Nghiên cứu công nghệ sản xuất bột sulfate từ cây luồng dedro calamus baratus hsuch et d z li

1 ĐẶT VẤN ĐỀ Thế giới bao phủ thảm thực vật vô phong phú đa dạng, thảm thực vật khơng có vai trị chủ đạo trình hình thành tồn sống trái đất mà nguồn cung cấp nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành kinh tế khác, đặc biệt số ngành như: công nghiệp giấy, công nghiệp dệt Việt Nam quốc gia phát triển, kinh tế quốc dân có tốc độ phát triển nhanh, theo mà lượng giấy bột giấy tiêu hao tăng lên, lượng cung cầu thị trường ngày chênh lệch Theo thống kê Việt Nam tự sản xuất 30  40% lượng bột giấy, lại năm nhập 60  70% Trong lượng giấy tiêu hao bình quân/đầu người lại thấp nhiều so với lượng giấy tiêu hao bình quân/đầu người giới Năm 2006, lượng giấy tiêu hao bình qn/đầu người 18 kg/người/năm Hiện nay, ngành cơng nghiệp sản xuất giấy bột giấy trở thành ngành công nghiệp quan trọng kinh tế quốc dân Tuy nhiên, thực trạng xảy cung không đủ cầu mà phần lớn phải dựa vào nguồn nhập khẩu, để thúc đẩy phát triển ngành giấy bột giấy có tác dụng lớn việc thúc đẩy phát triển ngành khác lâm nghiệp, nơng nghiệp, hóa cơng, khí, giao thơng vận tải, in ấn, bao bì Từ thúc đẩy phát triển kinh tế quốc dân Tuy nhiên, theo phát triển với tốc độ nhanh ngành công nghiệp giấy Việt Nam nguồn nguyên liệu gỗ ngày khan trở thành trở ngại đáng kể cho phát triển bền vững ngành công nghiệp này, đồng thời với việc lợi dụng nguồn nguyên liệu gỗ mộc nhanh rừng trồng việc nghiên cứu lợi dụng hợp lý nguồn nguyên liệu sợi phi gỗ trở thành vấn đề cấp thiết, đặc biệt Việt Nam đất nước có nhiều lợi tre trúc việc lợi dụng dụng tốt loại nguyên liệu hướng đắn, tạo tiền đề cho phát triển ngành cơng nghiệp lợi dụng Tre trúc coi nguyên liệu thực vật mọc nhanh, chúng dễ gây trồng, tốc độ sinh trưởng nhanh, chu kỳ ngắn sản lượng cao, chúng dễ gây trồng thành rừng, mặt khác nhiều loài tre, luồng hành năm cho thêm thu nhập măng từ làm tăng giá trị lợi dụng lồi tre trúc, góp phần nâng cao thu nhập cho người dân Nguyên liệu gỗ sản xuất giấy bột giấy ngày trở nên khan nguyên liệu phi gỗ đặc biệt tre trúc ngày coi trọng, sợi tre trúc thuộc nhóm thực vật trung bình dài, chiều dài sợi tre trúc thường nằm gỗ làm ki rộng, tính tạo bột giấy tốt Các nghiên cứu chứng minh, tre trúc số loại nguyên liệu phi gỗ tốt cho sản xuất bột giấy Bột giấy từ nguyên liệu tre trúc khơng sản xuất loại giấy văn phòng phẩm chất lượng cao mà kết hợp với bột giấy chúng sản xuất bột giấy cao cấp khác Vì vậy, sử dụng nguyên liệu tre trúc thay nguyên liệu gỗ sản xuất bột giấy chúng giải vấn đề khan nguồn nguyên liệu, thúc đẩy ngành công nghiệp giấy bột giấy phát triển theo hướng bền vững Khoảng 20 năm trở lại đây, ngành công nghiệp sản xuất giấy bột giấy Việt Nam có bước phát triển đáng kể Tuy nhiên, theo phát triển ngành công nghiệp mà xuất nhiều vấn đề nghiêm trọng, vấn dề nguyên liệu vấn đề lượng nhiểm mơi trường đặt nhiều thách thức Vì vậy, việc tập trung nghiên cứu cho lĩnh vực sản xuất giấy bột giấy quan tâm Ngoài việc tập trung nghiên cứu nguyên liệu thay cho nguyên liệu cần tập trung nghiên cứu nhiều tiết kiệm lượng giảm ô nhiểm môi trường sản xuất giấy bột giấy, từ góp phần làm cho ngành cơng nghiệp giấy bột giấy bước theo kịp tiến khoa học giới Mặt khác, góp phần làm cho ngành công nghiệp phát triển bền vững ổn định Với mong muốn góp phần tìm hiểu thêm luồng có tên khoa học (Dedro calamus baratus Hsuch et D.Z.Li) thuộc phân họ tre (Bambusoideae) tăng cường nguồn nguyên liệu cho ngành chế biến lâm sản nói chung ngành cơng nghiệp giấy bột giấy nói riêng, chúng tơi chọn đề tài: "Nghiên cứu