VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BỘT GIẤY HIỆU SUẤT CAO TỪ NGUỒN NGUYÊN LIỆU TRONG NƯỚC ĐẠT TIÊU CHUẨN XUẤT KHẨU Chủ nhiệm đề tài: Vũ Quốc Bảo 7948 Hà nội - 2009 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT HIỆU SUẤT CAO I.1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT HIỆU SUẤT CAO KHÔNG TẨY TRẮNG Để đáp ứng thị trường, nhà sản xuất giấy bao gói, hịm hộp tơng giới, khu vực phát triển động Châu Á, liên tục gia tăng công suất sở sản xuất có đầu tư nhà máy Sản xuất bột bán hóa từ gỗ mềm, gỗ cứng hiệu suất chất lượng cao lĩnh vực giới quan tâm nghiên cứu triển khai năm gần Hiện có nhiều phương pháp khác sử dụng để sản xuất bột bán hóa Một số phương pháp thơng dụng nghiên cứu triển khai áp dụng vào sản xuất công nghiệp: + Phương pháp xử lý dăm mảnh với dung dịch xút nhiệt độ thấp 1000C + Phương pháp sunphít trung tính (NSSC) + Phương pháp nấu xút - sôđa + Phương pháp nấu xút nhiệt độ cao I.1.1 Phương pháp xử lý dăm mảnh với xút nhiệt độ thấp 1000C Với phương pháp này, tác nhân hóa học xử lý phổ biến NaOH, ưu điểm hóa chất xử lý đơn giản, dễ vận hành thao tác, suất đầu tư thiết bị tương đối thấp Nhược điểm thời gian xử lý kéo dài, hóa chất khơng thu hồi cách triệt để, độ bền lý bột thu nhận không cao so với phương pháp khác Dăm mảnh xử lý theo phương pháp thường dùng để nghiền thành bột bán hóa dùng cho cho sản xuất lớp sóng cáctơng, giấy bao gói dùng cho sản xuất giấy vàng mã Khi phối trộn bột với bột OCC làm tăng chất lượng giấy lớp sóng như: độ bền nén vịng lớp sóng số tiêu lý khác so với sản xuất giấy lớp sóng từ 100% từ OCC Thông thường dăm mảnh xử lý với xút, nồng độ kiềm từ 15 – 25 g/l, nhiệt độ thấp 100 0C, thời gian xử lý từ – 3h Bóc vỏ Nghiền xé Chặt mảnh Rửa bột Sàng mảnh Nghiền bột Xử lý mảnh với xút Sàng bột SX giấy Sử dụng lại hay thu hồi hoá chất Hình 1.1 Sơ đồ khối cơng nghệ sản xuất bột bán hoá theo phương pháp xử lý dăm mảnh với xút nhiệt độ thấp 1000C I.1.2 Phương pháp nấu xút nhiệt độ cao Bóc vỏ Đánh tơi Chặt mảnh Rửa bột Bốc Sàng mảnh Nghiền bột Lò đốt thu hồi Nấu bột Sàng bột SX giấy Hố chất nấu Hình 1.2 Sơ đồ khối cơng nghệ sản xuất bột bán hoá theo phương pháp nấu xút nhiệt độ cao So với phương pháp xử lý mảnh với xút nhiệt độ thấp 1000C, bột thu nhận nấu với xút nhiệt độ cao có chất lượng cao hơn, thời gian nấu ngắn Tuy nhiên tính lựa chọn q trình nấu không cao, theo kết nghiên cứu thực tế sản xuất nhiệt độ nấu 170 0C, mức dùng kiềm – 12%, thời gian bảo ôn 15 – 60 phút, tỷ dịch 1/4 Hiện nay, phương pháp áp dụng phổ biến phù hợp với nhà máy công suất nhỏ hay sở tư nhân dùng để sản xuất lớp mặt hay lớp sóng cho cáctơng sóng, giấy bao gói chủ yếu từ nguyên liệu tre, nứa gỗ cứng I.1.3 Phương pháp sunphít trung tính (NSSC) Phương pháp sunphít trung tính sử dụng tác nhân nấu Na2SO3 với chất đệm mang tính kiềm q trình nấu diễn mơi trường gần trung tính Trên giới, người ta nghiên cứu áp dụng phương pháp từ năm 50 để xử lý loại nguyên liệu ngắn ngày loại gỗ rộng Bột thu nhận tẩy trắng không tẩy trắng dùng để sản xuất giấy in, cáctơng loại Tác nhân phân huỷ hồ tan lignin nguyên liệu xơ sợi thực vật trình nấu sunphít trung tính sunphít natri (Na2SO3) Trong nấu sunphít trung tính, chủ yếu xảy hai trình hố học, phản ứng thuỷ phân phản ứng sulfo hố Tùy thuộc vào pH mơi trường, trình xảy với mức độ khác Các phần lignin có cấu trúc phenol tự cấu tử chủ yếu tham gia phản ứng phân huỷ sulfo hoá chủ yếu liên kết ete α β Ngồi vịng phenylcoumaran tham gia phản ứng theo hai hướng: sulfo hoá bình thường, tạo hợp chất sulfo α γ, tách loại metylol v.v Lignin bị sunphonát