Lịch sử và xu hướng của ngành giấy
1.1.1 Lịch sử của ngành giấy
Ngành giấy trên thế giới đang phát triển mạnh mẽ, trở thành nhu cầu thiết yếu trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người và góp phần tạo nên nền văn hiến của mỗi quốc gia Việc tìm hiểu về sự phát triển của ngành giấy hiện nay là rất cần thiết, vì lịch sử của nó bắt đầu từ xa xưa Giấy, một trong những phát minh giá trị của nền văn minh nhân loại, đã được làm từ xơ sợi thực vật và được phát hiện trong các di vật khảo cổ từ triều đại nhà Hán ở Trung Quốc, có niên đại từ 206 trước Công nguyên đến 220 sau Công nguyên.
Và lúc đó lịch sử phát triển nghề giấy của thế giới đã ghi nhận vào năm
Vào năm 105 sau Công nguyên, Thái Luân đã phát triển công nghệ làm giấy thủ công tại Trung Quốc, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong nghề giấy Chẳng bao lâu sau, phương pháp tương tự cũng được áp dụng tại vùng Giao Chỉ, nay là Việt Nam, góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành sản xuất giấy.
Giấy đầu tiên được sản xuất tại Châu Âu vào năm 1085 sau Công nguyên, và kỹ thuật làm giấy đã nhanh chóng lan rộng Đặc biệt, sự ra đời của máy xeo giấy vào năm 1799 tại Pháp đã cách mạng hóa quy trình sản xuất giấy, cho phép tạo ra tờ giấy liên tục trên một hệ thống lưới lọc kiểu băng chuyền.
1810 máy xeo đó đƣợc phát triển hoàn thiện ở Anh
Ngày nay, giấy đƣợc sản xuất trên những máy khổng lồ, công suất lớn, chạy liên tục, năng suất cao và chất lƣợng
Lịch sử phát triển ngành giấy bắt đầu từ những mảnh giấy làm từ vỏ cây, và hiện nay đã phát triển với hàng trăm loại giấy khác nhau Ngành công nghiệp giấy đã chứng kiến nhiều phát minh về công nghệ, trang thiết bị và nguyên liệu Vào cuối thế kỷ XX, thế giới có khoảng 5900 nhà máy sản xuất bán thành phẩm xơ sợi với tổng công suất 220 triệu tấn/năm và 8830 nhà máy sản xuất giấy và cactông với công suất 350 triệu tấn/năm, cùng hàng ngàn cơ sở sản xuất nhỏ đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của nhân loại Bắc Mỹ, Tây Âu và Mỹ La Tinh là những vùng sản xuất giấy lớn nhất vào thời điểm đó.
Ngành giấy Việt Nam có nguồn gốc từ năm 191 trước Công nguyên, khi người dân học cách làm giấy từ Trung Quốc trong thời kỳ Bắc thuộc Kỹ thuật sản xuất giấy đã phát triển song song với nhu cầu xã hội qua các triều đại Lý, Trần, Lê và Nguyễn Từ thế kỷ III, giấy được sản xuất tại vùng Giao Chỉ và đã không ngừng phát triển cho đến ngày nay trên toàn quốc.
Trong thời kỳ chiến tranh, ngành giấy Việt Nam có khoảng 300 đơn vị sản xuất với tổng công suất đạt 570.000 tấn/năm Mặc dù công nghệ và thiết bị sản xuất còn ở mức thấp so với thế giới, ngành giấy Việt Nam đã có những bước tiến vượt bậc trong sản xuất và kinh doanh Năng suất và chất lượng giấy không ngừng cải thiện, đồng thời ngành giấy cũng mở rộng quan hệ quốc tế, khẳng định vị thế của mình trên trường quốc tế và tiềm năng phát triển lớn trong khu vực.
Giai đoạn từ năm 1996 đến 2000 được xem là thời kỳ khởi sắc đầu tiên của ngành giấy Việt Nam, đánh dấu sự khởi đầu cho các chương trình đầu tư phát triển thực sự Tổng công ty giấy Việt Nam đã khẳng định vai trò chủ đạo trong ngành, cung cấp hơn 80% sản phẩm giấy quan trọng như giấy in, giấy viết và giấy báo Họ đã dẫn đầu trong việc định hướng kế hoạch đầu tư phát triển ngành giấy đến năm 2010, ứng dụng công nghệ tiên tiến và cải thiện chất lượng sản phẩm Nhiều dự án đầu tư quy mô lớn đã thành công, như nhà máy giấy bao bì với công suất 25.000 tấn/năm của công ty giấy Việt Trì và xưởng giấy lụa New ToYo với công suất 18.000 tấn/năm.
Năm 2001 sản lƣợng chung toàn ngành đạt 435000 tấn/năm
Năm 2002 sản lƣợng chung toàn ngành đạt 538200 tấn/năm, tăng 23,6% so với năm 2001
Năm 2003 sản lƣợng chung toàn ngành đạt 642000 tấn/năm
Tổng công ty giấy Việt Nam nhận thấy tầm quan trọng của việc tổ chức lực lượng thu thập và lưu giữ tài liệu phản ánh các sự kiện quan trọng trong ngành giấy, nhằm xây dựng lòng tự hào và tinh thần trách nhiệm, đồng thời rút ra bài học cho thế hệ kế tiếp, giúp ngành giấy phát triển vững mạnh hơn trong tương lai.
Ngành giấy Việt Nam, dù chưa phát triển mạnh mẽ như một số ngành khác, đã có những bước tiến đáng kể và đóng góp quan trọng cho đất nước Dưới sự quan tâm của Đảng và Nhà nước, ngành này góp phần vào công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá Việt Nam.
1.1.2 Xu hướng phát triển của ngành giấy
Ngành giấy trên thế giới và tại Việt Nam đã có những bước phát triển đáng kể, cho thấy tiềm năng tăng trưởng mạnh mẽ trong tương lai Sản lượng giấy sẽ gia tăng đáng kể, đi kèm với chất lượng ngày càng cao để đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng của con người.
Công nghệ sản xuất bột giấy đang phát triển mạnh mẽ với nhiều cải tiến mới, nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng giấy đặc biệt và nâng cao chất lượng sản phẩm Để đạt được điều này, các thiết bị sản xuất cần được tối ưu hóa về tốc độ và năng suất, đồng thời tự động hóa quy trình sản xuất Sự đổi mới trong công nghệ sẽ thúc đẩy ngành công nghiệp giấy phát triển bền vững hơn.
Dự báo đến năm 2010, tổng sản lượng giấy và cáctông toàn cầu sẽ đạt 420 triệu tấn/năm, với mức sử dụng giấy bình quân trên 50 kg/người Tại Việt Nam, ngành giấy đã có sự phát triển vượt bậc trong 20 năm qua, với tốc độ tăng trưởng sản xuất hàng năm đạt 15-17%, từ 80.000 tấn lên 824.000 tấn/năm, tức là tăng hơn 10 lần Nhà nước đã đầu tư vào các công trình trọng điểm để nâng cao năng lực sản xuất, như dây chuyền sản xuất giấy bao gói công nghiệp 25.000 tấn/năm của công ty giấy Việt Trì và 12.000 tấn/năm của công ty giấy Tân Mai.
Công ty giấy Đồng Nai sản xuất 10.000 tấn giấy mỗi năm và đang triển khai các dự án lớn như mở rộng nhà máy giấy Bãi Bằng, xây dựng nhà máy bột giấy Kon Tum và phát triển vùng nguyên liệu giấy tại Kon Tum Ngành giấy Việt Nam đang ngày càng đáp ứng nhu cầu tiêu dùng, với mục tiêu đến năm 2010 đạt mức sử dụng giấy bình quân 13 kg/người/năm và sản lượng 1,2 triệu tấn giấy cùng 1 triệu tấn bột giấy mỗi năm Để đạt được mục tiêu này, Bộ Công nghiệp và Hiệp hội giấy Việt Nam khuyến khích các doanh nghiệp tái cấu trúc quy mô sản xuất, nội địa hóa nguyên liệu, đầu tư công nghệ, nâng cao chất lượng sản phẩm và đào tạo nhân lực nhằm ổn định giá cả và tăng cường khả năng cạnh tranh.
1.1.3 Lịch sử công nghệ tẩy trắng
Lịch sử phát triển ngành giấy Việt Nam là một chặng đường vẻ vang, in đậm trong tiềm thức người dân Quá trình sản xuất giấy bao gồm nhiều công đoạn phức tạp, trong đó tẩy trắng bột giấy là một bước quan trọng, đóng vai trò nền tảng cho sự phát triển của ngành giấy.
