌های هیدروکسیل در موقعیت‌های بنزیلی) از میزان واکنش تراکمی می‌کاهد.
دو «نیروی پیش‌برنده» واکنش‌ها در فرآیند کرافت، غلظت قلیا (اندازه‌گیری‌شده به صورت قلیای موثر یا قلیای فعال) و دما است. در گستره معمولی دما (۱۵۵ تا ۱۷۵ درجه سانتی‌گراد)، به ازای هر ده درجه سانتی‌گراد، سرعت نسبی کلپ را برای واکنش انتخاب کرده‌اند و از اینجا، روشی را برای بیان طول مدت پخت و دمای پخت تنها به صورت یک متغیر بسط داده‌اند. هنگامی که نمودار سرعت نسبت واکنش نسبت واکنش نسبت به زمان پخت بر حسب ساعت رسم می‌شود، سطح زیر منحنی فاکتور H نام دارد. مفهوم فاکتور H را می‌توان برای کنترل پخت، به ویژه هنگامی که در طول پخت دما متغیر است، به کار برد.
ادامه دارد…
برگرفته از کتاب «مفاهیم نظری و کاربردی ساخت کاغذ و فرآیند چاپ»
ترجمه و تالیف دکتر مهدی منظورالاجداد