hóa bị giảm khối lượng phân tử tăng khả hịa tan nước Đó ngun nhân dẫn đến hòa tan lignin Ion HSO3- sinh sunphát natri bị thủy phân: Na2SO3 H2O 2Na+ + HSO3- + OH- (I.1) Tuy nhiên so với nấu sunphít mơi trường axít (pH = 1-3) lignin nấu sunphít trung tính bị sunphonát hóa mức khơng cao gỗ kim nấu sunphít trung tính khơng thể thu xenluylơ có độ cứng cao Vì phương pháp chủ yếu áp dụng cho gỗ rộng thân thảo mọc nhanh Đối với gỗ rộng dùng phương pháp chủ yếu sản xuất bột bán hóa cho sản xuất giấy bao gói cáctơng sóng Cũng áp dụng phương pháp cho sản xuất bột giấy in báo Những yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến trình nấu sunphít trung tính nhiệt độ, mức dùng hóa chất, pH thành phần dịch nấu Nhiệt độ nấu cao tốc độ hịa tan lignin cao, nhiên phương pháp nấu sunphít trung tính khoảng nhiệt độ 140 - 170 0C lượng lignin hịa tan khơng thay đổi nhiều song chất lượng bột tăng lên rõ rệt, nhiệt độ 175 0C độ bền lý bột bắt đầu giảm giảm nhanh [38] Trong thành phần dịch nấu không đủ chất đệm, pH dịch nấu vào giai đoạn cuối chuyển sang vùng axít thấp dẫn đến giảm hiệu suất chất lượng bột Nếu thừa chất đệm trình nấu nhanh hơn, giảm đáng kể hiệu suất làm bột có mầu sẫm khó tẩy trắng Tỷ lệ chất đệm thích hợp 2030% so với mức dùng Na2SO3 Chất đệm phù hợp bicacbonát natri, sử dụng Na2CO3, Na2S… Dịch sau nấu sunphít trung tính cô đặc đốt giống nấu sunphát để thu hồi lấy cacbonát natri nhiệt Phần tro thu dạng nóng chảy hịa tan nước thu dung dịch cacbonát natri dùng để điều chế dịch nấu Môi trường nấu từ kiềm nhẹ đến trung tính gây ăn mịn kim loại, dẫn đến thiết bị sản xuất rẻ tiền hơn, đầu tư cho sản xuất thấp Ở nước ta phương pháp sunphít nói chung sunphít trung tính nói riêng chưa nghiên cứu ứng dụng rộng rãi Trong năm trước đây, Viện Công nghiệp Giấy Xenluylô thử nghiệm phương pháp nguyên liệu tơ đay để sản xuất giấy thuốc giấy cốt cho giấy nến, nấu bột giấy từ bã mía theo phương pháp sunphít trung tính Đã thấy ưu điểm phương pháp nấu bột dễ nghiền có độ bền lý cao so với bột nấu theo phương pháp xút I.1.4 Phương pháp nấu xút - sôđa Để khắc phục nhược điểm phương pháp Sunphít trung tính gây nhiễm mơi trường (sinh khí SO2, hợp chất lưu huỳnh) cơng đoạn thu hồi hóa chất nấu phức tạp, tốn nên thập niên 60, quy trình nấu bột theo phương pháp nấu xút - sơđa phát triển Tác nhân nấu dùng độc lập NaOH Na2CO3, hỗn hợp hai loại hóa chất Nếu dùng Na2CO3 trình nấu kéo dài đồng thời tốn nhiều hóa chất nên khơng kinh tế Cơng trình nghiên cứu Mỹ năm 1976 đưa tỷ lệ phối trộn hai loại hóa chất mẻ nấu 1550% NaOH 50-85% Na2CO3 lượng hóa chất tổng tính theo khối lượng khơ tuyệt đối Na2O Kết nghiên cứu tỷ lệ thích hợp 20% NaOH 80% Na2CO3 Tính chất lý bột giảm không đáng kể so với bột nấu theo phương pháp sunphít trung tính Hơn nữa, dùng phương pháp nấu cịn có số ưu điểm so với phương pháp sunphít trung tính: + Lượng hóa chất tiêu tốn hơn, phương pháp nấu sunphít trung tính mức dùng hóa chất nấu khoảng 6%, cịn phương pháp 4,5% tính theo đơn vị Na2O + Hiệu suất bột tăng (khoảng 1,8%) + Việc thu hồi hóa chất nấu dễ dàng triệt để + Giảm thiểu ô nhiễm môi trường Đứng trước tình trạng cân đối bột nói chung sản xuất giấy tơng bao gói nói riêng, năm 2007 Viện Công nghiệp Giấy Xenluylô Bộ Công thương giao cho thực đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu công nghệ sản xuất bột hiệu suất cao cho sản xuất giấy lớp sóng cáctơng bao gói từ ngun liệu gỗ cứng (các loại keo, bạch đàn)” Các nghiên cứu sơ ban đầu cho thấy chất lượng bột hoàn toàn đáp ứng yêu cầu tiêu kinh tế kỹ thuật cho sản xuất giấy lớp sóng cáctơng bao