NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHÂN TÁCH XƠ SỢI TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BỘT OCC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHÂN TÁCH XƠ SỢI TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BỘT OCC Tác giả BẠCH VĂN THÀNH Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành Công Nghệ Giấy và Bột

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHÂN TÁCH XƠ SỢI

TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BỘT OCC

Họ và tên sinh viên: BẠCH VĂN THÀNH Ngành: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY Niên khóa: 2005 – 2009

Tháng 06/2009

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHÂN TÁCH XƠ SỢI TRONG DÂY

CHUYỀN SẢN XUẤT BỘT OCC

Tác giả

BẠCH VĂN THÀNH

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng Kỹ sư ngành Công Nghệ Giấy và Bột Giấy

Giáo viên hướng dẫn:

ThS ĐẶNG THỊ THANH NHÀN

Tháng 06 năm 2009

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

Cha mẹ, anh chị em và người thân đã luôn ủng hộ, động viên, quan tâm chăm sóc, tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và làm đề tài

Quý thầy cô giáo trường Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, tập thể các thầy cô giáo trong khoa Lâm Nghiệp đã tận tình truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt hơn 4 năm học vừa qua

Th.S Đặng Thị Thanh Nhàn đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài

Tôi chân thành cảm ơn chị Dung tận tình chỉ dẫn tôi trong suốt khoảng thời gian thực tập tại ở Trung Tâm Nghiên Cứu Chế Biến Lâm Sản Giấy và Bột Giấy trường Đại Học Nông Lâm TPHCM

Ban Giám Đốc cùng toàn thể cán bộ công nhân viên và anh chị em công nhân Công ty TNHH một thành viên công ty giấy Sài Gòn- Mỹ Xuân đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện có thể để tôi hoàn thành đợt thực tập tốt nghiệp này

Các bạn lớp Công Nghệ Giấy - Bột Giấy K31 đã luôn đồng hành, chia sẻ, động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và làm đề tài

Các tổ chức và cá nhân mà tôi đã tham khảo tài liệu có liên quan

lý của bột ở trước máy phân tách xơ sợi và bột sau máy phân tách xơ sợi

Kết qủa thí nghiệm cho thấy:

Tính chất cơ lý của nguyên liệu OCC ngoại tốt hơn nguyên liệu OCC nội

Năng lượng tiêu hao cho quá trình nghiền đối với dòng bột không qua máy phân tách xơ sợi cao hơn dòng bột có qua máy phân tách xơ sợi

Dòng bột đã được phân tách xơ sợi có độ bền cơ lý tốt hơn so với dòng bột chưa được phân tách xơ sợi

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH SÁCH CÁC HÌNH vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG viii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.3 Phạm vi nghiên cứu 2

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Giới thiệu về công ty TNHH MTV giấy Sài Gòn – Mỹ Xuân (NMGMX) 3

2.1.1 Vị trí địa lí .3

2.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển 3

2.2 Cơ sở lí thuyết của quá trình nghiền 6

2.2.1 Khái niệm chung 6

2.2.2 Cơ chế nghiền bột 6

2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền bột 9

2.2.4 Ảnh hưởng của độ nghiền tới tính chất của giấy 13

2.2.5 Các phương pháp nghiền bột .15

2.3 Ảnh hưởng của việc phân tách xơ sợi lên bột tái chế OCC 20

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

3.1 Nội dung nghiên cứu 22

3.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 22

3.2.1 Thời gian nghiên cứu 22

3.2.2 Địa điểm nghiên cứu 22

3.3 Tiêu chuẩn sử dụng và thiết bị nghiên cứu 22

3.3.1 Tiêu chuẩn sử dụng 22

3.3.2 Thiết bị thí nghiệm 23

3.4 Phương pháp nghiên cứu 23

3.4.1 Nghiên cứu tính chất của xơ sợi được sản xuất từ nguồn nguyên liệu OCC .23

3.4.2 Tìm hiểu dây chuyền sản xuất bột OCC 26

3.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của công đoạn phân tách xơ sợi trong dây chuyền sản xuất bột OCC .26

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

4.1 So sánh tính chất cơ lí của xơ sợi được sản xuất từ nguyên liệu OCC nội và OCC ngoại 30

4.1.1 Độ bục 30

4.1.2 Độ nén vòng 31

4.1.3 Độ bền kéo 32

4.2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất bột OCC 34

4.2.1 Giai đoạn xử lý nguyên liệu 35

4.2.2 Giai đoạn sàng chọn, tách loại tạp chất và phân cấp xơ sợi 36

4.2.3 Giai đoạn tuyến bột xớ ngắn 38

4.2.4 Giai đoạn tuyến bột xớ dài 39

4.3 Ảnh hưởng của thời gian đến độ nghiền của dòng bột OCC chưa được phân tách xơ sợi và đã được phân tách xơ sợi .42

4.4 Ảnh hưởng của quá trình nghiền đến độ bền cơ lí của dòng bột chưa được phân tách và dòng bột đã phân tách xơ sợi 43

