Utdrag ur Papper och Massa i Svenskt folkhushåll av H. Anstrin 1934
Den moderna massaindustrins genombrott.
Man särskiljer två huvudprocesser inom den moderna massaindustrin, baserad på trä som råvara, den mekaniska och den kemiska, av vilka den förra uppfanns tidigast.
Äran av att först ha visat vägen ifråga om träets användbarhet som råvara för papperstillverkning tillkommer tyskarna F. G. Keller och H. Voelter. Den förre löste nämligen år 1844 experimentellt uppgiften att på mekanisk väg framställa trämassa (slipmassa). Den senare omsatte kort tid därefter uppfinningen tekniskt i fabriksmässig drift.
Den mekaniska processen innebär helt enkelt träets slipning (söndergnuggning) under tryck och med flitig vattenpågjutning för minskande av friktionen och upphettningen genom friktionsvärmet. Det papper, som framställes av dylik massa gulnar med tiden, blir skört och föga varaktigt, varför slipmassa endast i ringa omfattning enbart kan användas inom pappersfabrikationen. Betecknande är också, att det tidningspapper från 1850- 1860- talen, däri slipmassa helt eller till största delen ingått, 75 år senare endast med svårighet kan hanteras utan att falla sönder.
I praktiken kom emellertid uppfinningarna inom den andra huvudgrenen av försöken att framställa papper ur trä, den kemiska processen, att spela en vida mera framträdande och viktig roll. Denna uppdelas i sin ordning i två skilda förfaranden, natron- (eller sulfatmetoden) samt sulfitmetoden.
Sulfitmetoden:
Principen att genom träets kokning i lut av olika sammansättning framställa cellulosa löstes omkring ett decennium efter det den mekaniska metoden uppfunnits. År 1853 erhöll ungefär samtidigt engelsmannen Charles Watt och amerikanen Hugh Burgers
patent på en metod att under tryck koka träflis i natronlut. Detta var upphovet till den s. k. natronmetoden, sedermera även kallad sulfat- (det alkaliska) förfarandet. I praktisk drift tillämpades den nya metoden i Amerikas Förenta Stater under 1860-talet., i vårt land vid Delary i Småland år 1870.
Efter ytterligare två decennier var tiden mogen för den praktiska lösningen av den andra och betydelsefullare grenen av den kemiska framställningsprocessen, sulfitmetoden. Det lyckades nämligen svensken C.
D. Ekman att vid Bergviks fabrik i Hälsingland år 1872 fabriksmässigt framställa sulfitmassa genom kokning av träflis i kalciumbisulfit. För vårt land utgör det förvisso en heder, att bland de främste på cellulosaindustrins område få räkna den svenska ingenjören och uppfinnaren, Carl Daniel Ekman.
Ungefär samtidigt och oberoende av Ekmans uppfinning utarbetade tysken A. Mitscherlich ett förfarande, grundat på kokning under tryck i invändigt blyklädda kokare med indirekt upphettning: M:s förtjänster om sulfitmetodens förbättring få icke underskattas. Dessförinnan hade amerikanen B. Tilghman i ett patent av år 1866 angivit metodens principer, men till praktisk tillämpning av densamma nådde han ej.
Genom de tre ovan i korthet återgivna processernas tillkomst var vägen röjd för en omvälvning inom pappersfabrikationen av oerhörda mått. Massaindustrin växte på några få decennier ut till en för de barrskogsrika länderna ytterst betydelsefull näringsgren. Den höjning av skogsvärdena, som redan sågverksindustrin efter ångsågens allmännare införande vid 1800-talets mitt åstadkommit, förstärktes än ytterligare av massafabrikationen. Det sagda gäller med särskild styrka, sedan de kemiska processerna började omsättas i praktisk fabriksdrift.
Inte minst för Sverige innebar skogarnas hastigt stigande saluvärde en ekonomisk tillgång, som kom att få genomgripande betydelse för hela landets näringsliv. Sveriges nutida roll på världsmarknaden som producent av massa och papper skall i det följande belysas. Den framskjutna ställning vårt land förmått att tillkämpa sig på detta område har — trots mycket goda naturliga förutsättningar — dock icke kunnat vinnas utan tåligt och framsynt arbete.
Det är också skäl att genast påpeka, att många och långa års mödor krävdes, innan frukterna av de nya uppfinningarna började inhöstas. Härom torde ett studium av inlagor och handlingar till de svenska myndigheterna — särskilt rörande de av sulfatfabrikerna orsakade föroreningarna och sättet för deras neutralisering — bära starka och vältaliga vittnesbörd.
