nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất bột hoá nhiệt cơ tẩy trắng từ nguyên liệu gỗ tràm nam bộ và hỗn hợp gỗ tràm với gỗ keo lai khu vực miền nam-việt nam

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT P-RC-APMP TỪ NGUYÊN LIỆU GỖ TRÀM VÀ KEO LAI Xác lập quy trình sản xuất bột P-RC-APMP từ gỗ Tràm Nam bộ Xác lập quy trình sản xuất bột P-RC-A

BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM CÔNG TY TNHH VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ

KHU VỰC MIỀN NAM – VIỆT NAM

Cơ quan chủ trì: Công ty TNHH Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô

9587

Hà nội 12/2012

CƠ HỌC TẨY TRẮNG

4

1.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CHẤT LƯỢNG BỘT PEROXYT –KIỀM 13

1.2.1 Ảnh hưởng của chất lượng nguyên liệu tới chất lượng bột peroxyt- kiềm 13 1.2.2 Ảnh hưởng của giai đoạn xông hơi tới chất lượng bột peroxyt- kiềm 15 1.2.3

1.2.5.1

1.2.5.2

Tẩy trắng bột giấy cơ học

Tẩy trắng bột giấy cơ học bằng đithionit (Na2S2O4)

Tẩy trắng bột giấy cơ học bằng peroxyt

25

26

29 1.3 NGUYÊN LIỆU TRÀM CỪ VÀ KEO LAI KHU VỰC MIỀN NAM 36

1.3.1

1.3.2

Nguyên liệu gỗ Tràm khu vực Nam Bộ

Nguyên liệu gỗ Keo lai khu vực Nam bộ

35

39

CHƯƠNG II

THÀNH PHẦN HÓA LÝ CỦA NGUYÊN LIỆU TRÀM VÀ KEO LAI

Tính chất vật lý của gỗ Tràm và Keo lai

Thành phần hóa học của gỗ Tràm và Keo lai

50

50

52

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT P-RC-APMP

TỪ NGUYÊN LIỆU GỖ TRÀM VÀ KEO LAI

Xác lập quy trình sản xuất bột P-RC-APMP từ gỗ Tràm Nam bộ

Xác lập quy trình sản xuất bột P-RC-APMP từ gỗ Keo lai Nam bộ

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT P-RC-APMP TỪ HỖN HỢP

NGUYÊN LIỆU GỖ TRÀM VÀ KEO LAI

Ảnh hưởng của tỷ lệ gỗ tràm cừ và keo lai

Ảnh hưởng của mức dùng NaOH tới chất lượng bột từ hỗn hợp nguyên

liệu tràm cừ và keo lai

Ảnh hưởng của thời gian thẩm thấu tới chất lượng bột từ hỗn hợp

nguyên liệu Tràm cừ và Keo lai

Chi phí sơ bộ nguyên liệu và hóa chất sản xuất bột P-RC-APMP từ hỗn

hợp gỗ Tràm cừ - Keo lai Nam bộ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘT P-RC-APMP TỪ HỖN HỢP NGUYÊN

LIỆU TRÀM CỪ VÀ KEO LAI CHO SẢN XUẤT GIẤY IN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BỘT

GIẤY P-RC-APMP TỪ HỖN HỢP GỖ TRÀM VÀ GỖ KEO LAI

Đặc tính của nước thải

Xử lý nước thải theo phương pháp hóa lý

Xử lý nước thải theo phương pháp sinh học kỵ khí

Xử lý sinh học hiếu khí

Xử lý cấp 3

Đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của nhà máy sản xuất bột

P-RC-APMP từ nguyên liệu gỗ Tràm và gỗ Keo lai

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

APMP Alkaline Peroxide Mechanical Pulping

Công nghệ bột cơ học peroxyt – kiềm P-RC-APMP Pre-conditioning Refiner Chemical Alkaline Peroxide

Mechanical Pulping : Công nghệ bột cơ học peroxyt – kiềm

có sử dụng hóa chất trong quá trình nghiền UHKP Unbleached hardwood kraft pulp,

Bột kraft gỗ cứng chưa tẩy trắng USKP Unbleached softwood kraft pulp

Bột kraft gỗ mềm chưa tẩy trắng BHKP Bleached hardwood kraft pulp

Bột kraft gỗ cứng tẩy trắng BSKP Unbleached softwood kraft pulp

Bột kraft gỗ mềm tẩy trắng CTMP Chemical Thermo- Mechenical Pulp

Bột hóa nhiệt cơ BCTMP Bleaching Chemical Thermo- Mechenical Pulp

Bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long

DTPA Diethylene triamine pentaacetic acid

COD Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học

BOD Biochemical oxygen Demand- nhu cầu oxy sinh hoá

TSS Total Suspended Solids - Tổng chất rắn lơ lửng

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ thiết bị chính của dây chuyền sản xuất bột P-RC-APMP của AndritzHinh 1.2 Ảnh hưởng của mức dùng kiềm (TA) tới tỷ trọng

của bột giấy cơ học

Hình 1.3 Ảnh hưởng của mức dùng kiềm (TA) tới độ tán xạ ánh sáng

Hình 1.4 Ảnh hưởng của mức dùng kiềm (TA) tới độ nghiền, điện năng tiêu thụ Hình 1.5 Ảnh hưởng của mức dùng kiềm (TA) tới độ bền kéo của bột P-RC-APMPHình 1.6 Ảnh hưởng của mức dùng kiềm (TA) tới chỉ số xé của bột P-RC-APMP Hình 1.7 Mối tương quan giữa chỉ số độ bền kéo và chỉ số xécủa bột P-RC-APMP Hình 1.8 Ảnh hưởng của pH đến sự phân ly của H2O2

Hình 1.9 Ảnh hưởng của mức dùng Na2SiO3 tới độ trắng, lượng cặn dư H2O2

của bột cơ học từ gỗ thông

Hình 1.10 Ảnh hưởng của mức dùng các tác nhân chelat hoá đối với khả

năng loại Mn

Hình 1.11 Ảnh hưởng của nhiệt độ chelat hoá tới khả năng loại Mn

Hình 1.12 Ảnh hưởng của thời gian chelat hoá tới khả năng loại Mn

Hình 1.13 Ảnh hưởng của nồng độ bột tới độ trắng của bột SGW sau tẩy từ nguyên

liệu gỗ vân sam

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy P-RC-APMP

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 So sánh một số thông số kỹ thuật giữa công nghệ APMP và BCTMP từ

gỗ Dương Bảng 1.2 So sánh chất lượng bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng từ gỗ Dương

Bảng 1.3 Tính chất cơ lý bột P-RC-APMP từ một số loại bạch đàn Nam Mỹ

Bảng 1.4 Tính chất cơ lý bột giấy từ nguyên liệu gỗ Dương (Aspen) sản xuất theo

công nghệ BCTMP và APMPBảng 1.5 Ảnh hưởng của tốc độ nghiền tới chất lượng bột cơ học

Bảng 1.6 Ảnh hưởng của nồng độ nghiền, tốc độ nghiền tới thời gian lưu của

nguyên liệu Bảng 1.7 Độ bền cơ học của bột giấy từ một số loại Keo

Bảng 3.1 Kích thước và trọng lượng của Tràm cừ, Tràm Úc và Keo lai ở các độ

tuổiBảng 3.2 Tỷ trọng của Tràm cừ, Tràm Úc và Keo lai ở các độ tuổi khác nhau Bảng 3.3 Thành phần hóa học của Tràm cừ, Tràm Úc ở các độ tuổi khác nhau và

gỗ Keo lai Bảng 3.4 Thành phần các chất tan trong dung môi của Tràm cừ, Tràm Úc ở các

độ tuổi khác nhau và gỗ Keo lai Bảng 3.5 Ảnh hưởng của độ tuổi khai thác Tràm tới tính chất bột P-RC-APMP Bảng 3.6 Ảnh hưởng của thời gian và mức dùng NaOH trong giai đoạn thẩm thấu

2 tới tính chất cơ lý của bột Bảng 3.7 Ảnh hưởng của mức dùng H2O2 trong giai đoạn thẩm thấu 2 tới tính

chất cơ lý của bột Bảng 3.8 Mã hóa các biến thí nghiệm thực nghiệm

Bảng 3.9 Kết quả các mẫu thực nghiệm

Bảng 3.10 Các số liệu thực nghiệm trên mô hình

Bảng 3.11 Các số liệu tính toán trên mô hình

Bảng 3.12 Ma trận thực nghiệm tối ưu theo phương pháp tiến lên

Bảng 3.13 Ảnh hưởng của tỷ lệ dăm mảnh Keo lai, Tràm cừ tới chất lượng

bột P-RC-APMP

Bảng 3.14 Ảnh hưởng của mức dùng NaOH tới chất lượng bột P-RC-APMP từ

hỗn hợp Tràm cừ và Keo lai Bảng 3.15 Ảnh hưởng của thời gian thẩm thấu 2 tới chất lượng bột P-RC-APMP

từ hỗn hợp Tràm cừ và Keo lai Bảng 3.16 Ảnh hưởng của tỷ lệ bột giấy P-RC-APMP tới tính chất của mẫu giấy Bảng 3.17 Các chỉ số nước thải của bột giấy sản xuất từ gỗ tràm, keo lai và hỗn

hợp của hai loại nguyên liệu Bảng 3.18 Ảnh hưởng của mức dùng PAC đến hiệu quả của quá trình keo tụ

Bảng 3.19 Ảnh hưởng của thời gian lưu tới hiệu quả khử COD trong giai đoạn xử

lý kỵ khí Bảng 3.20 Các chỉ số của nước thải sau xử lý kỵ khí

Bảng 3.21 Ảnh hưởng của thời gian xử lý tới hiệu quả khử COD trong giai đoạn

xử lý hiếu khí Bảng 3.22 Các chỉ số của nước thải sau giai đoạn xử lý hiếu khí

Bảng 3.23 Ảnh hưởng của mức dùng phèn nhôm tới chỉ số COD và độ màu của

nước thải trong giai đoạn xử lý cấp 3 Bảng 3.24 Các chỉ số của nước thải sau xử lý cấp 3

