Đang tải... (xem toàn văn)
tẩy trắng bằng dioxitclo, tính toán, chọn dây chuyền và thiết bị cho quá trình tẩy trắng bột giấy năng suất 120000 tấnnăm ưu điểm của tẩy trắng bằng dioxitclo so với các phương pháp cũ, ảnh hưởng môi trường
MỤC LỤC MỞ ĐẦU I KHÁI QT LÝ THUYẾT Q TRÌNH TẨY TRẮNG BỘT HĨA 1.1 Mục đích, nguyên lý nhiệm vụ tẩy trắng bột giấy 1.2 Tính chất số hóa chất tẩy trắng .6 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình tẩy trắng bột giấy .9 1.4 Các cơng đoạn tẩy trắng bột hóa 10 1.4.1 Tẩy trắng dioxit clo 10 1.4.2 Kiềm hóa tẩy trắng bột hóa 12 1.5 Một số sơ đồ tẩy trắng bột hóa theo phương pháp ECF: 13 II LẬP LUẬN CHỌN SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 16 2.1 Lựa chọn sơ đồ công nghệ tẩy trắng 16 2.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ 16 III TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NHIỆT LƯỢNG CỦA QUÁ TRÌNH TẨY TRẮNG BỘT HÓA 19 3.1 Các số liệu ban đầu: 19 3.2 Tính cân vật chất .19 3.2.1 Tiêu hao hóa chất bột khơ gió chưa tẩy trắng .19 3.2.2 Tiêu hao hóa chất tính bột tẩy trắng KTĐ: 20 3.2.3 Bể chứa bột tẩy trắng 20 3.2.4 Máy rửa sau công đoạn D2 21 3.2.5 Tháp tẩy D2 .21 3.2.6 Máy trộn bột trước tháp tẩy D2 .22 3.2.4 Máy rửa sau công đoạn D1 22 3.2.5 Tháp tẩy D1 .23 3.2.6 Máy trộn bột trước tháp tẩy D1 .23 3.2.7 Máy rửa sau công đoạn EOP 24 3.2.8 Tháp phản ứng EOP 24 3.2.9 Máy trộn EOP 25 3.2.10 Máy rửa sau tháp tẩy D0 26 3.2.11 Tháp tẩy D0 26 3.2.12 Máy trộn trước tháp tẩy D0 27 3.2.13 Bể chứa bột chưa tẩy trắng 27 3.2.14 Nước thải .30 IV TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 32 5.1 Tính chọn tháp xử lý bột .32 5.1.1 Tính chọn tháp tẩy trắng D0 .32 5.1.2 Tính chọn tháp phản ứng EOP 33 5.1.3 Tính chọn tháp phản ứng D1 34 5.2 Tính chọn thiết bị rửa bột 35 5.2.1 Tính chọn thiết bị rửa bột chân không thùng quay 35 5.2.2 Chọn thiết bị rửa bột máy ép hai lô 35 5.3 Tính chọn dung tích bể chứa nước thải tái sử dụng, bể chứa bột chưa tẩy trắng bể chứa bột tẩy trắng 35 5.3.1 Tính dung tích bể chứa nước thải tái sử dụng 35 5.3.2 Tính dung tích bể chứa bột 36 5.4 Tính chọn bơm 37 5.4.1 Tính chọn bơm bột 37 5.4.2 Tính chọn bơm hóa chất 41 5.5 Chọn thiết bị trộn hóa chất .41 5.6 Chọn thiết bị trộn loại trục đơn 42 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 MỞ ĐẦU Như biết, sản xuất bột hóa, chất lại lẫn với xenluloza lignin chất nhựa, chất chủ yếu tạo màu sản phẩm giấy phân tử có chứa chất mang màu Để tẩy trắng bột giấy hay bán thành phẩm xơ sợi khác phải thay đổi cấu trúc hóa học nhóm mang màu phân tử lignin chất nhựa Từ làm giảm khả hấp phụ ánh sáng chúng Để làm điều đó, phản ứng thủy phân, khử hay oxi hóa sử dụng nhằm mục đích hịa tan chúng dung dịch để tách khỏi xơ sợi Tẩy trắng bột giấy công đoạn quan trọng, định chất lượng, tính sử dụng bột giấy sản phẩm giấy sau Do đó, cơng đoạn tẩy trắng bột giấy coi trọng nghiên cứu phát triển, thay đổi suốt chiều dài lịch sử phát triển ngành cơng nghiệp giấy; với mục đích tách