Men innan vi övergå till skildringen av den moderna industrin, må några uppgifter om de fundament, på vilka den nutida pappersförsörjningen vilar — råvara och vattenkraft — vara väl försvarade.
Relationen mellan tillverkningen av blekt och oblekt sulfit i ovannämnda länder, vilka tillsammans representera större delen av världens sulfitmasseproduktion, är sålunda den, att av all framställd cellulosa av sulfit omkring 1/3 (31,6 procent) blekes. Anmärkningsvärd är den starka ställning blekt vara intager i Norge och Förenta Staterna, medan t. ex. i Sveriges, Finlands och Kanadas produktion den oblekta sulfiten dominerar. Det är av vikt att fasthålla vid denna utgångspunkt, när det i senare sammanhang gäller att redogöra för de pappersslag, som bygga på blekt respektive oblekt sulfitcellulosa som råvara.
Sulfatcellulosa.
I Sverige omsattes natronmetoden för första gången i praktisk fabriksdrift vid Delary i Småland (ännu i gång) år 1870 och något senare vid Värmbol i Södermanland. Svårigheterna, som mötte de svenska pionjärerna på natroncellulosans (sulfatens område), var oerhörda. Många och kostsamma försöksår låg bakom de första blygsamma kvantiteter natronmassa, som kunde föras i marknaden. Tekniska och ekonomiska problem hade föregångsmännen Lewenhaupt, Engelbrektson, Flodgvist, Müntzing
i rikt mått att brottas med. Och icke minst hade den unga industrin att möta motstånd från ortsbefolkningens sida, som i förorening av luft och vatten — icke utan grund — såg sina tidigare näringsfång hotade.
I tekniskt hänseende gällde det särskilt att råda bot på det ringa utbytet av veden samt kokpannornas bristande motståndskraft mot trycket. Vid exempelvis Värmbols fabrik i Södermanland kunde under 1870-talet endast 27 å 28 procent av vedens torrvikt tillgodogöras och även den stora åtgången av dyrbara kemikalier var ett hinder, som måste övervinnas, innan driften kunde göras ekonomiskt lönande.
I motsats till förhållandet vid sulfitprocessen, där kokvätskan en gång använd icke kan ånyo brukas i kokningsprocessen, är lutberedningen vid sulfatförfarandet en cirkelprocess. Så
småningom lärde man sig nu utbyta hittills tillämpade mekaniska förfarande för sodaåtervinningen mot systematisk urtvättning av massan, utan att luten därigenom alltför mycket utspäddes.
Genom att tysken
Dahl därtill år 1884 kunde påvisa, att det billigare natriumsulfatet med fördel kunde (för ersättande av alkaliförlusterna under processen) användas i stället för soda och samtidigt ett högre utbyte av veden och starkare massa erhölls, blev villkoren för natroncellulosafabrikerna gynnsammare. Det är natriumsulfatet, som givit namnet åt hela processen, sulfatförfarandet. Under 1880-talets första sex år kan läget för sulfatcellulosafabrikerna betecknas som ganska tillfredsställande.
Vid decenniets slut började dock konkurrensen från den nya sulfitcellulosaindustrin att bli allvarligt kännbar. Enligt uppgift i en facktidning år 1889 var antalet fabriker för framställning av natron- eller sulfatcellulosa i Sverige vid denna tid tolv stycken med tillhopa 33 kokare.
Efter sekelskiftet 1900 tog anläggningsverksamheten inom sulfatindustrin ny fart. Under åren 1901-1908 tillkom sålunda 3 nya fabriker och under de därpå följande fem åren 51. Vad sulfatindustrins senaste expansion efter världskrigets slut beträffar, kunna vi här nöja oss med att omtala, att under den senaste anläggningsperioden 1927-1931 i Sverige byggdes 6 stora nya sulfatmassefabriker, vilka tillsammans med utvidgningar och ombyggnader av redan existerande fabriker bragte produktionsförmågan upp från 460.000 till 840.000 ton årligen.
Teknik.
Den tekniska processen vid en modern sulfatfabrik har i stora drag följande förlopp. Den barkade veden sönderhugges i små bitar, flis, går sedan till en rad såll (flissorterare) och samlas därefter i stora behållare ovanför kokarna. Till sulfatved användes furu samt ribb från sågverken och klenare dimensioner av såväl gran som furu. Vid sågverken erhållas betydande kvantiteter avfall (av ribb och bakar), och det är av synnerlig vikt att tillgodogöra sig detta virke.
