San xuat giay tu rom ra

nước ta chưa có nhiều vùng nguyên liệu chuyên canh theo kiểu công nghiệp. Hầu hết các nơi đều khai thác rừng mọc tự nhiên, các địa phương còn chưa tận dụng được hết diện tích đất trống đồi núi trọc, chu kỳ khai thác của gỗ thì mất nhiều năm. Nguồn nguyên liệu gỗ sẽ ngày càng không đáp ứng đủ cho ngành giấy. Trước tình hình đó, nhu cầu nghiên cứu tìm ra nguồn nguyên liệu mới thay thế gỗ có chu kỳ khai thác ngắn, dồi dào là một vấn đề được quan tâm nghiên cứu ở nhiều nơi. Do đó Nghiên cứu và thử nghiệm quy trình sản xuất giấy từ rơm rạ nhằm đánh giá việc sử dụng nguồn nguyên liệu rơm rạ cho công nghiệp giấy Một nguồn phế phẩm nông nghiệp có khả năng là nguồn nguyên liệu phi gỗ cho công nghiệp giấy trong tương lai.

SẢN XUẤT GIẤY TỪ RƠM

Tình hình sản xuất công nghiệp ở Việt Nam trong thời điểm hiện nay đang trong thời kỳ chuyển biến phức tạp; công nghiệp có trình độ kỹ thuật, công nghệ thấp chuyển dần sang nền công nghiệp tự động hoá có trình độ kỹ thuật, công nghệ cao hơn Ngành công nghiệp sản xuất giấy ở Việt Nam cũng vậy, các đơn vị sản xuất đang tự trang bị để thay đổi dần những thiết bị, máy móc mang tính kỹ thuật, công nghệ mới cho doanh nghiệp

để thích ứng được sự phát triển thật nhanh trong môi trường kinh doanh của nền kinh tế thị trường Nhờ sự tiến bộ về trình độ chuyên môn, các công nghệ tiên tiến cùng với sự hợp tác đầu tư của nước ngoài, nền công nghiệp giấy nước ta đã phát triển cả về qui mô,

số lượng, lẫn chất lượng Tuy nhiên, công nghiệp giấy nước ta đang còn gặp nhiều khó khăn thử thách, tại việt nam năng lực sản xuất bột giấy mới chỉ đáp ứng được ½ nhu cầu sản xuất giấy, do đó ngành công nghiệp giấy luôn phải phụ thuộc vào nguồn bột giấy nhập khẩu, giá bột giấy nhập khẩu tăng cao 800 – 850USD/tấn, giá giấy vụn khoảng 400– 450USD/tấn Hiện nay chỉ có Công ty giấy Bãi Bằng và Công ty cổ phần giấy Tân Maichủ động đáp ứng được khoảng 80% tổng số bột cho sản xuất giấy của mình

Một trong những nguyên nhân dẫn đến ngành giấy nước ta phát triển chậm và chưa cân bằng được giữa cung và cầu là do thiếu nguyên liệu Nguyên liệu chính trong công nghiệpgiấy hiện nay ở nước ta là gỗ Tuy nhiên, khả năng đáp ứng nhu cầu thấp và không đồng đều, vùng nguyên liệu chủ yếu tập trung ở Miền Bắc và Miền Trung trong khi năng lực sản xuất lại tập trung chủ yếu ở miền nam, do vậy các nhà máy sản xuất bột giấy từ nguyên liệu nguyên thủy tại Miền Nam hiện nay đang gặp vấn đề về nguồn nguyên liệu

Gỗ ngày càng đáp ứng không đủ do qui mô sản xuất giấy ngày càng được mở rộng, hơn nữa một lượng không nhỏ gỗ đã được cung ứng cho các ngành công nghiệp khác: Xây dựng, chế biến lâm sản, Trong khi đó, nước ta chưa có nhiều vùng nguyên liệu chuyên canh theo kiểu công nghiệp Hầu hết các nơi đều khai thác rừng mọc tự nhiên, các địa phương còn chưa tận dụng được hết diện tích đất trống đồi núi trọc, chu kỳ khai thác của

gỗ thì mất nhiều năm Nguồn nguyên liệu gỗ sẽ ngày càng không đáp ứng đủ cho ngành giấy Trước tình hình đó, nhu cầu nghiên cứu tìm ra nguồn nguyên liệu mới thay thế gỗ cóchu kỳ khai thác ngắn, dồi dào là một vấn đề được quan tâm nghiên cứu ở nhiều nơi Do

