Luận văn nghiên cứu cải thiện một số tính chất của bột xenlulozơ từ rơm rạ cho sản xuất xenlulozơ tan

Như chúng †a đã biết, xenlnlozo từ rơm rạ có thế thu nhận theo các phương, pháp hóa học phố biên nhu nau sunfit hay nau sunfat, trong dó nâu sunfat tiên thủy phân kết hợp với tây trắng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan trong quá trình thực hiện Luận văn, các thực nghiệm được

tiến hành một cách nghiêm tue, tat cá các số liệu thực nghiệm thu được là hoàn toan trung thực, không có sự sao chép từ bất kỳ tài liệu khoa học nảo

Tác giả

Nguyễn Đức Hạnh

ban chức năng, Trưởng Dại học Bách khoa Là Nội

ác cản bộ của Viện Kỹ thuật Hoá học, Viện Đảo tạo sau đại học, các Phòng

Tôi xin cám ơn sự giúp đỡ của Ban Giảm liệu, Khoa công rghệ sẵn xuất bột

pidy và giấy, Trường Cao dẳng nghề Công nghệ giấy vả Cơ điện, đã tạo diều kiện

Thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập

Xiu cam on gia đình và bạn bẻ đã chữa sẻ những khỏ khăm và tạo mượi điều

kiện thuận lợi dễ tỏi hoàn thành chương trình học tập của mủnh

Hà Nội, thàng 8 năm2015

Nguyễn Đúc Hạnh

MỤC LỤC LỚI CAM ĐOAN

LỜI CẮM ƠN

MỤC LỤC

DANH MUC CAC KY HIBU VA VIET TAT

DANH MUC CAC BANG

MỠ ĐẦU - - 1

CHUONG I: TÓNG QUAN VĂN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khải quát về công nghệ tấy trắng bột xenlulozơ |3] 1.1.1 Các quy luật cơ bản của quả trinh tây trắng

2 Các yêu tô ảnh hưởng đến quá trinh tay trắng và chất lượng cửa bột 1.1.3 Các giai donn của quá trình tấy trăng 1.2 Tay trắng bằng dioxit clo 12 1 Cơ chế hóa học của phương pháp lấy trắng bằng đioxiL clo - 12

1.3.2 Các diều kiện và thông số kỹ thuật của qua trink tiy tring bột bằng dioxit clo L4 1.2.3 Công đoạn kiềm hóa - 19 CHUONG 2: VẶT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 3.1 Vậi liệu - - - - 24

180 nố ố 1.12 Hỏa chất - - 24

2.2 Phương pháp điều chế dioxil clo cho ly Wang 24

2.3 Phương pháp tấy trắng bột xentulozơ theo sơ đồ Dạ-EP-Di 28

2.4 Phương lâm giàu xenlulozơ cho chế biển hóa học băng hydrowit natri 35

2.5 Phương pháp xác định hàm lượng alpha-xentulozơ trong bột chưa tẩy trắng 26

2.6 Phương pháp xác định hàm lượng alpha-xeniulozơ trong bột tẫy trắng 27

3.7 Phương pháp xác định hàm lượng alpha-xenidlozơ trong bột đã tính chế 27 3⁄8 Phương pháp xác định độ nhót gửa bột xenlulezơ a7 2.9 Phương pháp xác định hiệu suất bồt co aeeeiiieioeeesoo 2Ô CHUONG 3: KỨT QUÁ VÀ BẢN LUẬN 29 3.1 Phin tich tinh chất của bột xenlulozơ cha lây trắng lừ rơm rạ - 29 3.2 Xây dựng các phương pháp nâng cao chất lượng xenlulozơ tử rơm ra 20

3.3 Nghiên cứm xác lập chế độ công nghệ tẩy trắng xenlulozo bằng diosit clo 30 3.3.1 Ảnh hướng của ruức dùng đioxit clo đến tỉnh chất của bột xenluloze tây trắng30 3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian ty tới tính chất của bột

3.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt đô tới tính chất của bột xenlulozø tẩy trắng

HỢP 1lementally chlorine free

Công nghệ tẩy trắng bột giấy không sử đụng clo nguyên tổ

TCF Totally chlorme free

Công nghệ tẩy trắng bột giấy không sử dụng clo và các hợp chất cúa nó

ö Oxygen-alkali deligninfication stage

Céng doan tach loai lignin bằng oxi trong mỗi trường kiểm Gar ly oxi-

Công đoạn tẩy tring, bing natri hypoclorit

D Chlorine dioxide stage,

Công đoạn tẩy trang bang dioxit clo

Dh High temperature Chlorine dioxide stage,

Céng doan tay tring bang, dioxit clo & nhiét dé cao

Dy Chlorine dioxide stage followed by ncutralization,

Công đoạn tẩy tring bing dioxit clo trong méi trường trung tính

E Alkaline extraction stage,

Công đoạn trích ly kiểm

(BO) Alkaline extraction reinforced with oxygen,

Công đoạn trích ly kiểm tăng cường oxi

(HOP) | Alkaline extraction reinforced with oxygen and hydrogen peroxide,

Công đoạn trích ly kiểm tăng cường oxi va hydropeoxit

(EP) “Alkaline extraction reinforced with hydrogen peroxide,

(OP) Pressurised stage using H,O, with O, (low peroxide charge),

Xử lý exi-kiểm tăng cudng hydropeoxit

P Ilydrogen peroxide stage,

Tẩy trắng bang H,O,

Tẩy trắng bằng ozơn (O;)

AOX Absorbable organic halides,

Hop chất halogen hin co hap thụ

KID Khô tuyết đối

ISO International Organization for Stadardization

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các ký hiệu quy ước của các công đoạn tẩy trắng bột giấy

Bang 1.2 Anh hướng của hệ số Kappa (KL) tới chí số AOX

Bang 1.3 Khối hượng clo hoạt tính của một số chất tây ã

“4

Tằng 1.4 Đường lượng oxi hóa của ruột số chất, tây

Bang 1.5 Các thông số công nghệ cơ bản của quá trình tây tring bét pilly bing dicxit clo 15

