- Độ nghiền được đo bằng độ oSR: Đặc trưng cho khả năng thoát nước của xơ sợi. Kết quả quạn trọng nhất của quá trình nghiền là tạo ra các nhóm OHtự do trên bề mặt xơ sợi, dẫn đến việc hình thành các cầu nối xenluloza với nhau tạo thành cấu trúc bền của tờ giấy. Việc giải phóng ra càng nhiều các nhóm OH tự do càng xuất hiện nhiều cầu nối, và như vậy làm cho tờ giấy càng bền. Do vậy các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền cũng ảnh hưởng đến độ bền của tờ giấy.
a./ Ảnh hưởng của áp lực nghiền –Png ( kg/cm2 ) :
Đây là yếu tố có tính chất quyết định đến toàn bộ tính chất của bột, với mỗi loại thiết bị nghiền có một Png riêng
- Với máy nghiền gián đoạn, Png là lực do lô dao chuyển động và trọng lượng bản thân lô dao.
- Với máy nghiền liên tục, Png là lực do lô dao quay + áp lực bột vào
Nhìn chung, khi Png qúa lớn thì qúa trình cắt tăng, còn qúa trình trương nở giảm xuống. Ngược lại, khi Png nhỏ thì qúa trình cắt giảm, qúa trình trương nở tăng.
áp lực nghiền riêng được tính theo công thức:
P = S Png
Trong đó:
S: Là diện tích tiếp xúc của bột với lô dao, ở đó bột chịu tác dụng nghiền Png: áp lực nghiền chung
Png tăng thì P tăng ⇒ Cắt tăng, độ trương giảm, Ngược lại, Png giảm thì P tăng ⇒ Cắt giảm, phân tơ chổi hóa, trương tăng.
S tăng phụ thuộc vào: + Chiều dày của lưỡi dao
K IL O B O O K S .C O M
+ Vật liệu làm dao + Nguyên lý làm dao + Khe hở giữa hai dao
Dao mỏng thì S giảm ⇒ P tăng xơ sợi bị cắt ngắn và ngược lại. Thông thường các lưỡi dao bay dầy 8-12 mm, các lưỡi dao đế dầy 7-13mm. Với các loại giấy có độ bền cao,thì chiều dầy dao ≥ 13mm. Với giấy in viết, chỉ cần dao có độ dày 8-12 mm là đủ.
Dao nghiền thường được làm bằng thép, đá, đồng.
Khe hở giữa hai dao càng nhỏ, h giảm ⇒ P tăng ⇒ Cắt, phân tơ, chổi hóa, trương tăng và ngược lại
Khi nghiền để chủ yếu + Cắt sợi: h = 0,1 mm + Tách sợi: h = 0,2 – 0,4 mm + dàn chải sợi: h = 0,5-0,8 mm
Khe hở giữa hai dao có thể thay đổi bằng bộ phận nâng hạ lô dao
Tốc độ thay đổi áp lực nghiền rất quan trọng, nếu thay đổi P chậm ( Tức thời gian nghiền dài ) thì cùng một oSR như nhau, bột trương nở tốt hơn. Đối với các loại giấy mỏng, có độ bền cao cần nghiền ở P thấp và thay đổi P một cách từ từ.
Nói chung,nghiền ở P thấp thường cho giấy có độ bền cơ lý tốt hơn nghiền ở P cao.
K IL O B O O K S .C O M
b. /Ảnh hưởng của thời gian nghiền :
Thời gian nghiền là một yếu tố phụ thuộc, không có tính quyết định. Thông thường thời gian tăng lên thì oSR tăng, độ dài thớ giảm đi. Mỗi loại giấy khác nhau, cần thời gian nghiền khác nhau. Thời gian nghiền các loại giấy từ 30-60 phút. Chỉ một số loại đặc biệt mới cần thời gian nghiền dài như:
Giấy tụ điện : t = 49 h
Giấy cuốn thuốc lá: t = 24-30 h
c. /Ảnh hưởng của nhiệt độ nghiền ( toC ) :
Trong quá trình nghiền, nhiệt độ tăng do ma sát giữa bột và máy nghiền, giữa bột với bột, do bột phân tơ chổi hoá. Nếu để tự nhiên, nhiệt độ có thể tăng lên 60-70oC.
Khi nhiệt độ tăng làm giảm quá trình trương nở của xơ sợi dẫn đến giảm độ bền cơ lý của tờ giấy, cho nên trong quá trình sản xuất phải làm sao cho nhiệt độ giảm trong quá trình nghiền bằng cách lắp cơ cấu rửa để lấy nước nóng ra và thay nước lạnh vào (nghiền bể) hệ thống làm mát (máy nghiền côn).
