1.6 Nguyên liệu sản xuất giấy
1.6.1 Công nghệ sản xuất giấy
Thời xưa, nguyên liệu làm giấy được cắt vụn ra và giã nhỏ trong nước thành bột lỏng. Các sợi được phân tán mỏng trong nước. Đầu tiên giấy được múc ra bằng một cái rây nổi trên mặt nước. Lưới ở dưới đáy rây được gắn chặt vào khung. Mỗi tờ giấy được múc ra phải được làm khô trong rây và chỉ được đem ra sau khi khô. Vì thế mà cần đến rất nhiều rây.
Vào khoảng năm 600 kỹ thuật múc giấy cải tiến dùng loại rây múc lan truyền đến Triều Tiên và sau đó đến Nhật. Ở loại rây múc này khung rây có thể gỡ ra khỏi rây. Tờ giấy vừa được múc có thể được lấy ra khi còn ẩm và đem đi phơi khô. Kỹ thuật này còn được sử dụng cho đến ngày nay ở các loại giấy múc
30
bằng tay và nói chung nguyên tắc sản xuất giấy (cắt vụn, giã nhỏ trong nước, múc và hong khô) vẫn không thay đổi cho đến ngày nay.
b) Quy trình sản xuất giấy và bột giấy hiện đại Gia công nguyên liệu thô
Bao gồm rửa sạch nguyên liệu, loại bỏ tạp chất và cắt mảnh theo kích cỡ thích hợp đáp ứng yêu cầu của phương pháp ssanr xuất bột giấy.
Sản xuất bột giấy
- Nghiền bột từ sợi tái chế
Trong nhiều năm qua, việc sử dụng sợi tái chế để sản xuất bột giấy và xeo giấy đã trở nên phổ biến. Việc sử dụng loại vạt liệu này trong thời gian gần đây đã tăng lên đáng ker. Các phát triển công nghệ hiện đại tập trung chủ yếu vào việc nâng cấp chất lượng bột giấy từ các vật liệu tái chế và chính do thành công trong lĩnh vực này đã dẫn đến việc sử dụng rất rộng rãi loại bột giấy từ sợi tái chế.
- Nghiền bột cơ học
Trong nghiền bột cơ học, các sợi chủ yếu bị tách rời nhau do lực cơ học trong máy nghiền hoặc trong thiết bị tinh chế. Qui trình công nghệ nguyên thủy là gia công gỗ tròn bằng đá – gỗ được ép bằng đá nghiền quay trong. Công nghệ này làm ra mọi loại bột giấy có độ dai tương đối thấp.
Ở các nhà máy tinh chế TMP ( Thermal Mechanical Pulping) và các máy nghiền áp lực cách xử lý cơ học được tiến hành ở áp lực và nhiệt độ cao, do vậy bột giấy có các thuộc tính độ dai tốt hơn bọt giấy cơ học truyền thống. Thực hiện qui trình công nghệ này ở các máy tinh chế có độ linh hoạt cao hơn trong việc lựa chọn nguyên liệu, vì sau đó có thể tận dụng vụn gỗ, cũng như các nguyên liệu , vì sau đó có thể tận dụng vụn gỗ, cũng như các nguyên liệu sợi ngoài gỗ.
- Nghiền bột hóa học và bán hóa học
31
Trong nghiền bột hóa học và bán hóa học, nguyên liệu sợi được xử lý với hóa chất ở nhiệt độ và áp lực cao ( nấu). Mục đích của quá trình xử lý này là nhằm hòa tan hoặc làm mềm thành phần chính của chất lignin liên kết các sợi trong nguyên liệu với nhau, đồng thời lại gây sự phá hủy càng ít càng tốt với thành phần cellulose ( tăng độ dai của các sợi). Cách xử lý này được tiến hành trong nồi áp suất ( nồi nấu), có thể vận hành theo chế độ liên tục hoặc từng mẻ.
Có hai loại công nghệ nghiền bột hóa học chính: các quy trình kiềm hóa ( quy trình sulphate, quy trình xút) và quy trình sulphite.
Trong quá trình sulphate, dịch nấu có độ kiềm cao và các thành phần hoạt tính là các ion hydroxyl, sulphite và hydrogen sulphite. Các thành phần hoạt tính qua trình nghiền bột giấy bằng xút là hydroxyl và carbonate. Nghiền bột giấy
sulphate tạo ra loại bột giấy dai nhất trong khi nghiên fbootj giấy xút thích hợp hơn với các nguyên liệu chứa lignin thấp như các loại cây một năm, tre nứa,...
Các chất hoạt tính trng quy trình sulphite là sulphur dioxide tự do, sulphite hoặc ion hydrogen sulphite. Bột giấy sulphite có độ sáng không tẩy cao nhất nên thường chỉ cần hóa chất để tẩy hơn so với bột giấy sulphate và bột giấy xút.