loại lignin – tăng độ trắng xơ sợi tùy theo mục đích sử dụng sản phẩm giấy Ngày nay, tẩy trắng clo nguyên tố hợp chất clo sử dụng hóa chất khơng thể thiếu q trình tẩy trắng bột giấy Ưu điểm việc sử dụng clo để tẩy trắng hiệu tách loại lignin cao dẫn tới độ trắng đạt cao, lên tới 90% ISO Tuy nhiên, vấn đề ô nhiễm môi trường sử dụng tác nhân tẩy trắng clo hợp chất chứa clo lớn, gây khó khăn q trình xử lý chất thải, nước thải từ trình tẩy trắng Các hợp chất hữu sinh q trình tẩy trắng có chứa clo hầu hết độc hại có khả tồn lâu dài môi trường Do vậy, việc giảm phần hay dặc biệt loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng clo nguyên tố quan tâm nghiên cứu phát triển Hiện nay, phần lớn nhà máy sản xuất bột giấy hóa học tẩy trắng giới Việt Nam sử dụng công nghệ tẩy trắng không sử dụng clo nguyên tố (ECF – Elementally chlorine free), bột sau tẩy có chất lượng tốt, độ trắng cao, chất độc hại ảnh hưởng đến môi trường giảm thiểu Trong công nghệ tẩy trắng đại, hợp chất clo clo dioxit, chất tẩy khác sử dụng oxy, ozon, hydropeoxit, enzym, peraxit, … mở rộng phát triển Dây chuyền tẩy trắng kết hợp nhiều công đoạn sử dụng tác nhân tẩy trắng khác Thông thường, sơ đồ tẩy trắng ECF có từ – cơng đoạn kết hợp Ở Việt Nam, có Tổng công ty Giấy Việt Nam Công ty cổ phần giấy An Hịa có dây chuyền sản xuất bột hóa tẩy trắng tương đối đồng Tổng Cơng ty Giấy Việt Năm sử dụng quy trình tẩy trắng: O-C(EP)-H1-H2, độ trắng bột đạt trung bình khoảng 82 – 84 %ISO, nhiên dây chuyền sử dụng Clo nguyên tố để tẩy trắng Dây chuyền tẩy trắng bột hóa Cơng ty cổ phần Giấy An Hòa đầu tư đại, tiên tiến với nồi nấu liên tục, tẩy trắng ECF theo quy trình O-O-Dh-EOP-D1 với công suất 130.000 tấn/năm Chất lượng bột cao, độ trắng đạt lên tới 88% ISO Một dây sơ đồ công nghệ tẩy trắng ECF khác Viện CN Giấy Xenluylô nghiên cứu đưa O-D o-E(O)-D1-D2 Sơ đồ hiệu phù hợp với loại nguyên liệu phổ biến Việt Nam bạch đàn, keo tai tượng, tre nứa, keo tràm, … Ngoài ra, sơ đồ hiệu khác giảm mức dùng tổng clo hoạt tính, tăng độ trắng… phù hợp với tình hình sản xuất nước ta sơ đồ ECF rút gọn cịn cơng đoạn tẩy trắng : D0(EO)D; D0(EOP)D; (AQ)h(PO)D; (AD)h(EO)D; (DQ)h(PO); Dh(EO)D, … Với nhiệm vụ đồ án giao: “Thiết kế dây chuyền tẩy trắng bột giấy Dioxit Clo suất 120.000 tấn/ năm” lý nêu trên, cho thấy tầm quan trọng ý nghĩa thực tiễn tấy trắng bột giấy sản xuất bột giấy nói chung nhiệm vụ đồ án nói riêng I KHÁI QUÁT LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH TẨY TRẮNG BỘT HĨA 1.1 Mục đích, ngun lý nhiệm vụ tẩy trắng bột giấy Mục đích tẩy trắng tạo bán thành phẩm xơ sợi có độ trắng cao ổn định, giữ độ trắng mức cần thiết thời gian dài bảo quản sử dụng, từ bán thành phẩm xơ sợi sử dụng để sản xuất loại giấy trắng cactong Nguyên lý tẩy trắng bột giấy: Về bản, để tẩy trắng bột giấy hay tăng độ trắng cho bột giấy ta cần loại bỏ nhóm mang màu lignin tạp chất có bột giấy Đây phương pháp tẩy trắng quang học Tẩy trắng quang học không gây tổn thất tới