Microsoft Word DT CNTayECF 2008 doc 1 BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ ************************ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2008 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ[.]
BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ ************************ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2008 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TẨY TRẮNG BỘT GIẤY SUNPHÁT TỪ NGUYÊN LIỆU GỖ CỨNG THEO PHƯƠNG PHÁP ECF RÚT GỌN Cơ quan chủ quản : Bộ Cơng Thương Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài : : Viện Công nghiệp Giấy Xenluylô ThS Cao Văn Sơn 7121 17/02/2009 Hà nội 12/2008 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU I.1 I.1.1 I.1.2 I.1.3 I.1.4 I.1.5 I.1.6 I.1.7 I.2 II.1 II.2 II.3 II.4 III.1 III.2 III.3 III.4 III.4.1 III.4.2 III.5 III.5.1 III.5.2 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VÈ CÔNG NGHỆ TẨY TRẮNG ECF VÀ ECF RÚT GỌN Tẩy trắng bột giấy công nghệ ECF Tách loại lignun oxy môi trường kiềm (O) Tẩy trắng bột giấy đioxyt clo (D) Giai đoạn trích ly kiềm (E) Tẩy trắng bột giấy peroxyt hydro (P) Tẩy trắng bột giấy ozon (Z) Một số quy trình ECF sử dụng nhà máy Ảnh hưởng axit hexauronic trình tẩy trắng bột giấy Tẩy trắng bột giấy công nghệ ECF rút gọn CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu Hóa chất Thiết bị nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Thành phần hóa -lý nguyên liệu Nấu bột giấy tách loại lignin oxy – kiềm Nghiên cứu thăm dị số quy trình ECF rút gọn Xác định điều kiện tối ưu cho quy trình tẩy (DQ)(PO) Nguyên liệu keo tai tượng Nguyên liệu bạch đàn Xác định điều kiện tối ưu cho quy trình tẩy D0(EO)D1 Nguyên liệu bạch đàn Nguyên liệu keo tai tượng Trang 10 12 14 15 15 19 22 22 22 22 23 37 38 39 46 47 51 56 57 62 III.6 Đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật môi trường KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 72 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ECF Elemental chlorine – free, Công nghệ tẩy trắng bột giấy không dùng clo nguyên tố TCF Totally chlorine – free, Công nghệ tẩy trắng bột giấy không sử dụng clo O Oxygen-alkali deligninfication stage, Giai đoạn tách loại lignin oxy mơi trường kiềm A Acid stage Giai đoạn axit hóa nhằm tách loại kim loại chuyển tiếp, axit HexA hai Axit thường dùng H2SO4 C Chlorination stage Giai đoạn tẩy trắng khí Clo (clo hóa) H Hypoclorite stage, Giai đoạn tẩy trắng dung dịch muối natri hypoclorit D Chlorine dioxide stage, Giai đoạn tẩy trắng dung dịch chứa nước đioxyt clo (ClO2) Dh High temperature Chlorine dioxide stage, Giai đoạn tẩy trắng dung dịch đioxyt clo nhiệt độ cao DN Chlorine dioxide stage followed by neutralization, Giai đoạn tẩy trắng dung dịch đioxyt clo mơi trường trung tính E Alkaline extraction stage, Giai đoạn trích ly sử dụng NaOH (EO) Alkaline extraction reinforced with oxygen, Giai đoạn trích ly