đó Nghiên cứu và thử nghiệm quy trình sản xuất giấy từ rơm rạ nhằm đánh giá việc sử dụng nguồn nguyên liệu rơm rạ cho công nghiệp giấy- Một nguồn phế phẩm nông nghiệp

có khả năng là nguồn nguyên liệu phi gỗ cho công nghiệp giấy trong tương lai

B Nguyên liệu ngành giấy

1. Nguyên liệu

Hình2.1: Cấu trúc cellulose theo Haworth

Số monomer có thể đạt từ 2 000 đến 10 000, độ trùng hợp này tương ứng với chiều dài mạch phân tử từ 5,2- 7,7mm Sau khi thực hiện quá trình nấu gỗ với tác chất, độ trùng hợp còn khoảng 600-1500 Cellulose không tan trong nước, trong kiềm hay axit loãng, nhưng

có thể bị phân huỷ và bị oxy hoá bởi dung dịch kiềm đặc ở nhiệt độ >150OC Ở nhiệt độ thường nó có thể hoà tan trong một số dung môi như dung dịch phức đồng – amoniac Cu(NH3)4(OH)4, cuprietylendiamin(CED), cadimietylediamin…M ột số axit cũng có thể hoà tan cellulose như H2SO4 72%, H3PO4 85%

Gỗ là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho công nghiệp sản xuất giấy, bao gồm cả gỗ cứng (lá rộng) và gỗ mềm (lá kim) Trên thế giới, 35% diện tích rừng thuộc loại gỗ mềm

và 65% là gỗ cứng, trong đó Nga chiếm hơn một nửa lượng rừng gỗ

mềm và gấp 2,5 lần lượng rừng Bắc Mỹ Phần lớn rừng lá rộng tồn tại ở vùng nhiệt đới, đặc biệt ở Châu Phi và Mỹ La Tinh.

Giấy cũng được sản xuất từ nguyên liệu giấy thu hồi và cây phi gỗ Giấy thu hồi là giấy

đã qua sử dụng, các loại giấy đứt, giấy xén loại ra từ các phân xưởng sản xuất giấy và các xưởng in Cây phi gỗ là nguồn thực vật cũng có thành phần cellulose nhưng không có cấu trúc tế bào sợi như gỗ Một số nguyên liệu phi gỗ được sử dụng cho công nghiệp giấy

là bã mía, tre, sợi đay, rơm rạ, các loại cotton phế phẩm…

2 Thành phần hóa học của nguyên liệu gỗ và phi gỗ

Tìm hiểu thành phần hóa học của nguyên liệu cho ta biết được tính khả thi khi sử dụng nguyên liệu đó cho sản xuất giấy Các tế bào sợi là thành phần quan trọng nhất của cây, xenlulose là thành phần chính yếu của thành tế bào gỗ Trong nguyên liệu những thành phần không phải xenlulose bao gồm hemixenlulose, pectins, lignin, protein, các loại muốikhoáng K, Na, Ca, Mg, P, S, Si, Fe…Hàm lượng và thành phần các chất có trong nguyên liệu khác nhau giữa các loài cây, vị trí trên thân cây Cây gỗ và phi gỗ khác nhau về hình thái học của xơ sợi, kiểu tế bào hình thành nên xơ sợi, hàm lượng các chất trong nguyên liệu… Nhưng nhìn chung, cây phi gỗ và cây gỗ có các thành phần hoá học giống nhau, mỗi lớp tế bào đều bao gồm: Hydrat cacbon, lignin- là những thành phần cấu tạo nên

thành tế bào nguyên liệu

Cũng là những hydrat cacbon nhưng là loại polysaccarit dị thể Các đơn vị cơ sở là đường hexose hoặc đường pentose Độ bền hoá học và bền nhiệt của hemicellulose thấp hơn so với cellulose, vì chúng có độ kết tinh và độ trùng hợp thấp hơn (độ trùng hợp <90) Đặc trưng của nó là có thể tan trong dung dịch kiềm loãng So với cellulose nó dễ bị thuỷ phân hơn trong môi trường kiềm hay axit

