bot co,hoa,ban hoa
TRANSCRIPT
Chương 1
VÂN ĐÊ CƠ BAN VÊ HOA HOC CUA GIÂY
1.1.Khái quát sản phẩm giấy.
1.2.1.Giấy:
Sản phẩm của sợi cellulose có dạng tấm, trong đó
sợi và các phần sợi được lien kết với nhau tạo mạng
không gian ba chiều.
1.2.2.Bột giấy:
Nguồn nguyên liệu có tính chất sợi dung để làm
giấy. Bột giấy thường có nguồn gốc từ thực vật. Tuy
nhiên, người ta cũng có thể làm những loại giấy đặc
biệt từ các sợi động vật, sợi vô cơ hay sợi tổng hợp.
1.2.Nguyên liệu làm giấy
Các nguyên liệu cho làm giấy trước tiên phải có
tính chất sơ sợi. Chúng có khả năng đan kết và ép
thành tấm đồng nhất. Ở những chỗ tiếp xúc sơ sợi tiếp
xúc, có sự hình thành lien kết chặt chẽ. Trong một số
ứng dụng cấy trúc sơ sợi phải đảm bảo độ bền trong
một thời gian dài.
Độ liên kết sợi được đánh giá qua độ kháng kéo
hay độ bục của tờ giấy.
1
Bảng 1.1:Thông số cơ bản về tính chất sợi của một số
nguyên liệu bột giấy
Chiều dài
sợi
l (mm)
Đường kính
sợi d (µm)
Tỷ số l/
d
Gỗ mềm1 4 20 100Gỗ cứng2 2 22 90Rơm (lúa gạo,
lúa mì)
0,5-1,5 9-13 60-120
Bã mía 1,7 20 80Tre 2,8 15 180Lanh 55 20 2600Lá dứa dại 2,8 21 130Sơi cotton 30 20 15001.3.Hóa học về giấy:
1.4.1.Cellulose
Về cấu tạo cellulose có cấu tạo mạch thẳng, bao
gồm những đơn vị D-glucose pyranose liên kết với
nhau bằng liên kết β-1,4-glucose. Có thể biểu diễn
phân tử cellulose một cách đơn giản như hình 1.
1 Gỗ mềm : gỗ lá kim như thông, trắc,… 2 Gỗ cứng : gỗ lá rộng như bạch đàn, tram, keo,…
2
O
OHHOHO O
O
OHHO
OH
OH
OO
OH
OH
OH
HO
n
Hình 1:Cấu trúc của cellulose ở dạng lập thể
Số monomer có thể đạt từ 2.000-10.000, có thể lên
đến 15.000 đối với cotton.
Độ trùng hợp này tương ứng với chiều dài mạch
phân tử từ 5-77mm.
Sau khi thực hiện quá trình nấu gỗ với các tác chất
( phương pháp sản xuất bột hóa học) độ trùng hợp
còn khoảng 600-1500.
Mạch đại phân tử cellulose có cấu trúc mạch thẳng
và có cấu hình dạng ghế.
Có khoảng 65-73% cellulose là ở trạng thái kết
tinh. Phần cellulose vô định hình là phần khá nhạy với
nước và một số tác chất hóa học. Chính nhờ phần này
3
mà làm tăng liên kết sơ sợi và làm tăng lực cô kết tờ
giấy.
Thủy phân và bị ôxy hóa bằng kiềm đặc ở nhiệt độ
> 150oC.
Cellulose trong gỗ thì liên kểt với lignin,
hemicellulose, và một số nhóm hợp chất khác.
Vật liệu % CelluloseCotton 98Cấy gai 86Cây gai dầu 65Cây đay 58Gỗ cứng (gỗ là rộng) 41-42Gỗ thông 41-44Ngũ cốc 43Rơm lúa mì 42
Bảng 1.2:Thành phần cellulose trong một số loại gỗ và
các thực vật không bản chất gỗ
Cellulose trong gỗ thì liên kết với các chất khác
như carbonhydrat được xem như là hemicellulose,
4
không carbonhydrat như là lignin, các chất nhựa.
Hình 2:Sợi cellulose trong thực vật
1.4.2.Cellulose toàn phần (Holocellulose)
Cellulose toàn phần là tổng cộng carbon hydrat
trích ly từ thực vật thô.
5
1.4.3.Hemicellulose
Các đơn vị cơ sở của nó có thể là đường hexose (
D-glucose, D-manose, D-galactose), hoặc đường
pentose (D-xylose, L-arabinose và D-arabinose), đề
oxyhexo hình 2.
Gỗ mềm và gỗ cứng khác nhau ở tổng hàm lượng
hemicellulose.
Độ bền hóa học và bền nhiệt của hemicellulose
thấp hơn cellulose vì chúng có độ kết tinh và độ trùng
hợp thấp hơn (độ trùng hợp khoảng 90).
Đặc trưng của chúng là có thể tan trong kiềm
loãng.
Hemicelulose tồn tại ở dạng mạch nhánh, ở trạng
thái vô định hình.
6
O
OH
OH
OH
OH
CH2OHO
OH
OH
OHOH
CH2OHOOH
OH
OH
OH
CH2OH
β- D-G1cp β- D-Man p α- D-Ga1
p
Pentose
O
OH
OH
OH
OH
O
OH
OH
OHOH
CH2OHOH
CH2OHOH
OHO
β- D-Xy1-cp α-L- Ara p α- L-Araf
OHCH2OHOH
OHO
OH
CH2OH
OH
OHO
β- L- Araf α- D-Araf
Acid Hexuronic
O
OH
OH
OH
OH
COOHOOH OH
OH
OH
COOHO
OCH3
OH
OH
COOH
OH
β- D-G1cp U β- D-Ga1- pU 4-O-Me-α,β-D-G1cpU
7
Hình 3:Một số đơn vị đường của hemicellulose
SỐ LƯƠNG VÀ ĐẶC TÍNH CỦA
HEMICELLULOSE:
15-18% đến 22-34 % trong các loại gỗ cứng. Theo
báo cáo của tác giả Ritter tổng số hemi –cellulose là
34% trong đó 22% liên kết với cellulose và 12% liên
kết với lignin.
Trong xử lý sulfit thì một phần hemicellulose bị thỷ
phân thành đường đơn.
Trong sử lý sulfat (nấu bột kiềm), một phần
cellulose bị chuyển thành acid saccharinic, mà được
tách đi khi rữa bột, hoặc có thể hấp phụ lên sợi.
Tách hoàn toàn hemicellulose trong bột là không
thích hợp, phần hemicellulose còn lại trong bột là một
đặc tính rất quan trọng trong làm giấym, đặc biệt theo
xu hướng hình thành sợi và liên kết sợi.
Hemicellulose có chứa những nhóm acid
hexuronic, sẽ ảnh hưởng đến đặc tính háo nước của
sợi bột, làm gia tăng tốc độ nghiền bột và cải tiến độ
bền kéo và độ chịu bục cuả giấy.
8
Mặt khác hemicellulose được xem như làm giảm
độ trắng của bột trong vấn đề hồi màu.
ĐẶC TÍNH HÓA HỌC CủA CELLULOSE
•Chiều dài mạch và trọng luợng phân tử
Mức độ trùng hợp D.P (Degree of polymerization)
cuasr cellulose từ cotton là 1400. Cellulose từ cotton
có D.P= 4000 ở mức trung bình.
Trị số trung bình của D.P chi phép xác định chất
lượng của cellulose.
D.P của cellulose gỗ thì rất cao, nhưng dễ dàng bị
giảm cấp do xử lý hóa học, nấu bột gỗ. Theo Kraermer
D.P cellulose của cotton lớn hơn 3500, so sánh với
D.P cellulose của gỗ một số loại bột gỗ thương mại là
600-1000.
•Độ nhớt của dung dịch cellulose
Phương pháp đo độ nhớt dùng để xác định chiều
dài mạch phân tử theo lý thuyết.
Phương trình : αK.Mη = đưa ra quan hệ giữa độ
nhớt và trọng lượng phân tử M, K và α là hằng số phụ
9
thuộc vào hệ thống riêng. Khi độ nhớt cao, phương
trình trên còn chính xác, khi độ nhớt thấp, phương
trình trên không còn áp dụng chính xác.
