NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT GIẤY TỪ RƠM RẠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA CƠ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HOC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ************ NGUYỄN THỊ KIM SƯƠNG NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT GIẤY TỪ RƠM RẠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HOC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

************

NGUYỄN THỊ KIM SƯƠNG

NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT GIẤY TỪ RƠM RẠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA CƠ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY

Thành Phố Hồ Chí Minh Tháng 6/2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

************

NGUYỄN THỊ KIM SƯƠNG

NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT GIẤY TỪ RƠM RẠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA CƠ

Ngành: Công Nghệ Sản Xuất Giấy và Bột Giấy

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn: T.S Phan Trung Diễn

Thành Phố Hồ Chí Minh

Tháng 6/20

LỜI CẢM TẠ

Con xin ghi nhớ công ơn cha mẹ đã sinh thành, dưỡng dục, không ngại khó khăn gian khổ để cho con có điều kiện tốt nhất và luôn bên cạnh ủng hộ, động viên con trên suốt đoạn đường mà con đã đi

Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, phòng Đào Tạo, Ban chủ nhiệm khoa Lâm Nghiệp trường Đại Học Nông Lâm Tp.Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian theo học tại trường

Chân thành biết ơn quý thầy cô đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu Đặc biệt, tôi xin chân thành biết ơn thầy TS Phan Trung Diễn đã tận tụy dìu dắt tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện khóa luận tốt nghiệp này

Chân thành cảm ơn ban lãnh đạo và tập thể cán bộ công nhân viên của Công Ty cổ phần Giấy Đồng Nai, Trung tâm phân tích chế biến Lâm sản – Giấy và Bột giấy Trường

ĐH Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành đề tài

Sau cùng tôi xin chân thành cảm ơn tập thể DH08GB và toàn thể bạn bè đã bên cạnh động viên, giúp đỡ tôi hoàn tất luận văn tốt nghiệp này

Chân thành cảm ơn

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012

Nguyễn Thị Kim Sương

Phương pháp nghiên cứu

Thu thập tài liệu, tìm hiểu về thành phần hóa học của rơm rạ có thể làm nguyên liệu giấy Tiến hành nghiên cứu quy trình sản xuất Bột giấy từ rơm rạ bằng phương pháp hóa cơ – điều kiện nghiền bột không cần nhiệt độ và áp suất cao Khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng NaOH và thời gian thẩm thấu hóa chất lên

độ nghiền và hiệu suất của quá trình nghiền bột Bột được nghiền ở nhiều chế độ khác nhau (số vòng nghiền thay đổi) Kiểm tra tính chất của bột rơm bằng cách: xeo

tờ handsheet và xác định các tính chất của giấy khảo sát ảnh hưởng của độ nghiền lên các tính chất đó

Kết quả thu được trong phòng thí nghiệm là: với hàm lượng NaOH nằm trong khoảng 10 – 15% (so với KL KTĐ) và thời gian thẩm thấu từ 60 – 90 phút thì

độ nghiền và hiệu suất của bột thu được tương đối tốt, độ nghiền trong khoảng 27 –

53oSR (cao nhất là 53oSR) và hiệu suất trong khoảng 59,92 – 63,87% (cao nhất là 63,87%) Tiến hành xác định tính chất của giấy làm từ bột rơm cho thấy: Giấy làm

từ bột rơm có độ trắng nguyên thủy cao 41,9 Iso, chiều dài đứt lên tới 7119,53m (ở

độ nghiền 38oSR), độ đục là 98,23% (ở độ nghiền 38oSR), chỉ số xé là 5,99 mNm2/g (ở độ nghiền 54oSR), độ hút nước là 16,41g/m2 (ở độ nghiền 38oSR)

Kết luận: Từ những kết quả trên ta hoàn toàn có thể sản xuất bột giấy từ rơm

rạ bằng phương pháp hóa cơ Đồng thời giấy làm từ rơm có tính chất tương đối cao tùy từng loại giấy cần sản xuất mà ta nghiền bột đến độ nghiền thích hợp để xeo

được tờ giấy mong muốn Cần nghiên cứu và khảo sát quá trình phối trộn hoặc tẩy trắng bột để nâng cao ứng dụng của của nó trong ngành sản xuất giấy Tóm lại, rơm

rạ là nguồn nguyên liệu bổ sung lý tưởng (rẻ tiền và dễ thu thập) cho ngành công nghiệp giấy

ABSTRACT

Project "Research and testing production processes of rice straw pulp by chemical methods of" was done at the Center for analysis and processing forest products - Pulp and Paper Nong Lam University Ho Chi Minh from 10/02/2012 until 15/06/2012

The purpose of the research is that straw is a source of additional paper industry should be considered in the future And full of straw pulp can be produced using mechanical methods - method of engine

Research Methods

Gather materials, learn about the chemical composition of rice straw pulp can

do Conduct research production process from straw pulp by chemical methods - mechanical pulp mill conditions without high pressure and temperature Investigated the influence of NaOH concentration and time of impregnation chemicals on the performance of the mill and pulp mill process Powder was crushed in several different modes (crushing cycle of change) Check the properties

of straw pulp by: Xeo handsheet sheet and determine the properties of paper examined the effect of grinding on the property

The results obtained in the laboratory are: the concentration of NaOH in the range 10-15% (compared to KL KTD) and impregnation time from 60-90 minutes, the performance of pulp mill and obtained relatively good , the ground for about 27

- 53oSR (highest 53oSR) and performance in the range from 59.92 to 63.87% (the highest is 63.87%) The determination of the properties of paper made from straw pulp shows: Paper made from straw pulp with high brightness 41.9 Iso original length off up to 7119.53 m (at ground level 38oSR), turbidity is 98 , 23% (at ground level 38oSR), tear index is 5.99 mNm2 / g (at ground level 54oSR), water absorption was 16.41 g/m2 (at ground level 38oSR)

Conclusion: From these results it is possible to produce paper pulp from straw

by the chemical method At the same time paper made from straw nature is

relatively high Depending on the type of paper that we need to produce to the mill grinding flour Xeo is suitable for the desired paper Should be studied and examined the mixing or bleaching powder to improve its application in paper production In short, straw is added material ideal (cheap and easy to collect) for the paper industry

