Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất giấy in số 1 năng suất 110.000 tấnnăm –Phần chuẩn bị bột giấy

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất giấy in số 1 năng suất 110.000 tấnnăm –Phần chuẩn bị bột giấyĐây là bản đồ án thể hiện đầy đủ các bước tính toán và được hội đồng chấm điểm 9.5 cho phần viết và trình bày .Các bạn có thể tham khảo . Nó mang nhiều tính thực tế trong sản xuất giấy

MỤC LỤC MỤC LỤC 1

LỜI CẢM ƠN 7

PHẦN I 8

TỔNG QUAN 8

1.1 Lịch sử ngành giấy 9

1.2 Khái quát công nghiệp giấy ở trên thế giới và Việt Nam 10

1.2.1 Công nghiệp giấy thế giới 10

1.2.2 Công nghiệp giấy ở Việt Nam 10

1.3 Khái quát về các loại giấy 13

1.3.1 Phân loại giấy 13

1.3.2 Tính chất giấy 14

1.4 Nguyên liệu cho sản xuất giấy 15

1.4.1 Bột bán hóa 17

1.4.2 Bột cơ 17

1.4.3 Bột tái sinh 17

1.5 Phụ gia trong sản xuất giấy 18

1.5.1 Phụ gia chống thấm 19

1.5.2 Phụ gia làm tăng độ bền cơ lý 26

1.5.3 Các chất độn 27

1.5.4 Các chất trợ bảo lưu 30

1.5.5 Phụ gia tăng trắng 32

1.5.6 Các phụ gia khác (một số phụ gia trong tráng phủ) 33

1.6 Các quá trình chuẩn bị bột 34

1.6.1 Quá trình nghiền 34

1.6.2 Hệ thống lọc cát 50

1.6.3 Thiết bị phá bọt 53

1.6.4 Sàng tinh 53

PHẦN II 56

LẬP LUẬN CHỌN DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 56

CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHỌN 56

1 Lập luận kinh tế 56

2 Lập luận chọn dây chuyền sản xuất 57

2.1 Những yêu cầu kỹ thuật đối với sản phẩm giấy in số I theo tiêu chuẩn Việt Nam 57 2.2 Chọn dây chuyền sản xuất 58

2.3.Bảng chỉ tiêu kỹ thuật chọn 61

PHẦN III 66

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 66

1 Sàng tinh (ĐCT-1) 68

1.1 Lượng vật chất đi ra 68

1.2 Lượng bổ sung 69

1.3 Tổn thất 69

1.4 Lượng vào 70

2 PHÁ BỌT (ĐCT-2) 72

3 Lọc cát 3 cấp (ĐCT-3) 72

3.1 Lọc cát cấp 1 72

3.2 Lọc cát cấp 2 74

3.3 Lọc cát cấp 3 75

3.4 Lượng nước bổ sung 76

4 Pha loãng trước lọc cát (ĐCT-4) 78

4.1 Lượng ra khỏi pha loãng 78

4.2 Lượng vào pha loãng 79

5 BỂ BỘT SAU NGHIỀN TINH(ĐCT-5) 82

6 Nghiền tinh( ĐCT-6) 82

7 Bể parabol ( ĐCT-7) 83

7.1 Lượng vào bể 83

7.2 Lượng ra khỏi bể parabol 84

8 BỂ HỖN HỢP(ĐCT-8) 85

8.1 Lượng ra bể hỗn hợp : 85

8.2 Lượng vào bể hỗn hợp : 86

9 Bể bột sợi dài sau nghiền côn ( ĐCT-9) 90

10 Nghiền côn bột sợi dài (ĐCT-10) 90

11 Bể bột sợi dài sau nghiền thủy lực I (ĐCT-11) 91

11.1 Lượng ra 91

11.2 Lượng vào 91

11.3 Lượng bổ sung 92

12 Nghiền thủy lực I (ĐCT-12) 92

12.1 Lượng ra 92

12.2 Lượng vào 93

12.3 Lượng bổ sung 93

13 Bể bột sợi ngắn sau nghiền đĩa ( ĐCT- 13) 94

14 Nghiền bột sợi ngắn ( ĐCT-14) 95

15 Bể bột sợi ngắn sau nghiền thủy lực II (ĐCT-15) 95

15.1 Lượng ra 95

15.2 Lượng vào 96

15.3 Lượng nước bổ sung 96

16 Nghiền thủy lực II ( ĐCT- 16) 97

16.1 Lượng ra 97

16.2 Lượng vào 97

17 BỂ BỘT GIẤY RÁCH SAU NGHIỀN ĐĨA(ĐCT-17) 98

18 NGHIỀN ĐĨA GIẤY RÁCH (ĐCT-18) 99

19 BỂ BỘT GIẤY RÁCH SAU NGHIỀN THUỶ LỰC(ĐCT-19) 100

19.1 Lượng ra 100

19.2 Lượng vào 100

19.3 Lượng bổ sung 101

20 NGHIỀN THUỶ LỰC BỘT GIẤY RÁCH (ĐCT-20) 101

20.1 Lượng ra 101

20.2 Lượng vào 102

20.3 Lượng bổ sung 102

21 TÍNH TOÁN PHỤ GIA 103

PHẦN IV 110

TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 110

1 SÀNG ÁP LỰC 110

2 HỆ LỌC CÁT 111

3 HỆ THỐNG NGHIỀN 112

3.1 Nghiền tinh (nghiền côn) 112

3.2 Hệ thống nghiền chính 114

3.3 Ngiền thủy lực tấm 117

3.3.1.Nghiền thủy lực tấm bột sợi dài 117

3.3.2.Nghiền thủy lực tấm bột sợi ngắn 118

3.3.3.Nghiền thủy lực bột giấy rách 119

4 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN BỂ 120

4.1 Bể bột hỗn hợp 120

4.2 Bể bột sợi dài sau nghiền côn và bể bột sợi dài sau nghiền thuỷ lực 121

4.3 Bể bột sợi ngắn sau nghiền đĩa và bể bột sợi ngắn sau nghiền thuỷ lực 121

4.4 Bể bột bột giấy rách sau nghiền đĩa và bể bột giấy rách sau đánh tơi 122

5 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN BƠM 123

5.1 Bơm từ nghiền thủy lực bột sợi dài đến bể chứa bột thô 124

5.2 Từ bể chứa bột thô sợi dài đến nghiền côn 124

5.3 Bơm từ nghiền thủy lực bột sợi ngắn đến bể chứa bột thô sợi ngắn 125

5.4 Bơm từ bể bột sợi ngắn sau nghiền thủy lực đến nghiền đĩa 125

5.5 Từ nghiền thủy lực giấy rách đến bể giấy rách sau nghiền thủy lực 126

5.6 Từ bể bột giấy rách đến nghiền đĩa giấy rách 127

5.7 Bơm từ bể bột sợi dài sang bể hỗn hợp 127

5.8 Bơm từ bể bột sợi ngắn sang bể hỗn hợp 128

5.9 Bơm từ bể giấy rách vào bể hỗn hợp 128

5.10 Bơm từ bể parabol tới bể hỗn hợp 129

5.11 Bơm bột từ bể hỗn hợp đến nghiền tinh 129

5.12 Bơm pha loãng vào lọc cát cấp 1 130

5.13 Bơm tới lọc cát cấp II 131

5.14 Bơm tới lọc cát III 131

6 CHUẨN BỊ CÁC CHẤT PHỤ GIA 132

6.1 CaCO3 132

6.2 AKD 134

6.3 Tinh Bột cation 134

6.4 Bentonit 135

PHẦN V 137

KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 137

1 Kiểm tra chất lượng bột giấy 138

1.1 Xác định độ ẩm của bột giấy 138

1.2 Xác định độ nghiền của bột giấy 139

1.3 Xác định độ tro của bột và của giấy 140

2 Kiểm tra chất lượng của giấy thành phẩm 141

2.1 Xác định các thông số về cấu trúc giấy 141

2.2 Độ bền cơ lý của giấy 142

2.3 Xác định độ hút nước Phương pháp Cobb [TCVN 6726:2000] 145

2.4 Xác định các đặc tính quang học của giấy 146

PHẦN VI TÍNH XÂY DỰNG VÀ KINH TẾ 148

6.1 TÍNH XÂY DỰNG 148

6.1.1 Lựa chọn địa điểm đặt nhà máy 148

6.1.2 Thiết kế tổng mặt bằng 156

6.1.3 Thiết kế phân xưởng bột 159

6.2 TÍNH KINH TẾ 163

6.2.1 Tính điện năng 164

6.2.2 Điện năng dùng để chiếu sáng 167

6.2.3 Bố trí lực lượng sản xuất 170

6.2.4 Xác định vốn đầu tư 171

6.2.5 Tính giá vốn bán hàng cho một đơn vị sản phẩm 175

PHẦN VII 180

KẾT LUẬN 180

PHẦN VIII 181

TÀI LIỆU THAM KHẢO 181

PHẦN IX 182

PHỤ LỤC 182

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án này trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy Nguyễn Trung Thành, là người trực tiếp hướng dẫn em trong thời gian làm đồ án Cảm ơn các thầy,cô trong bộ môn Đặc biệt là Thầy Lê Quang Diễn , Cô Doãn Thái Hòa đã luôn luôn chỉ bảo

và giúp đỡ em trong quá trình học tập cũng như trong cuộc sống trong xuốt 5 năm học tại

bộ môn

Em cũng xin gửi lời biết ơn chân thành nhất tới Thầy Nguyễn Trung Thành Trong quá trình làm đồ án không những giúp em hoàn thành được đồ án mà còn giúp em bổ xung được rất nhiều kiến thức Từ một sinh viên yếu kém nhở sự chỉ bảo của Thầy Nguyễn Trung Thành mà giờ đây em cũng đang và dần học hỏi không ngừng để hoàn thiện mình hơn rất nhiều

