خميرسازي بيومكانيكي با خرده چوب هاي كاج

خلاصه ‌مطالب :
فرايند خمير كاغذ مكانيكي، فرايندي با مصرف انرژي زياد است و به توليد كاعذ با مقاومت پايين مي انجامد. خميرسازي بيومكانيكي به عنوان تيمار قارچي مواد ليگند سلولزي قبل لز خمير سازي مكانيكي تعريف مي شود، كه يك صرفه جويي ۳۰ درصدي را در مصرف انرژي و افزايش قابل توجهي در خواص مقاومتي كاغذ در مقايسه با كنترل در مقياس آزمايشگاهي نشان داده است در يك

تلاش براي بزرگتر كردن مقياس خميرسازي بيومكانيكي تا سطح صنعتي، ۵۰ تن از خرده چوب هاي گونه نوئل كه با بهترين قارچ هاي خميرسازي بيولوژيكي در يك عمليات پيوسته آغشته شده بودند و بصورت ذخيرة بيروني خرده چوب انبار شده بودند. اين پشتة ذخيره خرده چوب توسط يك سيستم تهوية هوا، براي برقراري درجه حرارت مناسب براي رشد و رطوبت در تمام ذخيره تهويه مي شد. كنترل و تيمار قارچي جليپس ها، در يك كارخانه خمير سازي گرمايي، مكانيكي (tmp) كه كاغذهاي پوشش دار سبك توليد مي كرد به كار برده شد.

پيش نياز قارچي سبب كاهش ۳۳ درصدي در مصرف انرژي الكتريكي مي شود و افزايش قابل توجهي در خواص مقاومتي كاغذ در مقايسه با كنترل را باعث مي شود با توجه به اينكه، الياف بيومكانيكي نسبت به اليافي كه با رويش tmp توليد مي شوند قويتر بودند، ما موفق شديم كه مقدار حداقل ۵ درصد از خمير كاغذ كرافت رنگبري شده حاصل از چوب سوزني برمان را در توليد نمايي كاهش دهيم. پيش تيمار قارچي در شش خمير كاغذ را كاهش مي دهد. ولي روشني توسط ۶۰ درصد پروكسيد هيدروژن بيشتر تا سطح رنگبري كنترل بهبود پيدا مي كند. اوضاع اقتصادي خمير سازي بيومكانيكي جالت توجه به نظر مي رسد.

مقدمه:
امروزه، در دنيا ۲۵ درصد توليدات خمير چوب توسط خمير سازي مكانيكي انجام مي‌شود انتظار مي رود كه اين حجم در آينده به عنوان مواد خامي كه دشوارتر يافت مي شود افزايش يابد.
خميرسازي مكانيكي با بازده به عنوان راهي براي توسعه داده اين منابع در مصرفي بازرسي قرار دارد به هر حال فرآيند خمير كاغذي مكانيكي فرايندي با مصرف انرژي زياد است و در مقايسه با

فرايندهاي خمير سازي شيميايي كاغذي با مقاومت پائين تر توليد مي كند-خمير كرافت اغلب براي دادن مقاومت به خمير مكانيكي به آن اضافه مي شود. ولي خمير كرانت نسبت به خمير مكانيكي خيلي گران تر است. اين معايب مصرف خميرهاي مكانيكي را در بسياري از انواع كاغذها. بنابراين، آلندا ۲۰۲۰(تصور صفت كاغذي در آينده) توسعه روش ها و فن آوري هاي جديد را براي غلبه بر اين مشكلات را پيشنهاد مي كند. خمير سازي بيومكانيكي داراي پتانسيل لازم براي اصلاح كردن از اين مشكلات است.

 

زمينة تحققيات
استفاده از قارچ عامل پوسيدگي سفيد براي ليگنين زدايي زيستي از چوب شايد اولين بار بطور جدي توسط لاوسن راسنيل در شركت خمير و كاعذ ويرجينيايي غربي (اكنون با نام شركت WESTVACO) مورد توجه قرار گرفت. اين محققين يك مقاله‌اي در مورد (۷۲ قارچ پوسيده كننده ليگنين منتشر كردند) كه در آنجا كميابي دانسته ما در مورد پوسيدگي قارچي ليگنين خاطرنشان شده است دهة ۱۹۷۰، اريكسون در آزمايشگاه توليدات جنگلي سوئد (STFI) يك تحقيق نسبتاً

جامعي كه پيش تيمار قارچي كه ميتوانست به طور مشخص يك صرفه جويي را در مصرف انرژي و افزايش مقاومت خميرهاي مكانيكي را سبب شود آغاز كرد. آن تحقيق همچنين منتهي به يك انحصار امريكايي شد كه به يك روشي براي توليد خمير كاغذ سلولزي را شرح مي داد. گرچه اين تحقيق با مشكلاتي كه با موفقيت هاي محدود روبرو بودند در بزرگ كردن مقياس مواجه شد ولي آن تحقيق يك ديد با ارزش و جزئياتي در تلاش را كه در چندين مقاله انتقادي و مقالاتي كه در آن اشاره شده (۱۶-۱۰) فراهم آورد.