công nghệ sản xuất bột sulfate từ luồng (Dedro calamus baratus Hsuch et D.Z.Li)" Chương TỞNG QUAN 1.1 Tở ng quan về tre trúc và luồ ng Trên giới xác định 70 họ 120 loài tre trúc, tổng diện tích rừng tre trúc toàn giới đạt 16.106 Chủ yếu phân bố khu vực nhiệt đới nhiệt đới Chỉ có số lồi tre trúc phân bố vùng ôn đới Sự phân bố có vùng tre trúc giới phân khu vực lớn sau: Châu Á Thái Bình Dương, Châu Mỹ Châu Phi Tre trúc khu vực Châu Á Thái Bình Dương có khoảng 900 lồi có lồi thân đơn, có loài thân bụi, tre trúc khu vực Châu Mỹ có khoảng 270 lồi, chủ yếu chúng thuộc lồi thân bụi, tre trúc Châu Phi có số lồi Hiện trung tâm phân bố lớn tre trúc giới Trung Quốc, chủng loại tre trúc phân bố đất nước 500 lồi Có loại hình lồi thân bụi, thân đơn hỗn lồi, diện tích rừng tre trúc 8.106 ha, chiếm 40% tổng diện tích tồn giới Quốc gia có diện tích tre trúc lớn thứ giới Ấn Độ, có 136 lồi tre trúc sinh sống, chủ yếu thân bụi, diện tích rừng tre trúc Ấn Độ 4.106 ha, chiếm 20% tổng diện tích tre trúc tồn giới Nhật Bản coi quốc gia có diện tích rừng tre trúc tương đối lớn, đất nước có khoảng 230 lồi tre trúc sinh sống, diện tích rừng tre trúc 1,38.105 Diện tích rừng tre trúc quốc gia giới (Số liệu 1999) Tên quốc gia Diện tích rừng tre trúc (104 ha) Số loài Trung Quốc 800 50 Ấn Độ 400 136 Myanma 217 90 Thái Lan 81 60 Bangladet 60 30 Campuchia 28,7 Không xác định Việt Nam 13 92 Nhật Bản 13,8 230 Indonexia 30 Malayxia Philipin 55 Hàn Quốc 0,8 13 Pakixtan 0,2 14 Châu Đại dương 20 10 Châu Mỹ (Nam Bắc Mỹ) 150 270 Châu Phi 150 50 Ở Việt Nam, điều kiện đất đai thích hợp, luồng phân bố chủ yếu tỉnh: Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh , Hồ Bình Cây luồng lồi dễ trồng, dễ chăm sóc, trồng lần thu hoạch từ 40-50 năm, luồng dân tộc miền núi chọn làm phát triển kinh tế gia đình, xố đói giảm nghèo Luồng có trữ lượng lớn trồng không tập trung dẫn đến việc khai thác vận chuyển gặp nhiều khó khăn Mặt khác đời sống khó khăn nên người dân khai thác luồng non (2 năm tuổi) tuổi luồng có khả sinh măng cao nhất, theo khuyến cáo nên khai thác luồng từ năm tuổi trở cho suất giá trị kinh tế cao Hơn tỷ lệ lợi dụng tre thấp gây thất thoát lớn nguyên liệu, nhân công 1.2 Đặc điểm sinh thái luồ ng ta ̣i Hòa Bin ̀ h Cây luồng (còn gọi mét, luông, sang mú), trước đây, theo Lê Mộng Chân, Lê Thị Huyên (2000) tên khoa học Dendrocalamus membranaceus Munro Tuy nhiên theo nghiên cứu đây, chuyên gia Trung Quốc (dẫn theo Nguyễn Hoàng Nghĩa - Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam) Luồng Hòa Bin ̀ h có tên khoa học Dendrocalamus barbatus Hsueh et D.Z.Li Là loài tre mọc cụm (kiểu hợp trục, bũi, khóm…) thuộc họ phụ tre trúc (Bambusoideae), hòa thảo (Graminaler) (Lê Quang Liên.1995) Luồng có thân thẳng, trịn đều, độ thon nhỏ, khơng có gai, vách thành thân dày Cây có đường kính từ 10 - 12 cm, chiều dài thân từ - 20 m So với loại tre phổ biến luồng có đặc điểm khác như: Lá rộng, ngắn xanh đậm hơn, thân thẳng, đường kính giảm đều, khơng có gai, cành mẫu cành nhỏ, vách thân dày (Nguyễn Ngọc Bình 1964) Luồng sinh trưởng nhanh, sau năm khai thác luồng làm nguyên liệu giấy làm cột nhà sử dụng vào mục đích khác (Lê Quang Liên 2001) Luồng hoa, sau hoa (cịn gọi bị khuy) bị chết Hoa luồng đậu thành hạt, tỷ lệ nảy mầm hạt (Phạm Văn Tích, 1963), việc gây tạo giống luồng chủ yếu phương pháp nhân giống sinh dưỡng Luồng phân bố chủ yếu tỉnh Thanh Hóa, Hòa Biǹ h, Ninh Bình, Nghệ An, Hà Tĩnh… Hiện luồng trồng nhiều nơi sinh trưởng, phát tốt nơi trồng (Lê Quang Liên, 1993) Luồng sinh trưởng phát triển tốt nơi có tầng đất dày (trên 60 cm); đất xốp màu mỡ, đất ven