- Hệ số tán xạ giảm, độ che phủ thấp hơn.
CHƯƠNG 6: XỬ LÝ BỘT SAU NẤU
6.1. Các giai đoạn
Các giai đoạn xử lý bột sau nấu rất đa dạng, phụ thuộc vào phương thức sản xuất bột và ứng dụng sau cùng. Khái quát với một loại bột hĩa, những xử lý thơng thường sau khi nấu được sắp xếp theo thứ tự sau
Phân tán tạo huyền phù bột bằng quá trình nghiền thủy lực
Sàng loại mắt gỗ, phần bột cịn sống sau nấu (deknotting)
Rửa,tẩy bột (washing)
Sàng bột (screening)
Tinh chế bột hay cịn gọi là làm sạch bột trong các cyclơn thủy lực
Làm đặc.
Bơm vận chuyển huyền phù bột và một số xử lý cho bột (pumping và handing)
Tồn trữ, phối trộn (storage và blending)
Sấy và chuẩn bị xuất xưởng Trong đĩ:
Rửa, sàng, làm đặc và tồn trữ là những xử lý cần thiết cho tất cả loại bột.
Tinh chế bột (cleaning) ở các cyclơn thủy lực thì thường được yêu cầu khi cĩ địi hỏi cao về bề mặt.
Quá trình phân tán sợi bằng nghiền thủy lực thường cần cho các loại bột, bán hĩa, hay nĩi chung là những loại bột hĩa cĩ hiệu suất cao
Sàng thơ để loại bột “sống” sau nấu, cần thiết trong quá trình sản xuất những loại bột hĩa tẩy trắng.
Quá trình phối trộn hầu như luơn cần thiết đồng đều cho sản phẩm bột giấy, nhưng các nhà máy hay bỏ qua vì lý do là tăng chi phí.
Sấy khơ bột sẽ cần khi muốn tồn trữ bột trong thời gian dài cần vận chuyển xa. 6.2. Thuyết minh các giai đoạn
6.2.1. Phân tán bột bằng quá trình nghiền thủy lực
Sau khi nấu một số loại bột hĩa cĩ hiệu suất cao, cần tiến hành tách sợi bằng một tác động cơ học. Khi hiệu suất cao (80÷90%), quá trình xem như là quá trình nghiền dăm gỗ (sản suất bột cơ học), cần một năng luợng khá lớn tách sợi ra khỏi cấu trúc gỗ.
Khi hạ áp suất thấp (50÷60%), năng lượng tiêu tốn sẽ giảm đáng kể.
Cần lưu ý rằng quá trình nghiền thủy lực loại bột hĩa đề cập ở đây khác với quá trình nghiền với mục đích thủy hĩa và chổi hĩa sợi, vì nghiền thủy lực được thực hiện trong các nhà máy xuất bột cịn thủy hĩa và chổi hĩa sợi thì thực hiện trong nhà máy xuất giấy. Tuy nhiên, mức độ và phương cách tách sợi trong giai đoạn nghiền thủy lực cũng cĩ một ảnh hưởng nào đĩ đối với quá trình nghiền sau này.
Kết quả khảo sát cho thấy rằng năng lượng quá trình nghiền thủy lực cĩ thể giảm nếu được thực hiện với sự hiện diện của dịch nĩng từ cơng đoạn nấu bột (đây cịn gọi là quá trình nghiền nĩng phổ biến, quá trình tách sợi được thực hiện trực tiếp từ bể phĩng. Trong một vài hệ thống cịn thực hiện quá trình nghiền thứ hai tiếp theo sau là quá trình rửa bột.
Thiết bị để phân tán sợi thường là thiết bị nghiền đĩa. Một cấu hình được sử dụng phổ biến là đĩa rotor hai mặt nằm giữa hai đĩa stato. Dịng bột được nạp vào từ “mắt” của đĩa nghiền, kế đĩ bột sẽ chảy theo phương bán kính về phía ngồi (phía chu vi) của hai khoảng trống nằm giữa hai cặp đĩa stato-rotor. Nguyên lý tách sợi cũng tương tự như trong máy nghiền dăm gỗ để làm loại bột cơ hay máy nghiền để thủy hĩa và chổi hĩa sợi cho bột hĩa.
Thiết bị này cũng chính là thiết bị nghiền thuỷ lực ở chương bột giấy thu hồi.
6.2.2. Loại bỏ phần gỗ sống sau nấu (sàng thơ)
Với những loại bột hĩa hiệu suất thấp, “mắt gỗ” được định nghĩa là phần bột được giữ lại trên mặt rây cĩ đường kính lỗ 3/8 inch (đây cịn gọi là phần bột sống). Những phần này thường là phần gỗ biến dạng (gỗ phản ứng), hay từ những dăm quá dày, cĩ hình dạng khơng đồng đều. Tuy nhiên, cũng cĩ trường hợp các dăm gỗ vì một lý do bất thường nào đĩ mà khơng được nấu chín. Phần bột sống này cần được loại bỏ trước giai đoạn rửa bột, nĩ cĩ thể là chất thải sử dụng làm chất đốt hoặc cũng cĩ thể được cho quay lại nồi nấu.
Để loại phần gỗ sống, cĩ thể dùng hai thiết bị sàng chấn động và sàng áp lực. 6.2.2.1. Sàng chấn động:
Sàng chấn động phẳng cĩ lúc là loại sàng duy nhất được sử dụng trong các nhà máy bột giấy và giấy. Tính ưu việt của loại sàng này cĩ liên quan đến hiệu quả tách và nồng độ của phần loại bỏ. Mặc dù, nĩ cũng cĩ nhiều nhược điểm như kết cấu hở, tạo bọt,
chi phí bảo trì đắt, vận hành nặng nề, chiếm nhiều mặt bằng. Và những vấn đề này làm hạn chế sử dụng nĩ. Tuy nhiên, đây vẫn là loại sàng cho phần cặn trên rây tốt nhất (xét về nồng độ của chất thải bỏ). Sàng phẳng ở các phịng thí nghiệm là thiết kế cĩ cùng nguyên lý với loại này.
Sàng chấn động quay thì cĩ tính ưu việt hơn loại sàng phẳng và dễ vận hành hơn. Nhưng chi phí bảo trì lại cao và cũng làm hạn chế khả năng sử dụng.
Sàng loại cũ là mặt sàng chấn động cĩ hiệu quả tách rất tốt, nhưng kiểu thiết kế hở này sinh bọt và làm bắn nước ra ngồi nhiều, khơng tiện lợi cho người vận hành và cĩ thể ảnh hưởng đối với quá trình rửa. Do đĩ sau này người ta hay dùng loại sàng áp lực hơn.
Động cơ
Bột ra
Thiết bị sàng áp lực là một ống hình trụ kín hồn tồn, trong đĩ cĩ một mặt sàng đục lỗ. Mắt gỗ sống được giữ lại trên mặt ngồi và liên tục được tháo ra, lưu ý cĩ một số bột cũng bị kéo theo. Hạn chế cơ bản của loại thiết bị áp lực này là cần cĩ giai đoạn sàng thứ hai cho phần mắt gỗ vừa tách ra để thu hồi lại phần sợi tốt. Nguyên lý vận hành của thiết bị loại này cũng tương tự như loại ly tâm nhờ trọng lực. Điểm khác biệt là chúng vận hành dưới áp suất và dịng bán kính (radial flow) trong thiết bị cĩ thể hoặc là ly tâm, hoặc là hướng tâm, hoặc là kết hợp cả hai. Chúng cĩ ưu điểm là năng suất cao, linh hoạt gọn nhẹ, tiết kiệm được năng lượng bơm và đường ống. Thiết kế này tránh được hiện tượng kéo khơng khí vào huyền phù bột và giảm được lượng bùn thải.
Sàng áp lực đầu tiên được áp dụng trong những hệ thống cạnh máy xeo. Với nhiệm vụ chính là loại những tạp chất thơ để bảo vệ lưới xeo. Gần đây, nhiều cấu hình sàng áp lực đã được sử dụng trong lĩnh vực sàng tinh. Tất cả các thiết bị sàng áp lực cĩ một ống hình trụ đục lỗ. Cơ chế làm sạch mặt sàng thơng dụng nhất là sử dụng dao thủy lực quay. Sự chuyển động của dao sẽ gia tăng sự chuyển động của bột. Lực quán tính đối với tác động “quét” của dao gạt làm đổi hướng dịng chảy tức khắc, sinh ra tác động rửa lỗ sàng một cách hiệu quả.
6.2.3. Sàng tinh
Trong phần lớn các quy trình sản xuất bột giấy và giấy, một vài loại quá trình sàng được yêu cầu để lấy đi phần kích thước lớn hơn bình thường, tránh gây những ảnh hưởng bất lợi cho quá trình tạo hình trên máy xeo. Các loại thiết bị sàng bột cơ bản là
Sàng chấn động Sàng ly tâm trọng lực Sàng áp lực
Tất cả các loại sàng phải được trang bị với một số cơ chế để cĩ thể tự làm sạch mặt sàng (một cách liên tục hoặc gián đoạn). Nĩi khác mặt sàng phải được theo dõi để lỗ sàng (hay khe sàng) khơng bị bít. Phương pháp phổ biến nhất để làm sạch mặt sàng là tạo sự chấn động (shaking và vibration), tác động lau chùi thủy lực, rửa bằng tia ngược dịng (back-flushing) và phổ biến nhất là tạo sự va đập cửa dịng chảy qua lỗ sàng với những dao gạt nước di động, hoặc dùng hệ thống khuấy và va đập
nước pha lỗng
phần thơ thải Bột vào
Phần hợp cách loại 1Phần hợp cách loại 2Phần khơng hợp cách
Hình 6.2: Sàng li tâm trọng lực
Một thiết bị sàng đặc trưng rất dễ vận hành, yếu tố quan trọng nhất để cĩ một quá trình hiệu quả và ổn định là duy trì dịng chảy và nồng độ bột gần mức tối ưu. 6.2.3.1. Sàng ly tâm nhờ trọng lực (LTTL)
Loại sàng ly tâm trọng lực giải quyết được những vấn đề của sàng chấn động như vừa nêu trên. Thiết kế này cĩ một mặt sàng hình trụ nằm ngang, cĩ các lỗ rây hình trịn đường kính >3mm (tùy theo từng trường hợp cụ thể). Cĩ bố trí một guồng quay để giữ cho mặt sàng được sạch. Hệ thống khơng dao động, nên yêu cầu về giá đỡ và lắp đặt cũng đơn giản hơn. Quá trình tạo bọt cĩ giảm (nhưng khơng thể loại bỏ).
6.2.3.1.1. Cấu tạo
Gồm một trống hình trụ dài, mặt trống là lưới sàng. Tâm của hình trụ cĩ lỗ để đưa bột vào. Bên trong sàng được chia làm 3 ngăn. Ngăn đầu tiên sẽ cho những phần bột đạt yêu cầu, ngăn thứ 2 cho ra phần bột loại 2 ngăn cuối cùng cho ra phần khơng hợp cách.
6.2.3.1.2. Nguyên lí hoạt động
Nguyên lý của quá trình sàng dựa một phần vào yếu tố là phần sợi tốt (sợi hợp cách) cĩ khuynh hướng được thủy hĩa hồn tồn và cĩ tỉ trọng xấp xỉ với nước, khi cho huyền phù bột nồng độ thấp quay trong thiết bị sàng ly tâm. Sợi sẽ sắp xếp “nối đuơi” nhau và đi qua lỗ sàng. Các phần sợi thơ do khơng được thủy hĩa hồn tồn sẽ
Nước rửa bột rửa bột vào Trống chân khơng Nước thải Hình 6.3: Thiết bị rửa dạng trống
nhẹ hơn (nĩ chịu ảnh hưởng hạn chế của lực ly tâm) và do vậy phần thơ này cĩ khuynh hướng chảy qua hết chiều dài thiết bị sàng rồi theo cửa tháo cặn rây ra ngồi. Phần sợi thơ tích tụ khi nĩ chuyển động theo hướng trục tạo thành một lớp đệm sợi cĩ cấu trúc lỏng lẻo và nĩ cĩ thể được xem là một mặt sàng. Loại sàng LTTL này được áp dụng rất rộng rãi.
6.2.3.1.3. Điều kiện vận hành
Nồng độ bột khơng được quá đặc làm cho các phần sợi hợp cách cuốn theo sợi khơng hợp cách. Tốc độ quay chậm, bề mặt sàng khơng cần làm sạch vì bản thân sàng tự làm sạch.
6.2.4. Rửa bột
Mục đích quá trình rửa bột là để:
Lấy đi phần dịch cịn nằm lại trong khối bột, vì dịch bẩn này cĩ thể gây ảnh hưởng cho những giai đoạn xử lý sau này.
Thu hồi tối đa lượng tác chất cịn lại sau nấu với sự pha lỗng tối thiểu.
Trong nhiều thập niên, phương pháp rửa bột cơ bản là sử dụng liên tiếp những thiết bị rửa chân khơng quay vận hành theo kiểu ngược dịng. Ngày nay một phần chúng đã được thay thế bằng các phương pháp rửa mới với một số ưu điểm như:
Thiết bị rửa khếch tán loại áp lực và loại ở áp suất khí quyển.
Thiết bị rửa áp lực cĩ quay.
Thiết bị rửa băng tải nằm ngang.
Thiết bị rửa kiểu pha lỗng - trích ly và kiểu thay thế. 6.2.4.1. Thiết bị rửa chân khơng cĩ quay
Bột sạch Hình 6.4: Rửa liên tục
6.2.4.1.1. Cấu tạo:
Cơ cấu chính của thiết bị rửa chân khơng cĩ quay là một thùng hình trụ cĩ phủ lớp vải lọc, quay trong một bể chứa huyền phù bột, cịn gọi là thiết bị rửa chân khơng dạng thùng quay (hay trống quay).
6.2.4.1.2. Nguyên lí hoạt động
Khi cho hệ thống ngập vào trong bể lọc. Với hệ thống van và ống hút nước tạo chân khơng, hệ sẽ cĩ tác động chân khơng khi mà thùng lọc quay vào huyền phù bột. Một lớp bột dầy được hình thành và bám vào mặt vải lọc. Nước rửa sẽ được sử dụng để thay thế dịch đen trong lớp bột khi thùng lọc quay liên tục. Cuối cùng, ngưng tác động chân khơng và lớp bột sạch được lấy ra khỏi bề mặt lọc.
6.2.4.1.3. Điều kiện vận hành:
Hiệu quả của quá trình này nếu chỉ dùng một giai đoạn rất khĩ vượt trên 80%. Do vậy cần bố trí 3÷4 giai đoạn rửa để cĩ thể đạt được hiệu suất gần 99%. Trong quá trình rửa, những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thay thế là:
6.2.4.2. Thiết bị rửa chân khơng liên tục
Đặc tính của sợi (quá trình sản xuất bột, độ thốt nước...).
Đặc tính của vịi rửa (To, sự phân bố vịi rửa...).
Sự hình thành lớp đệm sợi (tải trọng, nồng độ bột trong bể, tốc độ quay).
Hệ số pha lỗng, nhiệt độ huyền phù, lượng khí hịa tan trong huyền phù, tính chất lưới lọc...).
Bột vào Bột ra
Tạp chất Hình 6.5: Cyclơn thuỷ lực
Những yếu tố quan trọng nhất là tải trọng bột, hệ số pha lỗng, lượng khí hịa tan trong bột. Tải trọng được định nghĩa bằng tấn bột khơ/ngày/đơn vị diện tích bề mặt, giá trị này thường là 0,6÷0,8.
6.2.5. Tinh chế bột bằng cyclơn thủy lực
Thiết bị tinh chế bột bằng lực ly tâm hay là các cyclơn thủy lực được sử dụng để loại những tạp chất cĩ tỷ trọng cao như cát, bụi, mảnh kim loại...
6.2.5.1. Cấu tạo
Cyclơn thủy lực là một ống chịu áp lực hình nĩn với dịng bột nạp liệu theo phương tiếp tuyến tại chỗ cĩ đường kính lớn nhất của ống hình nĩn (hay chính là phần hình trụ). Hướng về phía trục, tại đầu cĩ đường kính lớn nhất là cửa tháo bột sạch. Ở đầu đối diện, tức là chỗ kết thúc của hình nĩn cĩ đường kính nhỏ nhất là cửa tháo tạp chất.
Cyclơn thủy lực tách khỏi huyền phù bột giấy những hạt tạp chất bằng tác động kết hợp của lực ly tâm và lực chuyển dịch của các dịng chảy. Do vậy nĩ sẽ thực hiện quá trình tách tạp chất vừa dựa trên sự khác nhau về tỉ trọng và đồng thời vừa dựa vào hình dạng của chúng. Tất cả các cyclơn thủy lực hoạt động dựa trên nguyên lý của một phiễu xốy hình thành do cĩ sự giảm áp và từ đĩ phát triển tác động ly tâm. Năng lượng chính của hệ thống là bơm. Huyền phù bột đi vào cyclơn theo phương tiếp tuyến, sự xoắn ốc ở cửa vào sẽ hướng dịng theo một chuyển động quay trịn.
Khi dịng bột đi vào phía trong, vận tốc gia tăng, làm sinh ra lực ly tâm. Lực này sẽ mang những hạt nặng về phía dưới, xa phần bột sạch. Các sợi tốt nhẹ hơn, được mang về phía trong và đi lên trên tới cửa tháo bột sạch. Phần tạp chất nặng (đất, cát...) đi về phía dưới theo trọng lực đến cửa tháo tạp chất ở phía đáy.
Các cyclơn thủy lực cĩ đường kính nhỏ sẽ phát triễn lực ly tâm cao và sẽ tách rất hiệu quả những loại tạp chất cĩ tỉ trọng lớn. Khi muốn tách những hạt lớn hơn, cĩ tỉ trọng khơng quá cao (như phần bột gỗ vụn) thì. nên chọn cyclơn cĩ đường kính lớn hơn. Kết quả cho thấy hiệu quả tách hạt tạp chất cĩ dạng bản phẳng thì thấp hơn hẳn dạng hình cầu. Một “lõi khí” bền được hình thành ở trung tâm của cyclơn thủy lực. Đường kính của lõi khí này phụ thuộc kích thước của cyclơn, điều kiện vận hành và hàm lượng khí cĩ trong huyền phù bột. Nếu như cửa tháo tạp chất tiếp xúc trực tiếp với mơi trường khơng khí, cyclơn sẽ kéo thêm khơng khí vào “lõi khí” và đẩy nĩ thốt ra ở cửa tháo bột sạch, điều này cĩ thể gây ra những vấn đề về bọt khí
6.2.5.3. Điều kiện vận hành
Những thơng số vận hành cĩ ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của cyclon thủy lực là:
Tính chất của huyền phù bột: Loại sợi, bản chất loại tạp chất (hình dạng, kích thước, tỷ trọng), hàm lượng tạp chất.
Thiết kế của cyclơn: đường kính hình nĩn, kết cấu của phần nạp liệu, đường kính cửa tháo bột sạch, chiều cao đoạn hình trụ, gĩc cơn của hình nĩn, việc sử dụng các rãnh xoắn ốc, phương pháp kiểm tra tốc độ thải phần cặn.
Thơng số vận hành: tốc độ dịng bột, độ giảm áp bên trong cyclơn, nồng độ dịng nạp liệu, tốc độ dịng tạp chất, nhiệt độ huyền phù bột, lượng khí trong huyền phù, sự pha lỗng, áp suất ngược, kết cấu của buồng tháo liệu.
6.2.5.4. Sự cố và giải quyết trong vận hành
Vấn đề cơ bản cho việc vận hành các cyclơn thủy lực là sự tắt nghẽn cửa tháo tạp chất do những vật liệu lạ, những khối sợi hay do huyền phù bột cĩ nồng độ quá cao. Nhưng cửa tháo tạp chất thường được thiết kế sao cho duy trì được một mức thải