Thông thường đối với cây lá rộng, tre, nứa ( chọn nhiệt độ nghiền từ 20-30 oC ), đối với rơm, rạ, bã mía nhiệt độ nghiền thường chọn là 35-40 oC
d. /Ảnh hưởng của nồng độ bột ( C%) :
Là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất của bột sau nghiền. Nếu thấy nồng độ thấp, lượng bột qua dao ít, do vậy bột chịu áp lực nghiền riêng lớn, xơ sợi bị cắt ngắn hơn. Như vậy nồng độ bột thấp phù hợp với nghiền bột thớ ngắn. Ngược lại nồng độ bột cao, áp lực nghiền riêng nhỏ, quá trình phân tơ chổi hoá chiếm ưu thế.
Nồng độ bột cao thích hợp với nghiền bột nhuyễn thớ dài.
Khi nồng độ tăng thì năng suất nghiền tăng, tiêu hao năng lượng giảm, bột có tính trương tăng, cắt giảm, độ bền cơ lý tăng. Vì vậy trong công nghệ giấy, luôn cố gắng nghiền ở nồng độ bột cao nhất có thể.
e. /Ảnh hưởng của pH :
K IL O B O O K S .C O M
Hiện nay có nhiều trường phái lý thuyết trái ngược nhau về vấn đề này song qua thực nghiệm sản xuất đã rút ra:
Nghiền ở môi trường axit : pH = 3,1 ÷ 6, khả năng trương nở của bột không tốt (do môi trường mang tính axít nên nhóm OH khó tạo liên kết hydro với các nhóm lân cận).
Độ bền cơ lý, nhất là độ chịu bục của giấy giảm nhanh.
Nghiền ở môi trường kiềm: pH = 6 ÷ 8,5 không ảnh hưởng đến quá trình nghiền và tính chất của giấy.
Nghiền ở môi trường kiềm: pH = 9 ÷ 10,5 quá trình trương nở xảy ra tốt hơn nhưng độ bền cơ lý của giấy cũng không cao. Tốt nhất là duy trì nghiền ở pH = 8÷ 8,5. Để tạo môi trường này, trong quá trình nghiền cho thêm một lượng kiềm để tạo môi trường 4. /Ảnh hưởng của độ nghiền tới tính chất của giấy
Độ nghiền ảnh hưởng đến tính chất giấy thể hiện theo đồ thị sau :
20 40 60
40
20 60 80
% tÝnh chÊt giÊy
100
1
100 80
9 0sr
8 7 2 3 4
6 5
1. Độ bền kéo 2. Độ bền chịu xé 3. Độ bền chịu bục
4. Lực liên kết giữa các xơ sợi
K IL O B O O K S .C O M
5. Độ biến dạng của giấy.
6. Độ chặt của giấy (g / cm3)
7. Độ dài của đường vân thớ (dài xơ sợi).
8. Độ hút dịch.
9. Độ thấu khí Phân tích độ thị ta thấy:
- Độ bền kéo : Khi oSR tăng từ 20-75 thì độ bền kéo tăng vì quá trình trương và phân tơ tăng. Khi độ oSR từ 75-100 thì độ bền kéo giảm do xơ sợi bị cắt ngắn nhiều. Độ bền kéo phụ thuộc vào lực liên kết ( O…H) và lực đan dệt vật lý - Độ bền xé: Độ bền xé do độ bền nguyên thủy và đan dệt của xơ sợi quyết định.
Lực liên kết Hydro có ảnh hưởng rất ít dến độ bền xé.Độ bền xé tăng lên khi
oSR tăng và đạt cực đại ở 25-27 oSR, sau đó độ bền xé giảm khi oSR tiếp tục tăng
- Độ chịu bục: Chịu ảnh hưởng bởi độ bền kéo và độ bền xé, là trung bình cộng của hai đường kia. Điểm tối ưu ở oSR = 40 –50
- Độ dài trung bình sợi : Khi OSR tăng thì chiều dài xơ sợi giảm.
- Lực liên kết giữa các xơ sợi: Tỷ lệ nghịch với oSR - Độ thấu khí: Khi oSR tăng thì độ thấu khí càng giảm
- Độ chặt của giấy : Khi oSR tăngthì độ chặt tăng do các xơ sợi đan xít nhau hơn - Độ hút dich: Khi oSR tăng độ hút dich giảm
* Như vậy: Độ nghiền ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý của tờ giấy. Song bản chất của độ nghiền là do quá trình cắt và trương nở quyết định. Dựa vào oSR của nghiền không thể nói rõ ảnh hưởng của từng yếu tố đến tính chất của giấy. Cùng một
oSR nhưng lại cho ta hai loại giấy khác nhau.