MỞ ĐẦU

Hiện nay đứng trước sức ép bảo vệ môi trường, hạn chế sự biến đổi khí hậu trên toàn cầu, hầu hết các quốc gia đã và đang hạn chế sự khai thác rừng phòng hộ, tích cực trồng rừng, phủ xanh đất trống đồi trọc…Đứng trước xu hướng trên, ngành công nghiệp bột giấy và giấy trên thế giới đã có những định hướng nhất định: tăng cường sử dụng nguyên liệu là giấy loại và bột giấy hiệu suất cao

Với thực tế trên, bột giấy hóa nhiệt cơ tẩy trắng được sử dụng ngày càng nhiều trong quá trình sản xuất giấy in báo, các sản phẩm giấy in cao cấp và là thành phần không thể thiếu đối với giấy tráng Ngoài các yếu tố quan trọng là chi phí sản xuất thấp, tiết kiệm nguyên liệu thô, bột cơ học còn góp phần tạo nên những chỉ tiêu chất lượng quan trọng của sản phẩm giấy như: độ đục, độ nhẵn cao, khả năng in ấn vượt trội

Trong vài năm trở lại đây, bột cơ học đã được nhiều nhà đầu tư Việt Nam quan tâm và đầu tư như: Công ty cổ phần Tập đoàn Tân Mai với 03 dây chuyền BCTMP tại Kon tum, Quảng Ngãi, Lâm Đồng với công suất lên tới 390.000 tấn/năm

từ nguyên liệu gỗ cứng; dây chuyền bột P-RC-APMP của Công ty cổ phần giấy Thanh hóa công suất 130.000 tấn/năm phục vụ cho dây chuyền sản xuất giấy làm bộp cao cấp (FB) và đặc biệt là dây chuyền P-RC-APMP của nhà máy Phương Nam công suất 100.000 tấn/năm từ nguyên liệu là cây đay

Nhà máy bột giấy Phương Nam đầu tiên do công ty TRACODI Ltd, Co., làm chủ đầu tư với công suất 100.000 tấn bột cơ học tẩy trắng/năm, đây là dự án bột giấy

cơ học đầu tiên và duy nhất sử dụng nguyên liệu cây Đay Việt Nam Công nghệ sản xuất của nhà máy là công nghệ P-RC APMP (Pre-conditioning Refiner Chemical Alkaline Peroxide Mechanical Pulping ) với thiết bị tiên tiến và đồng bộ do hãng Andritz cung cấp Tuy nhiên do ảnh hưởng của cuộc khủng hoảng kinh tế toàn cầu năm 2008 – 2009, chủ đầu tư đã gặp rất nhiều khó khăn trong quá trình xây lắp, vùng nguyên liệu có nguy cơ mất do tiến độ chậm nên không thể mua hết đay nguyên liệu của dân Người trồng đay do không có đầu ra nên có xu hướng chuyển qua trồng các loại cây khác Trước thực trạng đó, Chính phủ đã quyết định chuyển dự án sang cho

Tổng công ty Giấy Việt Nam làm chủ đầu tư, với mong muốn dự án tiếp tục được triển khai và sớm đi vào hoạt động

Kể từ khi tiếp nhận, chủ đầu tư mới đã tích cực triển khai các hạng mục công trình Tính tới thời điểm này về cơ bản thiết bị, nhà xưởng của nhà máy đã được lắp đặt tương đối hoàn thiện, hoàn thiện quá trình chạy đơn động và đang trong giai đoạn chạy thử nghiệm công nghệ với nguyên liệu là đay

Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đều khẳng định, nguyên liệu đay hoàn toàn phù hợp cho sản xuất bột P-RC-APMP chất lương cao dùng cho sản xuất giấy in, giấy viết và giấy tráng cao cấp Tuy nhiên khó khăn lớn nhất của nhà máy hiện nay là nguồn cung cấp nguyên liệu Niên vụ đay năm 2012, công ty đã ký hợp đồng với người dân để bao tiêu toàn bộ sản lượng đay nên diện tích đay trồng tại khu vực đã tăng lên đáng kể, sản lượng thu mua của nhà máy đạt trên 25.000 tấn, song giá thu mua khá cao, trên 800.000 đồng/tấn đay tươi Với tình hình này, nếu không

có biện pháp quy hoạch lại vùng nguyên liệu, lựa chọn giống đay cao sản nhằm hạ giá nguyên liệu, đồng thời nâng cao sự hợp tác, khuyến khích, động viên người dân trồng Đay thì thì nguy cơ nhà máy chắc chắn sẽ bị thiếu nguyên liệu

Đứng trước nguy cơ trên, việc tìm một nguồn nguyên liệu đủ về số lượng, đảm bảo về chất lượng và phù hợp với công nghệ và sản phẩm của nhà máy là điều sống còn đối với nhà máy

Để hỗ trợ cho dự án, từ năm 2011 Bộ Công thương đã giao cho Viện CN Giấy

và Xenluylô thực hiện đề tài: “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất bột giấy

hóa nhiệt cơ tẩy trắng từ nguyên liệu gỗ Tràm và hỗn hợp với gỗ Keo lai khu vực miền Nam – Việt Nam ” trong 2 năm 2011 – 2012 với mục tiêu là xác lập tính khả

thi về kỹ thuật công nghệ sản xuất bột P-RC-APMP từ các loại nguyên liệu này có đáp ứng được yêu cầu cho sản xuất giấy in, giấy viết hay không Mục tiêu của đề tài:

1 Bột giấy P-RC-APMP từ gỗ Tràm cừ và gỗ Keo lai

+ Hiệu suất bột sau tẩy, %: ≥ 82 + Độ trắng bột, %ISO: ≥ 76 + Chiều dài đứt,km: ≥ 3,4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT GIẤY

CƠ HỌC TẨY TRẮNG

1.1.TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ P-RC -APMP

Bột giấy cơ học xuất hiện ngay từ đầu thế kỷ thứ 18 bởi ý tưởng của J.Ch.Shäffer người Đức, song mãi sau 1843 bột gỗ mài và thế hệ máy mài đầu tiên mới xuất hiện bởi Keller Trải qua nhiều thập kỷ, công nghệ và thiết bị sản xuất bột giấy cơ học đã có những bước tiến vượt bậc, công suất dây chuyền và chất lượng bột giấy ngày càng được nâng cao Tiêu biểu nhất là công nghệ P-RC-APMP, đây là công nghệ cải tiến mới nhất của công nghệ APMP

Công nghệ APMP lần đầu tiên được giới thiệu tại hội nghị quốc tế về bột giấy

cơ học năm 1989 tại Atlanta bởi hãng Andritz Từ đó đến nay hàng loạt các nghiên cứu ứng dụng công nghệ này cho các loại nguyên liệu khác nhau cũng như các cải tiến về công nghệ, thiết bị đã được trung tâm nghiên cứu và thử nghiệm của hãng Andritz tại Springfied, Ohio USA thực hiện, công bố và đưa vào ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất ở nhiều nước trên thế giới Ngay sau khi xuất hiện, hai nhà máy đầu tiên sử dụng công nghệ APMP đã được lắp đặt và đi vào sản xuất thành công tại: Malette Quebec, Canada và tại Dandong Trung Quốc Quá trình sản xuất của nhà máy đã chứng minh tính ưu việt của công nghệ APMP: linh hoạt đối với các loại nguyên liệu khác nhau, giảm tiêu hao năng lượng, chất lượng bột giấy được nâng lên

so với công nghệ BCTMP [3]

Thực chất công nghệ APMP là công nghệ được cải tiến trên cơ sở công nghệ BCTMP Đối với công nghệ BCTMP giai đoạn thẩm thấu dăm mảnh thường dùng dung dịch Na2SO3 hoặc Na2SO3 + NaOH đối với gỗ mềm và NaOH đối với gỗ cứng thì công nghệ APMP sử dụng dung dịch NaOH + H2O2 cùng với các phụ gia khác Với sự thay đổi này, bên cạnh việc trích ly nhựa, làm trương nở,‘‘mềm hóa’’ dăm mảnh dưới tác dụng của NaOH thì quá trình tẩy trắng dăm mảnh dưới tác dụng của tác nhân H2O2 trong môi trường kiềm trước khi đưa vào nghiền Quá trình thẩm thấu

có thể diễn ra 1, 2 đối khi 3, 4 giai đoạn Nhìn chung bột sau nghiền đã đạt độ trắng

nhất định, tùy theo yêu cầu của sản phẩm giấy mà có thể không cần công đoạn tẩy

trắng Đối với các sản phẩm yêu cầu độ trắng cao, sau giai đoạn nghiền có thể bổ

sung thêm 1 hoặc 2 giai đoạn tẩy trắng với tác nhân là H2O2 và Na2S2O3, sản phẩm

thu được có thể đạt độ trắng 80 – 89% ISO tùy theo nguyên liệu [3]

Bảng 1.1 So sánh một số thông số kỹ thuật giữa công nghệ APMP và BCTMP từ gỗ

Với việc sử dụng NaOH – một tác nhân kiềm mạnh trong dịch thẩm thấu cho

phép công nghệ này không chỉ sử dụng hiệu quả đối với nguyên liệu là gỗ mềm (các

loại gỗ thông, gỗ vân sam, linh sam ) mà còn mở rộng cho nhiều loại gỗ cứng, giúp

giảm năng lượng nghiền cũng như giảm tỷ lệ xơ sợi gẫy vụn, xơ sợi mịn (fine) tăng

tỷ lệ xơ sợi dài mà không làm bột bị sậm màu gây khó khăn cho quá trình tẩy tới độ

trắng cao như đối với công nghệ BCTMP nếu sử NaOH trong giai đoạn thẩm thấu

Một số so sánh về các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của bột BCTMP và APMP sản xuất từ

nguyên liệu gỗ Dương (Aspen), bảng 1.1

Với tính ưu việt, công nghệ APMP đã, đang được các nhà khoa học trên thế giới nói chung và của tập đoàn đoàn Andritz nói riêng không ngừng nghiên cứu áp dụng cho các loại nguyên liệu khác nhau, đặc biệt là ứng dụng cho các loại nguyên liệu gỗ cứng mọc nhanh Kết quả nghiên cứu của Eric C Xu và Marc J Sabourin đối với một số loại gỗ bạch đàn: eucalytus grandis từ Argentina; eucalytus grandis, eucalytus saligna từ Paraguay cho thấy đối với công nghệ APMP: mức dùng 5,9 – 7,5%NaOH; 3,8 – 5,0%H2O2 còn BCTMP với 2,7%NaOH + 2,5%Na2SO3 và 3,8 – 5,0%H2O2 cho chất lượng bột APMP cao hơn hẳn: tại độ nghiền CSF 200ml, tiêu hao năng lượng

