1.1. Nguyên liệu sản xuất giấy 1.2. Thành phần hóa học và cấu trúc ngọai vi phân tử của xơ sợi 1.3. Tính chất hình thành giấy của vật liệu xơ sợi 1.4. Phân loại giấy 1.5. Xu hướng phát triển 1.1. Nguyên liệu sản xuất giấy Nguyên liệu sản xuất giấy là các loại xơ sợi từ 2 nguồn, xơ sợi thực vật và xơ sợi tổng hợp.
CHƯƠNG VẬT LIỆU XƠ SỢI TRONG SẢN XUẤT GIẤY Nội dung chương 1.1 Nguyên liệu sản xuất giấy 1.2 Thành phần hóa học cấu trúc ngọai vi phân tử xơ sợi 1.3 Tính chất hình thành giấy vật liệu xơ sợi 1.4 Phân loại giấy 1.5 Xu hướng phát triển 1.1 Nguyên liệu sản xuất giấy Nguyên liệu sản xuất giấy loại xơ sợi từ nguồn, xơ sợi thực vật xơ sợi tổng hợp Xơ sợi tổng hợp từ hợp chất vô cơ, hữu chiếm lượng nhỏ tổng lượng nguyên liệu xơ sợi cho sản xuất giấy, chủ yếu để sản xuất giấy dùng công nghiệp thực phẩm (sản xuất loại bao bì thực phẩm) Xơ sợi thực vật chiếm 95% lượng nguyên liệu xơ sợi sản xuất giấy, 80% xơ sợi thực vật sản xuất từ gỗ, phần lại sản xuất từ nguyên liệu phi gỗ Vật liệu xơ sợi thu từ loại nguyên liệu gỗ, phi gỗ gọi bột giấy Bảng 1.1 giới thiệu số loại bột Bảng 1.1 Một số loại bột Loại bột Bột học Bột hóa Bột bán hóa Hiệu suất Độ bền tương đối (%) Gỗ mềm gỗ cứng Tên phương pháp Gỗ sử dụng Dạng gỗ Gỗ mài đá Gỗ mềm Khúc 90-95 Nghiền mảnh Gỗ mềm Mảnh 90-95 5-6 Nhiệt Gỗ mềm Mảnh 90 6-7 - Hóa – mài gỗ Gỗ cứng Khúc 85-90 - 5-6 Soda lạnh Gỗ cứng Mảnh 85-90 - 5-6 NSSC Gỗ cứng Mảnh 65-80 - Sunfit hiệu suất cao Gỗ mềm Mảnh 55-75 Sunfat hiệu suất cao Gỗ mềm Mảnh 50-70 Kraft Cả hai Mảnh 40-50 10 7-8 Sunfit Cả hai Mảnh 45-55 Soda Gỗ cứng Mảnh 45-55 - 7-8 Bột hóa học 1.2 Thành phần hóa học cấu trúc ngọai vi phân tử xơ sợi 1.2.1 Thành phần hóa học xơ sợi Nguyên liệu xơ sợi có thành phần hóa học phức tạp, bao gồm hợp chất: xenluloza, hemixenluloza, lignin chất trích ly, chất vơ với hàm lượng khác nhau, phụ thuộc vào loại nguyên liệu, q trình xử lý ngun liệu Bảng 1.2 tóm tắt hàm lượng xenluloza, hemixenluloza, lignin số loại nguyên liệu lignoxenluloza [19] Bảng 1.2 Thành phần hoá học nguyên liêụ lignoxenluloza Xenluloza Hemixenluloza Lignin (%) (%) (%) Gỗ cứng 40-45 24-40 18-25 Gỗ mềm 45-50 25-35 25-35 Thân ngô 40-45 30-35 10-15 Rơm rạ 30-35 20-35 15-20 Lá 15-20 80-85 Giấy in 40-45 25-40 18-30 Giấy loại làm từ bột hóa 60-70 10-20 5-10 Ngun liệu 1.2.1.1 Xenluloza Xenluloza có vai trị tạo nên khung sườn cho tế bào, hàm lượng xenluloza khoảng 40÷55% tùy thuộc vào nguyên liệu Xenluloza hợp chất cao phân tử, đơn vị mắt xích anhydro- β-D- glucopyranoza (D-glucoza), chứa nhóm hydroxyl tự do: nhóm rượu bậc nhóm rượu bậc hai (hình 1.1) Đại phân tử xenluloza có độ dài khoảng 200÷5000 nm, tương ứng với độ trùng hợp (DP) khoảng 5000÷10000 Các đơn vị mắt xích nối với nhờ liên kết 1,4-β-D-glycozit Các đơn vị mắt xích xenluloza có cấu hình dạng ghế ứng với định hướng xích đạo nhóm hydroxyl, phân tử cồng kềnh, cứng, khơng linh động, khơng có khả hòa tan nước, hòa tan số dung mơi đặc biệt [1] Hình1.1 Cấu tạo phân tử xenluloza 1.2.1.2 Hemixenluloza Hemixenluloza có vai trị tạo mạch nhánh để liên kết với tiền chất xác định lignin Hemixenluloza thường copolyme: mạch phân tử bao gồm nhiều đơn vị mắt xích khác nhau, bị thủy phân chủ yếu tạo số đồng phân lập thể thuộc pentoza số đồng phân lập thể thuộc hexoza Các đơn