Nghiên ứu ảnh hưởng ủa á điều kiện nấu và loại gỗ đến sự hình thành axit hexenuroni trong quá trình nấu bột giấy kraft

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN ĐĂNG TOÀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN NẤU VÀ LOẠI GỖ ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH AXIT HEXENURONIC TRONG QUÁ TRÌNH BỘT GIẤY KRAFT LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ XENLULOZA – GIẤY Hà Nội, 2007 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131786021000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN ĐĂNG TOÀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN NẤU VÀ LOẠI GỖ ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH AXIT HEXENURONIC TRONG QUÁ TRÌNH BỘT GIẤY KRAFT LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ XENLULOZA – GIẤY NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS DỖN THÁI HỊA H Ni, 2007 Lời nói đầu Ngành Công nghệ Hoá học đà đợc ứng dụng rộng rÃi nhiều lĩnh vực khác ngày có nhiều đóng góp có ý nghĩa cho phát triển kinh tế quốc dân nâng cao ®êi sèng cđa céng ®ång ViƯc nghiªn cøu øng dơng kiến thức Công nghệ Hoá học vào ngành nhằm nâng cao chất lợng sản phẩm, tăng hiệu sản xuất kinh doanh nh việc bảo vệ môi trờng ngày đợc nhà khoa học nh nhà quản lý quan tâm Ngành Công nghiệp sản xuất Bột giấy Giấy sản xuất sản phẩm bao gồm Bột giấy loại Giấy phục vụ nhu cầu tiêu dùng xà hội Hiện nhà nớc khuyến khích mở rộng đầu t xây dựng nhiều nhà máy sản xuất Bột giấy Giấy để đáp ứng nhu cầu xà hội ngày cao xuất sản phẩm Chính vậy, việc đầu t nghiên cứu ứng dụng Công nghệ Hoá học vào ngành Giấy để đảm bảo quản lý tốt trình công nghệ đợc nhiều ngời quan tâm Theo định Trung tâm đào tạo sau đại học, đợc đồng ý Ban chủ nhiệm khoa Công nghệ Hoá học môn Công nghệ Xenluloza v Giấy - Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, đà đợc giao đề tài luận văn thạc sĩ với nội dung: "Nghiên cứu ảnh hởng điều kiện nấu loại gỗ đến hình thành axít hexenuronic trình nấu bột giấy kraft" Luận văn đà đợc thực hoàn thành sở kiến thức lý thuyết đà đợc học, thông qua hệ thống thực nghiệm tiến hành phòng thí nghiệm, kết hợp với ứng dụng công nghệ thông tin nghiên cứu khoa học Để thực đề tài này, đà đợc hớng dẫn trực tiếp PGS.TS DoÃn Thái Hoà, giúp đỡ thầy giáo, cô giáo môn Công nghệ Xenluloza Giấy, khoa Công nghệ Hoá học, bạn bè ®ång nghiƯp, sù gióp ®ì cđa c¸c c¸n bé kü tht cđa Tỉng c«ng ty GiÊy ViƯt Nam, cđa Ban giám hiệu khoa Công nghệ sản xuất Bột giấy Giấy trờng Cao đẳng nghề Công nghệ Giấy Cơ điện Rất mong đợc góp ý chân thành ngời quan tâm tới đề tài để việc nghiên cứu đề tài đợc hoàn chỉnh Xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo, bạn bè đồng nghiệp đơn vị đà giúp ®ì hoµn thµnh ®Ị tµi nµy./ Danh mơc hình Hình Nội dung Trang 1.1 Thành phần hoá học gỗ 1.2 Sơ đồ khái quát trình sản xuất bột giấy kraft 10 1.3 Phản ứng bào mòn "peeling" 13 1.4 Hàm lợng lignin lại bột theo thời gian nấu 16 1.5 Hàm lợng hemixenluloza lại bột theo thời gian nấu 16 1.6 Các giai đoạn hoà tan lignin trình nấu kraft 17 1.7 Tơng quan phản ứng hoà tan lignin xenluloza 17 1.8 Động học phản ứng bào mòn hemixenluloza giai đoạn khơi mào 19 1.9 CÊu tróc cđa Glucuronoxylan 23 1.10 Sù chun ho¸ cđa 4-O-metylglucuronoxylan thµnh hexenuroxylan nÊu bét kraft 25 1.11 Sự đồng phân hoá biến đổi 