1450 – 1480 kWh/tấn so với 1920 – 1950 kWh/tấn; độ trắng của bột 85 – 89%ISO so với 81 – 84%ISO; chỉ số độ bền xé 6,5 – 7,9 mNm2/g so với 4,9 – 7,1 mNm2/g; chỉ

số bền kéo 53 – 61Nm/g so với 47 – 49 Nm/g; độ tán xạ ánh sáng 53,0 – 54,8 m2/kg

so với 46 – 50 m2/kg [30] Các kết quả nghiên cứu [17, 28, 30, 31, 33] cũng cho thấy đối với nguyên liệu là gỗ bulo (birch), gỗ Thích (maple), bạch đàn Nam Mỹ (Eucalyptus Grandis, Eucalyptus saligna, Eucalyptus pilularis, Eucalyptus dunnil, Eucalyptus urophylla ), thân cây Đay (Kenaf, Jute) đều thích hợp cho công nghệ APMP Chất lượng bột thu được tương đương với bột sản xuất từ nguyên liệu gỗ Dương, độ trắng của bột đạt >80%ISO

Không ngừng cải tiến, các nhà khoa học của hãng Andritz đã cho ra đời công nghệ mới cải tiến từ công nghệ APMP là công nghệ P-RC-APMP (Preconditioning Refiner Chemical Treatment Peroxide Mechanical Pulping), công nghệ này được cấp bằng sáng chế lần đầu tại Mỹ năm 2000 và bản quyền thuộc về hãng Andritz

Điểm khác biệt của công nghệ P-RC-APMP so với công nghệ APMP truyền thống và công nghệ BCTMP là ngoài quá trình tiền xử lý dăm mảnh bằng dung dịch kiềm – peroxyt trước khi nghiền, do có giai đoạn nghiền kết hợp với xử lý hóa chất (RC) nên đã tăng cường, cải thiện quá trình phân phối và phối trộn hóa chất ở nồng

độ cao, nhiệt độ cao tạo điều kiện cho các phản ứng tẩy trắng xẩy ra triệt để trong thời gian rất ngắn nên công nghệ này bột cho độ trắng rất cao Mặt khác nhờ giai đoạn RC còn cho phép giảm mức dùng NaOH nên giảm được phản ứng giữa NaOH

Hầu hết các nguyên liệu sử dụng tốt cho công nghệ APMP đều thích hợp cho

P-RC-APMP, chất lượng bột giấy thu được có phần tốt hơn Một số tính chất cơ lý của

bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng từ gỗ Dương được sản xuất theo các công nghệ khác nhau

được đưa trong bảng 1.2 [3]

Bảng 1.2 So sánh chất lượng bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng từ gỗ Dương [3]

Từ kết quả đưa ra trong bảng 1.2 cho thấy với cùng một loại nguyên liệu, mức

dùng hóa chất tương đương nhau, cùng một độ nghiền thì công nghệ P-RC-APMP cho

chất lượng bột tốt hơn cả, chi phí năng lượng giảm 600 – 700kWh/tấn so với công

nghệ APMP và BCTM Các kết quả trên cũng cho thấy, mức dùng các loại hóa chất

có ảnh hưởng rất lớn tới tính chất cơ lý của bột giấy Khi tăng mức dùng NaOH, H2O2

thì độ trắng của bột giấy, độ bền cơ lý thu được có xu hướng tăng nhưng độ đục, hệ số

tán xạ ánh sáng có xu hướng giảm Hơn nữa đối với công nghệ P-RC-APMP và

APMP thì mức dùng NaOH và H2O2 (đặc biệt là NaOH) có trong dịch thẩm thấu cần

được lựa chọn tối ưu cho từng loại nguyên liệu khác nhau và cho từng loại sản phẩm

bột giấy yêu cầu Bảng 1.3 giới thiệu tính chất cơ lý của một số loại nguyên liệu gỗ

cứng sử dụng công nghệ P-RC-APMP

Bảng 1.3.Tính chất cơ lý bột P-RC-APMP từ một số loại bạch đàn Nam Mỹ [30]

Nguyên liệu Gỗ Dương (Aspen) Bạch đàn Nam Mỹ*

Hệ số tán xạ ánh sáng, m2/kg <40 >45

Ghi chú: * Bạch đàn Nam Mỹ gồm: Eucalyptus Grandis, Eucalyptus saligna, Eucalyptus pilularis,

Eucalyptus dunnil, Eucalyptus urophylla

Dây chuyền công nghệ sản xuất bột APMP nói chung và P-RC-APMP nói riêng

thường bao gồm các công đoạn chính sau:

* Chuẩn bị nguyên liệu

Từ bãi nguyên liệu, các khúc gỗ được xe cạp vào mâm phân phối Từ đây các

khúc nguyên liệu được cấp vào hệ thống băng tải xích, băng tải cao su chuyển tới

tang bóc vỏ (kiểu ướt hoặc kiểu khô) Các khúc nguyên liệu được bóc sạch vỏ, các

khúc không hợp cách (quá cỡ, có lẫn kim loại hoặc quá ngắn) được loại ra khỏi hệ

thống băng tải Nguyên liệu được chặt trong máy chặt trong máy chặt mảnh dạng

mâm dao Mảnh nguyên liệu thoát ra từ máy chặt được tách bụi bởi xiclon và được

sàng trên hệ thống sàng với các lưới sàng khác nhau Mảnh hợp cách được băng tải

chuyển tới bãi chứa dăm mảnh Mảnh quá cỡ được quay lại hệ thống máy chặt lại,

mảnh quá nhỏ cùng với bụi được thu gom và đốt trong lò hơi

*Rửa mảnh

Mảnh nguyên liệu từ phân xưởng chuẩn bị dăm mảnh được vít nạp mảnh (nằm

ở đáy bãi mảnh) chuyển tới băng tải, mảnh được băng tải chuyển tới tháp chứa số 1

vào băng tải chuyển tới thiết bị rửa Tại thiết bị rửa, dăm mảnh được đảo trộn với nước ấm nhằm mục đích làm sạch dăm mảnh khỏi các tạp chất có hại cho máy nghiền như cát sạn, kim loại đồng thời loại bỏ vỏ cây và các tạp chất nhẹ khác Các tạp chất tách khỏi dăm mảnh lắng xuống đáy thiết bị và được xả định kỳ tới bể chứa Mảnh sau khi được tách cát sạn được xả xuống bể chứa và được lưu với nước rửa có nhiệt độ khoảng 80 -85oC trước khi được bơm bằng bơm chuyên dụng tới vít tách nước Mảnh sau khi được tách nước sẽ được xả vào tháp chứa số 2, nước thoát

ra sẽ được dẫn về bể chứa nước tuần hoàn Tại đây nước sau khi được lắng sẽ được bơm qua hệ thống lọc cát, nước sau lọc sẽ được bơm quay lại thiết bị rửa mảnh (lượng nước thiếu hụt sẽ được bổ xung bằng nước sạch)

Tháp chứa số 2 được thiết kế dùng cho lưu trữ và cho quá trình xông hơi dăm mảnh Mảnh được xông hơi với hơi thứ từ máy nghiền sơ cấp và hơi áp suất thấp lò hơi Dưới tác dụng của hơi nước, các phân tử lignin dần bão hòa hơi nước và trở nên mềm hơn tạo điều kiện cho quá trình nghiền tách xơ sợi sau này Nhiệt độ lignin bắt đầu chuyển sang trạng thái mềm khi nhiệt độ 80 – 900C Ngoài tác dụng làm mềm dăm mảnh, quá trình xông hơi cũng có tác dụng thay thế không khí trong các mao quản bằng nước tạo điều kiện cho quá trình thẩm thấu hóa chất sau này Thời gian xông hơi khoảng 15 – 30 phút

* Thẩm thấu hoá chất

Hệ thống thẩm thấu hóa chất tối thiểu là 2 giai đoạn đôi khi có dây chuyền sử dụng 3 đôi khi là 4 giai đoạn Giai đoạn đầu tiên thường sử dụng dung dịch DTPA hoặc ETDA, giai đoạn này có tác dụng loại bỏ tác dụng có hại của các kim loại chuyển tiếp đối với H2O2 trong các giai đoạn tiếp theo Dịch thẩm thấu các giai đoạn tiếp theo chứa NaOH, H2O2, MgSO4, silicat, DTPA

Mỗi giai đoạn thẩm về nguyên tắc được chia làm 3 bước khác nhau và sự kết hợp này tạo ra một công nghệ thẩm thấu tối ưu Bước 1 dưới tác động ép với tỷ suất

ép cao của vít ép hình côn, không khí, nhựa và nước được tách ra khỏi mảnh Tác động ép này làm cho dăm mảnh bị dập, phân tách bề mặt vách tế bào sơ cấp mà không làm phân hủy xơ sợi, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nghiền, tách xơ sợi

Ở bước thứ 2, mảnh được vít ép xả vào thiết bị thẩm thấu hòa trộn với hóa chất Thiết bị thẩm thấu có dạng hình trụ được đặt nghiêng hoặc thẳng đứng, bên trong được trang bị 2 vít tải kép có tác dụng chuyển dăm mảnh từ dưới lên trên, dịch thẩm thấu được bơm vào liên tục Do bị ép chặt nên khi được giải phóng vào trong tháp thẩm thấu, dăm mảnh thấm hút dịch rất nhanh và đồng đều