Xin chân thành cảm ơn

PHẦN I

TỔNG QUAN

1.1 Lịch sử ngành giấy

Giấy có một vai trò hết sức quan trọng trong cuộc sống của con người Từ thời xaxưa giấy đã được biết đến như một phương tiện để ghi chép, lưu trữ, truyền bá thông tintác phẩm nghệ thuật và văn hóa Nhờ có giấy mà ngày nay chúng ta mới có thể được tậnmắt chiêm ngưỡng những tác phẩm đồ sộ từ ngày xưa như các tác phẩm bất hủ, các loạibản đồ… Sau này đã thâm nhập vào rất nhiều các lĩnh vực trong cuộc sống chẳng hạn nhưdùng để bao gói, in ấn, làm vật liệu xây dựng, vật liệu cách điện

Từ thời cổ đại, người Ai Cập đã làm ra những tờ giấy đầu tiên bằng xé thân câyPapyrus rồi ép mỏng thành tờ giấy Tuy nhiên nghề làm giấy chỉ thực sự bắt đầu từ TrungQuốc khi người Trung Quốc đã biết dùng huyền phù của sợi tre, nứa hoặc cây dâu tằm đểlàm giấy… Sau đó tại đây nghề làm giấy đã được phát triển đến mức cao

Vài thế kỷ sau đó qua con đường giao lưu, buôn bán nghề làm giấy nghề làm giấy

đã lan truyền đến Trung Đông và Châu Âu, tại đó nguồn nguyên liệu để làm giấy như vảibông, sợi lanh rất dồi dào Đầu thế kỷ XI đã có một số nhà máy giấy ở Tây Ban Nha, Ý,Đức, Pháp Còn tại Châu Mỹ, nhà máy giấy đầu tiên được đặt tại Philađenphia Đầu thế

kỷ XV nghề làm giấy đã thực sự phát triển đến qui mô công nghiệp Từ đó đến nay ngànhgiấy liên tục phát triển với những cải tiến và phát minh liên tục làm cho bộ mặt của côngnghiệp giấy ngày càng khởi sắc Đặc biệt ở thế kỷ XX đã phát minh ra những kỹ thuật nấuhiện đại như nấu liên tục, nấu siêu mẻ, tẩy liên tục, ép keo, tráng phấn…với mức tự độnghoá cao, dần thay điều khiển thủ công bằng hệ thống điều khiển máy tính điện tử Với sựtìm tòi,khám phá của con người thì ứng dụng của giấy hầu như không không có giới hạn

Có thể nói sự phát triển của ngành công nghiệp giấy gắn liền với nền văn minh nhân loại.Nhìn vào mức tiêu thụ giấy của một quốc gia nào đó ta có thể đánh giá được sự phát triểncủa quốc gia đó Như vậy có thể thấy nền kinh tế càng phát triển thì ứng dụng của giấycàng sâu rộng và nhu cầu tiêu thụ giấy càng lớn Ngày nay ngành công nghiệp điện tửthông tin đang phát triển mạnh mạnh mẽ, các ấn phẩm điện tử rất nhiều nhưng những nhucầu về các sản phẩm giấy phục vụ cho in ấn vẫn tăng bởi vì về một khía cạnh nào đó các

ấn phẩm điện tử không thể thay thế các ấn phẩm từ giấy Không chỉ có những ứng dụngrộng rãi, mà ngành công nghiệp giấy còn giải quyết được rất nhiều lao động cho xã hội,góp phần vào nền kinh tế quốc dân Vì vậy trong tương lai ngành công nghiệp giấy sẽ tiếptục phát triển mạnh mẽ.

1.2.1 Công nghiệp giấy thế giới

Trong suốt lịch sử phát triển 2000 năm của mình, ngành công nghiệp giấy đã trảiqua những bước thăng trầm, những xu hướng chung là ngày càng tăng về mặt số lượng,chất lượng và chủng loại

Sản lượng giấy toàn thế giới năm 2006 là 294,4 triệu tấn Trong những năm gầnđây, mức tăng trưởng của toàn ngành đạt 3%/năm, riêng khu vực Châu Á - Thái BìnhDương là 6%/năm

Theo dự đoán của nhà nghiên cứu, từ nay đến năm 2010, mức tăng trưởng của thếgiới sẽ đạt 2, %/năm về sản phẩm giấy các loại, 4,5 %/năm về mức tiêu thụ, mức tiêu thụtrung bình sẽ tăng từ 46,3 kg/người lên tới 49 kg/người với sự phân bố như sau:

Do xu hướng phát triển chung, nền kinh tế trên các lục địa đều gia tăng, dẫn tớimức tiêu thụ giấy cũng tăng, công nghiệp giấy phát triển Năm 2006 bình quân thế giớihiện là: 54 Kg/người/năm Một số nước có nền sản xuất bột lớn như: Canada, Thụy điển,Phần Lan, Mỹ, Braxin, công nghiệp giấy từ buổi đầu sơ khai là kết những cây cỏ lại vớinhau thành tấm, thì giờ đây đã được tự động hoá về mọi mặt, cả về công nghệ lẫn thiết bị,

đã có hẳn những công ty lớn chuyên về hoá chất ngành giấy Trên thế giới có rất nhiềunhà máy công suất 1 triệu tấn/ năm với những dàn xeo khổ rộng 9m, 12m tốc độ1700m/phút

1.2.2 Công nghiệp giấy ở Việt Nam

Thực trạng

Việt Nam ngành công nghiệp giấy yếu kém với mức tiêu thụ giấy thấp vào bậcnhất thế giới Theo báo cáo của Hiệp hội giấy Việt Nam năm 2006 là năm phát triển với

tốc độ cao (19,33% so với năm 2005) của ngành giấy Việt Nam Năm 2007 là 1 năm pháttriển với tốc độ cao (17% so với năm 2006) của nghành giấy Việt Nam.

Theo dự báo của Hiệp hội giấy Việt Nam Năm 2008 cả nước sẽ sản xuất 880.000tấn giấy, trong đó 41.000 tấn giấy in báo, 245.000 ấn giấy in và giấy viết, 433.000 tấngiấy làm bao bì, 51.000 tấn giấy lụa và 110.000 tấn giấy vàng mã (xuất khẩu); sẽ xuấtkhẩu 135.000 tấn giấy, trong đó có 500 tấn giấy in báo, 4.000 tấn giấy in và giấy viết,46.000 tấn giấy làm bao bì, 15.000 tấn giấy lụa và 70.000 tấn giấy vàng mã Tuy vậy, sảnxuất giấy năm 2008 mới chỉ đáp ứng được 50% nhu cầu trong nước, nên giải pháp nhậpkhẩu 532.850 tấn giấy, trong đó 28.000 tấn giấy in báo, 17.000 tấn giấy in và giấy viết,175.000 tấn giấy bìa có tráng phủ, 300.000 tấn giấy bìa không tráng phủ, 3.000 tấn sảnphẩm từ giấy lụa Như vậy, tiêu dùng biểu kiến năm 2008 ở Việt Nam là 1.268.350 tấngiấy và đạt 15.39 kg /người / năm (dân số năm 2008 là 82,4 tiệu người )

Ba tháng đầu năm 2008, kinh tế Việt Nam vẫn tiếp tục tăng trưởng tuy nhiên thịtrường trong nước diễn biến rất phức tập do nhiều nguyên nhân Giá cả của một số mặthàng có xu hướng tăng Chỉ số tiêu dùng (CPI) 3 tháng đầu năm là 3.7%, dự báo quí Itoàn ngành sản xuất được 198.000 tấn giấy, trong đó có 9.500 tấn giấy in báo, 55.000 ấngiấy in và giấy viết, 99.150 tấn giấy làm bao bì, 1.900 tấn giấy lụa và 23.500 tấn giấyvàng mã Xuất khẩu có khả năng đạt 33.470 tấn giấy, trong đó có 110 tấn giấy in báo, 400tấn giấy in và giấy viết, 7.900 tấn giấy lụa và 15.160 tấn giấy vàng mã Quý I dự kiếnnhập khẩu 33.757 tấn bột (tẩy trắng ), 154.000 tấn giấy trong đó nhập khẩu 3.761 tấngiấy in báo, 4.000 tấn giấy in và giấy viết, 67.000 tấn giấy làm bao bì không tráng phủ(trong đó có 30.000 tấn giấy làm bao bì xi măng)

