BÁO CÁO THỰC TẬP-THIẾT BỊ PHÂN TÁN Nguyên lý và điều kiện vận hành

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Thiết bị phân tán nóng bao gồm tác động cơ khí, diễn ra ở nhiệt độ cao, nồng độ cao và với kỹ thuật phù hợp để truyền năng lượng tới bột.. Thiết bị phân tán tốc độ c

T

Thiết bị phân tán

Nguyên lý và điều kiện vận hành

I NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Thiết bị phân tán nóng bao gồm tác động cơ khí, diễn ra ở nhiệt độ cao, nồng độ cao và với kỹ thuật phù hợp để truyền năng lượng tới bột Cần nhấn mạnh rằng thiết bị phân tán không loại bỏ các tạp chất Chúng chỉ phá vỡ các hạt có kính thước lớn nhờ những lực tác động mạnh lên xơ sợi và tạp chất Kết quả là phân tán nhỏ và đều các tạp chất không mong muốn Ở điều kiện này, các tạp chất, hạt mực còn gắn trên xơ sợi được tách ra khỏi xơ sợi và được loại bỏ ở các quá trình tiếp theo

Những thiết bị quan trọng của giai đoạn phân tán là máy cô đặc, vít ép, gia nhiệt bằng hơi nước Hệ thống phân tán có thể hoạt động ở áp suất thường hoặc áp suất cao (áp suất cao

có lợi trong tách mực và sticky ở một vài loại giấy) Vít ép chuyển bột tới thiết bị gia nhiệt và giúp giảm tổn thất áp suất cũng như tổn thất hơi

báo

Giấy

SC

Giấy tráng nhẹ

Giấy tissue

Giấy Test -liner

Giấy hòm hộp

Giấy sóng

Đốm bẩn &

Phân tán lớp

Trộn hóa chất

Hai công nghệ phân tán chính là: phân tán tốc độ cao và phân tán tốc độ thấp

1 Thiết bị phân tán tốc độ cao

Phân tán tốc độ cao diễn ra trong khoảng thời gian ngắn (ít hơn 1 giây), tác động cơ học lên một lượng nhỏ xơ sợi với một lực cắt lớn ở khoảng hẹp giữa 2 đĩa có tốc độ cao Tốc độ khoảng 1.000 - 3000 vòng/phút (thông thường trong khoảng 1.200 - 1.800 vòng/phút) Tác động hiệu quả phân tán chủ yếu là tác động của bề mặt đĩa lên tạp chất hoặc hạt mực Phân tán tốc độ cao (phân tán đĩa) được phát triển từ máy nghiền cho bột cơ và bột nhiệt

cơ với các đĩa có thanh nghiền bằng cách áp dụng công nghệ deflaker nồng độ cao với đĩa có răng nghiền Máy phân tán nồng độ cao được minh họa như hình sau:

Thiết bị bao gồm một đĩa stator và một đĩa rotor Bột được đưa vào trung tâm và dưới tác động của lực ly tâm, bột văng ra ngoài đi qua khe hở giữa rotor và stator Tiếp xúc với rotor làm tăng chuyển động của bột trong khi tiếp xúc với stator làm chậm chúng lại Tác động gây

ra bởi sự chênh lệch tốc độ tạo ra lực cắt và phân tán Hai loại đĩa thông dụng là:

T

 Thiết kế kim tự tháp (các răng xen kẽ), bột bị ép ra ngoài qua khe nhỏ ở giữa các răng

 Thiết kế thanh (thanh thô hoặc thanh mịn), bột được ép ra ngoài qua vùng lực cắt cao giữa các đĩa

Một vài thiết bị phân tán tốc độ cao có thể được trang bị với các dạng răng nghiền hoặc thanh nghiền khác nhau Một số khác hoạt động ở nồng độ trung bình (15%) Các máy nghiền ở nồng độ thấp (5%) cũng có tác động giảm đốm bẩn

Hãng Sunds Defibrator mới đây đã đưa ra loại thiết bị phân tán tốc độ cao dạng côn So với thiết bị dạng đĩa có cùng đường kính ngoài, thiết bị dạng côn có bề mặt tác động lớn hơn

do đó các tạp chất bị nhiều tác động chia cắt và phân rã thành hạt nhỏ hơn

Metso Paper cũng chế tạo thiết bị phân tán dạng côn Thiết bị này có thể sử dụng kiểu răng nghiền khác nhau (dạng thanh răng hoặc thanh thẳng thường) Theo Heimonen, thiết bị phân tán dạng côn cho phép dòng bột đi qua bề mặt tác động đều hơn Lực ly tâm lên bột giảm và có tác động xử lý bột