• Rửa bột
Tách bột cellulose ra khỏi dịch nấu ( dịch đne). Dịch đen bao gồm các hợp chất chứa Na: Na2SO4, NaOH, Na2S, Na2CO3, lignin,... Qúa trình rửa bột thường sử dụng nước sạch, lượng nước sử dụng cần hạn chế tới mức tối thiểu nhưng vẫn dảm bảo sao cho tách bột cellulose đtạ hiệu quả cao và nồng độ kiềm trong dịch đen là cao nhất.
• Tẩy trắng.
Mục đích của tẩy bộ giấy hóa học là làm sáng màu lignin tồn dư trong bột giấy sau khi nấu. Để khử được lignin nguwoif ta dùng cholrine, hypochlorite,
32
chlorine dioxide, oxygen hoặc ozone và đặc biệt là peroxide. Một cách truyền thống, có thể nói rằng quy trình tẩy trắng bao gồm 03 giai đoạn chính:
- Giai đoạn clo hóa, oxy hóa trong môi trường axit để phân hủy phần lớn lignin còn sót lại trong bột.
- Giai đoạn thủy phân kiềm sản phẩm lignin hòa tan trong kiềm nóng được tách ra khỏi bột.
- Giai đoạn tẩy oxy hóa để thay đổi cấu trúc các nhóm mang màu còn sót lại.
Các tác nhân tẩy thường sử dụng: chlorine, hypocholorite, natri ( NaOCl), hypochlorite canxi (Ca(OCl)2), dioxit chlorite (ClO2), ozone (O3),..
33
Bảng 1.6: Chức năng của một số chất dùng trong công đoạn tẩy bột giấy
Hóa Chức năng Ưu điểm Nhược điểm
chất
Cl2 Oxy hóa và clo hóa lignin.
Khử lignin tốt, rẻ
tiền. Nếu sử dụng không hợp lý có thể làm mất dộ dai của bột, tạo clo hữu
cơ.
NaOCl Oxy hóa, hoa ftanlignin, làm sáng
màu.
Dễ làm và dễ sử dụng.
Nếu sử dụng không hợp lý có thể làm mất độ dai của bột, tạo ra
cloroform.
ClO2 Oxy hóa, hòa tan lignin.
Đạt độ
trắng cao, không phân
hủy bột.
Tạo ra clo hữu cơ.
O3 sử dụng với NaOH
Oxy hóa, hòa tan lignin.
Dòng thải
không chứa clo, không gây độc
hại.
Phải có thiết bị chuyên dùng để sản xuất ozone, có thể làm mất độ dai
của bột.
H2O2 Oxy hóa và làm sáng màu.
Dễ sử dụng không gây độ hại.
Giá thành cao.
( Nguồn: Giáo trình “ Công nghệ ử lý nước thải” Trần Văn Nhân_ Ngô Thị Nga)
34 - Nghiền bột giấy
Làm cho các xơ sọi được hydrat hóa, dẻo, dai, tăng bề mặt hoạt tính, giải phóng gốc hydroxyl làm tăng diện tích bề mặt, tăng độ mềm mại, hình thành độ bền của tờ giấy. Sau công đoạn nghiền bột, bột giấy được trộn với chất độn và làm chất phụ gia để đưa đến bộ phận xeo giấy.
- Xeo giấy
Tạo hình sản phẩm trên lưới và thoát nước để giảm độ ẩm của giấy. Sau đó giấy được thu qua sấy và có sản phẩm khô.
- Thu hồi và xử lý các dịch dùng trong khâu tẩy
Để có thể đạt được hiệu quả kinh tế cao, các quy tình công nghệ nghiền bột bằng phương pháp hóa học bắt buộc phải có hệ thống thu hồi háo chất và năng lượng hiệu quả. Các hệ thống thu hồi còn là chìa khóa để làm cho các nhà máy sản xuất bột giấy hóa học tương thích với môi tường, theo yêu cầu của công chúng, chính quyền và người tiêu dùng. Nhìn chung các quá trình thu hòi bao gồm các bước chủ yếu:
- Cô đặc để giảm lượng nước.
- Đốt dịch đã qua cô dặc ở nhiệt độ cao để tạo hơi nước va fthu hòi các chất vô cơ, một số trường hợp có khí nữa.
- Chuyển hóa các chất vô cơ thành các háo chất nấu hoạt tính. Ví dụ về quá trình này là kiềm đó bằng dung dịch kiềm loãng và sữa vôi. Sau đó, tách bùn vôi và dung dịch trắng gồm NaOH, Na2S, Na2CO3, NaSO4 được thu hồi và tuần hoàn sử dụng lại cho công đoạn nấu.
35