Mảnh nguyên liệu đi từ dưới lên được xả tới tháp phản ứng và lưu giữ tại đây một thời gian nhất định đảm bảo cho phản ứng hóa học diễn ra (bước 3) Nhiệt độ trong tháp được bảo ôn nhò kết nối với hệ thống cấp hơi thứ cấp và hơi mới Hệ thống cánh khuấy và vít xả đảm bảo lượng dăm mảnh chuyển tới vít ép của giai đoạn thẩm thấu tiếp theo Đối với giai đoạn thẩm thấu cuối thì cơ cấu này sẽ chuyển dăm mảnh tới hệ thống nạp liệu của máy nghiền sơ cấp

Trong máy nghiền, dăm mảnh được nghiền, tách thành các xơ sợi dưới tác dụng của lực ma sát giữa các dăm mảnh với nhau và giữa dăm mảnh với đĩa nghiền Độ nghiền của bột được khống chế bởi khe hở giữa đĩa nghiền Quá trình nghiền thường được tiến hành 2 giai đoạn, giai đoạn 1 nồng độ nghiền từ 35 – 50%, nhiệt độ vùng nghiền 120 -1300C và áp suất 2- 3at; giai đoạn 2 nồng độ nghiền khoảng 20 -25%, nghiền ở áp suất khí quyển Trong quá trình nghiền một phần năng lượng nghiền chuyển thành nhiệt năng và tạo ra một lượng lớn hơi nước bão hòa (khoảng 0,8 tấn hơi/MWh năng lượng nghiền) Với lượng H2O2 dư trong các giai đoạn thẩm thấu và

H2O2 mới bổ xung vào dăm mảnh trước khi nghiền, dưới tác dụng của quá trình

nghiền, hóa chất đã được phân bố đều và tại nhiệt độ cao, áp suất cao trong thời gian ngắn đã tăng cường phản ứng tẩy trắng, nâng cao độ trắng của bột sau nghiền

Từ máy nghiền, hỗn hợp bột và hơi nước được xả qua hệ thống ống thổi tới xiclon áp lực nhằm phân tách hơi và bột Hơi được tách ra khỏi bột được dẫn về hệ thống thu hồi nhiệt còn bột rơi xuống đáy xiclon được vít tải chuyển về tháp chứa bột

Từ đáy tháp này bột được pha loãng và bơm tới máy rửa vít ép Bột sau rửa được chuyển tới hệ thống vít tách nước và chuyển tới vít nạp liệu vào máy nghiền thứ cấp

Xơ sợi mới nghiền thường chịu tác động đồng thời của lực xoắn và lực duỗi nên bột sau nghiền thứ cấp được ngâm trong bể Latency nồng độ 3,0 -3,5%, nhiệt độ khoảng 600C và được khuấy trộn tốc độ cao

* Sàng chọn và làm sạch

Bột từ bể chứa tiếp tục được pha loãng trước khi được bơm tới sàng áp lực Các mảnh nguyên liệu còn sót lại và búi xơ sợi được tách ra, qua hệ thống sàng cong, cô đặc và được nạp vào máy nghiền bột thải Bột tốt sau sàng được đưa tới hệ thống lọc cát nồng độ thấp 2 hoặc 3 cấp nhằm loại bỏ cát sạn Bột sau khi đã được làm sạch được đưa vào máy cô đặc dạng lưới đôi, bột sau cô đặc được chứa trong các tháp chứa trước khi chuyển tới hệ thống chuẩn bị bột của máy xeo hoặc tới hệ thống tẩy trắng bột (đối với bột yêu cầu độ trắng cao sẽ được tẩy trắng 1 – 2 giai đoạn)

* Tẩy trắng bột giấy

Tuỳ từng loại nguyên liệu cũng như yêu cầu chất lượng bột cho các mục đích sử dụng nhất định mà bột APMP, P-RC-APMP sẽ được tẩy trắng thêm với mức dùng hoá chất nhất định

Bột từ bể chứa sau thiết bị cô đặc được chuyển tới thiết bị trộn hoá chất và gia nhiệt tới nhiệt độ nhất định theo yêu cầu kỹ thuật trước khi chuyển vào tháp tẩy Tuỳ công nghệ mà quá trình tẩy có thể được tiến hành tẩy một giai đoạn hoặc 2 giai đoạn với các loại hoá chất tẩy khác nhau như H2O2 hoặc đithionit Bột sau tẩy ở giai đoạn cuối cùng được rửa sạch và trung hoà bằng khí SO2 hoặc axit sunphuric trước khi tới

bể chứa Giữa hai giai đoạn tẩy bột được rửa bằng máy rủa vít ép Giai đoạn cuối cùng bột sau tẩy thường được rửa bằng máy rửa lưới đôi

Hình 1.1 Sơ đồ thiết bị chính của dây chuyền sản xuất bột

P-RC-APMP của Andritz

* Tồn trữ bột

Đối với các nhà máy sản xuất bột APMP, P-RC-APMP thương phẩm, bột sau rửa được sàng chọn – làm sạch một lần nữa bằng hệ thống sàng áp lực và lọc cát nồng độ thấp Bột được cô đặc, vắt ép tới nồng độ khoảng 30 -35% sẽ được phun vào hệ thống hầm sấy để sấy khô (nhiệt sấy thường sử dụng khí nóng từ quá trình đốt khí ga

từ hệ thống xử lý nước thải kỵ khí và khí ga bổ sung từ ngoài) Bột khô sẽ được ép, đóng bành và bao gói Do bột có hiệu suất rất cao, hàm lượng lignin gần như không thay đổi nên độ trắng của bột sẽ dần bị thay đổi dưới tác dụng của môi trường nên thời gian tộn trữ bột thấp hơn nhiều so với bột hoá tẩy trắng

* Hệ thống thu hồi nhiệt và phân phối hơi sinh ra từ quá trình nghiền

Quá trình nghiền bột cơ học ở nồng độ cao tại các máy nghiền giải phóng ra một lượng hơi bão hòa khá lớn, phần lớn lượng hơi này sau khi tách khỏi bột được thu

Sàng chọn – làm sạch Nghiền thứ cấp

gom và tái sử dụng để gia nhiệt cho dăm mảnh trong các tháp xông hơi, thẩm thấu và gia nhiệt Một phần hơi này được sử dụng để sản xuất nước nóng trong hệ thống thu hồi nhiệt Hơi sinh ra từ quá trình nghiền bột nồng độ cao được thu gom về các ống dẫn và được dẫn tới đầu vào phía dưới của tháp lọc khí hoạt động ở áp suất khí quyển Nước được phun vào từ đỉnh tháp lọc khí làm ngưng tụ các khí có thể ngưng, ngưng tụ hơi nước và bột đi kèm Tất cả các hợp chất này rơi xuống dưới tháp Nước ngưng được các bơm tới bể chứa và từ đây chúng được bơm qua các thiết bị trao đổi nhiệt để làm nóng nước công nghệ Nước ngưng tụ sau khi giảm nhiệt lại được bơm trở lại làm nước phun ngưng tụ tại đỉnh tháp lọc khí Lượng nước này sau một thời gian sẽ được thay thế bằng nước sạch, chúng được bơm qua hệ thống lọc xơ sợi và chuyển tới hệ thống xủa lý nước thải Các khí không ngưng sẽ được thải bỏ ra môi trường qua thiết bị giảm âm

1.2 CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ẢNH HƯỞNG TỚI CHẤT LƯỢNG BỘT PEROXYT – KIỀM

1.2.1 Ảnh hưởng của chất lượng nguyên liệu tới chất lượng bột P-RC-APMP

Nguyên liệu dùng cho sản xuất bột cơ học nói chung và bột peroxyt – kiềm nói riêng thường có hai loại chính là nguyên liệu gỗ mềm và nguyên liệu gỗ cứng đôi khi

sử dụng cả nguyên liệu là phi gỗ như: đay, bã mía ứng với mỗi loại nguyên liệu sẽ cho ta một loại bột có chất lượng khác nhau Ứng với mỗi loại nguyên liệu, mỗi mức

độ chất lượng bột sẽ sử dụng một quy trình công nghệ nhất định

Như ta đã biết mỗi loại gỗ có một độ sáng nhất định, có loại gỗ rất đen như gỗ mun có loại gỗ rất sáng như gỗ Dương, gỗ Thông Ngoài ra màu của gỗ còn phụ thuộc vào mùa khai thác Tuy nhiên yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng bột đặc biệt là độ trắng là quá trình bảo quản gỗ và mảnh nguyên liệu

Trong quá trình cất trữ, gỗ luôn có xu hướng chuyển màu Màu của gỗ thường chuyển từ vàng đậm sang nâu, nhưng khi cây bị nấm mốc thì gỗ chuyển sàng màu xanh lục hoặc đỏ Phương pháp cất trữ gỗ cũng ảnh hưởng đến độ sáng của gỗ cũng như độ trắng của bột Bột giấy dù được tẩy hay chưa tẩy trắng sản xuất từ gỗ Dương (cây chưa bóc vỏ) và được cất trữ ngoài trời có độ trắng thấp hơn bột được sản xuất

từ gỗ đã bóc vỏ trước khi cất trữ Cất trữ trong môi trường nước được xem là giải pháp bảo quản gỗ khá tốt Đối với bột không tẩy trắng thì đây là phương pháp tối ưu còn đối với bột tẩy trắng bằng H2O2 thì đây không phải là giải pháp tốt Để đạt được hiệu quả của quá tẩy H2O2 thì trước khi cất trữ trong nước, các khúc gỗ cần được bóc

vỏ để tránh hiện tượng các hợp chất trong vỏ cây tạo vết ở những lớp gỗ ngoài vì quá trình tẩy H2O2 diễn ra trong môi trường kiềm nên các vệt đen sẽ ảnh hưởng lên độ trắng của bột

