Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số công nghệ đến hiệu suất bột giấy sản xuất tư phế liệu nông nghiệp rơm rạ bằng phương pháp sunfit trung tính ít gây ô nhiễm môi trường

Nguyễn Thị Minh Nguyệt tôi tiến hành chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số công nghệ đến hiệu suất bột giấy sản xuất từ phế liệu nông nghiệp rơm rạ bằng phương pháp sunfit trung

LỜI CẢM ƠN

Nhân dịp hoàn thành khoá lận tốt nghiệp, cho tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo TS Nguyễn Thị Minh Nguyệt đã tận tình hướng dẫn giúp

đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình làm khoá luận tốt nghiệp

Qua đây cho tôi gửi lời cảm ơn tới tất cả các thấy cô trường ĐHLN nói chung và thầy cô trong khoa Chế biến Lâm sản nói riêng đã giảng dạy, truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích quý báu trong suốt quá trình tôi học tập ở trường

Nhân dịp này cũng cho phép tôi xin cảm ơn tới ban lãnh đạo Khoa Chế Biến Lâm Sản, các thầy cô trong trung tâm TNTH Khoa Chế Biến Lâm Sản

đã nhiệt tình hướng dẫn, chỉ bảo, tham gia góp ý kiến giúp đỡ tôi hoàn thành bản khóa luận này

Cuối cùng tôi xin cảm ơn đến bạn bè đồng nghiệp và người thân đã ủng

hộ giúp đỡ tôi trong suốt quá trình qua

Hà Nội, Ngày 13 tháng 05 năm 2011 Sinh viên thực hiện

Trần Thị Viên

ĐẶT VẤN ĐỀ

Giấy là một loại hình sản phẩm được sử dụng rộng rãi cho mọi đối tượng, mọi lứa tuổi và cho nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống Trong cuộc sống hiện đại con người sử dụng các tiện ích của giấy vào nhiều việc như: giấy dùng để in, viết phục vụ cho ngành Gíao dục, giấy dùng để bao gói, bao bì phục vụ dân sinh, cho các ngành công thương nghiệp, du lịch, nhà hàng…và còn rất nhiều tiện ích khác của giấy mà con người phải sử dụng Tình hình sản xuất công nghiệp ở Việt Nam trong thời điểm hiện tại nói chung là đang trong thời kỳ chuyển biến phức tạp từ trạng thái bán công nghiệp, công nghiệp có trình độ kỹ thuật, công nghiệp thấp chuyển dần sang nền công nghiệp tự động hóa có trình độ kỹ thuật cao hơn Ngành công nghiệp giấy Việt Nam cũng vậy, các đơn vị sản xuất cũng đang thay đổi những thiết bị lạc hậu bằng những công nghệ mới để hòa nhập vào sự phát triển của cộng đồng Theo chiến lược phát triển thì nhu cầu về giấy các loại sẽ tăng từ 500.000 (tấn) giấy năm 2000 lên 1.286.000 (tấn) năm 2010 Để đáp ứng được kế hoạch đó, ngành giấy Việt Nam sẽ cần một lượng nguyên liệu khá lớn

Hiện nay nguồn nguyên liệu gỗ ngày càng cạn kiệt do sự khai thác và

sử dụng không hợp lý cả con người Việc nghiên cứu tìm ra các loại hình nguyên liệu là phế thải của ngành nông nghiệp đang là hướng nghiên cứu có tính chiến lược và có ý nghĩa thực tiễn rất lớn

Xuất phát từ mục tiêu trên, được sự đồng ý của ban chủ nhiệm khoa Chế Biến Lâm Sản và cô giáo TS Nguyễn Thị Minh Nguyệt tôi tiến hành

chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số công nghệ đến hiệu suất bột giấy sản xuất từ phế liệu nông nghiệp (rơm rạ) bằng phương pháp sunfit trung tính ít gây ô nhiễm môi trường”

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về ngành giấy

1.1.1 Lịch sử phát triển ngành công nghiệp giấy - bột giấy trên thế giới

Những ký hiệu ngôn ngữ đầu tiên của loài người tìm thấy trong hang động được viết trên đá, xương, sau đó là gỗ, kim loại và thạch cao, đến những năm cuối của thời Xuân Thu dùng những tấm lụa mỏng để viết chữ Người Ai Cập dùng loại cỏ bên dòng sông Nile, người Ấn Độ thì sử dụng lá cây, người

Hy Lạp dùng đồ gốm sứ, làm vật liệu để viết Đến đời Đông Hán của Trung Quốc, năm 105 sau công nguyên, ông Thái Luân đã phát minh ra cách làm giấy từ giẻ rách, lưới đánh cá cũ nghiền nhỏ làm nguyên liệu để sản xuất ra bột giấy - giấy, được thế giới công nhận là người đầu tiên phát minh ra kỹ thuật sản xuất giấy Nhà máy giấy đầu tiên trên thế giới xuất hiện ở Châu Âu gần Cordoba, sau đó là Seville

Nhà máy đầu tiên ở Ý được xây dựng gần Fabriano khoảng năm 1250 Vào khoảng thế kỷ XIII, xuất hiện loại giấy nghệ thuật tại Pháp, nhưng phải đến năm 1348 tại Troyes mới có nhà máy giấy, sau đó là Essones

Năm 1445 tại Gutenberg (Đức) phát minh ra máy in Tháng giêng năm

1799, tại Louis-Nicolas Robert (1761-1828) - đốc công trẻ của nhà máy ở Essones cùng cha đã phát minh ra máy xeo giấy liên tục Đây là mốc lịch sử quan trọng vì từ đây giấy được sản xuất nhanh hơn nhiều hơn và rẻ hơn Năm

1825, sản lượng giấy khổng lồ đã đạt được tại Châu Âu, Mỹ Riêng năm

1850, có hơn 300 máy xeo giấy tại Anh và Pháp Cùng thời gian này sử dụng giấy và bao bì carton bắt đầu phát triển mạnh Riêng năm 1850, đã xuất hiện nhiều máy xeo giấy carton nhiều lớp Năm 1856, Edward C.Haley - kỹ sư người Anh đã phát minh ra loại giấy bồi (undulated) dùng làm mũ cối

Ngày nay, công nghệ sản xuất giấy vẫn tiếp tục phát triển cùng với sự

phẩm giấy bao gói Cuối thế kỷ XX, trên thế giới có khoảng gần 5900 nhà máy, xí nghiệp sản xuất các bán thành phẩm xơ sợi với tổng công suất gần

220 triệu tấn/năm, 8830 nhà máy sản xuất giấy và các tông các loại, tổng công suất 350 triệu tấn/năm Hàng ngàn cơ sở sản xuất vừa và nhỏ đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của nhân loại

Đáp ứng nhu cầu đang tăng lên của tị trường, tính từ năm 2001 - 2005

đã có khoảng 24 triệu tấn công suất sản xuất giấy mới được lắp đặt trên toàn thế giới, trong đó có khoảng 51% lắp đặt tại Trung Quốc Điều này chứng tỏ tính sát thực của dự báo và tiềm năng to lớn của ngành sản xuất bột giấy - giấy trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng trong tương lai

Giấy viết ra đời thực sự đánh dấu một bước phát triển cao của khoa học-kỹ thuật và đưa loài người bước vào kỷ nguyên văn minh Giấy là loại sản phẩm đặc biệt, phục vụ rộng rãi các lĩnh vực từ văn hóa, giáo dục, sản xuất công nông nghiệp đến những nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người Chính vì thế đã có lúc người ta đánh giá trình độ văn minh của một quốc gia qua lượng tiêu thụ giấy bình quân đầu người của nước đó

1.1.2 Thực trạng ngành giấy Việt Nam

Năm 1912, nhà máy sản xuất bột giấy đầu tiên bằng phương pháp công nghiệp đi vào hoạt động với công suất 4.000 tấn giấy/năm tại Việt Trì Trong thập niên 1960, nhiều nhà máy được đầu tư xây dựng nhưng hầu hết đều có công suất nhỏ (dưới 20.000 tấn/năm) như Nhà máy giấy Việt Trì, Nhà máy bột giấy Vạn Điểm, Nhà máy giấy Đồng Nai, Nhà máy giấy Tân Mai… Năm

