Ngoài ảnh hưởng của các giai đoạn xông hơi, thẩm thấu thì quá trình nghiền bột lại quyết định chính tới chất lượng cơ lý của bột giấy cơ học thành phẩm nói chung và bột APMP nói riêng do bản chất của quá trình sản xuất cơ học là sử dụng lực cơ học (ma sát, lực cắt, nghiền) giữa dăm mảnh với nhau, giữa dăm mảnh với đĩa nghiền, giữa đĩa nghiền với nhau trong khoang nghiền khi các đĩa nghiền quay với tốc độ cao. Với quá trình này, xơ sợi từ nguyên liệu được tách ra. Tỷ lệ xơ sợi dài và tỷ lệ sơ sợi mịn (fine) phụ thuộc khá nhiều vào quy trình nghiền như: tốc độ nghiền, nồng độ nghiền, áp lực nghiền, nhiệt độ khoang nghiền...Quy trình sản xuất tối ưu đảm bảo bột giấy cơ học thu được có tỷ lệ xơ sợi dài và mảnh cao, tỷ lệ xơ sợi mịn thấp, bột có màu sáng...
*Ảnh hưởng của kiểu máy nghiền:
Máy nghiền bột cơ học nói chung thường có 3 loại chính: máy nghiền đĩa đơn (single disc -SD), máy nghiền đĩa kép (double disc - DD) và máy nghiền dạng côn (conical refiners – CD, SC), tùy từng loại nguyên liệu, tính chất bột yêu cầu mà các dây chuyền sản xuất có sự lựa chọn khác nhau.
Máy nghiền đĩa đơn thường được dùng cho giai đoạn nghiền thứ cấp, các loại nguyên liệu có tỷ trọng cao, thô và thường nghiền ở nồng độ nghiền cao và cường độ nghiền thấp, ngược lại máy nghiền đĩa kép thường sử dụng cho các giai đoạn thứ cấp và nghiền bột thải loại, máy làm việc ở nồng độ nghiền thấp, cường độ nghiền cao. Đối với máy nghiền côn, hiện tại xu hướng ít được sử dụng.
23 Ngày nay phần lớn các dây chuyền bột BCTMP, APMP, P-RC-APMP đều sử dụng hệ thống máy nghiền đĩa đơn có công suất lớn và môi cấp nghiền các đĩa nghiền được chế tạo với các khe dao, dãnh nghiền theo hướng nghiên tinh dần. [28]
*Tốc độ nghiền
Phần lớn các máy nghiền dùng cho sản xuất bột giấy cơ học là máy nghiền đĩa được thiết kế đặc biệt, làm việc ở áp lực, nhiệt độ và cường độ cao nên thường có công suất lớn. Tốc độ của máy nghiền thường tương ứng với tốc độ của motor. Tốc độ của motor được thiết kế phụ thuộc vào tần số của dòng điện: với dòng điện có tần số 50Hz motor thường được thiết kế với tốc độ 3000v/phút, 1500v/phút, 1000v/phút và với tần số 60Hz thì motor thường có được thiết kế với tốc độ 3.600v/phút, 1800v/phút và 1200v/phút. Phần lớn máy nghiền bột cơ học ở các nhà máy Nam Mỹ thường sử dụng máy nghiền đĩa kép tốc độ 1200v/phút và máy nghiền đĩa đơn với tốc độ 1800v/phút. Còn các nhà máy ở Châu Âu thường sử dụng motor có tốc độ 1500v/phút cho cả máy nghiền đĩa đơn và kép.
Các kết quả nghiên cứu trong pilot cũng như trong thức tế (bảng 1.5) cho thấy, khi quá trình với tốc độ nghiền cao sẽ tiết kiệm được năng lượng nghiền hơn, hệ số tán xạ ánh sáng tốt hơn song một số tính chất khác của bột có phần bị suy giảm, nguyên nhân là do quá trình cắt ngắn xơ sợi diễn ra nhiều hơn [47].