MỤC LỤC

TRANG TỰA ii

LỜI CẢM TẠ iii

TÓM TẮT iv

MỤC LỤC viii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi

DANH MỤC CÁC BẢNG xii

DANH MỤC CÁC HÌNH xiii

Chương 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 3

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

1.4 Tính hạn chế của đề tài 4

Chương 2 TỔNG QUAN 5

2.1 Lịch sử hình thành và tình hình ngành giấy của Việt Nam 5

2.2 Nguyên liệu ngành giấy 7

2.2.1 Nguyên liệu 7

2.2.2 Thành phần hóa học của nguyên liệu gỗ và phi gỗ 9

2.3 Tình hình nguyên liệu ngành Giấy trên thế giới và trong nước 13

2.4 Rơm rạ nguyên liệu cho ngành giấy 14

2.4.1 Giới thiệu chung về nguyên liệu rơm rạ 14

2.1.1 Nguyên liệu rơm rạ trong ngành công nghiệpn giấy 15

2.4.1 Ưu , nhược điểm khi sử dụng rơm rạ làm nguyên liệu giấy 16

2.5 Cơ sở lý thuyết 17

2.5.1 Sản xuất bột giấy bằng phương pháp cơ học: 18

2.5.1.1. Bột gỗ mài  18 

2.5.1.2. Sản xuất bột cơ bằng phương pháp nghiền:  19 

2.5.2 Sản xuất bột giấy bằng các phương pháp hóa học 22

2.5.2.1 Nấu bột bằng phương pháp soda  23 

2.5.2.2 Phương pháp sulfite  26 

2.5.3  So sánh bột cơ với bột hóa:  27 

2.4.3 Ảnh hưởng của công đoạn nghiền đến tính chất cơ lý của giấy 28

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

3.1 Mục tiêu nghiên cứu 31

3.2 Nội dung nghiên cứu 31

3.3 Nguyên liệu và thiết bị 31

3.4 Phương pháp nghiên cứu 33

3.4.1 Sơ đồ quy trình thí nghiệm 33

3.4.2 Thuyết minh quy trình thí nghiệm 35

3.4.2.1 Nguyên liệu:  35 

3.4.2.2 Ngâm hóa chất:  35 

3.4.2.3 Đánh tơi nguyên liệu  35 

3.4.2.4 Nghiền giai đoạn 1:  36 

3.4.2.5 Phân loại sơ sợi:  37 

3.4.2.6 Nghiền giai đoạn 2  38 

3.4.2.7 Xeo tờ handsheet:  38 

3.4.2.8 Ép giấy:  39 

3.4.2.9 Sấy giấy:  40 

3.4.2.10 Điều hòa mẫu:  40 

3.4.3 Tiến hành xác định một số tính chất của giấy: 40

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41

4.1 Thành phần hóa học của rơm rạ: 41

4.2 Quy trình sản xuất bột giấy từ rơm rạ bằng phương pháp hóa cơ 42

4.2.1 Quy trình sản xuất bột cơ từ rơm rạ bằng phương pháp hóa cơ trong phòng thí nghiệm 42

4.2.2 Đề xuất thiết bị công nghệ 44

4.3 Kết quả của quá trình nghiền bột (xét ở thời điểm 7000 vòng) 45

4.3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH lên độ nghiền 47

4.3.2 Ảnh hưởng của thời gian ngâm NaOH lên độ nghiền 48

4.3.3 Ảnh hưởng của số vòng đến độ nghiền của bột 49

4.4 Kết quả do tính chất của tờ handsheet ở độ nghiền khác nhau 49

4.4.1 Ảnh hưởng của độ nghiền lên chiều dài đứt của tờ giấy 49

4.4.2 Ảnh hưởng của độ nghiền lên chỉ số xé của tờ giấy 50

4.4.3  Ảnh hưởng của độ nghiền lên độ đục của tờ giấy  52 

4.4.4 Ảnh hưởng của độ nghiền lên thấm nước của tờ giấy 53

4.4.5 Ảnh hưởng của độ nghiền lên độ trắng của tờ giấy 54

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55

5.1 Kết luận 55

5.2 Kiến nghị 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

PHẦN PHỤ LỤCPHỤ LỤC 1 58

PHỤ LỤC 1 59

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

KL KTĐ : Khối lượng khô tuyệt đối

CTMP: Bột hóa nhiệt cơ

Bảng 4.1 Thành phần hóa học của rơm rạ

Bảng 4.2 Kết quả của quá trình nghiền

Bảng 4.3 Ảnh hưởng của mức dùng NaOH lên độ nghiền của bột

Bảng 4.4 Ảnh hưởng của số vòng nghiền đến độ nghiền của bột Bảng 4.5 Kết quả đo một số tính chất của tờ handsheet

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Cấu tạo của gỗ

Hình 2.2 Cấu tạo của cellulose theo Haworth

Hình 2.3 Sợi cellulose trong thực vật

Hình 2.4 Đơn vị cơ bản của lignin

Hình 2.5 Liên kết β-O-4 trong phân tử lignin

Hình 2.6 Giấy làm từ rơm rạ chưa qua xử lý

Hình 2.7 Mục đích của các phương pháp sản xuất bột giấy

Hình 2.8 Sơ đồ sản xuất bột cơ

Hình 2.9 Một số kiểu thiết kế cối mài

Hình 2.10 Cơ cấu làm sắc đá mài

Hình 2.11 Cấu tạo chi tiết lô đá mài bột

Hình 2.12 Các dạng mâu gờ

Hình 2.13 Phản ứng phân hủy liên kết ete β-aryl của lignin

Hình 2.14 Phản ứng ngưng tụ lignin trong môi trường kiềm

Hình 2.15 Phản ứng của lignin trong phương pháp sulfite và Phản ứng của hydratcacbon

Hình 2.16 Quá trình hoạt động của dao nghiền

Hình 4.5 Biểu đồ ảnh hưởng của độ nghiền lên độ thấm hút của tờ giấy

Chương 1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Như ta đã biết, Giấy là một mặt hàng thông thường được sử dụng rộng rãi cho mọi đối tượng, mọi lứa tuổi, cho nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống Khi cuộc sống ngày càng hiện đại, người ta sử dụng các tiện ích của giấy càng nhiều hơn: Giấy dùng để in, viết phục vụ cho ngành Giáo dục; giấy dùng làm bao gói, bao

bì phục vụ cho Dân sinh, cho các ngành Công, Thương nghiệp; giấy vệ sinh, khăn

ăn phục vụ cho ngành du lịch, nhà hàng, khách sạn; giấy in tiền phục vụ cho ngành Tài chính, Ngân hàng; giấy tráng nhôm chuyên phục vụ cho các ngành Công nghiệp cao cấp; và còn rất nhiều tiện ích khác của giấy mà con người chưa sử dụng đến…

Tình hình sản xuất công nghiệp ở Việt Nam trong thời điểm hiện nay đang trong thời kỳ chuyển biến phức tạp; công nghiệp có trình độ kỹ thuật, công nghệ thấp chuyển dần sang nền công nghiệp tự động hóa có trình độ kỹ thuật, công nghệ cao hơn Ngành công nghiệp sản xuất giấy ở Việt Nam cũng vậy, các đơn vị sản xuất đang tự trang bị cho mình để thay đổi dần những thiết bị, máy móc mang tính

kỹ thuật ,mang tính kỹ thuật, công nghệ mới cho doanh nghiệp để thích ứng được sự phát triển thật nhanh trong môi trường kinh doanh của nền kinh tế thị trường Nhờ

sự tiến bộ về trình độ chuyên môn, các công nghệ tiên tiến cùng với sự hợp tác đầu

tư của nước ngoài, nền công nghiệp giấy của nước ta đã phát triển cả về quy mô, số lượng, lẫn chất lượng Tuy nhiên, công nghiệp giấy nước ta đang còn gặp nhiều khó khăn thử thách, tại Việt Nam năng lực sản xuất bột giấy mới chỉ đáp ứng được ½ nhu cầu sản xuất giấy, do đó ngành công nghiệp giấy luôn phải phụ thuộc vào nguồn bột giấy nhập khẩu, giá bột giấy nhập khẩu tăng cao 800- 850USD/tấn, giá giấy vụn khoảng 400-450USD/tấn Hiện nay chỉ có Công ty giấy Bãi Bằng và Công

ty cổ phần Tân Mai chủ động đáp ứng được khoảng 80% tổng số bột cho sản xuất của chính công ty mình

Một trong những nguyên nhân dẫn đến ngành giấy nước ta phát triển chậm

và chưa cân bằng được giữa cung và cầu là do thiếu nguyên liệu Nguyên liệu chính trong công nghiệp giấy hiện nay ở nước ta là gỗ Tuy nhiên, khả năng đáp ứng nhu cầu thấp và không đồng đều, vùng nguyên liệu chủ yếu tập trung ở Miền Bắc và Miền Trung trong khi năng lực sản xuất lại tập trung chủ yếu ở miền Nam, do vậy các nhà máy sản xuất bột giấy từ nguyên liệu nguyên thủy tại Miền Nam hiện nay đang gặp vấn đề về nguồn nguyên liệu