4.4.1 Ảnh hưởng đến độ bục 43

4.4.2 Ảnh hưởng đến độ nén vòng .44

4.4.3 Ảnh hưởng đến độ bền kéo 45

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KẾT NGHỊ 46

5.1 Kết luận 46

5.2 Kiến nghị 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ qui trình công nghệ sản xuất của nhà máy 5

Hình 2.2: Ảnh hưởng của nồng độ đến quá trình nghiền 12

Hình 2.3: Ảnh hưởng độ nghiền tới tính chất giấy 13

Hình 2.4: Cấu tạo của máy nghiền côn 18

Hình 2.5: Máy nghiền đĩa đôi thông Voith Sulzer 20

Hình 3.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm của việc nghiên cứu tính chất cơ lý của bột OCC nội và OCC ngoại 24

Hình 3.2: Sơ đồ các bước thực hiện của thí nghiệm 1 27

Hình 3.3: Sơ đồ các bước thực hiện của thí nghiệm 2 29

Hình 4.1: So sánh độ bục giữa OCC nội và OCC ngoại 30

Hình 4.2: So sánh độ nén vòng giữa OCC nội và OCC ngoại 31

Hình 4.3: So sánh độ bền kéo giữa OCC nội và OCC ngoại 32

Hình 4.4: Sơ đồ khối sản xuất bột OCC 34

Hình 4.5: Ảnh hưởng của thời gian đến độ nghiền 43

Hình 4.6: Ảnh hưởng của độ nghiền đến độ chịu bục 44

Hình 4.7 Ảnh hưởng của độ nghiền đến độ nén vòng 45

Hình 4.8: Ảnh hưởng của độ nghiền đến độ bền kéo 46

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Độ bục của OCC nội và OCC ngoại ở các độ nghiền khác nhau 30 Bảng 4.2: Độ nén vòng của OCC nội và OCC ngoại ở các độ nghiền khác nhau 31 Bảng 4.3: Độ bền kéo của OCC nội và OCC ngoại ở các độ nghiền khác nhau 32

Chương 1 MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Khi xã hội ngày càng tiến bộ các ngành công nghiệp ngày càng phát triển, thì trường các công ty bao bì cũng phát triển, chính vì điều đó mà nhu cầu sử dụng giấy carton ngày càng lớn

Ở công ty giấy Sài Gòn – Mỹ Xuân nắm bắt được tình hình chung của xã hội nên luôn luôn cần phải đổi mới cải tiến thiết bị công nghệ để tạo ra sản phẩm về chất lượng Ở công ty có câu “ lấy chất lượng để chiếm lĩnh thị trường ” điều đó cũng nói lên được việc tạo ra sản phẩm đạt chất lượng theo yêu cầu là vấn đề mà công ty luôn chú trọng Để sản xuất ra một sản phẩm giấy đạt yêu cầu phụ thuộc rất nhiều ở từng mỗi công đoạn, từ nguồn nguyên liệu đến thiết bị - công nghệ - yếu tố vận hành và các chất phụ gia Trong đó nguồn nguyên liệu ban đầu là một trong những yếu tố quan trọng để tạo thành tờ giấy có chất lượng đạt yêu cầu đặc ra Vì vậy, trước khi đưa nguồn nguyên liệu vào ta phải biết được tính chất cơ lí của từng loại nguyên để thuận tiện cho việc phối trộn nguyên liệu theo một tỉ lệ nào đó sao cho sản phẩm đạt yêu cầu mong muốn Đối với dây chuyền OCC thì trong quá trình sản xuất, bột sẽ được đi qua nhiều công đoạn trong đó có công đoạn phân tách xớ sợi nhằm cho ra hai loại xớ sợi

đó là xớ ngắn và xớ dài Xớ dài thường dùng để sản xuất lớp mặt, lớp đế, còn xớ ngắn thì thường để sản xuất lớp ruột Ngoài ra, giai đoạn phân tách hai dòng xơ sợi sẽ giúp cho quá trình nghiền được thuận tiện hơn xớ ngắn thường có độ nghiền cao hơn và có thể không nghiền nữa tùy theo yêu cầu của sản phẩm, còn xớ dài thì sau khi nghiền thì được phân tơ chỗi hóa một cách đồng đều hơn vì các xơ sợi có kích thước đồng đều

Xuất phát từ những vấn đề trên tôi đã thực hiện đề tài ” Nghiên cứu ảnh hưởng của phân tách xơ sợi trong dây chuyền sản xuất bột OCC ”

1.2 Mục đích nghiên cứu

- Nguyên cứu tính chất cơ lí của bột từ nguyên liệu OCC nội và OCC ngoại

- Phân tích dây chuyền sản xuất bột giấy từ OCC

- Nguyên cứu ảnh hưởng của công đoạn phân tách xơ sợi trong dây chuyền sản xuất bột giấy từ OCC nội và OCC ngoại

1.3 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài được thực hiện tại phòng thí nghiệm nhằm tìm ra tính chất cơ lý của nguyên liệu OCC nội và OCC ngoại, và qua đó khảo sát dây chuyền sản xuất bột OCC tại công ty TNHH một thành viên giấy Sài Gòn – Mỹ Xuân Đồng thời tìm hiểu ảnh hưởng của công đoạn phân tách xơ sợi của qui trình sản xuất bột Đề tài không nghiên cứu đến tỉ lệ phối trộn xớ ngắn / xớ dài cho sản xuất các loại giấy có độ bền cơ lý khác nhau

