NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BỘT GIẤY
Nguyên liệu gỗ
Gỗ là sản phẩm nguồn gốc sinh học với cấu trúc phức tạp và thành phần hóa học đa dạng, bao gồm ba nhóm chất hữu cơ chính: polysaccarit (xenlulozơ và hemixenlulozơ), lignin và các chất trích ly Trong đó, xenlulozơ và hemixenlulozơ đóng vai trò quan trọng nhất Thành phần hóa học của gỗ ảnh hưởng lớn đến quá trình sản xuất và chất lượng bột giấy, do đó, việc nghiên cứu thành phần này là cần thiết để xác định khả năng sử dụng gỗ trong sản xuất bột giấy Hơn nữa, cấu trúc vi mô và vĩ mô của gỗ giúp hiểu rõ hơn về các quá trình hóa-lý diễn ra trong sản xuất bột giấy, từ đó điều chỉnh các thông số công nghệ và tác động của các yếu tố trong quá trình sản xuất Sơ đồ biểu thị thành phần hóa học cơ bản của gỗ được trình bày trong hình 2.1.
Gỗ được chia thành hai loại chính: gỗ cây lá kim, thuộc nhóm gỗ mềm (softwood), và gỗ cây lá rộng, thuộc nhóm gỗ cứng (hardwood) Sự khác biệt về thành phần hóa học giữa hai loại gỗ này là rất rõ rệt.
Gỗ cây lá kim có hàm lượng lignin cao hơn (27-30%) và hemixenlulozơ thấp hơn (20-25%) so với gỗ cây lá rộng, trong khi các thành phần này trong gỗ cây lá rộng là 18-24% và 25-35% Gỗ cây lá kim cũng chứa nhiều hexozan và ít pentozan hơn Hàm lượng xenlulozơ trong cả hai loại gỗ này tương đương nhau, dao động từ 35-50% Nghiên cứu cho thấy gỗ các loài cây lá rộng nhiệt đới có thành phần hóa học tương tự như cây lá kim trong cùng một vùng sinh trưởng, và các chất trích ly từ gỗ cây nhiệt đới phong phú hơn so với các loài cây vùng ôn đới.
Cần lưu ý rằng thành phần hóa học của gỗ cùng một loài cây có sự khác biệt, phụ thuộc vào vị trí địa lý, điều kiện sinh trưởng, tuổi cây và thời gian khai thác Thậm chí trong cùng một cây, hàm lượng các thành phần cũng thay đổi theo chiều cao và đường kính Cấu tạo và thành phần hóa học của phần gốc và cành nhánh khác biệt so với phần thân Sự khác biệt về thành phần hóa học theo chiều cao cây không đáng kể, ngoại trừ hemixenlulozơ, với hàm lượng cao hơn ở phần ngọn và gần gốc Các nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng của tuổi cây đối với thành phần hóa học là tương đối mâu thuẫn và không có quy luật nhất định Vị trí địa lý cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của cây.
Mặc dù thành phần hóa học của gỗ thường không được coi trọng, nhưng điều kiện sinh trưởng của từng cây lại có ảnh hưởng lớn đến thành phần hóa học của chúng.
GỖ Các chất vô cơ (~1%)
Các chất trích ly Các chất TPT (3-5%)
Các thành phần cấu trúc Các chất CPT (>90%)
Các chất chưng lôi cuốn cùng với nước Các chất tan trong dung môi hữu cơ
Các chất tan trong nước
Các polysaccarit tan trong nước Polyuronua
CPT- Cao phân tử; TPT – Thấp phân tử
Hình 2.1 Thành phần hóa học cơ bản của gỗ
Về đặc điểm thực vật học, nhìn chung thành phần của cây thân gỗ bao gồm:
Theo khảo sát, hai loại cây nguyên liệu giấy chủ yếu tại Việt Nam là keo tai tượng và bạch đàn urô, với độ tuổi khai thác từ 5-6 năm Cả hai loại cây này có chiều cao trung bình từ 18-22 m và đường kính thân gỗ khoảng 20-25 cm tại độ cao 1,3 m Đối với gỗ keo tai tượng vừa khai thác, tỷ lệ các bộ phận cây gồm thân cây chiếm 45-50%, cành nhánh 18-20%, lá và cành nhánh nhỏ dưới 20 cm khoảng 15-20%, và vỏ cây 17-18% Trong khi đó, cây bạch đàn có khối lượng thân cây và cành nhánh lớn hơn so với cây keo tai tượng.
Thân cây (gỗ trục) thường được coi là phần tốt nhất để sản xuất bột giấy Tuy nhiên, với phương châm tận dụng tối đa nguyên liệu, mọi phần của cây từ phế liệu khai thác đến chế biến gỗ đều có thể được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất bột giấy Việc tận dụng này phụ thuộc vào từng loài cây để xác định tính hợp lý của chúng.
Theo thống kê, hiện nay có hơn 50 loài cây trên thế giới được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất giấy, bao gồm 38 loài gỗ cứng và 13 loài gỗ mềm.
Hiện nay các loại gỗ nguyên liệu giấy ở Việt Nam bao gồm:
- Keo tai tượng (Acacia mangium)
Cây Keo tai tượng, được trồng thí điểm tại Việt Nam từ những năm 80, hiện là nguồn nguyên liệu chính cho các nhà máy sản xuất bột giấy và doanh nghiệp chế biến dăm mảnh xuất khẩu Gỗ Keo tai tượng có khối lượng riêng khoảng 460 - 500 kg/m³, tùy thuộc vào điều kiện sinh trưởng và độ tuổi khai thác Thành phần hóa học của gỗ bao gồm 48-50% xenlulozơ, 23-36% lignin, 19-22% pentozan, 3-5% chất trích ly và 0,3-0,5% chất vô cơ, giúp nó trở thành nguyên liệu lý tưởng cho sản xuất bột giấy Khi nấu bột giấy sunfat với kiềm hoạt tính khoảng 20-22% so với nguyên liệu khô, hiệu suất bột có thể đạt từ 46-48% Tuổi khai thác tối ưu cho keo tai tượng là khoảng 5 năm.
Gỗ keo tai tượng ở độ tuổi 7 có cấu tạo khác nhau tùy thuộc vào từng vùng lập địa Nếu điều kiện lập địa không đủ tốt, gỗ có thể bị rỗng lõi, ảnh hưởng đến chất lượng và giá trị sử dụng.
- Keo lá tràm (Acacia auriculiformis)
Cây Keo lá tràm, hay còn gọi là Tràm bông vàng, là nguồn nguyên liệu chính trong sản xuất giấy và được trồng phổ biến trên toàn quốc Tuy nhiên, diện tích trồng cây này đang có xu hướng giảm trong thời gian gần đây Khối lượng thể tích của Keo lá tràm đạt khoảng 600 kg/m³, cao hơn so với Keo tai tượng và tương đương với gỗ Bạch đàn trắng Cây này chứa 46-47% xenlulozơ, 25-25% lignin, 19-20% pentozan và 5-6% các chất trích ly.
Keo lá tràm là cây phát triển nhanh, có thể thu hoạch sau 5-7 năm Khi nấu bột giấy sunfat, nên sử dụng kiềm khoảng 20% so với nguyên liệu khô để đạt hiệu suất bột từ 45-47% Tuy nhiên, cần lưu ý rằng keo lá tràm có hàm lượng chất trích ly cao, có thể ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình xử lý bột giấy sau khi nấu.
