Đang tải... (xem toàn văn)
Kỹ thuật sản xuất cellulose và giấy, đề ôn thi giữa kì của đại học tôn đức thắng môn giấy cellulose khoa khoa học ứng dụng ngành kỹ thuật hóa học, sinh viên Nguyễn Thị Kim Lụa MSSV 61702152 khóa 21 học kì 1 năm 20202021 gồm 2 chương là tính chất của vật liệu làm giấy cellulose , chương 2 là các phương pháp sản xuất bột giấy
CHƯƠNG 1: Tính chất vật liệu làm giấy - cellulose Giấy sản phẩm xơ sợi cellulose có dạng tấm, sợi phần sợi liên kết với tạo mạng không gian ba chiều Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất giấy Vật liệu gỗ - cấu trúc vĩ mô Cấu tạo mặt cắt thân Vỏ (bark) Tầng phát sinh (cambium) Phần gỗ Dác gỗ (sapwood): Chủ yếu tế bào chết, tế bào sống (nhu mô) Lõi gỗ (heartwood): Làm khung đỡ (tế bào chết), chứa chất nhựa hữu cơ, độc tính với vi khuẩn Tủy gỗ (pith) tạo cịn nhỏ sau khơng phát triển Cấu trúc vi mô gỗ - Các tế bào gỗ Phân loại theo hình dạng Parenchym: ngắn, tiết diện ngang hình chử nhật đa giác Giữ vai trò dự trữ; số giữ vai trò dẫn nhựa theo hướng ngang Tracheid: Dẫn nhựa dọc theo thân chống đở Prosenchym: mảnh, dài hai đầu thon dần, hỗ trợ chống đở cho tế bào parenchym Vessel (dạng ống), dạng sợi (fiber), Cấu trúc vi mô gỗ Phân loại theo chức Tế bào dẫn nhựa Tế bào chống đở Tế bào dự trữ dinh dưỡng tế bào parenchym thành mỏng Tế bào chịu lực (tế bào thớ - tracheid): Tế bào chết trưởng thành, dạng sợi, hình thoi dài (2 – mm) nối tiếp dọc theo thân cây, đầu kín, thành dày Tế bào dẫn (ống - vessel): hình ống, rỗng, dài thẳng đứng; đầu mút mở, xếp chồng lên thành ống thông suốt, vận chuyển nước dinh dưỡng từ rễ dọc theo thân Cấu tạo thành tế bào (tường tế bào) Thành tế bào cấu tạo cấu trúc đại phân tử celluloz liên kết với tạo thành mixen, mixen kết tạo thành microfibril (10- 20 nm), khoảng 250 microfibril (vi sợi) lại tạo thành macrofibril Hemicelluloz nằm tiếp cận với bó celluloz Lignin tập trung lớp liên kết giửa tế bào Càng vào tế bào hàm lượng lignin giảm Cấu tạo thành tế bào Giữa tế bào lớp trung gian có hàm lượng lignin cao nhằm liên kết tế bào với Lớp sơ cấp: mỏng với độ dày 0.1 – 0.2 µm tạo thành từ celluoloz, hemicelluloz lignin Lignin đóng vai trị chất liên kết Hàm lượng lignin cao Lớp thứ cấp: chia thành lớp Lớp S1: dày 0.2 – 0.3 µm Các bó mạch xếp theo kiêu xoắn ốc trái phải tạo thành góc 50 – 700 so với truc sợi Lớp S2: lớp chính, chiều dày 1µm (gỗ kim) µm (gỗ rộng) Xếp theo kiểu xoắn ốc tạo thành góc 100 (gỗ giác) 20 – 300 (gỗ lõi), có hàng trăm tầng bó mạch, ảnh hưởng lớn đến tính chất xơ sợi giấy Lớp S3: dày 0.1 µm xếp xoắn ốc, góc xoắn 50 – 90o Thành phần hóa học gỗ Carbohydrat Cellulose, hemicellulose, pectin, tinh bột, Cellulose chủ yếu chim ẵ lng g Polysaccharid chim ắ lượng