Việc tìm được điểm oSR cực đại tốt nhất cho mỗi loại giấy là rất quan trọng, điểm đó phải dung hòa các yếu tố một cách tốt nhất có thể. Thường điểm này được xác định trong phòng thí nghiệm cộng với sản xuất thực tế trên máy Xeo.
K IL O B O O K S .C O M
5. /Các phương pháp nghiền bột
Trong một quá trình nghiền, bột giấy sẽ được trương nở, phân tơ chổi hóa và cắt ngắn, trong đó tính chất là rất quan trọng, ảnh hưởng tới giấy. Dựa vào tính chất này, người ta chia ra: Nghiền dời và nghiền nhuyễn
K IL O B O O K S .C O M
5.1/ Phương pháp nghiền rời:
Phương pháp này hạn chế tối đa qúa trình trương.
Đặc điểm của phương pháp: - Nồng độ bột nhỏ - áp lực đánh bột cao
- Tốc độ thay đổi áp lực nghiền nhanh - Thời gian đánh bột giảm
Đặc điểm của sản phẩm thu được
- Khả năng thoát nước của giấy nhanh - Độ bền của giấy không cao
- Độ nghiền không cao a. /Phương pháp nghiền bột rời thớ ngắn :
Đầu tiên tiến hành ở áp lực nghiền thấp để phân tơ chổi hoá, sau đó tăng nhanh áp lực nghiền để cắt ngắn xơ sợi đến kích thước yêu cầu rồi giảm áp lực nghiền ở áp lực nghiền thấp cho tới đạt độ nghiền theo yêu cầu
Đặc điểm của bột sau nghiền là: bột có tính đàn hồi cao, tốc độ thoát nước cao, liên kết giữa các xơ sợi ở mức trung bình, giấy sản xuất ra có khả năng hút nước dịch lớn.
Dùng để sản xuất giấy thấm, giấy vệ sinh, giấy viết, giấy in ở tốc độ cao…
b. /Phương pháp nghiền bột rời thớ vừa :
Đầu tiên tiến hành nghiền ở áp lực nghiền thấp để phân tơ chổi hoá, tiếp đó tăng nhanh áp lực nghiền cao để cắt ngắn xơ sợi đến kích thước yêu cầu. Sau đó hạ áp lực để đánh tơ nhẹ, hạn chế quá trình chổi hoá.
Loại bột này dùng để sản xuất giấy có định lượng không lớn, có độ hút dịch lớn, nhưng độ bền cao hơn Dùng để sản xuất giấy tẩm phủ, giấy giả da, giấy quẹt diêm.
c. /Phương pháp nghiền bột thớ dài :
K IL O B O O K S .C O M
Với phương pháp này, tác dụng đánh tơi và tinh chỉnh là chủ yếu, cắt ngắn ít, thời gian nghiền ngắn, hạn chế quá trình trương, nhưng tăng phân tơ chổi hóa. Bột thoát nước tốt, độ đồng đều và độ trong suốt kém. Bề mặt của tờ giấy không nhẵn, nhưng độ bền cơ lý của tờ giấy khá lớn. Thường dùng sản xuất các loại giấy bao gói.
5.2 Phương pháp nghiền nhuyễn.
Bột được trương nở đến khả năng tốt nhất. Dựa vào khả năng khả năng cắt ngắn khác nhau, người ta chia làm 3 phương pháp: Nghiền nhuyễn thớ ngắn, nghiền nhuyễn thớ vừa, nghiền nhuyễn thớ dài.
Đặc điểm của phương pháp: - Nồng độ bột cao
- áp lực đánh bột không cao - Thời gian đánh bột dài Đặc điểm của bột thu được:
- Khả năng thoát nước của giấy chậm - Độ nghiền cao
- Độ bền của giấy cao
- Tốcđộ thay đổi áp lực nghiền chậm a. /Phương pháp nghiền bột nhuyễn thớ ngắn :
Đây là phương pháp có thời gian nghiền bột dài, thời gian đầu chủ yếu đánh tơi bột, tăng áp lực nghiền từ từ. Sau khi tăng áp lực, ta tăng nhanh áp lực nghiền và nghiền ở áp lực cao để cắt ngắn xơ sợi đến kích thước yêu cầu rồi hạ áp lức từ từ. Kéo dài thời gian nghiền ở áp lực thấp để tăng quá trình trương nở đến khi đạt độ nghiền yêu cầu.