Độ trắng của gỗ thông Loblolly giảm 5 đơn vị sau 9 tháng cất trữ chủ yếu là

do khả năng hấp thụ ánh sáng, tác dụng của các vi sinh vật và phản ứng oxy hoá trong không khí do vậy khoảng thời gian cất trữ là giới hạn Thuốc diệt nấm có thể làm demetylate lignin và hình thành các cấu trúc catechin mà chúng lại có khả năng oxy hoá các nhóm quinoe làm đậm màu gỗ p- Hydroxybenzyl arylethers trong lignin

có thể sắp xếp lại hình thành o-hydroxyphenyl methan o-Hydroxyphenyl methan bị các enzym oxy hoá hoặc các tác nhân oxy hoá khử hydro thành các nhóm nhóm o-quinonemetit bền, mà các nhóm này là nguyên nhân tạo màu ở giấy Một yếu tố nữa

là hàm lượng các ion kim loại có trong gỗ cũng như bám theo nguyên liệu đặc biệt là sắt (Fe) có ảnh hưởng rất lớn tới độ trắng của bột sau tẩy [25]

Bên cạnh độ trắng, tính chất cơ lý của bột cũng sẽ bị giảm nếu gỗ hoặc mảnh

bị để mục và bị nấm mốc lâu ngày

Để đảm bảo chất lượng nguyên liệu, đảm bảo về hiệu quả kinh tế, sự ổn định hoạt động của nhà máy nguyên liệu cho sản xuất thường được tồn trữ và bảo quản ngoài trời: đối với dăm mảnh thời gian tồn trữ không quá 30 ngày; đối với gỗ khúc thời gian tồn trữ không quá 3 tháng Nguyên liệu được xếp ở khu vực cao, thoáng đảm bảo khả năng thoát nước mưa

Đối với nguyên liệu là đay, bã mía đã khử tủy do thu hoạch theo niên vụ nên cần được phơi hoặc sấy khô, đóng thành các kiện được ép chặt và được bảo quản trong các lán có mái che, thoáng gió

1.2.2 Ảnh hưởng của giai đoạn xông hơi tới chất lượng bột peroxyt – kiềm

Các tế bào sống của thực vật gồm vỏ chứa đầy nguyên sinh chất Nguyên sinh chất có tính abumin, tuỳ mức độ trưởng thành của tế bào mà khối lượng nguyên sinh chất trong đó tăng lên chậm dần Kết quả là trong tế bào xuất hiện những lỗ rỗng chứa đầy nhựa Các tế bào đã chết song nó vẫn giữ vai trò dẫn nước và giữ vững cây Các mảnh gỗ sau khi chặt, qua thời gian cất trữ trên bãi một lượng nước nhất định trong mảnh đã bốc hơi dẫn tới các lỗ rỗng trong tế bào, trong mảnh chứa đầy không khí sẽ hạn chế khả năng thẩm thấu hoá chất tới các thành vách của tế bào Công đoạn xông hơi là cần thiết cho quá trình sản xuất bột CTMP, APMP vì dưới tác dụng của hơi nước ở nhiệt độ cao (đi ngược từ dưới lên) không khí ở trong các khoang của tế bào sẽ được đẩy dần ra ngoài và nước ngưng tụ sẽ thế chỗ vào đó

Tế bào gỗ bao gồm: lớp sơ cấp dầy khoảng 0,5µm chứa phần lớn lignin trong

tế bào (30-40% tổng lượng lignin); lớp thứ cấp có 3 lớp (lớp ngoài, lớp giữa, lớp trong) có chiều dầy 1 - 4µm chứa tới 95% (theo trọng lượng) xenluloza Lượng lignin còn lại tập chung chủ yếu ở lớp ngoài và lớp giữa

Dưới tác dụng nhiệt của hơi nước, các phân tử lignin dần bão hoà nước và trở nên mềm hơn tạo điều kiện cho quá trình nghiền tách xơ sợi sau này Nhiệt độ lignin bắt đầu chuyển sang trạng thái mềm khoảng 80 – 900C, tuỳ từng quy trình sản xuất bột cơ mà người ta có thể tiến hành xông hơi với nhiệt độ hơi từ 100 – 1500C Đối với các dây chuyền sản xuất bột hóa nhiệt cơ hiện tại, nhiệt độ hơi thường xử dụng từ

120 – 1300C và đảm bảo nhiệt độ mảnh được giữ ở ~ 1000C vì vượt quá nhiệt độ này lignin có xu hướng chuyển từ trạng thái mềm sang trạng thái thủy tinh và trở nên cứng hơn Lượng nhiệt này sẽ được cấp từ nguồn: hơi thu hồi từ quá trình nghiền mảnh và hơi mới áp suất thấp từ hệ thống hơi của nhà máy Thời gian xông hơi đảm bảo cho lượng không khí thoát hết ra khỏi các mao mạch khoảng 15 –20 phút

1.2.3 Ảnh hưởng của giai đoạn thẩm thấu hóa chất tới chất lượng bột APMP

Điểm khác biệt của công nghệ APMP so với công nghệ BCTMP là hóa chất thẩm thẩu dăm mảnh chứa đồng thời NaOH, H2O2 và một số phụ gia khác (Na2SiO3,

MgSO4, DTPA ) trong khi công nghệ BCTMP chỉ sử dụng Na2SO3 hoặc NaOH,

hoặc dùng cả hai Giai đoạn thẩm thấu trong công nghệ APMP luôn xẩy ra hai quá

trình song song: phản ứng tẩy trắng dăm mảnh bởi H2O2 trong môi trường kiềm và

phản ứng trích ly các phân tử thấp trong nguyên liệu đồng thời làm trương nở dăm

mảnh, ‘‘mềm hóa ’’ lignin dưới tác dụng của NaOH Quá trình này sẽ tạo điều kiện

thuận lợi cho quá trình tách sợi, giảm tỷ lệ gẫy vụn, xơ sợi mịn (fine) trong quá trình

nghiền bột giấy Nhìn chung quá trình thẩm thấu trong công nghệ APMP xẩy ra ôn

hòa, bột có màu sáng và rất dễ tẩy tới độ trắng cao Tuy nhiên do dịch thẩm thấu có

chứa H2O2 nên để giảm sự phá hủy hydro-peroxyt bởi các kim loại đa hóa trị thì cần

thiết phải tách loại, vô hiệu hóa tác dụng của chúng Quá trình này được thường được

thực hiện bằng giai đoạn ‘‘ chelat hóa’’ với các tác nhân như: DTPA, ETDA

Ưu điểm nổi bật của công nghệ APMP là có thể ứng dụng cho rất nhiều

nguyên liệu như: gỗ mềm, gỗ cứng, phi gỗ (đay, bã mía ) với dịch thẩm thấu là kiềm

– peroxyt, trong khi công nghệ BCTMP, hóa chất thẩm thấu thường tùy thuộc vào

chủng loại nguyên liệu: gỗ mềm thường dùng Na2SO3, gỗ cứng thường dùng NaOH

hoặc NaOH + Na2SO3 và độ trắng của bột chủ yếu đươc tạo thành từ các giai đoạn

tẩy trắng riêng biệt Nhìn chung chất lượng bột giấy sản xuất theo công nghệ APMP

cho chất lượng tương đương hoặc tốt hơn công nghệ BCTMP với chi phí sản xuất

thấp hơn, đặc biệt đối với các loại nguyên liệu gỗ cứng (bảng 1.4) [50]

Bảng 1.4 Tính chất cơ lý bột giấy từ nguyên liệu gỗ Dương (Aspen) sản xuất theo

- 5,8 4,0

2 Độ nghiền CSF, ml 77 77

5 Chỉ số bền xé, mNm2/g 6,3 6,3

6 Độ trắng, %ISO 82,8 83,5

8 Hệ số tán xạ ánh sáng, m2/kg 39 43 Quá trình thẩm thấu trong công nghệ APMP nói chung và P-RC-APMP nói riêng

có thể được tiến hành từ 2, 3 đôi khi là 4 giai đoạn với các điều kiện tiến hành khác

nhau, tùy thuộc vào chủng loại nguyên liệu, chất lượng và độ trắng yêu cầu của sản

phẩm cũng như mục đích sử dụng

Tính chất cơ lý của bột APMP ngoài quá trình nghiền thì phụ thuộc rất lớn vào

tổng mức dùng NaOH (TA) trong các giai đoạn thẩm thấu Còn độ trắng của bột giấy

thu được lại phụ thuộc vào mức dùng H2O2 trong các giai đoạn thẩm thấu và tẩy

trắng bột giấy

Theo [50], khi thay đổi mức dùng tổng kiềm TA (NaOH và Na2SiO3) thì hầu

hết các tính chất cơ lý của bột giấy sản xuất từ gỗ Dương (Aspen) hầu như đều thay

đổi

Hình 1.2 Ảnh hưởng của mức dùng kiềm (TA) tới tỷ trọng

của bột giấy cơ học [50]

Từ hình 1.2 cho thấy, khi tăng mức dùng TA thì năng lượng nghiền giảm, tỷ

trọng của bột giấy tăng lên Thật vậy để đạt được cùng một tỷ trọng khoảng 450

kg/m3 thì bột TMP cần năng lượng nghiền tời 2200kWh/t, bột CTMP 1700kWh/t và

Tỷ trọng, kg/m 3

Năng lượng nghiền, kWh/t

bột APMP với mức dùng TA = 3,5 là 1600kWh/t, khi mức dùng TA tăng lên 5% thì tiêu hao năng lượng chỉ còn 1200kWh/t, còn với mức dùng TA = 8% thì năng lượng tiêu tốn chỉ cần 650kWh/t Với cùng một mức tiêu thụ năng lượng 1000kWh/t thì khi tăng mức dùng TA từ 0% (bột TMP) lên 8% thì tỷ trọng của bột giấy tăng từ 300kg/m3 lên 690kg/m3