vị mắt xích polysaccarit hemixenluloza thường vòng anhydro saccarit như: D- glucoza , D-mannoza , D-galactoza ( thuộc hexozan ), D-xyloza, L- arabinoza (thuộc pentozan ) Pentozan: Có dạng vịng năm cạnh furanoza, dễ bị thủy phân mơi trường axit, đường pentoza dịch thủy phân lên men rượu để thành etylic, nhiên trình lên men phức tạp, khó thực hexozan: Có dạng vịng cạnh pyranoza, khó bị thủy phân pentozan, đường hexoza dịch thủy phân lên men để sản xuất rượu etylic Hemixenluloza polyme có mạch thẳng mạch phân nhánh, liên kết đơn vị mắt xích phức tạp so với xenluloza là: glycozit 1–6, 1– 4, 1–3 Do cấu tạo phân tử phức tạp không đồng nên hemixenluloza phần lớn tồn trạng thái vô định hình tác nhân hóa lý hóa học dễ tiếp cận so với xenluloza, hemixenluloza có độ trùng hợp nhỏ DP = 100 - 200 nên hemixenluloza dễ hòa tan so với xenluloza Trong gỗ kim, hemixenluloza chủ yếu tồn tai dạng hexozan (20% so với gỗ khô tuyệt đối), pentozan chiếm khoảng 5÷7% Cịn gỗ rộng hemixenluloza chủ yếu dạng pentozan (15÷30% so với gỗ khơ tuyệt đối), hexozan chiếm khoảng 2÷5% [1] 1.2.1.3 Lignin Lignin có vai trị chất liên kết thành tế bào, tế bào Lignin hợp chất cao phân tử có đặc tính thơm, khung có đơn vị mắt xích phenyl propan Các nhóm chức có ảnh hưởng lớn tới tính chất lignin là: hydroxyl phenol, hydroxyl rượu benzylic cacbonyl Lignin có cấu tạo khơng gian chiều, khơng hịa tan dung mơi điều kiện thường Để phân chia đại phân tử lignin thành phần tử nhỏ phải dùng hóa chất có tác dụng mạnh Trong gỗ, lignin, xenluloza hemixenluloza xâm nhập vào Lignin tham gia liên kết hydro với xenluloza hemixenluloza với lượng liên kết lớn; lignin hemixenluloza có liên kết ete este Mơ hình cho lignin đồng nhất, vô định hình, có cấu tạo khơng gian chiều Hình 1.2 Cấu trúc lignin 1.2.1.4 Các chất trích ly Các chất trích ly bao gồm nhiều loại hợp chất có cấu tạo phân tử khác nhau, với nhóm chức khác như: chất béo, hợp chất họ tecpen, polyphenol, số cacbohydrat … Các chất trích ly hòa tan nước số dung mơi khác etanol, axeton Chất trích ly thường chia thành nhóm sau: Hợp chất béo: axit béo, chất béo … Các hợp chất dãy tecpen dẫn xuất, gọi chung tecpenoit Các hợp chất phenol : flavonoit, lignan, stilben … Các hợp chất chứa nitơ 1.2.2 Cấu trúc ngoại vi phân tử xơ sợi Cấu tạo tế bào gỗ chia thành lớp ML, P, S1, S2, S3, Lumen (hình 1.4) Sợi xenluloza nhiều phân tử xenluloza (C6H10O5)n liên kết lại thành chuỗi xenluloza Nhiều chuỗi xenluloza liên kết thành microxenluloza, nhiều microxenluloza liên kết thành bó, vơ số bó micro với lignin hemixenluloza tạo thành vách tế bào mocroxenluloza có chiều dài từ 400-600Å, rộng khoảng 50-200 Å, khoảng cách mixen từ 10-100 Å (1Å = 10-7mm) Vách tế bào chia làm phần: màng (L), vách sơ cấp (P) vách thứ cấp (S), khác chủ yếu hàm lượng lignin nhiều hay Trong ba phần vách thứ cấp vách dầy Màng giữa: Thành phần chủ yếu lignin Vách sơ cấp: vách hình thành với hình thành tế bào.Vách sơ cấp tương đối mỏng xenluloza, hemixenluloza lignin tạo nên Vách có mức độ hóa gỗ cao gần màng giữa.Trong vách sơ cấp microxenluloza xếp khơng có trật tự nên vách sơ cấp khơng định nhiều đến tính chất gỗ Vách thứ cấp: lớp vách hình thành sau q trình hóa gỗ tế bào Thành phần chủ yếu lớp vách xenluloza lignin Ở microxenluloza xếp có