Bảng 1.6 Ảnh hưởng của một số yêu tổ đến độ trắng của bột khi tấy trắng bằng dioxit clo16

TBảng 3.1 Tỉnh chật của bột xenluloz sunfnI tiển thủy phân chưa tẩy trắng từ rơm tạ 29 láng 3.2, Chế độ công nghệ tẩy trắng thử nhất

TBảng 3.12 Chế độ công nghệ tây trắng thứ 10 - 2 36 Bang 3.13 ‘Tinh chit cia bét xentulozo ty trắng với thời gian tây trắng khác nhau 36

TBảng 3.15 Chế độ công nghệ tây trắng thứ 12 - 38 Đảng 3.16 Chế độ công nghệ tẩy trắng thứ 13 - seo TẾ

TBảng 3.18 Tỉnh chất cửa bội xenlulozơ tây trồng với rệt độ tây trắng khác nhàau 39 Bang 3.19 Ảnh hưởng của rrức dùng kiêm đền quả trình tịnh: chế xenluloza 41 Bang 3.20 Anh hưởng của rhiệt độ tính chế đến tính chất của bột giay 42 Bang 3.21 Ảnh hưởng của thời gian tĩnh chế đến tính chất của bột giây 43

DANH MỤC CÁC HỈÌNH VẼ

Hình 1.1 Đồ trắng của bột sunft gỗ cứng sau tấy theo chu trình D(EC) và DŒO)D 9

Tĩnh 1.2 Cơ chê phản ứng ôx¡ hóa lignin bing dioxit clo 13

Tình 1.3 Cơ chế phản ứng ôxi hóa các cầu trắc không chứa nhóm OH-phetol của

lignin dưới tác dụng của dioxit cÌo cọ eieree 14 1Iinh 1.4 Cơ chế các phản ủng tạo thánh và phân húy các chắt chửa clo 1⁄1 Tình 1.5 Sơ đỗ các công đoạn lây trắng bằng đioxit clo, 15 Hinh 1.6, So dé tạo thành các nhóm “cán” trong quả trình tách loại lienin bằng clo .30 Tĩnh 1.7 Các phản ứng kim ham hoạt động, của cáo nhóm “căn” điển ra trong quá

Tinh 3.1 Anh hung cua thoi gian tây giai đoạn Dụ tới độ nhớt của bột tây trắng 37

Hình 3.5 Ảnh huông của nhiệt độ xử lý đến độ trắng và hiệu suất của bột tây trắng 39

Tình 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ rhớt của bội tây trắng 40 Hình 3.7, Ảnh hướng, của mức ding kiểm dén tinh chit cua bat xenluloze 41 Tình 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất của bột xeruloze 43 Hinh 3.9 Ảnh hưởng của thời gian tới tính chất của bột xenlulozơ 44

MO DAU

Rom ra 14 nguén sinh khéi lignoxeninlozơ tiểm năng ở nước ta, với điện tích

trắng lúa khoảng trên 7 triệu hecta của cả nước Hảng năm cỏ khoảng trên 50 triệư

tấn rơm rạ là nguồn phẻ thải nông nghiệp, có giá trị nhưng hiện nay chưa được khai thác, tân dụng hiệu quã Ở nước ta hiện nay rơm ra chủ yêu được sử dụng làm thúc

ăn cho gia súc, chất đốt và làm phần bón, gây lăng phi va ö nhiễm mỗi trường

nghiêm trọng

Những rắm gần đây, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật,

yom rạ ngày cảng thu lút được nhiều nghiên cứu với mục dích sử dụng làm nguyên

liệu cho chế biển các săn phẩm hữu ích, như bột giấy, văn nhân tạo, vật liệu cách

âm, cách nhiệt, clanol sinh học, ., nhằm khai thác tối đa tiểm năng, tận dụng hiệu

quá nguồn nguyễn liệu rơm rạ Các nghiên cửu chủ yếu tập trung váo áp dụng công, nghệ biện đại, chế biến sinh hóa học Một trong những hướng có triển vọng lả 1ighiên cửa công nghệ thủ nhân xenlulozơ tan, chất cơ sở cho sẵn xuất các dạng vật

liệu và hóa chất khác nhau

Như chúng †a đã biết, xenlnlozo từ rơm rạ có thế thu nhận theo các phương,

pháp hóa học phố biên nhu nau sunfit hay nau sunfat, trong dó nâu sunfat tiên thủy phân kết hợp với tây trắng va tinh ché (lam gidu) xenlalozơ là công nghệ hiện đại sản xuất xenlulozœ tan từ gố, đã được áp đụng rộng rãi trên thể giới Phương pháp 1iầu sua tiên thủy phân đã được nghiên cứu áp dụng thành công đối với rơm rạ để thu nhận xenlulozơ [4], nhưng để có thể sử dụng cho sản xuất xenlulozơ tan, cần phải nghiên cửu nâng cao chất lượng xenlulozơ

Trước những yêu cầu đó dược sự hướng dẫn của T8 Lê Quang Diễn tôi tiễn hành thục hiện để tài: “Nghiên cửa cũi thiện một số tính chất cũa bột xenlulozơ từ

rom ra chủ sẵn xuất xenlulogg tan" Mục tiêu của đề tài là thiết lập được chế độ

công nghệ tây trắng và làm giàu bột xenlulozơ từ rơm ra, dễ sử dụng cho chế tạo

xenlulozơ †an

Nội dụng nghiên cửu bao gồm

~ Xác định tính chất của bột xenlulozơ chưa tây trắng tru nhận từ rơm ra theo phương pháp nâu sunfat tiên thúy phân,

- Khảo sát ảnh hưởng của các yêu tố cổng nghệ quá trình tây trang bang dioxit clo tới tính chất của bét xenlulozo tay tring;