Tuy nhiên, khi tăng mức dùng TA lên cao thì bên cạnh làm tăng các tính chất cơ

lý song lại làm giảm các tính chất về quang học của bột giấy như: độ đục, độ tán xạ ánh sáng Từ hình 1.3 cho thấy khi tăng mức dùng TA lên thì độ tán xạ ánh sáng của bột giảm rất mạnh: với cùng một mức tiêu hao năng lượng 1000kWh/t, độ tán xạ ánh sáng giảm từ 60m2/g xuống còn 38m2/g , điều này đồng nghĩa với độ đục của bột giấy sẽ giảm khá nhiều [50]

Như vậy có thể thấy, mức dùng TA quyết định đến tính chất cơ lý, tính chất quang học của bột giấy cơ học rất nhiều Khi nghiên cứu ứng dụng công nghệ P-RC-APMP cho nguyên liệu Đay (kenaf) của Việt Nam, các các kết quả nghiên cứu của hãng Andritz cũng đã khẳng định: chất lượng bột không chỉ quyết định bởi chế độ nghiền mà còn phụ thuộc khá nhiều vào điều kiện thẩm thấu, đặc biệt là mức dùng

TA [3]

Với cùng một thiết bị nghiền, cùng một chế độ nghiền (nghiền giai đoạn 1 trên máy nghiền Model 418 Pressurized Duuble Disc Refiner, tốc độ 1200v/phút; máy nghiền cấp 2: Model 401 Atmospheric Double Disc Refiner) khi thay đổi mức dùng

TA, hầu hết các tính chất cơ lý của bột đều thay đổi

Hình 1.3 Ảnh hưởng của mức dùng kiềm (TA) tới độ tán xạ ánh sáng [50]

Đối với nguyên liệu là Đay (kenaf Việt Nam) từ hình 1.4 cho thấy khi tăng TA thì sẽ giảm chi phí về năng lượng, với mức dùng TA = 7,0% chi phí điện năng cần tiêu thụ giảm từ 900 xuống còn 600kWh/t ở độ nghiền CSF là 250ml

Hình 1.4 Ảnh hưởng của mức dùng kiềm (TA)

tới độ nghiền, điện năng tiêu thụ [3]

Khi tăng mức dùng TA, thì chỉ số độ bền kéo lên đáng kể Từ hình 1.5 cho thấy ở cùng độ nghiền 250ml CSF, khi tăng TA từ 3,6% lên 5,2% thì chỉ số độ bền kéo của bột tăng từ 37 N.m/g lên 48 N.m/g

Độ tán xạ ánh sáng, m 2 /g

Năng lượng nghiền, kWh/t

Hình 1.5 Ảnh hưởng của mức dùng kiềm (TA) tới độ bền kéo của

bột P-RC-APMP [3]

Đối với chỉ số độ bền xé, mức dùng TA ảnh hưởng không nhiều đạt từ 2/g đến 6,3mN.m2/g Kết quả này được đưa trên hình 1.6 Mối tương quan giữa chỉ

4,0mN.m-số độ bền xé và chỉ 4,0mN.m-số độ bền kéo được đưa ra trên hình 1.7

Hình 1.6 Ảnh hưởng của mức dùng kiềm (TA) tới chỉ số xé

Hình 1.7 Mối tương quan giữa chỉ số độ bền kéo và chỉ số xé

của bột P-RC-APMP [3]

Độ trắng của bột giấy cơ học thu được phụ thuộc rất nhiều vào mức dùng các loại hóa chất tẩy trắng như H2O2 và Na2S2O3 trong các giai đoạn thẩm thấu và tẩy trắng Đối với công nghệ APMP và P-RC-APMP thì H2O2 thường được dùng trong các giai đoạn thẩm thấu và giai đoạn tẩy trắng còn Na2S2O3 thường được dùng để tẩy trắng tăng cương trong giai đoạn cuối Mức dùng các hóa chất này phụ thuộc rất lớn vào chủng loại nguyên liệu, độ trắng nguyên thủy ban đầu của gỗ và mục đích sử dụng của sản phẩm như dùng cho sản xuất giấy in báo thì yêu cầu độ trắng chỉ 54 -58%ISO nên yêu cầu mức dùng thấp (tổng mức dùng H2O2 từ 3,5 -5,2%), còn đối với bột dùng cho sản xuất giấy in, giấy viết độ trắng yêu cầu 85 -89%ISO nên mức dùng

H2O2 có thể từ 5,5 – 8,0% Mức phân bổ lượng H2O2 trong giai đoạn thẩm thấu và tẩy trắng thường: 50/50; 60/40 đối với bột giấy yêu cầu độ trắng cao, đối với bột giấy yêu cầu độ trắng thấp thì không cần thiết phải có giai đoạn tẩy trắng nên 100% dùng cho giai đoạn thẩm thấu, đây chính là ưu điểm của công nghệ APMP và P-RC-APMP [2, 3, 17, 30]

Ngoái 2 hóa chất chính trên, thì một số phụ gia khác cũng ảnh hưởng tới chất lượng bột, đặc biệt là độ trắng của bột như: DTPA, Na2SiO3, MgSO4 , những phụ gia này có tác dụng hạn chế sự phá hủy H2O2 bởi các kim loại đa hóa trị có trong bột giấy, nước công nghiệp , đặc biệt Na2SiO3 còn là nguồn cung cấp kiềm giúp ổn định

pH trong suốt quá trình phản ứng của H2O2 Vấn đề này sẽ được đề cập tới trong phần tẩy trắng

Bên cạnh hóa chất thẩm thấu thì nhiệt độ thẩm thấu và thời gian thẩm thấu cũng rất quan trọng Nó không chỉ giúp cho phản ứng tẩy trắng diễn ra triệt để mà còn đảm bảo quá trình thẩm thấu, trích lý các hợp chất phân tử thấp và trương nở dăm mảnh, mềm hóa dăm mảnh tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nghiền Theo [2,17, 33] nhiệt độ thẩm thấu tốt nhất nằm trong khoảng 70 – 900C, thời gian thẩm thấu 15 -25 phút, tỷ dịch thẩm thấu thường từ 1:3,5 đến 1:4,5

1.2.4 Ảnh hưởng của quá trình nghiền tới chất lượng bột giấy cơ học

Ngoài ảnh hưởng của các giai đoạn xông hơi, thẩm thấu thì quá trình nghiền bột lại quyết định chính tới chất lượng cơ lý của bột giấy cơ học thành phẩm nói chung và bột APMP nói riêng do bản chất của quá trình sản xuất cơ học là sử dụng lực cơ học (ma sát, lực cắt, nghiền) giữa dăm mảnh với nhau, giữa dăm mảnh với đĩa nghiền, giữa đĩa nghiền với nhau trong khoang nghiền khi các đĩa nghiền quay với tốc độ cao Với quá trình này, xơ sợi từ nguyên liệu được tách ra Tỷ lệ xơ sợi dài và

tỷ lệ sơ sợi mịn (fine) phụ thuộc khá nhiều vào quy trình nghiền như: tốc độ nghiền, nồng độ nghiền, áp lực nghiền, nhiệt độ khoang nghiền Quy trình sản xuất tối ưu đảm bảo bột giấy cơ học thu được có tỷ lệ xơ sợi dài và mảnh cao, tỷ lệ xơ sợi mịn thấp, bột có màu sáng

*Ảnh hưởng của kiểu máy nghiền:

Máy nghiền bột cơ học nói chung thường có 3 loại chính: máy nghiền đĩa đơn (single disc -SD), máy nghiền đĩa kép (double disc - DD) và máy nghiền dạng côn (conical refiners – CD, SC), tùy từng loại nguyên liệu, tính chất bột yêu cầu mà các dây chuyền sản xuất có sự lựa chọn khác nhau

Máy nghiền đĩa đơn thường được dùng cho giai đoạn nghiền thứ cấp, các loại nguyên liệu có tỷ trọng cao, thô và thường nghiền ở nồng độ nghiền cao và cường độ nghiền thấp, ngược lại máy nghiền đĩa kép thường sử dụng cho các giai đoạn thứ cấp

và nghiền bột thải loại, máy làm việc ở nồng độ nghiền thấp, cường độ nghiền cao Đối với máy nghiền côn, hiện tại xu hướng ít được sử dụng

Ngày nay phần lớn các dây chuyền bột BCTMP, APMP, P-RC-APMP đều sử dụng hệ thống máy nghiền đĩa đơn có công suất lớn và môi cấp nghiền các đĩa nghiền được chế tạo với các khe dao, dãnh nghiền theo hướng nghiên tinh dần [28]

*Tốc độ nghiền

Phần lớn các máy nghiền dùng cho sản xuất bột giấy cơ học là máy nghiền đĩa được thiết kế đặc biệt, làm việc ở áp lực, nhiệt độ và cường độ cao nên thường có công suất lớn Tốc độ của máy nghiền thường tương ứng với tốc độ của motor Tốc

độ của motor được thiết kế phụ thuộc vào tần số của dòng điện: với dòng điện có tần

số 50Hz motor thường được thiết kế với tốc độ 3000v/phút, 1500v/phút, 1000v/phút

và với tần số 60Hz thì motor thường có được thiết kế với tốc độ 3.600v/phút, 1800v/phút và 1200v/phút Phần lớn máy nghiền bột cơ học ở các nhà máy Nam Mỹ thường sử dụng máy nghiền đĩa kép tốc độ 1200v/phút và máy nghiền đĩa đơn với tốc

độ 1800v/phút Còn các nhà máy ở Châu Âu thường sử dụng motor có tốc độ 1500v/phút cho cả máy nghiền đĩa đơn và kép

Các kết quả nghiên cứu trong pilot cũng như trong thức tế (bảng 1.5) cho thấy, khi quá trình với tốc độ nghiền cao sẽ tiết kiệm được năng lượng nghiền hơn, hệ số tán xạ ánh sáng tốt hơn song một số tính chất khác của bột có phần bị suy giảm, nguyên nhân là do quá trình cắt ngắn xơ sợi diễn ra nhiều hơn [47]

Bảng 1.5 Ảnh hưởng của tốc độ nghiền tới chất lượng bột cơ học [47]