Bột nghiền theo phương pháp này có độ nhớt cao, khó thoát nước, giấy hình thành có độ đồng đều cao, độ hút dịch nhỏ, độ bền cơ lý cao, thường dùng để sản xuất giấy cách điện, giấy can vẽ, giấy cuốn thuốc lá và các loại giấy cực mỏng.
b. /Phương pháp nghiền bột nhuyễn thớ vừa :
K IL O B O O K S .C O M
Phương pháp này tương tự nghiền bột nhuyễn thớ ngắn. Nhưng ở đây cắt ngắn vừa phải, thời gian nghiền tương đối dài, bột sau nghiền mềm dẻo, khó thoát nước thường dùng để sản xuất giấy viết, giấy in…
K IL O B O O K S .C O M
c. /Phương pháp nghiền bột nhuyễn thớ dài :
Trong phương pháp này quá trình phân tơ chổi hoá và trương nở của xơ sợi là chủ yếu, cắt ngắn ít, thời gian nghiền dài, bột có độ nhớt cao, khó thoát nước. Giấy có độ bền rất cao dùng để sản xuất các loại giấy cao cấp.
Nhận xét: Từ những phương pháp nghiền trên ta thấy rằng đối với sản xuất giấy in cấp I thì dùng phương pháp nghiền bột rời thớ ngắn là hợp lý hơn cả.
6. /Thiết bị nghiền
Trong thực tế tuỳ thuộc vào yêu cầu của bột cần nghiền có từng loại giấy, nguồn gốc xơ sợi, mức độ nấu chín và nồng độ bột mà chọn thiết bị nghiền cũng như quy trình nghiền cho phù hợp.
Thường chia làm hai loại: Nghiền gián đoạn và nghiền liên tục 6.1. /Máy nghiền gián đoạn ( Máy nghiền từng mẻ một )
* Dạng nghiền bể:
* Cấu tạo : 1. Lô dào bay.
2. Mô núi.
3. Dao đế.
4. Cửa bột ra.
- Lô dao: Dạng hình trụ có gắn dao (bằng đồng, sắt hoặc bằng đá) có dạng hình chữ nhật.
- Dao đế là những hộp hình chữ nhật.
* Hoạt động : Khi dao quay ở khoang hai dao xenluloza chịu lực đè nén bởi lực quán tính của dao bay và ứng lực của dao đế. Dưới tác dụng của các yếu tố trên bột giấy bị dập nát và làm cho lớp vỏ xơ sợi có nhiều lignin bong ra. Trong quá trình chuyển động
K IL O B O O K S .C O M
xơ sợi chịu lực ma sát, lực cắt dẫn đến hiện tượng phân tơ chổi hoá. Khi máy nghiền này hoạt động sau một thời gian nghiền sẽ có sự phân hóa các dòng bột tuần hoàn thành thành 3 dòng với độ nghiền khác nhau: oSR3 > oSR2 > oSR1. Để phát huy ưu điểm và hạn chế khuyết điểm của máy nghiền này, người ta mắc chúng thành hệ thống nghiền liên tục gồm 1 hay nhiều máy nghiền mắc nối tiếp nhau. ở đó nguyên liệu chỉ đi vào đầu máy, từ máy thứ 2 trở đi người ta chỉ hứng dòng 3 ( Có độ nghiền cao nhất ) và bột thu được cũng chỉ hứng ở dòng 3 của máy nghiền cuối cùng.
* Ưu điểm : Dễ thay đổi áp lực nghiền ( bằng cách điều chỉnh khoảng cách 2 dao nên rất hữu dụng cho sản xuất các loại giấy tụ điện, giấy can bản vẽ, giấy cuốn thuốc lá ), đáp ứng mọi quy trình sản xuất các mặt hàng cao cấp.
* Nhược điểm : Năng suất nghiền thấp, cồng kềnh chiếm nhiều diện tích nhà xưởng, chất lượng bột không đều, vùng nghiền nhỏ. Tốn năng lượng nghiền.
6.2. /Máy nghiền liên tục.
* Máy nghiền côn.
* Cấu tạo :
Lô dao quay có tác dụng hình trụ Dao đế chính là vỏ máy.