trật tự chia thành lớp Lớp (S1): nằm sát vách sơ cấp, lớp mỏng, microxenluloza xếp vng góc với trục dọc tế bào, nghiêng góc từ 70-90o so với trục dọc Lớp (S2): nằm lớp ngoài, lớp dầy Các microxenluloza lớp xếp song song với trục dọc tế bào nghiêng góc nhỏ 30o so với trục dọc tế bào Lớp (S3): nằm sát ruột tế bào, lớp mỏng, micro xếp giống lớp Cấu trúc vách tế bào, đặc biệt xếp micro vách thứ cấp có ảnh hưởng định đến tính chất sở lý thuyết chủ yếu để giải thích mối quan hệ cấu tạo tính chất gỗ, tượng phát sinh q trình gia cơng chế biến sử dụng Hình 1.4 Cấu trúc thành tế bào gỗ Hàm lượng lignin giảm dần từ vào tế bào, phủ tế bào lớp liên kết tế bào với nhau, gọi lớp liên kết Ở lớp hàm lượng lignin lớn chiếm đến 70% Theo thứ tự từ vào hàm lượng lignin giảm dần, lớp sơ cấp hàm lượng lignin nhiều, phân lớp lớp thứ cấp khơng cịn lignin Phân lớp lớp thứ cấp hàm lượng lignin tương đối nhiều, chiếm khoảng 4050% tổng số lignin có mặt gỗ (hình 1.5) Hình 1.5 Sơ đồ phân bố thành phần hóa học gỗ thành tế bào Cấu tạo lớp P, S1, S2, S3 gồm nhiều bó xơ sợi xếp với nhau, minh họa hình 1.6 Hình 1.6 Sự xếp phân tử xenluloza, vi xơ sợi, xơ sợi thành tế bào gỗ 1.3 Tính chất hình thành giấy vật liệu xơ sợi Tính chất hình thành tờ giấy vật liệu xơ sợi đánh giá tiêu chất lượng Ví dụ, q trình nghiền bị ảnh hưởng khả tách thành sợi hay cắt ngắn, tốc độ đạt đến độ nghiền cần thiết; đó, q trình xeo tốc độ thoát nước quan trọng… Cấu trúc sợi nguyên thuỷ tác động lớn đến tính chất giấy Sợi thành dày (6-8 µm) dễ phân tơ, cịn sợi thành mỏng (1,5-2 µm) dễ bị cắt ngắn Sợi từ gỗ cứng thường đục, xốp, thấu khí thấm nước Sợi từ gỗ mềm cho giấy có độ suốt hơn, cấu trúc chặt chẽ độ chịu kéo cao Xenluloza (bột giấy) bán thành phẩm chủ yếu sản xuất giấy Bột sunfat cho giấy có độ bền lý cao, bền nhiệt, tuổi thọ cao, độ so với bột sunfit Bột sunfat có tính cách điện cao Bột sunfat mềm khó nghiền, bị cắt ngắn nghiền so với bột sunfit Sử dụng bột giấy từ gỗ cứng làm tăng đáng kể nguồn nguyên liệu cho công nghiệp giấy khơng gỗ cứng rẻ hơn, mà cịn số ưu điểm Giấy từ bột gỗ cứng có độ mềm - tốt cho giấy vệ sinh; giảm tiếng ồn lật tờ giấy - tốt cho giấy viết Bột từ gỗ cứng làm tăng độ cứng cactông chủ yếu tăng độ dày cactông với định lượng Phối trộn bột giấy từ gỗ cứng gỗ mềm tạo độ đồng cho giấy, sợi ngắn gỗ cứng lấp đầy khoảng trống sợi dài gỗ mềm Nhờ tạo cho giấy bị quăn, giảm khác biệt hai mặt giấy, bảo lưu độn tốt biến dạng thấm ướt; Giấy có độ đục tăng, độ thấm ướt tăng nhìn chung tăng tính chất in ấn Bột giấy từ gỗ cứng có số nhược điểm giảm độ bền ẩm độ đanh bề mặt giấy Có thể khắc phục chế độ nghiền thích hợp, bổ sung keo, gia công bề mặt giấy Sử dụng bột từ gỗ cứng làm tăng lượng xơ sợi nhỏ nước trắng, tăng tải trọng cho thiết bị thu hồi xơ sợi Bột học sử dụng nhiều sản xuất giấy: bột gỗ mài (GP), bột nghiền (RMP), bột nhiệt (TMP), bột hoá nhiệt (CTMP)… với hiệu suất lên tới 85-96% Bột nói chung cứng giòn; làm giảm độ bền cơ, độ nhẵn tuổi thọ giấy; tăng độ xốp giấy Bột dùng với tỷ lệ lớn sản xuất giấy in, đặc biệt giấy in báo Bán xenluloza sản phẩm trung gian xenluloza hiệu suất cao bột cơ, với hiệu suất 65-85%; dùng phổ biến sản xuất cactơng sóng, giấy giả da… Xenluloza rơm rạ, bã mía khả nước nên không sử dụng máy xeo tốc độ lớn Giấy từ bột bã mía khơng chặt, độ bền lý thấp, tính chất quang cao (nhẵn, độ đục, độ sạch); khơng có bột cơ, phối liệu tới 15-60% sản xuất giấy in Tốc độ thoát nước bột giấy từ rơm rạ bã mía phụ thuộc nhiều vào phương pháp chế độ nấu Bột nấu theo phương pháp monosunfit có tốc độ thoát nước tốt nhiều so với bột sunfat Bổ sung bột rơm rạ làm giấy đồng hơn, tăng độ bền mài mòn chống tách lớp Bổ sung lượng nhỏ bột rơm rạ bã mía làm tăng độ bền kéo cấu trúc tờ giấy chặt hơn; bổ sung nhiều làm giảm độ bền kéo giảm độ dài trung bình xơ sợi Sử dụng bột rơm rạ bán xenluloza monosunfit thích hợp cho sản xuất lớp cactơng sóng Bột giẻ sử dụng hiếm, cơng suất thiết bị thấp, lẫn tạp chất Bột giẻ dùng sản xuất giấy có độ bền lý tuổi thọ cao, độ hút nước cao mặt hố học Bột lanh, gai, bơng vụn… dùng sản xuất giấy vẽ, giấy in đồ, giấy bưu điện lượng nhỏ giấy thuốc lá, giấy làm từ điển Bột dùng sản xuất giấy tuổi thọ cao, giấy lọc, giấy thấm, cốt giấy giả da, giấy can trong, giấy phân tích sắc ký điện di, điện hoá… Bột giấy loại tái sử dụng nên tính chất khác với bột nguyên thuỷ Q trình sấy làm bột bị tính mềm dẻo, bị giòn; giảm lực liên kết xơ sợi, độ bền kéo đứt giảm; độ bền mài mịn, độ đục độ hút nước tăng đơi chút Bột tái sinh dùng chủ yếu sản xuất cactong sóng hịm hộp, giấy bao gói, giấy vệ sinh số loại khác Bột giấy loại phối trộn sản xuất giấy viết, giấy báo, giấy in Sợi tổng hợp hữu cơ, sợi khoáng vật sử dụng sản xuất số loại giấy đặc biệt có độ bền kéo đứt cao trạng thái khơ ẩm, bền hố học, ổn định kích thước độ ẩm môi trường thay đổi, bền sinh học, bền ánh sáng, tuổi thọ cao, bền nhiệt, độ cháy giảm, độ đàn hồi lớn Có thể dùng 100% loại xơ sợi hay phối trộn với xơ sợi thực vật 1.4 Phân loại giấy Có thể chia thành 10 loại giấy: • Giấy in: in báo, typo, opset, lito, chất lượng cao… • Giấy viết, vở, giấy vẽ, giấy can… • Giấy kỹ thuật điện: giấy cáp, giấy tụ, giấy dùng điện thoại, giấy để thẩm thấu polyme… • Giấy bao gói: giấy túi, giấy chống ăn mịn, giấy cốt giả da, giấy bồi tường… • Giấy cảm quang: giấy diazo, giấy can in… • Giấy để bọc thuốc lá, xì gà… • Giấy thấm hút: giấy thấm, giấy lọc, giấy sắc ký điện di… • Giấy dùng kỹ thuật công nghiệp: để sản xuất ống suốt, lơ giấy… • Giấy cốt: để tráng phủ, giấy giả da, giấy ảnh, giấy can… • Giấy trang trí… Các tính chất giấy đạt dựa việc lựa chọn nguyên liệu (phối liệu xơ sợi), thay đổi chế độ công nghệ khâu sản xuất (nghiền, thoát nước, sấy), bổ sung phụ gia (độn, màu, keo, chất phân tán, chất trợ bảo lưu… xử lý khâu hoàn thành (cán láng, làm sóng, tạo nhăn…), gia cơng bề mặt (gia keo bề mặt, thẩm thấu, nhuộm màu, tráng phấn, cán láng…) Như vậy, để đạt tính chất mong muốn giấy, nhà công nghệ giấy phải áp dụng không mà nhiều biện pháp khác Trong trường hợp cần lựa chọn phương pháp đơn giản, rẻ tiền thuận tiện Vật liệu xơ sợi Thu hồi xơ sợi Nghiền Phối trộn Gia keo độn Chứa bột Điều chỉnh lưu lượng Pha loãng Làm Đưa bột lên lưới Thốt nước lưới Nước tuần hồn Ép Sấy Làm mát Cắt Gia công giấy đứt Cuộn Hồi ẩm Cắt cuộn to Cán láng Cắt thành tờ Cắt cuộn nhỏ Phân loại, đếm tờ Đóng gói Đóng gói đường bột; - đường nước Hình 1.7 Sơ đồ công nghệ chuẩn bị bột cho sản xuất giấy 10 Theo tính chất, chất OBA thuốc nhuộm trực tiếp dạng anion Chúng tạo liên kết hydro, liên