sử dụng NaOH với có mặt oxy (O2) (EOP) Alkaline extraction reinforced with oxygen and hydrogen peroxide, Giai đoạn trích ly sử dụng NaOH với có mặt O2 hydro peroxyt (H2O2) (EP) Alkaline extraction reinforced with hydrogen peroxide, Giai đoạn trích ly sử dụng NaOH với có mặt H2O2 (OP) Pressurised stage using H2O2 with O2 (low peroxide charge), Giai đoạn tẩy trắng áp suất cao sử dụng H2O2 O2 (mức dùng H2O2 thấp) P Hydrogen peroxide stage, Giai đoạn tẩy trắng H2O2 (ở áp suất thường) Paa Peracetic acid (CH3COOOH) stage, Giai đoạn tẩy trắng peracetic axit (CH3COOOH) Pxa Stage with mixture of peracids, Giai đoạn tẩy trắng hỗn hợp peraxit Q Chelation stage, Giai đoạn chelat hóa nhằm tách loại ion kim loại chuyển tiếp X Xylanase treatment stage, Giai đoạn xử lý bột enzym Z Ozone stage, Giai đoạn tẩy trắng sử dụng khí ozon (O3) AOX Absorbable organic halides, Hợp chất halogen hữu (chủ yếu hợp chất clo hữu sinh trình tẩy trắng bột Clo hợp chất Clo) HexA Hexenuronic acid, Axit hecxauronic ADt Tấn khơ gió (air dry tonne) BDt Tấn khô tuyết đối (bone dry tonne) ISO International Organization for Stadardization DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 3.1 Độ trắng bột sau tẩy trắng ứng với quy trình tẩy khác Hình 3.2 Độ nhớt bột sau tẩy trắng ứng với quy trình tẩy khác Hình 3.3 Tổng mức dùng clo hoạt tính ứng với quy trình tẩy trắng khác Hình 3.4 Chỉ số hồi màu bột sau tẩy trắng quy trình tẩy khác Hình 3.5 Hiệu suất bột sau tẩy trắng ứng với quy trình tẩy khác DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số điều kiện công nghệ tách loại lignin oxy – kiềm bột kraft Bảng 1.2 Hàm lượng HexA có bột nhà máy nấu theo phương pháp khác Bảng 1.3 Các thông số kỹ thuật giai đoạn Ah (AD)h Bảng 1.4 Các thông số kỹ thuật giai đoạn Dh Bảng 2.1 Các điều kiện cơng nghệ cho quy trình D0(EO)D1 Bảng 2.2 Các điều kiện cơng nghệ cho quy trình D0(EOP)D1 Bảng 2.3 Các điều kiện cơng nghệ cho quy trình (AQ)h(PO)D Bảng 2.4 Các điều kiện cơng nghệ cho quy trình (AD)h(EO)D1 Bảng 2.5 Các điều kiện công nghệ cho quy trình (DQ)h(PO) Bảng 2.6 Các điều kiện cơng nghệ cho quy trình Dh(EO)D1 Bảng 2.7 Các điều kiện cơng nghệ cho quy trình ECF thơng thường D0E0D1E1D2 Bảng 2.8 Chọn nồng độ dung dịch đo độ nhớt Bảng 2.9 Ma trận thực nghiệm theo phương pháp Box – Wilson Bảng 3.1 Thành phần hóa học nguyên liệu keo tai tượng bạch đàn Bảng 3.2 Kết phân tích sau nấu nguyên liệu keo tai tượng bạch đàn Bảng 3.3 Kết phân tích sau tách loại lignin oxy - kiềm Bảng 3.4 Chỉ số độ bền lý bột sau tẩy ứng với quy trình tẩy khác Bảng 3.5 Mã hóa biến thí nghiệm thực nghiệm theo quy trình (DQ)(PO) Bảng 3.6 Kết tẩy trắng mẫu thực nghiệm với nguyên liệu keo tai tượng theo quy trình (DQ)(PO) Bảng 3.7 Các số liệu thực nghiệm mơ hình, nguyên liệu keo tai tượng theo quy trình (DQ)(PO) Bảng 3.8 Các số liệu tính tốn mơ hình, ngun liệu keo tai tượng theo quy trình (DQ)(PO) Bảng 3.9 Ma trận thực