- Nghiên cứu làm giảu xenlulozo bằng phương pháp xủ lý kiểm

Kết quả nghiên cứu của đẻ tải là cơ số cho xây dựng quy trình công nghệ sân

xuất xenluloz tan từ rơm rạ, lả tải liệu tham kháo bỗ sung cho lĩnh vực hóa học và công nghệ sẵn xuat xenlulozo tir nguyên liện phi gỗ

te

X ĐÈ NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG I: TÔNG QUAN V

1.1 Khái quát về công nghệ tẩy trắng bột xenlulozơ [3]

1.1.1 Cúc quy luật cứ bân của quả trình tẫy trắng

Quá trình tẩy trăng bột xenlulozơ nói chung là một quá trình phức tạp nhiều công đoạn, sử dụng một số lượng lớn hóa chất, nước và hơi nước, đồng thời cũng,

ứng người la sử dụng rộng rãi các ký liệu được trình bảy trong bằng sau (bỗng 1.1)

Bang 1.1 Các ký biệu quy ước của các công doạn tẩy trắng bột giấy

sử dụng,

Kiểm hỏa oxi hóa tăng cường oxi và hydrol NaOH +O;+ HO; Họp

Ipeoxil

Tay trắng bằng hydro peoxiL ở nhiệt độ gao HO; + NIOH Đụ

Tẩy trắng bằng hydro peoxil bién tinh F302 | NaOH Tàu

Ở quy mô công nghiệp, tây trắng dược tiễn hành trong các tháp tây có cầu tạo khác nhau, tủy theo mục tiêu của từng công đoạn Nhin chung, trinh tự tiến hành cño công đoạn trong một chu trình tây trắng tưeng tư nhau

Sự lựa chọn hệ thông thiết bị là một bài toán khỏ và được giải quyết trên cơ sở

trắng của bột Công nghệ hiện đại tây trã bột hóa hiện nay thường thực hiện ở nẵng độ trung bình, được thống nhất là nông

độ 9-13, chí duy nhất tẩy trắng bing clo là còn áp dụng với nông độ bột thấp (3-

5%) Nông độ cao được hiển là nảng độ :>20%, có thẻ lên tới 35-40% (như trường

hop ty trắng bằng ozon)

Một chu trình tẩy trắng được hiểu là một trình tự các công doạn liên tục kế tiếp nhau, được sắp xép theo một thứ tự nhất định, với hệ thống thiết bị liên hợp và

quy trình công nghệ thích hợp, đâm bão đạt được mục liễu của quả trình tây rẳng

Cac chu trinh tay trang hiện dại bao gôm nhiều công doạn, có rửa bột giữa các công đoạn, sử đụng đồng thời nhiều hóa chất và áp đụng đồng thời các điêu kiện công nghệ khác nhau Về nguyên tắc, có thể tây trắng bột hóa hay bột liệu suất cao

bằng một công, đoạn, nhưng trone trường hợp đó mức tiêu hao hóa chất tây sẽ rất lớn và không thế đạt được độ trắng tôi đa Sự cản thiết phải áp đụng chu trình tay trắng nhiều công doan chủ yếu liên quan đến dặc điểm hỏa-lý học của quá trình tây

Dé phân hủy triệt để các thành phần phi xơ sợi trong bột (lignin chẳng bạn), cần phải sử dựng các hóa chất tấy có tính chất hóa học khác nhan, mả điểu kiện phan ứng lỗi ưu của chứng với lignin théng thường lại rất kháe nhau, vì vậy nêu sử dung

*kết hợp sẽ ít hoặc không có hiệu quả lên cạnh đó, các sản phẩm phân hủy lignin, là những hợp chất hóa học hoặc không tan hoặc ít tan trong nước, tắc đê khuếch tán

chậm, chúng sẽ hoặc là cân trở phân ứng của các hóa chất tẩy với lignin hole sé

‘nye tiép phan img với hóa chất tây, hận quả la làm giảm tốc độ phăn tmg và/hoặc tăng tiêu bao bớa chất tẩy, vì vậy sau một thời gian xử lý nhất định, cần én hành

xử lỷ bột bằng nước (tức rửa) hoặc dung dịch kiểm, rồi tiếp tục tây để nâng cao hiệu quá của qứa trình Miặt khác, về mặt mặt công nghệ vả thiết bị, tẩy trắng bột được tiên hành ở nồng độ cao, trong các tháp tấy với năng suất lớn, hoạt động hiên tục,

không có cơ cầu khuấy trộn bột, thời gian tây trắng dễ dạt dộ trắng cần thiết thường, kéo đài, mà kích thước của thiết bị hạn chế, vì vậy cần chía quả trình tây trắng thánh nhiên công đoạn, mỗi công đoạn tiên hành trong một thiết bi

Vẻ thực chất diễn biến của các quá trình, tây trắng, dược xem như là sự tiếp tục của quá trình nâu Sự khác biệt cơ bản được thể

n ở chỗ tách loại lignin được tiên hành trong điều kiện ôn hòa hơn, so với khi nau va str dung các chat tay cé tinh chon lọc khác nhau Tuy nhiền, công nghệ hiện đại sản xuất bột sunfat đều ap dung công đoạn tách loại lignin bằng oxi, vì vậy sự khác biệt giữa quả trinh tây trắng với

công đoạn này là không lớn lắm Do đó, sự phân biệt giữa tách loại lignin bằng oxi

với tẩy trằng cũng chỉ mang tỉnh tương dỗi

Tinh chọn lọc của chát tây được hiểu là khả năng của nó chỉ tập trung tác đụng, vào các thành phần cầu tách bộ hoặc biển đổi của bội giấy, má không hoặc 1L gây

ảnh hưởng (tác dụng phụ) tới thành phần là xơ sợi (cacbohydrat) Như dã nêu trên,

thành phân cản tách loại trong bột là lignin và một số tạp chất khác Thực tế cho

chỉ cần lách loại hết Hgrnn cũng đủ dễ đạt dộ trắng cần thiết cho bội, song chất lượng của bột sẽ cao hơn nếu khi tây có thể loại bỏ được cá các chất tannit và các

chất mang màu khác

Tuy thuộc vào dang chất tây được sử dụng, mà các phương pháp (công nghệ) tay tring được phản chia như sau:

- Công nghệ tây tang sir dung clo nguyên tổ và các muỗi hypoclerit;

- Cong nghé lay tring khéng sit dung clo nguyén 14 (ECF):