Diện tích xây dựng 60.000 m2 trên tổng diện tích mặt bằng là 120.000 m2, nằm trong khu công nghiệp Mỹ Xuân A thuộc tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, cách quốc lộ 13 là 300 m, cách trung tâm TP HCM là 60 km NMGMX rất có lợi thế trong giao dịch, lưu thông hàng hóa và nguyên vật liệu bằng các phương tiện đường bộ, đường sắt, đường thủy vì gần các bến cảng như: Cái Mép, Cát Lỡ, Cảng Sài Gòn

Tên đầy đủ: Công ty TNHH một thành viên giấy Sài Gòn – Mỹ Xuân

Tên giao dịch: SAIGONPAPER CORPORATION

Cho đến nay công ty đã tăng vốn điều lệ lên 150 tỉ đồng Cứ trên đà tăng trưởng trong nhiều năm liền đến nay Công ty đã quyết định đổi tên mới cho nhà máy giấy Mỹ Xuân là: Công ty TNHH một thành viên Giấy Sài Gòn – Mỹ Xuân

NMGMX chính thức hoạt động vào cuối năm 2004 với 4 phân xưởng sản xuất chính gồm: một phân xưởng bột, hai phân xưởng xeo, một phân xưởng thành phẩm, ngoài ra còn một số phân xưởng khác như: phân xưởng bảo trì, phân xưởng động lực, nhà kho Đến nay nhà máy đã đi vào sản xuất ổn định và không ngừng tăng trưởng công suất trong nhiều năm liền

2.1.2.2 Quá trình phát triển

Khi mới thành lập nhà máy gặp không ít khó khăn, tuy là một thành viên của GSG có vốn đầu tư lớn so với các nhà máy khác, song vẫn còn thiếu vốn lưu động hoạt động còn thấp, trình độ kỹ thuật của cán bộ công nhân viên vẫn chưa đạt yêu cầu, thiếu nhân công lao động, trãi qua nhiều thử thách cho đến nay công ty đã đạt được nhiều danh hiệu và giải thưởng như: thương hiệu mạnh Việt Nam năm 2005, doanh nghiệp Việt Nam uy tín – chất lượng 2006, doanh nghiệp HVNCLC từ năm 2003 –

2007, danh hiệu Sao Vàng Đất Việt 2003 và 2005, cúp vàng thương hiệu Việt Nam hội nhập quốc tế 2003, thương hiệu dẫn đầu Việt Nam 2007, thương hiệu “ Việt Nam tốt nhất 2007”, top 10 thương hiệu mạnh Việt Nam 2006… và còn nhiều giải thưởng cao quí khác nữa

Sản phẩm chủ yếu của nhà máy gồm nhiều mặt hàng của loại giấy tiêu dùng như: giấy vệ sinh, khăn giấy, khăn hộp,…đặc biệt là giấy bao bì công nghiệp Nguyên liệu chủ yếu là giấy thu hồi từ các nước như: Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, Úc,…ngoài ra còn thu từ các vựa trong nước và còn nhập các loại bột hóa từ các nước ngoài Và qui trình công nghệ sản xuất của nhà máy được thể hiện theo sơ đồ hình 2.1

2.1.2.3 Sơ đồ qui trình công nghệ sản xuất của nhà máy

Hình 2.1 Sơ đồ qui trình công nghệ sản xuất của nhà máy

Xưởng sản xuất bột giấy OCC

Bột giấy

Xưởng xeo giấy CARTON

Giấy carton bán thành phẩm Nước thải

Sản phẩm giấy carton thành phẩm

Nước sạch

HỆ THỐNG

XỬ LÍ NƯỚC THẢI

Bùn đặc Xử lí bùn

2.2 Cơ sở lí thuyết của quá trình nghiền

2.2.1 Khái niệm chung

Nguyên liệu xơ sợi xenluloza sau khi được gia công bằng phương pháp hoá học, nhiệt, cơ, có thành phần chủ yếu là xenluloza, tồn tại ở dạng xơ sợi Để có đủ tính chất hình thành các loại sản phẩm giấy thì một công đoạn quan trọng có ý nghĩa quyết định là quá trình nghiền

Quá trình nghiền bột giấy là quá trình dùng lực cơ học tác dụng lên xơ sợi xenluloza trong hỗn hợp bột nước, làm biến đổi về mặt cấu trúc hoá lý nhằm đáp ứng các chỉ tiêu chất lượng của mặt hàng giấy

2.2.2 Cơ chế nghiền bột

Cả lực cơ học do bộ phận dao chuyển động và lực nước cùng tác động lên xơ sợi Đó là tác động cuộn, uốn, xoắn, kéo, nén xảy ra trong diện tích tiếp xúc giữa lưỡi dao đế và dao bay, giữa sống dao và rãnh dao Ngoài ra còn có lực trà sát giữa lưỡi dao

và xơ sợi và giữa các xơ sợi với nhau

Thông thường máy nghiền có hai loại dao: Dao đế ( cố định ) và dao bay ( chuyển động ), xơ sợi đi giữa lớp dao đế và dao bay, nguyên lý hoạt động được mô tả theo những bước như sau:

1: Dao đế

2: Dao bay

Bước 1: Tạo thành bó bột và thoát nước cục bộ

Bước 2: Ép cơ học và thoát nước

Bước 3: Kéo trượt các bó bột

Bước 4: Bó bột nở ra và hút nước

Bước 5: Tạo thành bó bột cho chu kỳ tiếp theo

- Tác động đầu tiên:

+ Bóc tách vách tế bào của xơ sợi, tạo thành các mảch vụn hoặc xơ vụn

+ Nước thẩm vào qua vách tế bào, làm xơ sợi trương nở

+ Một số liên kết giữa các thớ sợi bị đứt, thay thế bằng các liên kết giữa nước và thớ sợi- gọi là thủy hóa

+ Xơ bột ngày càng mềm mại hơn

+ Sự chổi hóa là xơ sợi bị tước ra thành nhiều xơ nhỏ, hai đầu xòe ra như chổi + Xơ sợi bị cắt ngắn

- Tác động tiếp theo:

+ Vách tế bào bị nứt gãy

+ Xơ sợi trương nở ra

+ Một số Hêmixenluloza trên mặt xơ sợi bị nước hòa tan từng phần tạo thành dạng keo

+ Xơ duỗi thẳng ra (khi nồng độ bột thấp) hay uốn cong lại (khi nồng độ bột cao) Như vậy: tác động đầu tiên của nghiền là làm dập nát, bóc tách dần làm vỡ lớp

vỏ tế bào, vỏ này không trương nở ra được (do chứa nhiều lignin) Khi vỏ này bị vỡ một phần bị lộ ra lớp vách thứ hai hút nước mạch Phần hai đầu của xơ sợi sẽ bị cắt, đè nén, dập nát trước, liên kết nội bộ xơ sẽ bị phá vỡ trước do nước được hút vào Kết qủa

là hai đầu bó sợi xảy ra sự chổi hóa phân tơ, làm cho diện tích bề mặt xơ tăng lên nhiều lần, vách tế bào bị phá vỡ càng nhiều, giải phóng ra các băng xơ Đồng thời với

sự bong ra của lớp vỏ xơ sinh M chứa nhiều Lignin là sự xâm nhập mạnh mẽ của nước vào các bó xơ Làm cho xơ mềm mại, đàn hồi hơn

¾ Quá trình trương xảy ra theo 2 giai đoạn:

+) Giai đoạn 1: Tạo lớp vỏ solvat, làm yếu liên kết giữa các phân tử Xenluloza Khi

hình thành lớp vỏ solvat về mặt hoá lý đây là quá trình tỏa nhiệt ΔH < 0, ΔS giảm Giai đoạn này năng lượng giải phóng ra ( ΔG < 0 )

Bột xenlulo tiếp tục bị tác dụng đến lúc nào đó lực liên kết giảm nhanh, một số phân tử

ở ngoài bị tách ra như pentozan tạo ra lớp màng keo trên bề mặt xenlulo làm cho độ nhớt dung dịch tăng lên

+) Giai đoạn 2 ( Giai đoạn Hydrat hóa ): Giai đoạn 1 xảy ra đến một lúc nào đó, một

vài liên kết giữa các phân tử bị đứt ra, giải phóng ra các nhóm OH tự do trên bề mặt Xenluloza Một nhóm OH tự do ( trên bề mặt Xenluloza ) có thể hấp thụ được tới 4 phân tử H2O, làm đường kính của bó sợi tăng lên Chính sự tăng lên người ta gọi là “ Trương ’’- hiện tương đó gọi là trương Mức độ trương tối đa của các loại xơ sợi có sự khác nhau Độ trương phụ thuộc vào độ kết tinh và phương thức sắp xếp của sợi Những sợi có độ sắp xếp định hướng cao thì quá trình trương trong nước theo hướng dọc sợi thường rất nhỏ Những sợi không định hướng, hoặc định hướng thấp thì sự trương xảy ra mạnh hơn Chính vì vậy, qúa trình nghiền có tác dụng phá vỡ sự sắp xếp có định hướng, tạo điều kiện cho qúa trình trương xảy ra

¾ Tác dụng của nghiền tới xơ sợi :

Bột giấy sau khi được qua nghiền, các thớ sợi sẽ bị đánh tơi theo chiều dài, cắt ngắn theo chiều ngang, hai đầu bị chổi hoá và trương nở mạnh Kết quả làm bột giấy

có chiều dài đồng đều, chiều ngang nhỏ hơn, tăng lực liên kết hyđro giữa các bề mặt

xơ sợi khi hình thành tờ giấy

Nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc xơ sợi, trong quá trình nghiền bột người ta đã đưa ra nhiều giả thiết khác nhau như thuyết biến đổi hoá học của Giou và Paladen Thuyết biến đổi vật lý, thuyết biến đổi hoá lý Ngày nay người ta cho rằng, quá trình nghiền dưới tác dụng của lực cơ học các xơ sợi bị cắt ngắn và trương nở mạnh, phân tơ chổi hoá trở nên rất mềm dẻo Do vậy các xơ sợi dễ đan dệt với nhau, tăng bề mặt tiếp xúc, tăng lực ma sát tạo điều kiện cho quá trình ra keo sau này, tăng độ bền cơ học, tờ giấy