1975, tổng công suất thiết kế của ngành giấy Việt Nam là 72.000 tấn/năm nhưng do ảnh hưởng của chiến tranh và mất cân đối giữa sản lượng bột giấy

và giấy nên sản lượng thực tế chỉ đạt 28.000 tấn/năm

Năm 1982, Nhà máy giấy Bãi Bằng do Chính phủ Thụy Điển tài trợ đã

đi vào sản xuất với công suất thiết kế là 53.000 tấn bột giấy/năm và 55.000 tấn giấy/năm, dây chuyền sản xuất khép kín, sử dụng công nghệ cơ-lý và tự

động hóa Nhà máy cũng xây dựng được vùng nguyên liệu, cơ sở hạ tầng, cơ

sở phụ trợ như điện, hóa chất, và trường đào tạo nghề phục vụ cho hoạt động sản xuất

Ngành kinh tế nước ta đang trên đà phát triển mạnh, các ngành công nghiệp sản xuất trong cả nước đang hướng tới hội nhập kinh tế quốc tế và khu vực Đây là cơ hội và thách thức rất lớn đối với các ngành công nghiệp sản xuất nói chung và công nghiệp sản xuất bột giấy - giấy nói riêng Vì phát triển dựa trên quy mô nhỏ, không tập trung, công nghệ lạc hậu, gây ô nhiễm môi trường Hiện nay cả nước chưa có nhà máy chuyên về sản xuất giấy và bột giấy, dẫn đến sự mất cân đối trong sản xuất Lượng bột giấy thiếu hụt phải nhập khẩu rừ nước ngoài làm cho ngành giấy phải gánh chịu nhiều khó khăn

Tuy nhiên trong mấy năm gần đây ngành công nghiệp giấy không ngừng phát triển, cải tiến máy móc, kỹ thuật công nghệ sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm nhằm đáp ứng phần nào nhu cầu tiêu thụ trong nước

Việt nam đã ra nhập WTO, đồng nghĩa với việc gỡ bỏ rào cản về đầu

tư, nên trong năm 2007 Ngành giấy Việt Nam luôn đón nhận những thông tin đầu tư hết sức hấp dẫn

Ngành giấy có những bước phát triển vượt bậc, sản lượng giấy tăng trung bình 11%/năm trong giai đoạn 2000-2006, tuy nhiên, nguồn cung như vậy vẫn chỉ đáp ứng được gần 64% nhu cầu tiêu dùng (năm 2008) phần còn lại vẫn phải nhập khẩu Theo kế hoạch đến năm 2012 hàng loạt dự án sản xuất bột lớn, cả bột hóa (bột nấu tẩy cho sợi dài) và bột cơ (bột mài) đồng loạt đi vào hoạt động Khi đó năng lượng sản xuất bột toàn ngành sẽ rất tăng cao Năm 2008 Việt Nam nhập khẩu khoảng 155.000 tấn bột các loại và năm 2009 lượng bột nhập được dự đoán sẽ giảm do nhu cầu trong nước giảm và một số

dự án lớn đi vào hoạt động

Theo hiêp hội giấy Việt Nam (VPPA) năng lực sản xuất bột của Việt Nam năm 2008 đã tăng thêm 20.000 tấn Từ năm 2009 đến cuối năm 2011

hàng loạt dự án lớn sẽ đi vào hoạt động, năng lực sản xuất bột của ngành giấy Việt Nam sẽ tăng thêm 1,9 triệu tấn vào năm 2011 Theo tính toán của VPPA, năm 2011 tổng năng lực sản xuất của ngành giấy là 2,2 triệu tấn bột trong khi tiêu dùng trong nước dự kiến là 1,6 triệu tấn năm 2015 Do đó Việt Nam hoàn toàn có thể xuất khẩu bột giấy vào tương lai không xa Nhìn chung từ năm

2009 đến năm 2011, công suất các nhà máy giấy của Việt Nam hiện nay sẽ tăng khoảng 100-330 nghìn tấn bột/năm

Quy hoạch điều chỉnh phát triển ngành giấy Việt Nam đến năm 2010 tầm nhìn 2020 được Bộ Công Nghiệp ra quyết định (số 07/2007/QĐ - BCN) tiếp theo là quy hoạch phát triển phía Nam đến năm 2015 Tổng mức vốn dầu

tư FDI đã được cấp phép vào khoảng 1,4 tỷ đô la chiếm 7,14% tổng vốn đầu

tư nước ngoài vào Việt Nam - "đây là cơ hội đầu tư vàng của ngành giấy Việt Nam"

1.2 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

1.2.1.Mục tiêu nghiên cứu

- Xác định được sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ nấu bột giấy (thời gian bảo ôn, nhiệt độ bảo ôn, mức dùng hóa chất) đến hiệu suất bột giấy

1.2.2 Đối tượng nghiên cứu

Rơm rạ được khai thác tại tỉnh Vĩnh Phúc

1.2.3 Nội dung, phương pháp nghiên cứu

1.2.3.1 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng hóa chất đến hiệu suất bột giấy

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ bảo ôn đến hiệu suất bột giấy

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian bảo ôn đến hiệu suất nấu bột giấy

- Đánh giá chất lượng bột giấy:

+ Xác định hàm lượng α-cellulose

+ Xác định hàm lượng lignin

+ Xác định hàm lượng tro

1.2.3.2 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp kế thừa: kế thừa có chọn lọc các tài liệu, kết quả nghiên

cứu, các đề tài và các công trình nghiên cứu có liên quan đến vấn đề nghiên cứu

- Phương pháp lý thuyết: dùng để nghiên cứu các phương pháp nấu bột, quá trình phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình nấu bột…

- Phương pháp thực nghiệm: thí nghiệm nấu bột và kiểm tra chất lượng của bột giấy (phương pháp kiểm tra áp dụng tiêu chuẩn TAPPI)

1.3 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

1.3.1 Vai trò của rơm rạ trong công nghiệp giấy

Việt nam là một nước nông nghiệp, khí hậu nóng ẩm quanh năm rất thích hợp cho nhiều loại thực vật mọc nhanh, có thể làm nguyên liệu cho ngành giấy Trong đó phải kể đến nguồn phế phẩm của nông nghiệp đó là rơm

rạ Việc khai thác sử dụng nguồn nguyên liệu trên có ý nghĩa to lớn, đó là đáp ứng nhu cầu nguyên liệu cho kế hoạch phát triển ngành giấy Hơn nữa, việc

sử dụng nguồn nguyên liệu mọc nhanh cũng đang là vấn đề vừa mang tính cấp thiết vừa mang tính chiến lược của công nghiệp sản xuất cellulose và giấy trên thế giới Sở dĩ như vậy vì sử dụng nguyên liệu ngắn ngày và phế phẩm nông nghiệp để sản xuất giấy sẽ giải quyết được vấn đề bảo vệ môi trường xanh, hạn chế chặt phá rừng Ở Việt Nam các nguyên liệu như gỗ, tre nứa ngày càng khan hiếm Việc trồng và khai thác chưa được tổ chức chặt chẽ Nên nếu chỉ trông vào các loại nguyên liệu này, thì trước mắt cũng như trong tương lai khó có thể đáp ứng được nhu cầu nguyên liệu cho kế hoạch phát

triển với mục tiêu 2,2 triệu tấn bột vào năm 2011

1.3.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng rơm rạ ở trong nước

Rơm rạ là một loại phế phẩm của nông nghiệp có tiềm năng khai thác rất lớn phục vụ cho ngành công nghiệp sản xuất giấy Có hai loại chính là rơm

rạ lúa gạo và rơm rạ của một số giống lúa mì, đại mạch Tùy theo giống lúa

mà rơm rạ có kích thước và thành phần hóa học khác nhau Những giống lúa đang trồng ở đồng bằng sông Cửu Long hiện nay thì cứ khoảng một tấn thóc

sẽ cho một tấn rơm rạ khô Như vậy, nếu căn cứ vào sản lượng thực hiện nay thì hàng năm có thể thu được từ 20 đến 25 triệu tấn rơm rạ trong cả nước