đồi, ven suối, lòng khe… Những nơi đất xấu, bạc màu luồng sinh trưởng phát triển Đối với đất ngập úng luồng sống (Lê Quang Liên,1993) Nhu cầu kali đất luồng lớn, kết nghiên cứu cho thấy: Hàm lượng K2O dễ tiêu đất có quan hệ chặt chẽ đến sinh trưởng tốt xấu rừng tre luồng, cao yếu tố mùn Nitơ trổng số (Lê Quang Liên cộng 1990) 1.3 Tổng quan ngành giấy 1.3.1 Lịch sử phát triển ngành giấy Thời cở xưa, chưa có chữ viết người dùng nút dây, mẫu đá, vẽ vạch làm ký hiệu để ghi nhớ Khi chữ viết sơ hình thành, giấy viết chưa đời, người ta khắc chữ lên mảnh xương, mai rùa, sau khắc lên mảnh tre, gỗ, cuối lên đũa, lụa Vào khoảng năm 2000 năm trước công nguyên, người Ai Cập phát loại giấy dó Họ biết tách loại thành lát mỏng, cắt đặn miếng, rửa phơi khơ, dàn mỏng ra, dùng màu mực vẽ hình lên Có thể coi tờ giấy người Nhưng việc tách rời xơ sợi thực vật đặc trưng sản xuất giấy người Ai Cập chưa làm Phải đến năm 105, Nguyễn Thái Luân (Lôi Dương – Hồ Nam – Trung Quốc) nghĩ cách dùng vỏ dâu tằm tước thành sợi, rữa sạch, giã nhuyển, dàn mỏng phơi khô thành loại giấy viết Sáng kiến lớn lao này, đến năm 106 phổ biến rộng rãi Trung Quốc thành kỹ nghệ làm giấy Đây kỹ nghệ chế tạo giấy loài người Sau Thái Luân, người trung Quốc dùng loại khác đay, gai, tre nứa, sợi tơ tằm để làm giấy Cho đến năm 384 công nguyên, nghề làm giấy từ Trung Quốc lan truyền vào Triều Tiên, năm 610 lan đến Nhật Bản, kỷ thứ VII truyền vào Việt Nam, Miến Điện, Ấn Độ Từ nghề làm giấy lan truyền đến nước Châu Âu, Châu Phi, Châu Mỹ như: Ả Rập (751), Tây Ban Nha (1451), Italia (1276), Pháp (1348), Anh (1494), Nga (1567), Mỹ (1690), Canada (1803) Do trình độ giới, điện năng, luyện kim hóa ngày phát triển để đáp ứng nhu cầu đời sống người ngày cao Hơn 200 năm lại đây, kỹ thuật công nghệ thiết bị sản xuất cellulose giấy có bước nhảy vĩ đại Đó là, vào năm 1798, ơng Nichola – Louis Robert người Pháp phát minh máy xeo giấy Sau đó, anh em nhà Fourdrinier, người Anh cải tiến thành máy xeo lưới dài Nhiều phát minh cải tiến kỹ thuật sản xuất giấy tiếp tục đời ngày cao Lúc nguồn nguyên liệu cũ vải rách, sợi cạn trở nên thiếu trầm trọng Cho đến năm 1840, hai người Đức tên Keller Ulter phát minh máy mài gỗ để thu xơ sợi dùng để sản xuất mở hướng sử dụng loài gỗ Và dấu mốc cho phát triển ngành công nghệ sản xuất Cellulose – Giấy Nhưng gỗ sản xuất từ bột gỗ mài có độ bền khơng cao, nhanh ố vàng Do người ta bắt đầu nghiên cứu phương pháp hóa học để thu xơ sợi tự Năm 1866, phương pháp Sulfit đời Sau đó, năm 1874, phương pháp Sulfate phát minh ông Davit Kman, người Thụy Điển Với đời hai phương pháp chứng minh ngành công nghiệp giấy thực trưởng thành Thế kỷ 20 xem thời gian phát triển ngành giấy với kỹ thuật đại, nấu liên tục, tẩy nhiều giai đoạn liên tục, tráng keo máy xeo, hình thành khơ, làm giấy với xơ sợi tổng hợp điều khiển công nghệ máy tính điện tử Ngày nay, giấy sản phẩm đóng góp vai trị quan trọng sống Có thể nói, khơng lĩnh vực hoạt động không sử dụng đến giấy Giấy cung cấp phương tiện để ghi chép, lưu trữ, trao đổi thông tin Nó sử dụng nhiều vật liệu bao bì đóng vai trị quan trọng việc áp dụng xây dựng Khi đời sống người ngày phát triển, vấn đề nhiểm môi trường ngày quan tâm giấy trở thành nguồn vật liệu để sản xuất bao gói thay cho túi nylon, thuận tiện cho trình tái sản xuất Bên cạnh sản phẩm giấy ứng dụng chúng, ngành cơng nghiệp bột giấy tạo việc làm cho nhiều người, đồng thời đóng vai trị chủ chốt kinh tế quốc dân 1.3.2 Thực trạng ngành giấy Việt Nam Như biết, nước ta thời kỳ cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Nước ta trình hội nhập giới Phải nói