Cellulosesen: Là những hexose và pentose liên kết khá chặt chẽ với cellulose

b) Lignin

Ngoài hydrat cacbon và lignin trong gỗ còn chứa chất trích ly, hợp chất vô cơ… Hàmlượng và thành phần chất trích ly phụ thuộc vào loại cây, các bộ phận của cây, điều kiện sinh trưởng Chất trích ly thường tập trung ở phần vỏ cây, cũng có thể tìm thấy chất trích

ly ở rễ, hoa, lá, quả của một số loại cây, chất trích ly bao gồm các rượu, axit bậc cao, các axit nhựa, chất sáp, chất đạm, chất màu, tannit, các glucozit, một số đường

Các chất vô cơ có trong gỗ K, Na, Ca, Mg, P, S, Si, Fe…hàm lượng các chất vô cơ này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Điều kiện sinh trưởng của cây như đất đai, khí hậu, thời gian trong năm Nhìn chung hàm lượng này khá thấp, chúng cần thiết cho sự phát triển của cây nhưng cũng gây bất lợi khi dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp giấy

Bảng2.1: Thành phần hóa học và tính chất sợi của một số nguyên liệu

2 Rơm rạ, nguyên liệu của ngành công nghiệp giấy

2.1 Giới thiệu chung về nguyên liệu từ rơm rạ

Lúa là cây trồng thân thiết, lâu đời nhất của nhân dân ta và nhiều dân tộc khác trên thế giới Cây lúa trồng bắt nguồn từ cây hoang dại, tổ tiên xa là một cây lúa dại là loài là oryza sativa trồng ở châu Á và loài oryza glaberrima ở châu phi Cây lúa việt nam có thể chia làm hai nhóm chính: Những giống lúa cạn không cần mực nước thường xuyên ở gốc

và những giống lúa nước cần sinh sống ở ruộng có nước

Các giống lúa việt nam có những đặc điểm như chiều cao, thời gian sinh trưởng dài hay ngắn, chịu thâm canh, chịu chua mặn, chịu sâu bệnh khác nhau…song cây lúa việt nam đều có những đặc tính chung về hình thái, giải phẫu, đều có chung các bộ phận rễ, thân,

lá, bông và hạt

2.2 Ứng dụng của rơm rạ cho công nghiệp giấy

Rơm rạ có rất nhiều ứng dụng cho cuộc sống Sau vụ thu hoạch lúa, tính bình quân thu được khoảng 6 tấn rơm rạ/ha, do vậy việc ứng dụng ngày càng nhiều hơn nữa rơm rạ là một vấn đề quan trọng nhằm hạn chế việc đốt rơm rạ gây lãng phí và ô nhiễm môi

trường Người ta đã dùng rơm rạ cho viêc sản xuất nấm rơm và các loại nấm khác, dùng làm phân bón cho cây trồng, nguyên vật liệu cho ngành xây dựng: Làm ván dăm, làm phụ gia cho vôi vữa, xây nhà Đặc biệt hơn rơm rạ là một nguồn nguyên liệu tiềm năng cho công nghiệp sản xuất giấy Ngay từ thế kỷ thứ 2 người Trung Quốc đã làm ra khăn tay giấy, Trong thế kỷ thứ 6 họ đã sản xuất giấy vệ sinh từ giấy rơm rạ rẻ tiền nhất

Lignin là nhựa nhiệt dẻo, mềm đi dưới tác dụng của nhiệt độ và bị hòa tan trong một số tác chất hóa học Trong gỗ, bản thân lignin có màu trắng Lignin có cấu trúc rất phức tạp, là một polyphenol có mạng không gian mở, đơn vị cơ bản là phenyl propan và trongphân tử luôn chứa nhóm metoxyl (OCH3) Các đơn vị mắt xích này được liên kết với nhau bằng một số kiểu liên kết như: β-O-4 (chiếm chủ yếu 40 – 60 %), α-O-4 (chiếm 5 –