Gỗ ngày càng đáp ứng không đủ do qui mô sản xuất giấy ngày càng được

mở rộng, hơn nữa một lượng không nhỏ gỗ đã được cung ứng cho các ngành công nghiệp khác: Xây dựng, chế biến lâm sản, xuất khẩu dăm gỗ,… Trong khi đó, nước

ta chưa có nhiều vùng nguyên liệu chuyên canh theo kiểu công nghiệp Hầu hết các nơi đều khai thác rừng mọc tự nhiên, các địa phương còn chưa tận dụng được hết diện tích đất trống đồi núi trọc, chu kỳ khai thác của gỗ thì mất nhiều năm Trong tương lai, nguồn nguyên liệu gỗ sẽ không đáp ứng đủ cho ngành giấy Trước tình hình đó, nhu cầu nghiên cứu tìm ra nguồn nguyên liệu mới thay thế gỗ có chu kỳ khai thác ngắn, dồi dào là một vấn đề được quan tâm nghiên cứu ở nhiều nơi

Do đó Nghiên cứu và thử nghiệm quy trình sản xuất giấy từ rơm rạ nhằm đánh giá việc sử dụng nguồn nguyên liệu rơm rạ cho công nghiệp giấy- Một nguồn phế phẩm nông nghiệp có khả năng là nguồn nguyên liệu phi gỗ cho công nghiệp giấy trong tương lai

Hơn nữa, tất cả các ngành công nghiệp, sản xuất hiện nay đều hướng tới một tiêu chí chung là bảo vệ môi trường, thân thiện với môi trường Trong khi đó, các quy trình sản xuất giấy và bột giấy hiện nay sử dụng nhiều hóa chất gây ô nhiễm cao Tuy nhiên, công nghệ xử lý nước thải của ngành hiện tại rất phức tạp vầ tốn kém

Từ những yêu cầu cấp thiết như trên, được sự chấp thuận của khoa Lâm Nghiệp và với sự hướng dẫn của T.S Phan Trung Diễn, tôi đã tiến hành đề tài

“Nghiên cứu và thực nghiệm quy trình sản xuất Bột giấy từ rơm rạ theo phương pháp hóa cơ” Bột giấy được sản xuất từ rơm rạ trong điều kiện môi trường thông

thường không yêu cầu nhiệt độ và áp suất cao, tiêu tốn ít hóa chất và năng lượng, chất thải thân thiện với môi trường hơn, tiết kiệm được hóa chất và năng lượng

1.2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu nhằm mục đích tìm ra nguồn nguyên liệu bổ sung cho ngành công nghiệp giấy Việt Nam cũng như phương pháp sản xuất bột giấy thân thiện với môi trường hơn, tiết kiệm hơn

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học:

Việc tiến hành nghiên cứu và thực nghiệm quy trình sản xuất bột từ rơm rạ bằng phương pháp hóa học trong phòng thí nghiệm nhằm chỉ ra rằng rơm rạ có thể dùng làm nguồn nguyên liệu thay thế cho ngành công nghiệp giấy và hoàn toàn có thể sử dụng phương pháp cơ học để sản xuất bột giấy từ rơm rạ nhằm giảm được chi phí về trang bị dây chuyền công nghệ và dễ dàng trong xử lí nước thải, thân thiện với môi trường hơn

Ý nghĩa thực tiễn:

Ở nước ta, rơm rạ sau mỗi mùa thu hoach lúa một phần được dùng làm thức

ăn cho gia súc, một phần dùng để sản xuất nấm, sản phẩm sinh học, phần lớn còn lại vứt bỏ trên các cánh đồng hay đốt bỏ Trong khi đó, một số nghiên cứu đã cho thấy

có thể sản xuất bột giấy từ rơm rạ Mặt khác, nguồn nguyên liệu của ngành giấy đang khan hiếm, giá bột nhập khẩu ngày càng tăng lên Do đó, việc tận dụng nguồn phế phẩm trong nông nghiệp cho công nghiệp sản xuất giấy là một việc làm đúng đắn nhằm mang lại giá trị kinh tế cho người dân cũng như doanh nghiệp và giải quyết được phần nào vấn đề thiếu hụt nguyên liệu cho ngành công nghiệp giấy trong nước Qua quá trình nghiên cứu, thử nghiệm và đo đạc, các tính chất của tờ giấy làm từ rơm rạ có độ bền cơ lí cao Từ đó ta có thể dùng rơm rạ để sản xuất lớp ruột của cartong song, giấy in báo đáp ứng một phần nhu cầu tiêu dùng của thị trường hiện nay hoặc phối trộn với các loại bột có có sơ sợi dài để sản xuất giấy in, giấy viết nhằm giảm chi phí nguyên liệu đầu vào mang lại lợi nhuận kinh tế cao hơn cho doanh nghiệp đồng thời nâng cao khả năng cạnh tranh

1.4 Tính hạn chế của đề tài

Đề tài tiến hành sản xuất bột hóa cơ trong phòng thí nghiệm của Trung tâm phân tích Lâm sản – Giấy và Bột giấy trường ĐH Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh Do điều kiện thiết bị và dụng cụ thiếu thốn, hơn nữa phần lớn thiết bị chủ yếu dành cho sản xuất bột hóa, bột cơ thành phẩm và các loại bột tái chế khác vì vậy công việc tiến hành gặp rất nhiều khó khăn, quy trình thí nghiệm phải thay đổi nhiều lần để phù hợp với với điều kiện trong phòng thí nghiệm

Điều kiện sản xuất bột giấy trong phòng thí nghiệm không mô phỏng hết được các điều kiện thực tế trong nhà máy như: máy nghiền PFI không mô phỏng được máy nghiền đĩa (2 đĩa, 3 đĩa) ở nhà máy, máy phân loại sơ sợi cũng không bằng máy phân loại ở nhà máy, quá trình xeo giấy bằng thiết bị xeo handsheet không mô phỏng được quá trình xeo giấy trên lưới xeo, thiết bị sấy giấy nhanh trong phòng thí nghiệm không mô phỏng được quá trình sấy bằng các lô sấy trong nhà máy…Vì vậy đề tài chỉ đưa ra những kết quả đã được thực hiện theo điều kiện

và thiết bị phòng thí nghiệm, các điều kiện không tuân theo tiêu chuẩn chung đều được mô tả cụ thể trong đề tài, các điều kiện tuân theo tiêu chuẩn được trình bày trong phần phụ lục

Vì điều kiện khó khăn như trên, và vì thời gian có hạn nên đề tài được tiến hành còn nhiều thiếu xót và hạn chế, rất mong sự đóng góp và sửa chữa để đề tài được hoàn thiện hơn

Chương 2 TỔNG QUAN

2.1 Lịch sử hình thành và tình hình ngành giấy của Việt Nam

Ngành giấy là một trong những ngành được hình thành từ rất sớm tại Việt Nam (khoảng năm 284) Từ giai đoạn này đến đầu thế kỉ 20, giấy được làm bằng phương pháp thủ công để phục vụ cho việc ghi chép, làm tranh dân gian, vàng mã,.,