nghiệm tối ưu theo phương pháp tiến lên, nguyên liệu keo tai tượng theo quy trình (DQ)(PO) Bảng 3.10 Kết tẩy trắng mẫu thực nghiệm với nguyên liệu bạch đàn theo quy trình (DQ)(PO) Bảng 3.11 Các số liệu thực nghiệm mơ hình, ngun liệu bạch đàn theo quy trình (DQ)(PO) Bảng 3.12 Các số liệu tính tốn mơ hình, ngun liệu bạch đàn theo quy trình (DQ)(PO) Bảng 3.13 Ma trận thực nghiệm tối ưu theo phương pháp tiến lên, nguyên liệu bạch đàn theo quy trình (DQ)(PO) Bảng 3.14 Mã hóa biến thí nghiệm thực nghiệm theo quy trình D0(EO)D1 Bảng 3.15 Kết tẩy trắng mẫu thực nghiệm với nguyên liệu bạch đàn theo quy trình D0(EO)D1 Bảng 3.16 Các số liệu thực nghiệm mơ hình, ngun liệu bạch đàn theo quy trình D0(EO)D1 Bảng 3.17 Các số liệu tính tốn mơ hình, ngun liệu bạch đàn theo quy trình D0(EO)D1 Bảng 3.18 Ma trận thực nghiệm tối ưu theo phương pháp tiến lên, nguyên liệu bạch đàn theo quy trình D0(EO)D1 Bảng 3.19 Kết tẩy trắng mẫu thực nghiệm với nguyên liệu keo tai tượng theo quy trình D0(EO)D1 Bảng 3.20 Các số liệu thực nghiệm mơ hình, nguyên liệu keo tai tượng theo quy trình D0(EO)D1 Bảng 3.21 Các số liệu tính tốn mơ hình, nguyên liệu keo tai tượng theo quy trình D0(EO)D1 Bảng 3.22 Ma trận thực nghiệm tối ưu theo phương pháp tiến lên, nguyên liệu keo tai tượng theo quy trình D0(EO)D1 Bảng 3.23 Các điều kiện cơng nghệ cho quy trình ECF rút gọn (DQ)*(PO) Bảng 3.24 Các điều kiện cơng nghệ cho quy trình ECF rút gọn D*(EO)D1 Bảng 3.25 So sánh số tiêu kinh tế kỹ thuật quy trình ECF rút gọn với quy trình ECF thơng thường Bảng 3.26 Chỉ số độ bền lý bột ứng dụng quy trình ECF rút gọn Bảng 3.27 Hàm lượng AOX nước thải quy trình tẩy khác Mở đầu Trong công nghiệp sản xuất bột giấy giấy, vấn đề ô nhiễm môi trường sử dụng tác nhân tẩy trắng clo, hợp chất có chứa clo gây nhiều khó khăn cho trình xử lý nước thải Các hợp chất hữu chứa clo sinh trình tẩy trắng hầu hết độc hại có khả tồn bền vững môi trường Do vậy, từ lâu nghiên cứu nhằm cải tiến công nghệ tẩy nhằm giảm phần clo, đặc biệt loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng clo nguyên tố nhà khoa học tiến hành không ngừng Hiện 70% sản lượng bột giấy hóa học tẩy trắng sử dụng công nghệ không dùng clo nguyên tố (ECF) ngày tăng với cải tiến vượt bậc Bột sau tẩy có chất lượng tốt, độ trắng cao, lên tới 90%ISO Nhìn trình tẩy trắng ECF tổ hợp từ đến giai đoạn ghép lại Ứng với giai đoạn giai đoạn rửa Quy trình nhiều giai đoạn tiêu tốn nhiều nước rửa, nhiều lượng lượng nước thải thải môi trường tăng lên Mặt khác chi phí đầu tư ban đầu tăng, xu hướng gần thập kỷ qua song song với việc cải tiến thiết bị nhà sản xuất nhà nghiên cứu có xu hướng tối ưu giai đoạn tẩy trắng rút ngăn quy trình tẩy trắng Ngành giấy Việt Nam có hàng loạt dự án xây dựng mở rộng nhà máy cơng nghệ mới, đặc biệt quy trình tẩy trắng mới, hiệu quả, tiết kiệm đầu tư, thân thiện với môi trường chủ đầu tư lựa chọn Với lý đó, năm 2008 Bộ Cơng thương giao