Nghiên cứu thành phần hóa học và thử nghiệm khả năng sản xuất bột giấy từ nguyên liệu gỗ tràm bông vàng (acacia auriculiformis)

Tr-ờng Đại Học Lâm nghiệp Khoa Chế Biến Lâm Sản Khãa Ln tèt nghiƯp “Nghiên cứu thành phần hố học thử nghiệm khả sản xuất bột giấy từ ngun liệu gỗ Tràm bơng vàng (Acacia auriculiformis)” Ngµnh: chÕ biến lâm sản MÃ ngành: 101 Niên khóa : 2007 2011 Giáo viên h-ớng dẫn: TS Cao Quốc An Sinh viên thực hiện: Đào Văn Anh LI CM ƠN Nhân dịp hồn thành khố luận tốt nghiệp, cho phép tơi đƣợc bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới giáo viên hƣớng dẫn TS.Cao Quốc An tận tình giúp đỡ tơi q trình thực khố luận Tơi xin chân thành cảm ơn phịng ban, trung tâm khai thác thơng tin thƣ viện trƣờng Đại học Lâm nghiệp toàn thể thầy cô bạn khoa Chế biến lâm sản bảo , hƣớng dẫn, tham gia góp ý kiến để tơi hồn thiện khố luận tốt Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, 2011 Sinh viên thực Đào Văn Anh MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ………………………………………………………………… Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan ngành giấy 1.2 Ngành giấy Việt Nam 1.2.1 Bối cảnh lịch sử bƣớc phát triển ban đầu 1.2.2 Thực trạng ngành giấy Việt Nam 1.3 Mục tiêu, đối tƣợng, phạm vi, nội dung phƣơng pháp nghiên cứu 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.3.2 Đối tƣợng nghiên cứu 1.3.3 Nội dung nghiên cứu 1.3.4 Phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết nấu bột 2.2 Lý thuyết nấu sulfate 2.3 Cơ chế vật lý nấu 2.3.1.Quá trình thẩm thấu dịch nấu 2.3.2.Quan hệ thẩm thấu phản ứng bề mặt 10 2.4 Q trình phản ứng hóa học nấu sulfate 10 2.4.1.Quá trình phản ứng lignin: 11 2.4.2.Quá trình phản ứng cellulose 16 2.4.3.Quá trình phản ứng hemicellulose 18 2.4.4 Ảnh hƣởng nhiệt độ tới trình nấu chất lƣợng bột phƣơng pháp sulfate 19 2.4.5 Ảnh hƣởng thời gian bảo ơn tới q trình nấu chất lƣợng bột phƣơng pháp sulfate 20 2.5 Kế hoạch thực nghiệm 20 Chƣơng 3: V T L U V PHƢƠN PH P N H N C U 21 3.1 Tìm hiểu nguyên liệu gỗ Tràm Bông Vàng 21 3.2 Tạo mẫu nghiên cứu 21 3.3 Xác định số thành phần hoá học thân Tràm Bông Vàng 22 3.3.1 Phƣơng pháp xác định kích thƣớc sợi………………………………21 3.3.2 Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng ẩm nguyên liệu sợi thực vật… 22 3.3.3 Độ pH gỗ……………………………………………………….23 3.3.4 Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng tro (Theo tiêu chuẩn T - 15 - OS – 58) 25 3.3.5 Xác định hàm lƣợng cellulose (Tiêu chuẩn T-210-OS-70) 26 3.3.6 Xác định hàm lƣợng lignin (Tiêu chuẩn T – 13 OS – 54) 27 3.3.7 Xác định hàm lƣợng chất hòa tan dung dịch NaOH 1% (TC: T 0S -59) 28 3.3.8 Xác định hàm lƣợng chất chiết xuất dung môi nƣớc 29 3.4 Nấu bột giấy 31 3.4.1 Sơ đồ thực nghiệm nấu bột 31 3.4.2 Chuẩn bị dịch nấu 32 3.4.3 Tính tốn cho nồi nấu 32 3.4.4 Thiết bị nấu bột giấy thí nghiệm 34 3.4.5 Các bƣớc tiến hành nấu bột 34 3.4.6 Làm bột 35 3.4.7 Xác định hiệu suất bột 36 Chƣơng 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LU N 37 4.1 Kích thƣớc xơ sợi thân gỗ Tràm Bông Vàng 37 4.2 Thành phần hóa học gỗ Tràm Bông Vàng 38 4.3 Kết thí nghiệm 44 4.4 Đánh giá sơ chất lƣợng bột