Lịch sử công nghệ tẩy trắng giấy có nguồn gốc lâu đời hơn so với sản xuất bột xenluloza, bắt đầu từ trước thế kỷ 18 với phương pháp tẩy trắng tự nhiên bằng ánh sáng mặt trời Năm 1784, nhà bác học Scheele người Thụy Điển phát hiện ra nguyên tố clo có khả năng loại bỏ màu sắc từ xơ sợi thực vật, từ đó clo trở thành một chất tẩy trắng hiệu quả Đến năm 1880, hóa chất tẩy trắng chính thức được áp dụng trong quá trình tẩy trắng bột giấy, đánh dấu sự ra đời và phát triển của công nghệ tẩy trắng bột giấy hóa học.
Tính cấp thiết của đề tài
1.2.1 Tầm quan trọng của tẩy trắng
Sản xuất bột giấy và giấy có nguồn gốc từ hơn 1000 năm trước, bắt đầu từ Trung Quốc và du nhập vào Việt Nam cách đây khoảng 1000 năm Hiện nay, ngành công nghệ này đang phát triển mạnh mẽ, thể hiện sự cần thiết và vai trò quan trọng trong đời sống.
Lignin là một trong những thành phần hoá học quan trọng của gỗ, đóng vai trò quyết định trong việc phát màu cho bột giấy Tính chất quang học của bột ảnh hưởng trực tiếp đến màu sắc và độ trắng của sản phẩm Nếu không tách lignin ra khỏi bột, độ trắng sẽ bị suy giảm, làm giảm chất lượng giấy Hơn nữa, trong ngành sản xuất bột giấy, yêu cầu về tính thẩm mỹ rất cao; giấy có màu sắc không đạt tiêu chuẩn không chỉ kém chất lượng mà còn ảnh hưởng lớn đến khả năng tiêu thụ.
Xuất phát từ những lý do đó công đoạn tẩy trắng bột trong công nghệ sản xuất bột giấy - giấy là rất cần thiết - chiếm vị trí quan trọng
Công đoạn tẩy trắng trong sản xuất bột giấy nhằm nâng cao độ trắng cho sợi, nhưng việc sử dụng hóa chất như clo có thể gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người Các khí thải độc hại từ quá trình tẩy trắng làm tăng nồng độ ô nhiễm không khí, trong khi nước thải cũng là nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng Do đó, việc chú ý đến tác động môi trường trong công đoạn tẩy trắng bột giấy là vô cùng quan trọng.
Dựa trên những nguyên nhân đã nêu, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Đánh giá thực trạng quá trình tẩy trắng tại nhà máy giấy Việt Trì” nhằm nắm bắt thực tế sản xuất.
Mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu
- Đánh giá thực trạng quá trình tẩy trắng tại nhà máy giấy Việt Trì
- Phân tích ƣu nhƣợc điểm của quá trình sản xuất Đánh giá mức độ tẩy trắng và công nghệ
Phân xưởng bột nhà máy Ι – Công ty giấy Việt Trì tại phường Bến Gót – Thành phố Việt Trì - Tỉnh Phú Thọ
- Giới thiệu về nhà máy giấy Việt Trì
+ Vị trí địa lý của nhà máy,
+ Lịch sử phát triển của nhà máy
- Khảo sát, đánh giá thực trạng tẩy trắng bột giấy
+ Thông số công nghệ của quá trình tẩy trắng,
+ Hoá chất sử dụng trong quá trình tẩy
- Khảo sát máy móc thiết bị trong quá trình tẩy trắng
- Kiểm tra chất lượng bột giấy trước và sau khi tẩy trắng
- Khảo sát các vấn đề về môi trương
- Phương pháp nghiên cứu: Thu thập, kế thừa thông tin
- Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế
Cơ sở lý thuyết tẩy trắng bột giấy
2.1.1 Khái niệm về tẩy trắng
Tẩy trắng là một bước quan trọng trong sản xuất bột giấy và giấy, nhằm nâng cao độ trắng của sợi xơ Quá trình này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng bột và giấy thành phẩm, mà còn liên quan đến vật liệu tiêu hao và tác động đến môi trường.
Bột trước tẩy Bột sau tẩy
2.1.2 Mục đích phân loại tẩy trắng
- Nâng cao độ trắng của bột và tăng tính ổn định của độ trắng
- Cải thiện tính chất hoá lý của bột, tăng độ tinh khiết cho bột tẩy trắng các tính chất hoá lý nhất định theo mục đích sử dụng
- Kết thúc quá trình tách loại lignin ra khỏi bột
Các hoá chất khử mạnh có khả năng loại bỏ lignin hoặc thay đổi cấu trúc của gốc phát màu trong phân tử lignin, góp phần quan trọng trong quá trình xử lý và cải thiện chất lượng vật liệu.
Quá trình tẩy trắng thực chất là sự tiếp nối của quá trình nấu, với sự khác biệt chính là việc tách lignin diễn ra trong điều kiện nhẹ nhàng hơn và sử dụng các hóa chất tẩy chọn lọc Đối với một số loại bột đặc thù yêu cầu chất lượng cao, quá trình tẩy trắng không chỉ loại bỏ hemixenluloza mà còn có thể loại bỏ các tạp chất không mong muốn như nhựa cây và các chất chiết xuất khác.
Phương pháp tẩy trắng bột giấy có thể phân ra làm hai loai lớn:
Phương pháp "tẩy trắng bằng hoà tan lignin" sử dụng hóa chất để loại bỏ lignin và các chất mang màu khác trong bột Quá trình này giúp phá hủy các gốc phát màu trong cấu trúc lignin, làm cho chúng hoàn toàn hòa tan vào dịch tẩy.
Phương pháp tẩy trắng này sử dụng các dung dịch oxy hóa như clo, muối hypochloride, ClO2, hóa chất peroxide, oxy và O3 để tách lignin Các hóa chất có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp nhằm đạt hiệu quả tối ưu trong quá trình tẩy trắng bột hóa.
Phương pháp tẩy trắng thứ hai, gọi là “tẩy trắng theo phương thức giữ lại lignin”, sử dụng hoá chất để tác động hóa học mà không tách bỏ lignin Thay vào đó, phương pháp này chỉ làm thay đổi hoặc phá vỡ cấu trúc của các gốc phát màu trong lignin như quinone, phenol, carbonyl và các liên kết C=C, giúp giảm khả năng hấp thụ ánh sáng và tăng cường khả năng phản xạ ánh sáng cho bột Do không hòa tan lignin mà chỉ làm mất màu các gốc phát màu, nên mức độ tổn thất của bột tẩy trắng là rất nhỏ.
Phương pháp tẩy trắng này sử dụng các hóa chất oxy hóa như peroxide (H2O2) và các hóa chất khử như BH3, B2H6 Nó thường được áp dụng để tẩy trắng bột cơ giới và bột hóa - cơ.
Nhà máy giấy Việt Trì đã áp dụng phương pháp tẩy trắng bột giấy bằng cách hòa tan lignin, sử dụng các hóa chất tẩy như Cl2, H2O2, NaOH và Ca(OCl)2 Quá trình tẩy trắng diễn ra qua 4 giai đoạn chính: clo hóa, kiềm hóa, hypo 1 và hypo 2.
Nguyên lý tẩy trắng bột giấy
Lignin là một trong những thành phần hoá học chính của gỗ, có khả năng phát màu trong bột giấy Theo các học thuyết về chất hữu cơ phát màu, các chất này cần phải chứa ít nhất một hoặc nhiều hơn một gốc phát màu.
Các gốc trợ màu là những gốc chứa cặp điện tử không cộng hưởng, đóng vai trò quan trọng trong việc thay đổi hoặc tăng cường khả năng phát màu.
− OR, − COOH, − OH, − NH2, − NR2, − SR, − Cl, − Br,…
Theo cấu trúc hữu cơ, các gốc phát màu trên thực tế là những nhóm chức điện tử П, và phân tử lớn của lignin được hình thành từ các cấu trúc đơn nguyên benzyl propan Xét về quang phổ, benzyl propan nằm trong quang phổ của quỹ đạo П trên vòng benzene, với giá trị hấp thụ đặc trưng lớn nhất trong vùng ánh sáng không hấp thụ Tuy nhiên, các nhánh của phân tử lignin chứa những gốc chức năng có tính chất phát màu, chẳng hạn như gốc carbonyl và các liên kết khác.
C = C khi kết hợp với vòng benzene làm tăng bước sóng hấp thụ, tạo ra mối quan hệ tốt giữa các gốc trợ màu và gốc phát màu, từ đó tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng và dịch chuyển đến vùng ánh sáng có thể nhìn thấy Đặc biệt, cấu trúc quinone có ảnh hưởng lớn đến độ trắng của bột.
Trong phân tử lignin, có chứa các gốc phát màu và gốc trợ màu, tạo thành một hệ thống phát màu phức tạp với miền hấp thụ ánh sáng rộng Việc tẩy trắng hay loại màu cho các chất có màu được thực hiện bằng cách ngăn chặn khả năng cộng hợp của các gốc phát màu, làm thay đổi cấu trúc hóa học của chúng, cũng như loại bỏ hoặc ngăn cản sự liên kết giữa các gốc phát màu và gốc trợ màu Hiện nay, quy trình tẩy trắng bột giấy, ngay cả khi sử dụng dịch tẩy có tính hoàn nguyên, vẫn dựa trên lý thuyết này.