-Keo Lai ( Acacia mangium x Acacia auriculiformis, Acacia auriculiformis x Acacia mangium)
Keo lai là giống cây được lai tạo tự nhiên hoặc nhân tạo giữa Keo tai tượng và Keo lá tràm, nổi bật với ưu điểm về sinh trưởng và năng suất Đặc biệt, hàm lượng xenlulozơ, lignin và pentozan của Keo lai cao hơn so với hai giống cây kia Tuy nhiên, Keo lai dễ bị sâu bệnh và có khả năng chống chọi với gió bão kém Tỉ trọng gỗ của Keo lai dao động từ 500-625 kg/m³, trong khi hàm lượng xenlulozơ đạt khoảng 50-51%.
Giống như các loài Keo khác, việc nấu bột sunfat với khoảng 20% kiềm trong điều kiện tối ưu có thể tạo ra bột có trị số Kappa khoảng 20 đơn vị và đạt hiệu suất từ 49-50%.
Bạch đàn là một trong những loài gỗ cứng có khối lượng thể tích cao, đặc biệt là Bạch đàn urô (Eucalyptus urophylla) và Bạch đàn trắng caman (Eucalyptus camaldulensis) đang phổ biến ở Việt Nam Cả hai loại cây này có tốc độ sinh trưởng nhanh, phù hợp làm nguyên liệu sản xuất giấy Bạch đàn urô có thành phần hóa học lý tưởng cho việc sản xuất bột giấy với 47-48% xenlulozơ, 23-25% lignin, 19-20% pentozan, 2-3% chất trích ly và 0,4-0,5% chất vô cơ.
Nguyên liệu phi gỗ
Cây Luồng, phát triển tự nhiên và nhanh chóng, chủ yếu tập trung ở các vùng núi như Thanh Hóa, Nghệ An và Hòa Bình Loại cây này có xơ sợi chất lượng tốt, với chiều dài trung bình từ 1,9 đến 2,5 mm và khối lượng thể tích khoảng 830 kg/m³, đặc trưng bởi nhiều mấu mắt Ở độ tuổi 2-3 năm, thành phần hóa học của Luồng bao gồm khoảng 50% xenlulozơ, 23-24% lignin, 18-20% pentozan và 5-7% độ tro.
Luồng là nguyên liệu truyền thống và lý tưởng cho sản xuất bột giấy, được sử dụng chủ yếu trong sản xuất giấy bao bì xi măng và bao bì có độ bền cao, đồng thời cũng phù hợp cho giấy in và viết Để sản xuất bột giấy cho giấy bao bì, phương pháp nấu xút thường được áp dụng với mức kiềm sử dụng khoảng 12-20%.
17 thời gian gần đây, Luồng rất ít được sử dụng cho sản xuất bột giấy, mặc dù vậy đây vẫn được đánh giá là nguồn nguyên liệu tiềm năng
Tre và nứa là nguyên liệu truyền thống quan trọng trong ngành giấy Việt Nam, nổi bật với tốc độ sinh trưởng nhanh và chu kỳ khai thác ngắn chỉ khoảng 2-3 năm Cả hai loại cây này, cùng với luồng, đều có thân rỗng và sợi dài khoảng 2 mm, rất thích hợp cho sản xuất các loại giấy bao bì, cactong, giấy in, giấy viết và giấy vàng mã.
Tre và Nứa ở Việt Nam phân bố từ Bắc đến Nam, chủ yếu tập trung tại các vùng núi khó khai thác Tại khu vực trung tâm Bắc Bộ, đặc biệt là các tỉnh miền Bắc thuộc Khu bốn cũ, Tre và Nứa phát triển mạnh với sản lượng thu hoạch cao Mặc dù sản lượng tự nhiên chỉ đạt khoảng 50 - 100 tấn/ha/năm, nhưng nếu được đầu tư và thâm canh hợp lý cùng với kỹ thuật chăm sóc đúng cách, sản lượng có thể tăng lên 200 - 250 tấn/ha/năm.
Bột giấy từ nguyên liệu Tre, Nứa có độ trắng chỉ đạt 75-80% và chứa hàm lượng silic cao (3-4%), ảnh hưởng đến quá trình thu hồi kiềm trong sản xuất bột sunfat Tuy nhiên, Tre, Nứa vẫn là nguồn nguyên liệu có nhiều ưu điểm cho ngành sản xuất giấy tại Việt Nam.
- Các loại nguyên liệu khác
Ngoài các nguyên liệu chính, nhiều loại thực vật xơ sợi như cây Lồ ô (Bambusa procera) và cây đay được sử dụng để sản xuất bột giấy Cây Lồ ô phát triển tốt ở vùng Đông-Nam Bộ, cao từ 14-18m và đường kính 5-8cm Cây đay, với chiều cao trung bình 2,5m, có thời gian thu hoạch từ 3 đến 6 tháng, chủ yếu tập trung ở Hưng Lộc-Đồng Nai, Tân Thuận-Long An và Thái Bình Ngoài ra, các loài cây như cây Diễn và cây Vầu cũng là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho ngành sản xuất bột giấy.
Bã mía, một loại phế thải từ sản xuất công-nông nghiệp, có tiềm năng lớn trong việc sản xuất giấy in báo và giấy viết tại nhiều quốc gia như Cuba, Trung Quốc, Brazil và Argentina Tuy nhiên, ở Việt Nam, bã mía hiện nay chủ yếu được các nhà máy đường sử dụng làm chất đốt, dẫn đến việc ít được khai thác làm nguyên liệu sản xuất bột giấy Với độ dài sợi trung bình khoảng 1,2 mm và thành phần hóa học chứa 47-49% xenlulozơ, bã mía có thể trở thành nguồn nguyên liệu quý giá nếu được sử dụng hợp lý.
Bã mía chứa 23% lignin, 25-27% pentozan và 2-3% các chất vô cơ Khi được xử lý và bảo quản đúng cách, bã mía có thể trở thành nguyên liệu hiệu quả cho sản xuất bột giấy với hiệu suất cao.
Rơm rạ là nguyên liệu lý tưởng cho sản xuất bột giấy không tẩy trắng nhờ vào hàm lượng xenlulozơ khoảng 35-40% và lignin thấp (13-15%) Mặc dù chiều dài xơ sợi trung bình đạt 1-1,5 mm, nhưng hàm lượng tro cao (13-15%) có thể gây ra một số khó khăn trong quy trình sản xuất.
Ngoài các loại cây thân thảo ngắn ngày, cỏ Voi lai và thân cây Ngô cũng là những nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất bột giấy.
Quy cách chất lượng của nguyên liệu sản xuất bột giấy
Đánh giá chất lượng nguyên liệu đầu vào cho sản xuất bột giấy là rất quan trọng, thường dựa trên các số liệu trực quan và định tính sơ bộ Nếu cần, thông tin này có thể được bổ sung bằng các kết quả phân tích thí nghiệm Khi sử dụng nguyên liệu gỗ, các chỉ tiêu chất lượng và khả năng sử dụng cần được xem xét kỹ lưỡng.
- Chiều rộng các vòng tuổi;
- Độ thẳng và độ tròn của thân cây;
- Các vết mục, các phá hủy do côn trùng và nấm gây ra;
- Một số dấu hiệu khác
Chiều rộng vòng tuổi của cây là chỉ số gián tiếp phản ánh tỉ trọng gỗ, với vòng tuổi hẹp thường chỉ ra gỗ có tỉ trọng cao Chỉ tiêu này chủ yếu có ý nghĩa đối với gỗ lá rộng già hoặc gỗ lá kim, trong khi cây nguyên liệu giấy hiện nay thường được khai thác ở độ tuổi từ 3-7 năm, khiến vòng tuổi không rõ rệt để phân biệt.
