1 Chương 2 Phân ly sợi Phân ly nguyên liệusợithựcvật thành sợinhỏ mịncầnthiết. Tiêu hao năng lượng khoảng 50% . 1. Yêu cầu 1. Chấtlượng sợitốtnhất 2. Tiêu hao năng lượng ít nhất 3. Tổnthấtítnhất(Hiệusuất) 2. Phương pháp (Thuầncơ; Hóa cơ; Cơ nhiệt; “Bùng nổ”) 3. Ảnh hưởng củachấtlượng sợi 4. Nghiền nhiệt (Xử lý hóa mềm + Nghiền) 5. Thiếtbị Gỗ lá kim: 0,6-0,8 x 10 6 sợi/cm 3 Gỗ lá rộng: 2,0 x 10 6 sợi/cm 3 Chương 2 Phân ly sợi 1. Yêu cầu: 1. Sợiítbị tổnthương nhất 2. Sợi đơncódiện tích bề mặt nhất định, tính năng đan xen tốt 3. Tiêu hao động lựcít 4. Tổnthấtítnhất -OH Keo Sợi Chương 2 Phân ly sợi 2. Phương pháp: 1. Thuầncơ 2. Hoá cơ 3. Cơ nhiệt 4. “Bùng nổ” Nguyên liệuthựcvậttrựctiếptiến hành phân ly cơ giới. •Tỷ lệ sợithuđược cao, màu sắcnhạt •Sợibị cắt đứt nghiêm trọng, hình thái kém •Tiêuhaođộng lực cao Thuầncơ Chương 2 Phân ly sợi 2. Phương pháp: 1. Thuầncơ 2. Hoá cơ 3. Cơ nhiệt 4. “Bùng nổ” Dùng mộtlượng nhỏ hoá chấttiến hành xử lý trước nguyên liệu, làm cho kếtcấubêntrongcủanóbị phá vỡ hoặc hoà tan, từđólàmyếu liên kếtgiữa các sợi, sau đó qua tác dụng ngoạilựccơ giới phân ly thành sợi. •Sợithuhồithấp • Tiêu hao hóa chất: tăng giá thành • Công nghệ xử lý sợiphứctạp do pH sợithayđổi Hóa cơ Chương 2 Phân ly sợi 2. Phương pháp: 1. Thuầncơ 2. Hoá cơ 3. Cơ nhiệt 4. “Bùng nổ” Dùng nước nóng hoặchơinướcbão hoà nấuhoặchấp nguyên liệuthực vật, làm cho lớpgiữacáctế bào mềmhoáhoặc tan 1 phần, sau đó ở điềukiệnápsuất cao hoặcápsuất thường, qua tác dụng ngoạilựccơ giới phân ly thành sợi. •Sợitổnthấtnhỏ (> 95%) 1. Nghiềnnhiệt(ápsuất cao): tiêu hao động lựcthấphơn 2. Nghiềntốc độ cao (áp suấtth ường): chấtlượng sợitốthơn Cơ nhiệt Chương 2 Phân ly sợi 2. Phương pháp: 1. Thuầncơ 2. Hoá cơ 3. Cơ nhiệt 4. “Bùng nổ” Dùng hơinướcápsuất cao, nhiệt độ cao tiếnhànhxử lý thờigianngắn, làm cho lớpgiữacáctế bào mềm hoá, mộtphần hemicellulose bị thuỷ phân, sau đó độtngộtmở van giảmáp, làm cho hơinước bên trong nguyên liệu trương nở tức thì bùng nổ phân ly thành sợi. •Tỷ lệ sợithuđượctương đốithấp •Màusắcsợisẫm •Yêucầu đốivớithiếtbị cao “Bùng nổ” 2 3. Chấtlượng sợi Diện tích bề mặt(m 2 /g) Dung tích (ml/g) Tính lọc nước(ml) Diệntíchbề mặt(m 2 /g) 1. Độ phân ly sợi 2. Trị số sàng 3. Hệ số tơi Lựccảncủa không khí (s) Diện tích bề mặt(m 2 /g) 1 2 3 Độ phân ly sợi 6- bộ phậnchỉ thị mứcnước khung lưới van nướcra van nước vào Lướilọcsố 25 128 g sợi/10 lít dung dịch bột Thờigian= độ lọcnước(giây - Độ phânlysợi) Độ phân ly = 20 – 25 s Trị số sàng 1. Trị số sàng sợilàtỷ lệ % khốilượng sợi ở lạihoặc lọt qua các loại quy cách lướisàngchiếmtrongsợi 2. Tại sao TSS? Đánh giá Hình thái sợi (Sợi to nhỏ, ngắn dài, thô mịn và tỷ lệ phối hợp) 3. TSS hợp lý? Sợi thô (ở lại 14 lỗ/inch) < 20 % Sợi trung bình (28 - 100 lỗ/inch) 50 - 60 % Sợinhỏ (ở lại và qua 200 lỗ/inch) < 30 % 3. Ảnh hưởng của