•Thế điện động của cellulose:
+Một đặc điểm quan trọng của cellulose là thế điện
động âm, điện thế Zeta, khi phân tán trong nước. Sợi
cellulose hấp thụ những nhóm hydroxyl trong của
nước, hình thành lớp điện tích âm trên bề mặt sợi.
Điện thế Zeta của cellulose tương tác với H2O theo
McKinley và Gortner là -5,8 mv và theo Briggs là -20
mv cho giấy lọc và -8 mV cho bọt gỗ sulfit. Trong
những dung môi không phân cực như benzene, điện
thế này bằng 0.
Điện thế điện động là một hệ số quan trọng trong
sự trương nở của cellulose trong nước, sự trương nở
của cellulose lớn nhất ở điện thế cao nhất.
Nó quan trọng trong sự hình thành tờ giấy và cũng
là hệ số quan trọng quyết định sự bảo lưu của tinh bột,
gia nhựa, pigment, thuốc nhuộm, những loại resin bền
ướt và các vật chất tương tự thêm vào ở công đoạn
làm bột cung cấp cho máy xeo.
10
LIGNIN
Trong gỗ lignin cóa màu trắng. Lighin
Một polyphenol có mạng không gian mở.
Thành phần thay đổi theo từng loại gỗ, tuổi cây
hoặc vị trí của nó trong cấu trúc gỗ.
Lignin là thành phần chủ yếu trong gỗ, số lượng
thay đổi từ 17-32% trên trọng lượng gỗ khô tuyệt đối.
•Đặc tính vật lý và cấu tạo hóa học của lignin
Tỷ trọng 1,3 và chỉ số khúc xạ là 1,6, màu của ligin
thay đổi từ sáng đến nâu thẫm, phụ thuộc phương
pháp ly trích.
Lignin là nhựa ở trạng thái vô định hình và trọng
lượng phân tử và khả năng hòa tan thay đổi.
Trọng lượng phân tử thay đổi từ 300-14.000.
OCH3
O
OO
CH3HO
HO
OCH3
OCH3
CHC O
CH2
O
H3CO
CC CH2
11
Hình 4:Sơ đồ cấu trúc của lignin theo Freudenberg
PHẢN ỨNG HÓA HỌC CỦA LIGNIN
Lignin là hợp chất có họat tính cao, trong phân tử
có nhóm chức đáng lưu ý: nhóm –OH của phenol và
nhóm –OH bậc 1 và bậc 2, nhóm –OCH3 (metoxy), và
cả nhóm carbonyl và khả năng enol hóa cho sản phẩm
có 1 liên kết đôi và một nhóm –OH.
Hầu hết các nhóm chức khác nhau trong lignin thì
phản ứng khác nhau. Nhóm –OH phenol có đặc tính
acid yếu và làm cho lignin hòa tan trong kiềm.
Nhóm –OH trong lignin có thể acetyl hóa hoặc alkyl
hóa.
Những phản ứng của lignin trong điều kiện trung
tính, ôxy hóa, khử hóa, halogen hóa, nitro hóa,
hydrogen hóa, thủy phân và bột sulfo hóa.
Tất cả các phản ứng của lignin trong trong điều
kiện sulfo hóa, ôxy hóa, và halogen hóa đặc biệt quan
trọng cho lamg bột, các nhà hóa học về giấy tin tưởng
có một sự tương quan giữa bột và xử lý tẩy.
12
Trong xử lý kiềm, lignin kiềm hòa tan trong kiềm,
do phản ứng giữa nhóm –OH phenol với kiềm.
Trong xử lý sulfat sulfur đi vào lignin tạo thành
dạng thio-lignin hòa tan trong kiềm.
Lignin rất dễ bị ôxy hóa trong điều kiện trung bình,
cho sản phẩm là acid thơm như acid benzoic,
protocacheuic.
Lignin bị ôxy trong điều kiện mạnh hơn cho sản
phẩm là acid như acetic, oxalic, succinic.
Trong điêu kiện trung bình, xử lý tẩy bột lignin tạo
thành sản phẩm hòa tan trong nước hoặc kiềm. Trong
tẩy NaClO, nhóm –OH của phenol phản ứng với tác
nhân tẩy tạo thành sản phẩm tan.
•Liên kết lignin –hemicellulose
Benzyl eter
O
CH2O
OHO
HO
O
O
OH
O
OH
CH2HO
C
C
O
xylan
glucomannan
Phenyl glucoside
Gỗ mềm Gỗ cứng
13
O
CC
O
O O
OH
OH
CO
H3C
O
Xylan
O
O
O
OHOH
CH2OH
C
glucomannan
Benzyl ester
Gỗ mềm và gỗ cứng Gỗ mềm và gỗ
cứng
Hình 5:Một số liên kết lignin-hemicellulose phổ biến
CÁC CHẤT TRÍCH LY
Hợp chất mạch
thẳng và vòng
Hợp chất phenol Các chất khác
Terpen vaf
terpennoid
(gồm acid nhựa
và steroid)
Ester và acid béo
(chất béo và sáp)
Alcol
Alkan
Phenol đơn giản
Stiben
Lignan
Isoflavon
Tananh
Flavonoid
Carbonhydrat
Acid amin
Acaloid
Coumarin
Quinone
Bảng 1.3:Phân loại một số chất trích ly hữu cơ trong gỗ
•Phản ứng của hydratcarbon trong môi trường kiềm
Ôxy hóa và thủy phân
14
O
CH2OH
O
H O O OCH2OH
O
H O
O
Hình 6: Phản ứng ôxy hóa
Thủy phân:
O
H
CH2OH
O
H O
O
Cellulose
OH
OCH2OH
O
H O
O
Cellulose
CH2OH
O
O
O
Cellulose +O
CH2OHO
OODicarbonyl
H
H
HO
Hình 7:Phản ứng thủy phân cấu trúc carbonyl β glucoxy
Phản ứng tách loại và chuyển vị
Tách loại:
O
H
CH2OH
O
H O
O
Cellulose
OH
OCH2OH
O
H O
O
Cellulose
CH2OH
O
O
O
Cellulose +O
CH2OHO
OODicarbonyl
H
H
HO
Hình 8:Phản ứng chuyển vị và tách loại
Cấu trúc dicarbonyl loại aldehyd
OCH2OH
O
H Ocell
O
cellulose Cellulose-O
O
HO
C
OCH2OH
OO
OCellulose + +
15
Hình 9:Cấu trúc dicarbonyl loại aldehyd
Cấu trúc carbonyl loại ceton
OCH2OH
O
H OCellulose
O
Cellulose
OH
OCH2OH
O
OCellulose
O
Cellulose
O O
Hình 10:Cấu trúc dicarbonyl loại ceton
Phân tử cellulose khi bị ôxy hóa và có nhóm
carbonyl ở C5 cũng cho phản ứng cắt mạch.
O
OHH
OH
CHO
OCellulose
OCellulose
OH
HO
OHH
OH
CHO
OCellulose
+ Cellulose-O
Hình 11:Phản ứng thủy phân bằng kiềm khi có nhóm
carbonyl tại C6
Phản ứng Pelling
O
OROH
OH
R'
OH
CHOH OH
HO HH ORH OH
R'
OH
H
HCC OH
HO HH ORH OH
R'
O HCC OH
HO HH ORH OH
R'
O
16
CH
C OHO H
H OR
H OH
R'
HC
C OHO H
H ORH OH
R'
OHOH HC
C OH
HO HH ORH OH
R'
OH
OH
HC
C HHO H
H ORH OH
R'
OHO
H H
OH
CH2
CHO H
H ORH OH
R'
O
OH
Peeling
CH2
CCC
HOHH OH
R'
O
OHCH2
CC
C
O
HH OH
R'
O
OH
HH
OH
COOH
CCH2
CHH OH
R'
HO
H
CH2OH
Hình 12:Phản ứng Pelling
•Phản ứng của lignin trong môi trường kiềm
Phản ứng thủy phân: nhiệt độ cao (>100oC) lignin
có thể bị thủy phân.