giấy 45 Chƣơng 5: KẾT LU N, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ 48 5.1 Kết luận 48 5.2 Kiến nghị 47 PHỤ B ỂU T L U THAM KHẢO ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghệ sản xuất bột giấy ngành phát triển giới nói chung nƣớc ta nói riêng Nhu cầu tiêu thụ giấy ngƣời lớn, tiêu chí đánh giá phát triển quốc gia Nguyên liệu để sản xuất giấy phong phú, chủ yếu nguyên liệu gỗ Ở Việt Nam nƣớc có trữ lƣợng tài nguyên thiên nhiên lớn đặc biệt rừng phù hợp phát triển ngành chế biến gỗ nhƣ: sản xuất ván nhân tạo, sản xuất giấy…trong số lồi gỗ Tràm bơng vàng hay gọi Keo tràm (Acacia auriculiformis) loài chiếm tỷ trọng tƣơng đối lớn tổng số diện tích rừng trồng nƣớc ta Trong nhiều năm qua, Tràm vàng trở thành loại qua khảo sát, suất Tràm vàng đạt cao, chu kỳ kinh doanh ngắn phù hợp nguyên liệu sản xuất bột giấy Vì vậy, sử dụng nguyên liệu gỗ Tràm vàng sản xuất bột giấy góp phần bổ sung nguồn ngun liệu, thúc đẩy ngành công nghiệp giấy bột giấy phát triển theo hƣớng bền vững Với mong muốn góp phần tìm hiểu thêm Tràm vàng tăng cƣờng nguồn nguyên liệu cho ngành chế biến lâm sản nói chung ngành cơng nghiệp giấy bột giấy nói riêng, em chọn đề tài “Nghiên cứu thành phần hoá học thử nghiệm khả sản xuất bột giấy từ nguyên liệu gỗ Tràm vàng (Acacia auriculiformis)” Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan ngành giấy Thời cổ đại phát minh giấy, ngƣời Trung Quốc biết dùng dây tết lại để ghi nhớ kiện, sau viết khắc lên vật liệu nhƣ gỗ tre trúc, vào thời Xuân Thu dùng thân tre luồng làm sách lƣu truyền văn hoá cho cháu dùng lụa mỏng để viết chữ Khoảng 2000 năm trƣớc công nguyên ngƣời Ai Cập phát loại giấy dó dùng màu mực vẽ lên đó, ngƣời Ấn Độ sử dụng cây, ngƣời Hi Lạp dùng đồ gốm sứ… làm vật liệu để viết Phải đến năm 105 sau công nguyên, Thái Luân( Lôi Dƣơng-Hồ Nam-Trung Quốc) nghĩ cách dùng vỏ dâu tằm tƣớc thành sợi, rửa sạch, giã nhuyễn, dán mỏng phơi khô thành giấy viết Ơng đƣợc giới cơng nhận ngƣời phát minh kĩ thuật sản xuất giấy Cho đến năm 384 công nguyên, nghề làm giấy từ Trung Quốc lan truyền vào Triều Tiên, năm 610 lan đến Nhật Bản, kỷ thứ V truyền vào Việt Nam, Miến Điện, Ấn Độ Từ nghề làm giấy lan truyền đến nƣớc Châu Âu, Châu Phi, Châu Mỹ nhƣ: Ả Rập(751), Tây Ban Nha(1451), Italia(1276), Pháp(1348), Anh(1494), Nga(1567) Thế kỷ XX đƣợc xem nhƣ thời gian phát triển ngành giấy với kỹ thuật đại, nhƣ nấu liên tục, tráng keo máy xeo, hình thành khơ, làm giấy với sơ sợi tổng hợp điều khiển công nghệ máy tính điện tử Năm 1997 tổng sản lƣợng bột giấy đƣợc sản xuất toàn giới 19820200 tấn, 90% bột từ nguyên liệu gỗ Ở quốc gia có nguồn tài nguyên gỗ không đủ, phần nhiều chuyển sang lợi dụng ngun liệu thực vật có sợi ngồi gỗ Ngày công nghệ sản xuất giấy ngày phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu ngƣời Trên giới nƣớc phát triển tiêu thụ giấy nhiều nhƣ: Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc… Vấn đề môi trƣờng đƣợc quan tâm cơng nghệ sản xuất giấy tiên tiến đƣợc bƣớc phát triển, phù hợp với tiến phát triển ngƣời 1.2 Ngành giấy Việt Nam 1.2.1 Bối cảnh lịch sử bước phát triển ban đầu Ngành giấy