Năng lực sản xuất giấy in và giấy viết khoảng 260.00 tấn, năm 2008 vẫn có khảnăng sản xuất khoảng 245.000 tấn Giá giấy in và giấy viết của Việt Nam vẫn cao hơn sovới giá trên thị trường khu vực và năng lực sản xuất vẫn còn dư cung vượt cầu, trong khi

đó thị trường giấy tráng phủ còn thiếu do đó giải pháp tốt nhất cho giấy in và giấy viếtViệt Nam là từ sản phẩm giấy in và giấy viết ta thực hiện tráng phủ để thu được giấy caocấp hơn mà thị trường Việt Nam còn đang thiếu do đó nhu cầu về giấy in và giấy viết sẽ

ngày càng tăng Dự báo năm 2010 phần lớn giấy tráng phấn được sử dụng nên giấy in vàgiấy viết sẽ thiếu, nhu cầu trong nước sẽ không đáp ứng được nhập khẩu sẽ tăng Trướctình hình đó, em được nhận đề tài là sản xuất giấy in báo cung cấp các sản phẩm giấy báocho các nhà máy in báo, làm tiền đề để phất triển ngành báo nước nhà,phục vụ nhu cầucủa nhân dân là một điều rất thuận lợi cho em được học hỏi kinh nghiệm trong sản xuất.

Mục tiêu phát triển của ngành giấy giai đoạn 2010- 2020

Với mức độ tăng trưởng bình quân 10- 11% / năm, trong thời kỳ từ 2008- 2020,các mục tiêu cụ thể về sản lượng bột giấy và giấy dự kiến như sau: Sản lượng giấy sảnxuất trong nước dự kiến đạt 3600000 tấn / năm 2020 Sản lượng bột sản xuất trong nước

dự kiến đạt 800000 tấn /năm 2020

Chủ trương tập trung đầu tư trồng rừng và sản xuất bột giấy phù hợp với chủtrương chung của khối ASEAN nhằm cân đối nguồn bột đang thiếu hụt trong khu vực vàtiến tới xuất khẩu sang các nước khác Trước mắt đến năm 2010 trong khối sẽ phấn đấugia tăng thêm 5 triệu tấn bột giấy, trong đó riêng Inđônêxia sẽ đạt trên 3 triệu tấn bột giấy

+ Phát triển tiềm năng nguồn lực của ngành và đất nước, mở rộng khả năng sửnguồn tài nguyên, vật tư, hoá chất, năng lượng, máy móc, thiết bị lao động

+ Thoả mãn nhu cầu sản phẩm về chất lượng, chủng loại và số lượng

+ Gia tăng cạnh tranh, đạt mục tiêu hiệu quả kinh tế- xã hội, bảo vệ môi trường

 Định hướng phát triển công nghệ

Hoàn thiện và phát triển công nghệ bột hoá nhiệt cơ (CTMP), giảm thiểu ônhiễm môi trường

Cải tiến công nghệ sunfat, ứng dụng và hoàn thiện công nghệ nấu liên tục cảitiến (MCC), nấu gián đoạn Super Batch, sản xuất bột mềm hơn, siêu mềm, giảmthiểu quá trình tẩy trắng, giảm chất thải

Loại bỏ dần công nghệ tẩy trắng sử dụng Cl2 và các hợp chất Clo, tiến tới côngnghệ tẩy trắng hoàn toàn không sử dụng Clo (TCF), giảm thiểu nước thải, khép kínchu trình tẩy

Phát triển công nghệ sản xuất giấy sử dụng nguyên liệu giấy loại (OCC), ứngdụng và phát triển công nghệ enzym trong sản xuất giấy

Phát triển công nghệ sử dụng chất độn, chất phụ gia, đa dạng hoá và nâng caotốc độ máy xeo

Ứng dụng và phát triển công nghệ thông tin, tự động hóa điều khiển qui trìnhcông nghệ vận hành và giám sát thiết bị, chất lượng sản phẩm

1.3.1 Phân loại giấy

Theo mục đích sử dụng:

+ Nhóm 1: Giấy dùng cho in, viết (giấy in báo, giấy in và viết…)+ Nhóm 2: Giấy dùng trong công nghiệp (giấy bao bì, giấy chứa chấtlỏng …)

+ Nhóm 3: Giấy dùng trong gia đình (giấy ăn, giấy vệ sinh…)+ Nhóm 4: Giấy dùng cho văn phòng (giấy fax, giấy in hóa đơn…)Hiện nay ở Việt Nam chỉ sản xuất được các loại sản phẩm như giấy in, giấy in báo, giấy bao bì công nghiệp thông thường, giấy vàng mã, giấy vệ sinh chất lượng thấp, giấy tissue chất lượng trung bình… còn các loại giấy và các tông kỹ thuật như giấy kỹ thuật điện-điện tử, giấy sản xuất thuốc lá, giấy in tiền, giấy in tài liệu bảo mật vẫn chưa sản xuất được

a.Theo định lượng giấy

+ Giấy dày : 100 ÷ 150 g/m2.

VD : giấy bao gói

+ Bìa : 150 ÷ 250 g/m2.+ Giấy cactong : 250 ÷ 600 g/m2

+Ván sợi : >600 g/m2

b.Theo phương pháp sản xuất giấy

+ Sản xuất trên máy xeo dài

+ Sản xuất trên máy xeo tròn

+ Sản xuất trên máy xeo nhiều lưới

1.3.2 Tính chất giấy

a) Cấu trúc

+ Định lượng : khối lượng của 1 m2 giấy ( g/m2 )

+ Độ chặt : g/cm3.+ Độ xốp : cm3/g/

+ Độ trắng : ISO.

+ Độ trong suốt

+ Độ đục

Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất giấy là bột giấy Trong bột Giấy bao gồm:Xenluloza, Hêmixenlulo và một phần lignin, Xenluloza là một cácbon hyđrat Côngthức phân tử (C6H7O5)n với n là độ trùng hợp có giá trị từ 500  7000 tuỳ từng loạinguyên liệu khác nhau, n càng cao thì độ bền của vật liệu xenlulo càng lớn, sự giảmmức độ trùng hợp dưới một mức nào đó sẽ làm giảm giá trị độ bền của giấy thànhphẩm

- Lignin có cấu tạo từ các khung mắt xích phenyl propan ( một phần nhỏ lignin còn lạisau khi rửa và tẩy) Lignin là phần không cần thiết đối với sự hình thành tờ giấy chấtlượng tốt Do vậy trong quá trình chế biến ta cố gắng loại bỏ lignin; lignin làm cho tờgiấy có màu tối, biến chất khi bảo quản

h

ch 2 oh oh h o h

ch 2 oh h h oh o h

h oh

o

oh

ch 2 oh h h oh o h

h oh h

n - 2

- Bột xenluloza chủ yếu được sản xuất từ gỗ, đây là nguyên liệu khá dồi dào xơ sợixenluloza Hiện tại gỗ cung cấp 93  955% nhu cầu xơ sợi xenlulo za cho sản xuất giấy.

- Ngoài bột xenlulo từ gỗ, giấy còn được sản xuất từ các nguồn khác như: rơm, rạ, tre,nứa, vầu, và giấy loại (ở Việt nam hàng năm thu hồi khoảng 150 000 tấn giấy loạitương ứng với sản lượng gỗ khai thác 100 nghìn ha rừng) Đây cũng là một hướngđáng chú ý hiện nay khi mà nguồn gỗ thiên nhiên đang dần cạn kiệt và vấn đề môitrường càng trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết, nó có tác động đến giá thành giấy sảnxuất ra

- Để xơ sợi có ích cho việc làm giấy, chúng phải được xử lý để thích nghi với quátrình sản xuất tức là khả năng làm thành tờ giấy đồng đều, phát triển các mối liên kếtbền vững giữa các xơ sợi, giữa các điểm tiếp xúc Quá trình nghiền và đánh bột có thểloại bỏ những thành phần có hại cho quá trình sản xuất giấy (được trình bày ở phẩn lýthuyết nghiền) Cho phép xơ sợi xenlulo được hydrat hoá, trương nở, tăng tính mềmdẻo và khả năng liên kết của chúng

- Ngoài tính năng tự nhiên, xơ sợi xenlulo còn đóng một vai trò quan trọng là: Quátrình hình thành giấy xảy ra trong môi trường nước, xơ sợi được hấp thụ nước nhanh

và phân tán dễ dàng trong huyền phù bột nước, khi xơ sợi ướt được nhóm lại với nhautrong lúc vận hành để hình thành tờ giấy thì mối liên kết được xúc tiến bằng cách thuhút các phân tử nước lại với nhau và đối với nhóm OH bề mặt của xenlulo liên kết vớinhau bằng liên kết hydro trong khi các xơ sợi riêng lẻ có độ bền kéo cao thì các thông

số độ bền giấy phụ thuộc vào liên kết giữa các xơ sợi, sự nghiền bột, đánh bột có xuhướng làm giảm độ bền liên kết

- Hầu hết các nhà sản xuất giấy đều sử dụng chất phụ gia phi xenlulo thì khả năng hấpthụ và giữ lại nhiều thứ nguyên liệu thay đổi là rất quan trọng: Khả năng xơ sợi hấpthụ và hút bám các chất phụ gia tan phụ thuộc vào di lực của xơ sợi và sự liên kết cácphụ gia trên xơ sợi

- Quá trình làm giấy là quá trình biến đổi gỗ, tre, nứa thành xơ sợi Hay nói cáchkhác là làm đứt các liên kết trong cấu trúc gỗ Công việc này có thể thực hiện bằng

các phương pháp khác nhau: cơ học, hoá học, nhiệt cơ hoặc phối hợp các phươngpháp đó.