Nếu đem so sánh với việc sản xuất bột giấy từ gỗ thì phương pháp sản xuất bột giấy từ nguyên liệu ngoài gỗ (rơm rạ, bã mía, cỏ voi ) được đánh giá khá cao bởi nó cho phép tận dụng được thế mạnh nguyên liệu sẵn có của Việt Nam Nguyên liệu này một phần là do có sẵn, một phần có thể nhờ trồng canh tác ngắn ngày

Do không phải phá rừng lấy nguyên liệu nên công nghệ sản xuất bột giấy từ nguyên liệu ngoài gỗ (rơm rạ, bã mía, cỏ voi ) là giải pháp tận dụng nguyên liệu, giúp hạn chế gây ô nhiễm môi trường Nói vậy là bởi: Khi đốt sản phẩm từ cây trồng, hoặc sản phẩm mọc lên từ việc hấp thụ khí các bonnic

và thải ra oxi, chúng sẽ sinh ra một lượng carbonnic tương đương với khí hấp thụ, khiến cho tổng lượng khí cacbonnic trong môi trường không thay đổi

Ở Việt Nam, từ lâu đã áp dụng phương pháp ngâm vôi cổ truyền để sản xuất giấy bao bì, carton Trước giải phóng ở Miền Nam đã có dây chuyền sản xuất bột bằng phương pháp clo - kiềm Tuy nhiên, xét về góc độ môi trường thì phương pháp này hiện nay không còn thích hợp nữa

Ngoài ra còn có một số các đề tài khác cũng nghiên cứu về rơm rạ, bã mía, cỏ voi như:

- Nghiên cứu sản xuất cellulose bằng công nghệ sạch hơn đối với nguyên liệu giấy là cây ngắn ngày Đề tài cấp bộ của Viện Công Nghiệp giấy

và cellulose năm 1996 Kết quả nấu bã mía bằng phương pháp xút so sánh với phương pháp sunfit trung tính: cùng thời gian tăng ôn 90 phút, thời gian bảo

ôn 240 phút, nhiệt độ nấu 1550C, hiệu suất bột đạt: 43,5% (phương pháp xút), 47,5% (phương pháp sunfit trung tính)

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nấu đến hiệu suất bột giấy chế biến từ thân Cỏ Voi bằng phương pháp xút, Trịnh Văn Tấn Kết quả nấu với mức dùng kiềm (% theo Na2O): 20%, thời gian tăng ôn 40 phút, thời gian bảo ôn: 150 phút, nhiệt độ bảo ôn: 1600C, hiệu suất bột cao nhất đạt: 42,90%

- Nghiên cứu thử nghiệm tạo bột giấy từ phế thải nông nghiệp - thân cây ngô bằng phương pháp nấu xút, Nguyễn Việt Dũng, Đại Học Lâm Nghiệp

2010 Với mức dùng kiềm (theo Na2O): 18%, thời gian tăng ôn: 90 phút, thời gian bảo ôn: 90 phút, nhiệt độ bảo ôn: 1700C, tỷ lệ dịch 1/6, hiệu suất bột đạt được là: 41,46%

Tuy nhiên các đề tài nghiên cứu trước đây chỉ áp dụng những phương pháp cũ nên hiệu suất bột giấy và chất lượng bột giấy đạt được không cao

1.3.3 Tình hình nghiên cứu rơm rạ trên thế giới

Trong những năm gần đây, do xu hướng của thế giới tăng cường sử dụng nguyên liệu ngoài gỗ để sản xuất giấy - bột giấy, thì rơm rạ đã trở thành nguyên liệu quan trọng Theo thống kê chưa đầy đủ, thì hàng năm phế phẩm nông nghiệp là rơm rạ có khoảng 705 triệu tấn Khoảng 50 % lượng rơm rạ này dùng để lợp nhà, đun nấu sinh hoạt, chăm nuôi gia xúc; số còn lại đa phần

là đem đốt Chỉ khoảng 20 triệu tấn được sử dụng để sản xuất giấy Nước sử dụng rơm rạ nhiều nhất để sản xuất giấy hiện này là Trung Quốc Theo thống

kê của FAO thì toàn thế giới đã sản xuất khoảng 6.785.000 tấm giấy từ rơm

rạ, riêng Trung Quốc là 5.831.000 tấn chiếm 86 % Ngoài ra, ở Châu Âu Italia đứng đầu về sử dụng rơm rạ để sản xuất giấy Ở Hungary rơm rạ cũng được

sử dụng nhiều, trong đó có nhà máy công suất 15.000.000 tấn bột rơm rạ/năm

Ở Canada đã thẩm định dự án xây dựng nhà máy 50.000 tấn bột rơm rạ/năm Vấn đề sử dụng rơm rạ để sản xuất giấy đang là chủ trương của nhà nước và

đã có nhiều dự án được thẩm định ở Mỹ, Anh, Thụy Điển,

Hiện nay, trên thế giới rơm rạ được xử lý bằng nhiều công nghệ khác nhau, đế sản xuất bột giấy Trong đó chủ yếu là sunphat, sunphít trung tính, sôđa, sunphít kiềm Ở Mỹ, Hà Lan, Anh phổ biến sử dụng rơm rạ để sản xuất bán cellulose có màu vàng đặc trưng, sản xuất carton sống bằng các phương pháp vôi hoặc vôi - xút, vôi - sunphít và sôđa - vôi Ở Hungary, người ta sử dụng phổ biến phương pháp sunphít - kiềm để sản xuất bột tẩy trắng từ rơm rạ làm giấy in, giấy viết, giấy vẽ và carton Ở Trung Quốc, vẫn sử dụng phương pháp nấu natron là chủ yếu để sản xuất cellulose tẩy trắng cho giấy viết, giấy [5].

- Hàm lượng thành phần hóa học trong rơm rạ [5]

Qua kết quả nghiên cứu của đề tài cấp bộ của Viện Công nghiệp Giấy

và cellulose đã xác định được một số thành phần hóa học cơ bản của rơm rạ thể hiện ở bảng 4.1

Bảng 1.1: Hàm lƣợng một số thành phần hóa học và các chất tan trong

10

Hàm lượng lignin trong rơm rạ là 18,3%, không quá cao đây là điều kiện thuận lợi cho quá trình sản xuất bột giấy từ rơm rạ

Lượng các chất tan trong dung dịch NaOH 1% cao (43,9%) khẳng định

là rơm rạ rất dễ bị nấm mốc, mục

Rơm rạ cũng có cấu trúc không đồng nhất theo cả hai chiều dọc và mặt cắt ngang của thân Xét theo chiều dọc thì rơm rạ chia làm bốn phần: phần thân, bẹ lá, lá và bông lúa Trong đó, phần lá chiếm 20% trọng lượng không

có giá trị, gây trở ngại cho quá trình sản xuất Do vậy mà, để sản xuất người

ta có những thiết bị đặc biệt loại lá sơ bộ trước khi nấu

Nếu xét theo mặt cắt ngang của rơm rạ thì có thể chia ra làm ba lớp:

- Lớp ngoài cùng là lớp vỏ bọc hay còn gọi là lớp thứ sinh: lớp này chứa nhiều lignin, tương đối dầy, ít bị trương nở trong quá trình nấu và nghiền Nhìn chung lớp này cứng và dòn dễ bị phá vỡ thành mảnh nhỏ trong quá trình xử lý và chế biến

- Lớp thứ hai: là lớp giầu cellulose, ít lignin hơn cả, dễ thẩm thấu hóa chất, dễ trương nở trrong quá trình xử lý Đây là lớp có giá trị nhất trong sản xuất bột giấy

- Lớp thứ ba: rất mỏng và yếu dễ bị phá hủy trong các môi trường kiềm

và axit cũng như tác động cơ học

Bảng 1.2: Kích thước xơ sợi của rơm rạ [5]