chất lượng sợi 5,818,40,7632,50,7171,386,424,9Hông 8,619,30,6129,00,7074,589,121,8Phong lượng 6,217,40,4627,10,7259,089,217,6Sam mộc 25,652,30,3021,40,7258,788,511,3Thông đuôi ngựa Tỷ lệ trương nở chiều dày (%) Tỷ lệ hút nước(%) IB (MPa) MOR (MPa) KLTT (g/cm 3 ) Sợivừa và nhỏ (%) Sợithu được(%) Độ phân ly sợi(s) Loạicây Độ phân ly sợi cao: - tỷ lệ sợi nhỏ và vừa tăng -chất lượng ván tốt hơn Khe hở thớtnghiền (mm) Thờigianépnhiệt 1- 1,50 min/mm 2- 0,75 min/mm Độ thô mịn bề mặt(μm) Ảnh hưởng kích thước sợi tới chất lượng bề mặt ván Nghiền nhiệt 1. Xử lý hóa mềm 2. Nghiền 3. Thiết bị 3 Xử lý hoá mềm 1. Nhiệt độ (nấu) 2. Thờigian(nấu) 3. Áp suất Làm cho lớpgiữa các tế bào mềmhoá hoặc tan 1 phần 5.501175 4.523155 3.660135 1.400 Dămchưa qua nấu (độ ẩm 60 %) Tính dẻo(Thờigianphục hồibiếndạng (10 -4 s)) Nhiệt độ nấu ( 0 C) Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu tới tính dẻo của gỗ 25,20,7119,490,3175 27,60,7219,192,7165 24,50,7118,594,1155 19,30,7214,396,2145 MOR (MPa) KLTT ván (g/cm 3 ) Độ phân ly sợi(s) Tỷ lệ sợithu được (%) Nhiệt độ nấu( 0 C) Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu tới hiệu qủa phân ly sợi và chất lượng ván sợi Áp suấtnấu(MPa) Thờigiannấu (phút) Chấtchiếtsuất nước nóng (%) Tỷ lệ sợithu được (%) > 95% Quan hệ giữa nhiệt độ nấu và tiêu hao động lực Tiêu hao động lực (kW/t sợi) Gỗ lá rộng Gỗ lá kim Nhiệt độ ( 0 C) Khu vực dẻo của lignin, lớp giữa các tế bào bị mềm hoá, tiêu hao động lực giảm xuống rất mạnh Ảnh hưởng của T và T.gian nấu 1. Nhiệt độ nấu165 0 C 2. Nhiệt độ nấu190 0 C pH Thờigiannấu (phút) pH IB (MPa) IB (MPa) Thờigiannấu (phút) 4 Nghiền nhiệt - Cơ chế phân ly sợi •Trạng thái nguyên liệugiữa2 đĩanghiền •Nhântốảnh hưởng (4) “Mệt mỏi” + “Dẻo đàn hồi” Trạng thái nguyên liệu giữa 2 đĩa nghiền •Giữahai thớt nghiền trong buồng nghiền (T cao, độ ẩm cao & P cao) •Chịu tác dụng của lực ép (F 3 ) và quay (F 1 ) của thớt nghiền, làm cho lớp giữa tế bào chịu lực cắt Fc. •Sợi quay quanh trục của nó (F 2 ) • Tác dụng thuỷ phân + nhiệt phân F 3 F 2 F 1 Nhân tốảnh hưởng 1- Tính dẻo đàn hồi của nguyên liệu 2- Tần suất tác dụng ngoại lực 3- Áp suất phân ly sợi 4- Độ ẩm của nguyên liệu 1. Tính dẻo đàn hồi của nguyên liệu Quyết định thời gian cần thiết để khôi phục hoàn toàn sau biến dạng. • Tính dẻo thấp: thời gian khôi phục ngắn, biến dạng gây ra sau khi nguyên liệu chịu lực có thể khôi phục toàn bộ hoặc phần lớn trước tác dụng tiếp theo của ngoại lực Æ thời gian phân ly cần thiết kéo dài, sợi bị cắt đứt tăng lên. • Tính dẻo cao: thời gian khôi phục dài, nguyên liệu trước tác dụng tiếp theo của ngoại lực biến dạng chưa kịp khôi phục Æ dễ bị phân ly thành từng sợi hoặc bó sợi, tức rút ngắn thời gian phân ly, nâng cao năng suất thiết bị. Tính dẻo đàn hồi phụ thuộc: •Nhiệt độ T (+): • Độ ẩm MC (+) •Lực kết hợp giữa