A
OH
OCH3
CH OR2
CH
R1
OB
OCH3 OH
OH + SH
A
OOCH3
CHCR1
OB
OCH3
+ OR2
(I) (II)
A
OOCH3
CHCR1
OB
OCH3
(III)
OHH
OH
A
OOCH3
CHCR1
(IV)
OHHOCH3
O+
34%
(V)
OH
B
17
Hình 13: Phản ứng minh họa thủy phân lignin trong môi
trường kiềm
•Phản ứng của lignin trong môi trường acid
Phản ứng thủy phân
OROCH3
CH OHCHOAr
+H
-H2O
OROCH3
CHCHOArCH2OHCH2OH
-H
OROCH3
CHCOAr
CH2OH
+H2O
OROCH3
CH2
CO
CH2OH
+ ArOH
-CHO, -H
OROCH3
CH2
CHO
+ ArOH
+ H2O
OROCH3
CHCH OAr
+ H2O
OROCH3
HCH2C OAr
+ H2O
OH
Ar=
H3CO
Hình 14:Cơ chế phản ứng thủy phân lignin trong môi
trường acid
18
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT GIẤY
19
Nguyên liệu gỗ(rơm, tre, cỏ, bã mía)
Xử lý hóa: Phương pháp kiềm, trung tính, acid(bột soda, sulfat, sulfite)
Bột giấy thô
Bột tẩy
trắng
Phân tán và nghiền
Phối trộn
phụ gia
Xeo giấy, ép, sấy
Gia keo bề mặt, cán láng (ép
quang),cuộn, cắtGiấy thành
phẩm
Nước trắng
Xử lý cơ: Phương pháp mài, nghiền, nhiệt cơ, hóa nhiệt cơ
Dịch đen (thu hồi hóa chất)
Tẩy trắng:Cl
2,
ClO2,
NaClO, O
3, O
2,
H2O
2
Nước thải (xử lý)
Hình 2.1:Mô hình công nghệ chung của quá trình sản
xuất giấy
20
•NGUYÊN LIỆU GỖ
Mục đích quá trình chế biến gỗ là chuyển chúng
thành sơ sợi mềm mại, hoặc hòa tan lignin (được xem
là chất kết dính các bó sợi tạo nên cấu trúc chặt chẽ
của gỗ).
Tác động cơ học hoặc hóa học làm tách rời các bó
sợi cellulose sẽ được tách rời tạo nên huyền phù đồng
nhất trong nước.
•ĐẶC TÍNH CỦA GỖ
(1): Thực vật hạt trần hoặc cây thường xanh
(không rụng lá) thường được gọi là gỗ mềm.
(2): Thực vật hạt kín hoặc cây rụng lá hàng năm
gọi là gỗ cứng.
21
Hình 2.2:Các thành phần cơ bản trong tế bào gỗ
Đặc tính chung của 2 loại gỗ:
Gỗ mềm Gỗ cứngKiểu sợi chủ yếu Tế bào hình ống Sợi gỗ và tế bào
ốngChiều dài sợi
trung bình
2,5-3,0
3,5-5,0
0,6-2,0
Lignin, % 25-32 17-26Cellulose (Cross
và Bevan), %
55-61 58-64
Pentosan, % 8-13 18-25Tỷ trọng gỗ tươi,
lb/cu.ft
21-26 22-35
Chiều dài sợi của gỗ mềm dài hơn gỗ cứng, vì
nguyên nhân này mà giấy làm từ bột gỗ mềm có độ
bền lớn hơn giấy làm từ gỗ cứng từ 30-100%.
22
Gỗ cứng có thành phần lignin thấp và tỷ trọng cao
hơn gỗ mềm, thành phần cellulose cao hơn do đó hiệu
quả kinh tế cao, gia tăng hiệu suất bột, gỗ cứng
thường khó mài hơn gỗ mềm vì tỷ trọng cao do tuổi
của gỗ.
CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT BỘT GIấY
•Phương pháp hóa học:
H%:45-55%,
Các thành phần không phải là cellulose đã hòa tan
trong dịch nấu.
Bột chứa chủ yếu là sợi cellulose, có độ bền và cơ
lý cao, bột này gọi là bột hóa.
Bột soda: dịch nấu gỗ là NaOH
Bột sulfat: bột sulfat (bột kraft), tác chất nấu là
NaOH và Na2S
Bột sulfit: có thể là sulfit trung tính, acid hay kiềm
•Bột bán hóa: là bột sulfit được nấu ở chế độ khá êm
dịu với NaHSO3, sau đó hỗ trợ thêm giai đoạn cơ học để
tách sợi, hiệu suất khoảng 80%, phổ biến là bột NSSC
(Neutral sulfite semichemical).
•Phương pháp cơ học:
H%: 85-90%.
23
Bột này có thành phần tương đương như gỗ, gọi là
bột cơ, bột gỗ hay bột hiệu suất cao.
Quá trình phân tách sợi chủ yếu là nhờ tác động
cơ học.
Phân loại Phương
pháp
Loại
nguyên
liệu gỗ
Dạng
nguyên
liệu
Hiệu suất
(%)
Bột cơ
học
Bột mài Gỗ mềm Gỗ đoạn 90-95%
Bột
nghiền
Gỗ mềm Gỗ dăm 90-95%
Bột nhiệt
cơ
Gỗ mềm Gỗ dăm 90
Bột cơ
hóa
Bột mài
xử lý
Gỗ cứng Gỗ đoạn 85-90
Bột kiềm
lạnh
Gỗ cứng Gỗ dăm
Bột bán
hóa
NSSC Gỗ cứng Gỗ dăm 65-80
Sulfit hiệu
suất cao
Gỗ mềm Gỗ dăm 55-75
Sulfat
hiều suất
cao
Gỗ mềm Gỗ dăm 50-70
Bột hóa
học
Sulfat Cả hai Gỗ dăm 50-70
24
Sulfit Cả hai Gỗ dăm 45-55Soda Gỗ cứng Gỗ dăm 45-55
Bảng 1.4:Một số phương pháp sản xuất bột cơ bản
•CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CƠ HọC
Một số thuật ngữ
Bảng 1.5:Một số thuật ngữ về các loại bột
Ký
hiệu
bột
Tên tiếng Anh Đặc tính của bột
SGW Stone groundwood Bột mài ở áp suất
khí quyển, nhiệt độ
nuớc tưới 70-75oC,
hiệu suất 98%.PGW Pressure groundwood Bột mài ở áp suất
2,5 bar, nhiệt độ
nuớc tưới>100oC,
hiệu suất 98%.PGW
-S
Super-pressure-
groundwood
Bột mài ở áp suất
2,5 bar, nhiệt độ
nuớc tưới>100oC,
hiệu suất 98%.TGWThermo groundwoodGỗ mài ở áp suất khí quyển,
nhiệt độ nuớc tuới > 80oC, hiệu suất > 98,5% 70-75Nhiệt độ nấu,
oC150-185160-175Thời
Refiner mechanical
pulp
B
ột
25
gian nấu, giờ0,3 –
43-8Năng lượng cho quá
trình nghiền, hp-day/ton
(khô gió)12-1810-15Điều
kiện nấu trong phương
pháp xử lý bán hóa sulfit
trung tính dùng để làm giấy
bìa và bột tẩyYêu cầu vể
hóa chấtBột sản xuất
bìaBột tẩy trắngHiệu suất
bột (%)70-8065-72Hóa chất
nấu:Bột hóa nhiệt cơ, quá
trình nghiền được thực hiện
ở áp suất của dăm hay
những loại bột thô đã qua
xử lý sơ bộ với hóa chất,
hiệu suất >
90%.PRMPPressure-
Refiner- mechanical
pulpTuơng tự RMP, nhưng
qúa trình nghiền thực hiện
ở áp suất và nhiệt độ cao,
hiệu suất 97%
ng
hi
ền
đĩ
a
sả
n
xu
ất
từ
dă
m
ở
áp
su
ất
kh
í
qu
yể
n.