Tẩy trắng bột giấy có tác dụng loại bỏ hoặc thay đổi cấu trúc lignin thông qua các phản ứng hóa học Các phản ứng này được chia thành phản ứng nhận điện tử và phản ứng cho điện tử Phản ứng nhận điện tử thúc đẩy sự phân giải lignin, trong đó các chất nhận điện tử như ion dương và gốc tự do tấn công vào cấu trúc phenol và ankene của lignin Ngược lại, các chất cho điện tử, chủ yếu là ion âm, tấn công vào các cấu trúc carbonyl và carbonyl cộng hợp, có khả năng làm phát sinh phân giải lignin Các chất nhận điện tử chủ yếu tấn công vào nguyên tử carbon ở vị trí para của gốc carbonyl trong lignin phi cộng hợp, đồng thời cũng tấn công vào vị trí octo và ankyl của vòng cộng hợp.
C của gốc carbonyl và gốc carbonyl cộng hợp trong cấu trúc lignin đóng vai trò quan trọng, trong khi chất nhận điện tử đối với cellulose chủ yếu tấn công vào các vị trí C 2, C 3 và nguyên tử C của gốc đầu cuối.
Hình 1: Chất nhận điện tử và dịch cho điện tử tấn công vào các vị trí của lignin và carbohydrate
OCH3 Đơn nguyên cộng hợp vị trí tấn công của chất cho điện tử Đơn nguyên phi cộng hợp
CH 2 OH Đơn nguyên cộng hợp vị trí tấn công của chất nhận điện tử Đơn nguyên phi cộng hợp γ β α
Các gốc phát màu của phân tử lignin trong bột xơ sợi thực vật sẽ phát màu trong những điều kiện nhất định, với màu sắc được quyết định bởi mức độ hấp thụ và phản xạ ánh sáng trên bề mặt bột giấy Sự phản xạ ánh sáng nhìn thấy từ bột giấy tạo ra ấn tượng về độ trắng Trong vật lý, độ trắng của một bề mặt được xác định bởi hệ số phản xạ ánh sáng; hệ số phản xạ càng cao thì độ trắng cảm nhận bằng mắt người càng lớn.
Nhƣ vậy, bột giấy mang tính chất quang học: nó mang những hệ số tán xạ và hấp thụ ánh sáng nhất định, đƣợc thể hiện nhƣ sau:
Hình 2: Tính chất quang học của bột giấy
Hệ số tán xạ ánh sáng S
Hệ số hấp thụ ánh sáng K
Bột chưa tẩy trắng thường có độ trắng thấp, không phù hợp cho sản xuất giấy trắng qua quy trình chế biến hóa học và ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ của sản phẩm Do đó, cần thiết phải tẩy trắng bột để nâng cao hiệu quả sử dụng Quá trình tẩy trắng bao gồm nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn sử dụng các chất tẩy khác nhau Việc chỉ áp dụng một quy trình tẩy đơn lẻ sẽ không đạt được độ trắng mong muốn, mà cần phải thực hiện nhiều giai đoạn tẩy để cải thiện độ trắng của bột.
Tẩy trắng của bột giấy
2.3.1 Hoá chất tẩy a Các chất tẩy: là các chất trực tiếp tham gia phản ứng với lignin - chất chủ yếu sử dụng trong quá trình tẩy trắng bột bao gồm:
Clo phân tử là một chất tách lignin được sử dụng trong quá trình clo hóa, có thể dùng độc lập hoặc kết hợp với dioxit clo Mặc dù rất độc hại, clo phân tử lại có giá thành rẻ và hiệu quả trong việc tẩy trắng.
- Các hypoclorit: là chất tách loại lignin, đƣợc sử dụng ở một hoặc nhiều công đoạn Là các muối tương đối rẽ và điều chế đơn giản
Dioxit clo là một chất tách lignin với khả năng phân hủy nhanh, tuy nhiên việc bảo quản nó gặp nhiều khó khăn Do đó, dioxit clo thường được sản xuất tại chỗ và có thể được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với các chất khác.
- Oxi: là chất tách loại lignin, đƣợc sử dụng kết hợp với các chất tẩy khác
- Ozon: tách loại lignin, dùng độc lập
Hydroperoxit là một chất có khả năng tách lignin và khử màu các nhóm màu của lignin Với tính chất thân thiện với môi trường, hydroperoxit có thể được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với các chất khác, mặc dù hiệu quả tẩy trắng của nó không cao.
Ngoài các chất tẩy như peraxit, oxit clo và enzym, còn có các chất phụ trợ như hydroxit natri được bổ sung vào quá trình tẩy để nâng cao hiệu quả tẩy trắng.
H2SO4 và H2SO3 là những chất ổn định quan trọng, giúp tăng cường khả năng hoạt tính và hiệu quả tẩy rửa của các chất tẩy Chúng cũng ổn định thành phần dịch tẩy và giảm khả năng phá hủy xenluloza Một số chất ổn định thường được sử dụng bao gồm MgSO4, MgCl2 và Na2SiO3.
2.3.2 Các phương pháp tẩy trắng bột hoá
Các phương pháp tẩy trắng bao gồm: sử dụng chất tẩy clo và các hợp chất của nó, không sử dụng clo phân tử (ECF), và không sử dụng clo cũng như các hợp chất chứa clo (TCF) Từ đó, có thể áp dụng 4 dạng sơ đồ tẩy trắng khác nhau.
- Các sơ đồ tẩy trắng sử dụng clo phân tử ở công đoạn đầu tiên
- Các sơ đồ tẩy trắng không sử dụng clo phân tử, song sử dụng dioxit clo (ECF)
- Các sơ đồ sử dụng ClO2 và H2O2 với mức dùng tối ƣu (mild – ECF)
Việc lựa chọn phương án tẩy trắng phụ thuộc vào tính kinh tế và an toàn môi trường của sơ đồ tẩy trắng
2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tẩy trắng bột hoá
Tẩy trắng là một quy trình phức tạp bao gồm nhiều bước và sử dụng các loại hóa chất tẩy khác nhau Quá trình này ảnh hưởng đến bột và dịch, đồng thời chịu tác động của nhiều yếu tố khác nhau.
1 Chất lƣợng bột đầu vào: là yếu tố quan trọng bởi chính những tính chất của bột ban đầu quyết định đến khả năng phản ứng và trạng thái của nó trong quá trình tẩy
2 Thời gian xử lý các công đoạn tẩy
3 Bản chất và mức dùng chất tẩy
5 Nhiệt độ xử lý quá trình
6 Trị số pH của môi trường: là yếu tố rất quan trọng khi sử dụng các chất tẩy, quyết định đến khả năng phản ứng trong quá trình tẩy
7 Phương pháp trộn khuấy của bột với chất tẩy
8 Phương pháp rửa bột sau mỗi công đoạn tẩy
9 Chất lượng nước sử dụng
2.3.4 Các thiết bị tẩy trắng a Tháp tẩy là các thiết bị phản ứng trong quá trình tẩy bao gồm:
- Tháp tẩy có dòng dung dịch đi lên phù hợp với dịch tẩy là thể khí nhƣ clo, ClO2
Nguyên liệu bột được đưa vào đáy tháp dưới áp suất tĩnh giúp ngăn chặn khí thoát ra, từ đó cải thiện sự tiếp xúc và phản ứng diễn ra hiệu quả, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
- Tháp tẩy có dòng dung dịch đi xuống chủ yếu phù hợp trong xử lý bazơ, tẩy trắng bằng muối hypochlorite, tẩy trắng bằng H2O2
Hình 3: Các tháp tẩy b Máy rửa gồm: máy rửa kiểu ép 1 tang, máy rửa kiểu ép 2 tang,
Hình 4: Máy rửa kiểu ép
Trong đó: 1- Khoang chứa bột, 2 - Tang lọc, 3 – khoang rửa, 4 - Trục ép,
5 - Đường xả bột, 6 - Bộ phận chia cột, 7 - Cửa nạp bột
Tháp có dạng dung dịch đi lên
Cửa nước vào làm loãng Cửa bột ra
Tháp có dạng dung dịch đi xuống và máy trộn bột bao gồm thiết bị trộn một trục và hai trục Các thiết bị này có khả năng di chuyển bột qua hệ thống, giúp hòa trộn bột với hóa chất và hơi nước một cách đồng đều.
Các công đoạn tẩy trắng
Quá trình tẩy trắng là giai đoạn quan trọng trong việc tách lignin, tiếp nối quy trình nấu Đây là một bước đơn giản nhưng rất hiệu quả trong việc cải thiện chất lượng sản phẩm.