gói Tuy nhiên để nâng cao chất lượng nữa, đáp ứng yêu cầu giấy bao gói, cáctơng hịm hộp chất lượng cao dùng cho xuất cần nghiên cứu có hệ thống, chuyên sâu Với mục tiêu nâng cao chất lượng giảm chi phí sản xuất giấy bao gói, hịm hộp cáctông, đặc biệt sản phẩm giấy chất lượng cao phục vụ xuất đề tài tập trung nghiên cứu công nghệ sản xuất bột giấy hiệu suất cao từ loại gỗ cứng thông dụng, phổ biến nước ta như: bạch đàn keo tai tượng Phương pháp công nghệ sử dụng nghiên cứu là: phương pháp xử lý dăm mảnh với xút nhiệt độ thấp 1000C Phương pháp công nghệ có quy trình xử lý đơn giản, chi phí đầu tư thấpvà phù hợp với điều kiện Việt nam I.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT HIỆU SUẤT CAO TẨY TRẮNG I.2.1 Tổng quan công nghệ sản xuất bột học Bột hiệu suất cao tẩy trắng thường bột học, sản xuất chủ yếu phương pháp học Có lẽ cơng nghệ sản xuất bột học bắt đầu ý tưởng J.Ch Shọffer người Đức đầu kỷ thứ 18, ông khẳng định mùn cưa sản phẩm thừa từ gỗ đem nghiền nhỏ dùng cho sản xuất giấy Mặc dù sau thừa nhận, Friedrich Gottlod Keller (1816 - 1895) Charles Fenerty (1821-1892) khám phá bột gỗ nghiền lần áp dụng cho sản xuất giấy Năm 1843, Keller cho đời thể hệ máy đầu tiên: lô nghiền đá chạy tay quay Trải qua hàng kỷ, công nghệ sản xuất bột học có bước phát triển không ngừng Năm 1960 hầu hết bột học sản xuất theo quy trình bột gỗ mài thời điểm xuất hệ máy nghiền đĩa dùng cho bột Đến năm 1980, khoảng 50% lượng bột thị trường quốc tế sản xuất theo phương pháp nghiền Do đòi hỏi ngày cao chất lượng sản phẩm giấy nên cơng nghệ bột có thay đổi, song song với bột gỗ mài bột nghiền xuất bột nhiệt (TMP), bột nhiệt tẩy trắng (BTMP) bột hoá nhiệt (CTMP), bột hoá nhiệt tẩy trắng (BCTMP), bột học peroxyt kiềm (APMP) số công nghệ cải tiến nó…cho chất lượng bột tốt như: tỷ lệ xơ sợi dài cao hơn, độ bền lý bột cải thiện đáng kể độ trắng bột cao Phần lớn nhà máy bột có cơng suất lớn giới áp dụng công nghệ BCTMP, APMP, đặc biệt số công nghệ cải tiến từ APMP công nghệ: peroxyt kiềm có tiền xử lý hố chất nghiền (P-RC-APMP) công nghệ tiết kiệm đầu tư, chi phí điện năng, lượng COD thải mơi trường thấp chất lượng bột cao, khả tẩy trắng tới độ cao tốt hơn, hệ số tán xạ ánh sáng tốt (tại độ trắng, độ bền)… Nguyên liệu dùng để sản xuất bột giới chủ yếu từ gỗ rừng với hai loại gỗ cứng gỗ mềm Đối với gỗ mềm bao gồm: gỗ vân sam (Norway spruce, Black spruce, White spruce ); gỗ linh sam (Blasam fir, Silver fir ); gỗ thông (Radiata pine, White pine, Red pine, Papula pine, Pitch pine, Longleaf pine ); gỗ độc cần (hemlock) Bột học làm từ nguyên liệu cho chất lượng bột tốt, xơ sợi mảnh, dài, mềm mại, độ trắng cao Tuy nhiên công nghệ thiết bị ngày phát triển hoàn thiện nên số loài gỗ cứng đưa vào sử dụng như: gỗ Dương (loài Populus tremuloides vùng Bắc Mỹ; loài Populus tremula Châu Âu); số dòng bạch đàn Urophylla Nam Mỹ, Trung Quốc chất lượng bột tốt không thua nhiều so với bột làm từ gỗ mềm, độ trắng bột đạt tới 80%ISO tuỳ thuộc vào công nghệ Các cải tiến trình thẩm thấu, nghiền tẩy trắng cơng nghệ P-RC-APMP cho phép sản xuất bột có chất lượng độ trắng cao (trên 84%ISO) nguyên liệu gỗ Dương Cũng với công nghệ này, nguyên liệu bulô (Birch) độ trắng bột đạt 84,8%ISO (với độ nghiền CSF 285ml, ) [23] Trong thập niên gần nhà khoa học không ngừng nghiên cứu công nghệ nhằm thay nguyên liệu gỗ mềm nguyên liệu gỗ cứng như: bạch đàn loại keo - dòng nguyên liệu giấy cho suất cao đặc biệt chu kỳ sinh trưởng ngắn (5 – 7năm/chu kỳ khai thác) Tuy nhiên chất lượng bột hạn chế, đặc biệt độ trắng bột thấp, tượng hồi màu cao, đặc biệt dòng keo Tuy nhiên số kết nghiên cứu hồn tồn sản xuất bột có độ trắng cao từ nguyên liệu 10 Kết nghiên cứu G Pagalos thêm 0,026% NaBH4 (so với nguyên liệu khô tuyệt đối) giai đoạn tẩy thứ quy trình tẩy H2O2 bột BCTMP từ nguyên liệu gỗ bạch đàn, gỗ keo đạt tới 78,9%ISO [28] Eric C Xu Marc J Sabourin cải tiến quy trình BCTAP thành APMP từ nguyên liệu bạch đàn Urophylla Nam Mỹ, nâng độ trắng bột sau tẩy lên 80%ISO [33] Đối với nguyên liệu Keo lai Kwei – Nam Wan Rosli bột BCTMP từ nguyên liệu thể đạt độ trắng 80%ISO qua hai giai đoạn tẩy với mức tiêu hao H2O2 khoảng 5% Nhà khoa học Yonghao Ni, Quin Jiang Zhiqing Li người Trung Quốc khẳng định nâng cao độ trắng bột BCTMP từ gỗ thích (Maple) tẩy mơi trường khí trơ [32] Nghiên cứu Juan Ramos, Florentina Davalos Jorge Sandoval sử dụng axit HNO3 cho giai đoạn tiền thẩm thấu dăm mảnh bạch đàn keo lai, kết cho thấy chất lượng bột CTMP, APMP sau tẩy trắng cải thiện đáng kể, độ trắng đạt tới 81,3%ISO [29] Nhìn chung nghiên cứu bột nguyên liệu bạch đàn, keo lai, keo tai tượng, keo tràm khu vực Châu Á mức hạn chế, loại nguyên liệu ngày nghiên cứu, lai tạo, ươm trồng cho đời dòng nguyên liệu giấy cho suất cao, chu kỳ sinh trưởng ngắn, phù hợp với điều kiện tự nhiên vùng miền khu vực Ở Việt Nam có Cơng ty cổ phần giấy Tân Mai đầu từ xây dựng dây chuyền bột TMP (nay cải tạo thành BCTMP) công suất 40.000 tấn/năm với nguyên liệu đầu vào gỗ thông nhập từ Newzeland Tuy nhiên năm gần giá nguyên liệu tăng cao, nguồn nguyên liệu gỗ thông nước không đáp ứng sản xuất, nên cơng ty có nghiên cứu nhằm đưa nguồn nguyên liệu phổ biến nước vào sản xuất Đầu tiên gỗ bạch đàn, song chất lượng bột thấp: độ bền thấp, xơ sợi vụn, gẫy nhiều, độ bền lý thấp đặc biệt độ trắng thấp không đáp ứng đối 11 Tốc độ sinh bùn thấp so với q trình hiếu khí Tốc độ tổng hợp tế bào thường chậm cần thời gian lưu dài để giảm BOD, COD Bổ sung dinh dưỡng thấp với tỷ lệ khoảng BOD5 : N :P = 100 : 3: 0,5 Lượng bùn dư dao động 0,05 0,5 kg chất khơ/kg COD tách Nếu tốc độ sinh khí metan lớn tốc độ sinh bùn chậm ngược lại Nhiệt độ tối ưu thường 370C Hệ thống xử lý tiêu thụ lượng điện Giai đoạn khởi động thường dài bùn thích nghi lưu giữ thời gian dài bắt đầu lại cách nhanh chóng Để thuận lợi cho q trình xử lý sau thời gian lưu bể kỵ khí khoảng - h Hệ thống xử lý hồ kỵ khí thiết bị phản ứng tốc độ cao khác Với hệ thống hồ kỵ khí, nồng độ oxy hịa tan phải thấp Chiều sâu hồ ảnh hưởng lớn đến độ oxy hòa tan, chiều sâu tối thiểu 2,5 m Hệ thống kỵ khí tiếp xúc gồm bể khuấy lắng để tách chất rắn lơ lửng tuần hoàn trở lại hệ thống Hệ thống nhạy cảm với nồng độ chất rắn lơ lửng cao dòng vào thay đổi nhiệt độ Hiện hệ thống xử lý kỵ khí ngược dịng (UASB) ứng dụng rộng rãi nhất, cần lắp thêm thiết bị tách khí, lỏng bùn riêng cho hệ thống Sau q trình kỵ khí, nước thải tiến hành xử lý hệ thống hiếu khí tiếp tục xử lý cấp tương tự phương án 81 CHƯƠNG IV SẢN XUẤT THỰC NGHIỆM Dây chuyền thiết kế phần dây chuyền tương đối hoàn chỉnh đồng đáp ứng yêu cầu công suất, chất lượng chủng loại sản phẩm theo yêu cầu đề tài đặt Tuy nhiên kinh phí có hạn, việc đầu tư đồng bộ, hoàn chỉnh toàn dây chuyền khó, đề tài mua chế tạo số thiết bị dây chuyền, phần lại cải tạo tận dụng thiết bị sẵn có Viện CN Giấy Xenluylô song đảm bảo mặt công nghệ công suất, chất lượng, chủng loại sản phẩm theo yêu cầu đề tài VI.1 Nguyên liệu quy trình sản xuất Nguyên liệu dùng cho sản xuất thủ nghiệm dăm mảnh loại A1 qua sàng chọn loại bỏ mảnh lớn mùn vụn, đủ tiêu chuẩn xuất Tỷ lệ dăm mảnh bạch đàn/keo tai tượng 50/50 Do điều kiện mặt Viện CN Giấy Xenluylơ có hạn nên mảnh chuyển đợt