cho Viện Công nghiệp Giấy Xenluylô thực đề tài: “Nghiên cứu công nghệ tẩy trắng bột giấy sunphátt từ nguyên liệu gỗ cứng theo phương pháp ECF rút gọn” Mục tiêu đề tài: Thiết lập chế độ công nghệ tẩy trắng bột giấy sunphát từ nguyên liệu gỗ cứng cho độ trắng lớn 86%ISO theo công nghệ ECF rút gọn (từ -3 giai đoạn) nhằm giảm mức dùng đioxyt clo giảm thiểu lượng AOX nước thải so với công nghệ ECF thông thường 10 Từ kết thực nghiệm cho phép chọn điều kiện tẩy tối ưu cho giai đoạn D0 nguyên liệu bạch đàn là: + Nhiệt độ tẩy, 0C: 90,50C + Thời gian tẩy trắng, phút: 112,5 phút + Mức dùng clo hoạt tính, % so với bột KTĐ: 2,5 III 5.2 Nguyên liệu keo tai tượng Quá trình tối ưu nguyên liệu bạch đàn lặp lại tương tự nguyên liệu bạch đàn Kết thực nghiệm mơ hình đưa bảng 3.19 3.20 Bảng 3.19 Kết tẩy trắng mẫu thực nghiệm với nguyên liệu keo tai tượng theo quy trình D0(EO)D1 TN Độ trắng %ISO Độ nhớt, ml/g Hiệu suất, % 82,50 725,45 88,89 82,56 726,89 89,05 82,35 723,78 90,54 83,52 718,54 89,85 85,10 716,50 90,12 86,02 710,09 89,67 85,66 716,13 90,43 86,90 689,59 89,37 85,45 717,67 90,09 Ghi chú: Các điều kiện mã hóa biến x1, x2, x3 thí nghiệm xem bảng 3.20; thí nghiệm thứ mức trung tâm 71 Bảng 3.20: Các số liệu thực nghiệm mơ hình với ngun liệu keo tai tượng theo quy trình D0(EO)D1 Thí nghiệm Biến Hàm mục tiêu, %ISO x1 x2 x3 y1 y2 y3 yTB - - - 82,05 82,62 82,83 82,50 + - - 82,68 81,93 83,07 82,56 - + - 82,21 82,48 82,36 82,35 + + - 83,47 83,72 83,37 83,52 - - + 84,43 85,05 85,83 85,10 + - + 86,22 85,97 85,87 86,02 - + + 85,67 85,52 85,79 85,66 + + + 86,85 86,77 87,08 86,90 0 85,45 * Tính tốn hệ số hàm mục tiêu: + Hệ số b0 tính theo cơng thức (2.7) b0 = + 84,33 + Các hệ số bi tính theo công thức (2.8) b1 = + 0,42375 b2 = + 0,28125 b3 = + 1,59375 + Các hệ số bij tính theo cơng thức (2.9) b12 = + 0,17875 b13 = + 0,11625 b23 = + 0,07875 + Hệ số b12 n tính theo cơng thức (2.10) b123 = - 0,9875 72 Phương trình hồi quy thu có dạng: y = 84,33 + 0,42375x1 + 0,28125x2 + 1,59375x3 + 0,17875x1x2 + 0,11625x1x3 + 0,07875x2x3 – 0,9875x1x2x3 [3.8] Số hệ số mơ hình B = * Kiểm tra có nghĩa hệ số phương trình (3.2): dựa chuẩn số Student t (tra bảng St = (f,N)), theo điều kiện (2.11) + Tính phương sai: Phương sai phân số cho thí nghiệm, tính theo (2.12 2.13) S2y = 0,13978 Phương sai phân bố cho lần đo, tính theo (2.14) S2yTB = 0,04659 Phương sai phân bố cho hệ số hồi quy, tính theo (2.11) S2b = 0,00582 hay Sb = 0,0763 + Tra bảng St (f,N) [32] f = N (k-1) = 16, k số lần lặp lại thí nghiệm (k=3 , N= ) St (16,8) với p = 0,05 (sai số phép xác định) t = 2,120 Sb.t = 0,16179 So sánh với hệ số phương trình hồi quy (3.2) ta thấy có ⎟ b13⎟;⎟ b23⎟< Sb.t , ta loại hệ số hệ số mơ hình B’ = phương trình hồi quy có dạng: y = 84,33 + 0,42375x1 + 0,28125x2 + 1,59375x3 + 0,17875x1x2 – 0,9875x1x2x3 [3.9] * Kiểm tra tương thích mơ hình: Dựa vào chuẩn số Fisher, điều kiện để mơ hình thích ứng FTT