Papírové inženýrství - Paper engineering

Mezinárodní papír: Kraft papírna

Papírové inženýrství je obor strojírenství, který se zabývá používáním fyzická věda (např. chemie a fyzika) a biologické vědy (např. biologie a biochemie ) ve spojení s matematika jak se používá při přeměně surovin na užitečné papír produkty a vedlejší produkty.[1] Pole aplikuje různé principy v procesní inženýrství a operace jednotky k výrobě papír, Chemikálie, energie a související materiály. Následující časová osa ukazuje některé klíčové kroky ve vývoji vědy chemického a bioprocesního inženýrství:[2]

Z hlediska dědictví zahrnuje pole návrh a analýzu široké škály tepelných, chemických a biochemických operace jednotky zaměstnán při výrobě buničiny a papíru a řeší přípravu svých surovin ze stromů nebo jiných přírodních zdrojů prostřednictvím a rozvlákňování proces, chemická a mechanická předúprava těchto regenerovaných biopolymer (např. zásadně, i když ne pouze, celulóza - na bázi) vlákna ve fluidní suspenzi, vysokorychlostní formování a počáteční odvodnění netkaného rouna, vývoj vlastností sypkého plechu prostřednictvím řízení operací přenosu energie a hmoty, jakož i následné zpracování plechu potahem , kalandrování a další chemické a mechanické procesy.[1]

Aplikace

Dnes se oblast papírenského a chemického inženýrství aplikuje na výrobu nejrůznějších produktů. Lesnictví a biologie, chemická věda, (bio)chemický průmysl rozsah vyrábí organické a agrochemikálie (hnojiva, insekticidy, herbicidy), oleochemikálie, vůně a příchutě, potraviny, krmit, léčiva, nutraceutika, Chemikálie, polymery a energie z biologických materiálů.

Výsledné produkty papírenského inženýrství včetně papíru, lepenky a různých derivátů papíru jsou široce používány v každodenním životě. Kromě toho, že je podmnožinou chemického inženýrství, úzce souvisí i oblast papírenského inženýrství lesní hospodářství, produkt recyklace a hromadná výroba papírových médií.

Metody

Mechanické rozvlákňování

V procesu mechanické výroby buničiny jsou „mletí“ a „rafinace“ dvě hlavní metody používané k výrobě buničiny. Broušení je metoda lisování kulatiny a třísek proti obracejícímu se kameni za účelem výroby vláken. Vlákninová rafinace zpracovává dřevní štěpku chemikáliemi nebo teplem a poté drtí předměty mezi dvěma disky, z nichž jeden nebo oba se otáčejí. Existují čtyři hlavní typy rozvlákňování, které zahrnují zušlechťování mechanické rozvlákňování, termomechanické rozvlákňování, chemicko-mechanické rozvlákňování a chemitermomechanické rozvlákňování.[3] Další popisy jednotlivých procesů jsou obsaženy v tomto odkazu:[4]Mechanická buničina je ve srovnání s chemickou buničinou relativně levná a má vysoký výtěžek buničiny (85–95%). Vytvořený papír je však obecně slabý, protože si zachovává lignin.[1]

Chemická výroba buničiny

Proces rozvlákňování se používá k chemickému rozpuštění lignin nachází se v buněčných stěnách materiálu procházejícího procesem. Po celulóza vlákna jsou oddělena od ligninu, je vytvořena buničina, která pak může být zpracována tak, aby vznikl odolný papír, krabice a vlnitá lepenka. Chemickou výrobu buničiny lze charakterizovat dvěma hlavními způsoby: síranem (Kraftův proces ) rozvlákňování a sulfitové rozvlákňování a tyto dvě metody mají různé výhody. Sulfátové rozvlákňování lze provádět na široké škále odrůd stromů a vede k vytvoření silného typu papíru. Naopak sulfitová buničina má za následek vyšší objem buničiny, která se snadněji bělí a zpracovává. Síranová buničina se však používá častěji, protože produkt je trvanlivější a chemikálie použité při tomto procesu lze regenerovat, což vede k minimálnímu znečištění životního prostředí.[5]

Další zpracování buničiny

Hlavní článek: Papírenský stroj

Buničina se poté zpracovává pomocí zařízení, které ji zpracovává na síť vláken. Tato síť vláken se potom lisuje, aby se odstranil veškerý obsah vody, a papír se následně vysuší, aby se odstranily všechny stopy vlhkosti.

Dokončování

Hlavní článek: Papír

Po dokončení výše uvedených procesů je výsledný papír potažen nepatrným množstvím kaolín nebo uhličitan vápenatý k úpravě povrchu, a papír se poté znovu zvětší v závislosti na jeho zamýšleném účelu.

Recyklace produktu

Hlavní článek: Recyklace papíru

Obecně platí, že materiál, který se má recyklovat, nejprve prochází mechanickým nebo chemickým rozvlákňováním, aby se získal ve formě buničiny. Výsledná buničina je poté zpracována stejným způsobem jako normální buničina; někdy se však přidává originální vlákno, aby se zlepšila kvalita a vzhled produktu.

Související pole a témata

Dnes je oblast papírenského a bioprocesního inženýrství různorodá a zahrnuje oblasti od biotechnologie a nanotechnologie na výroba elektřiny.

Inženýři papíru navrhují, staví a provozují závody
Celulóza je přírodní biopolymer

Vysoké školy a univerzity

Obecně se nabízí jako specializace v chemickém inženýrství:[6]

Viz také

Hlavní článek: Nástin chemického inženýrství

Reference

  1. ^ A b C „Siemens AG. Technologie papíru a celulózy“. Siemens AG. Archivovány od originál 6. listopadu 2010. Citováno 23. listopadu 2010.
  2. ^ Dějiny chemického inženýrství - na státní univerzitě v Severní Karolíně (a obecně).
  3. ^ R. Gustafson (n.d.). "Pulpování a bělení". University of Washington. Archivovány od originál dne 14. ledna 2011. Citováno 23. listopadu 2010.
  4. ^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 14. ledna 2011. Citováno 24. listopadu 2010.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  5. ^ Washingtonské ministerstvo ekologie (n.d.). „Chemické celulózky“ (PDF). Citováno 23. listopadu 2010.
  6. ^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál 9. června 2010. Citováno 21. dubna 2010.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz):
  7. ^ „Australian Pulp and Paper Institute (APPI)“. Monash University. Citováno 29. července 2010.