Mấu mắt gỗ là phần gỗ có tỉ trọng cao, cấu tạo từ các xơ sợi ngắn và thô, ảnh hưởng đến chất lượng bột giấy Khi nấu bột, các mấu mắt thường giữ nguyên hình dạng và có thể tách ra trong quá trình sàng chọn, nhưng một lượng nhỏ xơ sợi từ bề mặt của chúng có thể tạo ra các mụn lanh nhỏ, làm giảm chất lượng bột Các tiêu chuẩn kiểm tra số lượng và kích thước mấu mắt rất quan trọng trong phân loại gỗ Độ thẳng và độ tròn của thân gỗ là những dấu hiệu của chất lượng tốt, trong khi thân cong gây khó khăn cho việc chế biến Hơn nữa, dạng lệch tâm hoặc oval của thiết diện ngang thân, thường kết hợp với phần gỗ muộn dày hơn, có thể làm giảm khả năng thẩm thấu dịch nấu và ảnh hưởng đến chất lượng bột giấy.
Vết mục là hiện tượng gỗ bị phân hủy và biến dạng do tác động của nấm và côn trùng, thường xảy ra trong điều kiện nhiệt độ từ 20-35 độ C và độ ẩm 30-50% Dựa vào mức độ biến đổi của gỗ, có thể phân loại thành nhiều giai đoạn khác nhau của quá trình mục nát.
- Vết nấm: khi một phần gỗ đã đổi mầu nhưng dấu hiệu mục còn chưa rõ ràng;
- Mục cứng: gỗ đã có các biến dạng về cấu tạo;
Mục nát là tình trạng khi gỗ xuất hiện các ổ nấm, lỗ nhỏ và vết sâu, khiến cho gỗ trở nên dễ gãy và tạo ra mùn Điều này làm cho gỗ có thể bị phá hủy một cách dễ dàng chỉ bằng tay không.
- Hốc cây: là kết quả tác dụng của không chỉ một loại nấm mà nhiều tổ hợp nấm khác nhau, tạo thành những hốc mềm trong thân cây
Các dạng mục gỗ phổ biến khi bảo quản bao gồm: mục xanh; mục trắng; mục đỏ và mục nâu
Mục xanh không làm giảm chất lượng gỗ đáng kể và thuộc loại khuyết tật cho phép Tuy nhiên, bột giấy sản xuất từ nguyên liệu nhiễm bệnh này có độ trắng thấp khi tẩy trắng Về mặt kỹ thuật, dạng mục xanh bề mặt có thể chấp nhận dưới hình thức các đốm riêng lẻ trên các đầu thân gỗ.
Mục trắng thường xuất hiện trên gỗ cây lá rộng, do các loại nấm phân hủy lignin gây ra Ban đầu, hiện tượng mục này không ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất bột giấy, nhưng khi gỗ chuyển sang màu vàng nhạt hoặc trắng bạc với vân đen, mục nát bắt đầu lan rộng Chất lượng bột giấy từ nguyên liệu này giảm rõ rệt về độ trắng và độ bền cơ học, do đó, không nên sử dụng loại gỗ này trong sản xuất.
Mục nâu là hiện tượng xuất hiện các đốm màu nâu đỏ trên đầu thân cây đã khai thác hoặc vết lớn trên mặt cắt dọc Khi hiện tượng này lan rộng, gỗ sẽ bị phân rã thành các miếng khô và mùn, khiến nguyên liệu này không thể sử dụng cho sản xuất.
Mục nát là hiện tượng thường gặp ở các loài thông và cây có nhựa, bắt đầu với phần gỗ có màu nâu đen mà không ảnh hưởng đến khả năng sử dụng nguyên liệu Tuy nhiên, ở giai đoạn cuối, gỗ sẽ xuất hiện các lỗ và vết nứt, lấp đầy bởi nấm, khiến cho gỗ không còn phù hợp để sử dụng.
Sự nhiễm nấm có thể làm giảm tỉ trọng gỗ và tăng độ hòa tan của gỗ trong dung dịch NaOH 1% Những biến đổi này đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm.
Các loài côn trùng có thể làm giảm chất lượng gỗ nguyên liệu bằng cách để lại những rảnh nhỏ trên bề mặt gỗ Tuy nhiên, những rảnh này không sâu và không ảnh hưởng đến hiệu suất cũng như chất lượng của bột sản xuất.
Các dấu hiệu chất lượng gỗ cần lưu ý bao gồm vết nứt và vết cháy sém Trong khi vết nứt không ảnh hưởng đến quá trình công nghệ, vết cháy sém lại là khuyết tật không thể chấp nhận, vì các hạt than không bị tác động của hóa chất có thể trở thành tạp chất trong bột gỗ.
Các nhà máy sản xuất bột giấy và xenlulozơ sử dụng nhiều loại nguyên liệu khác nhau, bao gồm gỗ trục, gỗ nhỏ, cành nhánh, dăm mảnh, mùn cưa và phế thải từ sản xuất cưa xẻ Ngoài ra, nguyên liệu phi gỗ như cây luồng, tre nứa, bã mía từ nhà máy đường và rơm rạ cũng được sử dụng trong quy trình sản xuất.
Gỗ trục là gỗ từ phần thân cây lớn có kích thước khác nhau, là dạng nguyên liệu chất lượng nhất
Gỗ nhỏ là nguyên liệu từ thân cây nhỏ hoặc cành nhánh, thường có độ mục cao và cong lớn, với nhiều mấu mắt và vỏ Gỗ nhỏ đa dạng về kích thước và loại cây, và được ưa chuộng nhờ giá thành thấp hơn nhiều so với gỗ trục.
Dăm mảnh gỗ được sản xuất từ các vùng thu mua nguyên liệu hoặc nơi có phế liệu gỗ, sau đó được vận chuyển đến nhà máy Chúng có thể là sản phẩm từ quá trình chế biến chuyên môn hóa hoặc phế thải từ các nhà máy chế biến gỗ.
Vận chuyển, bảo quản và tồn trữ nguyên liệu
Vận chuyển nguyên liệu từ khu vực khai thác và thu gom đến nhà máy sản xuất bột giấy hoặc nơi lưu trữ chủ yếu diễn ra qua hai phương thức: đường thủy và đường bộ.
Vận chuyển bằng đường thủy là phương thức tiết kiệm chi phí nhất, thường được sử dụng để chuyển nguyên liệu gỗ từ vùng cao xuống đồng bằng Các phương pháp chủ yếu bao gồm đóng bè tự trôi hoặc kéo bằng canô trên sông, hồ và các khu vực nước khác Tuy nhiên, phương thức này có thể gây tác động tiêu cực đến môi trường do chất trích ly trong nguyên liệu có thể hòa tan trong nước, và sự va chạm giữa nguyên liệu trong quá trình vận chuyển có thể ảnh hưởng đến hệ sinh thái Thêm vào đó, khí hậu và thủy nông không ổn định ở Việt Nam cũng gây ra nhiều khó khăn trong việc vận chuyển Dù vậy, vận chuyển đường thủy vẫn rất phổ biến và hiệu quả cho các loại nguyên liệu như tre, nứa và gỗ.