1.4.1 Bột bán hóa

Là bột sản xuất phối hợp hai phương pháp hoá học và cơ học, thực chất cácmảnh gỗ được làm mềm hoặc nấu cục bộ với hoá chất, sau đó được đưa vào máynghiền thành bột, hiệu suất 85  90% tuỳ từng loại nguyên liệu

có hiệu quả cao thì đòi hỏi phải khống chế cẩn thận độ nhám bề mặt lô dao mài, áplực tỳ, nhiệt độ nước rửa và tốc độ quay

Trong thời gian gần đây sản xuất bột cơ học là xé và nghiền gỗ được thựchiện dưới các đĩa nghiền quay của thiết bị nghiền đĩa, dưới tác dụng của hoá chấthoặc nghiền làm mềm sơ bộ mảnh gỗ để thay đổi nhu cầu năng lượng và các tínhchất bột thành phẩm, còn gọi là bột cơ nhiệt

Ưu điểm của phương pháp sản xuất giấy từ bột cơ học là biến đổi được100% gỗ thành bột, loại bột này có độ đục cao (hàm lượng lignin gần như cònnguyên), tính chất in tốt, nhưng giấy kém bền và dễ mất mầu khi bảo quản hay đưa

ra ánh nắng mặt trời Để đạt được tờ giấy có độ bền (Xé, kéo, chịu lực, tăng độtrắng) thì cần phải pha thêm bột hoá học sợi dài vào bột cơ học Hiện nay do vấn

đề môi trường và phương pháp sản xuất bột nghiền cơ đang phát triển, các bộtnghiền cơ mới hoàn toàn thoả mãn đầy đủ, thay thế các loại bột hoá học hạn chế sự

ô nhiễm môi trường

1.4.3 Bột tái sinh

Sử dụng nguyên liệu tái sinh đang là xu hướng được khuyến khích hiện nay

vì những lợi ích mà nó mang lại như:

- Giảm chi phí xây dựng nhà máy bột

- Giảm tiêu hao năng lượng

- Giảm chi phí đầu tư xử lý ô nhiễm mội trường

- Giảm chi phí nguyên liệu cho sản xuất giấy

Đứng ở góc độ kinh tế thì ý nghĩa lớn hơn cả là tạo ra một ngành côngnghiệp dịch vụ mang tính xã hội hoá cao và tiết kiệm tài nguyên đáng kể từ việcgiảm khai thác rừng tương đương với lượng giấy thải loại đưa vào tái chế

Đối với nguyên liệu tái sinh, trước khi sử dụng, cần qua các dây chuyền tẩymực in (nếu có) Sau đó được đánh tơi trong máy nghiền thủy lực thành bột Bộtnày được tách rác rồi đem sử dụng ở các khâu tiếp theo

Trong quá trình sản xuất giấy ngoài nguyên liệu cơ bản là bột giấy, người ta còn sửdụng thêm các hoá chất trộn vào trong huyền phù bột giấy trước khi xeo, nhằm mục đíchtruyền cho giấy những tính chất riêng biệt mà mình bột giấy không mang lại cho giấy.Những hoá chất đó được gọi là các chất phụ gia Các chất phụ gia thường được phân loạitheo tác dụng của chúng thành những nhóm chất sau đây:

+ Chất độn: là những chất được sử dụng để tăng tốc độ trắng, tăng độ đục cho giấy

và hạ giá thành của giấy, do vậy chất độn thường dùng là những bột mịn vô cơ, có màutrắng, không tan trong nước và giá rẻ hơn bột giấy Chất độn thường dùng là bột đá vôi(canxi carbonat), cao lanh, bột talc, đioxit titan

+ Chất keo chống thấm: là những chất sử dụng nhằm mục đích để làm giảm khảnăng hấp thụ nước của giấy, làm cho giấy trở nên không thấm khi gặp nước Chất keochống thấm thường được dùng là keo nhựa thôg, keo AKD, keo ASA

+ Chất bảo lưu: là những chất được sử dụng nhằm mục đích giữ lại được nhiều hơntrên mặt lưới máy xeo những hạt mịn: như sơ sợi mịn, các hạt chất độn, các hạt chất keo

chống có trong thành phần bột giấy trong quá trình xeo giấy Những chất bảo lưu thôngdụng là: phèn nhôm, tinh bột cation, PAM (Polyacrylamid), các chất trong hệ bảo lưu mộtthành phần, hai thành phần và hệ bảo lưu vi hạt.

+ Chất keo bền khô: là những chất được sử dụng để làm tăng độ bền cơ lý của giấykhi tấm giấy ở trạng thái khô Chất keo bền khô thông dụng là keo tinh bột cation

+ Chất keo bền ướt: là những chất được sử dụng để làm tăng độ bền cơ lý của giấykhi tấm giấy ở trạng thái ướt Những chất keo bền ướt thông dụng là: keoureaformalđehyd, keo melamine formaldehyd

+ Chất tạo màu: là những chất dùng để xeo các loại giấy có màu sắc khác nhau vàchất làm trắng quang học

Để truyền cho giấy tính chống thấm người ta thường áp dụng 2 cách sau:

- Hoặc là dùng những chất có tính kỵ nước như keo nhựa thông, keo AKD,keo ASA… trộn chung với bột giấy trước khi xeơnh vây gọi là gia keo “nội bộ”.Trong phương pháp này chất kỵ nước khi bám trên bề mặt xơ sợi sẽ làm cho xơ sợi

và cả tấm giấy cũng mang tính kỵ nước, tuy nhiên khả năng kỵ nước nhiều hay ítphụ thuộc vào tỷ lệ sử dụng chất kỵ nước trong giấy

- Hoặc dùng các chất có tính tạo màng như keo tinh bột, keo polyvinylalcol,CMC… để tráng phủ lên bề mặt tờ giấy Phương pháp này gọi là gia keo “bề mặt”.Trong phương pháp này chất tạo màng sẽ lấp kín đa số những lỗ trên bề mặt giấylàm cho nước khó có khả năng thâm nhập vào bên trong tờ giấy Phương pháp gia

keo bề mặt còn có thêm công dụng là làm cho giấy có tính bề mặt cao(như các loạigiấy in cao cấp), không bị bong xơ ra khi gặp ma sát trong quá trình in.

Đối với một số loại giấy cần có độ bền bề mặt cao như giấy in cao cấp, giấyphotocopy, người ta áp dụng cả gia keo nội bộ và gia keo bề mặt Mục đích củaviệc gia keo nội bộ cho tấm giấy trước khi gia keo bề mặt là là làm giảm khả năngkeo bề mặt thấm sâu vào bên trong lớp giấy Như vậy giảm được lượng tiêu thụchất keo bề mặt mà vẫn đảm bảo yêu cầu bền bề mặt của giấy

1.5.1.1 Keo nhựa thông

Trong phương pháp xeo axit, keo nhựa thông được dùng làm chấtchống thấm cùng với phèn nhôm được sử dụng làm chất bảo lưu Chính vì

sự có mặt của phèn nhôm nên pH của dòng bột lên máy xeo trong khoảng4,5 – 5 và phương pháp xeo này được gọi là phương pháp xeo axit Phươngpháp xeo như vậy đã được áp dụng từ năm 1807 Sử dụng keo nhựa thônglàm chất chống thấm có những ưu điểm là keo rẻ tiền, dễ kiếm, hiệu quảchống thấm tốt, không gặp những rắc rối nhiều do hiện tượng kết tủa hoặctích đọng của keo trên máy xeo, giấy đứt trên máy xeo dễ phân tán và dễ xử

lý lại để thu hồi bột

Keo AKD (Alkyl Keten Dimer) có công thức cấu tạo như sau:

Tổng số nguyên tử C trong phân tử 14-18 nguyên tử

Khi mua về AKD thường ở dạng vẩy nến Trước khi sử dụngphải đưa chúng về dạng nhũ tương Vì vậy qui trình chuẩn bị keoAKD cũng rất quan trọng

C

a) Quá trình chuẩn bị keo AKD

Quá trình chuẩn bị keo AKD được tiến hành như sau:

Hoà tan AKD trong nước nóng có nhiệt độ khoảng 70- 95ºC trong đó

đã pha sẵn chất ổn định (các polymer cation, tinh bột cation) và chất hoạttính bề mặt (lignosunfonat natri) Tinh bột cation có tác dụng kết hợp vớihạt keo tạo thành khối mang điện tích dương

− Lọc: cho dung dịch keo qua một màng lọc có kích thước lỗ sàng < 2nm

− Bổ sung tinh bột cation

− Bảo vệ keo: Để tránh hiện tượng thủy phân, cần cho vào dung dịchkeo các chất mang tính axit như axit HCl hoặc H2SO4 để giảm đến pH khoảng 2,5 – 3

− Kiểm tra nồng độ dung dịch keo: Nồng độ điều chế khoảng 6-13%.Trong đó tinh bột cation chiếm khoảng 20- 40% Xu hướng thêm nhiều tinh bột cation đểtích điện dương cho hạt keo càng lớn, kéo dài tuổi thọ của keo

+ Hoà loãng dung dịch keo đến nồng độ 0,1- 0,2%

+ Lượng dùng keo rất ít: 0,05- 0,15% ( nếu giấy sử dụng nhiềugiấy tái sinh thì lượng dùng còn ít hơn nữa, chỉ khoảng 0,03- 0,06%)

+ Khi sử dụng cần tiến hành kiểm tra: nồng độ, tỷ lệ tinh bộtcation/AKD, kiểm tra chuyển động Brao của keo

b) Các phản ứng xảy ra của keo AKD trong bột giấy

Keo AKD khi cho vào trong bột giấy, sẽ tham gia phản ứnghóa học với xenluloza (khác với keo nhựa thông chỉ kết tủa lên bềmặt xơ sợi)

b.1) Phản ứng chính của keo AKD với xenluloza

Trong môi trường kiềm với sự có mặt của các ion: OH-, HCO3

Phản ứng này xảy ra tốt nhất ở pH= 8-9 Do đó phương phápnày còn được gọi là phương pháp gia keo kiềm tính

* Khả năng xảy ra các phản ứng khi cho AKD:

− Khả năng tối đa trong những điều kiện tốt nhất chỉ khoảng 50- 80%

− Các hạt keo AKD đã tác dụng với xenluloza có khả năng chống thấmcao hơn hai lần những hạt không tham gia phản ứng

− Điều kiện tác dụng tối ưu với xenluloza: pH= 8-9

Vì vậy khi cho keo AKD, phải cho thêm các ion âm để tăng pH như:

Na2CO3, NaHCO3.

Khi sử dụng AKD, chất độn phải là CaCO3 (cung cấp HCO3-) Do đónếu sử dụng hàm lượng độn cao thì HCO3- có thể đủ, không cần hoặc chỉ

cần bổ sung một lượng nhỏ Na2CO3 hay NaHCO3 cho việc đảm bảo pH tối

ưu cho quá trình gia keo

* Quá trình cho keo

Đầu tiên, khi cho keo vào, keo sẽ kết tủa trên bề mặt xơ sợi Sau đóqua công đoạn sấy Khi nhiệt độ tăng, AKD sẽ chảy ra và bao quanh

xơ sợi xenluloza Lúc đó, phản ứng 1 xảy ra Người ta để ổn địnhgiấy sau 24h, ở 30ºC Sau thời gian lâu như vậy, độ chống thấm củagiấy giảm vì sau khi đã ổn định, trong lòng tờ giấy vẫn còn nhữngion OH-, HCO3 tạo điều kiện cho hịên tượng thuỷ phân xảy ra, gâyhiện tượng hồi keo Vì vậy khi cho keo, không thực hiện ở pH >9 màphải điều chỉnh lượng độn vào giấy vừa phải

Độn CaCO3 sử dụng trong trường hợp sử dụng keo AKD cóhai loại: CaCO3 nghiền và CaCO3 kết tủa Khi dùng keo AKD nên sửdụng loại CaCO3 nghiền vì CaCO3 kết tủa nếu quá trình không triệt

để sẽ dư HCO3 và OH- gây ra hiện tượng thuỷ phân làm giảm tínhchống thấm của giấy

* Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả cho keo

+ pH: pH tối ưu của phản ứng là 8-9 vì những lý do đã nêu trên + Tỷ lệ độn: Nếu nhiều chất độn quá sẽ gây tiêu hao nhiều keoAKD vì AKD còn phải che phủ cả bề mặt độn Keo AKD hoạt độnghiệu quả nếu che phủ được 15% bề mặt xơ sợi (lúc đó tính chốngthấm mới phát huy tác dụng)

+ Nồng độ bột khi cho keo: Cho keo ở nồng độ bột nhỏ (<1,3%)thì keo sẽ phân bố đông đều vì lượng keo sử dụng rất ít (0,05-0,15%

so với bột khô tuyệt đối Vậy nên cho keo AKD ở vị trí càng gần vị

trí lên lưới càng tốt Trong dây chuyền được thiết kế, để thuận tiệncho việc tính toán, em chọn vị trí cho keo AKD là tại vị trí pha loãng.Nhiệt độ cho keo, nhiệt độ sấy cũng ảnh hưởng đến hiệu quả chokeo.

ASA là chất có hoạt tính cao do có chứa các nhóm axit dễ dàng

tác dụng với các nhóm OH Khi keo ASA được gia vào dòng bột, các phân

tử ASA có thể tham gia đồng thời hai phản ứng :

- Phản ứng với các nhóm OH của sơ sợi xenluloza, kết quả là các hạt keo

sẽ được gắn lên bề mặt xơ sợi nhờ liên kết hoá trị bền Phản ứng này là

có ích vì các hạt keo được bảo lưu trong giấy sau quá trình xeo

- Phản ứng thủy phân với nước tạo thành các hạt anion ASA tích điện âm

do vậy không được bảo lưu trên sơ sợi trong quá trình xeo mà trôi theonước, tác dụng với các hạt cation trong nước trắng như Ca2+, Mg2+, tạo thành dạng kết tủa có tính dính cao làm bẩn chăn lưới, hệ thốngđường ống, bể chứa nước trắng, mau phải dừng máy làm vệ sinh, làmtiêu hao keo ASA một cách vô ích

Cách sử dụng nhũ tương ASA trong quá trình xeo giấy:

Phản ứng thuỷ phân tiếp tục xảy ra sau khi trộn nhũ tương ASA vàobột giấy vì pH và nhiệt độ của dòng bột thường cao hơn so với nhũ tươngASA Để hạn chế phản ứng này người ta có các biện pháp sau:

+ Gia nhũ tương ASA vào bột tại điểm càng gần lên máy xeo càngtốt, nhưng keo ASA cũng cần được khuấy trộn đều với bột Vậy người tahay gia nhũ tương ASA vào dòng bột tại lối ra của bể chứa bột đầu máy,hoặc tại lối vào bơm quạt, hoặc tại lối vào của sành tinh

+ Sử dụng một lượng nhỏ phèn nhôm (khoảng 0,5%) gia vào nhũtương ASA để khi gặp các anion ASA này tạo thành các hạt tích điện dươngkhông có tính dính, nhưng được giữ lại trên bề mặt sơ sợi nhờ lực hút tĩnhđiện dương không có tính dính, nhưng được giữ lại trên bề mặt xơ sợi nhờlực hút tĩnh điện, hạn chế các anion ASA tác dụng với các cation Ca 2+,Mg2+ để tạo thành các hạt kết tủa có tính dính cao sẽ tích tụ làm bẩn chănlưới, hệ thống đường ống, bể chứa Như vậy một lượng nhỏ phèn nhômđược gia vào nhũ tương ASA sẽ có tác dụng vừa làm ổn định nhũ tương,vừa hạn chế được sự tích tụ chất keo ASA dạng dính làm bẩn chăn lướitrong quá trình xeo Tuy nhiên việc sử dụng phèn trong trường hợp nàykhông làm tăng thêm hiệu quả chống thấm của keo ASA.