Sågverkens s.k. råvarufördelning ger en föreställning om vilka mängder det här är fråga. Vid en sammanlagd avverkning av 11,3 milj. m³ för sågverksindustrin (år
1924) utgjordes 3,17 milj. m³ eller 28 procent av avfall. Förr förbrukades detta träavfall till ribbkol samt till bränsle m.m. men utnyttjas numera, som nyss sagts, även inom sulfatindustrin. Angivna år gick till sulfatmassetillverkning och industribränsle 2,2 milj. m3 av den sammanlagda avfallsmängden 3,17 milj. m3 eller 70 procent.
Flis vare sig erhållen direkt från sågverket eller framställd ur massaved kokas i den beredda luten. I kokluten inom den moderna sulfatindustrin äro verksamma natriumhydroxid och därjämte natriumsulfid, vilken sistnämnda erhålles ur glaubersalt (natriumsulfat). Soda användes numera endast i mindre utsträckning jämte natriumsulfat för att täcka under processen uppkommande förluster. Man har numera i Sverige endast "sulfatfabriker". Sulfatluten tillredes i sodahuset, och det karakteristiska inom tillverkningen är, som ovan nämnts, att den en gång använda luten tillvaratages och genom nya tillsatser av salter — natriumsulfat — åter nyttiggöres.
Den tidigare använda luten, som i tunnflytande tillstånd avskilts (urtvättats) från ett föregående kok, behandlas medelst "indunstning", tills den blir tjockflytande. Sättes natriumsulfat till den till nästan fullständig torrhet indunstade återstoden av denna s.k. "svartlut", reduceras sulfatet till sulfid (svavelnatrium), vilken senare i vattenlösning har liknande verkan på ved som hydroxiden. Man säger, att kvaliteten på massan sammanhänger med hur stor mängd "verksamt alkali" (= summan av natriumhydroxid och natriumsulfid) den innehåller.
Sedan luten indunstats till omkring
35 á 40 procent torrsubstans, inledes den i en roterande sodaugn, en lutande cylinder invändigt fodrad med eldfast tegel, varifrån förbränningsgaserna från en utanför sodaugnen liggande smältugn möta och torka luten till pulver. Detta nedfaller i smältugnen, där de organiska natriumsalterna och där tillfört natriumsulfat överföras i natriumkarbonat och natriumsulfid, bägge i smält tillstånd. Smältan, "råsodan", nedrinner i cisterner med hett vatten, "lösarna", där den löses, för att i ett senare skede överföras i hydroxid.
I särskilda cisterner, kalkmixar, överföres nämligen soda till kaustiskt alkali (natriumhydroxid) genom tilluts av bränd kalk. Efter omblandning får kalken sjunka till botten, och den klara luten, "vitluten", avtappas. Själva kokningen sker i cylindriska kokare, ofta roterande, med en rymd av ca 30-60 m³. Att sulfatkokarna byggas avsevärt mindre än sulfitkokare beror på två omständigheter. På grund av det högre trycket (10 kg övertryck) har det endast i undantagsfall varit möjligt konstruera sulfatkokarna med större rymd.
Koktiden är dessutom så väsentligt kortare, att skillnaden i storlek mellan kokarna delvis utjämnas. Efter påfyllning av flis och lut skruvas luckan i kokarens övre ända till och ånga påsläppes. Efter några timmars förlopp "avblåses" en del av ångan, varefter kokarens innehåll förs till tvättapparaterna (diffusörerna). Den från kokaren avblåsta ångan utnyttjas vanligen för uppvärmning av en följande kokare eller för varmvattenberedning.
Koktiden inklusive uppvärmning och avblåsning varierar mellan 3 och 7 timmar under en temperatur, som vid kokets början uppgår till ca 140° C. och vid den slutliga uppvärmningen till 160° á 180°. Uppvärmningen sker vanligen med direkt ånga under kokets senare skede, medan under dess förra del s.k. indirekt uppvärmning genom en förvärmare användes. I likhet med vad förut omtalats vid sulfitcellulosaförfarandet tillverkas tvenne kvaliteter massa, blekbar massa och kraftmassa. Vid kokning av den förstnämnda hålles högre sluttemperatur och kortare koktid, medan vid den: senare förhållandet är det omvända.