kết với xơ sợi xenluloza không cần chất trợ bảo lưu dạng cation Song hóa chất có đặc tính cation mạnh (VD nhơm) cần phải tránh chúng có tác động ngược lại tới tính chất huỳnh quang làm giảm độ trắng Hình 4.24 Cấu tạo hóa học chất tăng trắng quang học Các nhóm chức khác ký hiệu x, y, z, w Các phụ gia tăng trắng quang học (OBA) sử dụng công nghiệp giấy dẫn xuất di-amino-stilben-sulfonic axit (hình) Số nhóm sulfonat điều chỉnh Mức độ sunfonat hóa có tác động lớn đến tính chất OBA Khi yếu tố khác nhau, cần lưu ý đặc điểm sau: Mức độ sunfonat hóa thấp - Độ tan dung dịch kiềm thấp - Ái lực với xenluloza cao - Độ nhạy cao với ion kim loại (Al, Fe) - Độ nhạy cao với polyme cation Độ sunfonat hóa cao - Độ hịa tan cao dung dịch kiềm - Ái lực với xenluloza thấp - Độ nhạy giảm ion kim loại - Có thể thích hợp với polyme cation OBA thường cung cấp dạng dung dịch nước với hàm lượng chất hoạt tính chiếm 13%-28% Một số chất ổn định, kháng khuẩn bổ sung Một vấn đề quan trọng cấu trúc hoạt tính OBA dạng trans- Dạng cis- khơng phát huỳnh quang vùng ánh sáng nhìn thấy Dưới tác dụng ánh sáng tử ngoại, dạng trans- bị chuyển sang cis- Trong thực tế, điều khơng quan trọng, biến đổi diễn nhanh dung dịch loãng bị nguồn tử ngoại chiếu trực tiếp vào Sự chuyển đổi sang dạng cis- diễn trạng thái rắn; tiếp xúc với xơ sợi, OBA không bị chuyển đổi sang dạng khơng hoạt tính Yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính hiệu OBA bột giấy Nói chung, OBA thể tốt bột hóa học nguyên thủy tẩy trắng Khi bổ sung bột tái sinh hay bột chưa tẩy làm hỏng hiệu tăng trắng Các yếu tố sau quan trọng xem xét bột giấy thích hợp cho sử dụng OBA: - Độ hấp thụ tia cực tím bột giấy phải thấp 54 - Bột giấy phải có đốm mầu vàng tốt - Nói chung, độ trắng tổng cao hiệu OBA tốt PH thấp có mặt nhơm hố trị ba ảnh hưởng khơng tốt đến hiệu OBA Nếu pH đủ thấp, số nhóm sulfonic tồn dạng axit Việc dẫn đến giảm độ hòa tan OBA Muối nhôm OBA không tan tạo ánh xanh nhẹ cho giấy, giảm hiệu OBA Nếu giấy sản xuất môi trường axit, phải lưu ý điểm sau: - Bổ sung OBA vào bột giấy sớm, xa điểm bổ sung phèn tốt - Không bổ sung phèn dư - Trong trường hợp cần thiết, nâng pH nước trắng điểm bổ sung OBA cách bổ sung xút Nhựa thông hấp thụ ánh sáng cực tím cần thiết để hoạt hóa OBA Vì cần phải kiểm tra loại keo sử dụng Keo AKD ASA, sử dụng mơi trường trung tính, ảnh hưởng tới hiệu OBA Tinh bột cation mạnh số trường hợp làm giảm hiệu OBA Trong nhiều trường hợp, OBA sử dụng gia keo bề mặt tráng phủ Đối với giấy không tráng, bổ sung OBA vào ép keo hiệu kinh tế so với bổ sung vào phần chuẩn bị bột, OBA giữ hay gần bề mặt giấy Do OBA nhạy với polyme caton, không sử dụng gia keo bề mặt loại OBA với độ sunfonat hóa thấp Ngày tăng sử dụng xử lý bề mặt giấy hỗn hợp tráng phủ khác Tráng phủ pigmen thường có hàm lượng chất kết dính thấp OBA hiệu liên kết với xơ sợi xenluloza hay với chất mang phù hợp Pigmen khơng thể đóng vai trị chất mang, hiệu OBA phụ thuộc vào chất kết dính hay chất đồng kết dính sử dụng Chất kết dính latex sở styren-butadien hay acrylat, có lực gần khơng tới OBA Các chất kết dính tinh bột, casein, CMC vinyl alcohol có lực mạnh với OBA Nhìn chung, hiệu xử lý bề mặt cao nên bổ sung OBA vào hỗn hợp chất xử lý Tuy nhiên, độ trắng giấy cốt ảnh hưởng đến độ trắng tổng, đặc biệt giấy cần độ trắng cao Sử dụng OBA bị cấm sản xuất số loại giấy, giấy tơng dùng cho bao gói thực phẩm Tính bền màu OBA sản phẩm phải kiểm soát cẩn thận trước sử dụng để bao gói thực phẩm 55 CHƯƠNG CHUẨN BỊ BỘT ĐỂ XEO GIẤY Nội dung chương 5.1 Sơ đồ công nghệ chuẩn bị bột 5.2 Nguyên lý thiết kế hệ thống bột nước máy xeo 5.3 Vận hành dòng bột 5.4 Sử dụng giấy đứt 5.5 Thu hồi xơ sợi lắng nước 5.6 Hệ thống nước nhà máy giấy 56 Hình 5.1 Sơ đồ chuẩn bị bột giấy in số 57 5.1 Sơ đồ cơng nghệ chuẩn bị bột Như hình 5.1 5.2 Căn bột – nước - Các kí hiệu lưu lượng, nồng độ, chất khơ, chất độn, dịng vào, dịng ra, dịng bổ sung, dịng thất - Ngun lý cân bột – nước 5.3 Vận hành dòng bột 5.3.1 Pha lỗng bột Bột sau nghiền tinh có nồng độ khoảng 3- 3,5%, xơ sợi co cụm với nhau, đặc biệt xơ sợi dài Pha loãng bột khâu cần thiết để bột đồng trước lên lưới phù hợp với công đoạn lọc cát phía sau Nước dùng pha lỗng nước trắng phần lưới suốt đỡ lưới Cấu tạo hịm điều tiết sử dụng q trình pha lỗng h 1= 0.8 H h2= 0.8 h1 H h1 1: Đường bột vào h2 Đường bột hồi lưu Đường bột sử dụng Hình 5.1 Nguyên lý cấu tạo hòm điều tiết 58 Sơ đồ pha loãng: 4 Đến thiết bị phá bọt 2 Bột H2O trắng 1 Bể bột Đường ống Bơm Hòm điều tiết 5.3.2 Làm sàng 5.3.2.1 Các loại lọc cát thường dùng Nguyên lý chung thiết bị lọc cát là: loại bỏ tạp chất dựa vào khác tỷ trọng chúng Có hai loại thiết bị lọc cát: Lọc cát hình trụ lọc cát hình Tuy nhiên lọc cát hình trụ có nhược điểm hiệu phân ly khơng cao cấu tạo hình trụ Vì lọc cát hình trụ cho bột người ta không sử dụng loại lọc cát Thay vào loại thiết bị lọc cát hình côn sử dụng rộng rãi Nhược điểm bột bị tổn thất khắc phục cách bố trí hệ thống lọc cát nhiều cấp 5.3.2.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động lọc cát hình Thiết bị lọc cát hình ống hình nhỏ dần phía Có cửa dẫn bột vào theo phương tiếp tuyến cửa dẫn bột phía Dưới đáy cửa bột thải Cấu tạo thiết bị lọc cát hình mơ tả hình vẽ di õy 59 Bột tốt Bột vào Bột thải Nguyên lý hoạt động: Bột vào cửa theo phương tiếp tuyến với áp lực định Bột chuyển động xuống theo hình xoắn ốc Trong trình chuyển động vậy, hạt có tỷ trọng lớn va đập vào thành thiết bị, bị động rơi xuống Cịn bột tốt có khối lượng nhẹ chuyển động ngược lên ngồi theo cửa Do cấu tạo hình cơn, đường kính thiết bị nhỏ dần xuống mà vận tốc bột cặn không bị giảm thiết bị hình Vì so với thiết bị lọc cát hình trụ, thiết bị lọc cát hình cho suất cao Khi sử dụng lọc cát hình côn, để giảm lượng bột bị tổn thất theo cặn, người ta bố trí hệ thống lọc cát nhiều cấp Số cấp lọc cát thường cấp Sơ đồ bố trí hệ thống lọc cát cấp mơ tả hình vẽ 60 61 Có nhiều loại sàng khác nhau, tất làm việc dựa nguyên tắc chung phân tách bột với tạp chất dựa theo khác kích thước chúng Dựa vào suất thiết kế nhà máy, em chọn loại sàng áp lực ly tâm 7.