STT Nguyên liệu Chiều dà L(mm) Đường kính D(µm) Tỷ lệ L/D

Nguyên liệu rơm rạ nhìn chung là có kết cấu tơi xốp, nhiều lỗ nhỏ, trong quá trình sản xuất bột giấy chúng dễ dàng thẩm thấu dịch nấu, điều đó cho thấy loại nguyên liệu này dễ dàng nấu hơn so với nguyên liệu gỗ

Từ góc độ hình thái sợi mà nói, sợi của nguyên liệu rơm rạ so với nguyên liệu thân cỏ là ngắn nhất, trung bình khoảng 1mm, độ rộng khoảng

8m Đặc điểm về tổ thành hoá học của nguyên liệu rơm rạ là hàm lượng đường pentose khá cao, thông thường vào khoảng 20% hoặc cao hơn, sợi nguyên liệu dễ thẩm thấu nước, độ thấu sáng của trang giấy tạo thành cao Chất chiết suất trong 1% NaOH cao Trong nguyên liệu rơm rạ hàm lượng lignin trung bình chỉ ở khoảng thấp hơn 15%, điều đó sẽ dễ dàng cho quá trình nấu bột, lượng bazơ tiêu hao cũng thấp Hàm lượng tro trong nguyên liệu rơm rạ là cao nhất, có thể đạt trên 10%, trong tro hàm lượng SiO2 tương đối nhiều, khi thu hồi bazơ chúng sẽ tạo thành Na2SiO3 chúng dễ bị kết thành cục ở trong thiết bị chưng cất, gây khó khăn cho quá trình thu hồi bazơ [1]

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nguyên liệu sản xuất giấy - bột giấy

Nguyên liệu dùng làm giấy phải có tính chất sợi, có khả năng đan kết

và ép thành tấm đồng nhất Độ liên kết sợi được đánh giá qua độ kháng kéo hay độ bục của tờ giấy Một số nguyên liệu có sợi rất dài nhưng lại khó liên kết nếu không qua sử lý cơ học làm phát triển sự liên kết giữa các sợi thì cũng khó được dùng làm giấy Như vậy giấy có thể được làm từ tất cả các loại cây

có chứa sơ sợi cellulose như gỗ và phi gỗ Giấy đã sử dụng cũng được thu hồi

là thành phần chính cần quan tâm tới, nó có ý nghĩa với việc sản xuất bột

giấy, các thành phần còn lại là thành phần phụ cần được loại bỏ bằng các tác nhân nấu

Nguyên tắc chung cơ bản nhất của các phương pháp sản xuất cellulose

là chọn lựa được các tác nhân nấu sao cho các tác nhân này loại bỏ chủ yếu Lignin và các thành phần phụ chỉ giữ lại Cellulose hoặc chỉ hòa tan Cellulose với một tỷ lệ rất nhỏ không đáng kể để thu được hiệu suất và chất lượng bột là tốt nhất

2.3 Các phương pháp sản xuất bột giấy

2.3.1 Phương pháp kiềm

Phương pháp nấu kiềm bao gồm phương pháp nấu xút và phương pháp nấu sunfat Phương pháp này có thể tiến hành trong nồi nấu liên tục hoặc nồi nấu gián đoạn Tuy nhiên cho tới nay phương pháp nấu gián đoạn vẫn là

phương pháp chính trong công nghiệp sản xuất bột giấy ở nước ta Trong quá

trình nấu xút và sunfat: Lignin bị phân hủy trong môi trường kiềm có pH = 12-13 Chỉ khác là dịch nấu trong phương pháp xút là: NaOH + H2O, còn phương pháp sunfat dịch nấu là: NaOH + H2O + Na2S Sự có mặt của Na2S trong dịch nấu làm quá trình hòa tan Lignin nhanh chóng hơn, triệt để hơn so với phương pháp nấu kiềm Hiệu suất Cellulose mà ta thu được của phương pháp nấu kiềm là khá cao Chất lượng bột tương đối tốt đáp ứng được yêu cầu

cầu của máy xeo giấy tốc độ cao

- Quá trình thu hồi hóa chất hiệu quả

- Có thể thu hồi các sản phẩm phụ như dầu thông

* Nhược điểm:

- Hiệu suất bột thấp hơn so với phương pháp sunfit

- Hiệu quả của quá trình sử dụng năng lượng thấp do nhiệt lượng thất thoát trong quá trình nấu, điều đó sẽ dẫn tới mức tiêu thụ năng lượng cho một đơn vị sản phẩm cao

- Sự phát thải ra môi trường các loại khí độc hại như khí mercaptan và

H2S

- Không thể nấu bột tới hàm lượng lignin dư thấp phù hợp cho các quy trình tẩy trắng mới mà không ảnh hưởng tới hiệu suất và chất lượng bột

2.3.2 Phương pháp sô đa-vôi

Thành phần chủ yếu của dịch nấu trong phương pháp sô đa-vôi là dung dịch sữa vôi Ca(OH)2 và sô đa Na2CO3,phương pháp này được dùng để xử lý

những loại nguyên liệu như: bông phế liệu, rơm rạ, thân cây đay, lúa mạch,…

* Ưu điểm:

- Phương pháp sô đa-vôi có tác dụng tẩy màu, loại nhựa, loại dầu ô nhiễm, loại keo,…, cho bông phế liệu rất tốt, rất thích hợp để nấu bột từ nguyên liệu bông phế liệu, giá thành thấp, độ trắng cao, độ bền của bột tốt Có thể cho thêm NaOH để làm tăng độ trắng cho bột

- So với phương pháp xút thì phương pháp sô đa-vôi có hiệu suất cao hơn, quá trình thu hồi hóa chất đơn giản hơn

người ta sử dụng những bazơ hòa tan (magnhê, natri và ammoniac) để thay thế canxi, giảm độ axit trong quá trình nấu Kết quả là thiết bị đỡ bị ăn mòn, sản xuất được nhiều loại bột có tính năng đa dạng hơn Do đó giá mua kiềm magnhê và natri cao thúc đẩy việc nghiên cứu thu hồi lại kiềm

Nấu sunfit thường được thực hiện trong nồi nấu gián đoạn hình trụ làm bằng thép không rỉ hoặc thép chịu axit Dăm và cho dịch nấu vào nồi nấu rồi đóng nắp laị Gia nhiệt cho nồi nấu đến nhiệt độ cần thiết (tăng ôn) thì bắt đầu giữ ở nhiệt độ không đổi trong thời gian định trước (bảo ôn) Và tiếp theo

là giai đoạn xả khí, khi giai đoạn xả khí kết thúc thì tháo bột ra Để bột có chất lượng tốt thì dăm phải được tẩm dịch thật đều do đó mà quá trình tăng ôn phải diễn ra từ từ và phải duy nhiệt độ bảo ôn không được quá cao nhằm tránh xảy ra hiện tượng đa trùng ngưng của lignin

Phương pháp sunfit là phương pháp axit với tác nhân bao gồm:

SO2+ NaHSO3 + H2O, thường dùng nấu gỗ lá kim ít nhựa

Dịch nấu được sản xuất bằng cách cho khí sunfuarơ SO2 sục vào dung dịch kiềm (NaOH, Ca(OH)2, NH4OH) có nồng độ từ (0,9 – 1)% để tạo muối sunphit (NaHSO3, Ca(HSO3)2, NH4HSO3), axit H2SO3, và một lượng tương đối khí SO2 tồn tại dạng tự do (chỉ hòa tan trong nước) Trong quá trình nấu, HSO3

tác dụng lên Lignin tạo Ligninsunfonat

Phản ứng Sulfo hóa Lignin:

HCOH

OCH 3

O C

HOCH2 HC H

OCH 3

OH HSO3

HCOH

OCH 3

OH

Dựa vào số nhóm sulfo hóa dính vào phần tử Lignin mà ta có thể xác định được mức độ sulfo hóa Lúc đầu khi mức độ sulfo hóa còn thấp thì Lignin chưa tan vào dịch nấu, vẫn ở trạng thái rắn Sau đó một thời gian thì có phản ứng xảy ra, vì nhóm sulfo hóa là nhóm có tính háo nước Mức độ sulfo hóa lên cao thì kéo theo khả năng hòa tan của Ligninsulfonat tăng