Huru fulländat än kokningsproceduren utförs kan icke undvikas, att en del av flisen icke blir så likformigt behandlad som är nödvändigt utan i fibermassan kvarstanna hårdare delar. De avskiljas i kvistfångare och behandlas i kollergångar liksom för sulfitmassa omnämnts. Den kollrade massan användes sedermera ofta tillsammans med annan massa vid pappersframställning.
Vid tillverkning av lättblekt sulfatmassa är massautbytet 37-40 procent av vedens vikt och stiger vid stark sulfatmassa (kraftmassa) till 45 á 50 procent. Vad beträffar användningen av de nyssnämnda slagen massa må här antydas, att lättblekande (lätt blekbar) massa mest tillverkas för att efter ytterligare blekning komma till användning till bättre pappersslag, såsom boktryck- och skrivpapper, särskilt i USA, ävensom för ljusare omslagspapper. Starkmassan, s. k. kraftmassa, ingår som huvudbeståndsdel i bruna omslagspapper, kartong mm.
Man har emellertid särskilt under senare år ägnat stort intresse åt blekning av kraftmassa. Detta slags massa, kraftcellulosa, är till färgen mörkbrun och lämpar sig, som senare skall visas, genom sin styrka till framställning av, ett starkt omslagspapper, det berömda svenska kraftpapperet. För vissa ändamål, där styrkan bör finnas men färgen icke är den önskvärda, blekes även sulfatmassa. Rörande blekningen hänvisas till vad redan omtalats i samband med enahanda förfarande för sulfitcellulosa. På grund av sulfatmassans mörka färg kräves en större mängd blekmedel än för blekning av sulfitcellulosa.
Här må även angivas beräknad material- och arbetsåtgång för i ton kraftmassa enligt G. Sundblad i Handbok för skogsteknologi. Siffrorna avse en fabrik med en årstillverkning av omkring 15.000 ton massa.
Vid sulfatmassefabrikationen är produktionskostnaderna i regel högre än vid sulfitcellulosatillverkningen, beroende bland annat på större kraftåtgång och dyrare kemikalier. Detta för
hållande utjämnas dock delvis därigenom, att massaveden vid sulfatfabrikation ställer sig betydligt billigare än inom den andra processen.
Med all tydlighet framgår den starka expansionen under senare år, förut berörd, och förekommande ojämnheter i kurvan få tillskrivas de omständigheter, som berörts i samband med skildringen av sulfitindustrin. Rörande cellulosaindustrins nuvarande utbredning i Sverige lämnar kartan på föregående sida närmare upplysningar.
En uppfattning om sulfatindustrins lokalisering i jordens olika länder erhålles genom ett studium av tabellen
:
Förenta Staternas siffra innefattar omkring 475 tusen ton sodamassa. Vårt lands starka ställning inom denna industri framträder tydligt i tabellen likaväl som de övriga ländernas — med undantag för Kanadas och Finlands — blygsamma position. Sulfatmasseindustrin domineras mycket kraftigt av Nordeuropas länder, särskilt om man erinrar om, att Kanadas exportöverskott i stort sett placeras i Förenta Staterna samt att sistnämnda land trots sin stora produktion årligen importerar avsevärda kvantiteter sulfatmassa från Europas exporterande länder, i första hand från Sverige.
Sulfatindustrins biprodukter
De biprodukter, som utvinnas vid sulfatmassetillverkningen, framgå till beskaffenhet och kvantitet av nedanstående sammanställning för år 1931:
Sulfatlutens biprodukter påkalla ett utförligare omnämnande, speciellt som vissa av dessa under råvarubristens tider under
krigsåren fick betydelse som ersättningsmedel inom bl. a. fettämnesindustrin.Flytande harts utvinnes på följande sätt. Under kokningen upptager luten bl. a. harts- och fettsyror ur veden. Denna s. k. sulfatsåpa flyter på grund av sin lägre spec. vikt upp på lutens yta (vid stillastående) och kan alltså skummas bort. Om sulfatsåpan sedermera kokas med svavelsyra utskiljes flytande harts. Utbytet utgör omkring 4 kg pr fast kbm furuved motsvarande 20 á 30 kg pr ton massa, medan granen lämnar betydligt mindre. Produkten rönte som ovan omtalats en oerhörd efterfrågan under krigsåren, som också orsakade en tillfällig ytterst stark prisstegring.
