Tiểu luận môn công nghệ sản xuất giấy tissu đề tài tìm hiểu phương pháp cơ học thu bột giấy

Giảng viên hướng dẫn: TS Thái Đình Cường

Sinh viên thực hiện:1 Nguyễn Thu Lan2 Lê Thị Ngọc Linh3 Trần Đức Minh4 Nguyễn Tiến Đạt

• Gỗ - một loại composite thiên nhiên, thành phần gồm sợi xenlulo,

hemixenlulo và lignin.

• Để tách xenlulo người ta phải băm gỗ thành các mẩu vụn rồi nghiền ướt các mẩu vụn này thành bột nhão.

• Ban đầu, phương pháp sản xuất giấy còn rất thô sơ và đơn giản: người ta nghiền ướt các nguyên liệu thực vật thành bột nhão rồi chải ra thành lớp mỏng rồi sấy khô.

1 Tổng quan

• Năm 1832, nhà khoa học người Đức - Johann Keller đã thực nghiệm thành công tách xơ sợi từ gỗ bằng quá trình mài.

• Trong công nghệ sản xuất bột cơ, gỗ và các bó sợi chịu tác dụng của lực chấn động gây ra trong cối mài hay đĩa nghiền, làm cho cấu trúc ban đầu bị lỏng lẻo cho đến khi các bó sợi được tách ra.

• Các quy trình sản xuất bột chỉ sử dụng một lượng nhỏ hóa chất (và như vậy chỉ có một lượng nhỏ lignin hòa tan) cũng được xếp vào nhóm bột cơ và được gọi là bột hóa cơ • Hiện nay, sản lượng bột hóa tăng trung bình 2.5% thì sản lượng bột cơ tăng khoảng 10%.

1 Tổng quan

1 Tổng quan

Các loại bột cơ học

2 Quy trình sản xuất bột giấy

 Nguyên liệu sử dụng cho quá trình sản xuất bột giấy bao gồm: Gỗ (gỗ cứng và gỗ mềm), phi gỗ: Rơm dạ, bã mía, tre, luồng, đay… Xử lý nguyên liệu gồm các quá trình: đo đạc

lượng gỗ, bóc vỏ, đánh thành dăm mảnh, sàng dăm mảnh, dự trữ dăm mảnh, xử lý vỏ Phân tách xơ sợi (Fiber separation)

 Làm sạch (Cleaning)

 Tẩy trắng (theo yêu cầu) (Bleaching) Sấy khô (theo yêu cầu) (Drying)

Phương pháp cơ học là sản xuất dùng cơ học mài hoặc nghiền nguyên liệu gỗ thành bột giấy hay còn gọi là bột cơ 2 phương pháp sản xuất bột cơ nhưng đều có giai đoạn cơ bản tương tự nhau Hình bên là sơ đồ đơn giản mô phỏng 2 phương pháp đó:

Quy trình sản xuất bột cơ

2 Quy trình sản xuất bột giấy

• Giá thành thấp

• Sản xuất ít gây ảnh hưởng đến môi trường

• Có thể làm những loại giấy có định lượng thấp mà vẫn đảm bảo độ che phủ

2 Quy trình sản xuất bột giấy

Ưu điểm

Nhược điểm

• Bột có độ bền cơ học thấp

• Mức độ cơ giới hóa và tự động hóa của nhiều giai đoạn còn thấp

Quy trình sản xuất bột cơ

3 Các công nghệ sản xuất bột cơ

Nguyên lý

• Quá trình mài là đưa gỗ vào môi trường chịu tác động tuần hoàn của một ứng suất - ở đó năng lượng cơ học được hấp thụ để phá vỡ cấu trúc ban đầu của nguyên liệu và sợi được tách ra.

• Trên mặt cối mài , các hạt sần sùi cao hơn bề mặt cối đá làm sinh ra tác động xung của lực cắt và lực nén Các hạt sần sùi thì phải có kích thước xác định (tốt nhất là kích thước 0.2 - 0.5mm) nhằm được mức phá hủy cấu trúc gỗ mong muốn

• Gỗ được nạp bằng piston nén vào cối mài, do tiếp xúc với các hạt đá mài sần sùi trên bề mặt cối, cấu trúc gỗ bị lỏng lẻo dần bằng tác động “bóc vỏ”.

• Các đầu lỏng lẻo của sợi tách ra khỏi cấu trúc gỗ và các tổ chức sợi lân cận được cuốn vào theo hướng quay của cối mài Sự bó vỏ bắt đầu trên bề mặt tạo góc 45 với bề mặt hạt sần sùi Chính trong quá trình bóc vỏ này, một phần lớn xơ sợi mịn đã được hình thành

3.1 Sản xuất bột cơ bằng phương pháp mài

3.1 Sản xuất bột cơ bằng phương pháp mài

Thiết bị

Đá mài Các hình dạng gờ khác nhau

Đá mài: bộ phận chủ yếu của máy mài, lớp mặt cứng của đá (bằng oxit nhôm hoặc bằng Carbua Silic dày khoảng 7cm) thường được đúc thành phiến, gắn lên khung thép và được đúc bê tông gắn vào hòn đá Định kì phải khắc lại vằn đá để đảm bảo độ sắc, đảm bảo ổn định năng suất mài cũng như chất lượng bột mài Khi lớp này bị mòn thì người ta thay 1 lớp khác

Cơ cấu làm sắc đá mài

3.1 Sản xuất bột cơ bằng phương pháp mài

Công nghệ bột gỗ được mài dưới áp suất khí quyển (SGW)

Mô tả quá trình: Nguyên liệu sử dụng là những đoạn gỗ dài từ 1-1.5m, đã được bóc vỏ, rửa sạch, sẽ

được ép song song với trục quay của lỗ đá sần sùi Nhiệt sinh ra do ma sát giữa gỗ và lô đá sẽ làm nóng các xơ sợi của gỗ và làm mềm lignin có trong lớp trung gian, làm cho quá trình tách xơ được dễ dàng hơn Các viên đá lồi trên lô đá có tác động cắn xé để tách các sợi sơ ra khỏi gỗ Sợi tách ra được giữ lại ở những lô trũng trên mặt lô đá Lô đá sẽ được làm ẩm, nước sẽ hấp thụ nhiệt làm cho gỗ không bị cháy và đồng thời rửa lô đá kéo bột ra ngoài.

3.1 Sản xuất bột cơ bằng phương pháp mài

Công nghệ bột gỗ mài dưới áp xuất (PGW)

• Năm 1978, một công ty của Phần Lan đã có những cải tiến cho loại cối mài bột giấy để chúng có thể vận hành ở áp suất cao - lên đến khoảng 3 bars

• Quy trình này cho phép tăng hàm lượng phần sợi dài trong thành phần bột so với quy trình mài bột ở áp suất khí quyển Bột cơ có được từ phương pháp này có độ bền cơ lý (chiều dài đứt, độ bền va đập, bền xé) cao hơn từ 20-40% so với bột cờ từ phương pháp mài ở áp suất thường

• Tiêu tốn năng lượng cũng từ 1200-1400 kWh/tấn bột tùy loại gỗ sử dụng.

3.2 Sản xuất bột cơ bằng phương pháp nghiền

Giới thiệu

• Sản xuất bột cơ nghiền là sản xuất bột cơ theo phương pháp nghiền dăm mảnh gỗ trên máy nghiền thành bột giấy gọi là bột cơ nghiền.

• Nguyên tắc nghiền: nguyên liệu gỗ được cắt thành dăm mảnh gỗ qua rửa để loại bỏ tạp chất nặng, rồi qua máy nghiền (máy nghiền đĩa) làm trà sát sẽ bị phá vỡ, tách cắt sợi gỗ trong dăm mảnh gỗ tạo thành bột cơ nghiền.

• Công nghệ sản xuất bột cơ nghiền có thể trong môi trường nhiệt độ cao, môi trường hóa học.

• Với phương pháp này, bột cơ sinh ra có tính năng cơ lý ít bị tổn thương hơn so với bột mài.