thành phần xơ sợi bảo tồn tính chất ban đầu bột nên sử dụng để tẩy trắng loại bột hiệu suất cao – bột bán hóa bột Nhưng phương pháp cho bột có độ trắng khơng đủ đáp ứng để sản xuất loại giấy có độ trắng cao, cần tiếp tục lách loại lignin mức độ cao Ngồi tách loại lignin tẩy trắng lượng lớn chất bột loại bỏ như: chất nhựa bột sunfat, chất trích ly, chất vô phần nhỏ hemixenluloza Nhiệm vụ trình tẩy trắng: Tẩy trắng bột giấy có nhiệm vụ tăng độ trắng xơ sợi – tách loại lignin hay thay đổi cấu trúc lignin cung cấp cho bột tính chất, đặc tính định tùy theo mục đích sử dụng giấy 1.2 Tính chất số hóa chất tẩy trắng Dioxit clo – ClO2 Ở điều kiện thường, dioxit clo chất khí độc hại nguy hiểm khả gây nổ Trong phòng thí nghiệm, dioxit clo điều chế cách cho axit phản ứng với dung dịch clorit Trong công nghiệp, người ta điều chế ClO từ muối clorit Dioxit clo chất có tính oxi hóa mạnh, cao gấp 2,5 lần clo Khi tan nước nước, dung dịch nước ngậm clo dioxit gốc tự Ở nồng độ cao, phản ứng mạnh với chất khử Clo dioxit tan tốt nước, đặc biệt nước lạnh, vào nước, ClO2 không phân ly trì thể khí (dung dịch nước ngậm khí) Trong mơi trường axit, dung dịch clo dioxit bền Khi pH tăng, dioxit clo bị thủy phân thành axit clo hydric, axit clorơ axit clohydric Trong tẩy trắng bột giấy, dioxit clo sử dụng lấy từ phân xưởng sản xuất riêng nhà máy để tránh nguy cháy nổ phân hủy dioxit clo Để tẩy trắng bột hóa, người ta sử dụng dioxit clo nồng độ 5-7 g/l Với khoảng pH điển hình cho trình tẩy trắng sử dụng dioxit clo 3-4 giai đoạn D 4-5 giai đoạn D2 Trong khoảng pH gốc cloric hoạt động trình tẩy trắng cịn clorat khơng Trong cơng nghiệp, ngồi sử dụng để tẩy trắng diệt khuẩn, khử trùng nước clo dioxit cịn sử dụng để làm khơng khí cách loại bỏ hợp chất có gốc sulfur (mercaptan) aldehyde khơng khí, kiểm sốt mùi cá thực phẩm, làm dòng chảy nhà máy xử lý nước, … Hydropeoxit – H2O2 Ở điều kiện thường, hydropeoxit chất lỏng không màu, có tính oxi hóa mạnh Dung dịch hydropeoxit gây phân hủy nhiều hợp chất hữu cơ, nồng độ hydropeoxit thấp, phản ứng phân hủy diễn chậm an toàn Tuy nhiên, nồng độ cao 30%, hỗn hợp đồng thể hydropeoxit dung mơi hữu gây cháy nổ tác dụng tia lửa va đạp mạnh Với nồng độ cao 30%, hydropeoxit gây cháy gỗ, vải, mùn cưa giấy da Ngày hydro peroxit sản xuất tự oxi hóa 2-etyl-9, 10dihydroxy anthracen thành 2-etylanthraquion hydro peroxit sử dụng oxy từ khơng khí Dẫn xuất anthraquion sau chiết khỏi hỗn hợp khử ngược trở lại thành hợp chất dihydroxy hydro với chất xúc tác kim loại Tuy nhiên, tính kinh tế cơng nghệ phụ thuộc vào tính hiệu q trình tái chế quinon trình chiết dung dịch chất xúc tác cho q trình hydro hóa Khoảng 50% sản lượng hydro peroxit giới sử dụng để tẩy trắng bột giấy giấy Trong tẩy trắng bột giấy giấy, hydroperoxit ngày quan trọng, coi chất thay tốt cho clo hay chất tẩy có gốc clo gần khơng có ảnh hưởng đến mơi trường Ngồi tẩy trắng bột giấy giấy, cơng nghiệp hydroperoxit cịn sử dụng để sản xuất natri percabonat natri