Fabrikspriset var omkring 13 öre pr kg år 1914 och steg till 4-6 kr. pr kg år 1918. Trots att priset ånyo nedgått efter fredsslutet till vad som kan nämnas normal nivå har tillverkningen i det närmaste upprätthållits. På en årsproduktion av 175.000 ton år 1918 tillverkades omkr. 2.500 ton flytande harts; motsvarande siffror för år 1931 äro omkr. 600.000 ton och 5.500 ton. Genom destillation kan man särskilja fettsyrorna och harts. De förra ha funnit användning som tvättmedel. Flytande harts (tallolja) brukas som limmedel, till tryckfernissor, lackfärger (cellulosalack) m.m.
Terpentinoljan medföljer vattenångan vid kokarnas avgasning, och kondensatet upptages i behållare. Terpentinen flyter ovanpå på grund av oljans olöslighet och större lätthet och kan avskiljas som råterpentin. Denna innehåller ungefärligen 50 procent ren terpentinolja och renas genom fraktionerad destillation (d.v.s. särskiljande av de vid olika temperaturer överdestillerade ämnena). Utbytet av terpentinolja varierar betydligt, beroende på vedslaget. Består massan av tallved utvinnes omkr. 11-12 kg pr ton massa, av granvedmassa endast I½-2 kg pr ton färdig massa. Den renade terpentinoljan användes vid målning, för beredning av fernissor m.m.
Vad träsprit (metylalkohol) beträffar erhålles den ur ångorna, när kokaren avblåses. Den renas genom upprepad destillation och kan användas för olika ändamål, såsom inom färgämnesindustrin, desinfektionsmedeltillverkning o. s. v. Som framgår av den gjorda sammanställningen uppgår hela
värdet av cellulosaindustrins biprodukter till omkring 4,3 milj. kr. årligen med nuvarande prisläge. I förhållande till samma industris hela produktionsvärde av cellulosa 244,6 milj. kr (1931) synes detta vara ett ringa ekonomiskt utbyte. Trots ett intensivt forskningsarbete såväl vid laboratorier hos de större industriföretagen som vid statliga institutioner har man ännu icke hunnit längre än till tillgodogörandet av en mindre del av i avfallslutarna .befintliga ämnen.
Tekniska framsteg och rön.
Den tid som förflutit efter (första) världskrigets slut har varit karakteriserad av ett mångsidigt och framgångsrikt tekniskt arbete inom fabriksekonomin. Särskilt må i detta sammanhang omnämnas de resultat, som åstadkommits på det värmetekniska området. Av svenska ingenjörer ha bl.a. Fr. Grevin och G. Sundblad
härvidlag gjort stora och bestående insatser genom uppfinningar för att tillvarataga avloppsångan och utnyttja den i fabriksdriften. Överhuvud taget ha de speciellt ekonomiska problemen inom cellulosa- och pappersindustrin varit föremål för intensiv uppmärksamhet.
Erinras må i detta sammanhang om den betydelsefulla uppfinning Vaporackumulatorn (sedermera efter uppfinnaren benämnd Ruthsackumulatorn) enligt svensken dr Ruths' system utgör för dessa industriers driftsekonomi. Principen för denna anordning är i korthet att söka eliminera de olägenheter inom cellulosafabrikernas och pappersbrukens drift, som ligga uti ojämnt ångbehov. Ruthsackumulatorn är ett från ångpannan skilt ångmagasin, som verkar reglerande på ångkonsumtionen. Den "laddas" vid överskott på ånga och "urladdas", när ångåtgången överstiger den normala. Den första ackumulatorn enligt detta system installerades vid Hallsta, och de uppmuntrande resultaten därstädes medverkade till, att ackumulatorn snabbt erhöll spridning i Sverige, liksom i andra cellulosaproducerande länder.
På snart sagt alla områden inom träkemin pågå f. n. under
sökningar och forskningar, på vilka man har all rätt att fästa stora förhoppningar. För Sveriges del har genom invigningen i december 1931 av det med träförädlingsindustriernas och enskildas bistånd tillkomna institutet för cellulosateknik och träkemi en central anstalt skapats för forskningsarbetet på detta område. Sedan detta länge aktuella önskemål realiserats, har man anledning förvänta nya och betydelsefulla resultat av den vetenskapliga forskningen, hand i hand med industriell och kommersiell företagsamhet och klarsynthet.