- Céng nghé tay tring không sử đựng clo và các hợp chất của clo (TCE)

Trên cơ sở đó, hiện nay có 04 dang chu trình (sơ đỏ) tấy trắng đang được áp

dụng

- Cáo chu trình tây trắng sử đụng clo nguyên tổ ở cêng đoạn đảu tiên;

-C

đu trình tẩy trắng chi sir dung chat tay là dioxit clo (ACF):

- Cáo chu trình tây tring sit dung ClO va H,0, voi nite ding tối wu (anild -

LICK),

- Các chủ trinh TCF

Tinh hợp lý của sơ đỗ tẩy trắng trước hớt dược dánh gia bằng hiểu quả kinh tế

và môi trường của quá Irình tẩy trắng Sơ dỗ TCF là so dé ty ting có chỉ phí cao,

gia thành của bột sản xuất theo công nghệ nảy thông thường cao hơn 30-508 so với

30 dé ECF

Hiệu quả môi trường của các chu trình tẩy trắng sứ dựng clo và các hợp chất của olo dược dánh gia bằng chỉ số AOX (halogen hữu cơ hấp phụ, phản ảnh: lượng, các hợp chất clo tạo thành trong quả trình tây trắng Tỉnh tương đối, chỉ số AOX (kg đắn bột) có thể tính theo công thức thực nghiệm Henngard sau:

AOK = (0,07 oafc+2+2|

trong đỏ:

€ - mức tiêu hao clo nguyên lồ (kg/lắu, tính theo don vi clo boat tinh),

TH - mức tiêu hao muối hypoctorit (kg/tan, tinh theo don vi cla haat tinh)

T - mite du hao dioxit clo (kg fan, tinh theo don vị clo hoạt tính)

Ở đại da số các nước có niên công rghiệp giây phát triển, người ta quy dink

,50 kg/iắu

Pong thời, các chủ trình tây trắng còn được đánh giá bởi hệ sô Kappa (KF), là

ti lệ giữa mức dúng chất tây (tinh theo don vi clo hoạt tính hoặc OXE) và trị số

Kappa (K) ofa bél nang iy, duce tính theo công thức sau:

srr Hé sé Kappa ‘Tri sé AOX (kg/ tần)

Chỉ số thứ hai để đành giá ruức độ thân thiện môi trường của sơ dé tay tring,

là nhu câu oxi hỏa học (COD) của nước thải của nhả may COD của các sơ đỗ tây

trắng liên tiễn thưởng vào khoảng 30-40 kg/lan bot Giải pháp hiệu quả nhất dé

giảm COD là áp dụng công doan tach loại lignin bằng oxi trong môi trường kiểm và

tái sử dụng hợp lý nước thải của quả Irình lẫy

Khi tẩy trắng nhiều công doạn với các chất tẩy khác nhau trong, mỗi công, doan Để xác dịnh mức dùng chung của các chất tẩy trên một đơn vị khôi lượng bớt, trên mỗi dơn vi Kappa, cân sử dụng một dơn vị chung, của chất tày Khi tẩy trắng, chỉ sử dụng chất tây là clo và các lợp chất của clo, đơn vị chung là đơn vi clo heat tinh Hệ số chuyên đổi từ các chất tây trong trường hợp này được xác định theo

dương lượng oxi hỏa của chúng (Báng 1.3)

đương lượng oxi hóa trong 1 kg

chat oxi hóa (Bảng 1.4) Trong cột cuối cùng là

ở đương lượng oxi hóa chất tây

trong 1 kg so véi sé duong luong oxi héa ala clo bong 1 kg elo

Như dã nêu trên, quá trình tây trắng là một chu trình nhiễu công doan Tuy thuộc vào loại bột vá mục tiêu, ở mỗi một công đoạn người †a có thể sử dựng một hoặc nhiều chât tây khác nhan Lý đo chính phải tiến hành nhiên công đoạn, là vỉ thông thường độ trắng tôi da của bột chí dạt dược khi sử dụng nhiều chất tảy khác nhau, mà điều kiện tác dụng của chúng đối với các thành phần cân tây bỏ hoặc cần biên tính của bột lại tương đối khác nhau Vì vậy cẩn phải chia ra nhiều công đoạn

Công đoạn đầu tiên của chu trinh tây trắng được xem là công đoạn tách loại

lgnin, bởi lượng lignin côn lại trong bột chủ yêu được tách loại trong công đoạn

xảy Trưng công đoạn nảy, độ trắng của bội có thay đổi, rung chưa nhiễu

Sau công đoạn tách loại hgnm là các công, doan tăng trắng (tăng dé trang) tiép heo bằng dioxit clo hoặc các chất tay khác chứa clo hoặc oxi Mặc đủ vẻ bản chất

Không nó sự khác biệt nhiều, song mức độ tách loại ligrin ở các công đoạn sau thập

hơn và dộ trắng của bột thay đổi rõ rệt sau mỗi công doạn còn lại nảy, Các công, nghệ tẩy trắng hiện đại ngày càng ủng dụng rộng rãi là các chất tây là oxi, hydro

eoxil, ozon, peraxiL, còn hypoelorL thì bị loại bổ hoàn hoàn

‘Théng thưởng, bột được rửa (bằng nước hoặc bằng dung địch NaOH) và vất nước sau mỗi công đoạn tây trắng, nhằm tách bả các sản phẩm phản ng, điều chỉnh lại điêu kiện tiễn hành cho công doạn kẻ tiếp và nắng cao hiểu quả tây trắng

Việc áp dụng một sơ đỗ công nghệ tây trắng, hoặc sử dụng các chất tẩy nào đó phụ thuộc vào nhiều yếu tố: dang bột (bột sunfat, bột xút hay bat sunfit, chứng được sản xuất từ nguyêu liệu nào), chất lượng bạn đầu của bội, độ trắng cản thiết phải đạt, trang thiết bị sẵn có và giá cả của các hóa chất