rằng, hội lớn đồng thời thách thức lớn ngành cơng nghiệp sản xuất nói chung ngành cơng nghiệp giấy nói riêng Bởi ngành giấy phát triển dựa quy mô nhỏ, tản mạn, công nghệ lạc hậu, gây ô nhiểm môi trường, 60% thập niên 1950 – 1960, lại thập niên 1970 – 1980 Trong đó, nguyên liệu khó khăn ngành giấy, dẫn đến cân đối sản xuất bột giấy Lượng bột giấy thiếu hụt phải nhập từ nước ngồi làm giấy phải chịu nhiều tác động khơng nhỏ giá bột gới tăng Tuy nhiên, năm lại ngành giấy không ngừng phát triển, cải tiến kỹ thuật công nghệ sản xuất, nâng cao chất lượng, đáp ứng phần nhu cầu tiêu dùng cho nước Hiện nay, nước có khoảng 300 doanh nghiệp quốc doanh quốc doanh sản xuất bột giấy giấy loại với tổng công suất thiết kế 262.000 bột 796.780 giấy/năm Trên thực tế, sản lượng sản xuất 53% lực sản xuất toàn ngành giấy Cụ thể, lực sản xuất bột giấy năm 2001 đạt 260.000 tấn, năm 2002 263.000 Năng lực sản xuất giấy năm 2001 570.000 năm 2002 798.000 (tăng 40,1%) Năm 2002, kinh tế nước ta tăng trưởng mức 7,1% thực đạt 15 tiêu phát triển kinh tế mà Quốc hội đề cho năm 2002 Điều thúc đẩy việc đầu tư mạnh mẽ cho sản xuất bột giấy giấy thành phần kinh tế khác Vì vậy, sản lượng giấy đạt 420.00 Trong chiến lược phát triển ngành, Tổng công ty đưa “chiến lược phát triển ngành giấy giai đoạn 2001 – 2010” Chính phủ phê duyệt bước thực mục tiêu đạt sản lượng 1.260.000 giấy loại 2.255 bột giấy vào năm 2010, 3.420.00 vào năm 2020 Cùng với tiêu trên, Tổng công ty giấy Việt Nam đưa phương án quy hoạch cho dự án xây dựng mở rộng 10 nhà máy sản xuất bột giấy Sơn La, Lai Châu, Phú Thọ, Bắc Cạn, Bắc Giang, Thanh Hóa, Nghệ An, Quảng Nam, KonTum Lâm Đồng với tổng công suất đạt 1.360.000 tấn/năm Để đảm bảo tự cung cấp đủ bột cho nhà máy hoạt động xuất bột vấn đề quan trọng hàng đầu phải mở rộng qui hoạch vùng nguyên liệu Nguyên liệu phải nguồn cung cấp đủ, ổn định, lâu dài cho nhà máy có dự án xây dựng tới phát triển vững Cũng vậy, Tổng công ty giấy Việt Nam tiến hành điều chỉnh bổ sung số nội dung báo cáo “Chiến lược phát triển ngành giấy đến năm 2010” nhấn mạnh tầm quan trọng việc phát triển vùng nguyên liệu giấy với nhà máy sản xuất bột giấy Theo điều chỉnh bổ sung này, đến năm 2010 diện tích vùng trồng nguyên liệu giấy lên tới 1.096.000 Trong đó: - Cây nguyên liệu thớ dài (Thông): 180.000 - Cây nguyên liệu thớ ngắn (Keo, Bạch đàn, ): 786.000 - Tre nứa: 110.000 - Cây thân thảo (Cỏ bàng, đay, ):20.000 Việc đầu tư xây dựng vùng nguyên liệu tăng sản lượng khai thác nguyên liệu có ý nghĩa lớn trình thúc đẩy sản xuất phát triển tăng khả cạnh tranh sản phẩm doanh nghiệp sản xuất bột giấy giấy Việt Nam sản xuất, đất nước ta gia nhập WTO 1.4 Mu ̣c tiêu, nô ̣i dung và phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu - Tâ ̣n du ̣ng tố i đa đố i với nguồ n nguyên liê ̣u ngoài gỗ - Góp phầ n làm tăng thu nhâ ̣p cho người nông dân - Giảm thiể u sự phu ̣ thuô ̣c vào nguồ n nguyên liê ̣u gỗ của các nhà máy sản xuất bột giấy 1.4.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng: Các yếu tố công nghệ sản xuất bột giấy từ Luồng (Dedrocalamus baratus Hsuch et D.Z.Li), 2-4 tuổi, khai thác huyện Lương Sơn tỉnh Hòa Bình 1.4.3 Nội dung nghiên cứu - Xác đinh ̣ các thành phầ n hóa ho ̣c của nguyên liê ̣u - Nấ u bô ̣t giấ y từ nguyên liê ̣u luồ ng - Kiể m tra các tiń h của bô ̣t giấ y sau nấ u 1.4.4 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa: kế thừa có chọn lọc tài liệu, kết nghiên cứu, đề tài cơng trình nghiên cứu ngồi nước có liên quan đến vấn đề nghiên cứu 10 - Phương pháp lý thuyế t: dùng để nghiên cứu các phương pháp nấ u bô ̣t, quá trình phản ứng hóa ho ̣c xảy quá trình nấ u bô ̣t… - Phương pháp thực nghiệm: thí nghiê ̣m nấ u bô ̣t và kiể m tra các tính chấ t của bô ̣t giấ y - Phương pháp sử dụng tiêu chuẩn nước quốc tế: + Chọn cây, lấy mẫu gia công mẫu theo Tiêu chuẩn GB/T 15780-1995 + Xác định hàm lượng thành phần hoá học luồng theo tiêu chuẩn TAPPI Hiệp hội thương mại giấy bột giấy Mỹ - Phương pháp thố ng kê toán ho ̣c: dùng để xử lý số liê ̣u thí nghiê ̣m và phân tích kế t quả Trung bình mẫu Được xác định theo cơng thức: n X Trong đó: x i 1 i (1.1) n xi – giá trị ngẫu nhiên mẫu thí nghiệm; n – số mẫu quan sát; X - trị số trung bình mẫu Sai tiêu chuẩn mẫu Được xác định theo công thức: n S  Trong đó: (x i 1 i  x) n 1 S – sai quân phương; xi - giá trị phân tử; X - trung bình cộng giá trị xi; n – số mẫu quan sát Sai số trung bình cộng Được xác định theo công thức: (1.2) 71 Đồ thị tương quan 19.5 19 Trị số Kappa 18.5 18 17.5 17 16.5 16 15.5 15 60 90 120 Thời gian (phút) Hình 4.11 Ảnh hưởng thời gian bảo ôn đến trị số Kappa Nhận xét: Nhìn vào đồ thị tương quan thời gian trị số kappa ta thấy, kéo dài thời gian nấu trị số kappa giảm xuống Khi thời gian nấu 60 phút trị số kappa 18.23 kéo dài thời gian nấu đến 90 phút trị số kappa cịn 18.81, chí kéo dài thời gian nấu lên đến 120 phút trị số kappa giảm xuống cịn 16.27 tức giảm 10.75% Điều giải thích sau: Thời gian nấu có ảnh hưởng đến lượng lignin dư bột, đặc biệt thời gian bảo ôn Theo chế vật lý động học trình nấu sulfat cho thấy thời gian ngắn xảy trình thẩm thấu chính, có phản ứng hóa học xảy ra, làm cho lượng lignin phân tử thấp bị hòa tan Cùng với nhiệt độ tăng lên thời gian kéo dài tốc độ phản ứng hóa học tăng lên lượng lignin thành phần khác bị hịa tan tăng lên Trong q trình nấu, ban đầu polysacarit lớp vỏ lignin bảo vệ nên chịu ảnh hưởng tác nhân nấu lớp vỏ lignin bị phá hịa tan lignin tăng dần theo thời gian trị số kappa giảm Ảnh hưởng thời gian bảo ôn độ trắng bột, %ISO TT Thời gian nấu, phút 60 90 120 25.50 25.90 27.69 25.50 25.88 27.70 72 25.51 25.91 27.72 25.48 25.92 27.67 25.49 25.89 27.71 25.52 25.86 27.69 25.50 25.90 27.71 25.51 25.92 27.72 25.49 25.92 27.69 X 25.5 25.9 27.7 SE 0.004 0.01 0.01 S 0.01 0.02 0.02 S% 0.05 0.08 0.06 P% 0.02 0.03 0.02 C (95%) 0.01 0.02 0.01 Đồ thị tương quan 28 Độ trắng (%ISO) 27.5 27 26.5 26 25.5 25 24.5 24 60 90 120 Thời gian (phút) Hình 4.12 Ảnh hưởng thời gian bảo ôn đến độ trắng bột Nhận xét: Từ đồ thị tương quan thời gian nấu độ trắng bột hình 4.12, ta nhận thấy thời gian nấu bột kéo dài độ trắng bột tăng hay nói cách khác thời gian nấu kéo dài màu sắc bột sang Khi thời gian nấu 60 phút độ trắng bột 25.5%ISO kéo dài thời gian đến 90 phút, 120 phút độ trắng bột tăng lên tương ứng 25.9%ISO 73 27.7%ISO, tức tăng 7.95% so với thời gian nấu 60 phút Cũng nhận xét thời gian nấu kéo dài lượng lignin bị hịa tan tăng lượng dư lignin bột giảm độ trắng bột tăng 4.3.3 Thí nghiệm xác định quy luật ảnh hưởng lượng hóa chất sử dụng Để xác định quy luật ảnh hưởng lượng hóa chất sử dụng ta tiến hành cố định trị số Nhiệt độ T = 1600C Thời gian τ = 90 phút Và cho lượng hóa chất sử dụng biến thiên η = 16, 18, 20% Khoảng biến thiên lượng hóa chất sử dụng: 16, 18, 20% kế thừa từ nghiên cứu khác Ảnh hưởng lượng hóa chất sử dụng hiệu suất bột, % TT Lượng hóa chất sử dụng, % 16 18 20 50.37 47.42 42.41 50.38 47.44 42.44 50.36 47.42 42.44 X 50.37 47.43 42.43 SE 0.01 0.01 0.01 S 0.01 0.01 0.02 S% 0.02 0.02 0.04 P% 0.01 0.01 0.02 C (95%) 0.02 0.03 0.04 Đồ thị tương quan 74 52 Hiệu suất bột (%) 50 48 46 44 42 40 38 16 18 20 Lượng hóa chất sử dụng (%) Hình 4.13 Ảnh hưởng lượng hóa chất sử dụng đến hiệu