sẽ trở nên mềm dẻo, nhẵn phẳng và đồng đều hơn

Trong quá trình nghiền cơ học làm dập nát màng tế bào khó thấm nước tạo điều kiện cho nước thẩm thấu vào tế bào tiếp xúc với các phần tử xenlulo, làm cho xenlulo hấp thụ nước và trương nở trong nước Chính nhờ quá trình này mà xenlulo giải phóng

ra nhóm OH tự do trên bề mặt đại phân tử của nó Hình thành các liên kết kết cấu hydro giữa nhóm OH tự do của phân tử xenlulo này với nước, phân tử nước với xenlulo kia Chính lực liên kết cầu nối này tạo nên độ bền ướt của tờ giấy

Tóm lại : Nghiền là phương pháp cơ học tác động vào bó sợi xenlulo làm cho

chúng thay đổi về mặt:

Lý học: Cắt, xé, phân tơ, chổi hóa

Hóa học: Tạo ra các nhóm OH tự do trên bề mặt xơ sợi Tạo cho bột Xenluloza nguyên liệu mềm mại, đàn hồi hơn, tăng bề mặt tiếp xúc, xơ sợi dễ đan dệt với nhau, tăng lực ma sát tạo điều kiện thuận lợi cho qúa trình gia keo sau này, tờ giấy hình thành sẽ trở nên mềm dẻo, nhẵn phẳng và đồng đều hơn, tạo ra tác động của liên kết Hydro để hình thành độ bền tờ giấy sau qúa trình sấy Trong qúa trình sấy, giấy khô đi, mất nước, do nứơc có sức căng bề mặt, lúc bốc hợi đi kéo 2 xơ sợi lại gần nhau, tạo liên kết cầu nối Liên kết cầu nối này có năng lượng liên kết khá cao, khoảng 3900 cal/mol tạo nên độ bền chủ yếu cho tờ giấy Vì vậy khi liên kết hình thành tờ giấy càngnhiều liên kết OH tạo ra độ bền của giấy càng cao

2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền bột

Độ nghiền được đo bằng oSR, đặc trưng cho khả năng thoát nước của xơ sợi Kết quả quạn trọng nhất của quá trình nghiền là tạo ra các nhóm OHtự do trên bề mặt

xơ sợi, dẫn đến việc hình thành các cầu nối xenluloza với nhau tạo thành cấu trúc bền của tờ giấy Việc giải phóng ra càng nhiều các nhóm OH tự do càng xuất hiện nhiều cầu nối, và như vậy làm cho tờ giấy càng bền Do vậy các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền cũng ảnh hưởng đến độ bền của tờ giấy

¾ Ảnh hưởng của áp lực nghiền –Png ( kg/cm2 )

Đây là yếu tố có tính chất quyết định đến toàn bộ tính chất của bột, với mỗi loại thiết bị nghiền có một Png riêng

Với máy nghiền gián đoạn, Png là lực do lô dao chuyển động và trọng lượng bản thân lô dao

Với máy nghiền liên tục, Png là lực do lô dao quay + áp lực bột vào

Nhìn chung, khi Png qúa lớn thì qúa trình cắt tăng, còn qúa trình trương nở giảm xuống Ngược lại, khi Png nhỏ thì qúa trình cắt giảm, qúa trình trương nở tăng

Áp lực nghiền riêng được tính theo công thức:

P =

S

P ng

Trong đó:

S: Là diện tích tiếp xúc của bột với lô dao, ở đó bột chịu tác dụng nghiền

đủ Dao nghiền thường được làm bằng thép, đá, đồng

Khe hở giữa hai dao càng nhỏ, h giảm ⇒ P tăng ⇒ Cắt, phân tơ, chổi hóa, trương tăng và ngược lại

Khi nghiền để chủ yếu + Cắt sợi: h = 0,1 mm

+ Tách sợi: h = 0,2 – 0,4 mm + dàn chải sợi: h = 0,5-0,8 mm

Khe hở giữa hai dao có thể thay đổi bằng bộ phận nâng hạ lô dao

Tốc độ thay đổi áp lực nghiền rất quan trọng, nếu thay đổi P chậm ( Tức thời gian nghiền dài ) thì cùng một oSR như nhau, bột trương nở tốt hơn Đối với các loại giấy mỏng, có độ bền cao cần nghiền ở P thấp và thay đổi P một cách từ từ

Nói chung,nghiền ở P thấp thường cho giấy có độ bền cơ lý tốt hơn nghiền ở P cao

Có rất nhiều quy trình nghiền mà vẫn đạt được ºSR theo yêu cầu nhung tính cất của bột ở các quy trình khác nhau là hoàn toàn khác nhau Do đó đối mỗi loại giấy khác nhau ta nên chọn quy trình nghiền để đảm bảo tính chất cơ lý của giấy