Với cùng đường kính ngoài, dạng côn có bề mặt tác động lớn Do đó năng lượng phân tán được truyền qua bột đều hơn Thiết bị phân tán nhiều đĩa cũng có bề mặt tác động lớn, tuy nhiên việc điều khiển khoảng cách giữa các đĩa phức tạp hơn rất nhiều

Aikawa phát triển một dạng đĩa mới ‘ConiDisc Dipserser’ Dạng này có bên trong là côn và bên ngoại là đĩa Vùng hoạt động của côn lớn hơn nhiều so với dạng đĩa Do đó, thời gian lưu trong vùng tác động lâu hơn

Việc điều chỉnh năng lượng tiêu thụ của thiết bị phân tán nồng độ cao có thể bằng cách điều chỉnh khoảng cách đĩa hoặc nồng độ bột Nhiệt độ bột cũng là thông số rất quan trọng ảnh hưởng đến năng lượng tiêu thụ Thực tế, nhiệt độ cao cho phép vận hành với khoảng cách đĩa nhỏ hơn, do đó, tác động lên tạp chất cao hơn, tạp chất bị phân tán nhỏ hơn

2 Thiết bị phân tán tốc độ thấp

Thiết bị phân tán tốc độ thấp kéo dài thời gian tác động (vài phút) lên một lượng lớn xơ sợi, lực tác động ở mức độ trung bình Tác động này xảy ra giữa khe hở khá lớn ở tốc độ quay chậm của các thanh đánh bột Tốc độ quay khoang 100 – 200 vòng/phút (một vài trường hợp ngoại lệ hoạt động ở tốc độ cao hơn) Tác động phân tán chủ yếu nhờ lực ma sát

xơ sợi – xơ sợi

Thiết bị phân tán tốc độ thấp có thể là thiết bị đơn trục hoặc 2 trục được thiết kế đặc biệt cho phân tán nóng phát triển từ thiết bị trộn bột

Thiết bị phân tán tốc độ thấp Shinhama được minh họa ở hình sau Có 2 trục quay ở tốc

độ 95 vòng/phút và trục kia quay ở tốc độ 110 vòng/phút

T

Một thiết bị khác "Frotapulper" trông giống như thiết bị phân tán tốc độ thấp nhưng lại vận hành ở tốc độ 900 – 1.800 vòng/phút, thiết bị "Micar" (Black-Clawson) vận hành ở tốc độ trung gian (400 - 500 vòng/phút)

Cửa thoát bột khống chế lượng bột có trong thiết bị Bột được chuyển qua thiết bị với tốc

độ thấp Sự khác biệt vận tốc dòng bột được tạo ra bên trong thiết bị Sự khác biệt này gây

ra ma sát giữa xơ sợi và tạo ra tác động phân tán

Thiết bị đánh bột nhẹ bao gồm chi tiết tách nước được minh họa ở hình vẽ, bao gồm 3 ống Ở nửa đầu mỗi ống có một vít tải đẩy bột vào vùng đánh bột ở nửa ống sau Thiết bị này tăng thời gian xử lý bột Mỗi ống có một motor riêng do đó chúng có thể được điều khiển độc lập tùy theo chất lượng bột Ở thiết bị này, không sử dụng hơi để gia nhiệt Nhiệt độ được tạo ra từ ma sát của bột và có thể đạt tới 900 Năng lượng tiêu thụ trong khoảng 40 -

80 kWh/T Sự khác biệt là ở vùng thoát nước trong 2 ống đầu Vùng thoát nước này có thể tạo ra hiệu ứng rửa nhẹ các hạt mịn tạo ra trong quá trình phân tán

II ĐIỀU KIỆN VẬN HÀNH

Giai đoạn phân tán bột diễn ra sau thiết bị cô đặc bột Có hai dạng thiết bị cô đặc là thiết

bị cô đặc dạng lưới đôi và thiết bị cô đặc dạng vít

Vít gia nhiệt có thể được lắp đặt giữa thiết bị cô đặc và thiết bị phân tán Thiết bị gia nhiệt này là cần thiết khi hơi nước được sử dụng để tăng nhiệt độ bột tới mức yêu cầu Hãng Voith thiết kế một loại thiết bị phân tán cao tốc mà hơi gia nhiệt có thể sử dụng trực tiếp trong thiết

bị này Ở thiết bị phân tán tốc độ thấp, hơi nước được đưa trực tiếp nên vít gia nhiệt là không cần thiết

Nồng độ bột trong thiết bị phân tán thường trong khoảng 25 - 30%, một vài thiết bị có thể hoạt động ở nồng độ 35 - 40% Tùy thuộc vào tính chất bột, một vài thiết bị được thiết

kế để hoạt động ở nồng độ trung bình

Nhiệt độ hoạt động phụ thuộc vào yêu cầu phân tán và dao động trong khoảng rộng Một vài thiết bị phân tán tốc độ thấp vận hành mà không cần gia nhiệt Trong trường hợp này, nhiệt độ từ 40 - 60°C được sinh ra từ ma sát cơ khí trong thiết bị

Trong phần lớn trường hợp nhiệt độ được nâng lên 90°C bằng hơi nước Một vài thiết bị phân tán hoạt động ở áp suất cao có nhiệt độ vận hành lên tới 150°C Điều kiện này được sử dụng trong nhà máy tái chế hộp để phân tán asphalt

Cho cả 2 loại, năng lượng tiêu thụ trong khoảng 35 - 100 kWh/t, giá trị thường gặp là 60 -

80 kWh/t Nhiều kỹ thuật khác nhau được sử dụng để điều chỉnh năng lượng tiêu thụ Bao gồm thay đổi áp suất cử xả, khoảng cách đĩa, nồng độ đầu vào…

Trong nhà máy khử mực, thiết bị phân tán có thể kết hợp với giai đoạn tẩy Hóa chất tẩy được bổ xung tại vít gia nhiệt hoặc đầu vào của thiết bị phân tán Hóa chất tẩy sẽ được trộn đều hoặc phản ứng trong đó Tùy thuộc vào nhiệt độ và thiết bị, giai đoạn sau đó có thể có thời gian lưu ngắn hoặc dài cho quá trình tẩy

Thông thường, bột ra từ thiết bị phân tán tốc độ chậm không cần pha loãng Nồng độ giai đoạn tẩy chính là nồng độ vận hành của thiết bị phân tán Bột ra từ thiết bị phân tán nồng độ cao trong một số trường hợp cũng không cần pha loãng Tuy nhiên thông thường bột được pha loãng để dưa ra khỏi thiết bị Trong trường hợp này, việc kéo dài giai đoạn tẩy là không thể

III PHÂN TÁN TẠP CHẤT

Nhiều loại tạp chất có thể được phân tán bằng thiết bị phân tán tốc độ thấp hoặc tốc độ cao Chúng bao gồm bitumen, waxes, stickies, đốm, tàn mực hoặc tạp chất hot melt như keo dán sách, keo dán thùng carton

Giấy có sử dụng chất bền ướt cũng được ghi nhận Cần lưu ý rằng thiết bị phân tán làm nhỏ các tạp chất đến mức không nhìn thấy được, bột có vẻ sạch hơn, tuy nhiên các tạp chất vẫn còn trong bột Nếu chúng không được loại bỏ ở giai đoạn tiếp theo, những vấn đề vận hành sẽ xuất hiện tại máy giấy

1 Asphalt

Phân tán asphalt yêu cầu nhiệt độ cao, do đó thiết bị phân tán hoạt động ở áp suất cao

để đạt nhiệt độ 150°C Cần chú ý nhiệt độ cao có thể làm giảm độ bền cơ lý của bột Để thu hồi giấy có chứa 2% bitumen, bột cần được gia nhiệt tới 85°C và được xử lý trong thiết bị frotapulper với mức tiêu thụ 120 - 130 kWh/t

Một vài trở ngại liên quan đến vấn đề dính trên lưới mền, lô sấy Việc sử dụng sàng khe hoặc lọc nhẹ được áp dụng để xử lý vấn đề

2 Tạp chất hot melt

Thiết bị phân tán nóng dùng để kiểm soát tạp chất hot melt Nhiệt độ cao làm giảm độ nhớt và độ dính nội tại của tạp chất, do đó chúng dễ bị phân nhỏ dưới tác dộng của lực cắt Nhiệt độ yêu cầu tùy thuộc vào từng loại tạp chất Bitumen yêu cầu nhiệt độ rất cao (thiết bị

T

vận hành ở áp suất cao) Chất dính hot melt được sử dụng để dán sách có nhiệt độ hóa dẻo thấp được phân tán ở nhiệt độ thấp hơn trong áp suất thường Sáp thậm chí có nhiệt độ hóa dẻo thấp hơn và dễ được phân tán