ngành đƣợc hình thành từ sớm Việt Nam, khoảng năm 284 Năm 1912, nhà máy sản xuất phƣơng pháp công nghệ vào hoạt động với công xuất 4000 giấy/năm, nhƣng ảnh hƣởng chiến tranh cân đối sản lƣợng bột giấy giấy nên sản lƣợng thực tế đạt 28000 tấn/ năm Năm 1982 nhà máy giấy Bãi Bằng phủ Thuỵ Điển tài trợ vào sản xuất với công xuất thiết kế 53000 bột giấy/năm 55000 giấy/năm, dây truyền sản xuất khép kín, sử dụng cơng nghệ cơ-lý tự động hoá 1.2.2 Thực trạng ngành giấy Việt Nam Nhƣ biết, nƣớc ta thời kỳ cơng nghiệp hóa đại hóa đất nƣớc Nƣớc ta trình hội nhập giới Phải nói rằng, hội lớn nhƣng đồng thời thách thức lớn ngành cơng nghiệp sản xuất nói chung ngành cơng nghiệp giấy nói riêng Bởi ngành giấy đƣợc phát triển dựa quy mô nhỏ, tản mạn, công nghệ lạc hậu, gây ô nhiễm môi trƣờng, 60% thập niên 1950 – 1960, lại thập niên 1970 – 1980 Trong đó, nguyên liệu khó khăn ngành giấy, dẫn đến cân đối sản xuất bột giấy Lƣợng bột giấy thiếu hụt phải nhập từ nƣớc ngồi làm giấy phải chịu nhiều tác động khơng nhỏ giá bột giới tăng Tuy nhiên, năm lại ngành giấy không ngừng phát triển, cải tiến kỹ thuật công nghệ sản xuất, nâng cao chất lƣợng, đáp ứng phần nhu cầu tiêu dùng cho nƣớc Hiện nay, ngành giấy có bƣớc phát triển vƣợt bậc, sản lƣợng giấy tăng trung bình 11%/năm giai đoạn 2000-2006; nhiên nguồn cung nhƣ đáp ứng đƣợc gần 64% nhu cầu tiêu dùng (năm 2008) phần lại phải nhập Năm 2008 tăng thêm 20000 Theo tính tốn VPPA, năm 2011 tổng lực sản xuất ngành giấy 2,2 triệu bột, tiêu dùng nƣớc dự kiến 1,6 triệu năm 2015 Do đó, nhu cầu bột giấy Việt Nam lớn 1.3 Mục tiêu, đối tƣợng, phạm vi, nội dung phƣơng pháp nghiên cứu 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ thời gian bảo ôn đến hiệu suất bột giấy chế biến từ gỗ Tràm vàng phƣơng pháp sulfate 1.3.2 Đối tượng nghiên cứu Nguyên liệu gỗ Tràm vàng Xuân Mai - Chƣơng Mỹ - Hà Nội 1.3.3 Nội dung nghiên cứu Xác định số thành phần hóa học nguyên liệu - Hàm lƣợng tro - Hàm lƣợng Các chất tan NaOH 1% - Hàm lƣợng Lignin - Hàm lƣợng Các chất tan nƣớc nóng - Hàm lƣợng Cellulose - Hàm lƣợng Các chất tan nƣớc lạnh - Độ pH Nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ thời gian bảo ôn đến hiệu suất bột 1.3.4 Phương pháp nghiên cứu Phƣơng pháp lý thuyết: tiến hành thu thập tài liệu liên quan làm sở lý luận phân tích kết nghiên cứu Phƣơng pháp thực nghiệm: tiến hành thí nghiệm xác định thành phần hóa học nguyên liệu nấu bột giấy Phƣơng pháp kế thừa: kế thừa có chọn lọc tài liệu, kết nghiên cứu, đề tài công trình nghiên cứu ngồi nƣớc có liên quan đến vấn đề nghiên cứu Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết nấu bột Nấu bột q trình chủ yếu cơng đoạn sản xuất bột giấy Tuy nguyên liệu bao gồm nhiều thành phần hóa học khác nhau, nhƣ: cellulose, lignin, hemixenlulo, nhựa thành phần vô cơ, song thành phần chủ yếu cần thiết để sản xuất giấy cellulose hemicellulose Vì vậy, mục đích nấu dùng phƣơng pháp hóa học với nhiệt độ định để loại trừ thành phần khác (đặc biệt ý đến việc tách lignin cách triệt để) nhằm thu đƣợc cellulose phần hemicellulose Để sản xuất bột giấy có nhiều phƣơng pháp khác nhau, phƣơng pháp