VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC SẢN XUẤT ĐẾN CHẤT LƯỢNG GIẤY CÁCH ĐIỆN CNĐT : HY TUẤN ANH 8236 HÀ NỘI – 2010 MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 PHẦN I TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY CÁCH ĐIỆN VÀ ỨNG DỤNG 3 1.1 Giấy cách điện, các lĩnh vực sử dụng và triển vọng phát triển 3 1.2 Cấu tạo xenluylô và ảnh hưởng của nhóm chức lên tính chất cách điện của xenluylô 3 1.3 Tính chất cách điện của giấy 4 1.3.1 Điện trở cách điện 5 1.3.2 Hằng số điện môi 7 1.3.3 Sự phân cực, tổn thất điện môi và độ dẫn điện của giấy 7 1.4 Ưu, nhược điểm của giấy cách điện 8 1.4.1 Ưu điểm 8 1.4.2 Nhược điểm 8 1.5 Công nghệ sản xuất giấy cách điện 9 1.5.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với xenluylô để sản xuất giấy cách điện. 9 1.5.2 Yêu cầu kỹ thuật cơ bản đối với giấy và cáctông cách điện 10 1.5.3 Công nghệ sản xuất bột giấy cho sản xuất giấy cách điện 11 1.5.4 Quá trình sản xuất giấy 12 1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất cách điện của giấy 13 1.6.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và tần số điện trường 13 1.6.2 Ảnh hưởng của điện thế 13 1.6.3 Ảnh hưởng của độ ẩm 13 1.6.4 Ảnh hưởng của tỷ trọng 14 1.6.5 Ảnh hưởng của nước sản xuất 14 1.7 Quá trình khử khoáng làm mềm nước 15 1.7.1 Làm mềm nước bằng hóa chất 15 1.7.2 Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt 15 1.7.3 Làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion 16 PHẦN II NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Nguyên liệu 20 2.2 Thiết bị và hóa chất dùng trong nghiên cứu 20 2.2.1 Thiết bị 20 2.2.2 Hóa chất 21 2.2.3 Nước sử dụng trong quá trình nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm 21 2.3 Phương pháp nghiên cứu 21 2.3.1 Xử lý bột giấy 21 2.3.2 Nghiền bột giấy 21 2.3.3 Xeo giấy 21 2.4 Các tiêu chuẩn và phương pháp phân tích sử dụng 21 PHẦN III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng nước tới tính chất 23 của bột giấy trong quá trình xử lý bột giấy sau nấu 3.1.1 Phân tích chất lượng của các loại nước dùng trong quá trình nghiên cứu 23 3.1.2 Ảnh hưởng của chất lượng nước tới tính chất của bột giấy trong quá trình xử lý bột giấy sau nấu 24 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng nước tới tính chất của giấy trong quá trình xeo giấy 26 3.3 Xác định mức chất lượng nước phù hợp cho quá trình xử lý bột giấy sau nấu và cho quá trình xeo giấy 27 3.4 Nghiên cứu, tìm hiểu để lực chọn được quy trình công nghệ và hệ thống thiết bị xử lý nước đạt chất lượng cho quá trình sản xuất giấy cách điện. 28 3.4.1 Lựa chọn chế độ công nghệ xử lý nước phù hợp 28 3.4.2 Lựa chọn thiết bị xử lý nước phù hợp 30 3.4.3 Cải tạo, hoàn thiện hệ thống xử lý nước đạt yêu cầu chất lượng cho sản xuất giấy cách điện 33 PHẦN IV SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM 38 4.1 Chuẩn bị nguyên liệu hóa chất 38 4.1.1 Chuẩn bị mảnh nguyên liệu 38 4.1.2 Chuẩn bị dung dịch NaOH 38 4.1.3 Chuẩn bị dung dịch Na 2 S 38 4.1.4 Chuẩn bị dung dịch H 2 SO 4 38 4.2 Quá trình sản xuất thử nghiệm 38 4.2.1 Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất thử nghiệm 39 4.2.2 Quá trình nấu, rửa bột 39 4.2.3 Quá trình xử lý và rửa bột 39 4.2.4 Quá trình chuẩn bị bột và xeo giấy 39 4.3 Tính chất của sản phẩm trong quá trình sản xuất thử nghiệm 40 4.3.1 Tính chất bột giấy sau xử lý bằng axít 40 4.3.2 Tính chất sản phẩm giấy quấn cách điện 41 4.4 Thử nghiệm trên thiết bị và vật liệu điện 42 4.5 Chi phí vật liệu, hóa chất 42 PHẦN V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45 5.1 Kết luận 45 5.2 Kiến nghị 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 : Ảnh hưởng của quá trình ngâm tẩm, làm bóng giấy cách điện đến điện trở cách điện 6 Bảng 1.2 : Điện trở khối riêng của một số vật liệu cách điện 6 