+ Độ bảo lưu keo ASA tăng khi độ bảo lưu của các xơ sợi mịn vàchất độn tăng, vì các xơ sợi mịn và các hạt chất độn có khả năng hấp thụnhiều hạt keo ASA trên bề mặt Vì vậy cần phải sử dụng chất bảo lưu thíchhợp thì mới đảm bảo được hiệu quả chống thấm khi sử dụng keo ASA Nếu

độ bảo lưu sơ sợi mịn, chất độn, chất keo ASA kém thì dễ gặp rắc rối dotích tụ các hạt keo dính trên chăn lưới, đường ống, bể chứa bột và bể chứanước trắng, phải ngưng máy để làm vệ sinh

+ Nếu sử dụng chất bảo lưu thích hợp thì tỷ lệ dùng keo ASA chỉkhoảng 0,1 - 0,18% so với bột KTĐ là có thể đạt độ chống thấm cần thiết(thấp hơn khoảng 10 lần so với tỷ lệ dùng keo nhựa thông)

+ Khả năng phản ứng của keo ASA với xơ sợi thì nhanh hơn hẳn keoAKD Hiệu quả chống thấm cho giấy đạt được ngay khi tấm giấy đi qua bộphận sấy

Keo ASA được sử dụng nhiều tại Mỹ (trên 50% số công ty sản xuấtgiấy theo phương pháp kiềm là dùng keo ASA) Nhưng tại Châu Âu thì keoAKD được sử dụng nhiều hơn, lý do là keo ASA giá cao hơn và khó bảoquản hơn keo AKD

1.5.2 Phụ gia làm tăng độ bền cơ lý

Chất keo tăng bền khô

Độ bền cơ lý của tấm giấy được biểu thị qua các chỉ số sau:

- Độ chịu kéo (hay còn gọi là chiều dài đứt) của giấy: là khả năng chịu lựckéo của giấy trên máy đo chuyên dụng

- Độ chịu gấp: là khả năng chịu được bao nhiêu lần gấp qua gấp lại của tờgiấy trên máy đo chuyên dụng

- Độ chịu xé: là khả năng chịu được lực bằng bao nhiêu khi tờ giấy bị xétrên máy đo chuyên dụng

- Độ chịu bục: là khả năng chịu được áp lực tối đa bằng bao nhiêu cho tớitrước khi bị thủng khi mẫu giấy được đo trên máy đo chuyên dụng

Độ bền cơ lý của tấm giấy phụ thuộc vào hai yếu tố chính:

- Độ bền của chính bản thân lợi sơ sợi dùng để làm ra tờ giấy đó: thí dụ sơsợi bột hoá thì bền hơn sơ sợi bột cơ

- Mức độ liên kết giữa các sơ sợi: thí dụ bột nghiền thô thì khả năng tạothành ít liên kết giữa các sơ sợi nên giấy có độ bền cơ lý kém, nhưng nếubột được nghiền kỹ để tạo thành nhiều liên kết giữa các sơ sợi thì độ bền

cơ lý của tấm giấy cao hơn Hoặc khi sử dụng hoá chất nào đó mà nó cókhả năng làm tăng sự liên kết giữa các sơ sợi thì cũng là làm tăng độ bền

cơ lý của tấm giấy khi ở trạng thái khô

Những hoá chất gia vào bột giấy trong quá trình xeo mà có khả năng làmtăng liên kết giữa các sơ sợi, nghĩa là làm tăng độ bền cơ lý của tấm giấy ở trạngthái khô thì được gọi là keo bền khô

Những chất thường được dùng làm keo bền khô trong sản xuất giấy là :

- Tinh bột: tinh bột nguyên trạng, hoặc tinh bột cation (tinh bột đã được chếbiến hoá học để trở thành tinh bột tích điện dương)

- Chất keo dính có nguồn gốc thực vật

- Carboxy Methyl Xenlulo (CMC)

- Một số keo bền khô là polymer tổng hợp

1.5.3 Các chất độn

Chất độn cho giấy là những chất bột mịn màu trắng, không tan trong nước,chúng thường là những chất khoáng có sẵn trong tự nhiên như bột đá vôi (CaC03),bột đất sét (cao lanh = Al203.Si02), bột talc, hoặc bột nhân tạo như bột đioxit titan,

 Công dụng của chất độn

Lấp đầy những khoảng trống giữa các sơ sợi bột, làm tăng độ trắng, độ đục và

độ nhẵn cho tờ giấy, giảm sự biến dạng của tờ giấy nếu gặp nước Những tính chấtnày rất quan trọng đối với các loại giấy như giấy viết, giấy in

Làm giảm giá thành của giấy vì hầu hết các chất độn (ngoại trừ Ti02) đều rẻhơn bột giấy, ngoại trừ Ti02 thì đắt hơn nhưng nó lại sử dụng ở tỷ lệ rất thấp vàcho hiệu quả cao.Ngoài những tác dụng tích cực trên, các chất độn cũng gây một

số tác dụng tiêu cực cho tờ giấy như:

Làm giảm mức độ liên kết giữa các sợi dẫn đến hậu quả là giảm độ bền cơ lý,giảm độ cứng của tờ giấy và làm cho giấy dễ bị bong sơ ra trong quá trình in hoặcphotocopy.Làm tiêu tốn thêm các chất phụ gia ( keo chống thấm, chất bảo lưu, )

sử dụng trong xeo giấy

Làm tăng sự mài mòn xảy ra cho máy xeo, nhất là ở bộ phận lưới

 Những tính chất quan trọng nhất của một chất độn

+ Độ phản xạ và tán xạ ánh sáng của từng chất độn

Độ phản xạ càng cao thì độ trắng càng cao Độ tán xạ càng cao thì độ đục

càng cao Độ trắng thường được đo bằng mức độ phản xạ lại ánh sáng có bướcsóng 475nm (chiều dài bước sóng của khoảng ánh sáng nhìn thấy được là 420-700nm) , bởi vì tại những bước sóng này thì khả năng phản xạ và tán xạ của các

chất độn với ánh sáng là cao nhất, do vậy làm cho máy đo trở nên nhạy hơn, dễphân biệt hơn sự khác nhau về độ khúc xạ và tán xạ của từng chất độn Thí dụ

độ tán xạ của xenlulo tẩy trắng là 1,55, của cao lanh là 1,56, của bột talc là1,57, của bột đá vôi là 1,58-1,66

+ Kích thước và hình dáng hạt

Kích thước hạt càng nhỏ thì khả năng tán xạ ánh sáng càng lớn, nghĩa là chấtđộn đó sẽ cho độ đục càng cao Kích thước hạt trong khoảng 0,4-0,5mm thì độtán xạ của chất độn là cao nhất Dioxit titan có kích thước hạt trong khoảng này

do vậy nó cho độ đục cao nhất Hình dạng của các hạt chất độn có thể chia làmhai loại: những hạt có dạng dày như hạt bột đá vôi và những hạt có dạng bẹtnhư hạt bột cao lanh và bột talc Những hạt có dạng dày ( hạt bột đá vôi) thìthường có độ tán xạ ánh sáng cao hơn so với các hạt có dạng bẹt (hạt của bộtcao lanh, bột talc)

+ Độ mài mòn của chất độn đối với máy xeo

Những chi tiết dễ bị mài mòn của máy xeo là lưới, chăn ép, chăn sấy, cácsuốt dẫn chăn lưới Chất độn có độ cứng càng cao thì khả năng mài mòn cànglớn

+ Độ hoà tan của chất độn

Chất độn cần phải có độ hoà tan thấp trong môi trường mà nó sử dụng đểđảm bảo hiệu quả cao khi sử dụng nó Cao lanh là chất tương đối trơ nên độhoà tan của cao lanh là rất thấp (0.1%) và không phụ thuộc vào pH của môitrường do vậy nó được sử dụng trong cả hai phương pháp xeo axit và kiềm Bột

đá vôi thì hòa tan nhiều trong môi trường axit hoặc trong nước có hoà tan khíC02 ( khi đó độ hoà tan của CaC03 là 1500mg/l và còn tạo bọt do có khí C02

thoát ra), còn trong môi trường kiềm (pH=8,4-9,9) thì độ hoà tan của nó thấp

khoảng 25mg/l, do vậy nó chỉ hiệu quả khi xeo trong môi trường trung tính vàkiềm.

a) Bột đá vôi

Có hai loại sản phẩm bột đá vôi thường dùng làm chất độn hoặc chất tráng bềmặt cho giấy đó là: canxi carbonate nghiền (GCC) hay còn gọi là bột đá nặng; vàcanxi carbonat kết tủa (PCC) hay còn gọi là bột đá nhẹ

GCC được sản xuất bằng cách nghiền đá vôi thiên nhiên; còn PCC là sản phẩmnhân tạo, được sản xuất bằng cách nung đá vôi để thu được vôi, sau đó hoà vôi vàonước rồi sục khí C02 để thu được kết tủa CaC03 PCC có chất lượng cao hơn GCC:

độ trắng cao hơn, kích thước hạt nhỏ hơn, nhưng giá thì PCC cao hơn GCC

Tại Châu Âu GCC được sử dụng nhiều hơn PCC trong sản xuất giấy bằngphương pháp kiềm vì tại châu âu có nhiều nguyên liệu đá vôi Tại Bắc Mỹ, PCCđược sử dụng nhiều hơn Tại Việt Nam nguồn nguyên liệu đá vôi rất phong phúnên GCC giá thành rất rẻ và được sử dụng nhiều hơn PCC Ngày nay trên thế giới

xu hướng sử dụng PCC ngày càng tăng do chất lượng của nó

Trong tự nhiên CC tồn tại dưới ba dạng thù hình: calcite, vaterit và aragonite,trong đó chỉ có calcite là có cấu trúc tinh thể bền nên hay gặp nhất trong tự nhiên,calcite ở dạng bột có khả năng phân tán tốt nên được sử dụng nhiều nhất làm chấtđộn và chất tráng cho bề mặt cho giấy, còn lại vaterite và aragonite là những dạngkhông bền, khả năng phân tán kém nên chúng ít được sử dụng để làm chất độn,mặt khác chúng có khả năng biến đổi thành dạng calcite trong những điều kiệnnhất định

Những tính chất và ứng dụng của GCC:

GCC có 3 loại thu được khi nghiền 3 loại đá khác nhau: đá phấn (chalk), đá vôilimstone, đá marble GCC từ đá phấn có đặc điểm khác biệt là mêm, xốp GCC từlimstone có đặc điểm là cứng hơn và kém xốp hơn GCC từ marble thì có độ trắngkém nhất do có thành phần ôxit sắt cao

Những tính chất và ứng dụng của PCC:

Trong quá trình điều chế có thể tạo thành 3 dạng PCC: dạng calcite và vaterite

có cấu trúc tinh thể và dạng aragonite có cấu trúc không định hình tuỳ thuộc vàođiều kiện thực hiện phản ứng kết tủa từ dung dịch vôi và khí C02.Dạng có cấu trúctinh thể có thể dễ dàng nghiền để tạo thành hạt mịn, phân tán tốt trong nước nênthích hợp dùng trong ngành giấy; dạng không định hình khi khô thì kết dính lại vớinhau hay vón cục khó nghiền thành dạng bột nên không thích hợp dùng trongngành giấy Do vậy trong quá trình điều chế PCC cần chú ý điều kiện phản ứng đểtránh tạo thành PCC dạng vô định hình này

PCC dạng tinh thể có độ trắng cao và kích thước hạt nhỏ hơn hẳn so với GCCnên hiệu quả khi sử dụng PCC làm chất độn hay chất tráng phủ bề mặt giấy caohơn so với GCC

Chất độn PCC trong nước thì tích điện dương nhẹ, vì vậy độ bảo lưu của PCCthường cao hơn GCC Vì lý do này khi sử dụng PCC làm chất độn thì cũng giảmđược lượng cation polymer sử dụng làm chất bảo lưu

b) Cao lanh

Cao lanh là một khoáng chất có nhiều trong tự nhiên, thành phần hoá học chủyếu của cao lanh gồm: Si02 (45-47%), Al203 (35-38%), Fe203(0.8-0.9%), K20 (0.5-2%), Ti02 (0.05-1,5%) Thành phần của các chất này phụ thuộc vào nơi khai tháccao lanh Thí dụ: Mica là một thành phần có chứa tỷ lệ K20, dạng bẹt, có lẫn nhiềutrong cao lanh Châu Âu (19%); cao lanh Bắc Mỹ thì chứa khoảng 1% mica và1,5% Ti02 Độ trắng của các loại cao lanh không cao bằng bột đá vôi và phụ thuộcvào thành phần của cao lanh

Cao lanh được sử dụng làm chất độn và chất tráng phủ bề mặt cho rất nhiều loạigiấy Loại cao lanh dùng làm chất độn khi xeo giấy thì có tỷ lệ hạt có kích thước <2mm chiếm khoảng 30-70% Loại cao lanh dùng để tráng phủ bề mặt giấy thì phải

có kích thước hạt nhỏ hơn (90% hạt có kích thước < 2mm)

1.5.4 Các chất trợ bảo lưu

Tác dụng của sử dụng trợ bảo lưu

- Nếu quá trình sử dụng chất bảo lưu đạt hiệu quả tốt thì:

- Tăng được sự bảo lưu các hạt chất độn, các hạt keo chống thấm, các sơsợi mịn trong tấm giấy

- Máy chạy ổn định

- Tăng tình trạng sạch của máy

- Giảm lượng tạp chất có trong nước thải, giảm tải quá trình xử lý nướcthải

- Kéo dài tuổi thọ của chăn lưới máy xeo do không bị ma sát nhiều bởi cáchạt chất độn trôi theo nước trắng

- Tăng được độ thoát nước trên bộ phận lưới và bộ phận ép

- Giảm được hiện tượng hai mặt của tấm giấy do chất độn và chất keochống thấm được bảo lưu tốt hơn

Giảm được lượng keo dùng ở khâu ép keo bề mặt, máy tráng bề mặt chạy tốt hơn, chất lượng in của giấy cao hơn

a) Trợ bảo lưu keo (tinh bột cation)Tinh bột cation là loại hyđrocacbon tổng hợp có trong ngô, khoai, sắn vàcác thực vật khác do sự tổng hợp của các đơn vị đường gluco, có công thứcphân tử là (C6H12O6)n

Tinh bột được hình thành do hai chuỗi phân tử Trong đó 20- 30% làamilôzơ, còn lại là amilopectin Amilôza có cấu tạo mạch thẳng trong khiamilopectin lại có cấu tạo mạch nhánh Dạng amiloza dễ hồi phục, tức cácphần tử hoà tan lại kết tủa trở lại dạng ban đầu gây cụm cứng, vì vậy người

ta phải dùng enzim để chuyển hoá chúng thành dạng amilopectin hay còngọi là tinh bột biến tính

Tinh bột cũng là chất cao phân tử,cũng tồn tại gốc hyđroxyl alcol nhưxenluloza vì vậy chúng cũng bám dính vào nhau và hình thành một liên kếtvững chắc: Xenluloza -Tinh bột- Xenluloza Kết quả là giấy sẽ tăng độ bềnkhô như độ bề kéo, độ bền bề mặt, độ nhẵn, khi in sẽ sắc nét hơn

Hiện nay, tinh bột ngoài sử dụng truyền thống làm tăng độ bền của giấy,

nó còn có tác dụng trợ giúp cho sự bảo lưu các thành phần trong hỗn hợpbột giấy

Khi gia keo AKD thì tinh bột cation có tác dụng cải tiến sự bảo lưu keorất nhiều, do đó nó bắt buộc phải sử dụng vì đôh bảo lưu keo có cao thì giakeo mới hiệu quả Ngoài ra tinh bột còn có tác dụng như là một chất trợ bảolưu các xơ sợi Vì vậy ta chọn vị trí cho tinh bột ngay sau khi cho keo AKD

để vừa đảm bảo bảo lưu keo, vừa không làm kết bông xơ sợi dài

Liều lượng tinh bột cation sử dụng được khuyên dùng là từ 0,6- 1,2% Nếu sử dụng quá nhiều sẽ dẫn đến khó khăn về chạy máy và sự ổn định của phần ướt

b) Trợ bảo lưư xơ sợi ngắn (bentonit)

Do kích thước của chất độn bé hơn rất nhiều so với mắt lưới và xơ sợingắn, dễ bị lọt qua lưới theo nước trắng cho nên trong quá trình sản xuất cầnphải bảo lưu các xơ sợi ngắn băng cách kết bông các xơ sợi ngắn lại, khi đóchất độn cũng được giữ lại

Trợ bảo lưu thường dùng là catarein, bentonite Để không tạo kết bôngcác xơ sợi dài, ta cho chất trợ bảo lưu càng gần điểm lên lưới càng tốt.Trong dây chuyền thiết kế, bentonite được cho vào trước sàng tinh nhằmmục đích hạn chế tối đa hiện tượng kết bông xơ sợi trên

Lượng trợ bảo lưu cho vào máy xeo phải được thử nghiệm trước ởphòng thí nghiệm vì nếu cho ít quá thì không có tác dụng còn nếu cho nhiềuquá thì lại gây khó thoát nước khi lên lưới vì kết bông quá nhiều Thôngthường lượng cho vào khoảng 0,03% trên một tấn sản phẩm

1.5.5 Phụ gia tăng trắng

Chất tăng trắng quang học OBA: Hấp phụ ánh sang cực tím và phản chiếu

nó thành màu hơi xanh Vì vậy trông giấy trắng hơn khi được đưa ra ngoài ánh sáng

Theo tính chất, các chất OBA là thuốc nhuộm trực tiếp dạng anion Chúng

có thể tạo liên kết hydron, và có thể liên kết trực tiếp với xơ sợi xenlulôza mà không cần chất chất trợ bảo lưu dạng cation manh nhưng vẫn cần tránh chất có tínhcation mạnh như nhôm vì chúng có tác động ngược lại tới các tính chất huỳnh quang và làm giảm độ trắng