Quá trình clo hoá là việc sục khí clo vào bột, giúp lignin trong bột phân giải thành các chất hoà tan trong nước hoặc dung dịch bazơ loãng, dễ dàng loại bỏ qua rửa Về mặt kinh tế, clo hoá là phương pháp hiệu quả và tiết kiệm hơn so với các chất tẩy khác Tuy nhiên, gần đây, các nghiên cứu chỉ ra rằng nước thải từ quá trình này chứa nhiều hợp chất hữu cơ độc hại, gây lo ngại cho con người Hiện nay, việc tẩy trắng bột xenluloza bằng clo chủ yếu diễn ra ở các nước đang phát triển Cơ chế hoá học của quá trình này bao gồm sự tiếp xúc giữa clo và nước, dẫn đến phản ứng thuỷ phân thuận nghịch.
Axit HClO chỉ có khả năng điện ly một phần:
Giá trị pH có tác động lớn đến cân bằng của các phản ứng trong hệ clo - nước, ảnh hưởng đến nhiều thành phần trong dung dịch clo Do đó, tính chất của dung dịch clo phụ thuộc vào pH của nó, như được minh họa trong hình vẽ.
Hình 6: Sự phụ thuộc của nồng độ các chất vào pH của dung dịch clo 0,01N
Thành phần clo trong nước thay đổi theo độ pH Khi pH dưới 2, clo chủ yếu tồn tại dưới dạng Cl2 Khi pH tăng lên, HOCl trở thành thành phần chính, đặc biệt khi pH đạt 4.
6 cơ bản 100% HOCl), về sau thì OCl - lại là chủ yếu (khi PH 9,5 thì 100% là
OCl - ) Phản ứng oxy hoá xảy ra theo 2 cơ chế: gốc tự do và gốc ion
HClO +ClO - → ClO ● Cl - + OH ●
1O2 Tác nhân oxy hoá lignin
HCl + HClO → Cl 2 + H 2 O Clo hoá lignin
Phản ứng oxy hoá chủ yếu xảy ra ở mạch nhánh lignin, thể hiện nhƣ sau:
Hình 7: Mô hình phản ứng mang tính đại diện giữa clo và lignin
A - phản ứng thay thế trên vòng thơm B - phản ứng trao đổi nhận điện tử
C - phản ứng oxy hoá Cl* - thay thế trên vị trí tuỳ ý của vòng thơm
Hoàn nguyên Oxy hoá chất diễn sinh của o – dihydroxyl benzen lignin
Oxy hoá chất diễn sinh o - quinone
Sau khi bột giấy trải qua quá trình clo hoá, độ dính của bột giảm đáng kể, cho thấy carbohydrate đã bị phân giải một phần trong quá trình này Phản ứng giữa clo và carbohydrate diễn ra như hình 5.
Hình 8: Quá trình phản ứng giữ clo và carbohydrate b Các thông số công nghệ:
Nồng độ bột: 3 – 4,5%, mức dùng clo chiếm 60 – 80% tổng lƣợng clo hoạt tính cần dùng cho cả chu trình (theo chu trình C - E – H)
Thời gian xử lý: bột sunphit từ gỗ 45 – 60 phút, bột sunphat từ gỗ 60 – 90 phút, bột cây thân thảo 20 – 45 phút c Sơ đồ công nghệ tẩy trắng bột bằng clo
Hình 9: Sơ đồ công nghệ tẩy trắng bột giấy bằng clo
Khi clo hoá, lignin chỉ có một phần hòa tan trong dung dịch clo, tạo ra dung dịch axit, trong khi phần còn lại khó hòa tan và cần điều kiện bazơ nóng Quá trình xử lý bazơ chủ yếu nhằm loại bỏ lignin và chất mang màu, trung hòa clo dư thừa, tẩy rửa hợp chất chứa clo khỏi bột, và hòa tan một lượng nhựa cây Về cơ chế hóa học, trong quá trình clo hoá, ion carbon dương bị tấn công, hình thành kết cấu quinone – clo hoá; khi xử lý bazơ, ion OH- thay thế các gốc quinone bằng các gốc –OH, giúp hòa tan trong dung dịch bazơ.
OH có khả năng tấn công gốc carbonyl tại vị trí p-quinone, dẫn đến việc hình thành cấu trúc -OH-COOH-pentancyclo alkadiene, đồng thời làm cho lignin clo hóa bị hòa tan Sản phẩm của quá trình clo hóa là tetrachloroquinone, rất dễ hòa tan trong dung dịch bazơ và tạo thành dạng clo hóa quinone.
Quá trình xử lý bazơ hòa tan lignin clo hóa có tác dụng quan trọng trong việc hòa tan các axit (COOH)2, giúp lignin dễ dàng được rút ra Sự trương nở trong môi trường bazơ tạo điều kiện thuận lợi cho các hạt lignin trong vách tế bào sợi khuếch tán ra ngoài, đồng thời cũng làm hòa tan các chất hấp thụ trên bề mặt sợi.
Tuỳ vào từng phương pháp kiềm hoá ta có các thông số công nghệ khác nhau:
- Xử lý nhẹ: Mức dùng kiềm không quá 0,5% so với bột khô gió, nhiệt độ 50 0 C trong vòng 1 giờ
- Kiềm hoá nóng: Mức dùng kiềm 0,5 – 5% so với bột, nhiệt độ 50 – 90 0 C trong vòng 1 hoặc 2 giờ
- Tinh chế nóng: nhiệt độ 95 – 130 0 C, mức dùng kiềm 90 – 100 kg/tấn, nồng độ bột 8 – 10%, thời gian xử lý 2- 2,5%
- Tinh chế lạnh: nhiệt độ không quá 25 0 C, nồng độ bột 11- 12%
2.4.3.Tẩy trắng bổ sung bằng muối hypochlorite
Bột giấy sau quá trình clo hoá và xử lý bazơ đã loại bỏ phần lớn lignin, nhưng vẫn còn một lượng cần được oxy hoá để hoàn toàn hoà tan, từ đó tăng độ trắng của bột Để đạt được điều này, quá trình tẩy trắng bổ sung là cần thiết, thường sử dụng các phương pháp như muối hypochlorite, ClO2, H2O2, và O3 Cơ chế hoá học của các phương pháp này đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng bột giấy.
+ Phản ứng giữa muối hypochlorite và lignin
Muối hypochlorite trong quá trình tẩy trắng chủ yếu tấn công vào cấu trúc quinone của vòng benzen và các liên kết đôi của các nhánh Phản ứng giữa ion ClO- và lignin diễn ra thông qua quá trình cho điện tử hợp thành, trong đó các ion âm của muối hypochlorite tương tác với cấu trúc ketone và quinone Sau đó, các cấu trúc này sẽ trải qua quá trình sắp xếp lại và cuối cùng bị oxy hóa phân giải thành các hợp chất hóa học như axit carboxylic (RCOOH) và CO2.
OH - sản phẩm phân giải
Hình 11: Muối hypochlorite tiến hành phản ứng phân giải các gốc phát màu của lignin
+ Phản ứng giữa muối hypochlorite với carbohydrate
Muối hypochlorite là một dung dịch oxy hoá mạnh, và trong điều kiện trung tính hoặc axit, nó tạo ra axit hypochlorous (HClO) - một chất oxy hoá rất mạnh Cả hai đều có khả năng thực hiện các phản ứng oxy hoá mạnh mẽ đối với carbohydrate.
Kết quả của quá trình oxy hoá phân giải cellulose dẫn đến việc hình thành lượng - cellulose thấp trong bột tẩy trắng, làm giảm độ dính và tăng độ hoà tan trong kiềm nóng, từ đó cường độ bột cũng giảm và dễ bị hồi màu Axit HClO có khả năng phá huỷ mạnh mẽ cellulose, vì vậy trong giai đoạn này, bên cạnh việc phá huỷ lignin, xơ sợi cũng bị ảnh hưởng.
OH - sản phẩm phân giải
Việc phá hủy OCH3 dẫn đến giảm hiệu suất trong quá trình tẩy và làm giảm độ bền của bột Tuy nhiên, phần lớn lignin đã được hòa tan ra khỏi bột, góp phần làm cho bột trở nên trắng hơn.
Nhiệt độ tẩy trắng: 30 – 60 0 C, tối ƣu là 40 – 45 0 C
Trị số pH tối ƣu: ban đầu 10,5; sau đó 9,0 – 9,5
Thời gian tẩy trắng 1,5 – 2 giờ
Nồng độ bột khi tẩy: 10 – 12%
Tẩy trắng bằng hydroperoxit thường được áp dụng trong quá trình xử lý ôxi - kiềm, với liều lượng không vượt quá 3 – 5 kg/tấn bột Cơ chế hoá học của tác dụng tẩy trắng này dựa trên khả năng tạo thành ion hydroperoxit trong môi trường kiềm, nơi diễn ra hai phản ứng song song.