- Giấy và bìa tráng sáp

Tái sử dụng giấy tráng sáp thường có những vấn đề đốm trong Phân tán nóng làm giảm

độ bền sơ xợi, tuy nhiên một giai đoạn nghiền nhẹ có thể lấy lại độ bền Phân tán nóng giấy tráng sáp làm tăng độ chống thấm cho giấy

Giấy trắng có tráng sáp (thường có bền ướt) có thể được thu hồi bằng hệ thống tuyển nổi thông thường với điều kiện tại hồ quậy thay đổi Chất

lượng bột đạt cao

- Giấy chứa keo hot melt dán sách

Một lượng nhỏ hot melt không được tách ra trong

quá trình thu hồi có thể được phân tán nhỏ ở nhiệt độ

100oC trong thiết bị phân tán tốc độ cao

- Sticky

Để phân tán sticky, nhiệt độ cao thường được sử dụng Phân tán tốc độ cao và tốc độ thấp đều giảm diện tích sticky Tuy nhiên, một nghiên cứu chỉ ra rằng phân tán tốc độ cao có hiệu quả cao hơn nhiều so với phân tán tốc độ thấp Nó đạt tới 65 -90 % diện tích sticky Thời gian lưu của bột trong thiết bị phân tán

lâu, nhiệt độ cao, khe phân tán nhỏ (với cùng

lượng điện năng tiêu thụ), có hiệu quả phân tán

cao hơn do tác động của thiết bị lên tạp chất mạnh

hơn

Nồng độ bột cao và nhiệt độ cao cho hiệu quả

phân tán tốt Tốc độ dài cao của máy phân tán cũng ảnh hưởng tốt Tốc độ dài tối ưu trong khoảng 50 - 60m/s cho hiệu quả tối ưu

Một nghiên cứu sử dụng máy phân tán tốc độ thấp, với nhiều dạng sticky như acrylic và styrene-butadiene rubber (SBR) cho thấy sticky bị phân rã thành nhiều kích thước khác nhau

Sự phân rã tăng nhanh chóng khi nhiệt độ tăng từ 60 – 90oC Tăng năng lượng tiêu thụ cũng tăng sự phân rã nhưng hiệu quả ít hơn

Thiết bị phân tán tốc độ thấp thay đổi hình

dạng của sticky, làm chúng tròn hơn Việc này dẫn

tới tăng hiệu quả tách sticky ở các giai đoạn sàng,

lọc, tuyển nổi tiếp theo

Thiết bị phân tán tốc độ cao tác động mạnh và

nhanh khiến các hạt sticky vỡ ra nhiều hơn là thay

đổi hình dạng của chúng

3 Đốm mực và tàn mực

Phân tán nóng được sử dụng ở cuối giai đoạn

khử mực để giảm kích thước hạt mực vẫn còn bám trên sơ xợi Một trở ngại chính là độ trắng của bột bị giảm ở giai đoạn này Các đốm màu có thể xuất hiện ở trong bột nếu chúng không được phân rã nhỏ tới mức mắt thường không nhận thấy (40 - 60 microns)

Nguồn gốc chính của đốm mực là:

- Giấy in thu hồi chứa mực làm khô bằng tia cực tím UV Giấy tạp chí có độ bóng cao và tráng phủ có chứa mực UV

- Giấy văn phòng thu hồi chứa mực in laze; Giấy in offset rất cũ; Giấy SC in offset gia nhiệt… Giấy in chất lượng cao với mực in làm khô bằng phương pháp gia nhiệt cũng là nguyên nhân gây đốm do liên kết giữa mực và lớp tráng

Nghiên cứu độ bền của đốm mực dưới tác động của phân tán tốc độ thấp cho thấy với giấy tráng phủ thường hiệu quả phân tán có thể đạt được với mức năng lượng sử dụng thấp Với giấy có mực UV, mức năng lượng cần sử dụng cao hơn và ở nhiệt độ cao hơn…

Hãng Voith-Sulzer cung cấp cả hai loại máy phân tán tốc độ thấp và tốc độ cao Họ nghiên cứu sự phân tán đốm mực trên nhiều loại nhiên liệu Cả hai loại này đều có những lợi điểm riêng Và hiệu quả của chúng tăng lên cùng với năng lượng tiêu thụ và nhiệt độ