* Hoạt động:
- Bột vào từ đầu côn nhỏ dưới một áp lực nhất định, cộng thêm áp lực của lô dao quay, bột liên tục được nghiền từ lúc vào tới lúc ra. Bột được đi theo đường xoắn ốc từ đầu nhỏ ra đầu to chịu các tác động cuộn, uốn, xoắn, kéo, nén, cắt, chà sát.
* Ưu điểm :
K IL O B O O K S .C O M
đóng đóng
đóng
đóng bột vào đóng
bét ra
- Máy nhỏ, gọn, năng suất cao.
- Độ côn cho phép 12 ÷ 23o.
* Nhược điểm :
- Thay đổi áp lực nghiền khó khăn, chỉ dịch chuyển trong giới hạn cho phép, bằng cách dịch chuyển động cơ. Do vậy chỉ dùng cho những dây chuyền sản suất giấycó năng suất cao, tính chất bột nghiền nhất định.
- Máy nghiền côn chia làm 3 loại tốc độ:
- Tốc độ chậm: V < 9m / s dụng để cắt sợi.
- Tốc độ trung bình: V = 9 ÷ 16 m / s: dùng để nghiền.
- Tốc độ cao: V > 16m / s ( nhưng < 25m/s ) dùng để trương là chủ yếu. (nghiền nhuyễn).
Để năng suất cao người ta thường dùng dây truyền liên tục:
ví dụ:
* Tính toán máy nghiền :
Số máy trong dây truyền :
M = KT N
g SR H
. .
. .∆°
Trong đó:
H : Năng lượng điện tiêu hao để nghiền một tấn bột lên 1oSR.
Đối với mỗi loại bột khác nhau thì H khác nhau (đối với bột sunfit :
K IL O B O O K S .C O M
H = 13 ÷ 15 (Kw / h.T) đối với bột sunfat : H = 18 ÷ 20 kw / h . T )
∆oSR = oSR2 - oSR1 oSR1: Độ nghiền đầu
oSR2: Độ nghiền cần đạt được
G : Là sản lượng của máy (tấn / 24 giờ).
K : Hệ số phụ tải (K = 0,7 ÷ 0,75).
T : Thời gian máy nghiền làm việc (T = 24h).
N : Công suất điện tiêu hao của môtơ.
Khi tính ra M ta thường chọn (M + 1) thiết bị để lắp cho dây chuyền.
*Máy nghiền đĩa : - Gồm các loại :z
- Loại 2 đĩa: 1 đĩa cố định, 1 đĩa chuyển động - Loại 2 đĩa: Cả 2 đĩa quay ngược chiều nhau - Loại 3 đĩa: 2 đĩa cố định, 1 đĩa quay
Ví dụ: Máy nghiền loại 2 đĩa( 1 đĩa cố định, 1 đĩachuyển động )
2 bột vào
động cơ
bét ra 3
1
Cấu tạo:
1- Mâm dao quay.
2 - Đĩa cố định.
K IL O B O O K S .C O M
Nguyên lý hoạt động: Bột đi vào theo cửa vào.Khi trục quay, bột được phân tới giữa hai dao , 1 dao cố định, 1 dao chuyển động. Dưới áp lực nghiền, bột sẽ được cắt ngắn và phân tơ rồi theo cửa ra.
Nhìn chung, thời gian bột ở trong nghiền đĩa ngắn hơn thời gian bột ở nghiền côn, bột có tính trương ít hơn.
7. /Pha loãng bột
Bột giấy sau nghiền có nồng độ cao (3 ÷ 4%), các xơ sợi còn có cụm lại với nhau, nhất là xơ sợi dài. Do đó có thể đảm bảo hình thành tờ giấy được đều đặn, đảm bảo chất lượng tốt cần phải pha loãng đến nồng độ nhất định từ 0,1% ÷ 1,3% trước khi đưa lên lưới và phù hợp với công nghệ của công đoạn lọc cát- sàng tiếp theo. Nước dùng để pha loãng bột là nước trắng tuần hoàn lại (ở phần lưới và suốt đỡ).
* Sơ đồ pha loãng:
Với nhữngdây chuyền sản xuất nhỏ, tốc lưới xeo khoảng < 200 m/ph thì dùng sơ đồ hòm điều tiết.
H1
H2
Bột hồi lưu Bột vào Bột đi sử dụng
H1 = 80%H H2 = 80%H1
* Đối với các nhà máy lớn (như đề tài 100.000 tấn / năm)
Với những dây chuyền sản xuất lớn, tốc độ lưới xeo khoảng > 350 m/ph, phải dùng sơ đồ sau với bơm quạt pha loãng.