có đặc điểm riêng, thích hợp cho loại nguyên liệu theo yêu cầu loại sản phẩm bột giấy cuối Phƣơng pháp chủ yếu phƣơng pháp axit phƣơng pháp nấu kiềm Phƣơng pháp axit chủ yếu phƣơng pháp sulfit, phƣơng pháp kiềm gồm có: phƣơng pháp nấu sulfate, nấu sulfate cải tiến 2.2 Lý thuyết nấu sulfate Khái niệm chung + Dịch trắng - Dịch trắng dung dịch thu đƣợc dung Ca(OH)2 bazơ hóa dịch xanh, dung dịch hóa chất dung bắt đầu nấu Hay dịch trắng dùng để nấu theo phƣơng pháp sulfate có tác nhân nấu gồm: NaOH + Na2S - Kiềm hoạt tính nấu sulfate lƣợng tác nhân nấu có dịch nấu sulfate: NaOH + Na2S (g/l) Thƣờng dùng Na2O (hoặc NaOH) biểu thị - Kiềm hữu hiệu dich nấu sulfate NaOH + 1/2Na 2S điều kiện pH nhiệt độ nấu có 1/2 lƣợng Na2S thủy phân thành NaOH Na2S + H2O = NaOH + NaHS (1) NaHS + H2O = NaOH + H2S (2) (không xảy phản ứng 2) - Độ hoạt tính kiềm mức độ tinh khiết kiềm sản xuất - Trong kiềm trắng, ngồi kiềm hoạt tính cịn có lƣợng tạp chất nhƣ: Na2CO3, NaCl, Na2SiO3, NaAlO2 - Độ hoạt tính kiềm trắng tỷ số lƣợng kiềm hoạt tính tổng kiềm, nấu sulfate: Độ hoạt tính = NaOH  Na2 S *100, (%) Tổng kiềm - Tổng kiềm: Đƣợc tính tổng tất muối Natri có dịch trắng Trong nấu sulfate, lƣợng chất đƣợc tính đơn vị NaOH đơn vị Na2O - Kiềm định phân chung: Hay gọi kiềm chung, tổng lƣợng kiềm hoạt tính Natricacbonnat Trong phƣơng pháp nấu sulfate là: NaOH + Na 2S + Na2CO3 - Độ sulfua phần trăm độ Na2S lƣợng kiềm hoạt tính có dịch nấu sulfua Độ sulfua = Na2 S *100, (%) NaOH  Na2 S - Độ xút hóa: Chỉ mức độ chuyển hóa Na2CO3 thành NaOH q trình xút hóa Độ xút hố = NaOH *100, (%) NaOH  Na2CO3 - Độ khử: Đặc trƣng cho lƣợng Na2S sinh phản ứng khử sulfate trình đốt kiềm: Độ khử = Na2 S *100, (%) Na2 SO4  Na2 S - Độ khô mảnh: Cho biết lƣợng gỗ khơ tuyệt đối có lƣợng mảnh ẩm cho trƣớc: thù hàm lƣợng tro nguyên liệu Tuy nhiên, sản xuất loại giấy cách điện bắt buộc phải tiến hành loại bỏ thành phần tro ngun liệu đạt đƣợc yêu cầu nguyên liệu Hàm lượng tro (%) 1.2 1.02 0.8 0.82 0.78 0.58 0.6 0.4 0.33 0.32 Thông mã vĩ Dương bắc kinh 0.2 Thông thối Tràm vàng Gỗ dương Song tử điệp Loại nguyên liệu Biểu đồ 4.1 Hàm lƣợng tro số gỗ Từ biểu đồ ta thấy: Hàm lƣợng tro Tràm vàng thấp hàm lƣợng tro ỗ dƣơng Song tử điệp Với hàm lƣợng tro 0.78%, ảnh hƣởng đến công nghệ q trình nấu bột giấy khơng lớn - Hàm lƣợng chất tan NaOH 1% Chất tan NaOH 1%chủ yếu bao gồm chất tan nƣớc phần chất nhƣ lignin, pentose, ngồi hòa tan phần thành phần bị mục gỗ Vì vậy, hàm lƣợng chất chiết xuất NaOH 1% mức độ phản ánh đến mức độ biến chất nguyên liệu, nguyên liệu bị mục nhiều hàm lƣợng chất chiết suất NaOH 1% Hàm lượng chất tan NaOH1% cao, điều hồn tồn khơng có lợi cho trình sản xuất bột giấy 25 20 22.87 22.00 21.32 17.71 15.61 15 11.76 10 Tràm vàng Thông thối Thông mã vĩ Dương bắc kinh Gỗ dương Song tử điệp Loại nguyên liệu Biểu đồ 4.2 Hàm lƣợng chất tan NaOH 1% số loại gỗ 39 Từ biểu đồ ta thấy: Hàm lƣợng chất tan 1%NaOH Tràm vàng thấp số loại gỗ, thấp 5.16% so với Thông mã vĩ cao 5.95% so với Thông thối Lƣợng chất tan NaOH 1% số loại gỗ biểu đồ so sánh cho thấy với hàm lƣợng 17.71% Tràm vàng, chứng tỏ thành phần chất