Nhờ sự phân ly của phản ứng (3) tạo thành một phần tử tẩy trắng là HOO -
Phản ứng phân huỷ (4) được xúc tác bởi các ion kim loại có hoá trị biến đổi, tạo ra các gốc hydroxin HO - và superoxit-anion O2 - thông qua các phản ứng cụ thể.
Giới thiệu về nhà máy giấy Việt Trì
3.1.1 Vị trí địa lý nhà máy
Nhà máy giấy Việt Trì, một trong những nhà máy lớn được xây dựng từ thời kỳ chiến tranh, tọa lạc tại phường Bến Gót, thành phố Việt Trì, tỉnh Phú Thọ Đây là một trong hai khu công nghiệp đầu tiên ở miền Bắc, với điều kiện thuận lợi cho sản xuất trong lĩnh vực công nghiệp.
Vị trí địa lý nằm trên khu vực thuận lợi:
Khu vực này sở hữu địa hình trung du và bán sơn địa thuận lợi, với nhiều đồi núi thấp dần về phía các ao, hồ Các ao, hồ được phân bố rải rác khắp nơi, trong khi hướng dốc địa hình từ Tây Bắc xuống Đông Nam, giảm dần độ cao về phía sông Lô.
Khu vực này có độ cao tương đối so với mực nước biển và điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa thuận lợi, với lượng mưa trung bình từ tháng 5 đến tháng 10 chiếm 80% tổng lượng mưa hàng năm Theo thống kê năm 2004, nhiệt độ trung bình của khu vực này là
Khu vực có nhiệt độ từ 23 – 24 độ C, độ ẩm khoảng 83% và lượng mưa từ 1300 – 1400mm, có khả năng lưu thông không khí tốt với gió thổi đều quanh năm, giúp cải thiện khả năng bảo hòa chất khí do nhà máy thải ra.
- Địa chất của khu vực tương đối ổn định
Nhà máy tọa lạc bên cạnh đường quốc lộ, mang lại sự thuận lợi cho giao thông vận tải và việc vận chuyển nguyên liệu, sản phẩm Bên cạnh đó, vị trí của nhà máy được bao bọc bởi các con sông và hồ, giúp cải thiện khả năng xử lý chất thải và ô nhiễm do hoạt động của nhà máy.
Lượng khí thải và nước thải từ nhà máy đang gây ô nhiễm không khí, nguồn nước và môi trường xung quanh, tạo ra một vấn đề môi trường nghiêm trọng cần được nhà máy chú trọng và giải quyết.
3.1.2 Lịch sử phát triển của nhà máy giấy Việt Trì
Công ty giấy Việt Trì – doanh nghiệp nhà nước là một trong những công trình hữu nghị giữa Việt Nam và Trung Quốc đƣợc xây dựng năm 1959
Vào năm 1959, với sự hỗ trợ từ Trung Quốc, Việt Nam đã khởi công xây dựng nhà máy giấy Việt Trì vào ngày 22/12/1959, với công suất 18.000 tấn/năm và sử dụng thiết bị đồng bộ từ khâu chuẩn bị nhiên liệu đến sản xuất giấy in, viết, vẽ Nhà máy chính thức đi vào hoạt động vào ngày 19/05/1961, đúng vào sinh nhật lần thứ 71 của Chủ tịch Hồ Chí Minh, và đến nay đã hoạt động được 47 năm với quy mô sản xuất tương đối lớn.
Nhà máy lớn tại miền Bắc, được xây dựng trong những năm đầu giải phóng, đóng vai trò quan trọng trong việc khôi phục ngành công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp Sau khi hoàn thành xây dựng, nhà máy nhanh chóng đi vào hoạt động và thực hiện tốt mọi nhiệm vụ được giao.
Nhà máy giấy Việt Trì đánh dấu bước tiến quan trọng trong ngành sản xuất giấy tại Việt Nam, cung cấp giấy in và viết cho nhu cầu học tập của người dân và một phần cho xuất khẩu Từ năm 1961 đến 1965, nhà máy đã sản xuất tổng cộng 41.000 tấn giấy, với sản lượng cao nhất đạt 12.700 tấn vào năm 1965.
Năm 1966, xưởng thu hồi kiềm bị đánh bom và hỏng hoàn toàn, tiếp theo là sự tàn phá nặng nề của bom Mỹ vào năm 1967, khiến nhà máy phải ngừng sản xuất cho đến năm 1973 với công suất giảm còn 13,000 tấn/năm Trong thời gian này, nhà máy đã tổ chức sơ tán và lập cơ sở sản xuất mới Đến những năm 70, Bộ Công nghiệp nhẹ quyết định thành lập nhóm sản phẩm giấy phía Bắc do nhà máy giấy Việt Trì làm chủ tịch, nhằm kết nối ngành giấy Năm 1973, nhà máy khôi phục tạm thời để sản xuất, trải qua giai đoạn khắc phục hậu quả chiến tranh với nhiều khó khăn Tuy nhiên, nhờ sự lãnh đạo sáng suốt của ban lãnh đạo, sự quan tâm của nhà nước và nỗ lực của công nhân, nhà máy đã nâng cao chất lượng sản phẩm, đạt được sự chấp nhận từ thị trường và những thành tựu đáng kể.
Năm 1997 đạt 3650 tấn tăng 78,9% so với năm trước,
Năm 1998 đạt 7300 tấn tăng 43% so với năm 1997,
Năm 1999 đạt 9073 tấn tăng 25% so với năm 1998,
Năm 2000 đạt 11500 tấn tăng 29,9% so với năm 1999 Doanh thu tới 101 tỷ đồng
Nhà máy giấy Việt Trì hiện đang hoạt động với quy mô sản xuất lớn, đạt từ 25.000 đến 35.000 tấn mỗi năm Tuy nhiên, công nghệ và thiết bị sản xuất của nhà máy chỉ ở mức trung bình, thuộc nhóm công nghiệp П Năng lực sản xuất của nhà máy chiếm 23,7% công suất sản xuất bột giấy và 25,1% tổng công suất của toàn ngành.
Năm 2000, nhà máy giấy Việt Trì đạt sản lượng 11.500 tấn, trong đó giấy in, viết và giấy vẽ chiếm 80% Đây là lần đầu tiên sau chiến tranh, công ty vượt qua mốc 10.000 tấn Trong năm nay, nhà nước đã phê duyệt dự án xây dựng dây chuyền bao bì công nghiệp với công suất 25.000 tấn/năm, giúp tăng năng suất sản xuất của nhà máy.
Công ty giấy Việt Trì hiện có hai nhà máy: nhà máy chuyên sản xuất bao bì công nghiệp với công suất 25.000 tấn/năm và nhà máy І, tiền thân của công ty, chuyên sản xuất giấy in, viết, vẽ Sản lượng của nhà máy đã tăng trưởng đáng kể, từ 15.350 tấn năm 2001 lên 21.000 tấn năm 2002, và đạt 40.000 tấn vào năm 2005, với tỷ lệ sản phẩm truyền thống chiếm 40% và giấy bao bì cao cấp 60% Đặc biệt, nhà máy đã áp dụng thành công công nghệ gia keo kiềm tính và trung tính, cải thiện chất lượng độ trắng của giấy, tăng tỷ lệ chất độn và giảm giá thành sản phẩm.
Từ năm 2006 đến 2010, nhà máy đã đầu tư vào sản xuất, nâng năng suất lên 50.000 tấn/năm với các sản phẩm truyền thống Theo thống kê, sản lượng năm 2007 của nhà máy I đạt được kết quả ấn tượng.
Trong năm 2008, nhà máy phấn đấu sản xuất 68.000 tấn giấy, với mục tiêu cụ thể là 12.000 tấn từ nhà máy Ι và 56.000 tấn từ nhà máy Π, đạt doanh thu 500 triệu đồng Để đảm bảo hoạt động ổn định hơn, nhà máy dự kiến sẽ tiến hành cổ phần hóa.
Đánh giá - khảo sát thực trạng công nghệ tẩy trắng của nhà máy Ι
3.2.1 Sơ đồ khối quá trình tẩy trắng bột giấy
Hình 12: Sơ đồ khối quá trình tẩy trắng bột giấy nhà máy Ι
Sơ đồ công nghệ quá trình tẩy trắng của nhà máy thể hiện ở biểu 01 phần phụ biểu
Quy trình tẩy trắng bột giấy tại nhà máy І của công ty giấy Vịêt Trì bao gồm 4 giai đoạn chính: clo hoá, kiềm hoá, hypo 1 và hypo 2 Các hoá chất sử dụng trong quá trình này gồm khí clo (Cl2), hydroxit natri (NaOH), hydro peroxit (H2O2) và canxi hypo clorite (Ca(ClO)2) Mặc dù quy trình tẩy trắng đã được áp dụng từ lâu, nhưng nhà máy vẫn sử dụng hệ thống máy móc cũ kỹ, với các thiết bị điều khiển chủ yếu bằng van và phương pháp thủ công.