1.5.6 Các phụ gia khác (một số phụ gia trong tráng phủ)

Chất phân tán:

Gồm tetra pyrophotphat, silicat, muối Na của một số axit hữu cơ Các chấtnày có tác dụng làm cho keo phân bố đồng đều trong toàn bộ hỗn hợp phủ Có nhưvậy quá trình phủ mới phát huy tác dụng

Chất chống tạo bọt:

Trong quá trình chuẩn bị hỗn hợp phủ, do trong thành phần của chúng cócác chất có sức căng bề mặt lớn nên dễ tạo thành bọt, gây bất lợi cho quá trình hìnhthành tờ giấy có độ nhẵn mịn và tính cảm quan, vì vậy việc cho các chất chống tạobọt là cần thiết

Chất bảo quản:

Vì nhiều lý do mà có thể hỗn hợp phủ chưa được sử dụng ngay, muốn đảmbảo chất lượng của nó trong thời gian nhất định ta cần cho vào đó các chất bảoquản

Chất điều chỉnh độ nhớt:

Hỗn hợp phủ khi phủ lên bề mặt giấy phải dàn trải thật đều trên bề mặt giấy.Muốn vậy chúng phải có độ nhớt nhất định để có thể dàn đều trên bề mặt giây mộtcách dễ dàng

Chất tăng trắng:

Tùy yêu cầu về độ trắng của sản phẩm mà cho chất tăng trắng hay không vàliều lượng phù hợp Trong hỗn hợp phủ ta đã sử dụng CaCO3 thực tế cũng đã làmtăng độ trắng của giấy lên Trong nhiều trường hợp khi không yêu cầu cao về độ

trắng thì chỉ cần lượng CaCO3 trong thành phần hỗn hợp phủ cũng đủ đảm bảo độtrắng yêu cầu mà không cần phải bổ sung thêm bất kỳ chất tăng trắng nào.

Tác động cơ học gồm: lực cắt, lực xé, lực va đập của các lưỡi dao lên xơ sợi, lực masát giữa xơ sợi với nhau và với thành thiết bị

Tác động thuỷ động học gồm: lực nén ép thuỷ động, tạo nên lực xé gián tiếp đối với xơsợi

Dưới tác động của các lực này trong môi trường nước, xơ sợi cũng như những tính chất

lý hóa của chúng sẽ bị biến đổi rất nhiều cụ thể là chúng sẽ bị cắt ngắn, bị trương nở, bịhydrat hóa và bị phân tơ chổi hóa Do những biến đổi này mà xơ sợi được dẻo hơn, mịnhơn, độ linh động cao hơn, diện tích tiếp xúc bề mặt tăng lên, tạo nên những tính chất đặcbiệt cho tờ giấy trong quá trình hình thành tờ giấy

1.6.1.1.Các hiện tượng xảy ra trong quá trình hình thành tờ giấy

Như đã nêu ở trên, khi trải qua qua trình nghiền, xơ sợi trải qua ba quá trình: cắt –trương nở - phân tơ chổi hóa Trong quá trình xơ sợi tuần hoàn, chúng sẽ lần lượt trải qua

a b

vùng khe hẹp giữa hai dao Tuỳ vị trí tương đối giữa hai dao mà sự tác động lên xơ sợi làkhác nhau

a Ứng với vị trí tiếp xúc giữa hai dao là bé nhất

b Ứng với vị trí tiếp xúc giữa hai dao là lớn nhất

Gọi P là áp lực nghiền do lô dao khi quay tạo ra Ta có áp lực nghiền riêng phần tạitừng vị trí a, b tương ứng là:

Sau khi chổi hoá, xơ sợi tiếp tục tuần hoàn Một số xơ sợi tiếp tục bị tách dọc tạo thànhnhững bó xơ sợi nhỏ hơn (phía đầu vẫn có hiện tượng bị phân tơ chổi hóa)

Xơ sợi khi bị phân tơ chổi hóa, lớp vỏ bên ngoài (lignin) bị dập nát và bong ra, nước cóđiều kiện tấn công vào đại phân tử xenluloza và tạo thành lớp vỏ solvat bao quanh các

liên kết O – H giữa các đại phân tử xenluloza và làm yếu đi các liên kết này Kết quả làxenluloza bị trương lên.

Kết quả của quá trình trương, cho các xơ sợi có nhóm O – H tự do trên bề mặt Chính

sự xuất hiện của các nhóm O – H tự do này mà nước được hấp thụ lên bề mặt xơ sợi Lúc

đó xơ sợi đã mảnh hơn, hai đầu được phân tơ chổi hóa, đồng thời bề mặt lại có nước nênchúng trở nên trơn nhớt và mềm (1 nhóm -OH tự do có khả năng hấp thụ được 4 phân tửnước lên bề mặt nó) Đây chính là cơ sở tạo nên độ bền của tờ giấy

Cơ chế của quá trình trương có thể được biểu diễn như sau:

HO

HH

HHH

HOHOHO

HH

và độ thấu khí của giấy tăng lên.

Vậy với giấy in có độ xốp, độ rỗng, độ hút nước cao, cần nghiền ở áp lực nghiền riêngcao Mặt khác, giấy in cấp 1 cũng cần có độ bền để có thể đáp ứng được cho máy in tốc

độ cao Muốn vậy cần chọn quy trình thay đổi áp lực nghiền từ từ (thời gian nghiền kéodài)

b Thời gian nghiền

Khi xét tới ảnh hưởng của thời gian nghiền còn phải xét tới nhiều yếu tố khác nữanhưng nói chung khi thời gian nghiền tăng thì độ nghiền tăng Độ dài bình quân thớ giảmxuống do quá trình cắt luôn tăng

2

t (phút)

oSRmm

ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐỘ NGHIỀN VÀO THỜI GIAN NGHIỀN

Nhận xét: Thời gian nghiền tăng thì độ nghiền tăng nhưng tăng không đều Thời gian

đầu, độ nghiền tăng rất nhanh, nhưng nửa giai đoạn sau, độ nghiền tăng chậm dần

Nguyên nhân là do: Trong giai đoạn đầu, cả ba quá trình cắt, trương, phân tơ chổi hóa,đều xảy ra tương đối mạnh Đến giai đoạn sau, khả năng phân tơ chổi hóa gần đạt đếntrạng thái bão hòa, khả năng trương tăng chậm Còn quá trình cắt tiếp tục tăng nhưng chịuảnh hưởng của hai quá trình kia nên quá trình cắt cũng tăng chậm Kết quả là, độ nghiềntăng chậm

Thời gian nghiền có thể thay đổi từ vài phút đến vài ngày tuỳ thuộc loại nghiền Thờigian nghiền còn phụ thuộc nhiều vào quy trình thay đổi áp lực trong quá trình nghiền: tốc

độ thay đổi áp lực nghiền chậm thì thời gian nghiền dài và ngược lại Sự phụ thuộc này cóthể được biểu diễn qua đồ thị dưới đây

1: to= 20oCoSR

Mỗi loại máy nghiền có một nồng độ nghiền tối ưu: Nồng độ nghiền tối ưu đối với máynghiền gián đoạn là 5 - 6% ; đối với máy nghiền côn là 3 – 3,5 %; đối với máy nghiền đĩa

là 4 - 5%

Thực tế máy nghiền làm việc ở nồng độ thấp hơn để dễ dàng đạt độ nghiền cần thiết.Khi nghiền ở nồng độ cao, xơ sợi bị phân tơ chổi hóa mạnh hơn, ít bị cắt ngắn hơn, bộtnhuyễn hơn Độ bền kéo của bột tăng lên Khi nghiền ở nồng độ thấp, xơ sợi dễ cắt ngắn,phân tơ chổi hóa hạn chế Bột thu được có chiều dài xơ sợi ngắn hơn

Để máy nghiền có năng suất cao thường nghiền với nồng độ cao đến mức có thể.Nghiền với nồng độ thấp không những giảm năng suất máy nghiền mà còn tiêu tốn điệnnăng

d Nhiệt độ nghiền.

Sự gia tăng nhiệt độ nghiền là điều không có lợi trong quá trình nghiền Quá trìnhtrương nở bột là quá trình tỏa nhiệt nên ở nhiệt độ thấp, sự trương nở, sự thuỷ hóa của xơsợi sẽ mạnh hơn Xơ sợi sẽ phân tơ chổi hóa và hóa dẻo tốt hơn

- Nhiệt độ nghiền cao, thời gian nghiền kéo dài, xơ sợi dễ bị cắt ngắn, độ xốp, độrỗng, độ hút nước của giấy tăng

- Nhiệt độ nghiền thấp: thời gian nghiền giảm, do đó giảm tiêu tốn điện năng, nângcao độ bền của giấy

Ngoài ra nhiệt độ tăng còn kéo theo sự kết tụ của các hạt nhựa làm giảm hiệu quả giakeo và gây ra những khó khăn do keo tụ trong quá trình xeo giấy