D
ă
26
.TMPThermomechanical
pulpBột nhiệt cơ, dăm gỗ
được giá nhiệt có áp suất
bằng hơi nước , P =3,5 bar,
nhiệt độ 140-155oC, hiệu
suất
97%.CMPChemimechanical
pulpBột hóa cơ, có thể sản
xuất theo phương pháp mài
hoặc nghiền, gỗ được xử lý
với hóa chất, hiệu suất
80-95%, dăm được xử lý sơ
bộ với hóa chất hay hơi, rồi
được nghiền ở áp suất cao
hay áp suất khí quyển. Xử
lý hóa học tương đối mạnh,
hiệu suất <
90%.CTMPChemi-RMP
•ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM
CỦA PHƯƠNG PHÁP
Xử lý NSSC bột màu
sáng hơn
Tính kinh tế của gỗ và
m
đ
ư
ợc
rữ
a
và
xử
lý
sơ
bộ
vớ
i
h
ơi
n
ư
ớc
tr
ư
ớc
kh
i
27
tiêu hao hóa chất
Áp dụng rộng rãi cho
những loại gỗ khác nhau.
Xủ lý NSSC sẽ cho bột
khi làm giấy cứng hơn khi
sử dụng bột kiềm thông
thường, chủ yếu phát triển
cho làm giấy lớp giữa gợn
sóng.
•XỬ LÝ SULFAT
Bột bán hóa sản xuất
theo phương pháp sulfat thì
có màu thẫm hơn, độ bền
cơ lý thấp hơn, và có nhiều
lignin hơn và ít
hemicellulose hơn so với
phương pháp bột NSSC.
Bột sulfat nói chung
ng
hi
ền
,
hi
ệu
su
ất
97
%.
28
thường làm từ gỗ thông và
bột sử dụng trong sản
phẩm giấy gợn sóng. Các
điều kiện nấu khác như
nhiệt độ như trong nấu bột
kiềm thông thường.
Bột thì được đưa đến
nghiền nóng trong máy
nghiền đĩa, với công suất
khoảng 3,7 hp-day/ton.
Ép bằng vít xoắn trước
khi nghiền trở nên phổ biến
có ý nghĩa tạo sợi và thu
hồi hóa chất. Thành phần
lignin của bột kraft hiệu suất
cao khoảng 8-14%.
Bột kraft độ bền rất cao
có thể sản xuất từ thông
bằng phương pháp nấu bột
hiệu suất cao với dung dịch
sulfat có hàm lượng kiềm
hoạt động thấp
29
Hiệu suất bột, %
115
460
7
262
-SO2, lb/ton bột khô gió
-Na2CO3, lb/ton bột khô
gió
15-20
3-4
8-14
4-5
-Na2SO3, % gỗ
-NaHCO3, % gỗ
•CƠ SỞ LÝ THUYẾT
•Tính lưu biến gỗ:
Gỗ sẽ chịu tác động cơ
học.
Mục đích làm cho nó
biến dạng sơ sợi sao cho
30
thích ứng với quá trình làm
giấy.
Gỗ là polymer có tính
đàn hồi nhớt, nên khả năng
thích ứng của nó đối với tác
động cơ học phụ thuộc vào
nhiệt độ, độ ẩm và thời
gian.
Nhiệt độ chuyển từ
trạng thái cứng sang trạng
thái mềm là thông số quan
trọng.
Gỗ luôn chứa một luợng
nước nhiều hơn lượng
nước bão hòa của lớp
tường tế bào sợi. Dưới điều
kiện này cả cellulose và
hemicellulose vô định hình
được làm mềm ở 20oC.
Điểm chảy mềm của
lignin là thông số quan
trọng cho quá trình xử lý.
Khi tăng tần số tác dụng
31
của lực, điểm chảy mềm
của lignin tăng.
Nhiệt độ chảy mềm của
lignin liên quan đến cấu trúc
của lignin trong gỗ.
Gỗ là một nguyên liệu
đàn hồi nhớt, năng lượng
sẽ bị mất đi và chuyển
thành nhiệt năng trong quá
trình biến dạng, chính sự
sinh nhiệt này làm sinh ra
dòng hơi trong quá trình
nghiền.
Tại nhiệt độ cap hơn
năng lượng cần để biến
dạng gỗ cần thấp hơn.
Những biến dạng lớn
hơn ứng với nhiệt độ cao
hơn, sự mỏi của gỗ sẽ
nhanh hơn khi nhiệt độ cao.
32
QUI TRÌNH SẢN XUẤT
BỘT CƠ
33
Nước Lưu trữ gỗ Nước
Bơm Máy bóc vỏ gỗ Turbine
Bể chứa
Máy mài
Motor
Điện năng
Nước phun
Mương dẫn nguyên liệu
Sàng thô Máy nghiền
Sàng tinh
Nguyên liệu hợp cách
Cô đặc bột
Lưu trữ huyền phù bột
Lưu trữ huyền phù bột
Lưu trữ nước trắng
Máy xeo ướt
Lưu trữ bột tấm
Bể thu gom nước Bột thu hồi
Nước trắng
Áp lực cao
Áp lực thấp
Áp lực cao
Áp lực cao
Hoặc
Thải
Hoặc
•SẢN XUẤT BỘT MÀI
•Nguyên lý:
Đưa gỗ vào trong quá
trình chịu tác động tuần
hoàn của ứng suất
Năng lượng cơ học
được hấp thu để phá vỡ
34
cấu trúc của nguyên liệu
ban đầu.
Sợi được tách ra, vấn
đề là cần kiểm tra được
hiện tượng sợi bị cắt và tính
mềm mại của sợi, điều này
phụ thuộc nhiệt độ và hàm
ẩm của gỗ.
•Đặc tính của bột mài
Độ bền thấp hơn so với
bột sulfit và sulfat.
Đặc tính hồi màu của
bột mài, phù hợp với giấy
báo, sách thô, catalog, máy
in ống đồng, tạp chí, giấy
vẽ thô, giấy lau, giấy đế
gián tường, carton đế và
các lọai giấy dán tường và
giấy bìa.
Bột mài có chi phí thấp,
chất lượng in ấn tốt, độ mờ
đục cao, khả năng thóat
nước tốt trên những máy
35
xeo chạy tốt độ cao, chất
lượng in ấn tốt vì độ khối
cao, độ phẵn nhẵng, tính
đàn hồi, khả năng hấp thu
mực in tốt.
Giấy có khuynh hướng
ít quăn hơn so với bột hóa
học.
Số lượng bột mài sử
dụng trong giấy báo khoảng
85%. Bột mài sử dụng trong
giấy in có thể tăng tử
30-85%.
Trong những loại giấy
khác chứa từ 10-100%,
khoảng 10-20% được pha
trộn với nguyên liệu bột hóa
học sợi dài sẽ gia tăng độ
bục của những loại giấy
nhẹ mà không giảm độ bền
xé, bột mài sẽ là chất độn
giữa những sợi dài của bột
hóa học.
36
Hàm lượng % của bột
mài cao sẽ làm giảm độ bền
của giấy.
Bột mài từ cây dương
sử dụng trong giấy báo
khoảng 15% và lên đến
50% trong những loại giấy
in mà không làm hỏng giấy.
Theo tác giả Sears nếu
sử dụng quá 10% bột mài
từ cây gỗ sồi thì sẽ giảm độ
bền của giấy in báo.
•QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
BỘT NGHIỀN
Phát triển gần 20 năm
37
nay.
Với phương pháp này
ngoài tác động của cơ học ,
sợi còn có tác động chổi
hóa sợi hay làm phát triển
sơ sợi.
Bột sinh ra có đặc tính
tốt hơn so với bột mài.
Các loại máy nghiền sử
dụng chủ yếu trong công
nghiệp là:
Sử dụng máy nghiền
đĩa
Máy nghiền côn tốc độ
cao.
Nồng độ của quá trình
phân hủy dăm thành sợi ở
giai đoạn đầu, thường nồng
độ khoảng 20-40%.