Nhóm Polysacarit bao gồm Cellulose và Hemicelllose cũng bị chuyển hóa trong quá trình nấu Nhóm Polysacarit dễ thủy phân sẽ chuyển hóa thành các Monosacarit (glucoza, fuctoza) Polysacarit khó thủy phân thì chỉ bị thủy phân một phần nhỏ, chủ yếu vẫn giữ được trạng thái như ban đầu Thành phần nhựa trong gỗ chủ yếu là nhựa thông (C19H29COOH), là một axit nó không được hòa tan trong quá trình nấu bằng phương pháp sunfit Nhựa thông bám vào sợi sau khi nấu, do vậy mà phương pháp này chỉ phù hợp với loại ít nhựa *Phương pháp này có một ưu điểm lớn là cho bột có chất lượng tốt Hàm lượng α-Cellulose có thể đạt 90-94% sau quá trình tẩy trắng Ngoài ra so với phương pháp bazơ, thì phương pháp sunfit có những ưu điểm sau:

- Màu sắc của bột nhạt, dễ cho tẩy trắng, lượng hoá chất tẩy trắng thấp

- Khi sản xuất bột tinh, không cần thông qua thuỷ phân

- Dịch thải khi nấu bột từ nguyên liệu gỗ lá kim, có thể sử dụng để sản xuất cồn; còn dịch thải khi nấu các loại nguyên liệu khác có thể được dùng để lên men, hay làm keo dán,…

- Do không xảy ra phản ứng bóc tách, nên hiệu suất bột cao hơn so với phương pháp sulfate

- Trong quá trình nấu, tính lựa chọn trong phản ứng tách lignin tốt, các thành phần bị tổn hại ít, hiệu quả kinh tế cao

*Nhược điểm của phương pháp sulfite là:

- Yêu cầu đối với nguyên liệu cao hơn so với ở phương pháp sulfate, đặc biệt là khi nấu ở phạm vi độ pH của dịch nấu nhỏ hơn 7

- Do năng lực kết hợp với lignin của các ion HSO3- và SO32- không bằng với các ion HS-

và S2-, do đó thời gian nấu bột thường dài hơn so với phương pháp sulfate

- Ngoại trừ phương pháp sulfite kiềm tính ra, còn các phương pháp khác đều yêu cầu phải có loại thiết bị có tính chống acid ăn mòn

- Dịch nấu phần lớn là tự điều chế, trừ khi là có xưởng sản xuất hoá chất ngay ở gần xưởng sản xuất

2.4 Lý thuyết nấu sunfit trung tính

Đây là phương pháp nấu bột đã phổ biến rộng rãi từ những năm 70 trên thế giới Phương pháp này thường được sử dụng để sản xuất bột cho giấy bao

bì và carton Phương pháp này rất thích hợp cho nhiều loại nguyên liệu có tỷ trọng thấp, đặc biệt là thực vật mọc nhanh, thân thảo Phương pháp sunfit trung tính được coi là ít ô nhiễm môi trương hơn phương pháp sunfat, vì quá trình nấu ít thải ra các hợp chất khí có mùi và độc hại của lưu huỳnh

Cellulose nhận được có độ bền cơ lý cao, sáng mầu và dễ tẩy trắng

Nhược điểm của phương pháp sunfit trung tính là có tính chọn lọc cao đối với các loại nguyên liệu khác nhau Do đó, đối với nhiều loại nguyên liệu khó nấu được Cellulose mềm có trị số kappa thấp Do đó, phương pháp này thường được dùng để sản xuất bột cho bao bì Ở Viện công nghiệp giấy và Cellulose đã nghiên cứu sử dụng thành công phương pháp này để sản xuất bột

từ tơ đay cho sản xuất giấy cốt nến và bột tẩy trắng từ rơm rạ cho giấy in, giấy viết

Một nhược điểm nữa của phương pháp sunfit là vẫn phải sử dụng một lượng lớn muốt sunfit của lưu huỳnh cho nấu, do đó khả năng gây ô nhiễm

vẫn xẩy ra nhiều ở các khâu rửa và thu hồi hóa chất Ngoài ra, hóa chất sau khi thu hồi thường nhiễm các hợp chất tiosunphat

Ngoài ra còn có rất nhiều phương pháp khác để nấu bột Cellulose dùng cho sản xuất bột giấy Tuy nhiên qua những thực nghiệm cho thấy rằng phương pháp nấu sunfit trung tính trong nồi nấu gián đoạn rất phù hợp cho các nhà máy hiện đại trong tương lai và điều kiện hiện có tại phòng thí nghiệm Đây là phương pháp có tính khả thi trong tương lai vì phương pháp sunfit trung tính đáp ứng được yêu cầu là ít gây ô nhiễm môi trường, dịch thải

có thể thu hồi rất phù hợp với xu thế chung của công đồng đó là bảo vệ môi trường

2.4.1 Những thuật ngữ thường dùng trong nấu bột

- Nguyên liệu:

+ Nguyên liệu khô tuyệt đối: Là nguyên liệu sợi thực vật có hàm lượng

ẩm gần bằng 0%

+ Nguyên liệu khô tương đối: Là nguyên liệu sợi thực vật có hàm

lượng ẩm luôn luôn nhỏ hơn 100%

- Dịch nấu:thành phần chủ yếu cuả dịch nấu trong phương pháp sunfit

này là Na2CO3 và Na2SO3

- Dịch đen: là dịch thu được sau khi kết thúc quá trình nấu

- Độ khô của mảnh: Độ khô của mảnh cho biết lượng dăm mẫu khô

tuyệt đối có trong một lượng mảnh ẩm cho trước

K = Error!

Trong đó:

M1 : Khối lượng dăm khô tuyệt đối, (g )

M2 : Khối lượng dăm ẩm,( g)

- Tỷ lệ dịch: Là tỷ lệ giữa nguyên liệu khô tuyệt đối và tổng thể tích

lượng dịch nấu bao gồm cả nước trong nguyên liệu và toàn bộ dịch nấu

- Hiệu suất bột (còn được gọi là tỷ lệ thu hoạch): là tỷ lệ phần trăm giữa

khối lượng bột giấy đạt được sau khi nấu so với khối lượng nguyên liệu trước

khi nấu, chúng được gọi là hiệu suất bột thô Tỷ lệ giữa bột tinh thu được sau

khi bột thô thông qua sàng tuyển với lượng nguyên liệu trước khi nấu được

gọi là hiệu suất bột tinh, tức là:

H1(%) =

H2 (%) =

Trong đó:

H1 : hiệu suất bột thô (%)

H2: hiệu suất bột tinh (%)

Mb : là lượng bột thu được sau khi nấu (g)

MB : là lượng bột sau sàng tuyển (g)

Mngl : là lượng nguyên liệu trước khi nấu (g)

Khi tính toán, lượng nguyên liệu và bột đều phải đổi theo khối lượng

khô tuyệt đối hoặc khối lượng của nguyên liệu phơi khô

- Độ cứng của bột: là chỉ hàm lượng lignin tương đối còn sót lại ở trong

bột sau khi nấu, đồng thời cũng có thể biểu thị mức độ tương đối về khả năng

loại bỏ lignin trong quá trình nấu bột

% 100



ngl

b

M M

% 100



ngl

B

M M

- Độ sunfit: là chỉ trong phương pháp sunfit trung tính hoặc phương pháp sunfit kiềm tính, tỷ lệ về giá trị giữa Na2SO3 với NaOH + Na2SO3, tức là:

Trong đó: NaOH và Na2SO3 đều được tính theo Na2O.