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động sàng áp lực ly tâm Cấu tạo sàng áp lực ly tâm minh họa hình vẽ đ-ờng bột vào nắp sàng khung quay l-íi ®-êng bét giá đỡ đ-ờng tháo cặn đ-ờng tháo bột d- 7.2 Nguyờn lý hot động sàng áp lực ly tâm Nguyên lý hoạt động sàng áp lực ly tâm giống tên gọi Dùng áp lực đẩy bột chui qua mắt sàng dùng lực ly tâm để phân ly bột hợp cách bột không hợp cách Dựa nguyên tắc có người ta dùng mắt sàng có kích thước khác dựa tỷ trọng khác bột tạp chất mà dùng ly tâm để tách chúng Cấu tạo sàng gồm thân hình trụ Phía hệ thống sàng gồm hai lưới sàng Bột vào sàng qua cửa với áp lực định Bột chuyển động theo chiều quay sàng tạo thành lực ly tâm Bột tốt theo cửa ngồi Cịn bột to ngồi theo cửa Sàng có ưu điểm cấu tạo nhỏ gọn, suất phân ly cao 62 5.3.3 Tách loại khơng khí Bọt xuất chất có sức căng bề mặt lớn sức căng bề mặt nước Sự xuất bọt làm bột lên lưới không đông Mặt khác bọt bị vỡ làm hỏng bề mặt giấy Để phá bọt có hai phương pháp: − Dùng hoá chất: Phun dạng tia chất có sức căng bề mặt lớn sức căng bề mặt bọt như: dầu hỏa, diezen Song phương pháp khử bọt bề mặt Mặt khác việc sử dụng hố chất cịn gây khó khăn cho trình xeo giấy − Phương pháp học: sử dụng thùng chân không ống chân không Nguyên lý thiết bị phá bọt loại dựa vào chênh lệch áp suất bọt để phá vỡ bọt Cấu tạo ống phá bọt chân không: 5.3.4 Bổ sung phụ gia 63 CHƯƠNG HÌNH THÀNH GIẤY ƯỚT 6.1 Vận chuyển bột lên lưới Nồng độ bột lên lưới nhỏ (0,1-1,3%), huyền phù bột lên lưới chủ yếu nước Với nồng độ bột 1%, huyền phù bột có 99% nước, nước nước tự chiếm 98%, 1% nước liên kết Trong trình hình thành tờ giấy ướt, nước thoát chủ yếu nước tự do, đến giai đoạn thoát nước liên kết phải dùng nhiệt Bột phun lên lưới phải dàn thật mỏng Sau nước từ từ để không phá vỡ cấu trúc tờ giấy Vận tốc bột lên lưới 600-800 m/phút, 1000-2000 m/phút, chiều rộng lưới 4-6m, 10-12 m Chiều rộng lưới cao, suất máy cao Muốn phun bột đồng lên lưới vận tốc bột 0,95-0,98 vận tốc lưới Nếu bột có độ nhớt lớn phun chậm, bột có độ nhớt nhỏ phun nhanh (bột sản xuất theo phương pháp nghiền rời) Muốn vận chuyển bột lên lưới phải tạo áp lực đẩy bột, thông thường đưa bột vào hịm tạo áp 6.2 Sự hình thành giấy ướt phận lưới Tấm định hình tạo điều kiện cho lớp bột nước láng (chưa thoát nước ngay), sau nước Sự hình thành tờ giấy xơ sợi đan dệt vào nhau, đan dệt đa hướng tốt Nhưng phần lớn xơ sợi xếp theo chiều dọc Để tăng đan dệt đa hướng, nên dùng nhiều loại nguyên liệu khác bao gồm sợi ngắn, sợi dài, xơ sợi đan dệt tốt, tăng độ bền lý cho giấy Thoát nước nhờ suốt thoát nước: Suốt quay tự động, sinh lực hút nước văng tạo vùng chân không, tạo lực hút làm giảm chiều dày lớp bột nước Suốt quay tự động, sinh lực hút nước văng tạo vùng chân không, tạo lực hút làm giảm chiều dày lớp bột nước Lực hút nước 𝑃= 𝜌.𝑉 2 + 2𝑇.𝑉 𝑔 + 𝜌 ℎ(𝑔 − Trong đó: ρ: Mật độ nước 64 𝑉2 𝑟 ) V: vận tốc lưới T: sức căng bề mặt nước g: gia tốc trọng trường h: chiều cao lớp bột nước bề mặt lưới r: đường kính suốt đỡ lưới Trong thực tế sản xuất áp dụng cơng thức 𝑃=𝐶 𝜌.𝑉 2 , C = 1-1,4 V cao, C lấy giá trị nhỏ Lực thoát nước ảnh hưởng đến độ thoát nước giấy: Suốt nhỏ, V lớn, vùng chân không ABC nhỏ lực chân không lớn Suốt lớn, ma sát lớn, gây mài mòn lưới Nếu nước thoát mạnh, làm bề mặt lớp bột nước khơng đồng Trong thực tế, chọn đường kính suốt theo chiều rộng lưới: D = K.B, K=0,047, B chiều rộng lưới Để tăng đan dệt da hướng, tạo rung lưới theo chiều ngang, bố trí trục ngực, phương pháp rung có tác dụng với máy xeo có tốc độ < 300m/phút Máy xeo có tốc độ lớn phải dùng sóng cao tần cho vào bột trước lên lưới Lưới: Vật liệu làm lưới đồng nilong Số sợi dọc/1đv chiều dài gọi số lưới Số lưới cao, mắt lưới nhỏ, lưới mịn, phù hợp