Vận chuyển bằng xà lan là phương thức hiệu quả cho việc vận chuyển nguyên liệu có kích thước đa dạng, tuy chi phí cao hơn so với đóng bè nhưng ít gây ảnh hưởng đến môi trường Tuy nhiên, phương thức này chỉ khả thi theo mùa, phụ thuộc vào điều kiện sông ngòi để đảm bảo việc di chuyển an toàn Các thách thức bao gồm cần lắp đặt thiết bị bốc dỡ, cưa cắt nguyên liệu, cũng như tổ chức tập kết và bảo quản nguyên liệu để duy trì nguồn cung cho nhà máy trong mùa không vận chuyển Hơn nữa, việc huy động nhân công theo thời vụ cũng là một yếu tố cần xem xét.
Vận chuyển nguyên liệu trên đường bộ có thể thực hiện bằng tầu hỏa hoặc xe tải
Phương thức vận chuyển này cho phép di chuyển mọi loại nguyên liệu từ nhiều địa điểm khác nhau và hoạt động liên tục trong suốt cả năm Sự phát triển của hệ thống giao thông công cộng, sự đa dạng hóa các loại hình doanh nghiệp cùng với việc giảm thiểu tác động đến môi trường đã thúc đẩy sự phát triển của phương thức vận chuyển này.
Vận chuyển bằng đường sắt có thể kết hợp hiệu quả với vận chuyển bằng xe tải, tuy nhiên, tại Việt Nam, phương thức này vẫn chưa phổ biến do hệ thống đường sắt còn hạn chế.
Để chọn phương thức vận chuyển phù hợp, cần xem xét tính chất nguyên liệu, đặc biệt là tỉ trọng, phương tiện vận chuyển khả dụng và hiệu quả kinh tế Tại Việt Nam, việc này trở nên phức tạp do địa hình đa dạng, sự phân bố nguyên liệu không đồng nhất, cũng như sự đa dạng trong thành phần kinh tế cung cấp nguyên liệu, cùng với điều kiện khí hậu và hạ tầng.
Nguyên liệu được vận chuyển về một địa điểm lưu trữ để sử dụng, với các phương thức khác nhau: tre nứa và luồng thường được chuyển bằng đường thủy, trong khi gỗ và dăm mảnh gỗ được vận chuyển bằng đường bộ.
Mục đích chính của việc tồn trữ nguyên liệu là đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra liên tục, đặc biệt trong các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy với quy mô lớn và nhu cầu nguyên liệu cao, có thể lên đến hàng trăm tấn mỗi ngày Dù nguồn nguyên liệu có thể được cung cấp đều đặn, nhưng việc không tồn trữ có thể gây khó khăn trong việc duy trì nguồn cung liên tục cho dây chuyền sản xuất Nguyên liệu cần được lựa chọn và xử lý trước khi đưa vào sản xuất, do đó, việc tồn trữ một lượng nguyên liệu hợp lý là cần thiết, dựa trên khả năng tài chính, hiệu quả kinh tế, yêu cầu công nghệ và cơ sở hạ tầng của nhà máy Đối với nguyên liệu thân thảo như rơm rạ hay bã mía, thường được dự trữ trong 3-6 tháng do tính thời vụ của việc thu hoạch Trong khi đó, nguyên liệu gỗ hay tre nứa, mặc dù không bị giới hạn bởi thời vụ, cũng cần được dự trữ cho một chu kỳ vài tháng do thời gian cần thiết cho khai thác, thu mua và vận chuyển.
Trong quá trình bảo quản nguyên liệu, các yếu tố môi trường như mưa, gió và lên men tự nhiên có thể ảnh hưởng đến độ ẩm và chất lượng nguyên liệu Nếu không gây hại nghiêm trọng, những biến đổi này có thể có lợi cho quá trình chế biến Ví dụ, tinh dầu và chất béo từ Tre, Nứa hay gỗ có thể bay hơi và phân hủy nhờ thông gió tốt, giúp giảm tác động tiêu cực đến sản xuất bột Đối với nguyên liệu thân thảo, sau 5-6 tháng bảo quản, các chất khoáng và tinh bột dễ hòa tan, cải thiện quá trình thẩm thấu và giảm tiêu hao hóa chất Tương tự, bã mía khi bảo quản vài tháng có thể giảm độ ẩm và hàm lượng đường, nhưng sự phân hủy tự nhiên cũng có thể làm giảm chất lượng xơ sợi, đặc biệt trong điều kiện ẩm ướt và thiếu thông gió.
2.4.2.1 Các yêu cầu đối với kho bãi nguyên liệu
Kho nguyên liệu đóng vai trò quan trọng trong phân xưởng sản xuất bột giấy Việc bố trí và tổ chức kho bãi cần phải dựa trên nhu cầu tồn trữ nguyên liệu và khả năng của nhà máy để đảm bảo hiệu quả trong quá trình sản xuất.
Kho bãi nguyên liệu trong sản xuất được chia thành kho nguyên liệu trong nhà xưởng và kho bãi ngoài trời Kho trong nhà xưởng lưu trữ nguyên liệu đã qua xử lý và chuẩn bị cho sản xuất, trong khi kho bãi ngoài trời phục vụ cho việc tiếp nhận, phân loại và lưu trữ nguyên liệu dài hạn với số lượng lớn Thiết kế kho bãi cần được điều chỉnh theo dạng nguyên liệu để đảm bảo tính hiệu quả trong quản lý và sử dụng.
Cần chú ý một số yêu cầu sau đối với kho bãi nguyên liệu:
-Yêu cầu về an toàn cháy
Nguyên liệu thực vật, đặc biệt là nguyên liệu thân thảo, có nguy cơ bắt lửa cao do tự cháy, ẩm độ cao và sự lên men tự nhiên Để ngăn ngừa hỏa hoạn, cần kiểm soát độ ẩm của nguyên liệu trước khi lưu trữ và áp dụng biện pháp bảo quản phù hợp Ngoài ra, các yếu tố bên ngoài cũng có thể gây hỏa hoạn, vì vậy cần trang bị các cột chống sét và hệ thống cứu hỏa theo quy định của ngành Việc thiết kế đường phòng hỏa lớn và đặt kho nguyên liệu ở vị trí hợp lý, như phía cuối hướng gió chính, là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho quá trình sản xuất và lưu trữ.
Để sản xuất một tấn bột hóa từ gỗ, cần từ 2-3 tấn nguyên liệu, tương đương 3-5m³ gỗ trục, trong khi bột cơ chỉ cần một nửa lượng nguyên liệu Khối lượng vận chuyển nguyên liệu trong kho bãi chiếm khoảng 50% tổng nhu cầu vận chuyển của toàn nhà máy Do đó, việc duy trì nguồn cung cấp nguyên liệu ổn định cho sản xuất là rất quan trọng, yêu cầu hệ thống vận chuyển nguyên liệu ra vào xưởng phải liên thông, thuận tiện và không ngừng hiện đại hóa thiết bị để phù hợp với quy mô sản xuất.
Lựa chọn thiết bị vận chuyển phù hợp cho kho bãi nguyên liệu phụ thuộc vào loại nguyên liệu và quy mô của kho Đối với kho bãi lớn, cần trục hoặc cần treo thường được sử dụng để bốc dỡ nguyên liệu, trong khi dăm mảnh gỗ có thể được vận chuyển bằng vít tải hoặc máng tải Đối với kho bãi nhỏ, nơi nguyên liệu chủ yếu là gỗ ngắn, cành nhánh, đầu mẩu hay phế liệu từ sản xuất cưa xẻ, mức độ cơ giới hóa vận chuyển thấp hơn và có thể kết hợp với các phương pháp thủ công.