Năm 1912, tại Việt Trì, nhà máy sản xuất bột giấy đầu tiên bằng phương pháp thủ công nghiệp đi vào hoạt động với công suất 4,000 tấn giấy/năm Trong thấp niên 1960, nhiều nhà máy giấy được đầu tư và xây dựng nhưng hầu hết đều có công suất nhỏ ( dưới 20.000 tấn/ năm) như Nhà máy giấy Việt Trì, Nhà máy bột giấy Vạn Điểm, Nhà máy giấy Đồng Nai, Nhà máy giấy Tân Mai… năm 1975, tổng công suất thiết kế của ngành giấy Việt Nam là 72.000 tấn/năm Nhưng do ảnh hưởng của chiến tranh và mất cân đối giữa sản lượng bột giấy và giấy nên sản lượng thực tế chỉ đạt 28.000 tấn/năm

Năm 1982, Nhà máy giấy Bãi Bằng do Chính phủ Thụy Điển tài trợ đã đi vào sản xuất với công suất thiết kế là 53.000 tấn bột giấy/năm và 55.000 tấn

giấy/năm, dây chuyền sản xuất khép kín, sử dụng công nghệ cơ lý và tự động hóa Nhà máy cũng xây dựng được vùng nguyên liệu, cơ sở hạ tầng, cơ sở phụ trợ như điện, hóa chất và trường đào tạo nghề phục vụ cho hoạt động sản xuất

Ngành giấy có những bước phát triển vượt bậc, sản lượng giấy tăng trung bình 11%/năm trong giai đoạn 2000 – 2006 Tuy nhiên, nguồn cung như vậy vẫn chỉ đáp ứng được gần 64% nhu cầu tiêu dùng ( năm 2008), phần còn lại vẫn phải nhập khẩu Ước tính năm 2008 cả nước nhập khẩu 160.000 tấn bột và 1.093.300 tấn giấy, tăng lần lượt là 45% và 27% so với năm 2007 Trong khi đó, để đảm bảo nhu cầu tiêu thụ trong nước, Hiệp hội Giấy và Bột giấy Việt Nam đã phải giải “bài toán ngược”, đó là đề nghị giảm thuế nhập khẩu đối với giấy in báo, giấy in, giấy viết; áp

dụng thuế VAT 5% đối với giấy và bột giấy để khuyến khích các doanh nghiệp nhập khẩu Đồng thời, sử dụng mọi biện pháp để kiềm chế lượng giấy xuất khẩu Vì vậy, xuất khẩu toàn ngành năm 2008 chỉ đạt 169.000 tấn, bằng 88% so năm 2007 Mặt dù đã có sự tăng trưởng đáng kể tuy nhiên, tới nay đóng góp của ngành giấy trong tổng giá trị sản xuất quốc gia vẫn rất nhỏ

Hiện nay cả nước có khoảng 500 doanh nghiệp sản xuất giấy, chủ yếu là những doanh nghiệp nhỏ và vừa, những đơn vị sản xuất cá thể Sản lượng giấy cả năm 2010 đã tăng gần 10% so với năm 2009, ước đạt 1,85 triệu tấn 2 tháng đầu năm 2011, sản lượng giấy tăng khoảng 18,1% so với cùng kỳ năm ngoái Kim ngạch nhập khẩu giấy các loại ước đạt 150 triệu USD, với khoảng 163.000 tấn, tăng 33,4% về kim ngạch so với cùng thời điểm năm 2010 Nhờ vào việc đầu tư máy móc thiết bị với công nghệ cao, chất lượng sản phẩm giấy Việt Nam ngày càng được cải thiện Nhiều loại giấy như giấy công nghiệp, giấy tiêu dùng đã bắt đầu chiếm lại thị trường nội địa

Ngành công nghiệp giấy Việt Nam đã vượt qua được những tác động từ cuộc khủng hoảng và đang có dấu hiệu hồi phục nhờ nâng cao kỹ thuật và công nghệ sản xuất

Sau 20 năm mở cửa mời gọi đầu tư, năm 2010 ngành giấy bắt đầu khởi sắc với 8 dự án mới được đầu tư xây dựng, tập trung vào các sản phẩm chính như giấy bao bì công nghiêp, giấy in, giấy viết và giấy tiêu dùng, với tổng công suất khoảng 430.000 tấn/năm CTCP Tập đoàn Tân Mai mua lại 4 dây chuyền sản xuất bột giấy

và giấy của Canada với khoảng 6.000 tỷ đồng để đầu tư 4 nhà máy mới tại Quảng Ngãi, Lâm Đồng, Kon Tum và Đồng Nai, trong đó có 3 dự án sản xuất bột giấy, đã nhen nhóm nhiều hy vọng sản lượng giấy trong nước tăng đáp ứng được nhu cầu xã hội

Nguồn vốn FDI cho ngành giấy cũng có dấu hiệu tích cực khi dự án liên doanh xây dựng Công ty SCG Paper của Thái Lan và nhà sản xuất bao bì của Nhật Bản Rengo xây dựng công ty giấy Vina Kraft tại Bình Dương với tổng vốn đầu tư 3,351 tỷ đồng CTCP Giấy Sài Gòn (SGP) cũng đã đầu tư xây dựng Nhà máy Mỹ

Xuân 2 tại Bà Rịa – Vũng Tàu Theo đó, Công ty đã đầu tư 100 triệu USD mua máy móc thiết bị mới nhất trên thế giới, có tuổi thọ trên 30 – 40 năm Đây là đơn vị duy nhất trong nước cùng lúc sản xuất 2 mảng giấy công nghiệp và giấy tiêu dùng Theo Hiệp Hội Giấy – Bột giấy Việt Nam, hiện nay đa số doanh nghiệp ngành giấy còn phụ thuộc vào nguyên liệu bột giấy nhập khẩu, nhưng nếu các dự án đầu tư vào ngành giấy được triển khai theo tiến độ và kế hoạch, toàn ngành sẽ đạt khoảng 2,8 triệu tấn/năm Với nhu cầu tiêu dùng trong nước khoảng 2,2 triệu tấn, có khả năng ngành giấy sẽ dư thừa bột giấy để xuất khẩu.

2.2 Nguyên liệu ngành giấy

Gỗ là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho công nghiệp sản xuất giấy, bao gồm cả

gỗ cứng (lá rộng) và gỗ mềm (lá kim) Trên thế giới, 35% diện tích rừng thuộc loại

gỗ mềm và 65% là gỗ cứng, trong đó Nga chiếm hơn một nửa lượng rừng gỗ mềm

và gấp 2,5 lần lượng rừng Bắc Mỹ Phần lớn rừng lá rộng tồn tại ở vùng nhiệt đới, đặc biệt ở Châu Phi và Mỹ La Tinh Ở các nước ôn đới chu kỳ khai thác cây lá kim

là 20 – 30 năm, cây gỗ lá rộng là 10 – 20 năm Ở Việt Nam khai thác gỗ rừng trồng cần 6 – 8 năm, gỗ rừng tự nhiên 15 – 30 năm

Hình 2.1 Cấu tạo của gỗ

Bảng 2.1 Thông số cơ bản về tính chất sợi của một số nguyên liệu

Chiều dài sợi l

(mm)

Đường kính sợi d (mm)

Tỷ số l/d

Gỗ cứng 2 22 90 Rơm (lúa gạo,

Giấy cũng được sản xuất từ nguyên liệu giấy thu hồi và cây phi gỗ Giấy thu

hồi là giấy đã qua sử dụng, các loại giấy đứt, giấy xén loại ra từ các phân xưởng sản

xuất giấy và các xưởng in Cây phi gỗ là nguồn thực vật cũng có thành phần

cellulose nhưng không có cấu trúc tế bào sợi như gỗ Một số nguyên liệu phi gỗ được sử dụng cho công nghiệp giấy là bã mía, tre, sợi đay, rơm rạ, các loại cotton phế phẩm…