sản xuất loại giấy mỏng Ngược lại số lưới thấp dùng sản xuất giấy thô Lưới cho sản xuất giấy in, viết số lưới 65-70 Đối với nhóm giấy có số lưới định (*) Loại giấy Định lượng (g/m2) Số lưới (inch) Giấy tụ điện 6-15 85/225(*) Thuốc 14-28 60/180 Viết, in số 60-200 65-70 In số 2, 50-200 60-65 Cactong 300-1000 20-40 Với bột khó nước, dùng hai lưới, lưới phụ thay cho định hình Nếu dùng tồn suốt nước, khoảng cách suốt bố trí thích hợp để tránh phá vỡ cấu trúc giấy 65 Đối với máy có tốc độ cao, để đảm bảo cấu trúc giấy đảm bảo độ khơ u cầu thay suốt nước nước Vùng chân khơng nước nhỏ hơn, hiệu thoát nước Nhưng nước đặt gần Giữa hai suốt nước đặt từ 2-3 nước, cách bố trí giúp cho tổng lượng nước thoát tăng lên Khả thoát nước thoát nước 70% so với suốt thoát nước, giúp cho cấu trúc giấy không bị ảnh hưởng Hịm hút chân khơng Q trình nước tự chủ yếu độ chân không suốt quay, nước tự nhiên có hiệu khoảng độ khô 3% Nếu tiếp tục tiếp tục hiệu thấp bàn lưới phải kéo dài nên khơng kinh tế Do đó, người ta bố trí hịm hút chân khơng lưới Tại lại bố trí hịm hút chân khơng vị trí giấy đạt độ khơ 2-3%? Nếu bố trí vị trí thấp tốn kém, cấu trúc tờ giấy bị phá vỡ Nếu bố trí vị trí độ khô cao không kinh tế Cấu tạo hịm hút chân khơng: - Hịm rỗng, kín, kim loại, hình hộp chữ nhật - Chiều dài hịm chiều rộng lưới - Chiều cao chiều rộng Q trình nước hịm hút chân khơng: Do chênh lệch áp suất, nước bề mặt hút vào giữa, nước hút xuống bề mặt tiếp xúc với hòm hút, nước bề mặt tiếp xúc với hòm hút hút vào bên hịm hút Khơng khí bên ngồi theo đường nước xuống tạo thành vết giấy, cịn độ chân khơng khơng khí bề mặt tờ giấy xuống Ra khỏi hịm hút chân khơng, tính chất đàn hồi tờ giấy, tờ giấy quay trở lại trạng thái ban đầu, đường khí để lại tờ giấy lỗ xuyên làm giấy bị xốp, dẫn đến tính chất giấy thay đổi, độ thấu khí, độ hút dịch tăng, độ chặt giảm 66 Do đó, tùy theo mục đích sản xuất giấy mà sử dụng hịm hút chân khơng cho thích hợp Giấy cần độ xốp cao, dùng nhiều hịm hút chân không Giấy không cần độ xốp cao cần phải khử đường khơng khí mà dảm bảo độ khô giấy 10-12% Biện pháp áp dụng khống chế cho hai giai đoạn đầu xẩy ra, giấy nở xóa vết khí Sau lại tiếp tục đặt chân khơng C2: Nồng độ bột giấy sau khỏi hòm hút; C1: Nồng độ bột giấy trước hòm hút; t: Thời gian thoát nước (thời gian giấy tiếp xúc với hịm hút); k: hệ số nước, phụ thuộc vào tính chất lớp bột lưới, thời điểm nước 𝐶2 = 𝐶1 × 𝑒 𝑘𝑡 𝑘= √2𝑔𝑃 ∝ 𝜂.𝑞 × 106 Trong đó: P: độ chân khơng hịm hút tạo η: độ nhớt dung dịch bột giấy lưới q: định lượng giấy ∝: Hệ số phụ thuộc trở lực thoát nước bột lưới tính chất lưới Trong thực tế sản xuất loại giấy ∝, η, q khơng đổi, tính k theo cơng thức 𝑘 = 𝐶 √𝑃 Như vậy, P tăng k tăng khơng nhiều Do để tăng hiệu nước, khơng nên dựa vào tăng P mà cịn phải tăng diện tích hút chân khơng (tức tăng thời gian t) Tuy nhiên, tăng diện tích nhiều khí ra, hiệu nước khơng cao mà cấu trúc giấy bị thay đổi Do đó, người ta sử dụng nhiều hịm hút chân khơng hịm có độ chân khơng khác Do đó, người ta sử dụng nhiều hịm hút chân khơng hịm có độ chân khơng khác Độ chân khơng tăng dần từ hịm đầu đến hịm cuối, hiệu hút tăng, tính chất giấy khơng thay đổi Thực tế chiều rộng hịm hút chân khơng 20-30cm, số lượng hịm hút chân khơng phụ thuộc vào công nghệ sản xuất giấy 67 68