Bảng 1.3 : Hằng số điện môi của một số vật liệu cách điện 7 Bảng 1.4 : Tiêu chuẩn kỹ thuật của bột giấy cho sản xuất giấy và cáctông cách điện (GOST 12765-88) 9 Bảng 1.5 : Tiêu chuẩn kỹ thuật một số loại giấy quấn cách điện (GOST 1931 – 80) 10 Bảng 2.1 : Thông số kỹ thuật của bột giấy từ nguyên liệu thông caribê sau nấu, rửa 20 Bảng 3.1 : Chất lượng nước sử dụng trong nghiên cứu 23 Bảng 3.2 : Ảnh hưởng của chất lượng nước tới tính chất của bột giấy sau quá trình xử lý 25 Bảng 3.3 : Ảnh hưởng của chất lượng nước tới tính chất của giấy 27 Bảng 3.4 : Các loại nước có chất lượng đáp ứng yêu cầu cho sản xuất bột giấy và giấy cách điện 28 Bảng 3.5 : Chất lượng nước sau khi khử khoáng, làm mềm 34 Bảng 4.1 : Thông số kỹ thuật của quá trình xử lý bột giấy thử nghiệm 40 Bảng 4.2 : Thông số kỹ thuật của giấy quấn cách điện thử nghiệm 41 Bảng 4.3 : Chi phí nguyên vật liệu, điện nước cho 1 tấn sản phẩm giấy cách điện 42 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 3.1 : Hệ thống khai thác nước ngầm phục vụ sản xuất 36 Hình 3.2 : Hệ thống khử khoáng, làm mềm nước 37 Hình 3.3 : Hệ thống xử lý nước ngầm phục vụ xử lý bột và sản xuất giấy cách điện 38 Hình 4.1 : Sơ đồ khối dây chuyền chuẩn bị mảnh, sản xuất bột thử nghiệm 44 Hình 4.2 : Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất giấy cách điện tại xưởng sản xuất thực nghiệm 45 1 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển kinh tế mạnh mẽ của đất nước, hàng loạt các công ty, tập đoàn lớn được ra đời. Không nằm ngoài sự phát triển chung đó, các công ty sản xuất thiết bị và vật liệu điện có công nghệ sản xuất hiện đại đã và đang được đầu tư phát triển ở Việt Nam ngày càng nhiều. Trong đó có nhiều công ty có uy tín trên thị trườ ng trong và ngoài nước như : Công ty Cổ phần thiết bị điện Đông Anh; Công ty Cổ phần chế tạo biến thế và vật liệu điện Hà Nội, Công ty thiết bị đo điện (EMIC), Công ty TNHH Nhật Linh (LIOA), CADI-SUN; HANAKA; CADIVI; ABB v.v. Sản phẩm của các công ty này không chỉ phục vụ cho thị trường trong nước mà còn xuất khẩu sang một số nước như: Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan và các nước khác trong thị trường khu v ực. Một trong số các vật liệu được các công ty sản xuất thiết bị điện sử dụng là giấy cách điện. Hiện nay, loại giấy này phải nhập khẩu 100% với giá thành cao (từ 38 ÷ 60 triệu đồng/tấn) từ các nước như: Anh, Đức, Mỹ, Nga, Trung Quốc. Với số lượng ước tính khoảng 500 tấn/năm đối với các loại giấy có định lượng nhỏ hơn 150 g/m 2 . Năm 2009, Viện Công nghiệp Giấy và xenluylô đã triển khai nghiên cứu thành công giấy cách điện sử dụng trong quá trình chế tạo các máy biến áp và một số loại thiết bị điện khác. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất thử nghiệm cho thấy chất lượng của nước sản xuất đầu vào có ảnh hưởng nhiều đến tính cách điện của giấy. Do đó, việc làm rõ ảnh hưởng của chấ t lượng nước sản xuất đến tính chất của bột và giấy cách điện là rất cần thiết. Để thực hiện mục đích này, năm 2010 Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô được Bộ Công thương giao cho thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của nước sản xuất đến chất lượng giấy cách điện”. Sản phẩm cụ thể của đề tài là giấy quấn cách điện, dùng trong quá trình chế tạo các máy biến áp, các thiết bị và vật liệu điện của tất cả các cấp điện áp với nhiệt độ làm việc lên tới 105 0 C. Mục tiêu của đề tài: Xác định chất lượng nước thích hợp cho quá trình xử lý bột giấy sau nấu và trong quá trình xeo giấy. 2 Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng nước (độ cứng, hàm lượng các ion kim loại, độ dẫn) tới tính chất của bột giấy trong quá trình xử lý bột sau nấu. - Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng nước (độ cứng, hàm lượng các ion kim loại, độ dẫn) tới tính