•BỘT NHIỆT CƠ (TMP)
Tính năng cơ lý của bột
nghiền có thể được cải
38
thiện (tăng độ bền xé cho
giấy báo và giấy bìa) bằng
cách :
(1): Cho gỗ trước khi
nàp vào máy nghiền đi qua
công đoạn tiền xử lý với hơi
nước bão hòa ở nhiệt độ >
1000C trong khoảng 5-10
giờ ở áp suất cao hơn áp
suất của hơi nước bão hòa
ở cùng nhiệt độ.
Khả năng hòa tan các
acid hữu cơ khi gỗ xử lý
theo cách này và ở đây có
sự giảm cấp polymer của
cellulose,
Ảnh hưởng chủ yếu là
sự làm mềm hoặc một phần
ảnh hưởng của dung môi
trên lignin trong gỗ dẫn đến
gỗ sẽ dễ dàng tách ra thành
sợi.
39
Kết quả là bột có độ tự
do cao hơn và độ bền cao
hơn và cứng hơn so với bột
gỗ mài.
•NHƯỢC ĐIỂM
Bột có màu thẫm hơn
do đó chỉ áp dụng có giới
hạn cho giấy bìa và những
loại giấy bìa có màu nâu giá
trị thấp.
Khi dùng gỗ mềm, tổng
năng lượng tiêu thụ thấp
hơn.
Ở nhiệt độ cao và áp
suất cao, gỗ có thể hòa tan
khoảng 12% đối với gỗ
thông đến 17% với gỗ vân
sam.
Hơi nước sử dụng phù
hợp tốt với gỗ cứng hơn gỗ
mềm, bởi vì không có hiện
40
tượng hồi màu như gỗ
mềm.
Một sự thuận lợi khi sử
dụng hơi nước là xử lý
được nhựa cây.
Sự gia tăng mức độ xử
lý do thời gian và nhiệt độ
kéo dài do đó gia tăng độ
bền, giảm hiệu suất, và
màu bột sáng hơn, năng
lượng sử dụng có thể gia
tăng không đáng kể.
•BỘT HÓA-NHIỆT CƠ
(CTMP)
Bột hóa nhiệt cơ là bột
cải tiến được độ bền và
chiều dài sợi cuả bột mài
bằng cách tiền xử lý gỗ với
hóa chất.
Có hai phương pháp để
tiền xử lý gỗ:
(1): Xử lý gỗ cùng một lần
41
với quá trình mài bột
bằng hóa chất.
(2): Tiền xử lý gỗ tròn ở
nhiệt độ và áp suất cao
trước khi mài bột. Xử lý
này ít có hiệu quả mặt dù
cả Na2CO3 và NaHSO3
được xử dụng trong
phương pháp này.
Sodium carbonat đã
được báo cáo là làm gia
tăng sản phẩm và giảm
tổng nguồn năng lượng tiêu
hao 3,
Sau đó NaHSO3 được
tưới vào máy mài để giảm
năng lượng tiêu tốn và gia
tăng độ rực sáng của sản
phẩm.
Mức dùng NaHSO3 là
0,8% trên trọng lượng của
3 W. Brecht and H. Weiss, Papier, Das,11, 82-89 (1990).
42
bột đã được sang chọn.
Năng lượng tiêu tốn đã
giảm khoảng 9% và độ rực
sáng tăng lên 2,5 độ.4
•Phương pháp tiền xử lý gỗ
tròn:
Khó khăn khi áp dụng vì
sự lý hầu như tiến hành
trên gỗ mềm, vì nó không
phù hợp cho kiểu tiền xử lý.
• Qui trình xử lý Hall:
Tiền xử lý gỗ sử dụng
dung dịch kiềm: NaOH,
NaHCO3, NaHSO3, Na2CO3,
nhưng dung dịch kiềm là
nguyên nhân làm thẫm màu
của gỗ và bột sẽ không phù
hợp cho sản xuất giấy
trắng.
Tiền xử lý gỗ trong
4 J. A. Cochrane, Paper Trade J., 142, No. 19, 30-38 (Apr. 23, 1992).
43
nồng độ NaOH trung bình ở
nhiệt độ 190-210oF, phù
hợp cho làm bột để sản
xuất bìa mà vấn đề màu
không chú trọng lắm.5
−Qui trình xử lý:
•Xử lý Lougheed6:
Gỗ tròn được tiền xử lý
trong nồi hấp với một dung
dịch gồm NaHSO3 và
NaHCO3 theo tỷ lệ 7:1 ở
nhiệt độ 115-125oC trong
thời gian 2,5-4,5 giờ, P =
40-60 p.s.i, cao hơn áp suất
hơi nước bão hòa, sử dụng
7 lb/ ton gỗ, pH cuối của
dung dịch là 7,2 -7,4.
•Qui trình xử lý của Forest
Productions Laboratory:
5 P.V. Deveer, Paper Trade J., 140, No. 38, 36-43 (Sept. 23, 1957).6 E. H. Lougheed, Pulp Paper Mag. Can., 46, No. 3, 165-175, Sixth War- time Issue (1945).
44
Qui trình xử lý 4 giai
đoạn cho vấn đề tiền xử lý
gỗ cứng bằng dung dịch
sulfit trung tính trước khi
mài:
Trong xử lý này gỗ
được nhúng ngập trong
dung dịch nồng độ 60g/l
của NaHSO3 và 20g/l của
NaHCO3 sau đó đưa vào:
-(1): Giữ trong chân
không 30 phút.
-(2): Nâng nhiệt độ đến
250oF, ở P = 140 p.s.i trong
30 phút.
-(3): Giữc tiếp tục trong
chân không 30 phút
-(4): Nâng nhiệt độ đến
250oF, ở P = 140 p.s.i trong
45
30 phút.
Áp suất làm cho dung dịch
hóa chất thấm vào và gỗ
được mềm ra trong thời
gian 2h.
SẢN XUẤT SỢI NGUYÊN
GỖ (WHOLE WOOD
FIBER MANUFACTURE)
Định nghĩa : Sản xuất
sợi nguyên gỗ được định
nghĩa là khử gỗ thành trạng
thái sợi mà không dùng
đến hóa chất, do đó mà sản
phẩm cuối cùng có thành
phần gần như gỗ ban đầu
và hiệu tương đương
100%.
Bột mài là bột chủ yếu
để sản xuất sợi nguyên gỗ.
46
Những sản phẩm sợi
nguyên gỗ sẽ được đề cấp
dưới đây.
Bột nguyên gỗ thì được
sử dụng để làm hai kiểu bìa
chủ yếu sau:
-(1) : Bìa cách điện
-(2) : Ván dăm
Cả hai loại bì này được
làm từ sự đan kết của sợi
trên máy xeo dài (fourdrinier
machine), nhưng những xử
lý cuối cùng thì khác nhau
cho mỗi trường hợp.
•Ván dăm
Ván dăm là dạng từ
dăm gỗ hơn là sợi.
Chúng liên kết với nhau
bằng nhựa tổng hợp, dưới
điều kiện nhiệt độ áp suất
tạo thành dạng bìa.
Trong kiểu xử lý này
dăm được làm vụn, sấy
47
khô, phối trộn với sáp và
nhựa (resin), rồi được phun
bằng một đầu phun đến 1
bảng phẳng tạo thành bề
dày mong muốn, và cắt
tấm, sau đó ép lạnh, và tiếp
tục ép trong điều kiện nhiệt
độ và áp suất.
• XỬ LÝ CHUNG CHO BÌA
SỢI NGUYÊN GỖ
Sợi nguyên gỗ thì
thuờng không xử lý gỗ
tươi , gỗ xử lý với hơi hoặc
nước nóng.
Hơi sẽ làm mềm gỗ, yếu
liên kết sợi-sợi và sản
phẩm gỗ sẽ chứa một ít sợi
cắt ngắn. Điều này sẽ làm
giảm nguồn năng lượng
tiêu thụ cho đánh tơi sợi.
Màu thấp hơn và hiệu
suất bột sẽ phụ thuộc vào
48
nhiệt độ của hơi nước sử
dụng.
Số luợng hơi sử dụng
phụ thuộc vào loài và đặc
tính của sản phẩm.
Với gỗ vân sam, dương,
cây bạch dương, một số
loại thông và một vài loại gỗ
có thể đánh tơi ở dạng tươi
và xử lý bằng nước xà
phòng và không có giai
đoạn tiền xử lý nào khác.