cho đợt sản xuất Gỗ dùng để sản xuất dăm mảnh độ tuổi khai thác – tuổi, thuộc khu vực Phú Thọ Mục tiêu sản xuất thực nghiệm: * Bột không tẩy trắng: + Số lượng: 15 + Hiệu suất: 75 – 85% + Chỉ số bục: > 2,5Kpa.m2/g + Chiều dài đứt: > 4500m + Chỉ số xé: > 5,0 mN.m2/g * Bột tẩy trắng + Số lượng: 35 82 + Hiệu suất: > 85% > 2,0Kpa.m2/g + Chỉ số bục: + Chiều dài đứt: > 3200m + Chỉ số xé: > 4,0 mN.m2/g + Độ trắng: >75%ISO Quy trình cơng nghệ sản xuất bột hiệu suất cao không tẩy trắng: Giai đoạn xông hơi: + Nhiệt độ, 0C: 150 + Thời gian xông hơi, phút: 15 Giai đoạn thẩm thấu 1: + Nồng độ NaOH, g/lít: 15 + Thời gian thẩm thấu, phút: 30 + Nhiệt độ, 0C: 95 + Tỷ dịch: 1:5 + Hiệu suất thẩm thấu, % > 88 Nghiền sơ Giai đoạn thẩm thấu 2: + Sử dụng dịch đen giai đoạn thẩm thấu + Nhiệt độ, oC: 95 + Thời gian, phút: 30 Giai đoạn nghiền sơ cấp: + Nồng độ nghiền, %: 20- 30 Giai đoạn nghiền thứ cấp: + Nồng độ nghiền, %: 10 – 15% + Bột sau nghiền, 0SR: 25 83 Quy trình cơng nghệ sản xuất bột hiệu suất cao tẩy trắng: Giai đoạn xông hơi: + Nhiệt độ, 0C: 150 + Thời gian xông hơi, phút: 15 Giai đoạn nghiền sơ bộ: + Nồng độ nghiền, % : 30-50 Giai đoạn thẩm thấu hóa chất 1: + NaOH, %: + Thời gian thẩm thấu, phút: 15 + Nhiệt độ, 0C: 90 + Tỷ dịch: 1:5 + DTPA, %: 0,3 Giai đoạn thẩm thấu hóa chất 2: + Na2SiO2, %: + MgSO4, %: 0,1 + H2O2, %: + Thời gian thẩm thấu, phút: 45 + Nhiệt độ, 0C: 60 + Tỷ dịch: 1:5 + Hiệu suất thẩm thấu, % 96 Giai đoạn nghiền sơ cấp: + Nồng độ nghiền, %: 20- 30 Giai đoạn nghiền thứ cấp: + Nồng độ nghiền, %: 10 – 15 + Bột sau nghiền, 0SR: 20- 25 Tẩy trắng: 84 + Na2SiO2, %: + NaOH, %: + MgSO4, %: 0,1 + DTPA, %: 0,2 + H2O2, %: + Nhiệt độ, 0C: 80 + Thời gian, phút: 120 + Nồng độ, %: 10 Sơ đồ công nghệ sản xuất thực nghiệm Sơ đồ cơng nghệ: (hình 3.19) Thuyết minh lưu trình cơng nghệ: Mảnh nguyên liệu mua qua sàng chọn cấp vào máy nghiền sơ dạng ống (1) nhằm đánh tới, làm dập dăm mảnh trước thẩm thấu Mảnh thoát gom chứa bạt (2) Mảnh từ công nhân xúc vào băng tải (3) chuyển vào tháp xông – thẩm thấu (4) Tại mảnh xông hơi, nước thoát đáy qua van xả Kết thúc thời gian xông hơi, dăm mảnh đưa nghiền sơ đánh tơi tiếp tục đưa vào tháp thẩm thấu (nếu sản xuất bột HSC tẩy trắng) van đóng lại, dịch thẩm thấu bơm vào bể gia nhiệt nước trực tiếp Sử dụng bơm tuần hoàn dịch Kết thúc thời gian xả bỏ dịch cống: thẩm thấu 01 lần cho bột không tẩy 02 lần bột tẩy trắng (mảnh quay nghiền sơ sản xuất bột HSC không tẩy trắng) Mảnh sau thẩm thấu vít phía đáy tháp chuyển vào vít tải bột (5) Mảnh từ vít tải (5) tải vào máy nghiền nồng độ cao sơ cấp nghiền thô(6) 85 Mảnh gỗ Nghiền sơ (1) Bãi chứa (2) Băng tải (3) Hơi, hóa chất Nghiền thơ HD (6) Vít tải bột vào nghiền (5) Tháp xơng hơi, TT(4) Bể chứa (7) Lưới nghiêng (8) Bể nghiền tinh tẩy trắng (9) Máy xeo Thủy lực 1m3 Hơi, hóa chất Nghiền tinh (10) Hình 3.19 Sơ đồ công nghệ sản xuất thực nghiệm Bột sau nghiền tùy vào độ mịn tuần hồn lại (vít tải (5) di động được), bột sau đạt độ mịn (bơm được) chứa bể (7), bột pha lỗng vịi nước đáy bể sau bơm lên lưới nghiêng (8) thoát bớt nước tới nồng độ 5- % chứa bể nghiền tinh – tẩy trắng (9) Bột từ nghiền tuần hoàn máy nghiền tinh nồng độ cao thứ cấp nghiền tinh(10) Bột sau nghiền tới độ nghiền 19 – 200SR nạp dịch tẩy gia nhiệt (bột không tẩy không nạp dịch tẩy), khuấy trộn Kết thúc thời gian tẩy, bơm nước vào pha loãng, hỗn hợp bột sau bơm lên lưới nghiêng thoát nước, lắp lặp lại bột Bột sau bơm qua thủy lực 1m3 (11) Từ bột bơm, pha loãng chuyển tới máy sàng Bột sau sàng chuyển tới máy xeo dài công suất tấn/ngày Máy xeo có tác dụng máy rửa – cơ, băng giấy