بعدي تحقيق و توسعه خميرسازي بيومكانيكي و اداره جنگل USDA و آزمايشگاه محصولات جنگل FPL از بين گروه هاي متعدد بدنه دولت و موسسات تحقيقاتي و شركت هاي خصوصي يك ارتباط اداري را با هم تشكيل دادند در اوايل آوريل ۱۹۸۷، كنسرسيوم شكل گرفت كه شامل FPL و

دانشگاه هاي ويسكانيسن و مينه سوتا و از ۲۲ شركت خمير و كاغذ و شركت هاي وابسته بود. روي هم رفته، هدف كنسرسيوم تحقيقاتي ارزيابي، تجاري و اقتصادي خمير سازي بيومكانيكي بود. چون پيش تيمار قارچي يك علل طبيعي است. انتظار مي رود كه اثرات زيست محيطي به حداقل ميزان خود برسد.
اين كنسرسيوم از توانايي طراحي منابع نسبتاً زياد آزمايشگاه فدرال و دانشگاه هاي تحقيقي برجسته و همچنين مقالات تحصصي كه توسط شركت هاي خصوصي كه درگير اين مسائل هستند نشان داده شد. سود مي برد اين كمپاني ها با همديگر قادر بودنداين پروژه تحقيقاتي بزرگ و

خطرناك را حمايت كنند كه در آن هيچكدام از آنها به تنهايي از نظر مالي قادر به انجام آن نبودند به هر حال در سال ۱۹۹۵ صنعت خمير و كاغذ يك ركورد اقتصادي را تجربه كرد و تعدادي از اعضاي كنسرسيوم اخراج شدند. سرمايه گذاري اضافي لازم بود تا خمير سازي امكان كار كردن خمير سازي بيومكانيكي را در مقياس يك كارخانه خمير سازي واقعي نشان دهد. درنتيجه خميرسازي

بيومكانيكي توجه سازمان هاي ديگري مثل مركز انرژي ويسكانسين را جلب كند كه در آن موافقت شده است تا بودجه اي كه لازم است خمير سازي بيومكانيكي را به طرف سطح صنفي بالا ببرد فراهم كند.
با اين حمايت مالي، خمير سازي بيومكانيكي اكنون تا نزديكي مقياس منفي ارتقاء پيدا كرده است و نتيجه گيري كل اين است كه خميرسازي بيومكانيكي موثر واقع شده است. در مصرف قارچ‌هاي عامل فساد ليگنين حداقل ۳۰ درصد انرژي الكتريكي در خمير سازي مكانيكي صرفه جويي مي شود و خواص مقاومتي كاغذ بهبود پيدا مي‌كند و مقدار قير كاهش پيدا مي كند. يك خلاصه اي از رويارويي هاي (چالش) در درون تحقيق وجود داشت وتوسعه خمير سازي بيومكانيكي در قسمت هاي بعدي بحث شده است.

 

رويارويي هاي چالش هاي بيولوژيكي
متغيرهاي زيادي مي توانند روي خمير سازي بيومكانيكي تاثير بگذارند. در شروع كار، ما به سادگي بر اساس نوشته جات و مقالات، آگاهي از رشد قارچ ها حدس مي زنيم و سپس آزمايش انجام مي دهيم. تحقيقات و پژوهش ها بر اساس بيش از ۳۰ متغير مربوط به خمير سازي بيومكانيكي شامل گونه ها و خانوادة قارچ ها، روش و مقدار آغشتگي با آنها، گونه چوب، اندازه خرده چوب ها، فاكتورهاي زيست محيطي، تأثير افزودن موادمغزي و نياز به استريليزه كردن چيپس ها (۹٫۱۴) انتخاب مي شود.