tan nƣớc Tràm bơng vàng nói riêng lồi gỗ nói chung cịn chứa lƣợng lớn hemicellulose có khối lƣợng phân tử thấp, dễ hồ tan dung dịch kiềm lỗng Trong cơng nghiệp sản xuất giấy bột giấy, hàm lƣợng chất tan NaOH 1% khơng cao thuận lợi cho q trình nấu bột, dễ dàng cho trình thu hồi bazơ bột giấy - Hàm lƣợng lignin Lignin dạng hợp chất cao phân tử Aromatic compound Nó phân tử dạng lƣới lập thể, kết cấu vật chất vô định hình Lignin tồn microfiber tế bào sợi, lớp tế bào tỷ lệ tổ thành lignin chiếm lớn nhất, làm cho gắn kết tế bào với đƣợc chắn Trong lớp vách tế bào, từ vào tỷ lệ hàm lƣợng lignin giảm dần Sản xuất bột giấy phƣơng pháp hoá học sử dụng loại hố chất để hồ tan phần vật chất dính kết tế bào với nhau, làm cho sợi đƣợc phân ly thành bột Trong nguyên liệu, hàm lƣợng lignin nhiều q trình nấu bột khó khăn, lƣợng hố chất tiêu hao nhiều 30.85 Hàm lượng lignin (%) 28.42 23.15 24.14 22.91 17.1 Tràm vàng Thông thối Thông mã vĩ Dương bắc kinh Gỗ dương Loại nguyên liệu Biểu đồ 4.3 Hàm lƣợng lignin số loại gỗ 40 Song tử điệp Từ biểu đồ ta thấy: Hàm lƣợng lignin Tràm bơng vàng trung bình so với loại gỗ khác, thấp hàm lƣợng thấp 7.7%% so với Thông thối cao 6.05% so với ỗ dƣơng Trong công nghiệp sản xuất bột giấy hàm lƣợng lignin nhiều hay ảnh hƣởng đến hiệu suất tính chất bột giấy Hàm lƣợng lignin nhỏ chất lƣợng bột giấy tốt Qua kết so sánh hàm lƣợng lignin chứng tỏ Tràm bơng vàng có hàm lƣợng lignin trung bình so với ngun liệu lồi - Hàm lƣợng chất tan nƣớc lạnh Chất chiết suất tan nƣớc lạnh chủ yếu chất màu, tannin có nguyên liệu thực vật Đây thành phần tồn bên ruột tế bào Trong nguyên liệu hàm lƣợng chất khơng cao, nên ảnh hƣởng đến trình sản xuất bột giấy Tuy nhiên, hàm lƣợng chúng lớn cần phải tìm cách loại bỏ, khơng ảnh hƣởng đến trình tẩy trắng bột giấy Hàm lượng chất tan nước lạnh (%) làm cho trình hồi màu giấy sau tăng cao 2.5 2.21 1.88 1.69 1.68 1.38 1.34 1.5 0.5 Tràm vàng Thông thối Thông mã vĩ Dương bắc kinh Gỗ dương Song tử điệp Loại nguyên liệu Biểu đồ 4.4 Hàm lƣợng chất tan nƣớc lạnh số loại gỗ So sánh với hàm lƣợng chất tan nƣớc lạnh số loại gỗ có nguồn gốc khác cho thấy hàm lƣợng chất tan nƣớc lạnh Tràm vàng tƣơng đƣơng với số loại gỗ khác, thấp 0.53% so với Thông mã vĩ cao 0.34% so với Thơng thối, điều thuận lợi cho q trình bảo quản nhƣ nguyên liệu dùng sản xuất giấy sợi 41 - Hàm lƣợng chất tan nƣớc nóng Chất chiết suất tan nƣớc nóng chủ yếu tinh bột hợp chất pectin có nguyên liệu Cũng giống nhƣ chất tan nƣớc lanh, chất tan nƣớc nóng có hàm lƣợng khơng cao khơng có ảnh hƣởng q lớn tới q trình sản xuất bột giấy Tuy nhiên nhƣ hàm lƣợng mà cao Hmà lượng chất tan nước nóng (%) khơng có lợi cho q trình sản xuất bột giấy 6.77 2.82 2.81 Tràm vàng Thông thối 3.24 2.46 2.36 Duơng bắc kinh Gỗ Dương Song tử điệp Thông mã vĩ Loại nguyên liệu Biểu đồ 4.5 Hàm lƣợng chất tan nƣớc nóng số loại gỗ Từ biểu đồ ta thấy hàm lƣợng chất nƣớc nóng Tràm bơng vàng tƣơng đƣơng với loại gỗ khác, cao Song tử điệp 0.46%, thấp Thông mã vĩ 3.95% - Hàm lƣợng cellulose Cellulose tổ thành chủ yếu tạo nên vách tế bào sợi thực vật, cellulose khơng hồ tan nƣớc dung dịch