2.2.2 Thành phần hóa học của nguyên liệu gỗ và phi gỗ

Tìm hiểu thành phần hóa học của nguyên liệu cho ta biết được tính khả thi khi sử dụng nguyên liệu đó cho sản xuất giấy Các tế bào sợi là thành phần quan trọng nhất của cây, Cellulose là thành phần chính yếu của thành tế bào gỗ Trong nguyên liệu những thành phần không phải cellulose bao gồm hemicellulose, pectins, lignin, protein, các loại muối khoáng K, Na, Ca, Mg, P, S, Si, Fe… Hàm lượng và thành phần các chất có trong nguyên liệu khác nhau giữa các loài cây, vị trí trên thân cây Cây gỗ và phi gỗ khác nhau về hình thái học của xơ sợi, kiểu tế bào hình thành nên xơ sợi, hàm lượng các chất trong nguyên liệu… Nhưng nhìn chung, cây phi gỗ và cây gỗ có các thành phần hoá học giống nhau, mỗi lớp tế bào đều bao gồm: Hydrat cacbon, lignin- là những thành phần cấu tạo nên thành tế bào nguyên liệu

Hình2.2: Cấu trúc cellulose theo Haworth

Số monomer có thể đạt từ 2.000 đến 10.000, độ trùng hợp này tương ứng với chiều dài mạch phân tử từ 5,2- 7,7mm Sau khi thực hiện quá trình nấu gỗ với tác chất, độ trùng hợp còn khoảng 600-1500 Có khoảng 65 – 73% cellulose là ở trạng thái kết tinh Phần cellulose vô định hình là phần khá nhạy với nước và một số tác chất hóa học Chính nhờ phần này mà tăng liên kết sơ sợi và làm tăng lực cô kết tờ giấy Cellulose không tan trong nước, trong kiềm hay axit loãng, nhưng có thể bị phân huỷ và bị oxy hoá bởi dung dịch kiềm đặc ở nhiệt độ >150oC Ở nhiệt độ thường nó có thể hoà tan trong một số dung môi như dung dịch phức đồng – amoniac Cu(NH3)4(OH)4, cuprietylendiamin(CED), cadimietylediamin…Một số axit cũng có thể hoà tan cellulose như H2SO4 72%, H3PO4 85%

Cellulose trong gỗ thì liên kết với lignin, hemicellulose và một số nhóm hợp chất khác

Hình 2.3 Sợi cellulose trong thực vật

Bảng 2.2 thành phần cellulose trong một số loại gỗ và phi gỗ

Gỗ cứng ( gỗ lá rộng) 41 – 42

Gỗ thông 41 – 44

Ngũ cốc 43 Cây đay 58 Cây gai dầu 65

 Hemicellulose

Cũng là những hydrat cacbon nhưng là loại polysaccarit dị thể Các đơn vị cơ

sở là đường hexose ( D- glucose, D- manose, D- galactose) hoặc đường pentose ( D-

xylose, L- arabinose và D- arabinose) Độ bền hoá học và bền nhiệt của

hemicellulose thấp hơn so với cellulose, vì chúng có độ kết tinh và độ trùng hợp

thấp hơn (độ trùng hợp <90) Đặc trưng của nó là có thể tan trong dung dịch kiềm

loãng So với cellulose nó dễ bị thuỷ phân hơn trong môi trường kiềm hay axit

Hemicellulose tồn tại ở dạng mạch nhánh, ở trạng thái vô định hình

Có 3 loại hemicellulose:

Đơn giản: Có thể được tách ra dưới tác dụng của các hoá chất dùng trong quá

trình nấu gỗ

Phức tạp: Loại này liên kết khá chặt chẽ với lignin, và do vậy cần có những

phản ứng hoà tan lignin khá mạnh Hemicellulose rất ái nước, sự có mặt của nó

trong bột do đó làm cho bột dễ nghiền hơn

Cellulosesen: Là những hexose và pentose liên kết khá chặt chẽ với

cellulose

b Lignin

Hình 2.4 Đơn vị cơ bản của lignin

Lignin là nhựa nhiệt dẻo, mềm đi dưới tác dụng của nhiệt độ và bị hòa tan trong một số tác chất hóa học Trong gỗ, bản thân lignin có màu trắng Lignin có cấu trúc rất phức tạp, là một polyphenol có mạng không gian mở, đơn vị cơ bản là phenyl propan và trong phân tử luôn chứa nhóm metoxyl (OCH3) Các đơn vị mắt xích này được liên kết với nhau bằng một số kiểu liên kết như: β-O-4 (chiếm chủ yếu 40 – 60 %), α-O-4 (chiếm 5 – 10 %), C-O-C, C-C… Lignin có liên kết chặt chẽ với hydrat cacbon đặc biệt là có liên kết hoá học với hemicellulose Trong quá trình chế biến bột giấy, người ta dùng tác động cơ học hoặc hoá học để hoà tan lignin hoặc biến tính lignin để giải phóng các bó sợi cellulose

Hình 2.5 Liên kết β-O-4 trong phân tử lignin

c Thành phần khác

Ngoài hydrat cacbon và lignin trong gỗ còn chứa chất trích ly, hợp chất vô cơ… Hàm lượng và thành phần chất trích ly phụ thuộc vào loại cây, các bộ phận của cây, điều kiện sinh trưởng Chất trích ly thường tập trung ở phần vỏ cây, cũng

có thể tìm thấy chất trích ly ở rễ, hoa, lá, quả của một số loại cây, chất trích ly bao gồm các rượu, axit bậc cao, các axit nhựa, chất sáp, chất đạm, chất màu, tannit, các glucozit, một số đường

Các chất vô cơ có trong gỗ K, Na, Ca, Mg, P, S, Si, Fe…hàm lượng các chất

vô cơ này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Điều kiện sinh trưởng của cây như đất đai, khí hậu, thời gian trong năm Nhìn chung hàm lượng này khá thấp, chúng cần thiết cho sự phát triển của cây nhưng cũng gây bất lợi khi dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp giấy

Bảng2.3 Thành phần hóa học và tính chất sợi của một số nguyên liệu

Loài Chiều dài

trung bình

(mm)

Đường kính trung bình (µm)

α – cellulose (%) Lignin (%) Tro (%) SiO(%) 2

Gỗ cứng 1 - 1,4 14 - 40 40 - 43 16 - 30 - Vết

Gỗ mềm 3 - 4 20 - 40 41 - 44 27 - 29 - Vết

Bã mía 1 - 1,5 20 32 - 44 19 - 24 1,5 - 5 0,7 - 3,5 Tre 2,7 - 4 15 26 - 43 21 - 31 1,7 - 4,8 0,69