Chỉ số bền xé, mNm2/g 7,5 7,1 7,0 8,2 7,4

Hệ số tán xạ ánh sáng, m2/g 56 57 57 53 55

Tuy nhiên tùy thuộc vào nguyên liệu, giai đoạn nghiền, chất lượng bột, nồng

độ nghiền mà các nhà thiết kế công nghệ sẽ lựa chọn các hệ thống máy nghiền với công suất, tốc độ phù hợp Các máy nghiền được lắp đặt trong các dây chuyền hiện nay thường có tốc độ 1500v/phút với lưới điện có tần số 50Hz và 1800v/phút với lưới điện có tần số 60Hz Các giai đoạn nghiền sơ cấp và thứ cấp thường sử dụng máy nghiền đĩa đơn còn đối với giai đoạn nghiền bột thải thường sử dụng máy nghiền đĩa kép [3, 47, 50]

* Nồng độ nghiền

Nồng độ (độ ẩm) của quá trình nghiền ảnh hưởng khá lớn tới chất lượng bột

cơ học Theo [50] với cùng một tốc độ nghiền như nhau, khi tăng nồng độ nghiền thì thời gian lưu của nguyên liệu trong khoang của máy nghiền sẽ tăng lên, khả năng tiếp xúc giữa các mảnh nguyên liệu với nhau, giữa mảnh nguyên liệu với dao nghiền tăng lên làm tăng nhiệt độ, áp lực hơi trong buồng nghiền dẫn đến tăng cường quá trình tách sợi và làm giảm quá trình cắt ngắn xơ sợi Với quá trình này, tỷ lệ xơ sợi dài sẽ nhiều hơn, giảm xơ sợi mịn, độ bền cơ lý của bột tăng lên, tuy nhiên lại làm giảm độ bục và và độ tán xạ ánh sáng của bột

Nồng độ nghiền cũng ảnh hưởng tới nhiều tới tốc độ nghiền, với nồng độ nghiền cao thì yêu cầu về mô men lực lớn, động cơ cần có công suất lớn, tốc độ nghiền thấp và có xu hướng tiêu thụ năng lượng tăng lên, mặt khác khi nghiền ở nồng

độ cao do lực ma sát lớn, nhiệt sinh lớn, nước bốc hơi hết nên có thể gây ra hiện tượng ‘‘cháy nguyên liệu” nêu nguyên liệu quá khô, bột có màu sẫm rất khó tẩy trắng Ảnh hưởng của nồng độ nghiền, tốc độ nghiền tới thời gian lưu của nguyên liệu được đưa ra trong bảng 1.6

Bảng 1.6 Ảnh hưởng của nồng độ nghiền, tốc độ nghiền tới thời gian lưu của

Ngoài những yếu tố trên, chất lượng bột cũng chịu ảnh hưởng của lưu lượng

nguyên liệu nạp vào khoang nghiền Lưu lượng nạp liệu ảnh hưởng tới khả năng lấp

đầy thể tích khoang nghiền, nó quyết định tới áp lực và nhiệt độ của khoang nghiền

Như vậy cho thấy, đối với mỗi loại nguyên liệu và yêu cầu chất lượng bột cần

lựa chọn một chế độ nghiền phù hợp: nồng độ nghiền, tốc độ nghiền, áp lực và nhiệt

khoang nghiền Hiện nay, nồng độ nghiền của máy nghiền sơ cấp của dây chuyền

sản xuất bột cơ học thường là 35 – 50%; thứ cấp là 20 – 25% và ở hệ thống máy

nghiền lại, nghiền bột thải là 10 – 15% Với các nồng độ nghiền này, dây chuyền vừa

đảm bảo công suất, chất lượng bột giấy với mức tiêu hao năng lượng hợp lý

1.2.5 Tẩy trắng bột giấy cơ học

Đối với bột giấy cơ học nói chung và bột giấy APMP, P-RC-APMP nói riêng,

để đạt được độ trắng cao sử dụng trong sản xuất các mặt hàng giấy in, giấy viết, giấy

tráng có yêu cầu độ trắng cao thì bắt buộc phải bổ sung thêm một số giai đoạn tẩy

trắng sau các công đoạn nghiền bột, sàng chọn và làm sạch

Bột hoá nhiệt cơ là loại bột có hiệu suất cao, nên thành phần của bột vẫn chứa

hầu hết các thành phần của gỗ: xenluloza, hemixenluloza, lignin và một số hợp chất

có phân tử thấp

Bản chất của quá trình tẩy trắng là song song với quá trình loại bỏ một phần

lignin thì chủ yếu là quá trình làm mất màu các nhóm mang màu có trong lignin và

các hợp chất có nguồn gốc từ lignin sinh ra trong quá trình sản xuất bột Đại phân tử

lignin không mang màu song thành phần của nó có các tập hợp liên kết chưa bão hoà, mang màu như: nhóm cacbonyl, nhóm etylenic, các vòng aromatic [4], khi có mặt của các nhóm trợ màu thì cường độ màu sắc của chúng tăng lên khá nhiều

Đối với bột cơ học, quá trình tẩy trắng chủ yếu được áp dụng theo hai phương pháp: phương pháp khử hoặc phương pháp oxy hoá Hai phương pháp này có thể sử dụng kết hợp với nhau Tác nhân tẩy trắng mang tính khử thường sử dụng là: bisunphit, dithionite, borohydride song chất hay được sử dụng nhất là natri dithionite (Na2S2O4) Tác nhân oxy hoá bao gồm peroxyt, peracetic và ozon Trong các tác nhân oxy hoá thì hydroperoxyt (H2O2) thông dụng hơn cả do hiệu quả tẩy khá cao, thân thiện với môi trường, chi phí hợp lý hơn

Nhìn chung bột sau tẩy thường có độ bền cơ lý, xơ sợi mềm mại hơn cao hơn bột chưa tẩy

1.2.5.1 Tẩy trắng bột giấy cơ học bằng natri dithionit (Na 2 S 2 O 4 )

a) Các phản natri dithionit trong hệ thống tẩy:

Natri dithionit khi ở trong dung dịch nước nó có thể bị phân ly theo các phản ứng sau: [24, 26]

ra rất nhanh Ngoài ra còn có phản ứng phân huỷ (I.6) bởi oxy hoà tan trong dung

Các phản ứng tẩy trắng của natri hydrosunfit đối với bột cơ học theo các hướng sau:

+ Khử các nhóm quinoidic trong hydroquinon

+ Khử các nhóm α-cacbonyl

+ Khử các một số nhóm andehit

+ Tách loại một số hợp chất màu có chứa Fe3+ và Fe2+

b) Các điều kiện công nghệ trong quá trình tẩy trắng bằng Na 2 S 2 O 4

* Mức dùng Na2S2O4

Mục tiêu của quá trình tẩy trắng là độ trắng của bột, song yếu tố quyết định là mức dùng hoá chất tẩy Đối với Na2S2O4 mức dùng thường được áp dụng trong công nghiệp từ 0,5 – 1,0% so với bột khô tuyệt đối Độ trắng của bột tăng khi mức dùng hoá chất tăng song khi tăng mức dùng Na2S2O4 trên 2% độ trắng của bột gần như không thay đổi [24,26] Với các điều kiện tẩy tối ưu, độ trắng của bột tăng không quá 10%ISO trong một giai đoạn tẩy Để đạt được bột có độ trắng cao, người ta thường tẩy hai giai đoạn hoặc kết hợp với một giai đoạn peroxyt

*Giai đoạn chelat hoá

Gỗ có chứa rất nhiều các nguyên tố, các nhà khoa học phát hiện trong gỗ thông có tới 27 nguyên tố kim loại Số lượng các kim loại thay đổi theo từng loại gỗ

và một số kim loại đặc trưng cho từng loại gỗ Hàm lượng sắt trong bột gỗ thường cao hơn trong gỗ do bột gỗ bị nhiễm trong trong quá trình sản xuất Vì ion sắt có màu vàng nên ảnh hưởng không tốt tới độ trắng của bột Cả ion sắt (II) và sắt (III) đều tác động mạnh tới quá trình tẩy trắng bằng Na2S2O4 Các kim loại còn lại như: Mn, Cu,

Ni, Cr hầu như không ảnh hưởng tới quá trình tẩy trắng Na2S2O4 [26]

Để giảm thiểu sự tác động của các ion kim loại tới quá trình tẩy trắng, người

ta thường dùng một số tác nhân như: EDTA (tetra-natri etylendiamin), DTPA (dietylen triamin pentacetat) Các tác nhân này sẽ tạo thành các phức chất với các kim loại đặc biệt là sắt và chúng sẽ bị loại ra theo nước rửa Mức độ ảnh hưởng của các kim loại sẽ được làm rõ thêm trong phần tẩy trắng bằng peroxyt

*Nhiệt độ tẩy

Nhiệt độ tẩy trắng bột cơ học bằng Na2S2O4 được đề nghị tiến hành ở nhiệt độ

45 –600C trong các tháp tẩy [24,26] Khi tăng nhiệt độ tẩy, độ trắng của bột tăng, song rất chậm và gần như không thay đổi khi nhiệt độ > 600C, khi nhiệt độ lớn hơn

1000C thì Na2S2O4 bắt đầu có bị phân huỷ

*Thời gian tẩy

Dịch tẩy sau khi được trộn với bột, phản ứng của Na2S2O4 với các nhóm mang mầu diễn ra rất nhanh Độ trắng của bột tăng rất nhanh trong vòng 15 phút ban

đầu, khoảng thời gian sau tốc độ phản ứng giảm dần nên độ trắng của bột cũng tăng

chậm dần và nó gần như không đổi sau 60 phút Bằng các thí nghiệm cũng như các thử nghiệm thực tế, thời gian tẩy trắng bằng hydrosunfit thường sử dụng là 30 – 60 phút [24]

*Môi trường tẩy

Trong quá trình tẩy trắng bằng Na2S2O4, pH của môi trường liên tục giảm do vậy việc giữ ổn định pH trong suốt quá trình tẩy là điều rất quan trọng pH tốt nhất cho quá trình tẩy trắng bằng Na2S2O4 là pH = 6,5 Tuy nhiên pH được đề nghị trong quá trình tẩy là pH = 4,5 – 5,5 Việc điều chỉnh pH được thực hiện bằng cách thêm các hoá chất: Na2SO3, Na3HPO4 hoặc NaOH [26]