3.2 Sản xuất bột cơ bằng phương pháp nghiền

Nguyên lý

Quá trình nghiền dăm mảnh:

1 Dăm mảnh bị nghiền thành những mảnh nhỏ, mảnh vụn “chùm xơ sợi”

2 Dưới tác dụng của nhiệt, nước, hóa chất các tế bào gỗ bị biến dạng, trương nở 3 Xơ sợi được tách lớp dưới tác dụng của dao nghiền

4 Nghiền nhỏ thành bột

3.2 Sản xuất bột cơ bằng phương pháp nghiền

Thiết bị nghiền

Các loại máy nghiền được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp là:

1 Máy nghiền đĩa đơn 2 Máy nghiền côn

3 Máy nghiền hai khoang bột 4 Máy nghiền đĩa kép

3.2 Sản xuất bột cơ bằng phương pháp nghiền

Thiết bị nghiền

Thường quay với vận tốc khoảng 1500 vòng/phút.

Hình một số loại máy nghiền

3.2 Sản xuất bột cơ bằng phương pháp nghiền

Đĩa nghiền

• Thiết bị nghiền có cơ cấu hoạt động cơ bản là đĩa nghiền - là bề mặt kim loại trên đó có khắc các dao nghiền.

• Vật liệu chế tạo đĩa nghiền: thép cứng nickel, đến những loại thép hay hợp kim đặc biệt.

• Cấu tạo tổng quát của một đĩa nghiền được minh họa ở hình, gồm ba phần

1 Vùng ngoài (phía chu vi): là vùng nghiền mịn, những dao nghiền khít nhau

2 Vùng giữa: là vùng trung gian

3 Vùng trong (gần tâm): là vùng đánh vỡ dăm gỗ, dao nghiền rất thưa (vùng nghiền thô)

3.2 Sản xuất bột cơ bằng phương pháp nghiền

3.2 Sản xuất bột cơ bằng phương pháp nghiền

Công nghệ sản xuất bột nghiền ở áp suất khí quyển (RMP)

• Dăm gỗ hợp cách được sàng và được rửa (thường với nước nóng) để loại cát sỏi và cũng để hâm nóng dăm.• Dăm sạch được nạp vào hệ thống thiết bị nghiền để tạo

thành bột cơ nghiền RMP: vào trung tâm thiết bị nghiền , ma sát vào cạnh các dao nghiền, tức thời dăm bị đánh vỡ ra thành những mảnh nhỏ và quá trình nghiền những mảnh nhỏ này bắt đầu khi chúng va đập vào nhau và va đập vào dao nghiền trên đĩa rotor và stato Dòng sợi gỗ này sẽ chuyển động ly tâm cùng với nước ra biên của các đĩa, rồi sau đó theo bột tháo ra ngoài.

• Thiết bị nghiền có thể là một, hai hoặc ba giai đoạn, tùy thuộc từng công nghệ

• Đặc điểm của bột RMP là sợi gỗ thường bị đướt ngang,

3.2 Sản xuất bột cơ bằng phương pháp nghiền

RMP có xử lý hóa chất

• Nếu nghiền trực tiếp dăm loại gỗ cứng sẽ được bột giấy có chất lượng rất thấp => dăm được xử lý sơ bộ với dung dịch kiềm nguội, tính năng bột sẽ được cải thiện đáng kể.

• Điều này có thể do lignin được mềm đi trong môi trường kiềm, làm cho quá trình tách sợi thuận lợi hơn

• Dung dịch xử lý sơ bộ dăm có thể là: NaOH, NaOH và Na2SO3, NaOH và H2O2.

• Quy trình: Dăm gỗ (có chiều dài khoảng 1.2 – 1.6 cm) được lắc trong thiết bị có chứa dung dịch hóa chất trong thời gian thích hợp (30 - 120 phút) Dăm kế đó được vắt rồi đưa qua giai đoạn nghiền

• Môi trường kiềm làm tăng độ màu của các hợp chất phenol => Việc sử dụng bổ sung Na2SO3 hay H2O2 nhằm hạn chế hiện tượng độ trắng bột bị giảm.

So sánh bột cơ giữa hai phương pháp

• Nguyên liệu: khúc gỗ • Năng suất cao

• Sợi tách ra chất lượng thấp • Năng lượng đầu vào cao

• Bột phù hợp cho sản xuất giấy tissue

• Nguyên liệu: dăm gỗ • Năng suất thấp hơn

• Bột chất lượng tốt hơn bột mài • Năng lượng đầu vào cao

• Bột phù hợp cho sản xuất giấy in báo

3.3 Bột nhiệt cơ (TMP)

• Mục đích: Cải thiện tính năng cơ lý của bột nghiền

• Quy trình: Dăm gỗ trước khi nạp vào máy nghiền, đi qua giai đoạn xử lý với hơi nước bão hòa ở nhiệt độ >100 và sau đó tiến hành quá trình℃ nghiền tách sợi từ dăm gỗ dưới áp suất 2-3 bars.• Do xử lý nhiệt, gỗ được “hóa dẻo” nên sợi được tách ra dễ dàng, quá trình tách sợi được xảy ra

hoàn toàn và như vậy sợi sẽ ít bị tổn thương hơn.

Sơ đồ quá trình sản xuất bột TMP

3.4 Bột hóa - nhiệt - cơ (CTMP)

• Tính chất cơ học của bột TMP có thể được cải thiện bằng việc thay thế quá trình xử lý dăm gỗ với hơi nước dưới áp suất bằng một quá trình xử lý với những chất hóa học ở nhiệt độ lớn hơn 100 ℃

• Nhiệt độ xử lý dăm 110- 140 (để làm mềm lignin), có thể tiến hành hoặc trong pha lỏng hoặc trong pha ℃hơi, thời gian xử lý từ 1-20 phút.

• Hóa chất: Na2SO3 xảy ra phản ứng sulfonat hóa lignin, giúp lignin sẽ trở nên ái nước hơn và sau quá trình nghiền, sợi sẽ trở nên đàn hồi hơn ,dung dịch NaOH có tác dụng làm tăng độ trương của lignin và hydrat cacbon, H2O2 là nhằm cải thiện độ trắng cho bột.

• Bột CTMP được sử dụng cho sản xuất giấy tissue, giấy in, giấy viết

Trên thế giới, các công nghệ TMP, CTMP do hãng Andritz, Metso Paper sản xuất.

Tại Việt Nam có:

• Nhà máy sản xuất bột cơ Tân Mai (Biên Hòa, Đồng Nai), sản lượng 40.000 tấn bột hóa-nhiệt- cơ trên năm.• Nhà máy bột giấy Phương Nam, 100.000 tấn bột/năm.• Các dự án nhà máy bột hóa- nhiệt-cơ, công suất

>100.000 tấn/năm đang được triển khai tại Kon Tum, Quảng Ngãi.

Nhà máy sản xuất bột cơ của hãng Andritz

Kết luận

• Hai phương pháp sản xuất bột giấy bằng phương pháp cơ học là: phương pháp mài và phương pháp nghiền.

• Quy trình sản xuất bột cơ sử dụng một lượng nhỏ hóa chất được gọi là bột hóa cơ.

• So với phương pháp hóa học, sản xuất bột theo phương pháp cơ học đòi hỏi chi phí đầu tư thấp hơn, công nghệ đơn giản hơn, có thể làm những loại giấy có định lượng thấp mà vẫn đảm bảo độ che phủ tuy nhiên yêu cầu về độ bền cơ lý không được như bột hóa

• Ứng dụng khác của bột cơ là làm các loại bao bì, giấy dán tường, giấy sinh hoạt, giấy vệ sinh, khăn, hay các loại sản phẩm có độ hấp phụ cao

Tài liệu tham khảo

[1] Nguyễn Thị Ngọc Bích, Kỹ thuật Xenlulo và giấy, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2010.

[2] Lê Quang Diễn, Công nghệ sản xuất bột giấy, Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội, 2015.

[3] Thái Đình Cường, Nghiên cứu sử dụng tác nhân thân thiện môi trường để thu bột giấy từ phế thải nông nghiệp, Luận văn Thạc sĩ khoa học, Ngành: Kỹ thuật hóa học, Chuyên ngành: Công nghệ xenluloza và giấy, Đại học Bách Khoa Hà nội, năm 2011.

[4] Bộ Tài nguyên và Môi trường, Hướng dẫn kỹ thuật lập báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án sản xuất giấy và bột giấy, Hà Nội, 2009.

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy và các bạn đã quan tâm lắng nghe!