برخي از راه حل هاي متنوع براي رسيدن به قدرت اختصاصي خمير سازي بيومكانيكي در زير خلاصه شده است:
انتخاب يك قارچ مناسب: ما هويت يك قارچ را مشخص كرديم
ceriporiopsis subrdmispora كه خمير سازي بيومكانيكي را به طور موثري هم بر روي گونه هاي پهن برمان و هم گونه هاي سوژي برمان انجام مي دهد. اين قارچ يك بطور انتخابي گيلن زدايي مي كند و پس از غربال كردن چند صد گونه از قارچ ها و خانواده‌هايشان انتخاب شده است.

عفونت زدايي(پاك كردن) سطح خرده چوب ها:
سطح خرده چوب ها به طور طبيعي توسط سلول ها بسياري از قارچ ها و باكتري ها آلوده مي باشد. اين ميكروارگانيسم هاي ناخواسته مي توانند در كار خمير سازي بيومكانيكي قارچ ها و ايجاد الودگي مناسب مطلوب اختلال ايجاد كنند. ما فهميديم كه يك بخار دهي اتمسفري كوتاه مدت خرده چوب ها(حدود ۱۵ ثانيه) سطح خرده چوب ها را پاك مي كند. و اجازه مي دهد كه قارچ هاي بيومكانيكي ميكروارگانيسم‌هاي ناخواسته ديگر را از رقابت حارج كنند و خمير سازي بيومكانيكي به صورت موثر، اقتصادي بطور يكنواخت انجام شود متمركز شده است.

مقاله اخير در مجله تاپي به چاپ رسيد و روي مشكلات تنفسي مربوط به كارگراني كه معمولاً در معرفي هاگ ها و سليوم قارچ هايي كه در خرده چوب هايي كه در يارد چوب ها مستقر هستند ، زندگي مي كنند .
برخي از اين قارچ هاي ناخواسته، آنزيم هاي هيدروليز كننده سلولز توليد مي كنند و به اين ترتيب اثرات زمان آوري روي خواص مقاومتي كاغذ بر جاي گذارند. قارچ‌هاي خمير سازي بيومكانيكي بدون هاگ هستند و يك فاسد كننده انتخابي ليگنين هستند كه مي توانند چنين مشكلاتي را رفع كنند.

آغشته كردن:
ما مقدار ماده آغشتگي مورد نياز را از kg3 به و يا كمتر به ازاي هر تن چوب كاهش داريم. كه از نظر تجارتي در يك مقدار جالب توجه‌اي باشد. اين عمل توسط افزودن منابع طبيعي ارزان و انتقادي موجود كيلوراستريل شده حاوي ذرت به سوسپانسيون آغشتگي انجام مي شود. و ظاهراً اين ماده

افزودني يك ماده محركي براي رشد قارچ هاست و امكان استفاده از اين ماده تلفيقي در يك سطح خيلي پايين تر را فراهم مي كند. از آنجايي كه اين ذرت آغشته به كلر در سطح وسيعي در امريكا و خارج توليد مي شود.اين شركت هاي خمير و كاغذ بايد قادر باشند كه يك ذخيره منظمي از نزديكترين محل با حداقل قيمت حمل و نقل را بدست آورند.

مهندسي و بالا بردن چالش ها:
در يك مقياس آزمايشگاهي، بخار دهي، خنك كردن و آغشتگي قارچي در يك مدل ناپيوسته انجام مي شود. در يك چالش واقعي اين ۳ رابطه بايد به طور پيوسته پيش برده شود. همانطور كه در قبل ذكر شده يك بخاردهي كوتاه خرده چوب ها به cosubvermispora اجازه تشكيل كلوني و مستقر شدن روي خرده چوب ها را مي‌دهد. بعد از بخاردهي حرارت خرده چوب ها به حدود ۱۰۰ مي رسدو بنابراين لازم است تا خرده چوب ها به اندازه كافي قبل از استعمال قارچ ها خنك شوند.

سرد كردن كامل قبل از افزودن ماده تلقيحي(آغشتگي) لازم نيست گرچه خرده چوب هايي كه لازم است تا در زمان نسبتاً كوتاهي بعد از مخلوط شدن در محدوده دماي رشد قارچي باشند. از اين رو سرد شدن احتمالاً مي تواند در ۲ مرحله اتفاق بيافتد. قبل از آغشتگي و بعد از اينكه خرده چوب ها در انبارها توسط سيستم تهويه براي سرد كردن اضافي آنها قرار مي گيرند و مرحله بعدي اين رو به آغشتگي (الحاق) خرده چوب ها با سوسپانسيوني كه شامل قارچ ها، كيلور استريل