4-Omethylglucuronoxylose dung dịch NaOH 1M 26 1.12 ảnh hởng nhiệt độ phản ứng đến biến đổi nhãm metoxy cđa 4-O-metylglucuronoxylan dung dÞch NaOH 1,55M ë nhiệt độ khác 27 1.13 Chức nhóm HexA gắn với xylan 28 1.14 Cơ chế thoái biến HexA trình nấu kiềm 28 1.15 Sự biến đổi HexA trình thủy phân axit 29 1.16 Mối liên hệ hàm lợng HexA với thời gian nấu, mức dùng kiềm nhiệt độ 30 1.17 Hình ảnh mô tả đóng góp chất trị số kappa 32 7.1 ThiÕt bÞ nåi nÊu bét giÊy phơc vơ thÝ nghiƯm 73 7.2 HƯ thèng ®iỊu khiĨn nåi nÊu bột phục vụ thí nghiệm 73 7.3 Màn hình điều khiển nồi nấu bột giấy 74 7.4 Thiết bị đánh tơi bột 74 Danh mục bảng Bảng Nội dung Trang 2.1 Bảng mức biến thiên trình nấu thực nghiệm 37 2.2 Kế hoạch thực nghiệm bậc I cho hàm mục tiêu Y j 38 2.3 KÕ ho¹ch thùc nghiƯm trùc giao bËc II 41 3.1 Kết tính toán kiểm tra tính có nghĩa hệ số 43 3.2 Kết thực nghiệm bậc I cho hàm mục tiêu hiệu suất 44 3.3 Kết tính toán kiểm tra tính có nghĩa hƯ sè 46 3.4 KÕt qu¶ thùc nghiƯm bËc I cho hàm mục tiêu HexA 47 3.5 Kết thực nghiệm bậc II cho hàm mục tiêu HexA 49 3.6 Kết tính toán kiểm tra tính có nghĩa hệ số phơng trình bậc II hàm mục tiêu HexA 50 3.7 Kết thực nghiệm bậc I cho hàm mục tiêu tàn kiềm 54 3.8 Kết tÝnh to¸n kiĨm tra tÝnh cã nghÜa cđa c¸c hƯ số phơng trình hàm mục tiêu tàn kiềm 55 3.9 Kết thực nghiệm bậc I cho hàm mục tiêu trị số kappa 57 3.10 Kết tính toán kiĨm tra tÝnh cã nghÜa cđa c¸c hƯ sè phơng trình hàm mục tiêu trị số kappa 58 3.11 Kết thực nghiệm bậc I cho hàm mục tiêu độ nhớt 60 3.12 Kết tính toán kiểm tra tính có nghĩa hệ số phơng trình hàm mục tiêu độ nhớt 61 3.13 Kết thí nghiệm nấu bột kraft loại gỗ keo bạch đàn 1700C, thời gian nấu 100 phút mức dùng kiềm 21% 63 3.14 Bảng tổng hợp kết qu¶ thùc nghiƯm nÊu bét kraft 64 3.15 KÕt qu¶ chạy chơng trình tìm số chế độ nấu tối u 67 3.16 KiĨm tra thùc nghiƯm mét sè chÕ độ nấu tối u 69 Mở đầu Trong trình nấu bột giấy kraft, lignin v phần hydrat cacbon bị phân huỷ Trong số hydratcacbon bị phân huỷ có xylan bị phân huỷ tạo thành axit hexenuronic (HexA) Hàm lợng HexA bột yếu tố quan trọng trình sản xuất bột giấy kraft, ảnh hởng đến trình gia công nh đến tính chất sản phẩm giấy Lợng HexA có bột có liên quan đến tiêu hao hoá chất dùng cho tẩy trắng bột có ảnh hởng đến môi trờng Điều buộc nhà công nghệ phải phát triển cách để loại trừ HexA bột; vừa giải vấn đề kinh tế nh vấn đề ô nhiễm môi trờng ổn định mặt công nghệ Ngoài HexA có bột ảnh hởng đến độ hồi màu giấy thành phẩm Có nhiều yếu tố ảnh hởng đến chất lợng bột giấy trình nấu bột kraft có ảnh hởng đến hình thµnh HexA bét sau nÊu Chóng ta cã thĨ làm giảm bớt hàm lợng HexA bột kraft cha tẩy trắng cách điều chỉnh hợp lý điều kiện nấu Việc sử dụng lợng kiềm hữu hiệu cao, nhiệt độ nấu cao thời gian nấu cao bình thờng cho hàm lợng HexA thấp, nhiên ảnh hởng đến thông số khác bột sau nấu Sự kết hợp yếu tố bột sau nấu có đợc đặc tính tối u cần thiết Để đạt đợc nồng độ HexA thấp, cần xem xét đến tham số nấu nh kết hợp cđa chóng víi bao gåm c¸c hãa chÊt nÊu, nhiƯt ®é nÊu, thêi gian nÊu Sù lùa chän xác tuỳ thuộc vào nguyên liệu thô, điều kiện xử lý, yêu cầu trình nấu đặc biệt trị số kappa, hiệu suất bột độ nhớt Trên giới, đà có số công trình nghiên cứu hình thành HexA trình nÊu bét giÊy kraft cịng nh vỊ sù ¶nh hëng HexA đến tính chất bột giấy giấy [9], [10], [14] Nói