Một số loại gỗ khác
như: gỗ thông hoa cờ,
thông lá ngắn và một số loài
thông vàng yêu cầu phải có
giai đoạn tiền lý bằng hơi
nước trước, hoặc nấu bán
hóa trong điều kiện kiềm
trung bình.
Một số loài gỗ cứng như
cây bu-lô, gum bắt buộc
49
phải xử lý nấu bán hóa
(semichemical).
Tổng quát thì gỗ cứng
thì phải xử lý bằng hơi
nước hơn là gỗ mềm.
Sản phẩm bột do xử lý
gỗ nguyên sợi không thích
hợp cho làm giấy, nhưng
thích hợp cho: giấy dán
tường, vật liệu cách điện,
giấy tẩm nhựa đường, bìa
carton cứng, giấy gợn sóng.
Bột này làm vật liệu
cách điện rất tốt bởi vì
chúng chống lại nhiệt rất
cao, chất lượng về độ xốp
tốt, độ cứng cao, khó thấm
nước và các đặc tính khác 7.
2.5.1.Bìa cách điện
+Bìa cách điện là một sản
phẩm chủ yếu làm từ sợi
7 C. C. Heritage and T. C. Duwall, Southern Pulp Paper Mfr., 11, No. 9, 50, 52-54, 56 (Sept . 15, 1970).
50
nguyên gỗ, mặt dù nó được
làm từ những sợi khác nhu
là bột mài thô. Bìa cách
điện được sản xuất từ
những máy xeo tròn đặc
biệt hoặc xeo dài.
+Dạng Máy xeo này có một
bể đơn đường kính khoảng
14 ft, sử dụng nguyên liệu
dễ thóat nước như là bột gỗ
mài. Tốc độ máy xeo
khoảng 22-40 f.p.m. Sau đó
được ép ướt ở phân đoạn
ép, bìa được cắt thành tấm
rộng 8-12 ft dài 8-24 ft và tự
động đưa đến lô sấy, sấy
bằng hơi nước ở P=
250-450 p.s.i, hoặc sấy
nhiệt trực tiếp bằng gas
hoặc dầu. Nhiệt độ trong
khu vực cuối cùng thường
duy trì ở 360oF.
+Bột mài là bột sử dụng chủ
51
yếu cho làm bìa cách điện.
Bìa cách điện thì cũng
được làm từ những loại bột
khác từ bã mía, mãnh sợi
đay, rễ cây cam thảo.
•BÌA CỨNG
Bìa cứng là bìa đặc biệt
được làm từ bìa sợi nguyên
gỗ bằng quá trình ép ướt,
của những tấm còn thô của
sợi gỗ.
Giống như bìa cách
điện (nhưng không giống
dăm ép), nó là dạng liên kết
tự nhiên sợi-sợi, nhưng
thường phối trộn thêm resin
khoảng 1,5% so với trọng
lượng sợi.
Sản phẩm bìa cứng
thường được làm trên mạt
cưa từ gỗ, mạt cưa từ
những tấm giấy cắt, lớp áo
của lõi giấy và những
52
nguyên liệu đồng dạng.
Gỗ được đánh tơi thành
sợi hoặc những nguyên liệu
khác nghiền thành bột rồi
hình thành dạng tấm hoặc
xử lý ướt hoặc xử lý khô.
Xử lý này rất đơn giản
để sử dụng làm giấy cách
điện.
Ngoại trừ nhựa nhiệt
rắn phenolic và nhũ tương
sáp được sử dụng để tạo
kết tủa trong khâu chuẩn bị
bột. Sau đó bề mặt tờ giấy
được tráng với một hỗn hợp
của resin và sáp và
aluminum stearate.8
Vấn đề làm khô hoặc xử
lý bán khô có thể được tiến
hành.
Trong phương án xử lý
bán khô, gỗ được nấu trong
8 O. w. Frost and G.E. Tower, U. S. Pat. 2.680.995 (July 15, 1954).
53
nối nấu, sau đó thực hiện
nghiền tinh bằng máy
nghiền đĩa và xử lý với
lượng nhỏ của resin.
Sợi được băng tải
chuyển đến một cylon và rồi
được một máy lọc sợi kiểu
băng chuyền cho ra dạng
tấm thô dày 6-8 in.
Quá trình ép khoảng
50% và cuối cùng ép thành
dạng bìa dày.
Khi xử lý ướt, bột có độ
thóat nước cao, giảm xu
hướng hỏng bìa trong điều
kiện nhiệt độ áp suất cao
trong khi ép. Ép 3 trạng thái
được áp dụng: ép chập các
lớp giấy khởi đầu, thóat ép
cho phép rời khỏi hơi và
cuối cùng ép duy trì đến khi
bìa khô.
Ép cuối cùng P = 700
54
-800 p.s.i. Thành phần hơi
nước còn lại trong bìa trong
giai đoạn ép cuối là quan
trọng. Thành phần hơi
nước cao sẽ làm giấy bị
rộp, ít hơi nước thì tỷ trọng
bìa sẽ giảm. Sự gia tăng áp
lực ép, trong giai đoạn ép
đầu, sẽ làm gia tăng tỷ
trọng của bìa trong giai
đoạn cuối. Sự gia tăng nhiệt
độ, sẽ giảm thời gian ép và
cũng sẽ gia tăng modun nứt
của bìa khoảng 50 % khi
nhiệt độ tăng từ 300oF –
460oC9.
−Bìa cứng sử dụng trong
xây dựng và tủ đựng đồ,
các vật dụng tuơng tự.
9 H. Wilcox, Tappi, 36, No. 2, 89-94 (Feb., 1953).
55
•BỘT BÁN HÓA
(SEMICHEMICAL)
•Khái niệm bột bán hóa
Bột bán hóa là bột bột
thu được từ xử lý hai trạng
thái yêu cầu hóa chất tiền
xử lý dăm mãnh gỗ đã đạt
được độ mềm và tách một
56
phần liên kết lignin
cellulose, tiếp theo là xử lý
cơ học để hoàn thành việc
tách sợi.
Phương pháp này do
phòng thí nghiệm những
sản phẩm từ rừng ở Mỹ tìm
ra năm 1926, bao gồm ba
trạng thái xử lý:
-(1): Thấm ép những
mãnh gỗ với dịch nấu
-(2): Nghiền nguyên liệu
với hóa chất, hầu như trung
tính và duy trì môi trường
trung tính trong suốt quá
trình nấu
-(3): Xử lý cơ học những
mãnh gỗ mềm đến trạng
thái sợi10
Hiệu suất bột thường từ
65-90% và khoảng 70-80%
10 Public Patents, U. S Pat.1.859.845; 1.859.846; 1.859.847 (May 24, 1932)
57
cho những loại bột không
tẩy.
Đối tượng áp dụng chủ
yếu cho gỗ cứng.
Bột bán hóa đã phát
triển hơn, hiệu quả về thiết
bị nghiền thay thế những
máy nghiền búa bằng máy
nghiền côn, nghiền Clafin.
Xử lý này mang tính
kinh tế cao, hiệu suất bột
cao, hóa chất tiêu hao thấp.
Hiệu suất khoảng 40%
hoặc cao hơn, vi có khoảng
25-50% lignin được tách ra
và 30-40% cuả
hemicellulose trong gỗ tách
ra, so sánh với 90-98% của
lignin và 60-80% của
hemicellulose trong bột hóa
học được tách ra.
•Hiệu quả của bột bán hóa
58
Việc tẩy bột bán hóa
cho sản phẩm bột có thành
phần lignhin thấp, và thành
phần hemicellulose cao
khác thường.
Tẩy bột thì không như
bột hóa học, sự khác nhau
chính là quá trình làm sạch
chủ yếu là ở quá trình tẩy
hơn là quá trình nấu.
Bởi vì hành động nấu
và tẩy là sự chọn lựa trực
tiếp trên lignin, tẩy gỗ cứng
sản phẩm có hiệu suất
60%, so sánh với bột nấu
hóa học có hiệu suất
45-50%.