2.3 Tình hình nguyên liệu ngành Giấy trên thế giới và trong nước

Trên đà phát triển của kinh tế, khoa học kỹ thuật, ngành sản xuất giấy trên thế giới cũng phát triển mạnh kéo theo nhu cầu sử dụng giấy tăng lên Nguyên liệu chính của ngành giấy hiện nay là gỗ và giấy tái chế Tuy nhiên giấy tái chế thì có hạn, còn gỗ thì phải cần một thời gian dài để cây tăng trưởng và phát triển Hơn nữa, một phần diện tích vùng nguyên liệu của ngành giấy lại cung cấp nguyên liệu cho ngành chế biến lâm sản và trong ngành xây dựng Tình hình xuất khẩu nguyên

liệu thô – dăm mảnh cũng tăng cao Ngành sản xuất giấy trong nước đang lên tiếng

lo ngại việc ồ ạt xuất khẩu dăm gỗ sẽ càng làm tăng áp lực thiếu nguyên liệu cho ngành Cho đến nay, Việt Nam đã trờ thành nước vô địch về xuất khẩu dăm gỗ vượt qua cả Australia Năm 2011, xuất khẩu dăm gỗ thiết lập kỷ lục với 5,4 triệu tấn Việc xuất khẩu dăm gỗ bạch đàn và gỗ keo lai tại Việt Nam đã tăng hơn 10 lần trong một thập kỷ vừa qua Năm 2001, cả nước chỉ xuất khẩu 400.000 tấn dăm gỗ nhưng đến năm 2011, đã tăng thêm 5 triệu tấn so với khởi điểm Lượng xuất khẩu trong năm 2011 cao hơn 36% so với năm 2010 và tăng gấp ba lần kể từ năm 2007 Nguyên nhân là do việc mở rộng công suất bột giấy tại Trung Quốc dẫn đến việc gia tăng mạnh số lượng các đồn điền gỗ cứng và các cơ sở chế biến dăm mảnh ở Việt Nam Dăm được xuất khẩu chủ yếu qua khu vực cảng Hải Phòng và các cảng miền Trung như Kỳ Hà ( Quảng Nam), Dung Quất ( Quảng Ngãi), Chân Mây ( Thừa Thiên Huế)… Ngoài ra, các hộ nông dân trồng rừng thiếu vốn, không được sự

hổ trợ của nhà nước hay doanh nghiệp nên phải khai thác gỗ sớm, băm ra để lấy gỗ dăm xuất khẩu thay vì trồng thêm vài năm để lấy gỗ xẻ có giá trị cao hơn gấp nhiều lần Một tấn gỗ dăm trên thị trường có giá 500.000 đồng, trong khi 1 tấn gỗ xẻ cho giá cao gấp 4 lần Vì vậy, các nhà máy giấy trong nước đang phải nhập khẩu nguyên liệu bột giấy với giá cao gấp 9 – 10 lần giá dăm xuất đi Trong khi giá xuất khẩu dăm gỗ của Việt Nam sang Trung Quốc và Nhật Bản chỉ khoảng 110 – 120 USD/tấn thì giá nhập khẩu bột giấy lại ở mức trung bình 900 – 1.000 USD/tấn

Do đó, ngành giấy đang đẩy mạnh tìm kiếm những nguồn nguyên liệu mới

để đáp ứng nhu cầu của thị trường và rơm rạ cũng là một nguồn nguyên liệu triển vọng của ngành giấy trong tương lai

2.4 Rơm rạ nguyên liệu cho ngành giấy

2.4.1 Giới thiệu chung về nguyên liệu rơm rạ

Nước ta là một nước nông nghiệp, do đó lúa là cây trồng thân thiết, lâu đời nhất của nhân dân ta Cây Lúa là cây trồng thân thiết, lâu đời nhất của nhân dân ta

và nhiều dân tộc khác trên thế giới Cây lúa Việt Nam có thể chia làm hai nhóm chính: Những giống lúa cạn không cần mực nước thường xuyên ở gốc và những giống lúa nước cần sinh sống ở ruộng có nước

Các giống lúa việt nam có những đặc điểm như chiều cao, thời gian sinh trưởng dài hay ngắn, chịu thâm canh, chịu chua mặn, chịu sâu bệnh khác nhau…song cây lúa việt nam đều có những đặc tính chung về hình thái, giải phẫu, đều có chung các bộ phận rễ, thân, lá, bông và hạt

2.4.2 Nguyên liệu rơm rạ trong ngành công nghiệpn giấy

Rơm rạ có rất nhiều ứng dụng cho cuộc sống Sau vụ thu hoạch lúa, tính bình quân thu được khoảng 6 tấn rơm rạ/ha, phần lớn là người dân dồn đống lại rồi đốt

bỏ vừa lãng phí vừa ô nhiễm môi trường Do vậy việc ứng dụng ngày càng nhiều hơn nữa rơm rạ là một vấn đề đang được đẩy mạnh Người ta đã dùng rơm rạ cho viêc sản xuất nấm rơm và các loại nấm khác, dùng làm phân bón cho cây trồng, nguyên vật liệu cho ngành xây dựng: Làm ván dăm, làm phụ gia cho vôi vữa, xây nhà Đặc biệt hơn rơm rạ là một nguồn nguyên liệu tiềm năng cho công nghiệp sản xuất giấy

Ngay từ thế kỷ thứ 2 người Trung Quốc đã sử dụng rơm rạ làm nguyên liệu sản xuất khăn tay giấy Đến thế kỷ thứ 6, họ sử dụng nó để sản xuất giấy vệ sinh Ngoài ra việc làm giấy bằng tay từ rơm rạ xuất hiện khá sớm ở Châu Á, điển hình là

ở Miến Điện và phía bắc Thái Lan

Kỹ thuật làm giấy bằng tay được mô tả như sau: Trước tiên rơm được thu gom về sau đó được mang về ngâm trong bồn xi măng, lượng nguyên liệu này được sản xuất cho 5 ngày Tiếp đó rơm rạ được nấu trong 36 giờ Vật liệu sau khi nấu được rửa sạch bằng nước lạnh Sau khi nấu và rửa rơm rạ được đập dập trong khoảng 12 giờ và được đánh tơi kỹ lưỡng Lúc này bột đã sẵn sàng cho quá trình làm giấy Bột được trải lên một khung lưới rộng ngâm trong nước và được sang đều bằng tay Sau khi bột được trải đều dùng một thanh mỏng cán ngang bề mặt lưới để loại bỏ các bọt khí Quá trình này diễn ra trong khoảng từ một đến hai phút, sau đó khung lưới được nhấc ra khỏi nước để khô và cắt nhỏ khung giấy theo kích thước mong muốn

Hình 2.6 Giấy làm từ rơm rạ chưa qua xử lý

Ngày nay việc sản xuất bột giấy từ rơm rạ tiếp tục được nghiên cứu và cải tiến, cụ thể:

Ở nước ta, xí nghiệp giấy Đồng Nai đã từng sản xuất giấy từ rơm rạ với mức tiêu thụ khoảng 10.000 tấn rơm/năm

Năm 2006, cụ Nguyễn Phúc Thanh (HÀ Nội) đã biến rơm rạ thành giấy, được Cục sở hữu trí tuệ cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích thân thiện với môi trường

Năm 2008, Trung Quốc công bố đã nghiên cứu thành công công nghệ sản xuất giấy từ rơm rạ thân thiện với môi trường

Năm 2011, Phạm Thị Hằng đã nghiên cứu và thử nghiệm thành công quy trình sản xuất giấy từ rơm rạ trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp soda

Vì vậy, rơm rạ được xem là nguồn nguyên liệu triển vọng cho công nghiệp giấy

2.4.3 Ưu , nhược điểm khi sử dụng rơm rạ làm nguyên liệu giấy

Ưu điểm

 Hàm lượng lignin thấp hơn cây gỗ nên thời gian nấu bột ngắn hơn, có thể nấu bằng các loại kiềm yếu (phương pháp hóa học) hay thời gian nghiền ngắn hơn (phương pháp cơ học) do đó tiêu tốn ít năng lượng và hóa chất hơn

 Xơ sợi rơm rạ dai hơn đem lại độ bền cơ lý cho bột

 Nâng cao độ khô của giấy ở các bộ phận ép ướt, tiết kiệm được nhiệt ở bộ phận sấy