10 %), C- O-C, C-C…Lignin có liên kết chặt chẽ với hydrat cacbon đặc biệt là có liên kết hoá học với hemicellulose Trong quá trình chế biến bột giấy, người ta dùng tác động cơhọc hoặc hoá học để hoà tan lignin hoặc biến tính lignin để giải phóng các bó sợi

cellulose

Hàm lượng lignin thấp hơn cây gỗ do đó tiêu tốn ít năng lượng

hơn Tiêu tốn ít hóa chất và năng lượng trong quá trình nấu

Xơ sợi rơm rạ dai đem lại độ bền cơ lý cho bột

Thu mua rơm rạ dễ dàng, nguồn nguyên liệu dồi dào

Hình 2.4: Giấy làm từ rơm rạ chưa qua sử lý

Ưu, nhược điểm khi sử dụng rơm rạ cho công nghiệp giấy

Xưởng trong cung đã sản xuất cho triều đình 720.000 tấm giấy vệ sinh và thêm vào đó là15.0 tấm giấy vệ sinh tẩm hương thơm, mềm và có màu vàng nhạt cho hoàng gia Rơm

rạ được xem là nguồn nguyên liệu triển vọng cho công nghiệp giấy, việc làm giấy bằng tay từ rơm rạ xuất hiện khá sớm ở Châu Á, điển hình là ở Miến Điện và phía bắc Thái Lan Khi mà nhu cầu tiêu dùng về giấy ngày càng tăng trong các lĩnh vưc ghi chép, bao gói, vệsinh… điều này đã thúc đẩy cho việc sản xuất giấy bằng tay sớm phát triển, họ đã ứng dụng rơm rạ để làm giấy và kỹ thuật làm giấy bằng ta được học hỏi từ tỉnh Vân Nam, Trung Quốc Gia đình Daw thaung kywe đã mô tả kỹ thuật làm giấy bằng tay từ rơm rạ như sau: Trước tiên rơm rạ được mua ở vùng phía bắc Thái Lan, sau đó được mang về ngâm trong bồn xi măng, lượng nguyên liệu này đủ sản xuất cho 5 ngày Tiếp đó rơm rạ được nấu trong vòng 36 giờ, vật liệu sau khi nấu được rửa sạch bằng nước lạnh tại dòng suối gần đó, sau khi nấu và rửa, rơm rạ tiếp tục được đập dập trong khoảng 12 giờ và được đánh tơi kỹ lưỡng, lúc này bột đã sẵn sàng cho quá trình làm giấy, bột được trải lên một khung lưới rộng ngâm trong nước và được san đều ra bằng tay, sau khi bột được trải đều dùng một thanh mỏng cán ngang bề mặt lưới để loại bỏ các bọt khí, quá trình này diễn ra trong khoảng từ một đến hai phút, sau đó khung lưới được nhấc ra khỏi nước để khô và cắt nhỏ khung giấy theo kích thước mong muốn

 Ưu điểm:

 Nhược điểm:

Hàm lượng silic cao gây khó khăn cho việc thu hồi hóa chất, làm mòn thiết bị

Rơm rạ xốp gây khó khăn cho việc vận chuyển do vậy chi phí vận chuyển đắt

Hiệu suất bột giấy làm từ rơm rạ không cao

Sơ sợi rơm rạ giữ được nước cao cũng là vấn đề trong viêc tách nước ra khỏi xơ sợi trongquá trình tạo giấy

2.2 Sản xuất bột giấy bằng các phương pháp hóa học Quá trình sản xuất bột giấy là quátrình dùng tác động cơ học (bột cơ) hoặc tác động hoá học (bột hoá) vào nguyên liệu để tách hoặc loại lignin ra khỏi xơ sợi nhằm giải phóng bó xơ sợi, tạo huyền phù bột trong nước để phục vụ cho quá trình sản xuất giấy Các phương pháp sản xuất bột cơ bao gồm: Bột gỗ mài áp lực cao, bột nhiệt cơ, bột hoá cơ, bột hoá nhiệt cơ…Trong sản xuất bột hoá học có các phương pháp như: Bột sulfite, bột soda, bột sulfat…Đó là quá trình tách lignin

ra khỏi nguyên liệu bằng tác nhân hóa học với sự hỗ trợ của nhiệt độ, áp suất Tác nhân hóa học sẽ phản ứng với lignin tạo ra lignin kiềm hòa tan trong dung dịch kiềm Nhiệt độ càng cao phản ứng càng tăng, tuy nhiên hydratcacbon cũng bị cắt mạch Ngoài ra trong quá trình nấu còn hòa tan acid béo, nhựa, hemicellulose…Quá trình nấu bột giấy diễn ra theo 3 giai đoạn:

 Phân huỷ liên kết ete, este, glycozit…giữa lignin và hemicellulose, đồng thời

phá huỷ liên kết hydro giữa lignin và polysaccarit

 Phân huỷ các liên kết hoá học giữa các đơn vị mắt xích của lignin như liên kết

ete,

một phần nhỏ liên kết C- C…Quan trọng nhất là liên kết ete -

OA : Giai đoạn tăng ôn, là giai đoạn tăng nhiệt độ, tăng áp suất cho kiềm thấm sâu vào nguyên liệu.AB: Giai đoạn bảo ôn còn gọi là giai đoạn nấu Nhiệm vụ chính của giai đoạn này là khử lignin, giải phóng các bó xơ sợi thành bột, giai đoạn bảo ôn dài hay ngắn tùy thuộc vào chủng loại nguyên liệu, yêu cầu sản xuất BC: Giai đoạn hạ áp phóng bột ra ngoài Dưới áp lực, bột sẽ tách thành từng thớ sợi khi ra ngoài

1.Nấu bột bằng phương pháp soda

Phương pháp nấu bột giấy soda là phương pháp nấu bột bằng dung dịch NaOH; trong đó tác nhân tấn công là HO-

Quá trình nấu tiến hành trong điều kiện sau: Dung dịch NaOH có pH= 13-14, nhiệt độ: 155 – 175 C, thời gian nấu 2 – 5 giờ

Các phản ứng xảy ra trong quá trình nấu :

Trong quá trình nấu, dưới tác dụng của môi trường kiềm, nhiệt độ, áp suất, các mảnh gỗ nguyên liệu thấm dần hóa chất, một loạt các quá trình hoá lý và hoá học xảy ra

a) Phản ứng của lignin

Những phản ứng này có tác dụng chia lignin thành những cấu tử nhỏ hơn, tăng tính ái nước của lignin (các nhóm phenol được tạo thành) để lignin dễ hoà tan vào dịch

nấu.Ngược với các phản ứng phân huỷ để phân chia lignin thành những cấu tử nhỏ hoà tan vào dịch nấu, khi nấu trong môi trường kiềm còn xảy ra phản ứng ngưng tụ lignin, phản ứng cản trở quá trình hòa tan lignin, phản ứng này xảy ra mạnh ở cuối giai đoạn nấu

b) Phản ứng của hydrat cacbon

 Phản ứng oxi hóa

Nhóm OH ở cacbon C2, C3 hoặc C6 của vòng glucose bị oxi hóa thành nhóm cacbonyl, tạo nên cấu trúc cacbonyl-β- glucoxy nhạy với môi trường kiềm

Sự phân hủy cellulose trong môi trường kiềm xảy ra theo cơ chế của phản ứng peeling.Phản ứng này làm giảm hiệu suất quá trình nấu bột và giảm trọng lượng phân tử của mạch cellulose Đây là phản ứng xảy ra ngay trong giai đoạn gia nhiệt của quá trình nấu (>800C) Phản ứng đặc trưng bằng sự tách dần nhóm khử ở cuối mạch cellulose Những phần hydratcacbon bị tách ra chuyển thành axit hữu cơ và làm giảm nồng độ HO-.

Các thông số ảnh hưởng lên quá trình nấu Các thông số ảnh hưởng lên tốc độ hòa tan

 Hàm lượng kiềm

 Nhiệt độ nấu

 Tỉ lệ L/W

 Thời gian nấu

Một số biện pháp cải thiện quá trình nấu

Dưới sự hỗ trợ của áp suất và nhiệt độ, tác nhân HO- tham gia hòa tan lignin nhưng đồng thời cũng phá hủy xơ sợi

 Phản ứng “peeling”

 Tốc độ khử lignin:

~ k1x [HO-]

 Tốc độ hoà tan polysaccarit :

 Phản ứng thủy phân : Các cấu trúc cellulose bị oxi hóa tại C2, C3 khá nhạy với dung dịch kiềm Sự phân hủy đại phân tử cellulose được tiến hành trước tiên qua sự hình thành một ion, kế đó là sự dịch chuyển điện tử và gây ra phản ứng cắt

 Áp dụng phương pháp nấu kéo dài, hóa chất không nạp vào thiết bị nấu một lần ngay từ đầu mà được bổ sung liên tục trong quá trình nấu, giảm nồng độ HO- trong giai đoạn gia nhiệt.