Độ trắng cuỗi cùng của bột tấy trắng được tăng đân theo từng công đoạn thấy trắng, có lum ruức vá thông thường không bao giờ thỏa mãn yêu cầu đối với nhà may sin xuất bột tây trắng Do đó, trong đại đa số trường hợp, một chu trình tẩy trắng bao gồm 3-5 công đoạn Đồ trắng tôi đa có thế đạt được gọi là “rần” độ trắng

và phụ thuộc vảo nguyên liều gỗ, phương pháp nâu bột, chu trình tây trắng và các điều kiện công nghệ

Mite dùng hoá chất tây trong một công doạn thường dựa trên mục tiêu dạt độ trắng dưới trần vì mục đích kinh tế, Nếu để đạt trân độ trắng cao hơn mà phải cần

thêm công đoạn, thì sẽ phải nghĩ đến giải pháp sử dụng hóa chất tấy mới hoặc là

thay đổi ché độ công nghệ

Ngoài ra, như đã trình bảy trên, vai trò của các công đoạn rửa bột giữa các

công đoạn tây cing rat quan trong Chang hạn, với một muc đủng đioxit clo, sẽ trở xên hiệu quả hơn, nếu mức đùng này được chia nhỏ, từ một lên bai công đoạn với

công đoạn kiểm hóa ở giữa Sụ kết hợp của các công đoạn nhỏ có tính axit và kiếm

có ảnh hưởng lích cực tới hiệu quả tẩy trắng, cho độ trắng của bột cao hơn với cùng một mức tiểu hao hóa chất Hình 1.1 minh họa sự thay đổi dộ trắng của bột sunfat

gỗ cứng có trị số Kappa ban đầu là 12 đv, theo sơ đồ tây trắng một công đoạn kết liợp kiểm hôa và hai công đoạn kết hợp kiểm hóa

1.1.2 Cúc yếu tổ ảnh hướng đến quá trình tây trằng và chất lượng của bật

Khi sử dụng bất kỷ chất tẩy nào cũng cân phải tuân thủ các điều kiện tối ưu nhằm thúc day các phản ứng của chất tây với lignia và các tạp chất khác, dỗng thời giảm được các phản ứng pha húy của chất tẩy đỏ đổi với phân cacbohydrat

Các yêu tổ ânh hưởng đến chất lượng của bội lây trắng bao gồm

- Quy cách chất lượng của bột chưa tây;

- Thời gian xứ lý của các công đoạn tây;

- Bản chất và nông độ chất tấ:

- Nhiệt độ của quả trình,

- Nẻng độ huyền phủ bột,

- pHmôi trưởng tây,

- Phương thức và mức độ trộn khuấy bột với các chất tây;

- Phương pháp và mức độ rửa bột sau mỗi công đoan,

chính những tỉnh chất của xenluloza long bat ban đầu quà

phần ứng và trạng thái của nó trong quả trình tẩy

1.1.3 Cúc giai đoạn của quá trình tÂy trắng

Tẩy trắng là mội quá trình nhiều giai đoạn Tùy thuộc vào loại bội và mục dich tẩy trắng, ở mỗi giai đoạn người ta có thể sứ dụng một hoặc nhiều chất tây khác nhau Sở đĩ nhu vậy là vi thông thường độ trắng tối đa của bột chỉ đạt được khi sử dụng nhiều chất tây khác nhau, mà diễu kiện tác dụng của chúng, đối với các thành phần cần tây bó hoặc cản biển tính của bột lại tương đổi khác nhau Vì vậy điêu kiện tiến hanh quá trình của mỗi céng đoàn cũng rất khác nhau

Về nguyên tắc, công đoạn đầu tiên của chu trình tẩy trắng, là công đoạn tách

loại lignin, tuc là lương lignin còn lại trong bột chủ yêu được tách loại trong cồng,

đoạn này Hiện nay tải mét s6 nha may clo phan ti van được sử đụng làm chat tach loại hgnm Công nghệ tây trắng bột giấy tiêu tiến cứng phát triển theo xu hướng giảm sử đụng chất tây la clo phân tử và hướng tới hoàn toàn không sử đựng clo phân tũ làm chất tây Bước đầu trong tiên tình giảm sử dụng clo phân tử là việc thay thể bằng dioxit clo, hay tiên tiến hơn là sử dụng ôxi, đó là áp dụng công nghệ

xử lý Si với một số loại bột có thẻ sử dụng hydro peroxit va ozon

Sau céng, doan tach loai lignin là các công doan tay trắng (tăng độ trắng) tiếp theo bang dioxit cla va cde chal tay chứa ôxi khác Trong các công nghệ Inén đại, éxi, hydroperoxit va ozon ngày cảng được ứng dụng rộng rãi là cdc chat tay wing sau công đoạn tách loại lignm Nhiễu nơi người ta sử dụng cdc peraxit, con

hypoclorit va clo phan ti thì gân như bị loại bỗ hoàn hoàn

Thông thường, bội được rửa (bằng nước hoặc bằng dung dich NaQH) và vắt nước sau mỗi công đoạn tây trắng nhằm tách bỏ các sản phẩm phản ứng, điêu chỉnh điều kiện tiễn hành quá trình cho công đoạn kế tiếp vả nâng cao hiệu quả tấy trì

Việc ứng dụng một sơ đồ công nghề tây trắng, hoặc sử dụng các chất tây nào

độ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại bột (bột aumplial hay sunpliL, được sản xuất Lừ

nguyên liệu nảo), chất lượng ban đâu của bột, độ trắng cản thiết, trang thiết bị sắn

có và giá thành các hỏa chất

1.2 Lẩy tring bing dioxit clo

Dioxit clo được sử đụng rộng rãi dé tay ting bột xenluloza, đặc biệt là bột sunfat Độ trắng của bột sau tây có thể đạt 87-90% ISO

Tẩy trắng bằng đioxit clo được phát triển nhanh đo một số nguyên nhân sau:

- Nhu cầu ngày một tầng vẻ thay thể clo trong các sơ đỏ tẩy trắng truyền thống, bằng, một chất tây hiệu quả và ít ảnh hướng, đến môi trường hơn;