¾ Ảnh hưởng của thời gian nghiền

Thời gian nghiền là một yếu tố phụ thuộc, không có tính quyết định Thông thường thời gian tăng lên thì oSR tăng, độ dài thớ giảm đi Mỗi loại giấy khác nhau, cần thời gian nghiền khác nhau Thời gian nghiền các loại giấy từ 30-60 phút Chỉ một

số loại đặc biệt mới cần thời gian nghiền dài như:

Giấy tụ điện : t = 49 h

Giấy cuốn thuốc lá: t = 24-30 h

¾ Ảnh hưởng của nhiệt độ nghiền ( to C )

Trong quá trình nghiền, nhiệt độ tăng do ma sát giữa bột và máy nghiền, giữa bột với bột, do bột phân tơ chổi hoá Nếu để tự nhiên, nhiệt độ có thể tăng lên 60-

70oC Khi nhiệt độ tăng làm giảm quá trình trương nở của xơ sợi dẫn đến giảm độ bền

cơ lý của tờ giấy, cho nên trong quá trình sản xuất phải làm sao cho nhiệt độ giảm trong quá trình nghiền bằng cách lắp cơ cấu rửa để lấy nước nóng ra và thay nước lạnh

vào (nghiền bể) hệ thống làm mát (máy nghiền côn)

Thông thường đối với cây lá rộng, tre, nứa ( chọn nhiệt độ nghiền từ 20-30 oC ), đối với rơm, rạ, bã mía nhiệt độ nghiền thường chọn là 35-40 oC

nghiền riêng lớn, xơ sợi

bị cắt ngắn hơn Như vậy

nồng độ bột thấp phù hợp

với nghiền bột thớ ngắn

Ngược lại nồng độ bột

cao, áp lực nghiền riêng

nhỏ, quá trình phân tơ

chổi hoá chiếm ưu thế

Nồng độ bột cao thích hợp với nghiền bột nhuyễn thớ dài

Khi nồng độ tăng thì năng suất nghiền tăng, tiêu hao năng lượng giảm, bột có tính trương tăng, cắt giảm, độ bền cơ lý tăng Vì vậy trong công nghệ giấy, luôn cố gắng nghiền ở nồng độ bột cao nhất có thể

Ảnh hưởng của C% đến quá trình nghiền

Thời gian nghiền (phút)

Hình 2.2: Ảnh hưởng của nồng độ đến quá trình nghiền

cận) Độ bền cơ lý, nhất là độ chịu bục của giấy giảm nhanh

Nghiền ở môi trường kiềm: pH = 6 ÷ 8,5 không ảnh hưởng đến quá trình nghiền

2.2.4 Ảnh hưởng của độ nghiền tới tính chất của giấy

Độ nghiền ảnh hưởng đến tính chất giấy thể hiện theo đồ thị Hình 2.3:

9

sr

0

8 7 2 3

4

6 5

Hình 2.3: Ảnh hưởng độ nghiền tới tính chất giấy

1 Độ bền kéo

3 Độ bền chịu bục

4 Lực liên kết giữa các xơ sợi

5 Độ biến dạng của giấy

- Độ bền kéo : Khi oSR tăng từ 20-75 thì độ bền kéo tăng vì quá trình trương và phân

tơ tăng Khi độ oSR từ 75-100 thì độ bền kéo giảm do xơ sợi bị cắt ngắn nhiều Độ bền kéo phụ thuộc vào lực liên kết ( O…H) và lực đan dệt vật lý

- Độ bền xé: Độ bền xé do độ bền nguyên thủy và đan dệt của xơ sợi quyết định Lực liên kết Hydro có ảnh hưởng rất ít dến độ bền xé.Độ bền xé tăng lên khi oSR tăng và đạt cực đại ở 25-27 oSR, sau đó độ bền xé giảm khi oSR tiếp tục tăng

- Độ chịu bục: Chịu ảnh hưởng bởi độ bền kéo và độ bền xé, là trung bình cộng của hai đường kia Điểm tối ưu ở oSR = 40 –50

- Độ dài trung bình sợi : Khi OSR tăng thì chiều dài xơ sợi giảm

- Lực liên kết giữa các xơ sợi: Tỷ lệ nghịch với oSR

- Độ thấu khí: Khi oSR tăng thì độ thấu khí càng giảm

- Độ chặt của giấy : Khi oSR tăngthì độ chặt tăng do các xơ sợi đan xít nhau hơn

- Độ hút dich: Khi oSR tăng độ hút dich giảm

Như vậy: Độ nghiền ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý của tờ giấy Song

bản chất của độ nghiền là do quá trình cắt và trương nở quyết định Dựa vào oSR của nghiền không thể nói rõ ảnh hưởng của từng yếu tố đến tính chất của giấy Cùng một

oSR nhưng lại cho ta hai loại giấy khác nhau

Việc tìm được điểm oSR cực đại tốt nhất cho mỗi loại giấy là rất quan trọng, điểm đó phải dung hòa các yếu tố một cách tốt nhất có thể Thường điểm này được xác định trong phòng thí nghiệm cộng với sản xuất thực tế trên máy Xeo

2.2.5 Các phương pháp nghiền bột

Trong một quá trình nghiền, bột giấy sẽ được trương nở, phân tơ chổi hóa và cắt ngắn, trong đó tính chất là rất quan trọng, ảnh hưởng tới giấy Dựa vào tính chất này, người ta chia ra: Nghiền dời và nghiền nhuyễn