gỗ Hợp chất phenol Lignin chủ yếu (Gỗ trưởng thành có 20 – 30 % lignin) Một số phenol tan acid hay baz Một số phenol tan nước: màu, lignan, tanin, chất trích ly, Có ảnh hưởng khơng tốt đến trình sản xuất giấy Tecpen tecpenoic: có gỗ mềm Các chất béo, rượu, protein Các chất vơ Tính chất đặc trưng gỗ Hút ẩm: H2O dạng liên kết, tự Khơng đẳng hướng: tính chất, cấu trúc khác tùy thuộc vào hướng Co rút trương phồng: tùy theo hướng khoảng cách Tỷ trọng (density), khối lượng riêng: Liên quan đến tính chất gỗ Hàm lượng ẩm Độ dày thành tế bào Loại tế bào Tính lý: kéo dãn, nén, kéo căng, cứng, dai, co dãn Gỗ mềm: độ nén tốt Gỗ cứng: độ kéo căng tốt Tính dẫn nhiệt Tính dẫn điện Ảnh hưởng cấu trúc xơ sợi đến chất lượng giấy Chiều dài xơ sợi: phải có kích thước đủ dài sợi để có độ bền lý tốt, điển hình độ kháng xé Bề dày thành tế bào: Tế bào sợi gỗ mềm có thành mỏng mềm mại trình tạo hình tờ giấy Những tế bào sợi có thành dày khơng mềm mại khơng thuận lợi cho trình tạo liên kết tạo hình Giấy làm từ tế bào có thành dày, có xu hướng tạo tờ giấy có cấu trúc xốp, dầy có tính thấm hút, độ kháng xé cao độ bền nén độ bền kéo Tỉ lệ chiều dài sợi bề dày thành sợi số dùng để mềm mại tương đối sợi CHƯƠNG 2: Các phương pháp sản xuất bột giấy Giới thiệu phương pháp sản xuất bột giấy • Là q trình tách sợi cellulose khỏi cấu trúc gỗ • Q trình dựa sở làm mềm, hòa tan lignin chất kết dính sợi celluloz cấu trúc gỗ, đồng bó sợi nước thành dạng huyền phù • Quá trình thực tác động yếu tố: Cơ học: bột (Mechanical pulp) Hoá chất: bột hoá (Chemical pulp) Cơ học kết hợp với hoá chất: bột bán hoá (CMP) Cơ học kết hợp với yếu tố nhiệt, hoá chất, Một số trình sản xuất bột Cấu trúc vùng tế bào bị phân hủy khác sử dụng phương pháp khác Lớp tường tế bào bong ra, sợi tăng tính mềm mại, đàn hồi Hiệu suất 80 – 95% từ gỗ, tách lignin khơng hồn tồn Giấy có định lượng thấp Giấy có tính chất lý khơng giấy sản xuất từ bột hóa, Bề mặt khơng mịn bột hóa Địi hỏi ngun liệu gỗ chất lượng cao, tiêu tốn nhiều lượng điện Sử dụng phương pháp kết hợp: nhiệt cơ, hóa cơ,… Phạm vi sử dụng lớn: in báo, tạp chí, giấy vệ sinh, dán tường, bao bì, bao gói thực phẩm,… Xu hướng phát triển nhanh, chiếm 20% sản xuất bột Quy trình tổng quát sản xuất bột Phương pháp SGW (Stone Ground Wood) Cấu tạo thiết bị mài : Cối mài: bề mặt xốp, cứng composit hay gốm sứ Đá mài gắn lô đúc bê tông Nước phun liên tục để làm nguội rửa lô tránh nhiệt làm giảm chất lượng bột (cháy bột) tuổi thọ lô Nhiệt độ trì từ 60 – 90oC Đặc tính bột giấy mài: Độ bền thấp so với bột sulfit sulfat Dễ hồi màu Độ mờ đục cao, khả thóat nước, tính đàn hồi, khả hấp thu mực in tốt Phù hợp với giấy báo, sách thô, giấy vẽ thô, giấy vệ sinh, giấy lau, dán tường, bìa Chi phí thấp Bột hóa nhiệt CTMP (Chemical ThermoMachenical Pulp) Dăm gỗ xử lý trước với hóa chất, > 100oC Hóa chất sử dụng: NaOH, NaOH - Na2SO3, NaOH- H2O2 pH thích hợp để khơng ảnh hưởng đến độ trắng giấy Phân rã sợi máy nghiền đĩa áp suất cao áp suất khí l Hiệu suất 91 – 96% So với bột TMP bột CTMP có: Hiệu suất bột thấp Hàm lượng sợi dài cao gỗ vụn thấp Tính lý chiều dài đứt, số va đập, xé rách tốt Khả tẩy trắng tốt Hệ số tán xạ giảm, độ che phủ thấp Bột CTMP thay cho bột hóa số loại giấy in, viết Cơng nghệ sản xuất gây số bất lợi cho mơi trường PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT BỘT KRAFT •Phương pháp sử dụng kết hợp NaOH Na2S pH > 12, nhiệt độ từ 160 – 1800C tương ứng áp suất 800 KPa, thời gian từ 0.5 – •Phương pháp cho bột có độ bền cao, hiệu suất thấp khó tẩy bột sulfit Khí xả có mùi gây nhiểm •Các thơng số cơng nghệ Loại gỗ, hình dạng dăm gỗ Tỉ lệ kiềm hiệu / khối lượng gỗ Nồng độ kiềm hiệu Tỉ lệ dịch / gỗ Độ lưu huỳnh Chỉ số H Nguyên tắc •Làm mềm lignin tách xơ sợi phương pháp nấu gỗ với dung dịch NaOH Na2S nhiệt độ cao •Phân rã, hịa tan nhiều lignin tốt •Bảo vệ nhiều cellulose hemicellulose tốt So sánh trình nấu bột SẢN XUẤT BỘT GIẤY TỪ GIẤY THU HỒI • Giấy thu hồi Giấy qua lần sử dụng Giấy vụn, đứt, giấy không đạt tiêu chuẩn từ nhà máy giấy Nguyên liệu hạng hai (xơ sợi bị lão hố phần) • Bột giấy thu hồi Phối trộn với loại bột khác để làm giấy Sản xuất giấy báo: sử dụng 10 -15% cho độ đồng cao, in tốt, giảm tượng đứt giấy • Ưu điểm: Giá rẻ, tốn lượng nghiền Tiết kiệm tài nguyên gỗ từ rừng • Nhược điểm: Bùn thải từ trình khử mực (~15 %)? Tận dụng nhiệt lượng khí thải? Chất kết dính gây tượng Keo dính trục Lưới xeo • Các vấn đề thu gom giấy thu hồi Hệ thống thiết bị thu gom phân loại sơ từ đầu vào Phân loại: thủ cơng Đóng gói, vận chuyển Tồn trữ Ảnh hưởng thời gian Ảnh hưởng thời tiết Tính chất lý giấy Độ bám mực Hiệu suất bột • Q trình tuyển Sử dụng bọt khí kết nối với hạt tạp chất chuyển chúng đến bề mặt huyền phù bột Ví dụ: Khử mực q trình tuyển chọn lọc • Cơ chế tuyển tách mực Sợi bị trương nở trình đánh tơi Phá hủy lớp mực in Hạt mực bị cắt nhỏ Liên kết hóa học bị lỏng Khơng khí đựợc đưa vào huyền phù tạo bọt khí Chất rắn kỵ nước dễ bám vào bọt khí Bọt khí mang chất bẩn di chuyển đến bề mặt thoáng huyền phù bột dễ bị loại bỏ Một bọt khí bắt giữ nhiều hạt rắn lơ lửng • Các yếu tố ảnh hưởng trình khử mực Kích thước tạp chất, hạt mực Số lượng, kích thước bọt khí Sự va chạm, kết nối tạp chất, mực với bọt khí Sự di chuyển bọt khí lên bề mặt thoáng Loại bỏ váng bọt mang tạp chất mực Hàm lượng chất CHĐBM Cho vào bột trước vào thiết bị tuyển Phân tán tách hạt mực khỏi xơ sợi 10 Làm giảm sức căng bề mặt tăng khả tạo bọt nước 11
