BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN ĐĂNG TOÀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN NẤU VÀ LOẠI GỖ ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH AXIT HEXENURONIC TRONG QUÁ TRÌNH BỘT GIẤY KRAFT LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ XENLULOZA – GIẤY Hà Nội, 2007 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN ĐĂNG TOÀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN NẤU VÀ LOẠI GỖ ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH AXIT HEXENURONIC TRONG QUÁ TRÌNH BỘT GIẤY KRAFT LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CƠNG NGHỆ XENLULOZA – GIẤY NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS DOÃN THÁI HềA H Ni, 2007 Lời nói đầu Ngành Công nghệ Hoá học đà ứng dụng rộng rÃi nhiều lĩnh vực khác ngày có nhiều đóng góp có ý nghĩa cho phát triển kinh tế quốc dân nâng cao đời sống cộng đồng Việc nghiên cứu ứng dụng kiến thức Công nghệ Hoá học vào ngành nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng hiệu sản xuất kinh doanh việc bảo vệ môi trường ngày nhà khoa học nhà quản lý quan tâm Ngành Công nghiệp sản xuất Bột giấy Giấy sản xuất sản phẩm bao gồm Bột giấy loại Giấy phục vụ nhu cầu tiêu dùng xà hội Hiện nhà nước khuyến khích mở rộng đầu tư xây dựng nhiều nhà máy sản xuất Bột giấy Giấy để đáp ứng nhu cầu xà hội ngày cao xuất sản phẩm Chính vậy, việc đầu tư nghiên cứu ứng dụng Công nghệ Hoá học vào ngành Giấy để đảm bảo quản lý tốt trình công nghệ nhiều người quan tâm Theo định Trung tâm đào tạo sau đại học, đồng ý Ban chủ nhiệm khoa Công nghệ Hoá học môn Công nghệ Xenluloza v Giấy - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đà giao đề tài luận văn thạc sĩ với nội dung: "Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện nấu loại gỗ đến hình thành axít hexenuronic trình nấu bột giấy kraft" Luận văn đà thực hoàn thành sở kiến thức lý thuyết đà học, thông qua hệ thống thực nghiệm tiến hành phòng thí nghiệm, kết hợp với ứng dụng công nghệ thông tin nghiên cứu khoa học Để thực đề tài này, đà hướng dẫn trực tiếp PGS.TS DoÃn Thái Hoà, giúp đỡ thầy giáo, cô giáo môn Công nghệ Xenluloza Giấy, khoa Công nghệ Hoá học, bạn bè đồng nghiệp, giúp đỡ cán kü tht cđa Tỉng c«ng ty GiÊy ViƯt Nam, cđa Ban giám hiệu khoa Công nghệ sản xuất Bột giấy Giấy trường Cao đẳng nghề Công nghệ Giấy Cơ điện Rất mong góp ý chân thành người quan tâm tới đề tài để việc nghiên cứu đề tài hoàn chỉnh Xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo, bạn bè đồng nghiệp đơn vị đà giúp đỡ hoàn thành đề tài này./ Danh mục hình Hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 7.1 7.2 7.3 7.4 Nội dung Thành phần hoá học gỗ Sơ đồ khái quát trình sản xuất bột giấy kraft Phản ứng bào mòn "peeling" Hàm lượng lignin lại bột theo thời gian nấu Hàm lượng hemixenluloza lại bột theo thời gian nấu Các giai đoạn hoà tan lignin trình nấu kraft Tương quan phản ứng hoà tan lignin xenluloza Động học phản ứng bào mòn hemixenluloza giai đoạn khơi mào Cấu trúc Glucuronoxylan Sự chuyển hoá 4-O-metylglucuronoxylan thành hexenuroxylan nấu bột kraft Sự đồng phân hoá biến đổi 4-Omethylglucuronoxylose dung dịch NaOH 1M ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến biến đổi nhóm metoxy 4-O-metylglucuronoxylan dung dịch NaOH 1,55M nhiệt độ khác Chức nhóm HexA gắn với xylan Cơ chế thoái biến HexA trình nấu kiềm Sự biến đổi HexA trình thủy phân axit Mối liên hệ hàm lượng HexA với thời gian nấu, mức dùng kiềm nhiệt độ Hình ảnh mô tả đóng góp chất trị số kappa Thiết bÞ nåi nÊu bét giÊy phơc vơ thÝ nghiƯm HƯ thèng ®iỊu khiĨn nåi nÊu bét phơc vơ thÝ nghiƯm Màn hình điều khiển nồi nấu bột giấy Thiết bị đánh tơi bột Trang 10 13 16 16 17 17 19 23 25 26 27 28 28 29 30 32 73 73 74 74 Danh mục bảng B¶ng 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 Nội dung Bảng mức biến thiên trình nấu thực nghiệm Kế hoạch thực nghiệm bậc I cho hàm mục tiêu Y j Kế hoạch thực nghiệm trực giao bậc II Kết tính toán kiểm tra tính có nghĩa hệ số Kết thực nghiệm bậc I cho hàm mục tiêu hiệu suất Kết tính to¸n kiĨm tra tÝnh cã nghÜa cđa c¸c hƯ sè Kết thực nghiệm bậc I cho hàm mục tiêu HexA Kết thực nghiệm bậc II cho hàm mục tiêu HexA Kết tính toán kiểm tra tính có nghĩa hệ số phương trình bậc II hàm mục tiêu HexA Kết thực nghiệm bậc I cho hàm mục tiêu tàn kiềm Kết tính toán kiĨm tra tÝnh cã nghÜa cđa c¸c hƯ sè phương trình hàm mục tiêu tàn kiềm Kết thực nghiệm bậc I cho hàm mục tiêu trị số kappa Kết tính toán kiểm tra tính có nghĩa hệ số phương trình hàm mục tiêu trị số kappa Kết thực nghiệm bậc I cho hàm mục tiêu độ nhớt Kết tính toán kiểm tra tính có nghĩa hệ số phương trình hàm mục tiêu độ nhớt Kết thí nghiệm nấu bột kraft loại gỗ keo bạch đàn ë 1700C, thêi gian nÊu 100 vµ møc dïng kiềm 21% Bảng tổng hợp kết thực nghiệm nấu bột kraft Kết chạy chương trình tìm số chÕ ®é nÊu tèi u KiĨm tra thùc nghiƯm mét sè chÕ ®é nÊu tèi u Trang 37 38 41 43 44 46 47 49 50 54 55 57 58 60 61 63 64 67 69 Mở đầu Trong trình nấu bột giấy kraft, lignin v phần hydrat cacbon bị phân huỷ Trong số hydratcacbon bị phân huỷ có xylan bị phân huỷ tạo thành axit hexenuronic (HexA) Hàm lượng HexA bột yếu tố quan trọng trình sản xuất bột giấy kraft, ảnh hưởng đến trình gia công đến tính chất sản phẩm giấy Lượng HexA có bột có liên quan đến tiêu hao hoá chất dùng cho tẩy trắng bột có ảnh hưởng đến môi trường Điều buộc nhà công nghệ phải phát triển cách để loại trừ HexA bột; vừa giải vấn ®Ị kinh tÕ cịng nh vÊn ®Ị « nhiƠm m«i trường ổn định mặt công nghệ Ngoài HexA có bột ảnh hưởng đến độ håi mµu cđa giÊy thµnh phÈm Cã nhiỊu u tè ảnh hưởng đến chất lượng bột giấy trình nấu bột kraft có ảnh hưởng đến hình thành HexA bột sau nấu Chúng ta làm giảm bớt hàm lượng HexA bột kraft chưa tẩy trắng cách điều chỉnh hợp lý điều kiện nấu Việc sử dụng lượng kiềm hữu hiệu cao, nhiệt độ nấu cao thời gian nấu cao bình thường cho hàm lượng HexA thấp, nhiên ảnh hưởng đến thông số khác bột sau nấu Sự kết hợp yếu tố bột sau nấu có đặc tính tối ưu cần thiết Để đạt nồng độ HexA thấp, cần xem xét đến tham số nấu kết hợp chúng với bao gồm hóa chất nÊu, nhiƯt ®é nÊu, thêi gian nÊu Sù lùa chọn xác tuỳ thuộc vào nguyên liệu thô, điều kiện xử lý, yêu cầu trình nấu đặc biệt trị số kappa, hiệu suất bột độ nhớt Trên giới, đà có số công trình nghiên cứu hình thành HexA trình nấu bột giấy kraft ảnh hưởng HexA đến tính chất bột giấy giấy [9], [10], [14] Nói chung nghiên cứu đà cho thấy ảnh hưởng điều kiện nấu đến hàm lượng HexA bột sau nấu, sở lập đồ thị biến thiên số liệu thu để đánh giá ảnh hưởng điều kiện nấu đến hình thành HexA trình nấu bột giấy kraft Việt Nam, nghiên cứu HexA trình nấu bột giấy kraft Tìm mối liên hệ điều kiện nấu hàm lượng HexA bột kraft sau nấu điều kiện thực tế Việt Nam cần thiết nhằm điều chỉnh chế độ nấu phù hợp, đáp ứng yêu cầu kinh tế, kỹ thuật môi trường trình sản xuất Bột giấy Giấy Mục tiêu nghiên cứu - Khảo sát ảnh hưởng điều kiện nấu khác loại gỗ đến hình thành HexA trình nấu bột kraft - Phân tích thành phần HexA loại bột kraft với chế độ nấu khác - Lập phương trình mô tả phụ thuộc hiệu suất nấu, hàm lượng axit hexenuronic bột, trị số kappa, độ nhớt bột, tàn kiềm sau nấu với thông số nấu - Tìm hiểu ảnh hưởng hình thành HexA đến hiệu suất, độ nhớt bột - Lập chương trình quản lý trình nấu bột giấy kraft cho gỗ bạch đàn Phạm vi nghiên cứu Luận văn xác định hiệu suất sau nấu, phân tích hàm lượng HexA thông số khác bột giấy kraft từ gỗ bạch đàn với điều kiện nấu khác Một loại gỗ khác keo dùng phổ biến sản xt bét giÊy vµ giÊy ë níc ta hiƯn nghiên cứu để thấy ảnh hưởng loại gỗ đến hình thành HexA trình nấu bột giấy kraft Nghiên cứu nằm phạm vi nấu bột giấy kraft để sản xuất bột tẩy trắng sản xuất loại giấy viết, giấy in Quá trình nấu thực phòng thí nghiệm dựa sở nấu kraft thông thường Mức dïng kiỊm tÝnh to¸n thÝ nghiƯm bao gåm tỉng lượng kiềm thực tế cho vào lượng kiềm thu hồi từ dịch đen Các tính chất của bột sau nấu gỗ cứng kiểm tra, chuẩn độ phân tích đánh giá Tất bước tiến hành thực theo tiêu chuẩn Các phân tích tính toán xác định hàm lượng HexA thực theo phương pháp HUT Trên sở số liệu thực nghiệm, với công cụ nghiên cứu phương pháp kế hoạch hoá thực nghiệm kÕ ho¹ch hai møc tèi u bËc mét, kÕ ho¹ch trùc giao bËc hai cđa Box - Wilson ®Ĩ xÐt ảnh hưởng thông số đầu vào nhiệt độ nấu, mức dùng kiềm thời gian nấu ®Õn c¸c tÝnh chÊt cđa bét giÊy sau nÊu nh hàm lượng HexA, hiệu suất bột, tàn kiềm, độ nhớt trị số kappa bột Dựa vào phương trình thực nghiệm này, với công cụ hệ quản trị sở liệu Microsofft access ngôn ngữ lập trình Pascal, đề tài lập chương trình quản lý trình nấu bột giấy kraft cho loại nguyên liệu dùng phổ biến gỗ bạch đàn với chức là: + Chọn chế độ nấu tối ưu sở yêu cầu đầu hàm lượng axit hexenuronic bột + Tính toán thông số chất lượng bột sau nấu sở liệu thông số đầu vào trình nấu Chương Tổng quan 1.1 Thành phần hoá học gỗ Trong gỗ có thành phần cấu trúc lµ hydrat cacbon vµ lignin Trong hydrat cacbon cã xenluloza hemixenluloza, chúng khác khối lượng phân tử, vỊ cÊu tróc, vỊ tÝnh chÊt ho¸ häc CÊu trúc, hàm lượng phân bổ thành phần gỗ thay đổi tuỳ vào loại nguyên liệu, vào vị trí cây, vị trí lớp thành tế bào Tổng quát, gỗ có chứa 60-80% hydrat cacbon gồm xenluloza hemixenluloza, thành phần bột giấy 20-40% hợp chất phênolic - gồm có lignin, chất nhựa chất mang màu Thông thường gỗ mềm chứa khoảng 25-30% lignin, gỗ cứng chứa khoảng 20% thành phần chủ yếu gây khó khăn cho trình sản xuất bột giấy Phần lại chất nhựa (1-5%), prôtêin (1%), chất vô (0,5-5%) Có thể tóm tắt thành phần hoá học gỗ theo sơ đồ sau: Gỗ Lignin 18 - 30% Hydrat cacbon Xenluloza 45-50% ChÊt trÝch ly (Terpen, axit nhùa 2-8%) Hemixenluloza 25 - 35% Hình 1.1 Thành phần hoá học gỗ 64 kappa thấp hàm lượng HexA thấp đảm bảo việc sử dụng hoá chất cho giai đoạn tẩy hơn, độ ổn định bột tốt Đồng thời độ nhớt bột sau nấu gỗ keo cao cao so với gỗ bạch đàn cho thấy chất lượng bột tốt Nhưng thực tế việc sử dụng gỗ keo làm nguyên liệu sản xuất bột giấy gặp số khó khăn trình chế biến hàm lượng chất nhựa gỗ keo cao làm cản trở trình gia công Vì trình sản xuất nhà máy bột thường phối trộn loại nguyên liệu theo tỉ lệ hợp lý để đảm bảo trình sản xuất thuận lợi 3.7 Tổng hợp kết thực nghiệm 18 70 24 70 18 70 180 49,41 48,33 15,8 24 70 180 18 130 160 52,95 51,83 24,5 24 130 160 18 130 180 24 I II III K 21 160 50,05 49,35 16,0 45,9 49,5 47,4 45,08 48,75 46,25 130 180 43,88 43,26 10,9 14,2 14,5 9,1 67,3 49,5 24,9 53,0 49,8 51,1 18,8 100 170 50,35 49,05 17,1 54,2 21 100 170 49,83 48,62 16,7 55,9 21 100 170 21 100 170 49,2 52,9 48,4 51,8 16,5 15,3 53,3 39,4 6,2 6,8 5,8 3,2 6,8 5,9 5,6 2,3 6,5 24,9 42,5 36,7 29,4 27,7 41,5 38,6 25,3 38,0 6,4 38,3 6,4 38,8 4,3 28,1 1,8 11,9 1,2 10,6 1,1 11,2 0,5 9,7 6,3 6,2 5,9 6,9 Kappa Lignin HexA(% trị số k ) Tàn kiềm, g/l Kappa HexA 58,1 § é nhít, ml/g 160 54,45 53,10 27,3 HexA mmol/kg TrÞ sè kappa MÉu bét HiƯu st bét sau sàng,% Mức dùng kiềm, % Thời gian, phút Nhiệt độ nấu, c Hiệu suất bột trước sàng,% Bảng 3.14: Bảng tổng hợp kết thực nghiệm nấu bột kraft (K: gỗ keo) 21 8,8 10 7,2 18,3 8,3 8,9 6,8 10,6 10,3 10,1 9,3 738 603 640 324 667 563 593 249 556 539 544 590 So s¸nh sù biến đổi HexA mẫu số liệu bảng 3.14 ta thấy ảnh hưởng yếu tố nấu đến hàm lượng HexA bột Hàm lượng HexA mẫu nhỏ mẫu mẫu lại lớn mẫu Điều cho thấy nhiệt độ cao biến đổi HexA tăng nhanh 65 mức độ biến đổi cđa xylan so víi ë nhiƯt ®é thÊp, tøc ảnh hưởng nhiệt độ đến biến đổi HexA lớn Thế xét đến mẫu số mẫu số ta thấy ảnh hëng cđa thêi gian nÊu kÐo dµi cịng thĨ hiƯn rõ Trong thời gian bắt đầu trình nấu, xylan biến đổi tạo thành HexA tỉ lệ thành phần chất ngược nhau: hàm lượng xylan liên tục giảm hàm lượng HexA liên tục tăng Đến thời điểm định, tốc độ biến đổi xylan bắt đầu giảm dần nồng độ giảm biến đổi HexA lại tăng lên nồng độ tăng Với viƯc kÐo dµi cđa thêi gian (mÉu 1,2 so víi mẫu 5,6 60 phút) điều kiện có nồng độ kiềm cao giúp cho hàm lượng HexA bột giảm rõ rệt Theo số liệu đà tổng hợp ta thấy mẫu bột sau nấu có trị số kappa cao thông thường có hàm lượng HexA cao trị số kappa thấp có hàm lượng HexA thấp Tất mẫu có giảm trị số kappa sau thuỷ phân mẫu bột axit, giá trị giảm (Kappa) cho thấy khác trị số kappa bột đo trước sau thuỷ phân Đồng thời nhận thấy có liên hệ việc giảm trị số kappa sau thủy phân hàm lượng HexA có bột Chính thuỷ phân HexA câu trả lời trực tiếp cho giảm trị số kappa đóng góp HexA vào trị số kappa bột quan trọng đáng kể Hơn khử lignin tiếp tục trị số kappa thấp không cần thiết giành giảm trị số kappa nhỏ Hàm lượng HexA có liên hệ tuyến tính với giảm trị số kappa thuỷ phân HexA Sự đóng góp HexA cho trị số kappa tổng mẫu tính toán 10 mmol HexA/kg bột tương đương từ 0,95 đến 1,2 đơn vị kappa Hàm lượng lignin đơn vị kappa tính toán việc loại trừ trị số kappa HexA từ việc đo trị số kappa Đơn vị mmol/kg bột khô tuyệt đối sử dụng để mô tả HexA 66 3.7 Thiết kế chương trình quản lý trình nấu bột giấy kraft cho gỗ bạch đàn 3.7.1 Giới thiệu công cụ thiết kế chương trình Chương trình thiết kế hệ quản trị sở liệu Microsoft Access Việc lựa chọn Microsoft Access làm công cụ thiết kế chương trình số lý sau: + Khả đảm bảo tính toàn vẹn liệu Access cao + Access đảm bảo thao tác liệu, tính toán xử lý số liệu + Access cho phép tạo giao diện nhanh, đẹp, thuận tiện + Access quan hƯ réng r·i víi nhiỊu phÇn mỊm øng dơng khác + Các truy xuất, hỏi đáp liệu thông qua Access đầy đủ đa dạng Một số chức chương trình lập trình ngôn ngữ Pascal 3.7.2 Các chức chương trình Chương trình sau khởi động có sau: 67 Chương trình có chức "Chọn chế độ nấu" "Tính kết nấu" + Chức "Chọn chế độ nấu" khởi động chương trình lập trình Pascal dựa nguyên tắc người sử dụng nhập vào thông số yêu cầu chất lượng bột cụ thể giá trị hàm lượng HexA bột cần sản xuất Việc nhập giá trị tương tự yêu cầu giá trị kappa nấu bột kraft Chương trình tìm chế độ nấu tối ưu đảm bảo hàm lượng HexA bột nhỏ giá trị đưa ra, thông số tàn kiềm, độ nhớt, trị số kappa bột phải nằm phạm vi cho phép hiệu suất bột cao số chế độ đà chọn Chương trình viết với thuật toán phụ lục II Chương trình sau chạy thử tìm chế độ tối ưu cho sè kÕt qu¶ nh b¶ng 3.15 B¶ng 3.15: KÕt chạy chương trình tìm số chế độ nấu tối ưu STT Kết Giá trị Mức Thời Nhiệt Hiệu độ suất Trị số HexA dùng gian kiềm (%) 41 10 42 45 50 52 55 57 60 65 70 (ph) nÊu (0c) bét (%) HexA kappa (mmol/kg) Tµn kiỊm (g/l) Độ nhớt (ml/g) Chế độ nấu có giá trị HexA không đảm bảo thông số công nghệ 23 81 175 46,3 13,1 41,9 9,2 425 23 130 168 46,9 13,6 44,9 9,0 469 23 124 165 47,8 14,7 49,9 9,1 513 23 128 163 48,2 15,2 51,9 9,2 536 22,5 129 162 48,7 16,3 54,9 8,5 560 20,5 129 164 49,3 18,9 56,9 5,1 590 20,5 127 160 50,4 20,6 59,9 5,4 627 20 73 163 51,2 21,9 64,9 5,1 666 20,5 71 161 51,5 22 68,9 672 Số liệu bảng 3.15 ta thấy chương trình chọn chế độ nấu tối ưu với xu hướng ưu tiên thời gian nấu dài, mức dùng kiềm cao nhiệt độ nấu thấp trung bình Từ bảng 3.15 ta đề xuất chế độ nấu tối ưu cho gỗ bạch 68 đàn nên mức dïng kiỊm 22,5%, thêi gian nÊu 120 phót, nhiƯt ®é nấu 1650C Với chế độ nấu cho kết hàm lượng HexA 53,1 mmol/kg, hiệu suất bột 48,2%, trị số kappa 15,6, tàn kiềm 8,4 g/l + Chức "Tính kết nấu" làm xuất hình sau: Khi hình xuất hiện, người sử dụng nhập vào thông số nấu nhiệt độ, mức dùng kiềm, thời gian nấu chọn "Tính toán kết nấu" giá trị hàm lượng HexA, hiệu suất nấu, độ nhớt, tàn kiềm, trị số kappa tự động tính toán Người sử dụng chọn nhập lại kết thúc công việc Như vậy, với chương trình cho phép người dùng nhập thông số đầu vào trình nấu bột kraft để tự tính thông số đầu nhập yêu cầu thông số đầu hàm lượng axit hexenuronic để tìm chế độ đầu vào tối ưu 3.7.3 Kiểm tra thùc nghiƯm mét sè chÕ ®é nÊu tèi u Sau thiết kế chương trình lập chương trình tính toán kết nấu thông qua phương trình ®· lËp, ®Ị tµi ®· kiĨm tra thùc nghiƯm víi chế độ nấu chọn từ chương trình tương ứng với mức hàm lượng 69 HexA có bét: ≤ 40 mmol/kg bét, ≤ 50 mmol/kg bét 60 mmol/kg bột Trên sở tiến hành xác định kết thực nghiệm đưa b¶ng 3.16: 23 23 0,6=1,3% 0,5 = 4% 1=2,1% Thực nghiệm Độ nhớt, ml/g Tính theo phương trình Thực nghiệm Tính theo phương trình Thực nghiệm Tính theo phương trình Tính theo phương trình Thực nghiệm Tính theo phương trình HexA Tàn kiềm, mmol/kg g/l Thực nghiệm TrÞ sè kappa 8,2 420 407 1,6 = 4% 0,6=6,9% 13=3,1% 124 165 47,8 46,8 14,7 15,5 50,0 52,2 8,3 Sai sè HiƯu st bét sau sµng,% 129 172 46,0 45,4 12,4 11,9 39,9 38,3 8,8 Sai sè NhiƯt ®é nÊu, 0c Thêi gian, MÉu Møc dïng kiỊm, % B¶ng 3.16: KiĨm tra thùc nghiƯm mét sè chÕ ®é nÊu tèi u 7,9 510 528 0,8=5,4% 2,2=4,4% 0,4=4,7% 18=3,6% 20,5 127 160 50,4 49,1 20,5 21,6 59,9 62,4 5,3 4,95 630 615 Sai sè 0,5=1% 1,1=5.4% 2,5=4,2% 0,35=6,2% 15=2,4% (Mẫu 1: hàm lượng HexA 40 mmol/kg, Mẫu 2: hàm lượng HexA 50 mmol/kg, Mẫu 3: hàm lượng HexA 60 mmol/kg) Kết thực nghiệm cho thấy có sai số đáng kể số liệu theo tính toán số liệu thực nghiệm Trong số mẫu kiểm tra mẫu số có sai số nhiều Sự chênh lệch đà cho thấy có sai số trình thực nghiệm phương trình tính toán theo mô hình Tuy nhiên trình nấu bột giấy kraft, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trình nấu chất lượng sản phẩm bột sau nấu đà trình bày phần Do việc sai số không tránh khỏi số liệu nêu chấp nhận 70 Kết luận ã Quá trình nấu bột giÊy kraft nÕu sư dơng møc dïng kiỊm cao, thêi gian nấu kéo dài nhiệt độ nấu cao làm giảm hàm lượng HexA bột sau nấu Tuy nhiên, hàm lượng HexA chịu ảnh hưởng qua lại yếu tố nấu Sự biến đổi ph©n hủ HexA chÝnh sù ph©n hủ cđa hemixenluloza, bëi muốn đạt hàm lượng HexA thấp nấu bột kraft làm giảm đáng kể độ nhớt hiệu suất bột; ã Hàm lượng HexA bột sau nấu nghịch biến với nhiệt độ nấu mức dùng kiềm với lượng dùng lớn 21,8% Hàm lượng HexA tuỳ thuộc vào điều kiện nấu khác đồng biến nghịch biến với thời gian nấu đồng biến nghịch biến mức dùng kiềm phạm vi mức dùng kiềm từ 18 đến 21,8%; ã Khi nấu bột có hàm lượng HexA nhỏ 42 mmol/kg bột khô tuyệt đối số thông số công nghệ khác bột bị ảnh hưởng; ã Sự giảm trị số kappa bột sau thuỷ phân axit cho thấy có đóng góp đáng kể hexa vào trị số kappa chung, đóng góp nằm khoảng từ 25% đến 45% tuỳ thuộc vào loại gỗ, điều kiện nấu; ã Sự đóng góp HexA vào trị số kappa tăng dần theo tăng trị số kappa Khi trị số kappa tăng dần đóng góp giảm dần đến giá trị kappa định đóng góp giảm dần; ã Khi nấu đến trị số kappa định điều kiện nấu ảnh hưởng không nhiều đến hàm lượng hexa bột; ã Bột giấy nấu từ nguyên liệu gỗ keo chế độ nấu với gỗ bạch đàn cho hàm lượng HexA thấp hơn, hiệu suất bột cao hơn, độ nhớt bột cao 71 Tài liệu tham khảo Lê Châu Thanh, Phạm Thanh Thoại, DoÃn Thái Hoà (1980), Những thí nghiệm hoá học gỗ xenluloz, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hồ Sỹ Tráng (2003), Cơ sở hoá học gỗ xenluloza, tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Hồ Sỹ Tráng (2004), Cơ sở hoá học gỗ xenluloza, tập 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Minh Tuyển, Phạm Văn Thiêm (2005), Kỹ thuật hệ thống công nghệ hoá học, tập I, Nhà xuất Khoa häc vµ Kü tht, Hµ Néi Ngun Minh Tun (1987), Các phương pháp triển khai Công nghệ Hoá học, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Ông Văn Thông (2002), Quản trị sở liệu với Microsoft Access, Tập 1,2,3,4, Nhà xuất thống kê Hoàng Trọng Yêm (2000), Hoá học Hữu cơ, tËp 2, NXB Khoa häc Kü thuËt, Hµ Néi Hoàng Trọng Yêm (2000), Hoá học Hữu cơ, tập 3, NXB Khoa häc Kü thuËt, Hµ Néi Ana I D, Daniel, Carlos Pascoal Neto, Dmitri V Evtuguin and Armando J D Silvestre (2003), "Hexenuronic acid contents of Eucalyptus globulus kraft pulp: Variation with pulping condition and effect on ECF bleachability", TAPPI Journal Vol 2: No 10 A I Pedroso and M G Carvalho (2003), "Alkaline Pulping of Portuguese Eucalyplus globulus: Effect on Hexenuronic Acid Content", Journal of pullp and paper science, Vol 29 No 11 Clayton (1962), The Alkaline Degradation of Some Hardwood 4-0Methyl-O-Glucuronoxylans, Svensk Pappersridn 12 G Gellerstedt and J Li (1996), "An HPLC method for the quantitative determination of hexenuronic acid groups in chemical pulp", Carbohydrate Res 294: 41 72 13 Johanson, M.H and Samuelson (1977), "Epimerization and Degradation of 2-0-(4-0-methyl-∝-D-glucopyranosyluronic acid)-D-xylitol in Alkaline Medium", Carbohydrate Res, 54:295 -299 14 Vuorinen, T Buchert, J Teleman, A Tenkanen and Fagerstrom (1996), Selective Hydrolysis of Hexenuronic Acid Groups and Its Application in ECF and TCF Bleaching of kraft Pulps TAPPI Press, 1: 43-51 15 Jiang, Z-H., Van Lierop, B., vµ Berry, (2000), Hexenuronic Acid Groups in Pulping and Bleaching Chemistry TAPPI J., 83, 1: 167-175 16 Buchert, J., Teleman, A., Harjunpaa, Y., Tenkanen, M., Yiikari, L., vµ Yuorinen, Effect of Cooking and Bleaching on the Structure of xylan in Conventional Pine kraft Pulping TAPPI J., 78, 2: 125 17 Teknillinen, Korkeakoulu (2002), Hexenuronic Acid Content of Sulphate Pulps, Tyoohje C/6, Puunjalostustekniikan Osato, Puunjalostuksen Kemian Laboratorio, Anne Vikkula 18 "Paper Making Science and Technology", (1998), ®Üa CD gåm 19 tËp, FABET, Finland Book 6: Chemical Pulping 19 Ragnar, M Towards an Environmentally Sustainable Bleaching of Kraft Pulp Retrieved October10, 2003 http://omicron.ch.tuiasiro/~thmal/Paper%20M.%20Ragar.pdf, 2003 from 73 Phô lôc 6.1 Một số hình ảnh thiết bị nấu bột (Các thiết bị sản xuất Thụy Điển) Hình 7.1 ThiÕt bÞ nåi nÊu bét giÊy phơc vơ thÝ nghiệm Hình 7.2 Hệ thống điều khiển nồi nấu bột phục vụ thí nghiệm 74 Hình 7.3 Màn hình điều khiển nồi nấu bột giấy Hình 7.4 Thiết bị đánh tơi bột (sản xuất Thụy Điển) 75 6.2 Thuật toán lập trình tìm chế độ nấu bột kraft tối ưu cho gỗ bạch đàn + Gán cho biến có giá trị ban đầu + Dùng biến CH có kiểu Char để quay vòng lặp + Nhập vào giá trị hàm lượng axit hexenuronic bột theo yêu cầu + Chương trình duyệt qua chế độ nÊu cã thĨ cã theo c¸c biÕn gåm: - BiÕn mức dùng kiềm chạy từ 18 đến 24 với bước nhảy 0,5 đơn vị - Biến nhiệt độ nấu chạy từ 160 đến 180 với bước nhảy đơn vị - Biến thời gian nấu chạy từ 70 đến 130 với bước nhảy đơn vị (có tất 16000 chế độ nấu duyệt) + Tính toán giá trị hàm mục tiêu HX, N, KP, TK, H cho chế độ nấu theo công thức đà có + Chế độ nấu chọn thoả mÃn đồng thời điều kiện sau đây: - Hàm lượng HexA (HX) chế độ nấu tính đượcnhỏ giá trị nhập vào từ đầu chương trình, trị số kappa (KP) đà tính toán nằm phạm vi từ 13 đến 22, độ nhớt (N) lớn 400, tàn kiềm (TK) nằm phạm vi từ đến 10 - Trong chế độ vừa chọn, chọn lấy chế độ nấu có hiệu suất cao Lưu thông tin đầu vào đầu chế độ nấu + Nếu chế độ thoả mÃn điều nêu thông báo hình chế độ nấu có giá trị HX nhập vào không đảm bảo thông số công nghệ + Nếu tồn chế độ nấu tối ưu in thông số gồm mức dùng kiềm, nhiệt độ nấu, thời gian nấu thông số đầu chÕ ®é nÊu tèi u + KiĨm tra ®Ĩ tiÕp tục vòng lặp người sử dụng đồng ý thoát khỏi chương trình 76 Tóm tắt luận văn Hàm lượng HexxA bột yếu tố quan trọng trình sản xuất bột giấy kraft Lượng HexA có bột có liên quan đến việc tiêu hao hoá chất dùng cho việc tẩy trắng bột, ảnh hưởng đến ổn định độ trắng bột giấy, ảnh hưởng đên môi trường Việc nghiên cứu cách để loại trừ HexA bột vừa giải vấn đề kinh tế vấn đề ô nhiễm môi trường ổn định mặt công nghệ Luận văn đà nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng HexA có bột giấy kraft bao gåm møc dïng kiỊm, nhiƯt ®é, thêi gian nÊu loại gỗ Trên sở phương pháp quy hoạch thùc nghiƯm bËc I hai møc tèi u vµ kÕ hoạch trực giao bậc II Box Wilson, đề tài đà lập phương trình phụ thuộc hàm mục tiêu hàm lượng HexA bột, hiệu suất nấu, trị số kappa, độ nhớt, tàn kiềm Thông qua phương trình phụ thuộc đề tài đà phân tích ảnh hưởng điều kiện nấu đến hình thành HexA trình nấu bột kraft Luận văn đà lên mối liên hệ điều kiện nấu hàm lượng HexA có bột Trong phạm vi khảo sát, hàm lượng HexA có quan hệ bậc mức dùng kiềm, luôn nghịch biến mức dùng kiềm lớn 21,8%, đồng biến nghịch biến mức dùng kiềm nhỏ 21,8% Hàm lượng HexA tỉ lệ nghịch với nhiệt độ nấu, đồng biến nghịch biến theo thời gian nấu tuỳ thuộc vào thông số nấu khác Với gỗ bạch đàn, chế độ nấu phù hợp đề xuất mức dùng kiềm 22,5%, nhiệt độ nấu 1650C thời gian nấu 120 phút Với ngôn ngữ lập trình Pascal hệ quản trị sở liệu Microsoft Access đề tài đà lập chương trình quản lý trình nấu bột với chức tìm chế độ nấu tối ưu tính toán kết nấu biết thông số đầu vào trình nấu 77 Mục lục Trang Lời nói đầu Danh mục hình Danh mục bảng Mở đầu Chương 1: Tổng quan 1.1 Thành phần hoá học gỗ 1.2 Sản xuất bột giấy theo phương pháp kraft 1.2.1 Khái quát chung sản xuất bột giấy theo phương pháp kraft 1.2.2 Các phản ứng hoá học trình nấu bột sunfat 1.2.3 Động học trình nấu bột giấy theo phương pháp sunfat 1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình nấu bột giấy theo phương pháp kraft 1.3 Hemixenluloza 1.3.1 Giới thiệu chung 1.3.2 Hêmixenluloza gỗ rộng 1.4 Sự hình thành HexA biến đổi nấu bột kraft 1.4.1 Sự hình thành HexA 1.4.2 Sự biến đổi HexA trình nấu kiềm 1.5 Sự biến đổi HexA trình thủy phân axit 1.6 ảnh hưởng điều kiện nấu đến hình thành HexA 1.7 Sự đóng góp HexA vào trị sè kappa 8 9 10 14 19 23 23 23 25 25 27 29 30 31 Ch¬ng 2: đối tượng phương pháp nghiên cứu 2.1 Các phương pháp phân tích nguyên liệu sản phẩm 2.2 Các thiết bị dụng cụ sử dụng nghiên cứu 2.3 Chuẩn bị nguyên liệu 2.4 Nấu bột kiểm tra kết nấu 2.5 Phương pháp xác định hàm lượng hexa bột sau nấu 2.6 Phương pháp kế hoạch hoá thực nghiệm 33 33 33 34 35 36 78 2.6.1 Phương pháp kế hoạch bậc I hai mức tối ưu 2.6.2 Phương pháp kế hoạch trực giao bậc II 36 40 Chương 3: Kết bàn luận 3.1 Kết quy hoạch thực nghiệm hàm mục tiêu hiệu suất 3.2 Kết quy hoạch thực nghiệm hàm mục tiêu hexa (HX) 3.3 Kết quy hoạch thực nghiệm hàm mục tiêu tàn kiềm (TK) 3.4 Kết quy hoạch thực nghiệm hàm mục tiêu trị số kappa (KP) 3.5 Kết quy hoạch thực nghiệm hàm mục tiêu độ nhớt (V) 43 46 53 56 59 62 3.6 ảnh hưởng loại gỗ đến hình thành HexA 64 3.7 Tổng hợp kết thực nghiệm 3.8 Thiết kế chương trình quản lý trình nấu bột giấy kraft cho gỗ 66 bạch đàn Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục Tóm tắt luận văn 70 71 73 76 ... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN ĐĂNG TOÀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN NẤU VÀ LOẠI GỖ ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH AXIT HEXENURONIC TRONG QUÁ TRÌNH BỘT GIẤY KRAFT LUẬN... kiện nấu khác Một loại gỗ khác keo dùng phổ biến sản xuất bột giấy giấy nước ta nghiên cứu để thấy ảnh hưởng loại gỗ đến hình thành HexA trình nấu bột giấy kraft Nghiên cứu nằm phạm vi nấu bột giấy. .. môi trường trình sản xuất Bột giấy Giấy Mục tiêu nghiên cứu - Khảo sát ảnh hưởng điều kiện nấu khác loại gỗ đến hình thành HexA trình nấu bột kraft - Phân tích thành phần HexA loại bột kraft với