T

Với thiết bị phân tán nồng độ cao hiệu ứng phân tán đốm mực tốt hơn (với dây chuyền khử mực một giai đoạn tuyển nổi) cho hỗn hợp ONP/OMG Trong khi đó thiết bị phân tán tốc

dộ thấp có lợi điểm đối với mực in laser và Mực UV

Phân tán đốm mực sử dụng máy nghiền nồng độ thấp cũng được sử dụng Năng lượng tiêu thụ khoảng 70 kWh/t, 50% đốm mực lớn hơn 50 µm được phân tán Đốm mực lớn hơn (>200 µm) cũng được phân tán với hiệu quả cao Hiệu quả phân tán cũng tăng lên cùng với năng lượng tiêu thụ

IV PHÂN TÁN MỰC IN

Phân tán các đốm màu làm tăng ngoại quan của bột, đồng thời nó cũng phân tán mực in tạo ra nhiều hạt mực nhỏ dẫn tới giảm độ trắng của bột Sự giảm độ trắng này rất quan trọng nếu bột không được khử mực tốt và không có hóa chất tẩy được bổ sung tại thiết bị phân tán Mức giảm độ trắng do tàn mực được biểu diễn trong hình Hàm lượng mực trong bột trước phân tán càng lớn, mức giảm độ trắng càng nhiều Chỉ một phần nhỏ của sự giảm độ trắng có thể phục hồi bằng phương pháp rửa Điều này cho thấy có một phần mực tái kết tủa

1 Phân tán nóng giữa 2 giai đoạn khử mực

Hiệu quả tách mực của quá trình phân tán nóng dẫn tới sự phát triển dây chuyền nhiều giai đoạn tuyển nổi Một vài nhà máy sử dụng giai đoạn tuyển nổi thứ hai sau thiết bị phân tán có thể sản xuất bột cho giấy in báo mà không cần giai đoạn tẩy Tuy nhiên, kết hợp thiết

bị phân tán nóng với tẩy peroxide là cần thiết để đạt độ trắng bột cao hơn Phân tán tốc độ thấp giữa 2 giai đoạn

Nhiều vi dụ chứng minh hiệu quả của thiết bị phân tán nóng kết hợp với tẩy peroxide trước giai đoạn tuyển nổi sau Nghiên cứu của Lamort chỉ ra rằng phân tán tốc độ thấp với hóa chất tẩy là bước tiền xử lý hiệu quả cho tuyển nổi giai đoạn sau

T

Phần lớn các nhà máy khử mực hiện đại sử dụng giai đoạn phân tán giữa 2 giai đoạn tuyển nổi Một thử nghiệm với dây chuyền DIP có nguyên liệu 60% ONP và 40% OMG với giai đoạn phân tán và tuyển nổi sau cho thấy phân tán với hydrogen peroxide dẫn tới tăng độ trắng 4,2 độ, phân tán không có peroxide giảm 2,7 độ trắng Vận hành giai đoạn tuyển nổi thứ hai sau giai đoạn phân tán/ tẩy trắng đạt độ tăng trắng 5,8, nếu không có giai đoạn phân tán/ tẩy trắng, độ tăng trắng chỉ đạt 3,1 tổng độ tăng trắng (vào phân tán/ra giai đoạn tuyển nổi sau)

Khi khử mực các loại giấy có hạt mực bền, giai đoạn tuyển nổi thứ nhất sẽ loại bỏ những hạt mực nhỏ, những hạt mực lớn còn lại sẽ bị phân tán nhỏ tới kích thước micro bằng thiết bị phân tán, sau đó được loại bỏ bằng giai đoạn tuyển nổi thứ 2

Một số loại giấy có thành phần mực dễ được loại bỏ bằng giai đoạn tuyển nổi, thiết bị phân tán không có nhiều tác dụng cải thiện chất lượng Nhiều nhà máy đã ngưng sử dụng thiết bị phân tán

2 Tối ưu hóa giai đoạn phân tán

* Đối với loại nguyên liệu có chứa bột cơ

Nghiên cứu tác động của giai đoạn phân tán tốc độ cao giữa hai giai đoạn tuyển nổi đối với nguyên liệu chứa 60 % ONP và 40% OMG chỉ ra những ảnh hưởng lớn nhất là:

- Hạt mực bị phân rã dẫn tới giảm hiệu quả khử mực, do đó độ trắng cuối cùng giảm Vi vậy cần thiết phải giảm thiểu tối đa năng lượng áp dụng ở giai đoạn phân tán