~ Dioxit cko cô khả răng tẩy trắng hầu như tất cả các loại bán thành phẩm xơ sợi tới độ trắng cao ma không lâm thay đối dang kế độ bên cơ học của chủng:

- Những năm gắn đây háng loạt các phương pháp điều chế đioxit clo có hiệu

quả kinh tế cao đã ra đời cho phép phương pháp tay ting bang dioxit clo chiếm ưu thể so với tây trắng bằng bypoclorit;

- Lượng các hợp chất hữu cơ chứa clo tạo thành khi tấy trắng bột bằng dioxit không lớn và rrức độ độc hại của chúng cũng thập hơn,

- Dioxit clo cỏ thể được dùng làm cl

riêng biệt đúng kết hợp với clo hoặc được sứ dụng trong các công đoạn kết thúc

tẩy độc lap của một công đoạn tây

nhằm nâng cao đồ trắng của bột Việc sử dụng dioxit clo làm chất tách loại lignin có

thể làm giảm hảm lượng các chất nhựa trong bột sau tây, đặc biệt là khi tấy trắng, bột gỗ củng, dim báo bét cé dé wing vá hiệu suất cao

~ Hiển nay đioxt clo là chất tây chứa clo có tỉnh chọn lọc cao nhất vả ảnh hưởng của nó đối với xenluloza là thấp nhất,

- Dioxit elo là một chất ôxi hóa mạnh Điện thế ôxi hóa-khử của nó ít bị thay

dỗi trong một phạm vi trị số pH tương đổi rộng, Linh chất này cho phép tiên hành tẩy trắng bing dioxit không những trong môi trường kiểm, mà cả trong môi trường axit (pH =3-6), trơng ứng với dưng địch đioxit clo tự nhiên Nhiệt độ tấy trắng có thể tầng lên tới 80-90 °C mà không gây ảnh hướng đến tỉnh chất của bột, điểu này ảnh hưởng tắt đến độ trắng của bột và giảm thời gian tây

1.2 1 Cu chế húa học cũa phương pháp tây trắng bằng dioxit clo

Cơ chế hóa học của các phan img tach loai lignin va tay tring bang dioxit clo

đến nay còn chưa được nghiên cứu đây đủ

Tioxit clo là chất cleclrophin, phẩm ứng rất nhanh với các cầu trúc chứa nhóm

*ydroxin phenol ty do, song lai phin img chậm với các hợp chất no mach thing Vi

vậy, tác động của CIO; lên xenluloza đã bị ôxi hỏa trước đó, chẳng hạn sau khi bột

qua xử lý ôxi-kiểm, là rất yếu Tính ôxi hóa mạnh của dioxiL clo được tạo ra nhờ

phân tứ kém bên vững vá sự có mặt của ion cÍo với hỏa trị +4

Vẻ mặt lý thuyết, đioxit clo có thế bị khử hoàn toàn theo co ché phan img saw

Trang môi trường axit đioxit clo bị khử hoản toản, khi cộng tật cả các phần

ứng (a, b, c) Anion clmril rât bền vững trơng môi trường trưng tính va mdi trường kiểm, và dễ cho chúng trở thành một phần tử 6xi hóa hiệu quả, cản bỏ sung vào

dung địch một ít axit Irong trường hợp nay phần tử phản ứng sẽ là axit elorơ (HƠIO;), chứ không phải ion cloriL

Trong môi trường kiểm axit clorơ tạo thành bị khử theo các phản ứng (b) và

(e) Axit hypoclorie la sắn phẩm trung gian tạo thánh khi axit clorơ bị khứ, có điện Thể ôxi hóa khử cao hơn so với axit cloro, vi vậy có thế khử axit này thành dioxit

lo theo phương, trình sau:

TICIO + 2IIC1O; — 2C1O; + CT ~ 1 + 1O (@

Ngoài ra, trong môi trường axit, clorit bị phân hủy tạo thành axit hypocloric

theo phuong tinh sau:

SIICIO; —+ 6ClOa + IICIO + IICL+ 31,0 w®

hư vậy, trong môi trugmg axit, tham gia cae phan img dxi héa c6 dioxit clo,

axit clorơ, hypooloric và clo

Khi đioxit clo tae dung véi lignin, các vị trí eó mật độ điện tử cao, các nhóm

câu trúc clylen cộng hợp bị lấn công, nhớ đó diễn ra các phan img tách loại các

nhóm metyl, pha hay vong thom, phan ung clo hoa lam các mạch nhánh bị tách ra,

đồng thời điễn ra thủy phân các liên kết ete alkylaryl và tạo thành các o-, p-quinon

Hình 1.3 Cơ chế phản ứng ôxi hóa các cẩu trúc

không chứa nhóm OH-phenol của ñgnin dưới

Thân G122 Thật 3g wher nan ran li cất sắt các

Tĩnh 1.4 Cơ chế các phản ứng tạo thành và phân húy các chất chứa clo

Khi dioxit tác dụng với các polisaccariL các nhóm aldeldt bị ôxi hóa thành các

nhỏm COOH, Quá trình ởxi hóa diễn ra đói với cả các nhóm bản axetal dâu chuối,

cũng như với các nhóm aldehit tao thành trong đại phản tử xenluloza khi nâu bột Trong môi trường axit dioxit clo không tác dụng với các nhóm OH Tinh chất này

quyết dịnh khá năng, chọn lọc cao cúa diogit cÌo dối với các polisaocarit

1.23 Các điều kiện và thông số kỹ thuật của quá bình tÂy trắng bột bằng dioxit clo

ấy trắng bội bằng

Đông học của quả trình cho thấy, các yếu lồ ảnh hưởng dến

dioxit clo bao gồm: pH của bột dịch, nhiệt độ và thời gian xứ lý, nỗng độ bột, mức ding dioxit clo va ham hrong clo phan tir trong dich ty

Dua vào cơ chế phân ứng mà người ta sử đụng ClO; dé tach Joai lignin (ede phần ứng (hình 1.2), (hình 1.3) vả tăng trắng, tức làm mắt mẫu các nhỏm mang mẫu