2.4.2 Cơ chế vật lí khi nấu bột bằng phương pháp nấu sunfit trung tính

* Cơ chế chung

Phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình nấu sunfit là phản ứng xảy ra trên bề mặt tiếp xúc giữa dịch nấu và dăm Cơ chế chung của toàn bộ quá trình nấu bao gồm 5 giai đoạn kế tiếp nhau:

- Dịch nấu thẩm thấu vào trong mảnh nguyên liệu

- Tác nhân hoạt tính hấp thụ lên bề mặt phản ứng của mảnh nguyên liệu

- Xuất hiện những liên kết hóa học giữa tác nhân nấu với mảnh nguyên liệu

- Thủy phân những liên kết trong các hợp chất hóa học của mảnh nguyên liệu (chủ yếu là trong phân tử Lignin)

- Hòa tan những sản phẩm phản ứng bằng hiện tượng khuếch tán

Tốc độ lượng dịch nấu thấm vào trong mảnh dăm phụ thuộc vào nhiệt

độ, khi nhiệt độ của khối phản ứng thấp thì tác nhân nấu thẩm thấu vào trong mảnh nguyên liệu rất chậm Để tăng tốc độ thẩm thấu trong thực tế người ta thường cấp nhiệt cho dăm để loại bỏ hết lượng không khí còn lại trong dăm Tốc độ thẩm thấu dịch vào trong dăm phụ thuộc loại nguyên liệu Độ xốp của nguyên liệu càng cao thì thẩm thấu càng nhanh.Trong quá trình nấu, tính lựa chọn trong phản ứng tách lignin tốt, các thành phần bị tổn hại ít, hiệu quả kinh

Trong phương pháp nấu sunfit, phản ứng của các thành phần có hiệu của dịch nấu thấm vào trong dăm nhờ có 2 tác dụng: Tác dụng mao quản và tác dụng khuếch tán

+ Tác dụng mao quản:

Tác dụng thẩm thấu do áp lực bên ngoài hoặc áp lực tạo nên do sức căng bề mặt, tốc độ thẩm thấu tỷ lệ với mũ 4 bán kính mao quản, tỷ lệ thuận với hiệu áp lức và tỷ lệ nghịch với độ nhớt của dịch nấu Khi hàm lượng nước trong nguyên liệu thấp, sau khi loại bỏ không khí trong mao quản , thẩm thấu rất nhanh

+ Tác dụng khuếch tán:

Động lực của quá trình này là sự chênh lệch nồng độ của dịch nấu , làm cho các ion trong dung dịch nấu khuếch tán vào bên trong dăm: khi hàm lượng ẩm trong nguyên liệu cao hơn điểm bão hòa thớ gỗ(tức là nước chứa đầy trong mao quản), các ion thẩm thấu vào bên trong dăm chủ yếu dựa vào tác dụng khuếch tán Thông thường nguyên liệu rơm rạ tương đối xốp nên dễ dàng cho quá trình thẩm thấu, đó là vì kết cấu của các tế bào trong nguyên liệu rơm rạ tương đối mềm xốp, lượng mao quản nhiều

- Quan hệ giữa thẩm thấu và phản ứng bề mặt

Trong vấn đề này đã từng có 2 quan điểm trái ngược nhau, một quan điểm nhấn mạnh tính quan trọng của thẩm thấu, quan điểm khác lại nhấn mạnh phản ứng hóa học Thực chất 2 quan điểm này được xây dựng trên các điều kiện thực nghiệm khác nhau, mỗi quan điểm có phạm vi sử dụng khác nhau

Thẩm thấu và phản ứng hóa học không thể cắt rời nhau, cùng với quá trình thẩm thấu, phản ứng hóa học cũng phát sinh Có thể nói, giai đoạn đầu của quá trình nấu (dưới 140oC) tốc độ phản ứng hóa học tăng, chuyển thành nhân tố chủ yếu, kết quả của phản ứng lignin và một số thành phần khác bị hòa tàn, làm tăng độ rỗng trong dăm, làm tăng quá trình thẩm thấu

Ngoài ra, trong quá trình nấu, nếu thẩm thấu dịch nấu không đủ, nhiệt độ nấu cao, lignin có thể bị polime hóa, nhưng vẫn có khả năng tan trong dịch nấu

2.4.3.Ảnh hưởng của nhiệt độ bảo ôn, thời gian bảo ôn, mức dùng hóa chất đến hiệu suất bột giấy

Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình nấu bột bằng phương pháp sulfite trung tính có rất nhiều, ngoài các yếu tố về chủng loại nguyên liệu, kích thước

dăm, độ ẩm của dăm ra, thì còn có các yếu tố về điều kiện công nghệ:

- Nhiệt độ nấu: là chỉ nhiệt độ cao nhất trong quá trình nấu, trong sản xuất nhiệt độ quy định bởi chủng loại nguyên liệu và yêu cầu của bột Nhiệt

độ cao, thấp ảnh hưởng trực tiếp tới tốc độ phân ly từ đó ảnh hưởng tới năng lực sản xuất và chất lượng bột Trong thực tế sản xuất thường dùng biện pháp nâng cao nhiệt độ nấu để rút ngắn thời gian nấu Nâng cao nhiệt độ nấu có thể làm tăng tốc độ phản ứng hoá học, từ đó nâng cao được tốc độ nấu bột Khi các điều kiện khác không đổi, cùng tạo ra chất lượng bột như nhau, khi nhiệt

độ tăng lên 100

C, thời gian nấu được rút ngắn xuống 1/2, nhưng nếu nhiệt độ nấu quá cao, làm ảnh hưởng tới tốc độ phân ly của sợi cellulose, từ đó làm giảm hiệu suất bột Ngược lại, nếu nhiệt độ thấp quá sẽ làm cho quá trình phân ly của nguyên liệu rất chậm, kéo dài thời gian nấu và kết quả là làm cho trong bột giấy lẫn nhiều dăm sống Khi chọn nhiệt độ nấu phải xem xét các yêu cầu về chất lượng của giấy Khi chất lượng bột giấy yêu cầu cao, nhiệt độ nên giữ ở thấp, thời gian nấu dài; khi chất lượng bột không cao, sản lượng bột cần lớn, để rút ngẳn thời gian nấu thì nhiệt độ tăng nên ở nhiệt độ thích hợp

- Thời gian nấu: là chỉ thời gian tăng nhiệt và duy trì nhiệt (thời gian bảo ôn) Trong quá trình nấu bột, thời gian nấu dài hoặc ngắn có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất và chất lượng bột, đặc biệt là thời gian bảo ôn Ở giai đoạn này polysacarit được lớp vỏ lignin bảo vệ nên ít chịu ảnh hưởng của các tác nhân nấu Khi lớp vỏ lignin bị phá vỡ thì sự phá hủy lignin càng tăng dần theo thời gian.Ở nhiệt độ càng cao khả năng phân hủy lignin càng mạnh,

nhưng đồng thời sự phá hủy polysacarit cũng tăng Khi hàm lượng lignin trong bột còn khoảng 10% thì nó trở nên bền vững khó bị thủy phân và khi đó chủ yếu xảy ra phản ứng phân hủy polysacarit Chính vì vậy, thời gian duy trì

ở nhiệt độ cao có ý nghĩa rất lớn đến hiệu xuất và chất lượng bột nấu Thời gian tăng nhiệt đối với nguyên liệu thân cỏ là từ 1-2 h

- Nồng độ và lượng Na2SO3 sử dụng:

Lượng Na2SO3 sử dụng lớn thì tốc độ phản ứng sẽ tăng nhanh, thời gian nấu ngắn Lượng dùng nhiều hay ít cần căn cứ vào chủng loại nguyên liệu, yêu cầu chất lượng của bột giấy và khả năng thu hồi dịch thải để xem xét Trong điều kiện lượng Na2SO3 sử dụng không đổi, tỷ lệ dịch nhỏ, thì làm cho nồng

độ dung dịch lớn, tốc độ phản ứng khi nấu xảy ra nhanh; ngược lại khi tỷ lệ dịch lớn, làm cho nồng độ dung dịch thấp, tốc độ phản ứng xảy ra chậm, thời gian nấu dài

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Vị trí địa lý, đặc điểm sinh thái cây lấy mẫu

109' - 105047'Tỉnh Vĩnh Phúc nằm trong khu vực châu thổ Sông Hồng thuộc trung du miền núi phía bắc Vĩnh Phúc có ba vùng sinh thái rõ rệt: đồng bằng, trung

du, miền núi Vĩnh Phúc là một tỉnh thuần nông, cơ cấu lao động, nông nghiệp nông thôn chiếm 76%