ép, sấy cuộn thành cuộn 86 VI.2 Kết bình luận Với hệ thống thiết bị nên q trình chạy thử hiệu chỉnh cơng nghệ cần thiết trước tiến hành sản xuất cơng nghiệp Q trình sản xuất thực nghiệm tiến hành 03 đợt Sản xuất thử lần Các điều kiện tiến hành: - Mục đích đợi sản xuất thử nghiệm trình vận hành, xác lập chế độ vận hành cho thiết bị thiết lập mối liên hệ tốc độ thiết bị (đồng tốc) đảm bảo trình vận hành liên tục, đảm bảo công suất thiết bị dây chuyền - Khối lượng dăm mảnh sử dụng: 10 mảnh thương phẩm - Khơng sử dụng hóa chất, sử dụng nước nước cho q trình cơng nghệ Kết sản xuất thực nghiệm lần 1: - Đã tiến hành chạy khơng tải có tải thiết bị toàn dây chuyền, vận hành thử nghiệm hệ thống nước, hệ thống hơi, hệ thống đường ống bột, hệ thống điện, hệ thống điều khiển - Quá trình vận hành tất thiết bị: máy nghiền, hệ thống bơm, trục vít… khơng gặp cố đáng kể Bước đầu hình thành quy trình vận hành thiết bị, đặc biệt chế độ vận hành máy nghiền (áp lực nghiền, nồng độ nghiền, nhiệt độ nghiền), tốc độ vít nạp liệu phù hợp với tốc độ máy nghiền Hệ thống bơm nước, bơm hóa chất tuần hồn hoạt động tốt Tuy nhiên đợt thử nghiệm bộc lộ rõ số nhược điểm cần phải chỉnh sửa: 87 + Cơ cấu vít tải mảnh từ tháp thẩm thấu vào vít tải nghiêng chưa đều, bị kẹt mảnh, mảnh rơi xuống không nên lưu lượng nạp vào vít tải nghiêng khơng ổn định dẫn đến tình trạng bột nghiền không đều, máy nghiền chưa chạy đủ tải công suất chưa đạt (chỉ đạt 50% công suất: 10 tấn/ngày) Điều thiết kế vít tải mảnh từ tháp thẩm thấu chưa hợp lý đầu vít bị chặn, mảnh phía bên cạnh ống nên dẫn đến tắc Mặt khác đợt thử chưa sử dụng hóa chất nên mảnh cịn cứng, khó nghiền + Cơ cấu sục tháp tẩy bị tắc trình hàn số xỉ than bịt kín lỗ nên khả gia nhiệt + Chưa có sàn thao tác đỉnh tháp thẩm thấu, tháp tẩy khu vực nghiền nên q trình vận hành cịn gặp nhiều khó khăn + Các đầu nối ống mềm máy nghiền bột tinh chưa chặt, thiếu an toàn cần xiết chặt đai giữ + Một số mặt bích nối ống chưa kín cịn hở, cần vặn chặt bulơng Nhìn chung đợt thử nghiệm cho thấy vấn đề hạn chế cần khắc phục Sản xuất thử lần Đúc rút kinh nghiệm đợt chạy thử thứ nhất, hoàn thiện bổ sung phần khiếm khuyết dây chuyền Đợi chạy thứ tiến hành sản xuất hai loại bột: khơng tẩy trắng có tẩy trắng bổ sung đầy đủ loại hóa chất, đủ cơng đoạn theo quy trình nghiên cứu từ phịng thí nghiệm - Khối lượng dăm mảnh sử dụng: 16 88 Kết sản xuất thử nghiệm lần 2: * Về mặt thiết bị: + Các thiết bị vận hành trơn chu đảm bảo liên tục đạt công suất thiết kế 01 tấn/giờ (tương đương 20tấn/ngày) + Cơng nhân vận hành quen làm chủ toàn dây chuyền + Hệ thống điện an tồn đảm bảo cơng suất + Hệ thống đảm bảo an tồn thời gian xơng hơi, thẩm thấu gia nhiệt tẩy trắng + Hệ thống đo lường hoạt động tốt: hiển thị nhiệt độ so với thực tế * Về chất lượng bột: Các tiêu chất lượng bột đưa bảng 4.1 Bảng 4.1 Chất lượng bột HSC sản xuất thử nghiệm lần STT Chỉ tiêu Bột không tẩy Bột tẩy trắng Độ trắng, %ISO - 74,8 Hiệu suất bột,% 88,1 90,0 Chiều dài đứt, m 4795 3810 Chỉ số bục, kPa.m2/g 3,54 2,17 Chỉ số xé, mN.m2/g 5,32 4,21 Số lượng, thương phẩm 3,5 5,0 Ghi chú: trình chuẩn bị mẫu cho xác định tính chất lý bột tiến hành tương tự nghiên cứu công nghệ phịng thí nghiệm Chất lượng bột nhìn chung đáp ứng yêu cầu mục tiêu đề tài có phần tốt so với kết thu phịng thí nghiêm q trình nghiền tạo bột máy nghiền công nghiệp tốt Tuy nhiên độ trắng bột tẩy trắng thu thấp so với phịng thí nghiệm, ngun nhân 89 chủ yếu trình sản xuất tiên hành phần lớn thiết bị chế tạo từ thép bon công nghiệp nên chưa nhiều kim loại chuyển tiếp nên ảnh hưởng nhiều tới trình