hữu thông thƣờng Cellulose lƣợng lớn đƣờng glucose cấu thành dạng chuỗi cao phân tử hố hợp, đồng thời có đƣợc độ kết tinh định Công thức phân tử đƣợc viết (C6H10O5)n; n gọi độ tụ hợp trung bình, thể phân tử cellulose gốc đƣờng glucose tạo thành Độ tụ hợp cellulose tự nhiên khoảng 10000, nhƣng sau thơng qua q trình nấu bột, q trình tẩy trắng,… độ tụ hợp bị giảm xuống cịn khoảng 1000 Cơng thức kết cấu cellulose 42 Nếu nhƣ đem kết cấu phân tử phân tử cellulose so sánh với nhiều nút thắt dây thừng, nhƣ hình vẽ, nút thắt dây thừng biểu thị gốc đƣờng glucose, số lƣợng nút thắt nhiều hay điều nói gốc đƣờng glucose có phân tử cellulose nhiều hay ít; nhiều có nghĩa độ tụ hợp cao, phân tử lƣợng lớn; cịn có nghĩa độ tụ hợp thấp, phân tử lƣợng nhỏ Trong nguyên liệu thực vật, phân tử lƣợng cellulose lớn nhỏ, chúng tồn không đồng với Cellulose thành phần gỗ, không tồn cách biệt lập mà liên kết chặt chẽ với thành phần khác gỗ nhƣ: lignin, hemicellulose phƣơng pháp xác định hàm lƣợng cellulose dựa sở tách bỏ lignin hemicellulose 60 Hàm lượng (%) 53.43 51.86 49.92 50 43.24 41.15 40 30 20 10 Tràm vàng Thông thối Thông mã vĩ Gỗ dương Song tử điệp Loịa nguyên liệu Biểu đồ 4.6 Hàm lƣợng cellulose số loại gỗ Trong vật liệu có sợi, cellulose thành phần quan trọng định đến tính chất lý nguyên liệu Trong ngành chế biến lâm sản, đặc biệt công nghệ sản xuất giấy bột giấy hàm lƣợng cellulose nguyên liệu tiêu để lựa chọn sử dụng nguyên liệu 43 So sánh với số loại nguyên liệu khác cho thấy, hàm lƣợng cellulose Tràm vàng (41.15%) đáp ứng đƣợc yêu cầu cho nguyên liệu sản xuất giấy bột giấy 4.3 Kết thí nghiệm nấu bột giấy Thí nghiệm xác định quy luật ảnh hưởng nhiệt độ thời gian bảo ôn Để xác định đƣợc quy luật ảnh hƣởng nhiệt độ thời gian ta tiến hành nấu thực nghiệm với thông số: - Thời gian τ = 60, 90, 120 phút - Lƣợng hóa chất sử dụng η = 18% - Nhiệt độ nấu T = 1200C, 1400C, 1600C Bảng 4.4: Ảnh hƣởng nhiệt độ hiệu suất bột, % Nhiệt độ nấu, 0C Thời gian, phút 120 140 160 60 68.52 47.34 39.02 90 63.52 42.36 37.03 120 60.24 40.35 32.21 Đồ thị tƣơng quan 80 Hiệu suất (%) 70 68.52 63.52 60 60.24 47.34 50 42.36 40 40.35 60 phút 39.02 37.03 32.21 30 90 phút 120 phút 20 10 120 140 160 Nhiệt độ nấu, oC Biểu đồ 4.7 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến hiệu suất bột Nhận xét: Từ đồ thị tƣơng quan nhiệt độ hiệu suất bột ta thấy, hiệu suất bột nhiệt độ nấu 120oC cao, nguyên nhân chế độ nấu có tỉ lệ dăm sống thời gian τ = 60 phút 10.14%, τ = 90 phút 8.29%, τ = 44 120 phút 7.73% ảnh hƣởng rõ rệt đến hiệu suất bột Khi nhiệt độ tăng hiệu suất bột giảm Cụ thể nhiệt độ nấu 1200C hiệu suất bột đạt 68.52%, 63.52%, 60.24% tƣơng ứng với cấp thời gian nhƣng nhiệt độ nấu tăng lên đến 1400C hiệu suất bột giảm xuống cịn 47.34%, 42.36%, 40.35% tức giảm 21.18%, 21.16%, 19.89% tƣơng tự nhƣ nhiệt độ nấu tiếp tục tăng lên đến 1600C hiệu suất bột cịn 39.02%, 37.03%, 32.21% Sở dĩ nhƣ nhiệt độ tiếp tục tăng, tốc độ phân hủy cenllulose tốc độ hòa tan lignin tăng cao Điều dẫn đến suy giảm hiệu suất bột nấu đến độ cứng nấu đến hiệu suất nhƣng độ cứng có giá trị khác Nhƣ vậy, tồn nhiệt độ tới hạn, mà tiếp tục gia tăng nhiệt độ nấu dẫn đến suy giảm hiệu suất nhƣ chất lƣợng bột Nhận xét chung: Từ kết ảnh hƣởng nhiệt độ, thời gian đến hiệu suất cho thấy: To = 1400C thời gian bảo ôn τ = 90 phút cho kết hiệu suất tƣơng đối hợp lý vì: Hiệu suất bột khơng cao lƣợng dăm sống Nếu tiếp tục tăng cao nhiệt độ kéo dài thời gian lớn 90 phút hiệu suất bột giảm xuống nhanh Hiệu suất giảm nhanh khơng có hiệu kinh tế.Cho nên, lựa chọn kết To = 1400C thời gian bảo ôn τ = 90 phút hợp lý cho nấu bột nguyên liệu Tràm vàng phƣơng pháp sulfate 4.4 Đánh giá sơ chất lƣợng bột giấy Bột giấy đƣợc nấu khoảng nhiệt độ T = 120 0C, thời gian τ = 60 – 90 phút tỷ lệ dăm sống lẫn bột nhiều: τ = 60 phút 10.14%, τ = 90 phút 8.29%, τ = 120 phút 7.73% làm cho hiệu suất bột cao, màu sắc bột sẫm hàm lƣợng lignin cịn dƣ bột cao, khơng đảm bảo yếu tố sản xuất giấy - Bột giấy nấu khoảng nhiệt độ 1400C trở đi, khoảng thời gian nào, lƣợng hóa chất sử dụng nguyên liệu đƣợc phân ly hồn tồn thành bột, khơng cịn xuất dăm sống, hiệu suất bột 45 theo giảm xuống, màu sắc bột sáng lignin dƣ dần, đảm bảo yếu tố sản xuất giấy Sản phẩm bột giấy thu đƣợc nhƣ hình 4.1 T0 = 120oC, τ = 60 phút T0 = 120oC, τ = 90 phút T0 = 120oC, τ = 120 phút T0 = 140oC, τ = 60 phút T0 = 140oC, τ = 90 phút T0 = 140oC, τ = 120 phút 46 T0 = 160oC, τ = 60 phút T0 = 160oC, τ = 90 phút T0 = 160oC, τ = 120 phút Hình 4.1 Sản phẩm bột giấy từ Tràm vàng 47 Chƣơng KẾT LU N, TỒN TẠI V KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận - Chiều dài trung bình sợi nguyên liệu Tràm bơng vàng 0.983 mm, bề rộng trung bình 0.018mm, tỉ lệ dài/rộng trung bình 55, chiều dài sợi thuộc cấp trung bình hồn tồn phù hợp sản xuất bột giấy - Độ pH Tràm vàng 6.41, hàm lƣợng tro 0.78%, ảnh hƣởng không lớn đến công nghệ nấu bột giấy - Hàm lƣợng chất tan NaOH 1% Tràm vàng 17.71%, ảnh hƣởng đến chất lƣợng nguyên liệu,thuận lợi cho trình nấu bột giấy - Hàm lƣợng lignin Tràm vàng 23.15 % mức trung bình so với loại gỗ khác - Hàm lƣợng chất tan nƣớc lạnh 1.68%, hàm lƣợng chất tan nƣớc nóng 2.82%, thuận lợi cho q trình dự trữ bảo quản nguyên liệu dùng sản xuất bột giấy - So sánh với số loại nguyên liệu khác cho thấy, hàm lƣợng cellulose Tràm vàng 41.15% đáp ứng đƣợc yêu cầu cho nguyên liệu sản xuất bột giấy - Kết nấu bột cho thấy: thời gian nấu thích hợp cho nguyên liệu gỗ Tràm vàng 90 phút, nhiệt độ cao 140oC, lƣợng hoá chất sử dụng 18% 5.2 Kiến nghị - Nghiên cứu công nghệ sản xuất bột giấy chế độ nấu khác - Nghiên cứu sản xuất loại giấy cao cấp từ nguyên liệu Tràm vàng - Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất bột giấy giấy nhiễm môi trƣờng từ nguyên liệu Tràm vàng - Nguồn nguyên liệu lấy mẫu thí nghiệm cần rõ ràng, để thu đƣợc kết xác 48 T I LI U THAM KHẢO Cao Quốc An, Nguyễn Thị Minh Nguyệt (2005), Nguyên lý kỹ thuật sản xuất bột giấy, Tài liệu dịch, NXB Công nghiệp nhẹ Trung Quốc Cao Quốc An, Nguyễn Thị Minh Nguyệt (2004), Hỏi đáp kỹ thuật Sản Xuất Bột Giấy, Tài liệu dịch, NXB Công nghiệp nhẹ Trung Quốc Nguyễn Thị Minh Nguyệt (2005), Hoá học gỗ, Tài liệu dịch, iáo trình Đại học Lâm nghiệp Lê QuangDiễn (2007, Công