(phản ứng hình 1 +) Công đoạn tách loại ligrin thuờng được ký hiệu lä D, còn các

công doạn tăng trắng -Dị, D2, Ds,

a-cdng doan D,, b - céng dean Dy (Ds, Ds, )

1- Bom , 2- Thap tay ; 3- Máy rửa kiểu ép ; 4- Máy trộn ; 5- Cột hấp thụ

Bang 1.5, Các thông số công nghệ cơ bản của quá trình tẩy trắng bột giấy

bang dioxit clo

1.2.2.1 Ảnh hưởng của trị số pH1 tới quá trình tây trắng bằng dioxit clo

Trị số pH dóng vai trò quan trọng trong quá trình tây trắng bằng ClO; Trên bang, 1.6 cho thay sự ánh hướng của pÌ1 (4.2; 6,2; 8,0), nhiệt độ và thời gian tây đến

độ trắng của bột, khi tây trắng bột sunphat (só độ trắng bạn đầu là 7284), mức dùng

GIÓ; 0,6% sơ với bột khổ tuyệt dối

Bang 1.6 Ảnh hưởng của một số yếu tố đến dộ trắng của bột khí

tẩy trắng bằng đioxit clo

Nhiệt độ — Thờigiantẫy Dộ trắng của bột đã tây (% ISO)

Khi tẩy trắng trong môi trường axit, CÍO; it gây ảnh hưởng đến hemixenlulozơ và

xenlulozo, dioxit clo ôxi hóa các nhóm rượu thành oác nhóm cacbonyl, các nhóm aldelriL - thành các nhôm eacboxyl Cée liên kết glicoz4t hấu như không bị phân hủy,

độ nhớt và bậc trủng hợp của xenlulozơ chỉ bị giám không dáng kể, độ bền cơ học của bột được bảo toàn ở mức của bột chưa tây trắng Trong môi trường kiểm

(pH 10-11) tác dựng của đioxit clo đối với các polisscariL lăng rõ rột, dộ nhớt của

xenlulozơ có thẻ giám xuống tới 50%, Vì vậy tây trắng trong môi trường axit chiếm 1ru thế hem, kể cả vẻ phương điện giảm mức tiêu hao dioxit clo cho các phân ứng

phụ Khi pH—4 các phân ứng thủy phân C1O; diễn ra chậm đến mức trong vòng 3 giờ lượng tiêu hao CÌO; chỉ vào khoảng 10%, trong khi đó khi pH=7 có tới 90% G1O; bị phân hủy thành clorit và clorat (khi không có xerlulezø) Khi có xenlulozo diễu ra quá trình sau

ClO, - xenluloza = TICIO, + xenlulozø ôxi hóa

Khi pH tăng cao hơn 7, phản ứng nảy diễn ra cảng mạnh hơn, và đioxit clo tân

công cá xenlulozơ, lignin và các chất nhựa Dộ nhớt của xenlulozơ giám và khả năng hòa tan của nó trong kiểm cũng tăng,

1.4.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lÿ tới quá trình lấy trắng bột giấy bang dioxit clo

Nhiệt độ hợp lý nhất của công đoạn tách loại lignin bằng ClO, la S0°C Giam

nhiệt độ dưới 50°C quá trình tách loại lignin diễn ra với tốc độ chậm Nhiệt độ cao

hơn 50%C không ảnh hưởng nhiều tới quả trình tách loại lignin, song co thé Jam

giảm độ nhớt cửa bội Trong thực tế sân xuất, nhiệt độ tây có thẻ tăng một cách dé

ô xy kiểm (BO hoặc

Tay trang trong khoảng nhiệt độ này có thể dạt được dé tring tdi da ma vin pitt

được độ bên cơ học của bợt

Tăng rhuệt độ lên dén 70-80 °C làm giảm thời gian tẩy và tăng độ trắng của xenlulozơ, tuy nhiên nếu như tẩy trong môi trường axit không ánh hướng đến các chỉ số chất iợng của xenlilozơ, thì trong mới trường kiểm độ nhớt và bậc trùng hợp của xenlulozơ bị giâm rõ rột Xét một cách tổng thẻ, tây trắng bằng đioxit clo ở

nhiệt độ cao hơn 75°C lá không hiệu quá

75% lượng đioxit clo cần thiết cho tấy trắng bị tiền hao trong vỏng 5-10 phút

kể từ khi bắt đầu quả trình Vì vậy, thời gian xử lý của công đoạn tách loại lignin (D,) thường chiếm 40-60 phút Thời gian này đủ để kết thúc quá trình tách loại lignin, duoc kiém soát theo chỉ sô Kappa của bốt

Trơng cáo công đoạn tẩy trắng bằng dioxiL clo Hiếp theo, dé ting của bột chú yếu tăng nhanh trong vàng 10 phút đầu tiên Sau đó độ trắng của bột vẫn tiếp tục tăng chậm, thậm chi trong vong 4 giờ xử lý tiếp theo Song, kéo đài quá trình tẩy

quá 3 giờ là không hiệu quả, bởi lợi ích thu được từ việc tăng dỏ trắng của bột khi

đó không bu dip được những chủ phí liên quan đến việc kéo dài quá trình

1.2.2.3 Ảnh hướng của nông độ bột tới quả trình tẩy trắng bằng dioxit clo

Dioxit clo được sử dụng dưới dạng dụng dịch có nồng độ n định, vì vậy khi thổ sung vào hột địch ít gây ảnh hưởng đến nỗng độ bột Đề tiết kiệm hơi nước cần thiết để cho dưa nóng bột dịch, tẩy trắng bằng, đioxit clo thường dược tiên hàn: với nêng độ bột 10-12% Không nên tẩy bột có nông độ cao (20-30%) vì đo ít nước, khi nhiệt độ tăng sẽ tạo thành pha khí ảnh hưởng, đến quá trình vận hành

12 Ảnh hưởng của mức dùng chất

địch CÁO;

Múc dùng dioxiL clo trong công đoạn tách loại Hgnin được xác định bởi hệ số

kappa (KF), là tỉ số giữa mức dùng cÌo hoạt tính cho công doạn tách loại lignin dau