Nguyên liệu thân thảo và thân cỏ thường được vận chuyển bằng rơ moóc đầu kéo, ôtô, và máy kéo Một số nhà máy lớn còn trang bị hệ thống băng tải liên thông từ nơi nhập nguyên liệu vào kho bãi Đối với những kho bãi có quy mô nhỏ hơn, người ta thường sử dụng xe goòng hoặc xe kéo tay để vận chuyển nguyên liệu.
- Yêu cầu về mặt bằng kho bãi nguyên liệu
CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU
Cắt khúc hay phân đoạn gỗ
Công đoạn đầu tiên trong quá trình chuẩn bị nguyên liệu dăm mảnh là cắt gỗ nguyên liệu thành các khúc theo tiêu chuẩn kỹ thuật Gỗ được đưa về nhà máy chế biến dăm mảnh hoặc sản xuất bột giấy dưới dạng cả cây có chiều dài khác nhau, việc cắt khúc này là cần thiết để đảm bảo quy trình chế biến hiệu quả và đồng nhất.
- Đại đa số các thiết bị bóc vỏ hiện đại phù hợp với chiều dài gỗ trục khoảng 2-2,5 m;
Hiện nay, thiết bị chặt mảnh chủ yếu sử dụng các máy chặt mảnh có đường dẫn gỗ nghiêng, điều này khiến cho việc chặt mảnh gỗ dài trở nên khó khăn hoặc không tiện lợi.
- Khi sản xuất bột gỗ mài, chiều dài của gỗ cần tương ứng chính xác với khoang tiếp liệu (thường không vượt quá 1,6 m)
Ngoài ra, kích thước của bàn tiếp nhận gỗ vào dây chuyền và sự cần thiết cắt khúc để nâng cao hiệu quả trong quá trình chuẩn bị nguyên liệu cũng là những yếu tố quan trọng cần xem xét.
Cắt khúc gỗ là quá trình sử dụng các phương pháp như cưa, phay hoặc cắt để tạo ra các đoạn gỗ Trong đó, cưa là phương pháp phổ biến nhất, giúp cắt gỗ thành từng đoạn bằng nhiều loại cưa khác nhau, với máy cưa đĩa là thiết bị được ưa chuộng nhất.
Máy cưa nhiều lưỡi hiện đại có năng suất cao, sử dụng hệ thống băng tải xích để đưa gỗ vào máy Số lượng lưỡi cưa tương ứng với số đoạn gỗ được cắt ra, với đường kính cưa đĩa từ 150-2200 mm hoặc lớn hơn Các loại cưa này không chỉ nâng cao hiệu quả cắt mà còn giảm thiểu lượng mùn cưa phát sinh.
Máy phay, có hình dáng tương tự như máy cưa, sử dụng đĩa phay với đường kính lớn để cắt gỗ Khi cắt gỗ bằng máy phay, không tạo ra mùn cưa như khi dùng cưa, mà thay vào đó là dăm mảnh nhỏ (mùn vụ gỗ), có thể được phối trộn với dăm mảnh nguyên liệu để sử dụng.
Cắt gỗ bằng dao cắt không tạo ra mùn cưa, với thiết bị hiệu quả nhất là máy cắt gỗ dạng đè Máy này sử dụng dao phẳng dày khoảng 5 mm, được mài sắc một bên, có khả năng cắt gọn thân gỗ có đường kính lên tới 400 mm chỉ trong 0,1-0,2 giây Hiện nay, đã có các loại thiết bị cắt khúc gỗ không tạo ra phế thải.
Rửa gỗ
Sau khi được cắt khúc, gỗ sẽ được đưa lên bàn tiếp nhận và xối rửa để loại bỏ đất, cát và tạp chất khác Quá trình này không chỉ giúp gỗ có độ ẩm nhất định, mà còn dễ dàng di chuyển trên hệ thống băng tải và giúp việc bóc vỏ trở nên hiệu quả hơn.
Bóc vỏ
Vỏ cây có độ dày khác nhau tùy thuộc vào loài và tuổi của cây, thường chiếm 10-15% khối lượng cây khô, với một số loài lên tới 18-20% Cấu tạo của vỏ cây gồm hai lớp: lớp vỏ ngoài (biểu bì) là tế bào chết, bảo vệ cây, và lớp vỏ trong (vỏ chính) được tạo thành từ mô tế bào sống, có chức năng vận chuyển nước và chất dinh dưỡng.
Vỏ cây bao gồm nhiều loại tế bào khác nhau, tạo thành một mô tế bào chắc chắn với khả năng kháng nước và không khí Các tế bào ở phần vỏ trong có chức năng vận chuyển nước và chất dinh dưỡng vào các tế bào parenchim để dự trữ Trong gỗ, có hai loại tế bào cơ, trong đó loại dày tới 3 mm là các xơ sợi libe, còn loại kia có vách mỏng Về mặt hóa học, các xơ sợi libe được cấu tạo từ xenlulozơ, hemixenlulozơ và lignin, trong khi các tế bào khác có hàm lượng chất trích ly cao Đặc biệt, hàm lượng các chất trong vỏ cây thường cao hơn so với mô gỗ.
Hình 3.2: Cấu tạo mặt cắt ngang gỗ trục
Dù sản xuất bột giấy theo phương pháp nào, gỗ nguyên liệu cũng cần được bỏ vỏ trước khi đưa vào sản xuất do một số lý do sau:
Sự hiện diện của vỏ cây ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất sản xuất bột, vì vỏ cây chứa hàm lượng xơ sợi rất thấp, khiến chúng khó giữ lại trong quá trình nấu Chỉ khoảng 20% xơ sợi từ vỏ cây có thể được thu hồi sau khi nấu.
- Vỏ có thể gây ảnh hưởng đến thiết bị công nghệ, như gây mài mòn bề mặt thiết bị, tắc lưới, đường ống;
Vỏ có hàm lượng cao các chất trích ly, dẫn đến việc gia tăng tiêu hao hóa chất trong quá trình nấu hoặc xử lý dăm mảnh để sản xuất bột cơ Điều này gây ra các vấn đề về nhựa (kết dính), ảnh hưởng tiêu cực đến toàn bộ quy trình sản xuất bột giấy và giấy.
- Vỏ cản trở quá trình thoát nước của bột giấy, ảnh hưởng đến quá trình rửa bột và xeo giấy
Vỏ lăm làm tăng độ bụi của bột giấy, bởi vì một phần vỏ không bị phân hủy trong quá trình nấu bột và tẩy trắng, dẫn đến sự hình thành các mụn lanh trên bề mặt giấy.
Lớp biểu bì của cây mới khai thác, đặc biệt vào mùa xuân và mùa hè, là phần vỏ dễ bóc nhất Ngược lại, vỏ cây khai thác vào cuối mùa thu và mùa đông có độ bám chặt gấp đôi Khi thời tiết quá lạnh hoặc gỗ đã khô, lực kết bám của vỏ tăng lên, khiến việc bóc vỏ gỗ khô hoặc gỗ lạnh trở nên khó khăn hơn Tuy nhiên, gỗ được ngâm lâu dưới nước hoặc xử lý bằng nước nóng sẽ dễ bóc vỏ hơn.