3.1.2 Đặc điểm sinh thái:

Vĩnh Phúc được thiên nhiên ưu đãi về khí hậu và thời tiết Vĩnh Phúc nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa Đất phù sa chứa nhiều khoáng chất và vi lượng nên rất phì nhiêu, màu mỡ sẵn nước cộng với khí hậu ôn hòa rất thuận lợi cho việc thâm canh phát triển nền công nghiệp trồng lúa nước

+ Nhiệt độ trung bình hàng năm là:240C

+ Lượng mưa trung bình hàng năm là: 1.400mm

+ Độ ẩm trung bình là: 83%

Địa hình: chủ yếu là bán sơn địa, vùng trung du, vùng đồi đất thấp và đồng bằng

3.2 Cách tạo dăm nguyên liệu

Nguyên liệu sau khi thu gom được làm sạch bụi đất, bóc bỏ phần lá Phần bẹ và thân được phơi khô hoặc sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 450

C, phải luôn chú ý nhiệt độ sấy Trong quá trình sấy thường xuyên đảo trộn mẫu sao cho mẫu khô đồng đều Sấy xong đem bảo quản để phân tích

- Chiều dài tính từ thân – đầu bông khoảng: 50-60 cm

- Dụng cụ cắt mẫu: sử dụng máy cắt rơm rạ dạng dao trục Dao cắt tạo với trục dao một góc từ 4-70, lượng dăm đạt quy cách >85%

- Cắt dăm: khoảng cách giữa dao cắt và đế dao nên duy trì từ khoảng: 0,3-0,5 mm khoảng cách phải đồng đều Các dao cắt phải có độ sắc tốt để tạo

ra dăm có kích thước phù hợp với yêu cầu nấu bột giấy, dăm phải đồng đều

và bằng phẳng, chiều dài dăm rơm rạ hợp quy cách là khoảng: 20-30 mm

- Sàng tuyển và làm sạch bụi lẫn trong dăm như: bụi đất, hạt thóc, lá…

Độ ẩm của nguyên liệu có ảnh hưởng đến khả năng thẩm thấu dịch (hóa chất nấu), ảnh hưởng tới đường cong nấu bột (trong công nghệ bột giấy), vì vậy trước khi tiến hành nấu bột phải xác định được độ ẩm của nguyên liệu, và lấy đó làm căn cứ để tính toán, khống chế quá trình sản xuất Ngoài ra, khi phân tích tổ thành nguyên liệu, xác định các thành phần của nguyên liệu đều phải lấy chuẩn gốc là khối lượng khô kiệt để tính toán tỷ lệ các chất chứa trong nguyên liệu Về tính chính xác của phép phân tích hóa học, phụ thuộc vào tính chính xác của việc xác định độ ẩm nguyên liệu đóng vai trò hết sức

quan trọng

Phương pháp xác định độ ẩm bao gồm: phương pháp cân sấy, phương pháp chưng cất, phương pháp xác định dùng máy điện tự động, phương pháp dùng ván kiểm tra Ở đây ta sử dụng phương pháp cân sấy để xác định độ ẩm

nguyên liệu

Phương pháp xác định -Dụng cụ thí nghiệm:

- Tủ sấy (có thể điều chỉnh nhiệt độ)

- Bình hút ẩm, cân phân tích có độ chính xác đến 0,0001 mg

- Cốc chịu nhiệt

- Các bước tiến hành:

Cân khoảng 1g mẫu (chính xác đến 10-4 g) cho vào cốc thí nghiệm (cốc

đã được sấy khô kiệt), đưa cốc có mẫu thử vào tủ sấy, mở nắp cốc và sấy ở nhiệt độ (105 ± 2) 0C trong thời gian 3h rồi lấy ra, đưa vào bình hút ẩm để làm nguội; Sau khi để nguội khoảng 30 phút ta đem cân lấy khối lượng, sau đó lại đem vào sấy tiếp trong thời gian 1h Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi khối lượng của mẫu không thay đổi thì dừng lại (khối lượng hai lần cân liên

tiếp chênh lệch nhau không quá 0,5%)

Công thức xác định:

Gọi hàm lượng ẩm của mẫu là W (%) thì W được xác định như sau:

m1: khối lượng mẫu và cốc trước khi sấy (g)

m2: khối lượng mẫu và cốc sau khi sấy (g)

m: khối lượng mẫu cân trước khi sấy (g)

Hệ số khô của mẫu được tính theo công thức:

Kk=

100

100 W

Trong tất cả các phương pháp phân tích hóa học tiếp theo, các giá trị của các phép phân tích tính theo lượng mẫu khô tuyệt đối đều được nhân với

+ Cùng thời gian đó cân mẫu để xác định độ khô

+ B2 : dùng kính tròn đậy cốc và để ở T = 20±20C, trong vòng 40 phút

kể từ khi cho NaOH

+ B3 : bổ sung vào cốc 45ml nước cất ở T = 20±20C khuấy trộn trong vòng 1-2 phút và chuyển cốc vào cốc lọc thủy tinh hoặc phễu lọc xứ có đường kính lỗ lọc là : 1mm Để tránh làm mất sơ sợi, dịch lọc được lọc đi lọc lại đến khi không lại sơ sợi trong dịch lọc nữa

+ B4 : sơ sợi trong phễu lọc được rửa 3 lần bằng NaOH 9,5% ở T= 20±20C Mỗi lần 25ml trong thời gian 2-3 phút Sau đó dùng nước cất ở T= 18- 200C để rửa cho đến phản ứng trung tính

+ B5 : sơ sợi sau khi rửa xong được chuyển vào cốc cân và sấy ở T= 105±20C, đến khối lượng không đổi

m : khối lượng cốc cân khô tuyệt đối (g)

m1 : khối lượng cốc cân và mẫu sau xử lý (g)

m2 : khối lượng mẫu thử khô tuyệt đối (g)

3.3.3 Xác định hàm lƣợng Lignin của bột (Theo tiêu chuẩn T - 13 os - 54)

Người ta thường xác định hàm lượng lignin còn lại của bột theo phương pháp trực tiếp, sau khi đã loại bỏ các chất chiết xuất và polysaccarit

Có rất nhiều phương pháp xác định hàm lượng lignin còn lại của bột, một trong nhiều phương pháp thông dụng, đơn giản nhất là xác định hàm lượng lignin còn lại của bột bằng axit H2SO4 nồng độ 72%

250C trong thời gian 2,5-3h Sau đó hỗn hợp lignin cùng với axít được đổ sang bình tam giác có dung tích 500ml, rửa bình tam giác nhỏ bằng 200ml nước cất, nước rửa được đổ vào bình tam giác có chứa lignin Đun sôi nhẹ dung dịch trong 1h với hệ thống làm lạnh Lọc lignin qua phễu lọc màng xốp

G4 đã sấy đến khối lượng không đổi, rửa lignin bằng nước cất nóng đến phản ứng trung tính Cân và sấy ở nhiệt độ (105±20C) cho đến khối lượng không đổi

Xác định theo công thức sau:

L(%)= ( 1 ) 100 (%)

g

k m

m   ck

Trong đó:

m1 : khối lượng phễu lọc và lignin sau khi sấy (g)

m : khối lượng phễu lọc (g)

g : khối lượng mẫu khô tuyệt đối (g)

+Tủ nung có khả năng duy trì nhiệt độ 550 – 6000C (575 ± 25 0C)

Để cho kết quả có độ chính xác cao thì ta thường xuyên kiểm tra nhiệt

độ

- Nội dung phương pháp:

Cân khoảng 5g mẫu (chính xác tới 0.0001g) Cốc sứ và nắp được nung trong tủ nung ở nhiệt độ 575 ± 25 0C đến khối lượng không đổi Cho mẫu thử vào cốc nung, mở nắp và cho vào tủ nung, lúc đầu đặt cốc nung lên mép ngoài tủ nung hoặc đặt trên bếp điện sao cho mẫu thử không cháy thành ngọn lửa, sau đó tăng dần nhiệt độ lên tới 575 ± 25 0C, nung mẫu ở nhiệt độ này từ 3 - 4 (h) hoặc

có thể lâu hơn cho đến khi loại hoàn toàn các hợp chất hữu cơ (không còn màu đen trong mẫu) Cẩn thận lấy mẫu ra từ tủ nung, đậy nắp mẫu lại và làm nguội mẫu trong bình hút ẩm từ 30 – 40 phút rồi tiến hành cân mẫu Quá trình được lặp

đi lặp lại như vậy cho đến khi khối lượng chênh lệch giữa hai lần cân không vượt quá (0,5%)

Xác định theo công thức sau:

B (%) = 100 (%)

)100(

G

Trong đó:

G: khối lượng tro (g)

G1: khối lượng mẫu phơi khô (g) W: độ ẩm của mẫu (%)

3.4 Quy trình tạo bột giấy

3.4.1 Sơ đồ thực nghiệm nấu bột giấy từ rơm rạ

Nguyên liệu thô (rơm rạ)

thải để xem xét Trong điều kiện lượng Na2SO3 sử dụng không đổi, tỷ lệ dịch nhỏ, thì làm cho nồng độ dung dịch lớn, tốc độ phản ứng khi nấu xảy ra nhanh; ngược lại khi tỷ lệ dịch lớn, làm cho nồng độ dung dịch thấp, tốc độ phản ứng xảy ra chậm, thời gian nấu dài Trong sản xuất, tỷ lệ dịch lớn hay nhỏ được căn cứ vào chủng loại nguyên liệu, hình thức của nồi nấu để quyết định

3.4.3 Tính toán chung cho một nồi nấu:

- Lượng dăm nạp nồi: A gam khô tuyệt đối

- Lượng dăm khô gió nạp nồi: Gk = (A x 100)/(100-W) (g)

- Lượng nước ẩm có trong dăm: Gẩm = Gk – A (g) = Vẩm (ml)

- Lượng NaOH cần là: GNaOH = Gk x B/100 (g)

- Tổng lượng dịch: Vd = GK x 8 = 8GK (ml)

- Lượng nước cho thêm vào: Vnước = Vd – (MNaOH + Vẩm)

- Tỷ lệ muối là= 9:1 quy đổi theo NaOH ta có:

C1= MNa2SO3 x 18/ MNaOH và C2= MNa2CO3 x 2/ MNaOH

- Lượng Na2SO3 cần dùng là: D1= GK x C1/100 (g)

- Lượng Na2CO3 cần dùng là: D2= GK x C2/100 (g)

Khúc tuyến nấu

Trong đó:

+ Nhiệt độ lúc bắt đầu nấu: 200C

+ Nhiệt độ bảo ôn: Tmax (0C)

+ Thời gian từ 0 đến τ1 - Thời gian tăng ôn (phút)

+ Thời gian từ τ1 đến τ2 - Thời gian bảo ôn (phút)

+ Thời gian từ τ2 đến τ3 - Thời gian giảm nhiệt độ và áp suất (phút)

3.4.4 Thiết bị nấu bột giấy:

- Nồi nấu thí nghiệm có dạng hình trụ dung tích 1 lít

- Nắp gắn với thân trụ bằng 4 bu lông có đệm chịu nhiệt

- Tổng số nồi nấu là 4 nồi được lắp nghiêng quanh một trục quay nằm ngang, trục quay này được nối với động cơ điện qua hệ thống truyền xích

- Môi trường gia nhiệt là glyxeryl

- Trong quá trình nấu bột phải thường xuyên kiểm tra nhiệt độ để đảm bảo an toàn và để quá trình nấu đúng như khúc tuyến nấu đã chọn

Hình3.2: Nồi nấu bột giấy thí nghiệm Hình3.3: Thiết bị gia nhiệt

- Đóng thật chặt nắp nồi (kiểm tra xem có bị hở không, gắn chặt từng nồi vào trục quay theo nguyên tắc đối xứng Kiểm tra dung dịch glyxeryl trong nồi (cao hơn tâm trục khoảng 10 cm), kiểm tra an toàn của hệ thống nấu Đóng điện cho nồi quay đồng thời gia nhiệt, điều chỉnh nhiệt độ khống chế theo khúc tuyến nấu đã chọn

- Hết thời gian, ngừng gia nhiệt, mở nắp nồi, dùng quạt thổi cho nguội, dừng trục quay, tháo từng nồi nhỏ ra ngoài làm lạnh bằng nước, dùng dụng cụ

để tháo nắp

- Đổ bột trong nồi ra sàng, tiến hành rửa bột Phần cellulose thu được vắt kiệt nước, giữ lại để phân tích tiếp theo

3.4.6 Làm sạch bột

Công đoạn rửa bột trong sản xuất bột giấy là công đoạn làm sạch nhằm tách xenluylô khỏi các chất thải đã tạo ra trong quá trình nấu như dịch đen và các mắt còn sống…

Rửa bột dựa trên nguyên lý về sự khuếch tán do chênh lệch nồng độ dịch và nước rửa nên dịch thải sẽ khuyếch tán từ vùng bao quanh các sợi xenluylô vào nước rửa rồi được lọc tách khỏi bột Trong sản xuất, để rút ngắn thời gian rửa và để độ sạch của bột cao, cùng với quá trình khuyếch tán người

ta còn kết hợp với lọc ép Quá trình này được thực hiện trên các máy rửa chân không

Do phòng thí nghiệm không có thiết bị rửa bột nấu và khối lượng cũng nhỏ nên chỉ áp dụng rửa khuyếch tán thủ công bằng nước sạch

Sau quá trình nấu, cả phần bột và phần dịch đều được đổ vào sàng, đặt dưới vòi nước, mở nước để dịch nấu khuyếch tán dần kết hợp với đảo trộn để bột tơi ra, rửa nhiều nước cho tới khi bột không còn dính dịch màu đen, dùng tay vắt bột, cho dung dịch vào một cái cốc để kiểm tra độ pH, nếu vẫn còn kiềm tính thì sau một thời gian sau đó lại dùng tay vắt bột và lại tiếp tục lấy dung dịch để kiểm tra độ pH, đến khi pH về trung tính thì dừng lại Lượng bột

ẩm này đem cân trên cân kỹ thuật, ghi lại kết quả, sau đó bảo quản trong túi nylon kín riêng biệt Công việc này nhằm đưa độ ẩm của bột về mức đồng đều

để xác định hiệu suất bột trong phần tiếp theo

3.4.7 Xác định hiệu suất bột

Hiệu suất bột (còn được gọi là tỷ lệ thu hoạch): là tỷ lệ phần trăm giữa khối lượng bột giấy đạt được sau khi nấu so với khối lượng nguyên liệu trước khi nấu, chúng được gọi là hiệu suất bột thô Tỷ lệ giữa bột tinh thu được sau

khi bột thô thông qua sàng tuyển với lượng nguyên liệu trước khi nấu được gọi là hiệu suất bột tinh, tức là:

H1 (%) =

H2 (%) =

Trong đó:

H1 : hiệu suất bột thô (%)

H2: hiệu suất bột tinh (%)

Mb : là lượng bột thu được sau khi nấu (g)

MB : là lượng bột sau sàng tuyển (g)

Mngl : là lượng nguyên liệu trước khi nấu (g)

Khi tính toán, lượng nguyên liệu và bột đều phải đổi theo khối lượng khô tuyệt đối hoặc khối lượng của nguyên liệu phơi khô

%100



ngl

b

M M

%100



ngl

B

M M

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

4.1 Ảnh hưởng của thời gian bảo ôn, nhiệt độ bảo ôn và mức dùng hóa chất đến hiệu suất bột

Các thông số công nghệ trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm như sau:

- Thời gian bảo ôn τ: 60, 90, 120 phút

- Thời gian tăng ôn: 60 phút

- Nhiệt độ bảo ôn T: 1500C, 1600C, 1700C

- Lượng hóa chất sử dụng: 20%, 18% tính theo Na2O