Bột chưa tẩy được chứa trong bể cô đặc với nồng độ khoảng 3%, sau đó được vận chuyển đến tháp clo hóa Tại đây, khí clo và hỗn hợp bột sẽ được trộn đều qua hệ thống trộn.
Máy rửa tàn clo Tháp kiềm hoá
Bể cô đặc 1 tĩnh sau đó đưa vào tháp clo hóa để thực hiện công đoạn tẩy Bột được pha loãng với nước sạch công nghiệp và nước thu hồi từ máy rửa clo hóa xuống nồng độ 1% trước khi vào bồn rửa Sau khi rửa, bột sẽ rơi xuống máng chứa và được vận chuyển đến máy trộn hơi trục đơn, nơi kiềm và H2O2 được trộn đều với bột trước khi vào tháp trích ly kiềm Tại vùng pha loãng, bột tiếp tục được pha loãng xuống nồng độ khoảng 1% để thực hiện công đoạn rửa kiềm Bột sau rửa với nồng độ 8-10% sẽ được vận chuyển tới máy trộn hai trục trên tháp hypo 1, nơi dung dịch Ca(ClO)2 được nạp vào trước khi đưa bột tới máy trộn Sau khi qua tháp hypo 1, bột sẽ được pha loãng và chuyển đến máy rửa hypo 1, sau đó thực hiện công đoạn tẩy hypo 2 tương tự và cho bột vào tháp chứa bột sau tẩy (656) Quá trình vận chuyển bột được thực hiện qua hệ thống bơm và vít tải, với việc điều chỉnh các thông số nhờ van và tay.
Nước sạch công nghiệp và nước thu hồi từ các máy rửa được sử dụng trong quá trình tẩy rửa và pha loãng bột trong các công đoạn sản xuất.
*/ Yêu cầu chất lƣợng bột sau tẩy
Bột phải có độ trắng cao Độ pH của bột: 7 – 8
Tàn clo sau giai đoạn rửa hypo không vƣợt quá 0,07g/l Độ trắng bột sau giai đoạn hypo 1: 73% ISO Độ trắng bột sau giai đoạn hypo 2: 78% ISO
Các thông số công nghệ trong quá trình tẩy trắng - chỉ tiêu kỹ thuật của từng công đoạn tẩy ở nhà máy thể hiện ở bảng sau:
Bảng 01: Thông số công nghệ chung của từng giai đoạn tẩy
3.2.3 Các công đoạn tẩy trắng bột giấy a Giai đoạn clo hoá (Sơ đồ thể hiện ở biểu 02 phần phụ biểu)
Bột thô đã đƣợc sàng chọn ở hai bể chứa sau quá trình cô đặc ( V = 83m 3 ) đã được pha loãng tới nồng độ 3% bằng nước sạch công nghiệp, pha loãng bột
Giai đoạn tẩy Giai đoạn clo hoá
Giai đoạn hypo 2 Hoá chất dùng Khí Cl2
Giá trị pH sau khi rửa đạt mức từ 5,5 đến 7,5, được kết nối với bộ điều khiển nồng độ bột tại hệ thống trộn tĩnh, đặt trong tháp clo hóa Khí clo cùng với hỗn hợp bột sẽ được trộn qua hệ thống trộn tĩnh.
Bột sau khi qua trộn tĩnh được đưa vào tháp clo hoá đường từ dưới chân tháp đi lên tiếp tục quá trình phản ứng clo hoá trong tháp
Thời gian lưu trong tháp khoảng 60-70 phút
Nhiệt độ phản ứng khoảng 30- 35 0 C
Trong tháp bột, quá trình khuấy trộn diễn ra nhờ cánh khuấy ở đáy bể, giúp bột đi ngược dòng lên đỉnh tháp Tại đây, bột được pha loãng với nước sạch công nghiệp và nước thu hồi từ máy rửa clo hoá, đạt nồng độ khoảng 1% Dung dịch sau đó chảy tràn vào hòm ổn định dòng và được chuyển sang máy rửa clo hoá, với lưu lượng nước pha loãng được điều chỉnh bằng tay qua van.
Mức nước trong bồn rửa phụ thuộc vào độ mở của van cấp bột và áp lực của bơm nước phun Áp lực nước rửa được xác định bởi áp lực bơm, trong khi bột sau khi rửa sẽ rơi xuống máng chứa và được vận chuyển đến máy trộn hơi trục đơn trên đỉnh tháp kiềm thông qua vít vận chuyển dạng xoắn ruột gà.
Dung dịch kiềm (140 ÷ 150g/l) được thêm vào bột trong quá trình vận chuyển bằng vít tải, với lượng kiềm được kiểm soát bởi bơm định lượng Tại máy trộn hơi một trục, bột được gia nhiệt lên khoảng 70 ÷ 75 độ C bằng hơi bão hòa, đồng thời dung dịch hypoclorit (H2O2 nồng độ 2,5%) cũng được bổ sung, với lượng H2O2 được điều chỉnh bởi bơm định lượng.
Sau khi bột được trộn đều, hỗn hợp sẽ được đưa xuống tháp trích ly kiềm và peoxit để tiến hành giai đoạn trích ly Sơ đồ quá trình này được thể hiện trong biểu 03 phần phụ biểu.
Lượng kiềm nạp được điều chỉnh bằng bơm định lượng với nồng độ khoảng 140 ÷ 150g/l, sử dụng khoảng 2 ÷ 2,5% so với bột khô tuyệt đối Ngoài ra, dung dịch hydroperoxit (H2O2) được bổ sung với mức độ trắng yêu cầu của bột, thường khoảng 0,75% so với bột khô tuyệt đối.
Thời gian lưu trong tháp: 120 phút
Nồng độ bột trong tháp khoảng: 8 ÷ 9%
Trong tháp, hoá chất và bột được trộn đều bằng máy trộn Tại vùng pha loãng ở đáy tháp, bột được pha loãng đến nồng độ khoảng 3% bằng nước sạch công nghiệp hoặc nước thu hồi từ bộ phận rửa trích ly kiềm Tiếp theo, bột được pha loãng thêm xuống nồng độ khoảng 1% bằng nước thu hồi từ giai đoạn này.
Mức nước trong bồn rửa phụ thuộc vào độ mở của van cấp bột và bơm, trong khi nước sạch công nghiệp được sử dụng để rửa bột thông qua các vòi phun trên máy rửa.
Máy rửa được trang bị dụng cụ bóc bột bằng lô, giúp bột sau rửa đạt nồng độ 8 ÷ 10% Bột được vận chuyển đến thiết bị trộn hai trục bằng vít tải Trước khi đưa bột vào máy trộn, dung dịch canxihypoclorit (Ca(ClO)2) với nồng độ 35 ÷ 40g/l được nạp vào bột thông qua kế lượng tại bể chứa dịch.
Dung dịch kiềm với nồng độ từ 140 đến 50g/l được sử dụng để điều chỉnh độ pH và có thể được đưa vào máy trộn trước khi bột được đưa vào tháp hypo Đây là bước quan trọng trong giai đoạn hypo 1, như được thể hiện trong sơ đồ ở biểu 04 phần phụ biểu.
Lưu lượng dịch tẩy canxyhypo clorit (Ca(ClO)2) từ 35 đến 40g/l được sử dụng trong giai đoạn hypo 1 (khoảng 1,8 đến 2% so với bột khô tuyệt đối) sẽ được điều chỉnh để chiếm khoảng 65 đến 70% tổng lượng hypo cần nạp vào cả hai giai đoạn hypo 1 và hypo 2 Để đảm bảo hiệu quả, độ pH tại đây cần được điều chỉnh đạt mức ≥ 8 bằng cách bổ sung NaOH.
Thời gian lưu trong tháp: 150 phút
Khảo sát máy móc thiết bị của nhà máy
3.3.1 Các tháp tẩy a Cấu tạo
Tháp clo hoá được chế tạo từ thép bọc cao su chống ăn mòn, đảm bảo độ bền và hiệu quả Đáy tháp được trang bị cánh khuấy, trong khi mô núi hình chóp ở giữa đáy giúp bột tuần hoàn và khuấy trộn hiệu quả Hệ thống chảy tràn ở đỉnh tháp được kết nối với bộ phận rửa, tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Tháp trích ly kiềm và peoxit đƣợc làm bằng thép, khoang trên đƣợc bọc một lớp inox, giữa tâm đáy tháp có thiết kế một chóp nón
Tháp hypo 1, tháp hypo 2 đều đƣợc làm bằng bê tông cốt thép trong đƣợc lát một lớp gạch men chống ăn mòn b.Các thông số kỹ thuật
Bảng 02: Bảng thông số kỹ thuật các tháp tẩy
Công suất động cơ khuấy (kw)
Tốc độ quay của động cơ (v/p) Áp lực làm việc (Mpa)
Tháp trích ly kiềm và peoxit
3.3.2 Các máy lọc rửa chân không
Bảng 03: Bảng thông số kỹ thuật các máy rửa
Các máy rửa Máy rửa clo hoá
( х L) mm 2600 х 1375 2600 х 2600 1700 х 2000 2600 х 2600 Nồng độ bột vào % 1 1 1 1
Tốc độ máy giây/vòng 40 - 43 28 28 28
- Máy trộn tháp kiềm: tốc độ máy 300 vòng/phút, công suất động cơ 15kw, tốc độ quay của động cơ 720 vòng/phút
- máy trộn hai trục ở tháp hypo 1: tốc độ máy 300 vòng/phút, công suất động cơ
11 kw, tốc độ quay của động cơ 750 vòng/phút.