thẩm thấu tẩy trắng H2O2 Để nâng cao độ trắng, đợt sản xuất tăng mức dùng H2O2 giai đoạn tẩy lên 5% tổng mức dùng H2O2 cho công nghệ 8%, hóa chất khác điều kiện tiến hành giữ nguyên bột HSC không tẩy trắng đạt chất lượng nên giữ nguyên chế độ công nghệ Tuy nhiên bột nên trình thu hồi bột máy xeo lưới dài gặp khó khăn độ bền băng bột thấp nên bắt qua ép ép phải lấy ngoài, q trình qua ép ngược sấy khó Bột thành phẩm thu có độ khơ khoảng 30 – 36% Sản xuất thử lần Đợt sản xuất thứ tiến hành với tổng số nguyên liệu 20 dăm mảnh hỗn hợp bạch đàn keo tai tượng Các kết thu cho thấy chất lượng bột ngày ổn định cao, đáp ứng yêu cầu đặt đề tài Hệ thống dây chuyền hoạt động ổn định, liên tục đạt công suất thiết kế Bảng 4.2 Chất lượng bột HSC sản xuất thử nghiệm đợt STT Chỉ tiêu Bột không tẩy Bột tẩy trắng Độ trắng, %ISO - 76,5 Hiệu suất bột,% 88,6 90,2 Chiều dài đứt, m 4865 3840 Chỉ số bục, kPa.m2/g 3,60 2,20 Chỉ số xé, mN.m2/g 5,39 4,19 Số lượng , thương phẩm 22,0 90 11,3 VI.3 Đánh giá sơ chi phí vật tư hóa chất cho sản phẩm bột HSC STT Tên vật tư Đơn vị Mức dùng Đơn giá, Bột Bột không tẩy tẩy trắng đồng Thành tiền, đồng Bột không tẩy NaOH 98% kg 66,00 24,25 12.000 H2O2 50% kg - 156,4 14.500 2.267.800 Na2SiO3 40% kg - 146,67 9.000 1.320.030 DTPA kg - 5,87 15.000 88.050 H2SO4 98% kg - 10 7.500 75.000 MgSO4 kg - 2,0 15.000 30.000 Mảnh, độ ẩm 50% 2,0 2,0 660.000 1.320.000 1.320.000 Điện kWh 1.050 1.250 1.000 1.050.000 1.250.000 Than Tấn 0,1 10 Tổng 0,15 2.000.000 792.000 Bột tẩy trắng 200.000 291.000 300.000 3.362.000 6.941.880 Kết tổng hợp đợt chạy thử sau: * Tổng số sản phẩm thu được: Bột HSC không tẩy trắng: 25,5 Bột HSC tẩy trắng: 16,3 * Bột HSC không tẩy trắng đã cung cấp cho Công ty cổ phần giấy Tiến Thành sử dụng thử để sản xuất giấy bao bì xuất đạt kết tốt khách hàng chấp nhận * Bột HSC tẩy trắng xuất cho xưởng sản xuất giấy in bìa văn phịng Viện Cơng nghiệp Giấy Xenluylơ có chất tượng tốt, đáp ứng yêu cầu thị trường 91 KẾT LUẬN Qua kết tham khảo thông tin, tài liệu nước giới việc nghiên cứu áp dụng cơng nghệ xử lý ngun liệu kiềm nóng công nghệ peroxit- kiềm (APMP) tương ứng để sản xuất bột hiệu suất cao khơng tẩy trắng có tẩy trắng từ nguyên liệu bạch đàn đỏ keo tai tượng Việt nam phù hợp với xu hướng giới Đã nghiên cứu phương pháp xử lý kiềm nóng giai đoạn hai giai đoạn loại riêng biệt hỗn hợp hai loại nguyên liệu keo tai tượng bạch đàn đỏ cho thấy hai phương pháp cho bột học có chất lượng đạt yêu cầu Tuy nhiên phương pháp xử lý kiềm nóng hai giai đoạn có nhiều ưu điểm có thời gian xử lý ngắn hơn, bột mềm dễ nghiền có khả giảm lượng nghiền sản xuất Với quy trình xử lý khác biệt tính chất loại bột thu từ loại riêng biệt hỗn hợp theo tỷ lệ khác nguyên liệu keo bạch đàn có khác biệt khơng nhiều, cho phép đưa quy trình chung cho sản xuất mà không phụ thuộc vào tỷ lệ hai loại nguyên liệu nghiên cứu Đã nghiên cứu xác lập quy trình cơng nghệ APMP thích hợp để sản xuất bột hiệu suất cao tẩy trắng từ loại riêng biệt hỗn hợp hai loại nguyên liệu keo tai tượng bạch đàn đỏ Kết nghiên cứu cho thấy cơng nghệ APMP hồn tồn phù hợp với hai loại nguyên liệu nói với mức sử dụng 78% H2O2 cho sản phẩm có độ trắng 75% với tiêu lý tương đương sản phẩm loại lưu thông thị trường giới Điều cho thấy quy trình cơng nghệ nghiên cứu hồn tồn áp dụng sản xuất sản phẩm thay nhập đáp ứng xuất 92 Nghiên cứu hoàn tồn sử dụng quy trình để sản xuất bột hiệu suất cao tẩy trắng cho loại riêng biệt hỗn hợp hai loại nguyên liệu nghiên cứu mà thay đổi tính chất sản phẩm không đáng kể Điều quan trọng phù hợp với điều kiện thực tế sản xuất , điều kiện