suất bột Nhận xét: Quan sát từ đồ thị tương quan hiệu suất bột lượng hóa chất sử dụng ta thấy lượng hóa chất sử dụng tăng hiệu suất bột giảm xuống Cụ thể, lượng hóa chất sử dụng 16% hiệu suất bột đạt 50.37% lượng hóa chất sử dụng 18% hiệu suất bột cịn 47.43%, chí ta tăng lượng hóa chất sử dụng lên đến 20% hiệu suất bột 42.43% tức giảm 15.76% Điều có nghĩa mức dùng kiềm lớn hiệu suất bột có xu hướng giảm xống Q trình nấu bột chủ yếu trình loại bỏ lignin, đồng thời tránh đến mức độ phân giải cellulose hemicellulose Khi mức dùng kiềm tăng lên, khả hòa tan lignin vào dịch nấu tăng lên, mức dùng kiềm tăng làm cho lượng lignin bị hòa tan nhiều hơn, đồng thời làm cho lượng cellulose hemicellulose bị phân giải nhiều Và kết hiệu suất bột giảm xuống Ảnh hưởng lượng hóa chất sử dụng trị số Kappa TT Lượng hóa chất sử dụng, % 16 18 20 19.22 18.80 17.37 19.21 18.81 17.35 19.23 18.81 17.38 19.24 18.83 17.35 19.20 18.81 17.36 19.27 18.82 17.30 75 19.20 18.81 17.35 19.21 18.80 17.37 19.20 18.80 17.32 X 19.22 18.81 17.35 SE 0.01 0.003 0.01 S 0.02 0.01 0.03 S% 0.13 0.05 0.15 P% 0.04 0.02 0.05 C (95%) 0.02 0.01 0.02 Đồ thị tương quan 19 Trị số Kappa 18.5 18 17.5 17 16.5 16 18 20 Lượng hóa chất sử dụng (%) Hình 4.14 Ảnh hưởng lượng hóa chất sử dụng đến trị số Kappa Nhận xét: Từ đồ thị tương quan lượng hóa chất sử dụng trị số kappa hình 4.14 ta đưa nhận xét sau: Khi lượng hóa chất sử dụng tăng lên trị số kappa giảm xuống Lượng hóa chất sử dụng cho trình nấu bột giấy từ luồng Hịa Bình phương pháp sulfate 16% trị số kappa đạt 19.22 lượng hóa chất sử dụng tăng lên 18% trị số kappa giảm xuống 18.81, giảm 2.13%, lượng hóa chất sử dụng tăng đến 20% lúc trị số kappa cịn 17.35 Như phân tích trên, q trình nấu bột chủ yếu trình loại bỏ lignin mức dùng kiềm tăng lên, khả hịa tan lignin vào dịch nấu 76 tăng lên, mức dùng kiềm tăng làm cho lượng lignin bị hịa tan nhiều nên lượng dư lignin bột giảm xuống Ảnh hưởng lượng hóa chất sử dụng độ trắng bột, %ISO TT Lượng hóa chất sử dụng, % 16 18 20 25.30 25.91 26.80 25.30 25.87 26.80 25.31 25.92 26.82 25.30 25.90 26.79 25.27 25.89 26.80 25.32 25.87 26.78 25.30 25.90 26.81 25.31 25.92 26.81 25.29 25.92 26.79 X 25.3 25.9 26.8 SE 0.01 0.01 0.004 S 0.01 0.02 0.01 S% 0.06 0.08 0.05 P% 0.02 0.03 0.02 C (95%) 0.01 0.02 0.01 Đồ thị tương quan 77 Độ trắng bột (%ISO) 27 26.5 26 25.5 25 24.5 16 18 20 Lượng hóa chất sử dụng (%) Hình 4.15 Ảnh hưởng lượng hóa chất sử dụng đến độ trắng bột Nhận xét: Theo đồ thị tương quan lượng hóa chất sử dụng độ trắng bột ta thấy đưa nhận xét lượng hóa chất sử dụng tăng độ trắng bột tăng theo Cụ thể, lượng hóa chất sử dụng 16% độ trắng bột đạt 25.3%ISO, lượng hóa chất sử dụng lên đến 18% độ trắng bột tăng lên đến 25.9%ISO, tức tăng 2.32% lượng hóa chất sử dụng tăng lên 20% độ trắng bột tăng cao đến 26.8%ISO Điều giải thích lượng hóa chất sử dụng tăng khả hịa tan lignin vào dịch nấu tăng lương lignin cịn sót lại bột giảm làm cho màu bột sáng 4.4 Kết thí nghiệm đa yếu tố Các yếu tố đồng thời ảnh hưởng có T, τ, η với khoảng biến động: Nhiệt độ T = 1400C, 1600C, 1800C Thời gian τ = 60, 90, 120 phút Lượng hóa chất sử dụng η = 16, 18, 20% Bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm với X1 = T, X2 = τ, X3 = η TT X1 X2 X3 - - 0 - + - - - - 0 78 - + - 0 + 10 + - 11 + 0 12 + + 13 - + 14 0 + 15 + + Bảng số liệu theo ma trận thực nghiệm TT T (0C) τ (phút) η (%) 160 60 16 160 90 16 160 120 16 140 60 18 140 90 18 140 120 18 160 60 18 160 90 18 160 120 18 10 180 60 18 11 180 90 18 12 180 120 18 13 160 60 20 14 160 90 20 15 160 120 20 79 Xử lý số liệu hiệu suất bột: TT X1 X2 X3 Y1 Y2 160 60 16 53.17 53.18 160 90 16 50.37 50.36 160 120 16 45.21 45.22 140 60 18 72.23 72.24 140 90 18 61.37 61.37 140 120 18 53.45 53.43 160 60 18 48.22 48.21 160 90 18 47.43 47.44 160 120 18 43.28 43.26 10 180 60 18 38.15 38.17 11 180 90 18 35.41 35.44 12 180 120 18 31.23 31.21 13 160 60 20 46.41 46.40 14 160 90 20 42.23 42.22 15 160 120 20 41.57 41.55 Ta có phương trình tương quan: Y1 = 709.61 – 1646.9X1 + 3160.4X12 – 1307.7X2 + 7050X1X2 - 255X22 – 37.13X3 + 1.473X3X1 + 186.9X3X2 (1) Xử lý số liệu trị số Kappa: TT X1 X2 X3 Y1 Y2 160 60 16 18.88 18.86 160 90 16 19.22 19.24 160 120 16 17.18 17.20 140 60 18 33.54 33.50 80 140 90 18 28.87 28.90 140 120 18 23.57 23.58 160 60 18 18.23 18.24 160 90 18 18.81 18.82 160 120 18 16.27 16.26 10 180 60 18 14.34 14.32 11 180 90 18 14.23 14.24 12 180 120 18 12.77 12.78 13 160 60 20 17.41 17.42 14 160 90 20 17.35 17.34 15 160 120 20 15.45 15.43 Ta có phương trình tương quan: Y2 = 286.125 – 892.8X1 + 5148X12 – 513.75X2 + 5034X1X2 – 2821.5X22 – 10.18X3 – 1.52X3X1 – 17.7X3X2 (2) Xử lý số liệu độ trắng bột: TT X1 X2 X3 Y1 Y2 160 60 16 24.3 24.4 160 90 16 25.3 25.3 160 120 16 26.7 26.9 140 60 18 18.6 18.3 140 90 18 20.2 20.5 140 120 18 21.9 21.7 160 60 18 25.5 25.6 160 90 18 25.9 25.8 160 120 18 27.7 27.8 10 180 60 18 29.2 29.3 11 180 90 18 30.3 30.5 81 12 180 120 18 36.8 36.9 13 160 60 20 26.6 26.2 14 160 90 20 26.8 26.4 15 160 120 20 28.5 28.6 Ta có phương trình tương quan: Y3 = 394.25 + 718X1 – 240X12 + 532.5X2 + 2550X1X2 + 2625X22 + 10.2X3 – 0.4X3X1 – 18X3X2 (3) Giải hệ phương trình (1), (2) (3) theo điều kiện Y1 → max, Y2 → Y3 → max ta suy trị số X1 = 158.5, X2 = 88.9 X3 = 17.8 tức T = 158.50C, τ = 88.8 phút η = 17.8% Như vậy, trị số công nghệ nấu bột tối ưu từ ngun liệu thân luồng Hịa Bình là: Nhiệt độ T = 158.50C, thời gian bảo ôn τ = 88.8 phút lượng hóa chất sử dụng η = 17.8% Để thuận tiện cho trình điều khiển thơng số cơng nghệ q trình sản xuất, nên khống chế trị số cơng nghệ thích hợp là: Nhiệt độ T = 1600C; thời gian bảo ôn  = 90 phút; lượng hóa chất sử dụng  = 18% 4.5 Khảo nghiệm nấu bột theo giá trị nhiệt độ, thời gian lượng hóa chất sử dụng vừa tìm Nhiệt độ T = 1600C; Thời gian bảo ơn  = 90 phút; Lượng hóa chất sử dụng  = 18% Bảng số liệu đặc tính bột giấy sau nấu khảo nghiệm theo trị số cơng nghệ thích hợp: - Các tính chất bột Chỉ số (Index) Trị số Kappa bột chưa tẩy trắng (Kappa of Unbleached pulp) Kết (Results) 18.81 82 Độ trắng bột chưa tẩy trắng (Brightness of Unbleached pulp, %ISO) Độ nhớt bột chưa tẩy trắng (Viscosity of Unbleached pulp, ml.g-1) 25.90 1343.22 Mật độ (Tightness, g/cm3) 0.45 Chỉ số cường độ chịu xé (Tear index, mN.m2.g-1) 18.35 Chỉ số cường độ chịu bục (Bursting index, kPa.m2.g-1) 3.29 Chỉ số độ bền chịu kéo (Tensile index, N.m.g-1) 58.26 - Nhận xét: Từ bảng số liệu cho thấy Trị số Kappa bột chưa tẩy trắng 18.81, độ trắng bột chưa tẩy trắng 25.90 %ISO, độ nhớt bột chưa tẩy trắng 1343.22 ml.g-1, mật độ 0.45 g/cm3, số cường độ chịu xé 18.35 mN.m2.g-1, số cường độ chịu bục 3.29 kPa.m2.g-1 số độ bền chịu kéo 58.26 N.m.g-1 Các trị số hoàn toàn phù hợp với yêu cầu bột giấy dùng sản xuất loại giấy báo chí giấy văn phòng phẩm thong dụng quy định tiêu chuẩn GB 2677.4-81 Vì vậy, kết luận với ngun liệu luồng Hịa Bình điều kiện cơng nghệ nấu thích hợp nhiệt độ T = 1600C, thời gian bảo ơn  = 90 phút lượng hóa chất sử dụng  = 18% 4.6 Đánh giá sơ chất lượng bột giấy - Bột giấy nấu khoảng nhiệt độ T = 1400C, thời gian  = 60 – 90 phút tỷ lệ dăm sống cịn lẫn bột nhiều, làm cho hiệu suất bột cao, màu sắc bột sẫm hàm lượng lignin dư bột cao - Bột giấy nấu khoảng nhiệt độ 