perborat, sử dụng chất tẩy rửa nhẹ loại bột giặt để ủi Hydro peroxit sử dụng sản xuất hợp chất peroxide hữu dibenzonyl peroxide, sử dụng chất mồi gốc tự phản ứng tròng hợp phản ứng hóa học khác… Natri hydroxit - NaOH Natri hydroxit bazơ mạnh, tan nước tạo dung dịch kiềm mạnh Dung dịch NaOH làm bục vải, giấy ăn mòn da Natri hydroxit sử dụng nhiều ngành công nghiệp giấy, luyện nhơm, dệt nhuộm, xà phịng, chất tẩy rửa, tơ nhân tạo,… Trong phịng thí nghiệm natri hydroxit sử dụng để làm khơ khí hay thuốc thử Natri hydroxit sản xuất cách điện phân dung dịch NaCl bão hịa Trong q trình dung dịch NaCl điện phân thành clo nguyên tố, dung dịch natri hydroxit hydro nguyên tố Phản ứng điện phân dung dịch muối ăn bình điện phân có màng ngăn: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2 Thông thường, nồng độ dung dịch NaOH sử dụng cho nhà máy tẩy trắng bột giấy khoảng 10-20% khoảng cách vận chuyển gần, phân xưởng sản xuất NaOH nhà máy giấy, khoảng 50% phải vận chuyển xa xe tải đường sắt Nồng độ dung dịch NaOH đưa vào sản xuất khoảng 10% Oxi – O2 Oxi chất phổ biến tự nhiên sử dụng nhiều cơng nghiệp hóa chất O2 với Ozon – O3 hai đồng vị nguyên tố Oxi sử dụng trình tẩy trắng bột giấy Ở điều kiện thường, Oxi chất khí cần cho hô hấp người động thực vật, O chất khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị tan nước Oxi sử dụng trình tẩy trắng cung cấp tới dây chuyền tẩy trắng dạng chất lỏng làm lạnh bốc trước trộn bột giấy Oxi sử dụng cơng đoạn tẩy trắng EOP – Kiềm hóa tăng cường oxi hydropeoxit Mức dùng Oxi công đoạn 3-5 kg O2/tấn bột 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình tẩy trắng bột giấy Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bột tẩy trắng bao gồm: - Quy cách chất lượng bột chưa tẩy trắng; Thời gian xử lý công đoạn tẩy; Bản chất nồng độ chất tẩy; Nhiệt độ trình; Nồng độ bột; pH huyền phù bột; Phương thức mức độ phối trộn với bột cần tẩy; Phương pháp mức độ rửa bột sau công đoạn; Chất lượng nước sử dụng Trong số yếu tố pH yếu tố quan trọng sử dụng hầu hết loại chất tẩy khác Yếu tố quan trọng chất lượng bột ban đầu, tính chất thành phần ban đầu định khả phản ứng trạng thái chúng trình tẩy trắng pH huyền phù bột pH huyền phù bột yếu tố quan trọng định tính chất chất tẩy sử dụng, định hiệu tẩy trắng chất tẩy Với khoảng pH khác nhau, tác động chất tẩy đến hemixenluloza, xenluloza, … có khác biệt rõ rệt Ví dụ, tẩy trắng mơi trường axit, ClO gây ảnh hưởng đến hemixenluloza, xenluloza, mà oxi hóa nhóm rượu thành nhóm cacbonyl, nhóm andehit thành nhóm caboxyl Các liên kết glicozit không bị phân hủy Trong môi trường kiềm, tác dụng dioxit clo polisaccarit tăng rõ rệt Nhiệt độ trình tẩy trắng Nhiệt độ q trình ảnh hưởng đếnquá trình tách loại lignin hay khả phân hủy xenluloza bột tác dụng chất tẩy Tùy vào chất tẩy công đoạn tẩy mà điều chỉnh nhiệt độ cho hợp lý Ví dụ, nhiệt độ hợp lý công đoạn tách loại lignin ClO 50oC Dưới 50oC trình tách loại ligin diễn chậm Tuy nhiên, nhiệt độ cao 50 oC lại không ảnh hưởng nhiều đến trình tách loại ligin lại làm giảm độ nhớt bột Mức dùng chất tẩy Mức dùng chất tẩy định nhiều đến độ trắng bột Mỗi cơng đoạn hay chất tẩy có mức dùng hiệu khác để đạt độ trắng cao Nếu sử dụng thấp mức khơng đạt hiệu mong muốn Tuy nhiên, tăng mức dùng cao khơng có tác dụng Thời gian xử lý Tùy vào mục đích tính chất cơng đoạn tẩy mà thời gian xử lý bột quy định khác hiệu cao Tính chất chất tẩy ảnh hưởng lớn đến thời gian xử lý dài hay ngắn Một số chất tẩy phản ứng với xơ sợi thời gian ngắn, phần lớn thời gian phản ứng phụ diễn hay số lại cần thời gian lâu để phản ứng với phân tử lignin xơ sợi 1.4 Các công đoạn tẩy trắng bột hóa Về ngun tắc, cơng đoạn chu trình tẩy trắng cơng đoạn tách loại lignin, tức lượng lignin lại bột chủ yếu tách loại công đoạn Ngày nay, công nghệ tẩy trắng phát triển theo xu hướng giảm sử dụng chất tẩy clo phân tử, việc thay clo phân tử dioxit clo, hay sử dụng oxi chất tẩy khác Sau công đoạn tách loại lignin công đoạn tăng độ trắng dioxit clo các chất tẩy chứa oxi khác Mức độ tách loại lignin công đoạn sau thấp chất giống Sau số công đoạn tẩy trắng sử dụng phổ biến tẩy trắng sunfat gỗ cứng: 1.4.1 Tẩy trắng dioxit clo Dioxit clo sử dụng rộng rãi để tẩy trắng bột hóa, đặc biệt bột sunfat Độ trắng bột tẩy trắng đạt 87-90% Dioxit clo coi tác nhân tẩy chủ lực công nghệ ECF nhà máy chuyển sang công nghệ sức ép môi trường Dioxit clo tác nhân tẩy có độ chọn lọc hiệu cao, ảnh hưởng đến mơi trường clo nguyên tố Trong quy trình tẩy ECF, tẩy trắng dioxit clo (D) dùng làm giai đoạn tẩy giai đoạn tẩy khác quy trình tẩy với điều kiện tiến hành khác Đối với giai đoạn (D 0) thường tiến hành với điều kiện: - Trị số pH: 2,0 - 3,0 - Nhiệt độ: 40 – 60 oC - Nồng độ bột: – 13 % - Thời gian xử lý: 30 – 60 phút Đối với giai đoạn sau (D1, D2): - Trị số pH: 3,0 – 4,5 - Nhiệt độ ban đầu: 55 – 85 oC - Nồng độ bột: - 14 % - Thời gian xử lý: 60 – 180 phút Các yếu tố ảnh hưởng: - Trị số pH: trị số pH đóng vai trị quan trọng trình tẩy trắng ClO2 Khi tẩy trắng mơi trường axit, ClO gây ảnh hưởng đến hemixenluloza xenluloza, dioxit clo oxi hóa nhóm rượu thành nhóm cacbonyl, nhóm aldehit thành nhóm cacboxyl Các liên kết glicozit không bị phân hủy Trong môi trường kiềm (pH = 10-11) tác dụng ClO tới polisacarit tăng rõ rệt, độ nhớt bột giảm tới 50% - Nhiệt độ thời gian xử lý: Nhiệt độ hợp lý công đoạn tách loại lignin ClO2 50oC Giảm nhiệt độ 50oC trình tách loại lignin diễn với tốc độ chaậm Nhiệt độ cao 50oC khơng ảnh hưởng nhiều đến q trình tách loại lignin, song giảm độ nhớt bột Trong thực tiễn sản xuất, nhiệt độ tẩy tăng cách dễ dàng dây chuyền sản xuất có công đoạn xử lý oxi kiềm (EO EOP) rửa bột nóng - Nồng độ bột: ClO2 sử dụng dạng dung dịch có nồng độ ổn định, bổ xung vào bột dịch gây ảnh hưởng đến nồng độ bột Để tiết kiệm nước cần thiết để đun nóng bột dịch, tẩy trắng ClO thực với nồng độ 10-12%, khơng nên tẩy bột nồng độ cao (20-30%) nước, tăng nhiệt độ tạo thành pha khí 10