Yêu cầu về độ sạch vỏ trong dăm mảnh nguyên liệu được xác định bởi hàm lượng vỏ cho phép, được tính bằng công thức y0 (1-k/k o) Trong đó, k đại diện cho hàm lượng vỏ tối đa cho phép trong dăm mảnh nguyên liệu (%), còn k o là hàm lượng vỏ có trong gỗ trước khi được bóc vỏ (%).
Các loại thiết bị bóc vỏ gỗ hiện nay sử dụng trong sản xuất bột giấy, có thể chia thành ba dạng chủ yếu:
-Máy bóc vỏ dạng rôto;
-Máy tước vỏ dạng thùng và dạng tunnel
Thùng bóc vỏ kiểu phổ biến là một tang hình trụ bằng thép nghiêng, hoạt động dựa trên lực ma sát giữa gỗ và các gờ trên vách thùng Khi thùng quay chậm quanh trục dọc, gỗ bên trong bị xáo trộn và cọ xát với nhau cũng như với các gờ, dẫn đến việc vỏ gỗ bị phá vỡ và tách ra khỏi thân Vỏ gỗ sau đó sẽ lọt qua khe hở và được đưa ra khỏi thùng.
Các loại thùng bóc vỏ khác biệt nhau về cấu tạo và công dụng của chúng, có thể gồm:
Thùng bóc vỏ là thiết bị lý tưởng cho việc xử lý cành cây và các đoạn gỗ ngắn có hình dáng phức tạp và độ cong lớn Với thiết kế đặc biệt, nguyên liệu được đưa vào thùng một cách tự do, cho phép chúng di chuyển lăn một cách ngẫu nhiên trong khoang Quá trình này giúp nguyên liệu chuyển động từ đầu này sang đầu kia của thùng và cuối cùng được đưa ra ngoài một cách hiệu quả.
Thùng bóc vỏ cho gỗ dài được thiết kế để xếp gỗ song song với trục quay, giúp nâng cao năng suất và giảm thiểu tổn hao cũng như tổn thương cho gỗ.
Dạng thùng bóc vỏ gỗ cho các đoạn ngắn đang trở nên phổ biến và phù hợp với sản xuất tại Việt Nam Nguyên liệu được xếp tự do, chiếm từ 1/2 đến 2/3 thể tích thùng, và di chuyển theo chiều dọc, với nguyên liệu được cấp vào từ một đầu và ra từ đầu kia Hiện nay, chỉ có một số nhà máy lớn như giấy Bãi Bằng thuộc TCT Giấy Việt Nam và Công ty CP Giấy An Hòa được trang bị loại thùng này.
Với cùng một thùng bóc vỏ, có các phương pháp bóc vỏ sau: Bóc vỏ ướt, bóc vỏ nửa khô và bóc vỏ khô
Bóc vỏ ướt là phương pháp sử dụng nước nóng để thúc đẩy quá trình bóc vỏ, trong đó nước được cấp vào thùng bóc vỏ và chiếm một phần thể tích thùng Thùng có thể được quay trong một bể chứa nước, giúp vỏ được bóc khỏi thân gỗ cùng với dòng nước và được đưa ra ngoài Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là chi phí nước cao và năng suất thấp, do đó hiện nay ít được sử dụng.
Trong phương pháp bóc vỏ nửa khô, thùng bóc vỏ được chia thành hai khoang gần bằng nhau Khoang đầu tiên, theo hướng di chuyển của gỗ, có vách liền với các mấu nhọn gắn trên bề mặt, giúp cắt vỏ thành các vết cắt Một lượng nước được cấp vào khoang này và được giữ lại nhờ các gờ ngăn ở hai đầu khoang.
Gỗ được làm ướt và sây sát vỏ trước khi chuyển sang khoang bóc vỏ, nơi không có nước Vỏ gỗ được bóc ra và rơi vào khoảng giữa các thanh gắn mấu, sau đó được đưa ra ngoài qua các khe Mỗi khoang của thùng được lắp đặt trên giá đỡ và quay tròn nhờ hệ thống dẫn động riêng.
Các thùng bóc vỏ khô thường được trang bị các gờ trên vách thùng và sử dụng hơi nước hoặc khí nóng để tăng tốc độ bóc vỏ Việc sử dụng thiết bị này mang lại lợi ích tiết kiệm nước và giảm thiểu nước thải Tuy nhiên, nhược điểm là năng suất có thể giảm khi bóc vỏ các loại gỗ có lớp biểu bì khô, vì vỏ không thấm nước trong trường hợp này.
Hình 3.3: Thùng bóc vỏ gỗ hiện đại
Ngoài ra còn có các loại thùng bóc vỏ liên hợp, có thể bóc vỏ bằng các phương pháp khác nhau tùy thuộc vào độ ẩm của gỗ
Chặt mảnh
Để sản xuất bột giấy từ gỗ hoặc tre nứa, cần chặt hoặc cắt chúng thành những đoạn có kích thước phù hợp với quy trình sản xuất.
Các tiêu chuẩn chất lượng, thành phần kích cỡ, nguyên tắc giao nhận, bảo quản và tồn trữ dăm mảnh được quy định bởi các tiêu chuẩn ngành hoặc tiêu chuẩn kỹ thuật của nhà máy sản xuất Đối với dăm mảnh xuất khẩu, các tiêu chuẩn quốc tế cũng có thể được áp dụng để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Các nhà máy sản xuất bột giấy thường có các tiêu chuẩn kỹ thuật riêng, phù hợp với điều kiện sản xuất và công nghệ hiện có Chỉ tiêu chất lượng của dăm mảnh bao gồm kích thước, thành phần kích cỡ và chất lượng bề mặt cắt Kích thước dăm mảnh được xác định bởi chiều dài, chiều rộng và chiều dày, với yêu cầu đồng đều: chiều dài từ 15-25 mm, rộng từ 5-20 mm và dày từ 3-5 mm Đặc biệt, lượng dăm mảnh đạt tiêu chuẩn phải đạt ≥ 90%.
Hình 3.6: Hình dạng và kích thước dăm mảnh gỗ
Chiều dài dăm mảnh là một trong những đặc tính quan trọng nhất, ảnh hưởng đến quá trình thẩm thấu hóa chất Dăm mảnh có chiều dài ngắn giúp dung dịch thẩm thấu nhanh và đồng đều hơn, đặc biệt là trong trường hợp gỗ khô, nơi thẩm thấu mao quản đóng vai trò chủ yếu Tuy nhiên, việc chế biến dăm mảnh ngắn có thể làm đứt nhiều sợi, dẫn đến ảnh hưởng tiêu cực đến độ bền cơ học của bột.
Chiều rộng dăm mảnh ảnh hưởng đến quá trình sản xuất bột, với mức độ ảnh hưởng thấp hơn Để đạt hiệu quả tối ưu, chiều rộng dăm mảnh nên gần bằng chiều dài, có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn chiều dài.
Chiều dày dăm mảnh đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý hóa chất, vì thẩm thấu khuếch tán diễn ra mạnh mẽ hơn so với thẩm thấu mao quản Điều này ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình xử lý.
33 khi nấu bột bằng dịch nấu, không gây trương nở nguyên liệu nhiều hoặc khi sử dụng dăm mảnh có độ ẩm rất cao
Thành phần kích cỡ đề cập đến hàm lượng dăm mảnh với các kích thước khác nhau, bao gồm cả dăm mảnh quá cỡ và mùn vụn Độ vát, là góc cắt so với mặt phẳng dọc theo chiều dài xơ sợi, đóng vai trò quan trọng trong quá trình thẩm thấu mao quản khi xử lý dăm mảnh bằng nước hoặc dung dịch hóa chất Độ vát không chỉ tăng năng suất chặt mảnh và giữ được hình dạng mà còn tăng diện tích thiết diện của mao quản, giúp chất lỏng thẩm thấu hiệu quả hơn vào dăm mảnh Do đó, để đảm bảo quá trình thẩm thấu diễn ra thuận lợi, độ vát của dăm mảnh cần tạo ra thiết diện của các mao quản lớn nhất.