Ví dụ: 1,3 cord của gỗ
cứng, tẩy bột thu được 1
tấn bột tẩy, sử dụng xử lý
bản hóa, so sánh với 2 cord
của gỗ thông cho ra 1 tấn
59
bột tẩy xử lý theo phương
pháp sulfat.
Xử lý bán hóa rất phù
hợp với các loài gỗ cứng,
không thích hợp cho bột
của các loài gỗ mềm của
thông, vân sam và các loài
gỗ đồng dạng với các loài
gõ mềm.
Bột bán hóa bền hơn
bột từ nấu hóa học khi sử
dụng những loài gỗ cứng.
•HÓA CHẤT Sử DỤNG
TRONG NấU BÁN HÓA
Những chương trình
công việc thông thường
trong nấu bán hóa là cắt
mảnh gỗ và nấu với hóa
chất theo phương pháp liên
tục hoặc gián đoạn.
Một vài loại bột hóa học
thông thường, xử lý nấu có
60
thể nấu phương pháp nấu
bột bán hóa do vấn đề giảm
tỷ lệ hóa chất so với gỗ,
thời gian nấu, nhiệt độ nấu.
Có ba xử lý chính được
ghi nhận chung như là xứ lý
bán hóa.
-(1): Xử lý sulfite trung
tính được gọi là xủ lý
NSSC.
-(2): Xử lý bằng soda
lạnh
-(3): Xử lý kraft
•XỬ LÝ SULFIT TRUNG
TÍNH (NSSC)
Xử lý này áp dụng rộng
rãi cho làm bột bán hóa,
Na2SO3 là tác chất đầu tiên
do Cross (1880.
Tác chất thõa mãn cho
xử lý bán hóa là Na2SO3
chứa dung dịch đệm hiệu
quả là giữ pH= 7 trong suốt
61
thời gian nấu, từ đó tên”
sulfit trung tính” (“neutral
sulfite”) dùng để diễn tả
khái niệm này.
Dung dịch đệm sử dụng
để kiểm sóat sự ăn mòn
của thiết bị và gia tăng hiệu
suất bột.11
Tỷ số sulfit:dung dịch
đệm là rất khái niệm quan
trọng nhưng nồng độ của
ion bisulfit là khái niệm
quan trọng hơn.
Đầu tiên Na2SO3:
NaHCO3 = 4:1, áp dụng cho
bột không tẩy.
Tỷ số cao hơn, 7:1 áp
dụng cho bột tẩy.
Độ trắng của bột được
cải thiện khi pH kết thúc
quá trình nấu 7,2-7,5.
Na2CO3 được xem là
11 E. L. Keller and J. N. McGovern, Tappi, 32, No. 9, 400-405 (Sept., 1949).
62
dung dịch đệm vì khả năng
đệm của mạnh khi kết thúc
nấu, và không làm cho màu
bột sẫm lại như NaOH.
Dịch nấu sulfit trung tính
thì liên quan đặc biệt đến
lignin, và khẳng địng lignin
là vật chất được tách ra ở
nhiệt độ 170oC .
Bột hiệu suất 80% từ
cây dương sẽ tách khoảng
31% của hemicellulose hòa
tan , 5% của tổng
hemicelllulose và 50% của
lignin. Bột chứa khoảng
19% lignin. Khi nhiệt độ
vượt quá 180oC, phản ứng
ít chọn lọc theo hướng tác
lignin và lignin còn lại trong
bột ít thích hợp cho tác chẩt
tẩy.
Điều kiện nấu bán hóa
cũng thay đổi khi làm bột
63
chất lượng cao, hoặc bột
thô.
Ví dụ: Trong một loại bột
cho giấy bìa gợn sóng thì
bột được làm bởi hỗn hợp
của gỗ cứng và một lượng
nhỏ của gỗ mềm trong dịch
nấu sulfit trung tính , sử
dụng tỷ lệ hóa chất: 7:1,
13% hóa chất so với gỗ,
thời gian nấu 4,5 giờ, và P=
100-120 p.s.i, hiệu suất bột
80-90% so với trọng lượng
gỗ ban đầu.
Một sự xử lý thích hợp
cho giấy bìa gợn sóng từ gỗ
cứng ở New England được
mô tả bên dưới, tỷ lệ hóa
chất: Na2SO3:Na2CO3 = 5:1;
nồng độ dịch nấu tính theo
Na2CO3 là 35g/l; số lượng
hóa chất tính theo gỗ laqf
64
14%, nhiệt độ 170oC, P=
100 p.s.i, thời gian 2-3 giờ,
hiệu suất 70%
Bột bán hóa tẩy được
sản xuất từ gỗ bóc vỏ sử
dụng tỷ lệ hóa chất cao
hơn, nhiệt độ thấp hơn và
áp lực, thời gian nấu kéo
dài hơn.
Xử lý bán hóa do phòng
thí nghiệm các sản phẩm về
rừng bao gồm 4 công đoạn
sau
-(1): Xử lý hơi nước các
mãnh gỗ trong thời gian 0,5
giờ, ở P khí quyển.
-(2): Đưa dịch nấu vào
nguyên liệu ở T=
120-125oC, thời gian 1 giờ,
P=100 p.s.i.
-(3): Tách lượng thừa của
dịch nấu đưa đến bể thu hồi
tái sử dụng cho nấu.
65
-(4): Nấu ở nhiệt độ
140-160oC trong 1-6 giờ.
Xử lý này chấp nhận nhiệt
độ cao hơn từ 170-175oC.
thermomechanical pulpHóa chất nấu
-NaOH + Na2S (qui về
Na2O), % gỗ
4-7
Nhiệt độ nấu, oC 160-185Thời gian nấu, giờ 0,3-2•XỬ LÝ BẰNG KIỀM LẠNH (COLD SODA PROCESS)
Xử lý soda lạnh là xử lý bột bán hóa.
Nó được sử dụng để làm bột thô cho sản xuất bìa
gợn sóng và những loại bột tinh hơn cho sản xuất giấy
in, nguyên liệu sử dụng là gỗ cứng.
Xử lý này được xem là bột mài từ xử lý dăm mảnh,
đây là vấn đề rất đáng quan tâm bởi vì bột có thể thích
hợp cho nhiều loại giấy từ bột mài thông thường.
Sự xử lý này áp dụng cho gỗ cứng có tỷ trọng cao
mà bột mài không đáp ứng được.
Xử lý soda bao gồm việc xử lý những dăm mảnh
với NaOH và những mạnh sợi mềm bằng nghiền đĩa.
66
Xử lý soda thường làm trong một bể kiềm, thóat
nước dịch kiềm trước khi tạo sợi, nhưng xử lý này có
thể tiếp tục tuần hoàn điều kiện kiềm để đi đến tách
sợi. Xử lý này đặc biệt không tách được lignin như xử
lý NSSC.
•Điều kiện cho 1 mẻ xử lý:
Ngâm tẩm từ 1-2 giờ ở áp suất khí quyển, hoặc
20-30 phút khi sử dụng ép thủy lực.
Sử dụng 135 lb NaOH cho những lọai giấy in báo,
235 lb NaOH cho giấy gợn sóng cho 1 tấn nguyên liệu
khô gió.
Theo hai tác giả Snyder vaf Premo12 mô tả những
bước cơ bản trong một bể xử lý kiềm lạnh bao gồm:
-(1): Thấm đẫm những mãnh gỗ cứng có kích thước
3/8 in ở áp lực P= 150 p.s.i với dung dịch NaOH 2,5%
trong 20 phút.
-(2): Tách dung dịch không hấp thụ vào sợi để tái sử
dụng
-(3): Lưu giữ dăm mãnh trong thùng chứa trong 40
phút.
12 K. L . Snyder and R.A. Premo, Tappi, 40, No.11, 901-904 (Nov., 1957).
67
-(4): Ép bằng vít xoắn trong vòng đến nồng độ chất
rắn khoảng 60%.
-(5): Nghiền đĩa 2 giai đoạn ở nồng độ 12-15% và
8% .
-(6): Sàng, làm sạch và cuối cùng là nghiền tinh
bằng nghiền đĩa để đạt được độ bền.