chung nghiên cứu đà cho thấy đợc ảnh hởng điều kiện nấu đến hàm lợng HexA bột sau nấu, sở lập đồ thị biến thiên số liệu thu đợc để đánh giá ảnh hởng điều kiện nấu đến hình thành HexA trình nấu bột giấy kraft Việt Nam, nghiên cứu HexA trình nấu bột giấy kraft Tìm mối liên hệ điều kiện nấu hàm lợng HexA bột kraft sau nấu điều kiện thực tế Việt Nam cần thiết nhằm điều chỉnh chế độ nấu phù hợp, đáp ứng đợc yêu cầu kinh tế, kỹ thuật môi trờng trình sản xuất Bột giấy Giấy Mục tiêu nghiên cứu - Khảo sát ảnh hởng điều kiện nấu khác loại gỗ đến hình thành HexA trình nấu bột kraft - Phân tích thành phần HexA loại bột kraft với chế độ nấu khác - Lập phơng trình mô tả phụ thuộc hiệu suất nấu, hàm lợng axit hexenuronic bột, trị số kappa, độ nhớt bột, tàn kiềm sau nấu với thông số nấu - Tìm hiểu ảnh hởng hình thành HexA đến hiệu suất, độ nhớt bột - Lập chơng trình quản lý trình nấu bột giấy kraft cho gỗ bạch đàn Phạm vi nghiên cứu Luận văn xác định hiệu suất sau nấu, phân tích hàm lợng HexA thông số khác bột giấy kraft từ gỗ bạch đàn với điều kiện nấu khác Một loại gỗ khác keo đợc dùng phổ biến sản xuất bét giÊy vµ giÊy ë níc ta hiƯn cịng đợc nghiên cứu để thấy đợc ảnh hởng loại gỗ đến hình thành HexA trình nấu bột giấy kraft Nghiên cứu nằm phạm vi nấu bột giấy kraft để sản xuất bột tẩy trắng sản xuất loại giấy viết, giấy in Quá trình nấu đợc thực phòng thí nghiệm dựa sở nấu kraft thông thờng Mức dùng kiềm tính toán thí nghiệm bao gồm tổng lợng kiềm thực tế cho vào lợng kiềm thu hồi từ dịch đen Các tính chất của bột sau nấu gỗ cứng đợc kiểm tra, chuẩn độ phân tích đánh giá Tất bớc tiến hành thực theo tiêu chuẩn Các phân tích tính toán xác định hàm lợng HexA đợc thực theo phơng pháp HUT Trên sở số liệu thực nghiệm, với công cụ nghiên cứu phơng pháp kế hoạch hoá thực nghiệm nh kế ho¹ch hai møc tèi u bËc mét, kÕ ho¹ch trùc giao bËc hai cđa Box - Wilson ®Ĩ xÐt sù ảnh hởng thông số đầu vào nh nhiệt ®é nÊu, møc dïng kiỊm vµ thêi gian nÊu ®Õn tính chất bột giấy sau nấu nh hàm lợng HexA, hiệu suất bột, tàn kiềm, độ nhớt trị số kappa bột Dựa vào phơng trình thực nghiệm này, với công cụ hệ quản trị sở liệu Microsofft access ngôn ngữ lập trình Pascal, đề tài lập chơng trình quản lý trình nấu bột giấy kraft cho loại nguyên liệu đợc dùng phổ biến gỗ bạch đàn với chức là: + Chọn chế độ nấu tối u sở yêu cầu đầu hàm lợng axit hexenuronic bột + Tính toán thông số chất lợng bột sau nấu sở liệu thông số đầu vào trình nấu Chơng Tổng quan 1.1 Thành phần hoá học gỗ Trong gỗ có thành phần cấu trúc hydrat cacbon vµ lignin Trong hydrat cacbon cã xenluloza vµ hemixenluloza, chúng khác khối lợng phân tử, cÊu tróc, vỊ tÝnh chÊt ho¸ häc CÊu tróc, hàm lợng phân bổ thành phần gỗ thay đổi tuỳ vào loại nguyên liệu, vào vị trí cây, nh vị trí lớp thành tế bào Tổng quát, gỗ có chứa 60-80% hydrat cacbon gồm xenluloza hemixenluloza, thành phần bột giấy 20-40% hợp chất phênolic - gồm có lignin, chất nhựa chất mang màu Thông thờng gỗ mềm chứa khoảng 25-30% lignin, gỗ cứng chứa khoảng 20% thành phần chủ yếu gây khó khăn cho trình sản xuất bột giấy Phần lại chất nhựa (1-5%), prôtêin (1%), chất vô (0,5-5%) Có thể tóm tắt thành phần hoá học gỗ theo sơ đồ sau: Gỗ Lignin 18 - 30% Hydrat cacbon Xenluloza 45-50% ChÊt trÝch ly (Terpen, axit nhùa 2-8%) Hemixenluloza 25 - 35% Hình 1.1 Thành phần hoá học gỗ