 Cải thiện và nâng cao độ đanh của giấy

 Thu mua rơm rạ dễ dàng, nguồn nguyên liệu dồi dào

Nhược điểm

 Hàm lượng silic cao nên hiệu quả bốc hơi của nước đen khi chưng cất giảm

30 – 40% (vì độ nhớt của dịch đen cao nên độ truyền nhiệt giảm) gây khó khăn cho việc thu hồi hóa chất, làm mòn thiết bị

 Hiệu suất bột giấy làm từ rơm rạ không cao

 Xơ sợi rơm rạ giữ được nước cao cũng là vấn đề trong việc tách nước ra khỏi

xơ sợi trong quá trình tạo giấy

2.5 Cơ sở lý thuyết

Khái quát các phương pháp sản xuất bột giấy:

Các phương pháp sản xuất bột giấy là các phương pháp xử lí nguyên liệu (gỗ hoặc phi gỗ) để phá vỡ các liên kết trong nội bộ cây thành dạng các xơ sợi riêng lẻ gọi là bột giấy Về cơ bản, để phá vỡ liên kết cấu trúc cây có thể sử dụng năng lượng cơ học, nhiệt, hóa học hoặc là sự kết hợp của các loại năng lượng này với nhau Ứng với các loại năng lượng được sử dụng để phân tách cấu trúc xơ sợi cho ra những loại bột như: Bột cơ học, bột hóa học hoặc bột bán hóa học ( loại bột sản xuất dựa vào sự kết hợp giữa hóa học và cơ học) Tùy theo yêu cầu cụ thể, bột giấy

có thể không tẩy trắng hoạc tẩy trắng ở các mức độ khác nhau

Hình 2.7 Mục đích của các phương pháp sản xuất bột giấy

Nguyên lý chính của quá trình mài hay mọi quá trình tách cơ học là đưa gỗ vào trong môi trường chịu tác dụng 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 Sợi được tách ra và

vấn đề cần thiết là kiểm tra được hiện tượng sợi bị cắt vả tính mềm mại của sợi, điều này phụ thuộc vào nhiệt độ và hàm ẩm của gỗ

Cơ chế của quá trình mài

Phá vỡ cấu trúc sợi bằng sự mỏi gỗ

Tách xơ sợi bằng tác động bóc vỏ

Hình 2.10 Cơ cấu làm

sắc đá mài

Hình 2.11 Cấu tạo chi

tiết lô đá mài bột

Hình 2.12 Các dạng mâu

gờ

2.5.1.2 Sản xuất bột cơ bằng phương pháp nghiền:

Mô tả quá trình nghiền: Sản xuất bột cơ học nghiền ở quy mô công nghiệp bắt đầu từ năm 1960 Quá trình làm nhỏ gỗ găm mảnh thành bột giấy tiến hành trong máy nghiền đĩa Dăm gỗ được đưa vào trung tâm thiết bị nghiền, chúng sẽ ma sát vào cạnh các dao nghiền và bị đánh vỡ ra thành những mảnh nhỏ Quá trình nghiền những mảnh nhỏ bắt đầu khi chúng va đập vào nhau và va đập vào dao

Hình 2.9 Một số kiểu thiết kế cối mài

nghiền trên đĩa stator và rotor Lực ly tâm làm văng phần bột và phần gỗ thô ra ngoài theo phương bán kính và làm thể tích vùng nghiền trong khoảng trống giữa đĩa nghiền sẽ nhỏ lại Trong quá trình nghiền nhiệt độ có thể đạt 180 – 200oC, áp suất 1 -1,5 Mpa và có sự mài mòn cơ học rất mạnh Nồng độ nghiền thường khống chế ở nồng độ 1 – 50% Hóa chất cũng có thể được thêm vào máy nghiền để làm cho nguyên liệu mềm dẻo và dễ nghiền hơn

Nguyên lý quá trình tách sợi từ gỗ bằng phương pháp nghiền:

Cơ chế chính của quá trình nghiền đó là sự tách xơ sợi và chổi hóa sợi Hai hiện tượng này được xác định một phần bởi tính chất lưu biến của gỗ và sợi, một phần xác định bởi điều kiện chảy trong thiết bị nghiền

Tính lưu biến của gỗ:

Trong công nghệ sản xuất bột cơ, nguyên liệu gỗ sẽ chịu tác động cơ học ở nhiều dạng và trong những khoảng thời gian khác nhau, với mục đích làm biến dạng

xơ sợi để làm cho nó thích ứng với quá trình làm giấy Vì gỗ là một polymer thiên nhiên có tính đàn hồi nhớt nên khả năng thích ứng của nó đối với tác động cơ học phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, độ ẩm, thời gian Trong đó nhiệt độ chuyển tiếp của

nó từ trạng thái cứng sang mềm là thông số quan trọng Như đã nói phần trước điểm chảy mềm của lignin là yếu tố quyết định điểm chảy mềm của nguyên liệu

Tại nhiệt độ thấp, khi lignin còn cứng, sự phá hủy cấu trúc gỗ xảy ra theo cách khó chống chế, xảy ra hiện tượng cắt xơ sợi nhiều hơn, do đó sẽ hàm lượng xơ mịn sẽ cao Với những phương pháp thực hiện ở nhiệt độ cao hơn như hệ thống nghiền có áp suất (trong phương pháp TMP), vùng xảy ra sự phá hủy cấu trúc sợi sữ

di chyển ra ngoài về phía lớp lớp tường cấp S1 và lớp xơ cấp P của sợi, sẽ làm cho lượng sợi dài cao hơn Với các phương pháp xử lý hóa học (CTMP), tính chất của lignin sẽ thay đổi và nhiệt độ chảy mềm của lignin sẽ thấp hơn, sự phá hủy cấu trúc

gỗ xảy ra ở khu vực lớp trường trung gian M, do đó việc tách xơ sợi được cải thiện hơn, lượng bột gỗ thô sẽ giảm

Điều kiện chảy trong thiết bị nghiền: Yếu tố hình học của thiết bị nghiền và các hiện tượng vật lí cơ sở là những yếu tố liên quan đến tính chảy của dòng hơi và

của sợi, đồng thời đến cả sự hình thành dòng hơi trong thiết bị nghiền sự va chạm bên trong thiết bị nghiền tiên tốn một năng lượng đáng kể (việc tiêu hao năng lượng liên quan sự va đập của sợi với dao nghiền trên rotor và stator, sự trượt lên nhau và lên các bề mặt thiết bị của xơ sợi), năng lượng này chuyển thành nhiệt, làm tăng nhiệt độ của nước và sơi và làm cho nước bay hơi Hơi nước này có ảnh hưởng mạnh đối với dòng bột trong khoảng trống của đĩa nghiền Tùy thuộc vào áp suất trước và sau nghiền, một phần hơi nước sẽ đi qua lớp dăm gỗ và ột phần di theo cùng với dòng bột

Một số thiết bị nghiền:

 Máy nghiền côn

 Máy nghiền 2 đĩa ( 1 đĩa quay + 1 đĩa cố định)

 Máy nghiền 2 đĩa ( cả 2 đĩa quay ngược chiều nhau)

 Máy nghiền 3 đĩa ( 1 đĩa giữa với 2 mặt quay nằm giữa 2 đĩa cố định)

 Bột nghiền ở áp suất khí quyển (RMP)