nghệ sản xuất bột giấy, Tài liệu giảng dạy giành cho lớp chun mơn hố Hố lâm sản, Đại học Lâm nghiệp Võ Văn Chi (2003), Từ điển thực vật thông dụng tập 2, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Nguyễn Việt Tùng (2010), Nghiên cứu công nghệ sản xuất bột sulfate từ Luồng ( Dendro Calamus barbutus Hsuch et D.Z.Li), Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ, Đại học Lâm nghiệp Nguyễn Việt Dũng (2010), Nghiên cứu thử nghiệm tạo bột giấy từ phế thải nông nghiệp thân ngô phương pháp nấu xút, Khoá luận tốt nghiệp, Đại học Lâm nghiệp Các trang web: http: // vi.wikipedia.org/ http: // bachkhoatoanthu.gov.vn/ http: // www.paperone.vn/ 49 PHỤ BIỂU Phụ biểu 1: Độ ẩm dăm nấu Khối lƣợng mẫu Khối lƣợng Khối lƣợng đĩa trƣớc sấy, g đĩa, g dăm sau sây, g 2.0925 60.294 62.1689 10.4 2.0751 52.0036 53.8678 10.2 Stt Độ ẩm dăm, % TB 10.3 Phụ biểu 2: Độ ẩm dăm nghiền Khối lƣợng mẫu Khối lƣợng Khối lƣợng địa Độ ẩm dăm trƣớc sấy, g đĩa, g dăm sau sây, g nghiền, % 1.9576 15.7074 17.5403 6.8 2.0062 15.6205 17.464 7.7 Stt TB 7.3 Phụ biểu 3: Hàm lƣợng tro Stt Khối lƣợng mẫu Khối lƣợng Khối lƣợng cốc nung phơi khô, g cốc nung, g mẫu sau nung, g 5.02 32.962 33.0015 Hàm lƣợng, % 0.78 Độ ẩm dăm nghiền, % 7.3 Phụ biểu 4: Hàm lƣợng lignin Khối lƣợng mẫu Stt khô tuyệt đối, g 0.9282 Khối lƣợng phễu lọc, g 43.086 Hàm Khối lƣợng phễu lọc lƣợng, lignin sau sấy, g % 49.4517 23.15 50 Hệ số chiết suất, K Phụ biểu 5: Hàm lƣợng Xenlulo Khối lƣợng phễu lọc Khối lƣợng mẫu Khối lƣợng khô tuyệt đối, g phễu lọc, g 0.9381 50.5016 50.8879 41.17 0.9181 50.4016 50.7794 41.14 Stt mẫu sấy khô tới khối lƣợng không đổi, g TB Hàm lƣợng, % 41.15 Phụ biểu 6: Hàm lƣợng chất tan nƣớc nóng Stt Khối lƣợng mẫu khô kiệt truớc chiết suất, g 1.857 Khối lƣợng phễu lọc, g Khối lƣợng phễu lọc mẫu sấy khô tới khối lƣợng không đổi, g Hàm lƣợng, % 99.4548 101.2595 2.82 Phụ biểu 7: Hàm lƣợng chất tan nƣớc lạnh Khối lƣợng mẫu khô kiệt mẫu truớc Khối lƣợng Stt chiết suất, g phễu lọc, g 1.8575 84.0826 1.856 85.922 TB Khối lƣợng phễu lọc mẫu sấy khô tới khối lƣợng không đổi, g 85.9102 87.7456 Hàm lƣợng, % 1.6256 1.7477 1.68 Phụ biểu 8: Hàm lƣợng chất tan NaOH 1% Stt Khối lƣợng mẫu khô kiệt mẫu truớc chiết suất, g 1.8556 Khối lƣợng phễu lọc, g Khối lƣợng phễu lọc mẫu sấy khô tới khối lƣợng không đổi, g Hàm lƣợng, % 48.4398 49.9668 17.71 51 Phụ biểu 9: Độ pH Độ pH Stt Khối lƣợng mẫu, g 3.0054 6.81 3.0056 6.02 TB 6.41 Phụ biểu 10: Xác định nguyên liệu hoá chất cần cho hai nồi nấu Khối lƣợng Nồi dăm khơ gió, g 44.62 44.61 Thể tích Thể tích nƣớc ẩm nƣớc dăm thêm vào 4.62 106.65 4.61 Thể tích dung dịch NaOH, ml 74.31 106.66 74.32 Thể tich Thể tích dung dịch dịch Na2S, ml nấu 14.42 200 14.41 200 Phụ biểu 11: Kết hiệu suất gỗ Tràm vàng Nhiệt độ 120 140 160 Thời gian 60 90 120 60 90 120 60 Hiệu suất 68.52 63.52 60.24 47.34 42.36 40.35 39.02 52 90 120 37.03 32.21 Phụ biểu 12: Sự biến thiên nhiệt độ q trình nấu Q trình Tăng ơn Bảo ôn Nhiệt độ, 0C 15 26 36 49 58 65 100 116 120 126 132 135 140 141 142 139 138 140 142 141 138 142 140 141 140 Thời gian, phút 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 53