 Chọn hàm lượng kiềm thích hợp, dừng quá trình nấu ở thời điểm thích hợp

 Bổ sung một số chất hỗ trợ quá trình nấu như: AQ, ethylenediamine

(EDA), hexamethylen tetramine (HMTA), anthrone…

2 Phương pháp sulfat

Phương pháp nấu bột giấy sulfat – là phương pháp nấu bột bằng dung dịch NaOH + Na2S;trong đó tác nhân tấn công là HO- và HS-, ion SH- tăng tính chọn lọc cho quá trình nấu (tấn công lignin mà không gây hại đến xơ sợi)

Quá trình nấu tiến hành trong điều kiện: Dung dịch NaOH + Na2S với tỉ lệ tác chất thườngdùng có độ sulfua từ 20 – 35%, pH= 13 – 14, nhiệt độ: 155 –175 oC, thời gian nấu 1 – 3 giờ

Tác nhân tấn công trong quá trình nấu là HO- và HS- nên những phản ứng của lignin và cellulose dưới sự tấn công của HO- tương tự như phương pháp soda tác nhân HS- tăng tính chọn lọc cho quá trình

Vai trò của Na2S trong quá trình nấu:

a) Hạn chế phản ứng ngưng tụ lignin

Trong quá trình nấu dưới tác dụng của ion HO- , phản ứng ngưng tụ lignin chủ yếu xảy ra tại vị trí Cα của cấu trúc metylen quinon Khi có mặt ion HS- , nó sẽ phản ứng nhanh với metylen quinon tại vị trí Cα, ngăn ngừa quá trình ngưng tụ

b) Phân huỷ mạnh liên kết β-aryl

Trong quá trình nấu bột theo phương pháp soda, phản ứng tách loại metylen ở vị trí γ trong cấu trúc metylen quinon của ete β- aryl glyxerol tạo ra formaldehyt và cấu trúc styrylaryl Cấu trúc styrylaryl tương đối ổn định về mặt hoá học đối với phản ứng thuỷ phân, formaldehyt tham gia vào quá trình ngưng tụ lignin Khi có mặt ion HS-, nó sẽ tác dụng nhanh với dạng metylen quinon, chuyển hướng phản ứng, giảm khả năng tạo formaldehyt và cấu trúc styrylaryl do đó xúc tiến quá trình thuỷ phân và hoà tan lignin

 Tác nhân là Na2SO3: Phương pháp sulfite trung tính.

 Tác nhân là NaHSO3: Phương pháp sulfite acid

 Tác nhân là Na2SO3 + NaOH (Na2CO3): Phương pháp sulfite kiềm

Trong phương pháp sulfite kiềm, với tỉ lệ hóa chất: 80 – 85 % Na2SO3 và 15 – 20%

Na2CO3 (hoặc NaOH), (tính theo Na2O) sẽ cho hiệu quả quá trình nấu là cực đại

Ưu điểm của quá trình nấu sulfite là hiệu suất và độ nhớt bột cao, bột dễ tẩy trắng

a) Phản ứng của lignin: Trong quá trình nấu bột sulfite có nhiều phản ứng với cơ chế

phức tạp xảy ra nhưng phản ứng sulfonat hoá cấu trúc của lignin là quan

trọng nhất Nó thực hiện hai nhiệm vụ

 Làm mềm đi cấu trúc của lignin

 Làm cho lignin ái nước hơn

Hình2.7: Vai trò Na2S trong phương pháp nấu bột Sulfat 3 Phương pháp sulfite Quá trình nấu bột giấy bằng phương pháp sulfite là quá trình sử dụng tác chất có chứa S (Na2SO3, SO2, NaHSO3…) Ở đây quá trình diễn ra trong một khoảng pH rộng (1-13), do đó hiệu suất bột cũng thay đổi trong một khoảng rộng Các phương pháp sulfite nấu bột giấy:

 Các phản ứng xảy ra trong quá trình nấu bột Sulfite

 Cắt và làm ngắn xơ sợi

 Bột trở nên mịn hơn, hoàn thành việc bóc tách thành tế bào xơ sợi tạo ra các mảnh vụn xơ sợi đồng thời bóc tách thành tế bào xơ sợi thành từng lớp riêng rẽ

 Thay đổi cấu trúc bên trong của thành tế bào, phân tách thành từng lớp

riêng biệt, tiếp tục chổi hóa bên trong và làm trương nở xơ sợi

 Tạo ra những chỗ xoắn, mấu, đốt, sự nén ép trong thành tế bào xơ sợi

 Làm phân rã hoặc loại bỏ các chất trích ly còn lại trong bột sau nấu

 Phân bố lại hemicelluloses từ bên trong xơ sợi ra bên ngoài xơ sợi làm quá trình trương nở xơ sợi xảy ra dễ dàng hơn

 Sự bong xơ bề mặt tại cấp độ phân tử tạo ra một bề mặt dễ kết dính hơn tăngkhả năng liên kết xơ sợi

Hình2.8: Phản ứng của lignin trong phương pháp sulfite b) Phản ứng của hydratcacbon Các phản ứng của hydratcacbon trong dung dịch nấu phụ thuộc nhiều vào pH Trong phương pháp sulfite axit hydratcacbon sẽ bị thuỷ phân liên kết glucozit

Trong phương pháp sulfite trung tính quá trình thuỷ phân là cực tiểu trong phương pháp sulfite kiềm các phản ứng có thể xảy ra là phản ứng oxi hóa, thủy

phân, “peeling” như trong phương pháp soda

4 Ảnh hưởng của công đoạn nghiền đến tính chất cơ lý của giấy

Nghiền bột là một trong những công đoạn đặc biệt quan trọng trong công nghệ sản xuất giấy Đó là quá trình xử lý bột bằng lực cơ học nhằm phát triển bột đến mức tốt nhất tính chất tạo thành tờ giấy của xơ sợi Rất nhiều các tính chất cơ học, tính chất vật lý và tính thẩm mỹ của tờ giấy phụ thuộc vào giai đoạn này Nó làm thay đổi đáng kể tính chất của

xơ sợi, tạo cho xơ sợi có độ đồng nhất, độ mềm mại và có khả năng liên kết với nhau rất tốt trong cấu trúc của tờ giấy Điều chỉnh quá trình nghiền bột có thể tạo ra được các loại sản phẩm khác nhau từ một loại nguyên liệu ban đầu, từ đó các nhà sản xuất có thể tạo

ra các sản phẩm phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và nhu cầu của thị trường

Bột trong quá trình làm giấy tùy thuộc loại giấy cần sản xuất, đặc điểm bột trước khi nghiền, mà bột thường được nghiền theo hai xu hướng: Đối với bột có nhiều xơ sợi dài, dễ

bị kết bông khi tạo giấy, khi đó bột cần được nghiền theo hướng cắt ngắn xơ sợi, bột đượcnghiền như vây gọi là “bột nghiền rời” Đối với bột có xơ sợi ngắn hoặc các loại giấy cần

độ bền cơ lý cao, đòi hỏi xơ sợi dài thì bột cần được nghiền theo hướng chổi hóa xơ sợi, quá trình cắt ngắn ít xảy ra, bột được nghiền như vậy gọi là “bột nghiền nhuyễn”

Trong quá trình nghiền các xơ sợi chịu tác dụng bởi các loại lực cơ học như: Lực cắt, lực

xé, lực va đập của các lưỡi dao nghiền lên thớ sợi, lực ma sát giữa các xơ sợi với nhau, giữa các xơ sợi với thành máy nghiền và tác động của thủy lực như lực nén, ép thủy động tạo nên lực xé gián tiếp đối với xơ sợi Các tác dụng chính của quá trình nghiền lên xơ sợi gồm:

 Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu

 Tiến hành nấu bột giấy và chọn ra được điều kiện nấu phù hợp cho nguyênliệu, khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng NaOH và nhiệt độ nấu lên hiệu quảcủa quá trình nấu bột

 Khảo sát ảnh hưởng của độ nghiền lên các tính chất của tờ giấy làm từ rơm rạ

 So sánh các tính chất của giấy từ rơm rạ với giấy in báo và giấy viết, cho biếtkhả năng sản xuất các loại giấy này từ rơm rạ

QUY TRÌNH LÀM THÍ NGHIỆM

Qui trình làm thí nghiệm được mô tả ở Hình 3.1 như sau:

Một thông số quan trọng trong quá trình nghiền là độ nghiền Độ nghiền nói về tính chấtcủa bột thu được trong và sau quá trình nghiền, nó được đánh giá bằng nhiều cách Phổ biến nhất là đo độ tự do Freeness (oCSF) và đo độ nghiền chopper riegler (oSR) bằng cách đo khả năng thoát nước của bột trên các máy đo độ SR hay độ CSF

Quá trình nghiền giúp cải thiện tính chất của sợi làm liên kết giữa các xơ sợi chặt chẽ hơn đồng thời làm tăng liên kết giữa các xơ sợi nhằm tạo ra tờ giấy có cấu trúc chặt chẽ hơn Quá trình nghiền cải thiện tính năng cơ lý của giấy nhưng nếu tăng độ nghiền quá mức sẽ làm giảm hầu hết các tính chất cơ lý của giấy

C Nội dung thí nghiệm

3 Ngâm nguyên liệu

Nguyên liệu trước khi cho vào nồi nấu được ngâm 30 phút với dịch nấu NaOH, trong quá trình ngâm phải khuấy trộn liên tục để hóa chất thấm đều sâu vào dăm mảnh thúc đẩy các phản ứng diễn ra nhanh chóng và dễ dàng hơn trong quá trình nấu

4.Nấu bột giấy

Thông số công nghệ của quá trình nấu bột giấy từ rơm bao gồm các yếu tố áp suất, nhiệt độ, thời gian nấu, tỉ lệ L/W, hàm lượng NaOH.Thời gian nấu trong các thí nghiệm là 60 phút bao gồm 30 phút gia nhiệt và 30 phút bảo ôn, mỗi loại nguyên liệu có một khoảng thời gian nấu thích hợp với rơm rạ thời gian thích hợp là 60 phútSự thẩm thấu đều hóa chất vào nguyên liệu và nồng độ hóa chất, tác động mạnh đến quá trình hoà tan lignin Khi nguyên liệu thấm đều hóa chất, nồng độ hóa chất thích hợp, nguyên liệu chín đều, ít sống lõi, quá trình nấu đạt hiệu quả cao, đối với phương pháp soda ứng với thời gian nấu là 60 phút thì tỉ lệ L/W phù hợp

là 5/1.Áp suất và nhiệt độ có quan hệ tuyến tính với nhau Nhiệt độ tăng dần từ 110oC-150oC tương ứng áp suất tăng dần từ 1-4 bar Trong quá trình nấu khảo sát ảnh hưởng của các thôngsố: Hàm lượng hóa chất nấu và nhiệt độ nấu lên chất lượng bột, thí nghiệm được bố trí như bảng sau:

5 Rửa bột

Bột sau nấu được cho vào xô dung tích là 10 lít, ta cho nước vào xô và tiến hành rửa bột Dùngrây dạng lưới để lọc rửa bột trong xô, tiến hành rửa bột 5 lần Lượng nước thải tách ra sau mỗi lần lọc bằng rây được lọc lại bằng một tấm vải để thu hồi các hạt mịn tránh thất thoát

THUYẾT MINH QUY TRÌNH

2 Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu

 Xác định hàm lương lignin (Phương pháp Lignin Klason)

 Xác định độ tro (Scan C6.62)

 Xác định hàm lượng xenllulose (Phương pháp Kiursher-Hofft)

 Xác định hàm lượng oxit silic trong tro

 Xác định hàm lượng các chất tan trong nước nóng

 Xác định hàm lượng các chất tan trong nước lạnh

 Xác định hàm lượng chất trích ly