Việt nam Căn thông số công nghệ rút từ q trình nghiên cứu tính tốn thiết kế dây chuyền thiết bị sản xuất bột hiệu suất cao cơng suất 20 tấn/ ngày, bao gồm: Tính tốn cân vật chất, lượng, cân lựa chọn thiết bị chính, hệ thống thiết bị phụ trợ, nhu cầu nhà xưởng Trên sở thiết kế thiết lập dây chuyền thử nghiệm sản xuất bột hiệu xuất cao tẩy trắng không tẩy từ hai loại nguyên liệu nghiên cứu công suất 20 tấn/ngày xưởng thực nghiệm Viện Công nghiệp giấy xenluylô Dây chuyền bao gồm hệ thống máy nghiền nồng độ cao nhập ngoại hàng loạt thiết bị khác mua sắm nước cải tạo từ thiết bị sẵn có viện Trên cỏ sở tham khảo phương pháp xử lý nước thải công nghệ sản xuất bột hiệu suất cao đặc tính nước thải cơng nghệ nghiên cứu đề xuất 02 phương án xử lý nước thải phù hợp cho sản xuất quy mô nhỏ quy mơ lớn tương ứng để đạt tiêu chuẩn B1-B2 QCVN-2008/BTNMT Quá trình sản xuất thử ngiệm dây chuyền thiết lập cho thấy: Các tính tốn thiết kế cơng nghệ phù hợp thiết bị hoạt động đáp ứng điều kiện mà thực nghiệm rút Về bản, thử nghiệm điều kiện sản xuất thơng số cơng nghệ phải hiệu chỉnh Do hệ thống máy nghiền nồng độ cao công suất lớn có tính nghiền bột tốt so với máy nghiền nhỏ phịng thí nghiệm nên sản phẩm thu có hầu hết 93 tiêu chất lượng đạt trội so với nghiên cứu mẫu nhỏ Một số nhược điểm dây chuyền thiết bị bộc lộ q trình sản xuất thử là: phần lớn thiết bị chưa có điều kiện chế tạo từ vật liệu tiêu chuẩn, phận cô đặc bột chưa đạt nồng độ cần thiết, thêm vào hệ thống xử lý nước ngầm chưa đạt yêu cầu nên để đảm bảo độ trắng bột cần phải điều chỉnh tổng mức dùng H2O2 lên 8% (trong phịng thí nghiệm 7%); chưa có hệ thống sàng , làm nên bột thành phẩm chứa nhiều tạp chất xơ sợi thô; Tay nghề đội ngũ cán vận hành chưa đủ kinh nghiệm công nghệ v.v.v… Tuy nhiên nhược điểm hoàn toàn loại trừ dây chuyền trang bị hoàn thiện 94 KIẾN NGHỊ Qua q trình thực đề tài cho thấy cịn số vấn đề khoa học cụ thể mà khuôn khổ đề tài chưa có điều kiện giải như: Thu hồi hợp lý hóa q trình sử dụng nhiệt năng; Tái sử dụng hóa chất dư công đoạn sản xuất; Triển khai phương án xử lý nước thải vào thực tiễn v.v…Những vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm hiệu kinh tế cuối trình sản xuất? Do vậy, đề nghị Nhà nước tiếp tục hỗ trợ kinh phí để Viện Cơng nghiệp Giấy Xenluylơ triển khai dự án sản xuất thử nghiệm sở phát triển kết nghiên cứu đề tài, nhằm hồn thiện cơng nghệ, tiến tới nhân rộng sản xuất công nghiệp Những kết nghiên cứu đề tài đặc biệt áp dụng công nghệ APMP dùng cho sản xuất bột hiệu suất cao tẩy trắng từ nguyên liệu gỗ keo tai tượng bạch đàn đỏ cho thấy có ưu điểm vượt trội so với công nghệ BCTMP truyền thống mặt: tiết kiệm hóa chất lượng, sản xuất bột có độ trắng cao hơn, đồng nghĩa với sản xuất Đề nghị Nhà nước hỗ trợ để triển khai ứng dụng rộng rãi cho dự án đầu tư nhằm khai thác hiệu nguồn gỗ nguyên liệu, đáp ứng thị trường nước xuất tăng kim ngạch 95 ... I.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT HIỆU SUẤT CAO TẨY TRẮNG I.2.1 Tổng quan công nghệ sản xuất bột học Bột hiệu suất cao tẩy trắng thường bột học, sản xuất chủ yếu phương pháp học Có lẽ cơng nghệ sản xuất. .. bột giấy: 400SR III.2 NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT HIỆU SUẤT CAO TẨY TRẮNG CHO MỖI LOẠI NGUYÊN LIỆU VÀ HỖN HỢP NGUYÊN LIỆU TỪ KEO TAI TƯỢNG VÀ BẠCH ĐÀN ĐỎ Công nghệ APMP công nghệ. .. QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1 NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT HIỆU SUẤT CAO KHÔNG TẨY TRẮNG CHO MỖI LOẠI NGUYÊN LIỆU VÀ HỖN HỢP NGUYÊN LIỆU TỪ KEO TAI TƯỢNG VÀ BẠCH ĐÀN ĐỎ Mục tiêu nghiên cứu