các phân tử F (-) • Độ đa tụ của phân tử lớn: Dp (-) Giải pháp: tiến hành xử lý hoá mềm nguyên liệu trước khi phân ly sợi 2. Tần suất tác dụng ngoại lực Là nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến sản lượng và chất lượng phân ly sợi. Tần suất thấp, sản lượng giảm xuống (do thời gian giữa hai lần lực tác dụng liền kề nhau dài, dăm gỗ có khả năng phần lớn hoặc toàn bộ đã khôi phục trạng thái ban đầu trước lần chịu tác dụng của ngoại lực tiếp theo. Để làm cho sợi phân ly phải làm cho d ăm gỗ lại có được ứng suất bên trong cần thiết) Æ Như thế, không chỉ kéo dài thời gian phân ly, tăng tiêu hao động lực mà còn làm cho sợi bị cắt đứt nhiều, chất lượng tương đối xấu. Giải pháp: tăng đường kính thớt nghiền, cải tiến hình răng của thớt nghiền 3. Áp suất phân ly sợi Áp lực tính trên 1 đơn vị diện tích mặt thớt nghiền. Để làm cho dăm gỗ phân ly thành từng sợi hoặc bó sợi, khi phân ly phải tác dụng một lực ép nhất định đối với dăm gỗ. Áp suất cần căn cứ tính dẻo đàn hồi của dăm gỗ để quyết định. Tính dẻo của dăm gỗ càng lớn, có thể dùng áp suất tương đối nhỏ. Áp suất lớ n nhỏ liên quan đến thiết bị và yêu cầu của sợi: • Khi dùng tốc độ cao, áp suất có thể nhỏ 1 chút •Sợi yêu cầu tương đối thô áp suất có thể lớn một chút. Tăng áp suất: •Cóthể rút ngắn thời gian phân ly, nâng cao hiệu suất của thiết bị. • Nhưng do ứng suất bên trong của nguyên liệu tăng lên, rất nhiều sợi bị đứt. Giải pháp: để đảm bảo chất lượng sợi và hiệu suất của thiết bị, nên tăng tần suất tác dụng ngoại lực, mà không nên dùng phương pháp tăng áp suất. 5 4. Độ ẩm của nguyên liệu • Vai trò của ẩm trong quá trình phân ly: (1) Hấp thụ nhiệt ma sát khi phân ly sợi (2) Làm cho sợi dăm gỗ trương nở mềm ra (3) Giảm điểm mềm hoá của lignin • MC quá cao: Æ lực ma sát giữa các dăm rất nhỏ (do nước có tác dụng thấm ướt, trượt); phân ly chủ yếu dựa vào tác dụng tiếp xúc với thớt nghiền. Khi đó: sợi phải chịu tác dụng ma sát mãnh liệt của thớt nghiền (khe hở thớt nghiền = chiều dày của một sợi đơn) + Tính không đồng đều của độ chính xác lắp ráp và mài mòn của thớt nghiền ÆSợi bị cắt ngang tươ ng đối nhiều, chất lượng sợi tương đối kém. • MC quá thấp: Æ phân ly không triệt để • MC phù hợp (30-40%): ma sát lẫn nhau giữa các dăm có tác dụng chủ đạo + tác dụng tiếp xúc của thớt nghiền biến thành nhân tố thứ yếu Æ Tránh cho sợi bị ép nát và cắt đứt quá mức, cải thiện rất nhiều chất lượng sợi. Thiếtbị phân ly 1. Máy nghiềnnhiệt 2. Máy nghiềnsợitốc độ cao 1. Máy nghiềnnhiệt 1. Sunds Defibrator (Thuỵđiển) 2. Spront – Bauer (Mỹ) 3. Pallmann (Đức) 4. Andr (Áo) •Xuthế phát triển: loạilớntốc độ cao, tựđộng hoá và thêm hệ thống thu hồinhiệt(như tăng đường kính thớt nghiền, nâng cao tốc độ quay thớt động, tăng công suất). •Mức độ tựđộng hoá cao: toàn bộ quá trình thao tác thựchiện khống chế vi tính. Tốc