*Nồng độ tẩy

Có lẽ điều hạn chế nhất trong công nghệ tẩy trắng bằng Na2S2O4 là nồng độ tẩy Nồng độ tẩy thường được tiến hành ở nồng độ rất thấp, khoảng 3 –5% Nguyên nhân chủ yếu là Na2S2O4 rất nhậy cảm với ôxy không khí, nó rất dễ bị phá huỷ theo phản ứng (I.6), do vậy quá trình tẩy thường được tiến hành ở nồng độ thấp, trong môi pha lỏng

Các nhà khoa học cũng đã cố gắng tối ưu các điều kiện tẩy nhằm nâng nồng

độ tẩy lên 8 –15% nhưng kết quả cải thiện không đáng kể, tại nồng độ 10%, độ trắng của bột chỉ cao hơn không quá 2 đơn vị độ trắng so với khi tẩy tại nồng độ 5% [26]

Ngoài các điều kiện kể trên, quá trình khuấy trộn cũng rất cần thiết Như đã nói, Na2S2O4 rất dễ bị phân huỷ bởi ôxy không khí nên trong quá trình khuấy trộn cần hạn chế sự tiếp xúc của khối phản ứng đối với không khí hoặc tẩy trong môi trường khí trơ như: khí nitơ Bằng cách này có thế tăng được độ trắng của bột CTMP sau tẩy lên 1-3 đơn vị [53]

Từ các điều kiện công nghệ ở trên ta cho ta thấy, quá trình tẩy bằng Na2S2O4: khó có thể đạt được độ trắng cao, tuy mức dùng hoá chất thấp song chỉ có thể tẩy được ở nồng độ thấp nên năng suất tẩy bị hạn chế, không phù hợp với các hệ thống tẩy hiện đại Chính vì lý do đó mà Na2S2O4 dần được thay thế hoàn toàn bằng peroxyt hoặc kết hợp với peroxyt

1.2.5.2 Tẩy trắng bột giấy cơ học bằng peroxyt

Mặc dù các tác nhân oxy hoá dùng cho tẩy trắng bột cơ học được áp dụng muộn hơn so với các tác nhân khử, nhưng các tác nhân này đã khẳng định tính ưu việt của mình: cho độ trắng cao, ít ô nhiễm môi trường, hiệu quả kinh tế

Các nhà khoa học đã thử nghiệm với rất nhiều tác nhân oxy hoá nhưng peroxyt vẫn là tác nhân duy nhất được lựa chọn Peroxyt thường được dùng trong công nghiệp là: natri peroxyt (Na2O) và hydroperoxyt (H2O2), song hiện tại hydro peroxyt thường được dùng phổ biến hơn và gần như là hoá chất tẩy trắng chủ đạo trong công nghệ sản xuất bột cơ Với H2O2, có thể tẩy trắng bột tới độ trắng 89% ISO đối với cả

H2O2 + OH- → OOH- + H2O (I.7) Ngoài phản ứng (II.7) tạo ion perhydroxyl HOO-, còn có một số phản ứng khác phân huỷ H2O2 như:

H2O2 → H2O + 1/2 O2 (I.8) Phản ứng phân huỷ H2O2 xẩy ra do rất nhiều nguyên nhân: ảnh hưởng của kim loại đa hoá trị, nhiệt độ, nồng độ tẩy, mức dùng kiềm

Theo [4, 32], trong môi trường pH nhỏ hay nồng độ ion OH- thấp, không đủ cho phản ứng tạo ion OOH- nên hiệu quả tẩy rất thấp (tại pH = 10,5 chỉ có dưới 10%

H2O2 tạo thành OOH- trong khi tại pH = 12,5 thì lượng này là 95%) Tuy nhiên nếu

pH của môi trường tẩy quá cao sẽ phá huỷ ngay các ion OOH- ngay sau khi tạo thành, mặt khác trong môi trường kiềm mạnh còn thúc đẩy phản ứng hoá học giữa kiềm và lignin làm độ trắng của bột giảm, đặc biệt khi tiến hành tẩy trắng ở nhiệt độ cao Như vậy việc khống chế pH là rất quan trọng trong quá trình tẩy trắng bột cơ học bằng peroxyt Thông thường pH thường được giữ trong khoảng 10,5 – 12,5 trong suốt quá trình tẩy

Hình 1.8 Ảnh hưởng của pH đến sự phân ly của H 2 O 2 [26]

Natri hydroxyt là nguồn cung cấp kiềm chính trong công nghệ tẩy H2O2 Trong suốt quá trình tẩy, pH của môi trường giảm liên tục theo thời gian, để khắc

phục hiện tượng này natrisilicat được sử dụng bổ sung thêm vào dịch tẩy Nó không chỉ là nguồn kiềm bổ sung mà còn làm ổn định pH môi trường tẩy

Theo Armstrong [23], tỷ lệ giữa tổng kiềm/tổng mức dùng H2O2 thường không cố định mà tuỳ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ và thời gian tẩy Tại nhiệt độ 600C thì tỷ lệ này tốt nhất là 1,6 còn ở 350C thì tỷ lệ này là 1,9 - 2,6 Tổng kiềm được tính như sau:

Tổng kiềm = %NaOH + 11,5%Na2SiO3 (Na2SiO3 41% khối lượng, tỷ lệ SiO2/Na2O =3,22)

Theo các kết quả nghiên cứu [2, 16, 17] thì mức dùng NaOH trong giai đoạn tẩy trắng bột giấy cơ học thường ở mức 1,5 – 2,5% tùy thuộc vào mức dùng H2O2

2) Ảnh hưởng của Na 2 SiO 3 và MgSO 4

Như trên đã nói, Na2SiO3 là nguồn cung cấp kiềm thứ hai và giữ ổn định pH trong quá trình tẩy, hạn chế sự hồi màu của bột dưới tác dụng của nồng độ kiềm mạnh Từ hình 1.9 cho thấy khi tổng kiềm giữ nguyên, tăng mức dùng Na2SiO3 độ trắng của bột cũng tăng và lượng cặn dư H2O2 tăng dần Điều này chứng tỏ Na2SiO3

tăng cường hiệu quả của quá trình tẩy

Hình 1.9 Ảnh hưởng của mức dùng Na 2 SiO 3 tới độ trắng, lượng cặn dư H 2 O 2

của bột cơ học từ gỗ thông [36]

Các kết quả nghiên cứu cho thấy Na2SiO3 thường được dùng ở mức 3 - 5% tùy theo lượng dùng NaOH Một lượng nhỏ khoảng 0,05% muối MgSO4 được thêm vào cùng với Na2SiO3 nhằm tạo thành dạng huyền phù, chúng có tác dụng khử hoạt tính xúc tác phân huỷ H2O2 của các ion kim loại chuyển tiếp [26, 35, 36, 41] Mặt khác nó còn có tác dụng hoạt hoá H2O2 tạo ra phản ứng phân ly qua sản phẩm trung gian là các peroxyt silicat (HOO-.SiO3) không bền trong nước có tác dụng oxxy hoá mạnh

hơn nhiều so với peroxyt [41]

3) Ảnh hưởng của các kim loại chuyển tiếp tới quá trình tẩy trắng bột giấy cơ học

Có thể nói các ion kim loại chuyển tiếp có ảnh hưởng rất lớn tới quá trình tẩy bằng hydro peroxyt Quá trình phân huỷ H2O2 được diễn ra theo các phản ứng (I.8, I.9, I.10, I.11, I.12)

H2O2 + M2+ → M3+ + OH- + OH* (I.8)

H2O2 + M3+ → M2+ + M+ + OOH* (I.9) OOH* → O2 +H* (I.10)

H* + OH- → H2O (I.11)

H+ + OH- → H2O (I.12) Một trong những ion kim loại xúc tác mạnh nhất tới quá trình phá huỷ H2O2 là mangan, sắt, đồng (Mn > Fe > Cu) Ngoài ra Ion Fe3+ tạo phức với nhóm mang màu của lignin làm giảm độ trắng của bột.Với hàm lượng 120ppm Fe3+ có thể làm giảm 2,5 đơn vị độ trắng (%ISO) của bột [43] Do vậy việc hạn chế sự ảnh hưởng của các ion kim loại là điều rất cần thiết Bên cạnh việc sử dụng hỗn hợp Na2SiO3 và MgSO4

thêm vào trong dịch tẩy người ta còn có thể bổ xung thêm một giai đoạn xử lý bột trước khi tẩy bằng một số hợp chất như: EDTA, DTPA, HEDTA, DTPMA hoặc sử dụng kết hợp chúng trong các giai đoạn tẩy trắng

Từ hình 10 cho thấy với mức dùng 0,2- 0,5% DTPA, EDTA, HEDTA thì lượng Mn giảm tới trên 85%, tuy nhiên DTPA và EDTA hay được sử dụng hơn cả

Hình 1.10 Ảnh hưởng của mức dùng các tác nhân chelat hoá

đối với khả năng loại Mn [43]

Giai đoạn chelat hoá thường được tiến hành ở nồng độ tương đối thấp do khả

năng tạo phức tại nồng độ thấp tốt hơn, nồng độ thường dùng là 3-5% Nhiệt độ tiến hành tương đối thấp, khoảng 600C (hình 1.11) Thời gian tiến hành rất ngắn: 15 phút

do khả năng tạo phức của chúng rất nhanh (hình 1.12) Về môi trường tiến hành, EDTA và DTPA có hoạt tính mạnh trong khoảng pH 5- 8

Hình 1.11 Ảnh hưởng của nhiệt độ

chelat hoá tới khả năng loại Mn Hình 1.12 Ảnh hưởng của thời gian chelat hoá tới khả năng loại Mn

Đối với mỗi loại nguyên liệu, mỗi dây chuyền sản xuất thì hàm lượng các ion kim loại rất khác nhau nên mức dùng các hoá chất cũng thay đổi