2.2.5.1 Phương pháp nghiền rời

Phương pháp này hạn chế tối đa qúa trình trương

Đặc điểm của phương pháp:

- Nồng độ bột nhỏ

- Áp lực đánh bột cao

- Tốc độ thay đổi áp lực nghiền nhanh

- Thời gian đánh bột giảm

Đặc điểm của sản phẩm thu được:

- Khả năng thoát nước của giấy nhanh

- Độ bền của giấy không cao

- Độ nghiền không cao

a Phương pháp nghiền bột rời thớ ngắn

Đầu tiên tiến hành ở áp lực nghiền thấp để phân tơ chổi hoá, sau đó tăng nhanh

áp lực nghiền để cắt ngắn xơ sợi đến kích thước yêu cầu rồi giảm áp lực nghiền ở áp

lực nghiền thấp cho tới đạt độ nghiền theo yêu cầu

Đặc điểm của bột sau nghiền là: bột có tính đàn hồi cao, tốc độ thoát nước cao, liên kết giữa các xơ sợi ở mức trung bình, giấy sản xuất ra có khả năng hút nước dịch lớn Dùng để sản xuất giấy thấm, giấy vệ sinh, giấy viết, giấy in ở tốc độ cao…

b Phương pháp nghiền bột rời thớ vừa

Đầu tiên tiến hành nghiền ở áp lực nghiền thấp để phân tơ chổi hoá, tiếp đó tăng nhanh áp lực nghiền cao để cắt ngắn xơ sợi đến kích thước yêu cầu Sau đó hạ áp lực để đánh tơ nhẹ, hạn chế quá trình chổi hoá

Loại bột này dùng để sản xuất giấy có định lượng không lớn, có độ hút dịch lớn, nhưng độ bền cao hơn Dùng để sản xuất giấy tẩm phủ, giấy giả da

c Phương pháp nghiền bột thớ dài

Với phương pháp này, tác dụng đánh tơi và tinh chỉnh là chủ yếu, cắt ngắn ít, thời gian nghiền ngắn, hạn chế quá trình trương, nhưng tăng phân tơ chổi hóa Bột thoát nước tốt, độ đồng đều và độ trong suốt kém Bề mặt của tờ giấy không nhẵn, nhưng độ bền cơ lý của tờ giấy khá lớn Thường dùng sản xuất các loại giấy bao gói

2.2.5.2 Phương pháp nghiền nhuyễn

Bột được trương nở đến khả năng tốt nhất Dựa vào khả năng khả năng cắt ngắn khác nhau, người ta chia làm 3 phương pháp: Nghiền nhuyễn thớ ngắn, nghiền nhuyễn thớ vừa, nghiền nhuyễn thớ dài

Đặc điểm của phương pháp: - Nồng độ bột cao

- Độ bền của giấy cao

- Tốc độ thay đổi áp lực nghiền chậm

a Phương pháp nghiền bột nhuyễn thớ ngắn

Đây là phương pháp có thời gian nghiền bột dài, thời gian đầu chủ yếu đánh tơi bột, tăng áp lực nghiền từ từ Sau khi tăng áp lực, ta tăng nhanh áp lực nghiền và nghiền ở áp lực cao để cắt ngắn xơ sợi đến kích thước yêu cầu rồi hạ áp lức từ từ Kéo dài thời gian nghiền ở áp lực thấp để tăng quá trình trương nở đến khi đạt độ nghiền

yêu cầu

Bột nghiền theo phương pháp này có độ nhớt cao, khó thoát nước, giấy hình thành có độ đồng đều cao, độ hút dịch nhỏ, độ bền cơ lý cao, thường dùng để sản xuất giấy cách điện, giấy can vẽ, giấy cuốn thuốc lá và các loại giấy cực mỏng

b Phương pháp nghiền bột nhuyễn thớ vừa

Phương pháp này tương tự nghiền bột nhuyễn thớ ngắn Nhưng ở đây cắt ngắn vừa phải, thời gian nghiền tương đối dài, bột sau nghiền mềm dẻo, khó thoát nước thường dùng để sản xuất giấy viết, giấy in…

c Phương pháp nghiền bột nhuyễn thớ dài

Trong phương pháp này quá trình phân tơ chổi hoá và trương nở của xơ sợi là chủ yếu, cắt ngắn ít, thời gian nghiền dài, bột có độ nhớt cao, khó thoát nước Giấy có

độ bền rất cao dùng để sản xuất các loại giấy cao cấp

2.2.5.3 Thiết bị nghiền

Trong thực tế tuỳ thuộc vào yêu cầu của bột cần nghiền có từng loại giấy, nguồn gốc xơ sợi, mức độ nấu chín và nồng độ bột mà chọn thiết bị nghiền cũng như quy trình nghiền cho phù hợp