độ quay củabộ phậnnạpliệuxoắn ốc, áp suấtthớtnghiền, độ ẩmsợi, pH, độ phân ly sợi,… đều do máy tính khống chế, và thựchiện theo dõi, cảnh báo và tựđộng điều chỉnh (đã đạt đếnphụ tải không đổi, khe hở không đổivàtiến hành vận chuyểntiêuhaonăng lượng không đổi). Bảnvẽ kếtcấu máy gia nhiệt 1- Nạpliệuxoắn ốc 2- Thiếtbị nấu 3- Khoang nghiền 4- Động cơ chính Defibrator TM Sơđồkếtcấu khoang nghiềncủa máy nghiền (Sunds Defibrafor) 6 Máy nghiềnnhiệtcảitiến 1- Nạpliệuchiềubêncạnh; 2- Khống chế chênh lệch áp suất; 3- Bịtkíncơ giới; 4- Căng trước ổ trục; 5- Cỡ lớn; 6- Chính xác; 7- Tựđộng hoá; 8- Tiếtkiệmnăng lượng. METSO Defibrator 1. EVO74: 90 tph (LIGNA 2007) 2. Tiết kiệm năng lượng 25-50 (kWh/ton) 3. Hoạt động ổn định, dễ bảo dưỡng. Pallman Pressurized Refiner System-PR Pallman Pressurized Refiner System-PR từ 0,9 đến 32 tấn/h sợi khô kiệt Năng suất từ 240 kW đến 8000 kW Công suất máy 6054504846444236 32 Loại Pressurized Refiner, type PR Thông số kỹ thuật 24,0-32,07,504606000-80001525PR 60 18,0-24,06,504104500-60001370PR 54 15,0-18,05,504103750-45001270PR 50 12,0 -15,04,504103150-37501220PR 48 9,5-12,03,503452500-31501170PR 46 7,0-9,52,503451750-25001120PR 44 4,0-7,02,503451000-17501070PR 42 2,0-3,51,75345540-900900PR 36 0,9-1,51,25230240-400800PR 32 Năng lực sản xuất (tấn sợi khô kiệt/giờ) Dung tích thiết bị nấu (m 3 ) Cánh xoắn nạp liệu ϕ (mm) Công suất (kW) Đường kính thớt nghiền (mm) Loại cỡ Pallman Pressurized Refiner System-PR 2. Máy nghiềnsợitốc độ cao • Nghiền2 thớt, gồm3 bộ phận: 1. Bộ phậnnạpliệu 2. Khoang nghiền 3. Bộ phận điềuchỉnh. • Trong khoang nghiềncóhaithớt nghiền phân biệt do hai động cơ kéo, quay ngượcchiều nhau. Dăm gỗ sau khi mềm hoá (cũng có thể không qua mềm hoá) đượcthiếtbị nạpliệu định lượng, đều đặn đưa vào khoang nghiềntiến hành phân ly. 7 Máy nghiềnsợitốc độ cao 10- Cánh xoắn 9- Val tháo liệu 8- Bộ phận tính mứcliệu 7- Cánh xoắn 6- Thiếtbị gia nhiệttrước 5- Thiếtbị nạpliệu val quay tròn 4- Bộ phậntínhmứcliệu 3- Thảikhí 2- Cyclon 1- Phễuliệu Problems 1. Chế độ phân ly sợi: Phù hợp với đặc điểm nguyên liệu Việt nam, nâng cao chất lượng sợi . 54 15,0-18,05,504103750-4500 127 0PR 50 12, 0 -15,04,504103150-3750 122 0PR 48 9,5- 12, 03,5034 525 00-31501170PR 46 7,0-9, 52, 503451750 -25 001 120 PR 44 4,0-7, 02, 503451000-17501070PR 42 2,0-3,51,75345540-900900PR 36 0,9-1,51 ,25 23 024 0-400800PR. qua 20 0 lỗ/inch) < 30 % 3. Ảnh hưởng của chất lượng sợi 5,818,40,76 32, 50,7171,386, 424 ,9Hông 8,619,30,6 129 ,00,7074,589, 121 ,8Phong lượng 6 ,21 7,40,4 627 ,10, 725 9,089 ,21 7,6Sam mộc 25 ,6 52, 30,3 021 ,40, 725 8,788,511,3Thông. sợi khô kiệt Năng suất từ 24 0 kW đến 8000 kW Công suất máy 605450484644 423 6 32 Loại Pressurized Refiner, type PR Thông số kỹ thuật 24 ,0- 32, 07,504606000-80001 525 PR 60 18,0 -24 ,06,504104500-60001370PR