Khảo sát, đánh giá chất lượng bột giấy trước và sau khi tẩy
3.4.1 Khảo sát chất lượng bột giấy trước khi tẩy trắng
Nguyên liệu chính để nấu bột bao gồm bạch đàn, gỗ và hỗn hợp các nguyên liệu như keo, tre, được nhập từ nơi khác và đã qua bóc vỏ Tuy nhiên, việc bảo quản nguyên liệu không được chú trọng, thường chỉ được lưu trữ ngoài trời dưới dạng xếp thành đống và kiệu, dẫn đến quy trình nấu bột bị ảnh hưởng lớn, từ đó tác động đến chất lượng bột sau khi nấu.
Một số chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng bột giấy sau khi nấu tại Công ty giấy Việt Trì thể hiện ở bảng sau:
Bảng 04: Bảng chất lƣợng bột sau nấu
Chủng loại nguyên liệu Trị số kappa Tàn kiềm
3.4.2 Kiểm tra, đánh giá chất lượng bột giấy trước và sau khi tẩy trắng a Xác định hàm lượng tro của bột trước và sau khi tẩy trắng
*/ Xác định hàm lượng tro của bột giấy trước khi tẩy trắng
Cân chính xác 1mg bột giấy để đảm bảo lượng tro thu được không dưới 10mg Tiến hành cân 2 mẫu đồng thời và thực hiện cân mẫu để xác định độ khô, sử dụng khoảng 2 đến 3g bột giấy cho mỗi lần cân.
Cho cốc nung vào tủ nung ở nhiệt độ 575 ± 25 °C trong 15 phút Sau đó, đặt cốc vào bình hút ẩm và để khoảng 45 phút trước khi cân chính xác tới 0,1mg Chuyển mẫu thử vào cốc nung, mở nắp và nung ở nhiệt độ không vượt quá 100 °C, sau đó tăng dần nhiệt độ lên 575 ± 25 °C mà không để mẫu thử cháy Nung mẫu ở nhiệt độ này trong 3 giờ hoặc lâu hơn cho đến khi không còn phần tử màu đen trong mẫu Cuối cùng, đậy nắp cốc nung và làm nguội trong bình hút ẩm trong thời gian tương tự, sau đó cân chính xác tới 0,1mg.
Hàm lƣợng tro(A) tính theo công thức:
Trong đó: a - Khối lƣợng tro (g) b - Khối lƣợng mẫu thử khô tuyệt đối (g)
- Kết quả thí nghiệm đƣợc ghi vào biểu 05
*/ Xác định hàm lƣợng tro của bột giấy sau khi tẩy trắng - hàm lƣợng không tan trong axit
Hàm lƣợng tro không tan trong axit của bột giấy sau khi tẩy trắng
- Hoá chất: Dung dịch HCl 6M
Cân 25g mẫu và nung trong cốc platin ở 575 °C trong 5 phút, sau đó làm nguội trong bình hút ẩm và cân chính xác đến 10^-4 Tiến hành nung mẫu thử cho đến khi không còn chấm màu đen, làm nguội về nhiệt độ phòng, rồi bổ sung 5 ml dung dịch HCl 6M và đun nóng cho bay hơi tới khô (lặp lại 3 lần) Tiếp theo, pha loãng mẫu bằng 20 ml nước cất, lọc qua giấy lọc không tro và rửa bằng nước cất nóng cho đến khi không còn ion Cl (kiểm tra bằng dung dịch AgNO3) Cuối cùng, đặt giấy lọc có phần không tan vào cốc platin, làm nóng cho nước bay hơi hết và nung trong tủ nung cho đến khi không còn carbon, sau đó làm nguội trong bình hút ẩm và cân chính xác đến 10^-4.
Trong đó: X - Lƣợng tro không tan trong axít (mg/kg) a - Lƣợng tro không tan trong axít (mg) m - Khối lƣợng bột giấy khô tuyệt đối (g)
Kết quả thí nghiệm ghi ở biểu 06
Hàm lượng tro của bột giấy trước và sau khi tẩy trắng thể hiện ở bảng sau: Bảng 05: Hàm lượng tro của bột trước và sau khi tẩy trắng
Chủng loại nguyên liệu sản xuất bột
Hàm lƣợng tro của bột trước khi tẩy trắng (%)
Hàm lƣợng tro của bột sau khi tẩy trắng (%)
Biểu đồ thể hiện hàm lượng tro của bột giấy trước và sau khi tẩy trắng như sau:
Bạch đàn, keo, tre Bột sản xuất từ chủng loại nguyên liệu
Hàm lượng tro của bột trước và sau tẩy trắng
Hàm lượng tro của bột trước tẩy Hàm lượng tro của bột sau tẩy
Hàm lượng tro của bột trước khi tẩy có sự chênh lệch lớn giữa các loại nguyên liệu, với hỗn hợp dăm gỗ có hàm lượng tro cao nhất (0,34%), cho thấy sự hiện diện của các hợp chất vô cơ Sau khi tẩy trắng, hàm lượng tro giảm đáng kể và sự khác biệt giữa các loại bột không còn lớn, chứng tỏ bột đã loại bỏ hầu hết các hợp chất vô cơ Điều này nâng cao chất lượng bột sau tẩy trắng, một yếu tố quan trọng trong sản xuất giấy và cactong.
Dựa vào tính chất hòa tan của xenlulo trong các dung môi, chúng ta có thể xác định tính trương của xenlulo Xenlulo có khả năng hòa tan trong nước và dung dịch NaOH Đặc biệt, dung dịch NaOH 16-18% chỉ hòa tan được xenlulo mạch ngắn, sản phẩm phân huỷ của quá trình gia công hóa chất như nấu và tẩy trắng Vì vậy, dung dịch NaOH được sử dụng để hòa tan xenlulo nhằm xác định hàm lượng α-xenlulo trong bột sau tẩy Quá trình này được thực hiện với 5 mẫu thí nghiệm.
+ Hoá chất: Dung dịch NaOH 9,5% và 17,5%
Chuẩn bị mẫu bằng cách xé bột giấy khô gió thành các mảnh nhỏ có kích thước khoảng 10 x 10mm Cân khoảng 3g mẫu thử với độ chính xác tới 0,0002g và đồng thời thực hiện cân mẫu để xác định độ khô.
Cho 15ml dung dịch NaOH 17,5% vào cốc 150ml chứa mẫu thử ở nhiệt độ 20°C ± 0,2°C và khuấy đều trong 2-3 phút bằng đũa thuỷ tinh đầu dẹt Sau đó, thêm 30ml NaOH 17,5% và tiếp tục khuấy trong 1 phút.
Để thực hiện thí nghiệm, sử dụng kính tròn đậy cốc và giữ ở nhiệt độ 20 ± 0,2 °C trong 45 phút sau khi cho NaOH vào Sau thời gian này, thêm 45ml nước cất với nhiệt độ thích hợp vào cốc.
Hòa trộn dung dịch ở nhiệt độ 20 °C ± 0,2 °C trong 1 – 2 phút, sau đó chuyển vào cốc lọc thủy tinh hoặc phễu lọc sứ với đường kính lỗ lọc 1mm Để đảm bảo không còn xơ sợi trong dịch lọc, tiến hành lọc nhiều lần cho đến khi sạch Xơ sợi trên phễu lọc được rửa ba lần bằng NaOH 9,5% ở nhiệt độ 20 °C ± 0,2 °C, mỗi lần 25ml trong khoảng 2 – 3 phút Cuối cùng, rửa bằng nước cất ở nhiệt độ 18 – 20 °C đến khi phản ứng trung tính, sử dụng hút chân không trong quá trình rửa.
Sau khi rửa xong, xơ sợi đƣợc chuyển vào cốc cân và sấy ở nhiệt độ
105 2 0 C đến khối lƣợng không đổi
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét các tham số quan trọng liên quan đến hàm lượng α - xenlulo của bột sau khi tẩy, bao gồm: A% - hàm lượng α - xenlulo (%), m - khối lượng cốc cân khô tuyệt đối (g), m1 - khối lượng cốc cân và mẫu sau khi xử lý (g), và m2 - khối lượng mẫu thử khô tuyệt đối (g) Những thông số này đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng và hiệu quả của quá trình tẩy bột.