Kích thước của dăm mảnh được xác định theo phương pháp tiêu chuẩn hóa SCAN –CM 40:01
Trong quy trình sản xuất bột giấy, gỗ trục được chế biến thành dăm mảnh bằng cách sử dụng máy chặt mảnh dạng mâm dao quay, với năng suất và tính năng sử dụng đa dạng.
Hình 3.7: Các loại máy chặt mảnh gỗ
Máy chặt mảnh nhỏ của Trung Quốc và Đài Loan có năng suất từ vài đến vài chục m³/h, trong khi các máy chặt mảnh hiện đại có thể đạt năng suất hàng trăm đến vài ngàn m³/h Những máy chặt mảnh nhỏ gọn, dễ di chuyển và lắp đặt, rất phù hợp với ngành sản xuất dăm mảnh nguyên liệu giấy ở Việt Nam, nơi có hàng ngàn doanh nghiệp sử dụng gỗ kích thước nhỏ Ngược lại, các nhà máy lớn như nhà máy giấy Bãi Bằng và Công ty CP Giấy An Hòa sử dụng máy chặt mảnh hiện đại với gỗ kích thước lớn để sản xuất dăm mảnh nguyên liệu chất lượng cao.
Bộ phận chính của máy chặt gỗ là mâm dao lắp thẳng đứng, trên đó gắn các dao cắt với góc nghiêng cố định Các loại máy chặt khác nhau về phương pháp cấp gỗ, hình dạng mâm dao và sự phân bố lưỡi dao Mâm dao thông dụng có đường kính từ 1-4 m và độ dày từ 50-150 mm Độ dày của dao cắt trên mâm dao dao động từ 20-25 mm, với chiều rộng tối thiểu 200 mm tùy thuộc vào đường kính mâm Góc sắc của dao cắt nằm trong khoảng 34-42 độ, và phần tiếp xúc cắt với gỗ được gọi là mặt cắt của dao.
Mặt lắp đặt của dao, được gọi là phần phía sau, tạo một góc lắp dao α với mặt phẳng của mâm dao Lưỡi dao thường được lắp nhô lên khỏi mặt mâm khoảng 11-14 mm, trong khi độ cao của dao, tức khoảng cách từ lưỡi dao cắt đến dao đế, thường dao động từ 18-20 mm.
Máy có số dao ít (3-4 dao) thường hoạt động gián đoạn, dẫn đến năng suất thấp và khó đạt tiêu chuẩn đồng nhất về kích thước của dăm, vì vậy chúng ít được sử dụng.
Hình 3.8 Máy chặt mảnh gỗ dạng mâm dao quay và dao chặt
1- Mâm dao, 2- Đế lắp dao, 3-Trục dẫn động;
4-Bánh đà; 5- Cửa cấp gỗ vào mâm dao; 6-Bàn cấp gỗ có băng tải; 7-Băng tải dăm mảnh; 8-Khung đế máy; 9-Động cơ điện truyền động;
10-Dây cu roa; 11-Cửa thay dao chặt mảnh; 12-Bộ phận điều chỉnh mâm dao; 13-Bộ dẫn động cấp gỗ vào mâm dao; 14-Dao chặt mảnh;
15-Bu lông giữ mâm dao; 16-Trục của cấp gỗ vào mâm dao
Máy chặt mảnh hiện đại thường có từ 10 đến 16 dao cắt, trong khi một số loại năng suất cao có thể trang bị tới 25 dao Chúng hoạt động theo nguyên lý liên tục, cho phép dao cắt liên tục tiếp xúc với gỗ, giúp định vị chính xác trong quá trình chặt mảnh và đảm bảo chất lượng dăm mảnh sản xuất ra.
Theo phương pháp đẩy gỗ vào mâm dao, máy chặt mảnh được chia thành hai loại: cấp gỗ nghiêng và cấp gỗ ngang Loại cấp gỗ nghiêng có máng nghiêng 45-52 độ so với phương nằm ngang và xoay 10-30 độ so với trục máy, thường dùng để chặt mảnh gỗ trục dài dưới 3 m Đối với gỗ có chiều dài lớn hơn, sử dụng máy có máng cấp gỗ ngang nghiêng 38-45 độ, với mâm dao nghiêng và cấu trúc phức tạp do tải trọng lớn trên trục máy và động cơ.
Trong các máy dạng mâm dao, dăm mảnh sau khi được chặt sẽ được đưa ra ngoài theo hai hướng: từ phía trên hoặc xả xuống phía dưới Nếu dăm mảnh được xả lên phía trên, chúng sẽ được chuyển vào cyclon mảnh, sau đó tiếp tục đến buồng làm đều và sàng chọn Khi xả xuống, quá trình xử lý sẽ diễn ra theo cách tương tự.
Sàng chọn và kiểm soát chất lượng dăm mảnh
Dù sử dụng máy chặt mảnh hiện đại, kích cỡ dăm mảnh vẫn không đồng đều do tính chất gỗ nguyên liệu khác nhau, sự di chuyển của gỗ trong quá trình chặt, cấu trúc máy không hoàn thiện và các bộ phận máy đã bị hao mòn.
Kích thước đồng đều của dăm mảnh là yếu tố quan trọng quyết định chất lượng bột Tuy nhiên, trong quá trình chặt, dăm mảnh thường không đồng nhất về kích thước do nhiều nguyên nhân khác nhau, vì vậy cần thiết phải phân loại chúng.
Để nâng cao hiệu quả trong quá trình sản xuất bột giấy và đảm bảo chất lượng, cần chú ý đến 36 loại nguyên liệu khác nhau Độ không đồng đều về kích thước của dăm mảnh có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau.
- Chặt mảnh gỗ vào mùa đông (gỗ lạnh) hay gỗ quá khô (độ khô >70%) sẽ cho nhiều mảnh nhỏ và mùn vụn gỗ hơn;
- Gỗ có nhiều cành nhánh sẽ cho mảnh quá cỡ nhiều hơn;
Gỗ nhỏ thường tạo ra nhiều mảnh nhỏ và mảnh quá cỡ hơn do tỉ lệ cành nhánh cao hơn Để kiểm soát kích cỡ của dăm mảnh, phương pháp sàng chọn và phân loại dăm mảnh được áp dụng.
- Mảnh hợp cách (có kích cỡ phù hợp tùy theo yêu cầu sản xuất của mỗi nhà máy);
- Mảnh vụn và mùn vụn gỗ;
Tùy thuộc vào dạng nguyên liệu, yêu cầu của thực tế sản xuất, mà quy định tiêu chuẩn kích cỡ cho các loại dăm mảnh nêu trên
Trong quá trình sản xuất, phần mảnh hợp cách và mảnh nhỏ thường được trộn lẫn, nhưng mảnh vụn và mùn vụn gỗ chỉ chiếm khoảng 1-3% Phần này không chỉ chứa mùn vụn gỗ mà còn có vỏ cây, tạp chất cứng, nhựa và các mảnh vụn khác, có thể gây cản trở cho thiết bị và quy trình sản xuất Những tạp chất này làm giảm độ trắng và độ bền cơ học của sản phẩm, đồng thời ảnh hưởng tiêu cực đến các công đoạn như thu hồi hóa chất và xử lý nước thải, làm tăng mức tiêu hao hóa chất và năng lượng Do đó, việc giảm thiểu lượng dăm mảnh và tách chúng ra khỏi nguyên liệu trong quá trình chặt và sàng chọn là rất cần thiết.