Bảng 1.5Ảnh hưởng của tốc độ nghiền tới chất lượng bột cơ học [47]
Tốc độ nghiền +Giai đoạn 1, v/p +Giai đoạn 2, v/p Đĩa SD (pilot) 1500 1500 Đĩa SD (pilot) 2400 1500 Đĩa SD (pilot) 2400 2400 Twin 60 (nhà máy) 1500 1500 Twin 66 (nhà máy) 2400 1500 Độ nghiền, ml CSF 96 97 114 90 96 Tiêu thụđiện năng, Mwh/t 2,4 2,1 1,9 2,2 1,7 Chiều dài xơ sợi TB, mm 1,7 1,6 1,5 - - Chỉ sốđộ bền kéo, Nm/g 44 43 41 42 40
24 Chỉ số bền xé, mNm2/g 7,5 7,1 7,0 8,2 7,4 Hệ số tán xạ ánh sáng, m2/g 56 57 57 53 55
Tuy nhiên tùy thuộc vào nguyên liệu, giai đoạn nghiền, chất lượng bột, nồng độ nghiền mà các nhà thiết kế công nghệ sẽ lựa chọn các hệ thống máy nghiền với công suất, tốc độ phù hợp. Các máy nghiền được lắp đặt trong các dây chuyền hiện nay thường có tốc độ 1500v/phút với lưới điện có tần số 50Hz và 1800v/phút với lưới điện có tần số 60Hz. Các giai đoạn nghiền sơ cấp và thứ cấp thường sử dụng máy nghiền đĩa đơn còn đối với giai đoạn nghiền bột thải thường sử dụng máy nghiền đĩa kép [3, 47, 50].
* Nồng độ nghiền
Nồng độ (độ ẩm) của quá trình nghiền ảnh hưởng khá lớn tới chất lượng bột cơ học. Theo [50] với cùng một tốc độ nghiền như nhau, khi tăng nồng độ nghiền thì thời gian lưu của nguyên liệu trong khoang của máy nghiền sẽ tăng lên, khả năng tiếp xúc giữa các mảnh nguyên liệu với nhau, giữa mảnh nguyên liệu với dao nghiền tăng lên làm tăng nhiệt độ, áp lực hơi trong buồng nghiền dẫn đến tăng cường quá trình tách sợi và làm giảm quá trình cắt ngắn xơ sợi. Với quá trình này, tỷ lệ xơ sợi dài sẽ nhiều hơn, giảm xơ sợi mịn, độ bền cơ lý của bột tăng lên, tuy nhiên lại làm giảm độ bục và và độ tán xạ ánh sáng của bột.
Nồng độ nghiền cũng ảnh hưởng tới nhiều tới tốc độ nghiền, với nồng độ nghiền cao thì yêu cầu về mô men lực lớn, động cơ cần có công suất lớn, tốc độ nghiền thấp và có xu hướng tiêu thụ năng lượng tăng lên, mặt khác khi nghiền ở nồng độ cao do lực ma sát lớn, nhiệt sinh lớn, nước bốc hơi hết nên có thể gây ra hiện tượng ‘‘cháy nguyên liệu” nêu nguyên liệu quá khô, bột có màu sẫm rất khó tẩy trắng. Ảnh hưởng của nồng độ nghiền, tốc độ nghiền tới thời gian lưu của nguyên liệu được đưa ra trong bảng 1.6.
25
Bảng 1.6. Ảnh hưởng của nồng độ nghiền, tốc độ nghiền tới thời gian lưu của
nguyên liệu [47]
STT Tốc độ nghiền, v/phút Nồng độ nghiền, % Thời gian lưu, giấy
1 1.200 22 1,23
2 1.200 30 1,68
3 1.800 22 0,22
4 1.800 30 0,30
Ngoài những yếu tố trên, chất lượng bột cũng chịu ảnh hưởng của lưu lượng nguyên liệu nạp vào khoang nghiền. Lưu lượng nạp liệu ảnh hưởng tới khả năng lấp đầy thể tích khoang nghiền, nó quyết định tới áp lực và nhiệt độ của khoang nghiền. Như vậy cho thấy, đối với mỗi loại nguyên liệu và yêu cầu chất lượng bột cần lựa chọn một chế độ nghiền phù hợp: nồng độ nghiền, tốc độ nghiền, áp lực và nhiệt khoang nghiền...Hiện nay, nồng độ nghiền của máy nghiền sơ cấp của dây chuyền sản xuất bột cơ học thường là 35 – 50%; thứ cấp là 20 – 25% và ở hệ thống máy nghiền lại, nghiền bột thải là 10 – 15%. Với các nồng độ nghiền này, dây chuyền vừa đảm bảo công suất, chất lượng bột giấy với mức tiêu hao năng lượng hợp lý.