نشده حاوي ذرت و آب رقيقي سازي مي باشد. اين چالش(رويارويي) كه اين مرحله را در بردارند شامل اندازه گيري مخلوط آغشته سازي براي دادن مقدار معيني قارچ و بدست آوردن درصد رطوبت معيني براي خرده چوب‌ها است مي باشند ماده الحاقي در خرده چوب هاست تا رشد يكنواخت را افزايش دهد.
دومين مهندس چالش نگهداري اوضاع و شرايط مناسب براي تسريع رشد قارچ ها در ذخيره خرده چوب بود متغيرها درجه حرارت و رطوبت هوا و مقدار رطوبت خرده چوب ها بودند قارچ يك دامنه رشد بهينه براي هر يك از اين متغيرها دارا مي باشد. علاوه بر اين قارچ داراي يك تنظيم خودبه خودي در خصوص هيچ يك از آن متغيرها ندارد. براي مثال، زماني كه خبرسازي بيومكانيكي در يك ذخيره خرده چوب به مقدار ۱ton بدون تهويه به هوا انجام شود حرارت مركز ذخيره در عرض ۴۸ ساعت بعد از

آغشته سازي به حدود مي رسد كه درنتيجه حرارت متابوليك توليد شده توسط قارچ ها مي باشد. قارچ‌ها در اين درجه حرارت از رشد باز مي ايستند و ما در آن منطقه از ذخيره خرده چوب ها خمير سازي بيومكانيكي را مشاهده خواهيم كرد. استفاده از جريان هوا براي كنترل درجه حرارت و رطوبت در ذخيره خرده چوب‌ها مورد بررسي قرار گرفت. و اين نياز به يك از جريان هوا در ذخيره خرده چوبها و توليد گرماي قارچ ها و تغييراتي كه در ساختار خرده چوب ها و قارچ ها ايجاد شده و تغذيه اكسيژن لازم براي قارچ ها دارد .

بزرگ كردن لوازم و روش ها:
روند آزمايشگاهي ما تقريباً ۵/۱ kg خرده چوب را (بر اساس وزن خشك) در يك زمان تيمار مي كند و روند اين سطح تجاري به حدود ۲۰۰ تا ۲۰۰۰ تن يا بيشتر در هر روز خرده چوب است كه نشان دهنده يك افزايش ۱۰ در مقياس است و اين شكاف در يك سري از آزمايشات ارتباط ايجاد كرده است. مطالعاتي كه براي بزرگ كردن مقياسي انجام مي شدند. ۲ قسمت داشتند: a)نشان مي دهد كه خرده چوب ها مي‌توانند عفونت زدايي آغشته شوند در يك روند پيوسته به جاي يك روند ناپوسته .

b)نشان مي دهد همانطور كه انتظار مي رود كه اين فرايند مي تواند از نقطه نظر هندسي اندازه گيري شود و اين آزمايش ۵۰ تني با نتيجه مشابه تكرار شده است.
براي نشان دادن اين عملكرد در فرايند پيوسته، يك تيمار كه بر اساس ۲ نقاله مارپيچي كه خرده چوب ها منتقل مي كند و به عنوان اتاقك هاي تيمار عمل مي كند، ساخته شده بخاز داخل اولين نقاله پيچي تزريق مي شود و سبب گرم شدن و عفونت زدايي سطح حرده چوب ها مي شود. يك مخزن توريال بين ۲ نقاله پيچي قرار مي گيرد كه به عنوان يك بافر (Buffer) عمل مي كند از انتهاي اين مخزن تعديلي نقاله مارپيچي دوم خرده چوب هايي را كه با هواي تصفيه شده به داخل نقاله هاي مارپيچي دميده شده انتقال مي دهد. در نيمه دوم نقاله مارپيچي دوم ، سوسپانسيون

آغشته سازي شامل قارچ و كيلوراستريل نشده حاوي ذرت مي باشد و آب مورد استفاده به طور كامل در اثر چرخش در نقاله مارپيچي با خرده چوب ها مخلوط مي شود از اين نقاله مارپيچي خرده چوب ها به داخل ذخيره خرده چوب براي يك آغشته كردن ۲ هفته اي مي افتد. تجهيزات پيوسته اين طراحي براي تيمار ۵۰ تن چوب نوئل (بر اساس وزن خشك) با قارچ …c.sub در FPL 2 تن در ساعت (بر اساس وزن خشك) كه حدود پيوسته ۲۴ ساعت كار مي كند، استفاده مي شود