Với: m2 = mk х K (g) mk - Khối lƣợng mẫu khô gió;
K - Hệ số khô tuyệt đối của bột:
W là hàm lƣợng ẩm của bột sau tẩy (kết quả đƣợc ghi ở biểu 07)
Kết quả thí nghiệm đƣợc ghi ở biểu 08
Hàm lƣợng α – xenlulo của bột sau khi tẩy trắng nhƣ sau:
Bảng 06:Hàm lƣợng α – xenlulo của bột sau tẩy trắng Chủng loại nguyên liệu sản xuất bột
Hàm lƣợng α – xenlulo (%) Bạch đàn, keo 82,08
Bạch đàn – Keo – Tre 83,61 Hỗn hợp dăm gỗ 83,15 Bạch đàn – Tre 85,89
Biểu đồ thể hiện hàm lƣợng α – xenlulo của bột sau tẩy nhƣ sau:
Hàm lượng α – xenlulo của bột sau tẩy trắng
Bạch đàn Bạch đàn, keo, tre
Bạch đàn, tre Bột sản xuât từ chủng loại nguyên liệu
Bột sau tẩy trắng có hàm lượng lignin được loại bỏ đáng kể, dẫn đến độ trắng cao hơn nhiều Mặc dù quá trình tẩy trắng bằng hóa chất có tính khử mạnh ảnh hưởng đến phần xơ sợi, nhưng nghiên cứu cho thấy hàm lượng α-xenlulo của bột sau tẩy trắng đạt từ 80-86%, chứng tỏ chất lượng bột tương đối tốt Bột với hàm lượng α-xenlulo này rất phù hợp cho sản xuất giấy và carton.
Bột tẩy trắng của nhà máy giấy Việt Trì đạt chất lượng cao với hàm lượng tro giảm đáng kể và độ trắng đạt 78% ISO Bột cũng có hàm lượng α-xenlulo cao, thể hiện sự cải thiện rõ rệt trong chất lượng so với bột trước khi tẩy trắng.
Bột trước tẩy trắng Bột sau tẩy trắng
Khảo sát các vấn đề môi trường
Để phục vụ cho quá trìh tẩy trắng cần sử dụng các hoá chất: Cl2, NaOH,
Việc sử dụng hóa chất, đặc biệt là clo và các hợp chất chứa clo, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Các khí thải như tàn clo và NaOH trong quá trình tẩy trắng thải ra không khí, làm ô nhiễm bầu không khí và môi trường nước Quy trình tẩy trắng 4 giai đoạn tại nhà máy I Việt Trì cần lượng kiềm lớn, nhưng độ kiềm cao ảnh hưởng tiêu cực đến vi sinh vật trong nước, cản trở quá trình làm sạch nước thải Lignin, một thành phần đặc trưng trong nước thải tẩy trắng, tồn lưu lâu và làm nước có màu đen, hạn chế khả năng xuyên sáng và quang hợp của thực vật thủy sinh, từ đó giảm chất lượng nước và môi trường sống của sinh vật Do đó, quá trình tẩy trắng bột giấy tại nhà máy I không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người do không có hệ thống thu hồi hóa chất và quy trình thủ công khiến con người tiếp xúc nhiều với hóa chất độc hại.
Theo thống kê, dây chuyền sản xuất giấy của nhà máy Ι thải ra 0,045mg/m³ khí clo, cùng với các khí độc hại như SO2 và NO2 Hàm lượng clo dư thừa trong quá trình tẩy trắng làm tăng độ đục của nguồn nước từ 100 đến 1000 PtCo.
Trong những năm gần đây, mặc dù công ty đã xây dựng hệ thống xử lý nước thải chung tại nhà máy П, nhưng hệ thống này chủ yếu phục vụ cho dây chuyền sản xuất, dẫn đến tình trạng ô nhiễm vẫn còn nghiêm trọng Hơn nữa, quá trình tẩy sử dụng nhiều hóa chất độc hại mà không có hệ thống thu hồi, làm gia tăng khả năng ô nhiễm môi trường.
Hệ thống xử lý nước thải chung của công ty giấy Việt Trì đặt tại nhà máy П nhƣ hình 13
Nước thải ở nhà máy Ι thải xuống bể điều hoà và tiến hành xử lý tại đó
Hình 13: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải của công ty
Nhận xét, đánh giá
Qua điều tra và khảo sát thực tiễn sản xuất, tôi nhận thấy rằng tàn clo sau quá trình tẩy trắng đạt mức 0,07g/l, một con số khá cao Nguyên nhân chính là do quy trình rửa chưa đảm bảo kỹ thuật, bao gồm thời gian rửa không đủ, nồng độ bột quá cao, và lượng nước rửa không đáp ứng yêu cầu Bên cạnh đó, thiết bị máy móc lạc hậu và việc điều chỉnh các thông số trong quá trình tẩy trắng chưa hợp lý cũng góp phần làm tăng lượng clo dư thừa Điều này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm mà còn gây tác động lớn đến ô nhiễm môi trường.
Quy trình công nghệ tẩy trắng tại nhà máy hiện nay đã lỗi thời, sử dụng công nghệ và thao tác vận hành thủ công, cùng với máy móc cũ kỹ Điều này gây ảnh hưởng lớn đến hiệu quả tẩy trắng và môi trường Mặc dù dây chuyền tẩy trắng hoạt động liên tục, nhưng thường xuyên xảy ra tình trạng máy móc hư hỏng, buộc phải dừng lại để sửa chữa, trong khi một số máy khác vẫn hoạt động Thêm vào đó, sự không liên tục trong việc cung cấp bột từ công đoạn nấu cũng dẫn đến việc một số máy trong quy trình tẩy phải ngừng hoạt động.
Bể xử lý hoá học, đông keo tụ lần 1
Bể lắng lần 2 Đông keo tụ lần 2
Lọc cát Thải ra sông
Bùn Cô đặc Máy ép bùn
Dịch tẩy Ca(ClO)2 có khả năng phá hủy bột cao, do đó việc sử dụng hai công đoạn tẩy hypo có thể gây tổn thương lớn cho bột, làm giảm hàm lượng α-xenlulo và ảnh hưởng đến chất lượng bột Hơn nữa, quy trình tẩy trắng hai công đoạn này không chỉ làm tăng chi phí kinh tế và lượng hóa chất sử dụng mà còn giảm hiệu quả tẩy trắng, dẫn đến sự cạnh tranh kém hơn trên thị trường.
Do dây chuyền sản xuất đã cũ và thiết bị thiếu thốn, quá trình tẩy gặp khó khăn trong việc kiểm nghiệm một số giá trị quan trọng như pH và độ trắng Điều này ảnh hưởng lớn đến hiệu quả của quá trình tẩy.
Nhà máy Ι thiếu hệ thống thu hồi hóa chất, ảnh hưởng lớn đến hiệu quả kinh tế sản xuất Hệ thống xử lý nước thải chung tại nhà máy П không đáp ứng đủ nhu cầu, đặc biệt trong công đoạn tẩy, gây ô nhiễm nghiêm trọng Do đó, ô nhiễm môi trường chính của nhà máy chủ yếu tập trung vào nước và không khí.
Nhà máy Ι đang áp dụng quy trình tẩy trắng 4 giai đoạn gồm clo hoá, kiềm hoá, hypo 1 và hypo 2, mặc dù công nghệ này đã lạc hậu so với tiêu chuẩn toàn cầu nhưng lại có chi phí thấp và dễ vận hành Thiết bị đầu tư không cao và dễ sửa chữa, phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước Tuy nhiên, do máy móc đã cũ, khả năng hư hỏng cao dẫn đến chi phí sửa chữa lớn Hóa chất tẩy trắng như Cl2, NaOH và Ca(ClO)2 có sẵn tại địa phương, giúp giảm chi phí vận chuyển và đảm bảo giá thành hợp lý.
Chi phí vận chuyển H2O2 do nhập khẩu từ nơi khác làm tăng, nhưng chi phí hóa chất vật tư cho quá trình tẩy trắng lại rất thấp, điều này quyết định hiệu quả kinh tế của quá trình tẩy trắng.
Việc sử dụng clo trong quá trình tẩy trắng đang bị hạn chế ở các nước phát triển, và việc áp dụng dịch tẩy Ca(ClO)2 cũng ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng bột giấy Điều này tạo ra một thách thức lớn cho quy trình tẩy trắng tại nhà máy giấy Việt Trì.
Dây chuyền công nghệ tẩy trắng tại nhà máy Ι hiện đang ở mức trung bình tại Việt Nam và được xem là lạc hậu so với tiêu chuẩn toàn cầu Hệ thống này đã tồn tại lâu năm, với nhiều thiết bị cũ kỹ và vẫn còn nhiều hạn chế chưa được khắc phục.