Thường chia làm hai loại : máy nghiền liên tục và máy nghiền gián đoạn

- Máy nghiền gián đoạn

Hoạt động : Khi dao quay ở khoang hai dao xenluloza chịu lực đè nén bởi lực quán

tính của dao bay và ứng lực của dao đế Dưới tác dụng của các yếu tố trên bột giấy bị dập nát và làm cho lớp vỏ xơ sợi có nhiều lignin bong ra Trong quá trình chuyển động

xơ sợi chịu lực ma sát, lực cắt dẫn đến hiện tượng phân tơ chổi hoá Khi máy nghiền này hoạt động sau một thời gian nghiền sẽ có sự phân hóa các dòng bột tuần hoàn thành thành 3 dòng với độ nghiền khác nhau: oSR3 > oSR2 > oSR1 Để phát huy ưu điểm và hạn chế khuyết điểm của máy nghiền này, người ta mắc chúng thành hệ thống nghiền liên tục gồm 1 hay nhiều máy nghiền mắc nối tiếp nhau Ở đó nguyên liệu chỉ đi vào đầu máy, từ máy thứ 2 trở đi người ta chỉ hứng dòng 3 ( Có độ nghiền cao nhất ) và bột thu được cũng chỉ hứng ở dòng 3 của máy nghiền cuối cùng

Ưu điểm : Dễ thay đổi áp lực nghiền ( bằng cách điều chỉnh khoảng cách 2 dao nên rất hữu dụng cho sản xuất các loại giấy tụ điện, giấy can bản vẽ, giấy cuốn thuốc lá ), đáp ứng mọi quy trình sản xuất các mặt hàng cao cấp

Nhược điểm : Năng suất nghiền thấp, cồng kềnh chiếm nhiều diện tích nhà xưởng,

chất lượng bột không đều, vùng nghiền nhỏ Tốn năng lượng nghiền

- Máy nghiền liên tục

Máy nghiền côn :

* Hoạt động:

Bột vào từ đầu côn nhỏ dưới một áp lực nhất định, cộng thêm áp lực của lô dao quay, bột liên tục được nghiền từ lúc vào tới lúc ra Bột được đi theo đường xoắn ốc từ đầu nhỏ ra đầu to chịu các tác động cuộn, uốn, xoắn, kéo, nén, cắt, chà sát

- Tiêu tốn nhiều năng lượng điện

Máy nghiền côn chia làm 3 loại tốc độ:

- Tốc độ chậm: V < 9m / s dụng để cắt sợi

- Tốc độ trung bình: V = 9 ÷ 16 m / s: dùng để nghiền

- Tốc độ cao: V > 16m / s ( nhưng < 25m/s ) dùng để trương là chủ yếu (nghiền nhuyễn)

Máy nghiền đĩa

Máy nghiền đĩa có nhiều ưu điểm hơn so với máy nghiền côn nên ngày nay được sử dụng rộng rãi thay thế cho máy nghiền côn Nồng độ bột trong máy nghiền khoảng 3,5 – 5 % Nếu nồng độ thấp dưới 2,5 % thì dễ xảy ra hiện tượng răng nghiền

va vào nhau làm giảm tuổi thọ của đĩa nghiền (Cao Thị Nhung, 2003; Nguyễn Thị Ngọc Bích, 2003)

Có ba loại máy nghiền đĩa cơ bản:

- Loại đĩa roto được quay đối diện với đĩa stato:

- Loại hai đĩa quay theo chiều ngược nhau

- Loại đĩa roto có hai mặt quay nằm giữa hai đĩa stato

Loại phổ biến nhất hiện nay là loại có đĩa roto hai mặt quay

Hình 2.5: Máy nghiền đĩa đôi thông Voith Sulzer

Các ưu điểm của máy nghiền đĩa:

- Khả năng chổi hóa xơ sợi cao, xơ sợi ít bị cắt ngắn trong quá trình nghiền Tiêu tốn năng lượng thấp hơn

- Có thể làm việc ở nồng độ bột cao hơn

- Vận hành với tải trọng cao hơn, tốc độ quay cao hơn

- Thiết kế đĩa nghiền có độ thay đổi rộng

- Có khả năng tự điều chỉnh sự ăn mòn trong phạm vi thích hợp vì khe hở có sự sắp xếp cặp đồng đều của chỗ dao nhô cao và chỗ rãnh nghiền trũng xuống

- Thiết kế gọn hơn, tiêu tốn ít mặt bằng hơn

- Vốn đầu tư thấp hơn

(Nguồn: Jorma Lumiainen, 1998; Nguyễn Thị Ngọc Bích, 2003)

2.3 Ảnh hưởng của việc phân tách xơ sợi lên bột tái chế OCC

+ Công đoạn phân tách xơ sợi đã được sử dụng nhiều trong các quá trình sản xuất bột tái chế, đây là phương pháp nhằm cải tiến chất lượng sản phẩm, giảm giá thành và làm cho những đặc tính của sản phẩm được cải thiện

+ Ngày nay, các loại sàng có đường kính nhỏ được sử dụng phổ biến để phân tách những xơ sợi từ giấy thu hồi cho quá trình sản xuất giấy bao gói và bìa cứng Thậm chí còn sử dụng cho sản xuất giấy in Khi dòng bột đi qua máy phân tách thì được chia ra thành hai dòng khác nhau Một dòng bột chứa xớ dài và một dòng bột