Dăm mảnh hợp cách được rửa (thông thường rửa bằng nước nóng) để loại cát sỏi và cũng để hâm nóng dăm Sau đó dăm sạch được nạp vào hệ thống nghiền (có thể là nghiền 1 cấp, 2 cấp hoặc 3 cấp tùy thuộc vào công nghệ) Thông thường

là công nghệ nghiền 2 giai đoạn, nồng độ nghiền thay đổi từ 16 – 25% Bột sau khi nghiền được pha loãng đến nồng độ khoảng 3% và ủ ở nhiệt độ 85 – 90oC trong khoảng 30 phút (công đoạn latency removal) Đây là công đoạn giúp cho những xơ sợi bị cong xoắn trong quá trình nghiền được duỗi ra trước khi qua hệ thống sàng chọn Tại hệ thống sàng, các xơ sợi không hợp quy cách như bột gỗ thô sẽ được loại

ra, các xơ sợi hợp cách sẽ được tinh chế trong thiết bị rửa li tâm để loại các tạp chất nặng mà hệ thống sàng chưa loại được

 Bột nghiền có xử lí hóa chất (CRMP)

Một số nghiên cứu cho thấy rằng nếu quá trình nghiền có xử lí sơ bộ với dung dịch kiềm nguội thì tính năng của bột sẽ được cải thiện một cách đáng kể điều này có thể giải thích là do lignin đã được làm mềm trong mội trường kiềm, do đó quá trình phân tách xơ sợi diễn ra dễ dàng hơn Dung dịch xử lí nguyên liệu có thể

là NaOH, NaOH + Na2SO3, NaOH + H2O2 Tùy theo hóa chất xử lí và nguyên liệu

sử dụng mà tính chất cơ lí và quang học của bột nghiền sẽ khác nhau Tuy nhiên, trong môi trường kiềm thì các hợp chất phenol ( trong lignin) sẽ bị tăng độ màu và vậy việc bổ sung Na2SO3 hay H2O2 nhằm hạn chế sự giảm độ trắng của bột

Quy trình sản xuất bột CRMP như sau: Dăm mảnh được lắc đều trong thiết

bị có hóa chất trong thời gian từ 30 – 120 phút cho ngấm hóa chất, sau đó dăm được vắt và đưa qua giai đoạn nghiền bột, sau nghiền sẽ được sàng lọc và tẩy trắng

2.5.2 Sản xuất bột giấy bằng các phương pháp hóa học

Đó là quá trình tách lignin ra khỏi nguyên liệu bằng tác nhân hóa học với sự

hỗ trợ của nhiệt độ, áp suất Tác nhân hóa học sẽ phản ứng với lignin tạo ra lignin kiềm hòa tan trong dung dịch kiềm để lại xenlulo và hemixenlulo ở dạng xơ sợi Trong thực tế, hóa chất làm cho phần lớn lignin bị hòa tan đồng thời cũng làm đứt mạch một số cellulose và hòa tan acid béo, nhựa, hemicellulose… Điều này làm cho hiệu suất bột hóa trở nên thấp, chỉ đạt khoảng 45 -50% so với lượng dăm mảnh ban đầu Tùy vào loại hóa chất sử dụng ta có các phương pháp nấu bột sau: Bột sulfite, bột soda, bột sulfat

o Quá trình nấu bột giấy diễn ra theo 3 giai đoạn:

 OA : Giai đoạn tăng ôn, là giai đoạn tăng nhiệt độ, tăng áp suất cho kiềm thấm sâu vào nguyên liệu

 AB: Giai đoạn bảo ôn còn gọi là giai đoạn nấu Nhiệm vụ chính của giai đoạn này là khử lignin, giải phóng các bó xơ sợi thành bột, giai đoạn bảo ôn dài hay ngắn tùy thuộc vào chủng loại nguyên liệu, yêu cầu sản xuất

 BC: Giai đoạn hạ áp phóng bột ra ngoài Dưới áp lực, bột sẽ tách thành từng

thớ sợi khi ra ngoài

2.5.2.1 Nấu bột bằng phương pháp soda

Phương pháp nấu bột giấy soda là phương pháp nấu bột bằng dung dịch NaOH; trong đó tác nhân tấn công là HO-

Quá trình nấu tiến hành trong điều kiện sau: Dung dịch NaOH có pH= 13-14, nhiệt độ: 155 – 175 C, thời gian nấu 2 – 5 giờ

Các phản ứng xảy ra trong quá trình nấu :

Trong quá trình nấu, dưới tác dụng của môi trường kiềm, nhiệt độ, áp suất, các mảnh gỗ nguyên liệu thấm dần hóa chất, một loạt các quá trình hoá lý và hoá học xảy ra

Hình 2.13 Phản ứng phân hủy liên kết ete β-aryl của lignin

Những phản ứng này có tác dụng chia lignin thành những cấu tử nhỏ hơn, tăng tính ái nước của lignin (các nhóm phenol được tạo thành) để lignin dễ hoà tan vào dịch nấu.Ngược với các phản ứng phân huỷ để phân chia lignin thành những cấu tử nhỏ hoà tan vào dịch nấu, khi nấu trong môi trường kiềm còn xảy ra phản ứng ngưng tụ lignin, phản ứng cản trở quá trình hòa tan lignin, phản ứng này xảy ra mạnh ở cuối giai đoạn nấu

Hình 2.14 Phản ứng ngưng tụ lignin trong môi trường kiềm

b) Phản ứng của hydrat cacbon

 Phản ứng oxi hóa

Nhóm OH ở cacbon C2, C3 hoặc C6 của vòng glucose bị oxi hóa thành nhóm cacbonyl, tạo nên cấu trúc cacbonyl-β- glucoxy nhạy với môi trường kiềm

 Phản ứng thủy phân : Các cấu trúc cellulose bị oxi hóa tại C2, C3 khá nhạy với dung dịch kiềm Sự phân hủy đại phân tử cellulose được tiến hành trước tiên qua sự hình thành một ion, kế đó là sự dịch chuyển điện tử và gây ra phản ứng cắt mạch

 Phản ứng “peeling”

Sự phân hủy cellulose trong môi trường kiềm xảy ra theo cơ chế của phản ứng peeling Phản ứng này làm giảm hiệu suất quá trình nấu bột và giảm trọng lượng phân tử của mạch cellulose Đây là phản ứng xảy ra ngay trong giai đoạn gia

nhiệt của quá trình nấu (>800C) Phản ứng đặc trưng bằng sự tách dần nhóm khử ở cuối mạch cellulose Những phần hydratcacbon bị tách ra chuyển thành axit hữu cơ

và làm giảm nồng độ HO-

Các thông số ảnh hưởng lên quá trình nấu

Các thông số ảnh hưởng lên tốc độ hòa tan lignin và chất lượng bột:

 Tác nhân là Na2SO3: Phương pháp sulfite trung tính

 Tác nhân là NaHSO3: Phương pháp sulfite acid

 Tác nhân là Na2SO3 + NaOH (Na2CO3): Phương pháp sulfite kiềm

Trong phương pháp sulfite kiềm, với tỉ lệ hóa chất: 80 – 85 % Na2SO3 và 15 – 20% Na2CO3 (hoặc NaOH), (tính theo Na2O) sẽ cho hiệu quả quá trình nấu là cực đại

Ưu điểm của quá trình nấu sulfite là hiệu suất và độ nhớt bột cao, bột dễ tẩy trắng

Các phản ứng xảy ra trong quá trình nấu bột Sulfite

 Làm mềm đi cấu trúc của lignin

 Làm cho lignin ái nước hơn

Hình 2.15 Phản ứng của lignin trong phương pháp sulfite và

2.5.2.3 So sánh bột cơ với bột hóa: