Chƣơng 3 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIấN-XÃ HỘI KHU VỰC NGHIấN CỨU
4.5. Kết quả nghiờn cứu đặc điểm gỗ Keo lai phục vụ cụng nghiệp bột
4.5.2. Nghiờn cứu qui trỡnh nấu bột
4.5.2.1. Ảnh hưởng của mức dựng kiềm
Kế thừa mức dựng kiềm để nấu bột của đề tài cấp Nhà nước KC.06.05.NN (Nguyễn Huy Sơn, 2006) [30], đề tài đó sử dụng cỏc mức dựng kiềm NaOH là 20%, 22% và 24%; độ sunphua là 25%; Tỷ dịch (cỏi/nước) là 1/4; nhiệt độ nấu là 1700C, thời gian bảo ụn là 150 phỳt, thời gian tăng ụn là 90 phỳt, kết quả thử nghiệm (bảng 4.8) cho thấy hầu hết cỏc trị số Kappa và
hiệu suất bột cú xu hướng giảm khi tăng mức kiềm từ 20% đến 24% và đều giảm so với mẫu Keo lai ở Vĩnh Phỳc. Mức kiềm ở 20%, thu nhận được mẫu bột cú trị số Kappa là 24,2; mức kiềm ở 22% trị số Kappa là 19,8; nhưng khi nõng lờn đến mức kiềm 24% thỡ trị số Kappa giảm đi cũn 18,1. Như vậy, từ kết quả phõn tớch trờn và đối chiếu với trị số Kappa theo yờu cầu là từ 18 đến 22 cho gỗ Keo lai thỡ ở mức dựng kiềm 22% là phự hợp nhất.
Bảng 4.8. Ảnh hưởng của mức dựng kiềm đến hiệu suất bột và trị số Kappa của bột từ gỗ Keo lai 5 tuổi
Mức Trị Hiệu suất bột (%) Bột chớn Bột sống Tổng 20 Keo lai (BV5, BV10, BV33) - Vĩnh Phỳc* 24,9 51,9 0,5 52,4 8,3
Keo lai (BV5, BV10, BV33) - Thỏi Nguyờn
24,2 50,3 0,6 50,9 7,9
22 Keo lai (BV5, BV10, BV33) - Vĩnh Phỳc* 20,3 51,0 0,0 51,0 9,8
Keo lai (BV5, BV10, BV33) - Thỏi
Nguyờn 19,8 49,0 0,0 49,0 9,3
24 Keo lai (BV5, BV10, BV33) - Vĩnh Phỳc* 18,1 48,9 0,0 48,9 11,8
Keo lai (BV5, BV10, BV33) - Thỏi Nguyờn
18,1 48,5 0,0 48,5 11,5
*(Nguồn dẫn: Nguyễn Huy Sơn, 2006)
Từ kết quả thử nghiệm trờn, trong phạm vi nghiờn cứu của đề tài bước đầu cú thể khẳng định qui trỡnh phự hợp để nấu bột gỗ Keo lai ở tuổi 5 trồng tại Thỏi Nguyờn là tương tự với qui trỡnh nấu bột từ gỗ nguyờn liệu Keo lai tuổi 5 ở Vĩnh Phỳc:
+ Tổng kiềm (NaOH): 22%;
+ Độ Sunphua (theo tổng kiềm): 25%; + Tỷ dịch (tỷ lệ cỏi/nước): 1/4;
+ Thời gian tăng ụn: 90 phỳt; + Thời gian bảo ụn: 150 phỳt; + Nhiệt độ nấu: 1700C.
Với qui trỡnh cụng nghệ này, đề nghị được tiếp tục nghiờn cứu để ỏp dụng trong cỏc thớ nghiệm tiếp theo với cỏc cỡ tuổi lớn hơn của Keo lai, từ đú cú thể đưa ra cỏc kết luận chớnh xỏc hơn về ảnh hưởng của cỡ tuổi đến tiềm năng bột giấy.
4.5.2.2. Ứng dụng TBKT nghiờn cứu qui trỡnh tẩy trắng bột giấy
Kết quả điều tra cụng nghệ tẩy trắng bột giấy tại cỏc nhà mỏy sản xuất bột giấy ở nước ta hiện nay, cho thấy việc tẩy trắng bột giấy vẫn được cỏc nhà mỏy ỏp dụng cụng nghệ truyền thống, đú là sử dụng Clo (Cl2) và Hypoclorit [NaClO hay Ca(ClO)3 ]. Clo và Hypoclorit chớnh là cỏc sản phẩm phụ của quỏ trỡnh điện phõn muối ăn nhằm sản xuất ra xỳt (NaOH) nờn giỏ thành tương đối rẻ. Để tẩy trắng 1 tấn bột giấy cần tới 100kg Clo và cỏc hợp chất của nú (trong đú cú khoảng 50% là clo phõn tử). Về mặt cụng nghệ sản xuất, trong quỏ trỡnh tẩy trắng bột giấy, đưa bao nhiờu hợp chất Clo vào thỡ lại thải ra bấy nhiờu. Nhược điểm chớnh của cụng nghệ này là sự hỡnh thành cỏc hợp chất chứa Clo cú độc tớnh cao và làm ụ nhiễm mụi trường trong quỏ trỡnh sản xuất. Hiện nay, cụng nghệ ECF (Elemental Chlorine Free) khụng sử dụng Clo đó được nhiều nước tiờn tiến trờn thế giới đưa vào sử dụng để tẩy trắng bột giấy, với cụng nghệ này vừa nõng cao được chất lượng bột giấy, vừa ớt gõy ụ nhiễm mụi trường và chi phớ thấp.
*/ Ứng dụng qui trỡnh tỏch loại Lignin bằng ễxy trong mụi trường kiềm cho
bột gỗ Keo lai ở Thỏi Nguyờn
Kết quả tỏch loại Lignin trong bột gỗ Keo lai bằng ễxy trong mụi trường kiềm (bảng 4.9) cho thấy mức độ tỏch loại lignin trong bột gỗ Keo lai trồng ở
Vĩnh Phỳc tăng theo độ tuổi, tuổi cõy càng cao thỡ khả năng tỏch loại lignin trong bột gỗ càng lớn (mức độ tỏch loại lignin ở bột Keo lai tuổi 5 đạt 53,7%; tuổi 7 đạt 58,8%); tại Thỏi Nguyờn mức độ tỏch loại lignin đạt 53,5%. So sỏnh hiệu quả tỏch loại lignin ở bột gỗ Keo lai 5 tuổi của Vĩnh Phỳc và Thỏi Nguyờn cho thấy hiệu quả tỏch loại lignin từ bột gỗ Keo lai ở Thỏi Nguyờn (53,5%) đạt giỏ trị thấp hơn so với cựng loại nguyờn liệu trồng ở Vĩnh Phỳc (53,7%). Sau khi tỏch loại lignin, bột từ gỗ nguyờn liệu Keo lai 5 tuổi ở Vĩnh Phỳc cú Trị số Kappa là 9,4 thấp hơn một chỳt so với bột gỗ từ nguyờn liệu Keo lai trồng ở Thỏi Nguyờn cú trị số Kappa là 9,5 (trị số Kappa là chỉ số biểu thị lượng lignin cũn lại trong bột). Như vậy, từ kết quả phõn tớch trờn cũng cú thể kết luận: cựng một loại nguyờn liệu (Keo lai 5 năm tuổi) trồng ở Vĩnh Phỳc và Thỏi Nguyờn cú hiệu quả tỏch loại lignin là tương đương nhau.
Bảng 4.9. Kết quả tỏch Lignin trong bột gỗ Keo lai 5 tuổi ở Thỏi Nguyờn bằng ụxy kiềm
Nguyờn liệu (năm)Tuổi Hiệu suất (%) Kappa trước ụxy kiềm Kappa sau ụxy kiềm Mức độ tỏch loại (%) Keo lai - V.Phỳc* 5 95,6 20,3 9,4 53,7 Keo lai - V.Phỳc* 7 93,7 20,4 8,4 58,8
Keo lai - Thỏi Nguyờn 5 96,4 20,1 9,5 53,5
*(Nguồn dẫn: Nguyễn Huy Sơn, 2006)
Sau khi tổng hợp, ỏp dụng và kế thừa kết quả nghiờn cứu đề tài cấp Nhà nước của Nguyễn Huy Sơn (2006) [30], trong phạm vi nghiờn cứu của đề tài đó lựa chọn được điều kiện xử lý để tỏch loại lignin trong bột gỗ Keo lai bằng ụxy trong mụi trường kiềm như sau:
- Áp suất ụxy là 490kPa; - Thời gian xử lý là 60 phỳt;
- Nhiệt độ xử lý từ 950C đến 1000C; - Lượng MgSO2 là 0,2%;
- Lượng kiềm = (K-1-) x 0,15%. Trong đú: K là trị số Kappa của bột sau nấu. Từ kết quả nghiờn cứu trờn cho thấy tỏch loại lignin trong bột gỗ Keo lai
trước khi tẩy trắng bằng ụxy trong mụi trường kiềm cú tớnh chọn lọc cao, điều này cú nghĩa là lượng húa chất sẽ giảm đỏng kể ở giai đoạn tẩy trắng. Theo đú, sẽ giảm thiểu được chi phớ sản xuất và đặc biệt hơn là hạn chế được sự ụ nhiễm mụi trường.
*/ Ứng dụng cụng nghệ tẩy trắng bột gỗ Keo lai 5 năm tuổi trồng ở Thỏi Nguyờn
Sau khi đó tỏch loại phần lớn Lignin bằng ụxy trong mụi trường kiềm, bột gỗ Keo lai được tẩy trắng theo qui trỡnh ECF dạng D0E0D1ED2 (bảng 4.10)
Bảng 4.10. Điều kiện cụng nghệ của cỏc giai đoạn tẩy trắng bột giấy
T
T Điều kiện cụng nghệ D0 E0 D1 E D2 Ghi chỳ
1 Nồng độ bột (%) 10 10 10 10 10
2 Nhiờt độ (0C) 75 75 75 70 75
3 Thời gian (phỳt) 90 30 90 30 90
4 pH cuối 2-3 - 3-4 - 3-4
5 Áp suất oxy (kPa) - 196 - - -
6 Mức dựng kiềm (%)* - 0,15K1 - 0,7 -
7 Mức dựng clo hoạt tớnh (%)*
0,3K1 - 0,5K2 - 0,25K2
Ứng dụng cụng nghệ ECF tẩy trắng bột gỗ Keo lai, kết quả (bảng 4.11) cho thấy: bột gỗ Keo lai 5 năm tuổi ở Thỏi Nguyờn cú độ trắng (%ISO) là 85,9; so sỏnh với cựng loại nguyờn liệu ở Vĩnh Phỳc thỡ độ trắng (%ISO) ở bột gỗ Keo lai ở Thỏi Nguyờn thấp hơn ở Vĩnh Phỳc 0,1%ISO và về độ bền cơ lý thỡ tương đương nhau;
Bảng 4.11. Tớnh chất cơ lý của bột gỗ Keo lai sau tẩy trắng
T T Nguyờn liệu Tuổi (năm) Hiệu suất (%) Độ trắng (%ISO) Độ nhớt (ml/g) Chiều dài đứt (m) Chỉ số xộ (mNm2/ g) 1 Keo lai (BV5,BV10,BV33)-VP* 5 46,8 86,0 630 8020 8,01 2 Keo lai (BV5,BV10,BV33)-VP* 7 46,0 87,1 627 7060 6,71 3 Keo lai (BV5,BV10,BV33)-TN 5 46,7 85,9 631 8020 8,02
4 Mẫu ngoại nhập (cõy lỏ rộng) - - 48-88 min60
0 7000 min4,7
*(Nguồn dẫn: Nguyễn Huy Sơn, 2006)
So sỏnh với mẫu ngoại nhập: về độ trắng(%ISO) của Keo lai 5 tuổi ở Thỏi Nguyờn nằm trong giới hạn trờn của mẫu ngoại nhập (48 - 88 %ISO), độ bền cơ lý so với mẫu ngoại nhập cũng cú độ chờnh lệch nhưng đạt ở mức độ cho phộp.
Túm lại: Tớnh chất cơ lý của bột gỗ Keo lai 5 năm tuổi ở Thỏi Nguyờn và Vĩnh Phỳc sau tẩy trắng là tương đương nhau. Theo đú dự đoỏn đến tuổi 7, Keo lai ở Thỏi Nguyờn cũng sẽ cú khả năng đạt được cỏc giỏ trị về tớnh chất cơ lý của bột gỗ sau tẩy trắng như Keo lai 7 năm tuổi ở Vĩnh Phỳc và tiệm cận với cỏc trị số của mẫu ngoại nhập.
4.5.2.3. So sỏnh chỉ tiờu chất lượng, hiệu quả kinh tế, tỏc động mụi trường của bột giấy tẩy trắng theo qui trỡnh ECF và qui trỡnh hiện đang ỏp dụng tại Nhà mỏy giấy Bói Bằng
*/ Chất lượng
Kết quả phõn tớch chất lượng bột giấy tẩy trắng từ mẫu Keo lai 5 năm tuổi ở Thỏi Nguyờn bằng phương phỏp ECF và kết quả phõn tớch mẫu bằng phương phỏp C-EOP-H của Nhà mỏy giấy Bói Bằng (bảng 4.12) cho thấy bột tẩy trắng theo phương phỏp ECF cú hiệu suất bột, độ trắng và cỏc chỉ tiờu về độ bền cơ lý cao hơn hẳn so với bột tẩy theo qui trỡnh hiện tại.
Bảng 4.12. So sỏnh chất lượng bột giấy từ Keo lai 5 năm tuổi tẩy trắng theo qui trỡnh ECF với qui trỡnh C-EOP-H đối chứng
T
T Chỉ tiờu
Keo lai tuổi 5 (Thỏi Nguyờn ) ECF C-EOP-H 1 Hiệu suất bột (%) 46,7 44,2 2 Độ trắng (%ISO) 85,9 82,6 3 Độ nhớt (ml/g) 631 515 4 Độ bền kộo (m) 8020 7810 5 Chỉ số độ bền xộ (nM.m2/g) 8,02 7,51 6 Chỉ số độ bền bục (kPa.m2/g) 5,7 5,2 7 Độ bền gấp (đụi lần) 975 755
Hiệu quả kinh tế của phương phỏp tẩy trắng bột giấy ECF và phương phỏp hiện đang được ỏp dụng ở Nhà mỏy giấy Bói Bằng được đỏnh giỏ sơ bộ dựa trờn cỏc tiờu chớ: Giỏ bỏn sản phẩm, mức tiờu hao nguyờn liệu gỗ ban đầu và lượng húa chất sử dụng trong quỏ trỡnh tẩy trắng.
Giỏ bỏn sản phẩm: Với phương phỏp tẩy trắng bột giấy ECF, cỏc chỉ tiờu về chất lượng như hiệu suất bột, độ trắng, độ nhớt, độ bền cơ học đạt ở mức độ cao, nờn giỏ bỏn bột giấy tẩy trắng ở phương phỏp này tương đương với giỏ bột nhập khẩu và cao hơn giỏ bột sản xuất theo phương phỏp hiện đang được ỏp dụng từ 600.000 - 700.000 VNĐ/tấn.
Tiờu hao nguyờn vật liệu và húa chất: Mức tiờu hao húa chất của quỏ trỡnh sản xuất bột tẩy trắng của gỗ Keo lai theo cụng nghệ ECF thấp hơn cụng nghệ đang sử dụng tại Nhà mỏy giấy Bói Bằng khoảng 250.000 VNĐ/ tấn bột. Điều này cú nghĩa là mức chi phớ sản xuất bột tẩy trắng theo qui trỡnh ECF thấp hơn mức chi phớ cho sản xuất bột tẩy trắng ở qui trỡnh hiện tại (C-EOP-H), đồng thời hiệu quả sản xuất bột trắng theo qui trỡnh ECF cũng được nõng cao.
*/ Tỏc động mụi trường
Sản xuất bột giấy tẩy trắng theo qui trỡnh ECF tiờu hao ớt húa chất, theo đú giảm thiểu được sự ụ nhiễm mụi trường do nguyờn tố clo gõy nờn. Cỏc số liệu nghiờn cứu tại Viện cụng nghệ giấy và Xenluylụ cho thấy lượng chất hữu cơ của Clo phỏt thải vào khoảng 1kg AOX/tấn bột (hợp chất hữa cơ cú Clo hấp thụ được) thấp hơn nhiều so với lượng AOX phỏt thải (4kg/tấn bột) trong qui trỡnh tẩy trắng theo phương phương phỏp truyền thống (C-EOP-H).
Kế thừa số liệu ở cỏc cấp tuổi khỏc nhau kết hợp với đặc điểm lý húa tớnh của gỗ Keo lai 5 tuổi ở Thỏi Nguyờn cho thấy hiệu suất bột của gỗ Keo lai 5 tuổi ở Thỏi Nguyờn tương đương với hiệu suất bột của cựng loại nguyờn liệu ở Vĩnh Phỳc. Từ nhận định trờn cú thể dự đoỏn đến tuổi 7 hiệu suất bột của gỗ nguyờn liệu Keo lai ở Thỏi Nguyờn cũng sẽ đạt giỏ trị tương đương với Keo lai tuổi 7 ở Vĩnh Phỳc (tro ng phạm vi nghiờn cứu này). Vỡ vậy, khi sản xuất bột giấy thỡ khai thỏc gỗ Keo lai ở tuổi 7 là thớch hợp hơn.
Kết quả nghiờn cứu cũng cho thấy việc ỏp dụng qui trỡnh tẩy trắng bột ECF là khả thi về mọi mặt: kỹ thuật tốt, hiệu quả kinh tế cao, ớt gõy ụ nhiễm mụi trường.