†iên của quá trình tây trăng với trị sẽ Kappa của bột chưa tẩy trắng,

Thông thường tây trắng bội nông 49 10-14% bằng đioxiL clo được thực hiện với hé 36 Kappa 0,15-0,20 Trong giới bạn KE trên, lượng các hợp chất dộc bại chúa clo tạo thành là tối thiểu và đảm bảo các điều kiện tẩy trắng tối ưu nhất

Khi sử dụng dioxit clo trong các công đoạn cuối của quá trình tây trắng các loại bột xenluloza khác nhau, tương quan về mức dủng CO; trong các công đoạn

tẩy có ý nghĩa quan trọng, Tăng độ trắng của bột khi tăng mức đừng CÍO; ö cả hai công doạn Dạ và D; có một giới hạn gọi là “ngưỡng của độ trắng”, sau mức này thì

46 tring hau như không tăng được nữa Dễ đạt độ trắng cần thiết với điều kiện tiết

kiệm và sử dụng hiệu quả đioxit elo, mức đùng trong các công đoạn Dạ và D; phải

‘bang nhau (tinh theo don vi ClO) Ngoai ra, lượng clo dư thữa rong nước thãi phải

tang từ công đoạn Dạ sang D; tương ứng từ 1,0-1,5 dén 2,0-2,5 ke/tin (tính bằng

đơn vị CIO;) Chỉ khi cỏ một lượng clo đư trong nước thải mới đấm bảo được quá

trình ôxi hóa triệt dễ các nhóm cacbony] thành các nhóm cacboxy] và độ trắng của

bột được ỗn định

Chất lượng của dung dịch CÏO; sử dụng cho tẩy trắng càng cao, nêu nông độ clo trong đó cảng thấp Hầu như tất cễ các dung dịch CIO; dều chứa một lượng clo nao đỏ, vì vậy chúng có mẫu vàng cam vả mùi của clo Khi ham lượng elo không

vượt quả 1086 tổng lượng co hoạt Linh tong dung dich ClO, thi sự có mặi gỗa clo

không gây ảnh hưởng dến quá trình tây Lượng clo phân tử trong các dung dich GIÓ; tính khiết nhất không vượt quả 0,5 g/1ít,

1.23 Công đoạn kiềm hóa

Kiểm hóa lả công doạn riêng, biệt của quá trình tây trắng, xứ lý bột xenlulozơ bằng các dang đụng dịch của hydroxit natri Dáy là công đoạn kế tiếp công doan clo hóa Mục đích của kiêm hóa là trung hỏa lượng clo dư thừa vả tá

rửa các hợp chất hữu cơ chứa clo (clolignm) ra khỏi bột Sau khi rứa, bột sẽ mắt mẫu vảng cam va trở thành trắng Ngoài ra kiểm hỏa còn được sử đựng dé tinh ché bat ding cho chế

biển hóa học

Các phương pháp kiên hỏa bao gồm

- kiểm hóa đơn thuần (E) (xử lý bột bằng dung địch NaOH thuần túy);

~ kiểm hóa lăng cường hydroperoxit (EP)

- kiểm hóa tăng cường dxi (HO),

- kiểm hóa tăng cường ôxi và hydroperoxit (HOP)

1.2.3.1 Cơ chế hóa học của quá trình kiền hỏa

Tất cả các chu trình tây trắng sử dụng các hợp chất chúa clo đều dựa trên sơ đỏ truyền thông bao gồm hai công đoạn clo hóa-kiểm hóa Tức kiểm hỏa là công đoạn bắt buộc sau công doan tay trang bang clo va dioxit clo

Khi xứ lý bột bằng clo vả đioxit clo, ngoài các phán ứng phân hủy làm giảm

phân tử lượng của lignin, còn diễn ra các phản ứng của các nhóm “cãn” (hình 1.6)

Các câu trúc chứa các nhóm cần không những có thế hòa tan trong điều kiện tách

Toại hgnin trong mdi trutmg axil, ma con lao ra md ra chin, can WS qué tinh Oxi

hoa bột địch trong các công doạn tây trắng tiếp theo Vi vay, dễ tăng hiệu qúa tây trắng cân phái loại bó “rao cản” nảy, Do vậy, cẩn tiến hanh quả trình thủy phân clolignin bằng tác đụng của kiểm, qua đó có thể phá hủy các nhém “can”, ting kha

năng háo nước của lignin nhờ thủy phân và tạo ra các nhóm OH mới trong vòng thơm

Như vậy, kiểm hóa không những có ÿ nghữa lớn trong việc tách bỏ các chất

tiểu cơ ra khối bột địch, má còn tăng khả năng phản ứng của lignin Vide tach bd

các chất hữu cơ cho phép tiến hành quá trình tây với múc đứng tôi thiên các hỏa,

con kha nang phan tmg cila lignin ting cling déng nghĩa với việc khôi phục lại vận

tốc phản ứng ban đầu của nó trong các công đoạn tẩy trắng tiếp thao

Luong kiém ding cho công đoạn kiểm hỏa được phân bố như sau: 30% NaOH tiểu lao cho các phản ứng tạo thánh các muối tan của nai với các axit hữu cơ mạch thẳng hoặc axit thơm, 30% tạo thành NaCl tir cae phan ứng thủy phân các chất chứa

clo trong bột, lượng cón lại (khoảng 40%) cho các phân ứng thủy phân các axit

cacboxylic tạo thành cacbonat natri Các phản img, nay déu kich hoat lignin dé

chuẩn bị cho quá trình ôxi hóa tiếp theo Một lượng nhỏ XaOIT tiên hao cho tạo

thành các muối của natr với các axiL hữa cơ không tam còn lại trong bội, chúng tạo

ra d6 pH cao cần thiết cho quá trình tách rửa lignm ra khỏi xenlulozơ,

ae: coon

Gái i xà TÊN snim cis le eign

Hinh 1.6 Sơ dỗ tạo thành các nhóm “cản” trong quá trình

tách loại lignin bang clo

1ình 1.7 Các phản ứng kìm hãm hoạt động của các nhôm “cản

diễn ra trong quả trình kiểm hóa

20