1600C trở đi, khoảng thời gian nào, lượng hóa chất sử dụng ngun liệu phân ly hồn tồn thành bột, khơng cịn xuất dăm sống, hiệu suất bột theo giảm xuống, màu sắc bột sáng lignin dư dần - Các tính chất bột giấy sau nấu khảo nghiệm theo trị số công nghệ tối ưu + Trị số Kappa bột chưa tẩy trắng 18.81 83 + Độ trắng bột chưa tẩy trắng 25.90 %ISO + Độ nhớt bột chưa tẩy trắng 1343.22 ml.g-1 + Mật độ 0.45 g/cm3 + Chỉ số cường độ chịu xé 18.35 mN.m2.g-1 + Chỉ số cường độ chịu bục 3.29 kPa.m2.g-1 + Chỉ số độ bền chịu kéo 58.26 N.m.g-1 Sản phẩm bột giấy thu hình 4.16 Hình 4.16 Sản phẩm bột giấy từ luồng 84 Chương KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Từ kết nghiên cứu, rút số kết luận sau: - Thành phần hóa học luồng Hịa Bình có đặc điểm chung với nguyên liệu thực vật thân thảo Mặc dù điều kiện lập địa, độ tuổi khác mà có ảnh hưởng đến cấu tạo, thành phần hóa học loại nguyên liệu Tuy nhiên tương quan hàm lượng chất nhóm chất tương đối giống - Kích thước chiều dài sợi trung bình luồng Hịa Bình 2293.15µm xếp vào cấp sợi dài, tỷ lệ chiều dài sợi/chiều rộng 133.49 xếp vào dạng sợi lớn, ưu điểm để lựa chọn nguyên liệu cho sản xuất bột giấy - Hàm lượng cellulose luồng Hịa Bình 48.77%, tương đương với số loài tre khai thác số địa phương khác ngang với nguyên liệu gỗ thường dùng làm nguyên liệu sản xuất giấy Đây tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng nguyên liệu sản xuất bột giấy Vì vậy, khẳng định ngun liệu Luồng Hịa Bình hồn tồn sử dụng để sản xuất bột giấy - Hàm lượng lignin luồng Hịa Bình 24.74% khơng lớn, gây trở ngại cho q trình gia cơng chế biến đặc biệt sản xuất bột giấy - Hàm lượng chất chiết xuất, chất tan nước không cao, tương đương với loại nguyên liệu loài khác, điều thuận lợi cho q trình gia cơng chế biến - Nguyên liệu luồng loại nguyên liệu dễ nấu, cụ thể thay đổi thời gian, nhiệt độ, lượng hóa chất sử dụng hiệu suất tính chất bột thay đổi theo quy luật, không khác so với nguyên liệu khác 85 - Thời gian nấu thích hợp theo phương pháp sulfate cho luồng Hịa Bình 90 phút, nhiệt độ 1600C, lượng hóa chất sử dụng 18% cho hiệu suất bột tốt - Kết nghiên cứu cho thấy tính chất lý bột tốt, cao so với số nguyên liệu từ gỗ rộng trung bình so với nguyên liệu gỗ kim: thông lá, thông 5.2 Kiến nghị - Cần xây dựng hoàn chỉnh quy trình trồng luồng để lấy măng theo mơ hình “Rừng tre măng” để đảm bảo sản lượng, chất lượng măng, đồng thời đảm bảo yêu cầu chất lượng tre thứ phẩm làm nguyên liệu cho công nghiệp giấy, sợi ngành chế biến khác - Nghiên cứu đồng bộ, hoàn thiện từ khâu nguyên liệu, công nghệ sản xuất bột giấy đến sản xuất giấy để đánh giá đầy đủ xác luồng dùng làm nguyên liệu sản xuất bột giấy - Nghiên cứu sản xuất bột giấy từ than luồng phương pháp khác phương pháp sản xuất bột hiệu suất cao, phương pháp nấu sulfite… - Nghiên cứu sản xuất loại giấy cao cấp từ bột giấy nấu từ thân luồng Hịa Bình - Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất bột giấy giấy nhiễm mơi trường từ nguyên liệu thân luồng ... tượng nghiên cứu Đối tượng: Các yếu tố công nghệ sản xuất bột giấy từ Luồng (Dedrocalamus baratus Hsuch et D. Z. Li) , 2-4 tuổi, khai thác huyện Lương Sơn tỉnh Hòa Bình 1.4.3 Nội dung nghiên cứu. .. nghiệp giấy bột giấy nói riêng, chúng tơi chọn đề tài: "Nghiên cứu công nghệ sản xuất bột sulfate từ luồng (Dedro calamus baratus Hsuch et D. Z. Li) " 3 Chương TỞNG QUAN 1.1 Tở ng quan về tre trúc... thêm luồng có tên khoa học (Dedro calamus baratus Hsuch et D. Z. Li) thuộc phân họ tre (Bambusoideae) tăng cường nguồn nguyên li? ??u cho ngành chế biến lâm sản nói chung ngành cơng nghiệp giấy bột