chất của giấy trong quá trình xeo. - Xác định được các mức chất lượng nước phù hợ p cho quá trình xử lý bột giấy sau nấu và cho quá trình xeo giấy. - Nghiên cứu, tìm hiểu để lựa chọn được quy trình công nghệ và hệ thống thiết bị xử lý nước đạt chất lượng cho quá trình sản xuất giấy cách điện tại xưởng thực nghiệm Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô. 3 PHẦN I TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY CÁCH ĐIỆN VÀ ỨNG DỤNG 1.1 Giấy cách điện, các lĩnh vực sử dụng và triển vọng phát triển Giấy làm từ xơ sợi xenluylô trở thành vật liệu cách điện tốt sau khi được sấy khô kiệt hoặc ngâm tẩm bằng các chất lỏng có độ cách điện cao như dầu biến thế hoặc các sản phẩm tổng h ợp đã clo hóa. Giấy có khả năng thẩm thấu tốt chất lỏng cách điện, làm đầy các khoảng trống trong tế bào xơ sợi cũng như trong cấu trúc của tờ giấy cho phép tạo ra vật liệu cách điện đồng nhất và có độ cách điện cao. Điều này có thể được giải thích bởi các khoảng trống trong xơ sợi và trong cấu trúc của tờ giấy chứa không khí có độ cách điện thấp hơn nhiều so với độ cách điện của các loại dầu cách điện cũng như các sản phẩm tổng hợp cách điện. Khi giấy được ngâm tẩm chất lỏng cách điện thì khả năng cách điện của giấy tăng lên so với khi chưa ngâm tẩm chất lỏng cách điện. Đặc điểm nổi bậ t của giấy cách điện là độ an toàn và độ ổn định cao trong điều kiện làm việc của các chi tiết, thiết bị điện. Thông thường, điện áp thực tế trong các thiết bị điện thấp hơn nhiều so với điện áp đánh thủng của giấy cách điện. Cho nên, tuổi thọ của các thiết bị sử dụng vật liệu cách đ iện bằng giấy là rất cao. Giấy cách điện thường được dùng trong quá trình sản xuất cáp hạ thế, cáp trung thế, cáp cao thế, cáp điện thoại, tụ điện, dùng làm lớp lót trong quá trình sản xuất máy biến thế và nhiều lĩnh vực sản xuất chi tiết thiết bị trong ngành công nghiệp sản xuất thiết bị và vật liệu điện. Giấy cách điện là loại vậ t liệu cách điện dường như không thể thay thế toàn bộ trong ngành công nghiệp sản xuất thiết bị và vật liệu điện. Sản phẩm giấy cách điện ngày một tăng theo đà phát triển của nền kinh tế. So với các loại giấy phổ thông như giấy in, giấy viết, giấy phôtôcopy, giấy cáctông v.v thì giấy cách điện chiếm thị phần nhỏ. Song do các tính chất đặc bi ệt của nó mà quá trình sản xuất vẫn được tiến hành với yêu cầu kỹ thuật hết sức khắt khe. 1.2 Cấu tạo xenluylô và ảnh hưởng của nhóm chức lên tính chất cách điện của xenluylô Tính chất cách điện của giấy được quyết định chủ yếu do cấu tạo, tính chất hóa lý và tính chất điện của xenluylô. Nhờ tính phổ biến cao và ổn định của v ật liệu nên xenluylô là một trong những loại vật liệu cách điện được sử dụng phổ biến. [...]... bột giấy cho sản xuất giấy quấn cách điện 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng nước tới tính chất của giấy trong quá trình xeo giấy Dựa vào kết quả nghiên cứu thu được từ tài liệu nghiên cứu trước đây về quá trình sản xuất giấy cách điện [1] tiến hành lựa chọn các thông số công nghệ sản xuất giấy phù hợp để nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng nước tới tính chất của giấy trong quá trình sản xuất giấy. .. các tạp chất lên bề mặt xơ sợi là yếu tố tất yếu cần nghiên cứu 3.1.2 Ảnh hưởng của chất lượng nước tới tính chất của bột giấy trong quá trình xử lý bột giấy sau nấu Tham khảo các tài liệu nghiên cứu về quá trình sản xuất giấy cách điện trong nước [1] và trên thế giới [9] tiến hành lựa chọn quy trình công nghệ xử lý bột giấy để nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng nước tới tính chất của bột giấy trong... động của chúng tăng lên Song độ cách điện của vật liệu giấy giảm đi 1.6.3 Ảnh hưởng của độ ẩm Ảnh hưởng của độ ẩm trong giấy đến tính chất cách điện của giấy đã được nghiên cứu kỹ Giấy là vật liệu xốp, có tính