Lượng mảnh quá cỡ trong quá trình chặt mảnh có thể dao động từ 4-5% đến 10-12%, tùy thuộc vào cấu trúc của máy chặt Những phần dăm mảnh này sẽ được sàng lọc và tiếp tục chặt lại để tạo ra dăm mảnh đạt tiêu chuẩn sử dụng.
Sàng chọn mảnh được thực hiện bằng nhiều loại máy sàng khác nhau, bao gồm sàng cơ với mặt sàng dạng rây, vỉ hoặc thanh răng di động Để loại bỏ tạp liệu không phải gỗ như chất dẻo và kim loại, người ta thường kết hợp sử dụng các thiết bị như thiết bị thổi khí và nam châm điện từ.
Sàng rây là loại thiết bị phổ biến nhất trong ngành phân loại vật liệu, bao gồm hai kiểu chính: kiểu chân đế và kiểu treo Thiết bị này phân loại mảnh thành ba phần: mảnh quá cỡ được xử lý bằng máy chặt hoặc máy nghiền, mảnh hợp cách (bao gồm mảnh dày và mảnh nhỏ) được sử dụng cho sản xuất, và mùn vụn Tuy nhiên, nhược điểm của sàng rây là không thể phân loại mảnh dày, bao gồm cả phần mấu mắt, và không giữ lại được một lượng mùn vụn hợp cách lên tới 3%.
Sàng rây được phân loại thành ba kiểu chính: kiểu chân đế, kiểu treo và kiểu đĩa tròn Để sàng chọn mảnh dày, các loại sàng kiểu trục và kiểu thanh răng cũng được sử dụng.
Sàng kiểu đĩa là thiết bị có cấu trúc gồm một dàn trục với các đĩa sàng được gắn cách nhau một khoảng nhất định, tạo ra các khe hở với chiều rộng xác định Khi vật liệu được cấp vào sàng, các đĩa sẽ cuốn theo chiều dọc, cho phép mảnh vật liệu rơi vào các khe Nếu kích thước mảnh lớn hơn chiều rộng khe, chúng sẽ bị loại ra Tuy nhiên, sàng kiểu đĩa có nhược điểm như mảnh có thể bị bào mòn và thời gian sử dụng của các đĩa thường chỉ kéo dài từ 4-6 năm, đồng thời chỉ có khả năng phân loại được hai loại mảnh theo chiều dày.
Hình 3.10 Sàng mảnh gỗ kiểu đĩa của hãng
Bộ phận sàng kiểu thanh trục bao gồm một dàn trục với bề mặt hình dạng khác nhau, cho phép phân loại các mảnh quá cỡ, mảnh dày hay mùn vụn Sàng này có thể được sử dụng để chọn lại phần mảnh từ các loại sàng lưới truyền thống, nhằm thu được phần mảnh hợp cách Khác với sàng đĩa, sàng thanh trục không gây bào mòn dăm mảnh và có thời gian sử dụng lên tới hàng chục năm Chúng dễ dàng khởi động lại ngay cả khi dừng máy đột ngột, giúp xử lý mảnh còn kẹt trên mặt sàng Khi hoạt động, sàng kiểu thanh trục đảo lật mảnh mạnh mẽ mà không gây rung chuyển, tạo nên hiệu suất làm việc cao.
Sàng mảnh kiểu thanh răng có cấu tạo từ các thanh cách nhau một khoảng nhất định và hoạt động bằng cách quay quanh trục của chúng Các thanh quay theo chiều ngược nhau, tạo ra chuyển động cho mảnh trên bề mặt sàng, được đặt nghiêng một góc so với chiều ngang Mặc dù có kết cấu và vận hành phức tạp, loại sàng này ít gây xây xát cho mảnh.
Máy thổi khí được sử dụng để loại bỏ tạp liệu có kích thước lớn, giúp tiết kiệm điện năng Ngoài việc loại bỏ các tạp liệu nhỏ, máy còn có khả năng xử lý những mảnh lớn như mấu mắt to và mảng vỏ, tuy nhiên không phù hợp cho sản xuất bột.
Nâm châm điện từ (còn được gọi là máy dò kim loại) có kết cấu đa dạng, dùng loại bỏ các vật thể kim loại chứa trong dăm mảnh
Mảnh quá cỡ sau sàng chọn được xử lý lại (chặt lại) bằng máy chặt mảnh kiểu thùng, theo phương pháp cắt mảnh theo chiều dọc xơ sợi
Máy chặt mảnh của Acrowood Corporation được thiết kế với cơ cấu dẫn mảnh độc đáo, cho phép mặt dăm mảnh trượt theo thành đáy thùng và tiếp xúc với dao cắt nhờ các cánh vét, thay vì sử dụng dao đế truyền thống.
Hình 3.11 Sàng mảnh gỗ kiểu thanh trục
Hình 3.12 Sàng mảnh kiểu thanh răng của hãng Rader (Canada)
Sau khi đi qua máy, 39 cỡ sẽ được xử lý triệt để, đồng thời tạo ra khoảng 2-4% mùn vụn gỗ Để xử lý các mảnh quá cỡ, người ta sử dụng thiết bị với hai trục quay ngược chiều nhau, có bề mặt ép hình chóp, giúp ép bẹp các mảnh mà không làm biến dạng nhiều Nhờ vào các vết nứt hình thành, mảnh có thể dễ dàng thẩm thấu dung dịch khi nghiền hoặc nấu Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là có thể làm nát vụn các mảnh, vì vậy thường được thực hiện trước khi cho vào nấu.
Rửa mảnh và làm đều ẩm
Mảnh sau sàng chọn cần được rửa bằng hệ thống rửa để loại bỏ tạp chất cơ học và đảm bảo độ ẩm đồng đều trước khi bảo quản và cung cấp cho quá trình nấu Tại Việt Nam, dăm mảnh nguyên liệu thường được chế biến tại các doanh nghiệp vừa và nhỏ, dẫn đến chất lượng và độ ẩm không đồng nhất Do đó, bên cạnh việc tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, việc sàng chọn, rửa và điều chỉnh độ ẩm là rất cần thiết để nâng cao chất lượng sản phẩm.
Hệ thống rửa mảnh hiện đại của Metso bao gồm các thiết bị chính như khoang rửa với cơ cấu bánh cào, vít tải vắt nước, băng tải mảnh, thiết bị tách cặn và xử lý nước rửa, cùng bể chứa nước cấp Dăm mảnh sau khi sàng chọn sẽ được cấp vào khoang rửa, sau đó chuyển sang vít tải để vắt nước, rồi qua băng tải đến bãi chứa Nước rửa từ vít tải và băng tải, cùng với cặn, sẽ được thu gom tại bể lọc và sau đó đưa vào bể lắng.
Sau khi thu gom vào bể chứa, nước được phối trộn với nước mới để sử dụng cho việc rửa mảnh Cặn bẩn, bao gồm cát và tạp chất khác, sẽ được tách ra bằng thiết bị chuyên dụng trước khi được xử lý.
41 Hình 3.15: Sơ đồ công nghệ dây chuyền rửa mảnh