háo nước, thường tự hút ẩm trong không khí Cấu trúc mao dẫn của các tế bào xenluylô làm cho quá trình hút ẩm xảy ra dễ dàng hơn Độ ẩm của giấy ảnh hưởng rất mạnh đến tính chất điện của giấy Ngay... loại có chất lượng được chỉ ra trong bảng 3.1 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng nước tới tính chất của giấy trong quá trình xeo giấy được chỉ ra trong bảng 3.3 Kết quả trong bảng 3.3 cho thấy rằng chất lượng nước sản xuất không ảnh hưởng đến tính chất cơ học của giấy Chất lượng nước ảnh hưởng chủ yếu đến độ tro và điện áp đánh thủng của giấy Xơ sợi sau khi nghiền thì được phân tơ, chổi hóa... cho quá trình nghiên cứu bao gồm: Nước loại 1, loại 2, loại 3 và loại 4 Chất lượng các loại nước này được đưa ra trong bảng 3.1 Kết quả quá trình nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng nước tới tính chất của bột giấy trong quá trình xử lý bột sau nấu được chỉ ra trong bảng 3.2 Kết quả nghiên cứu trong bảng 3.2 cho thấy: Chất lượng nước sản xuất không làm ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của bột giấy sau quá... LUẬN 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng nước tới tính chất của bột giấy trong quá trình xử lý bột giấy sau nấu 3.1.1 Phân tích chất lượng của các loại nước dùng trong quá trình nghiên cứu Các loại nước sử dụng trong nghiên cứu được tiến hành phân tích chất lượng tại Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 1 và tại Viện Công nghiệp giấy và Xenluylô Kết quả chất lượng các loại nước sử dụng... như điện áp đánh thủng của giấy khi sử dụng các loại nước có chất lượng khác nhau Nước có độ cứng toàn phần và TDS cao (nước loại 1) thì cho giấy có độ tro cao và điện áp đánh thủng thấp Khi độ cứng toàn phần và TDS của nước giảm thì độ tro giảm và điện áp đánh thủng của tờ giấy cũng tăng lên 26 Bảng 3.3 Ảnh hưởng của chất lượng nước tới tính chất của giấy Stt Thông số kỹ thuật của bột giấy Loại nước. .. quả nghiên cứu chỉ ra 3 lại nước có chất lượng đạt yêu cầu cho sản xuất bột giấy và giấy cách điện Kết hợp với lý thuyết quá trình xử lý nước trong tài liệu [7] và chi phí đầu tư cho quá trình xử lý nước đạt chất lượng theo bảng 3.4 thì khi xử lý nước tới mức chất lượng như nước loại 2 thì vừa đáp ứng được yêu cầu cho sản xuất bột giấy và giấy cách điện mà chi phí lại thấp hơn so với sử dụng nước có chất. .. bảng 1.4 và tiêu chuẩn giấy cách điện trong bảng 1.5 thì loại nước có thể đáp ứng được cho yêu cầu cho sản xuất bột giấy và giấy cách điện có chất lượng được chỉ ra trong bảng 3.4 27 Bảng 3.4 Các loại nước có chất lượng đáp ứng yêu cầu cho sản xuất bột giấy và giấy cách điện Chất lượng nước Stt Thông số kỹ thuật Đơn vị đo Loại 2 1 Độ cứng toàn phần 2 Độ dẫn điện 3 TDS 4 Hàm lượng muối 5 pH Loại 3 Loại... 1.3.1 Điện trở cách điện Điện trở cách điện là tỷ lệ giữa điện thế của dòng điện một chiều giữa hai đầu của chi tiết cách điện và cường độ dòng điện chạy qua chi tiết đó R = V/I hay R = Rv*Rs/( Rv + Rs) [I.2] Trong đó: - V: Điện thế; V 5 - I: Cường độ dòng điện; A - R: Điện trở cách điện; Ω - Rv: Điện trở khối; Ω - Rs: Điện trở bề mặt; Ω Bảng 1.1 Ảnh hưởng của quá trình ngâm tẩm, làm bóng giấy cách điện . xuất bột giấy cho sản xuất giấy cách điện 11 1.5.4 Quá trình sản xuất giấy 12 1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất cách điện của giấy 13 1.6.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và tần số điện trường. 3.3 : Ảnh hưởng của chất lượng nước tới tính chất của giấy 27 Bảng 3.4 : Các loại nước có chất lượng đáp ứng yêu cầu cho sản xuất bột giấy và giấy cách điện 28 Bảng 3.5 : Chất lượng nước. thiết bị điện khác. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất thử nghiệm cho thấy chất lượng của nước sản xuất đầu vào có ảnh hưởng nhiều đến tính cách điện của giấy. Do đó, việc làm rõ ảnh hưởng của