Dăm mãnh hấp thụ hóa chất ở nồng độ NaOH
2,5-4%. Nhiệt độ tối ưu là 25oC, nhiệt độ cao hơn làm
cho sản phảm bột có màu thẫm.
Năng lượng yêu cầu là 21 hp-day/ton ở giai đoạn 1
và 23 hp ở giai đoạn 2.
Hiệu suất bột là 80% phù hợp cho những loại bột
thông thường bằng quá trình xà phòng hóa các dăm
mãnh trong NaOH 40g/l và 0,05% chất hoạt động bề
mặt trong 10 phút, ở 40oC, tiếp theo là quá trình ép bột
bằng thiết bị ép vít xoắn.
Sự thấm ướt kiềm trong xử lý kiềm lạnh là một vấn
đề với gỗ cứng dày.
Trong xử lý truyền thống, phương pháp xà phòng
hoặc ngâm thường được áp dụng, các mãnh gỗ thấm
ướt bên ngoài nhưng bên trong chưa được thấm ướt.
68
Phương pháp ngấm áp lực có thể sử dụng trong
điều kiện P=150 p.s.i từ 20-30 phút để hoàn thành sự
thấm ướt.
Thành phần hơi nước và không khí trong dăm
mãnh thấp, sự thấm ướt diễn ra tốt.
Kích thước dăm mãnh giảm trước khi xử lý cải tiến
sự thấm ướt, nhưng xu hướng giảm độ bền bột. Dăm
mãnh được ép và phân hủy trong sự có mặt của
NaOH trong những lô nghiền để cải tiến sự thấm ướt.
Hiệu suất bột trong xử lý kiềm lạnh thay đổi từ 87%
cho bột giấy gợn sóng, 85-92% cho giấy in.
Xử lý này kinh tế hơn so với xử lý bột mài, chi phí
hóa chất và nguồn năng lượng thấp hơn trong vấn đề
nghiền tạo sợi.
Năng lượng yêu cầu 20-25 hp-day/ton nguyên liệu
khô gió cho bột làm giấy gợn sóng, 35-40 hp-day/ton
cho bột làn giấy in.
Dung dịch NaOH sử dụng cho sự thấm ướt có thể
tái sử dụng. Điều này có thể giảm độ trắn từ 2-5 điểm
sau 15-20 lần tái sử dụng.
•ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA XỬ LÝ BỘT KIỀM LẠNH
•
69
Bột kiềm lạnh chất lượng cao làm từ gỗ cứng có
độ chịu kéo cao, tương đương với bột mài từ cây vân
sam và cao hơn cho bột mài từ gỗ thông.
Khả năng thóat nước nói chung là cao hơn và
không như bột mài, bột có khả năng tạo tăng độ bền
trong qúa trình nghiền.
Độ trắng thấp, có màu vàng cứng sau khi tẩy một
giai đoạn.
Độ mờ đục thấp hơn bột mài.
Bột không tẩy trắng có độ trắng 40-45, với bột tẩy
trắng bằng 10% clorin, lượng bột hao phí sau tẩy trắng
2-10%.
Tẩy trắng hiệu quả thường sử dụng là xử lý kết
hợp của H2O2 và NaClO.
•ĐẶC TÍNH CỦA BỘT BÁN HÓA
Bột bán hóa thích hợp cho những loại gỗ cứng.
Không thích hợp tốt cho những loại gỗ mềm.
Một vấn đề không thuận lợi với gỗ mềm là do
lượng hóa chất sử dụng cao. Ví dụ bột từ cây thông
hoa cờ bằng phương pháp xử lý sulfit trung tính
khoảng 45% hóa chất (Na2O) cao hơn so với xủ lý
sulfat.
70
Năng lượng sử dụng trong quá trình nghiền tinh
cao hơn so với gỗ cứng.
Bột gỗ mềm xử lý bán hóa có thành phần lignin
cao hơn, độ bền thấp, so với gỗ mềm xử lý bằng
phương pháp khác.
Bột gỗ cứng xử lý bán hóa độ bền cao hơn bột hóa
sulfat và sulfat của gỗ cứng.13
Điều này được minh họa trong bảng 1.7, bột bán
hóa từ cây dương so sánh độ bền với bột từ cây
dương sản xuất theo phương pháp hóa hoàn toàn (full
chemical: sulfat, kiềm, và xử lý sulfat). So sánh với bột
sulfit từ cây vân sam, theo tác giả Chidester đã công
bố độ bền kéo 0,8-0,9 point/pound/ream14(kích thước
ram giấy 25x40, 500 tờ ) với bột từ bu lô, dương và
cotton ở hiệu suất 70-80%. Độ bền bục khoảng
70-80% giá trị cho bột sulfit từ cây vân sam.
Sự kháng lại độ chịu xé của bột bán hóa không tẩy
khoảng 90-120% của bột từ cây vân sam phương
pháp sulfit, độ bền chịu gấp khoảng 10-50%. Những
loại bột bán hóa tẩy tắng độ bền cao hơn, và tẩy hoàn
toàn có độ bền cao hơn.
Phương pháp bột Độ chịu Độ chịu xé
13 G. H. Chidester, Paper Trade J., 129, No.21, 451-456 (Nov. 17, 1983).14 Đơn vị đo độ chịu bục (points per pound): Tỷ số giữa lực chịu bục : định lượng tờ giấy (pound).
71
bụcBán hóa trung tính, tẩy
trắng
110 105
Bán hóa trung tính,
không tẩy
80 85
Sulfat, không tẩy trắng 90 75Sulfat, tẩy trắng 80 90Kiềm, không tẩy trắng 65 75Kiềm, tẩy trắng 50 60Sulfit, không tẩy trắngBảng 1.6:So sánh độ bền của bột từ cây dương sản xuất
theo các phương pháp xử lý khác nhau
Nói chung cả hai loại gỗ cứng tỷ trọng thấp, thành
phần lignin thấp ( cây dương) và gỗ cứng tỷ trọng cao,
thành phần lignin ở mức trung bình (cây bulô) sản xuất
bột có độ bền cao, gỗ cứng tỷ trọng cao, thành phần
lignin cao (gỗ sồi) sản xuất bột có độ chịu bục thấp, độ
chịu xé cao và thành phần lignin cao.
Hầu hết những loại sử dụng rộng rãi ở Bắc Mỹ là
gỗ dương, bulô, sồi, thích (Canada). Gỗ dương và
bullô sản xuất bột có màu đẹp và bền. Ở Nam Mỹ
thường sử dụng những loại cây gum, sồi, cây hạt dẻ.
Xử lý bán hóa có thể áp dụng cho bột của sự pha
trộn gỗ nhiệt đới, nhưng nhiều loại gỗ nhiệt đới thì
không phù hợp cho bột bán hóa vì thành phần lignin
cao.
72
Giấy sản xuất từ bột gỗ cứng xử lý bán hóa có độ
bền ướt thấp, nhưng độ bền khô thì cao hơn.
Độ bền rất thấp khi hiệu suất lớn hơn 80%, nhưng
gia tăng khi hiệu suất khoảng 65%.
Trong trường hợp bột thô cho sản xuất giấy gợn
sóng, giấy bao gói thô, lớp mặt của giấy gợn sóng, bìa
cứng, bìa cách điện, và giấy để gia công giấy nhựa
đuờng để lợp nhà, hầu như là sự kết hợp của hiệu
suất cao và độ bền thích hợp, hiệu suất bột từ
70-80%.
Bột để sản xuất những loại giấy cao cấp hơn
(sách, giấy chất lượng cao dùng để in trái phiếu ngân
hàng, giấy bóng mờ, giấy viết, giấy sáp, giấy vệ sinh)
thì bột phải có hiệu suất thấp. Ví dụ: hiệu suất kiểu gỗ
cây dương dùng làm bột để in sách thì hiệu suất
khoảng 70-74% đối với bột không tẩy, 62-64% đối với
bột tẩy.
Hiệu suất bột thay đổi theo loại gỗ, gỗ sồi có sự
tiêu hao khoảng 10% hiệu suất, nhỏ hơn khi so sánh
với bột gỗ từ cây dương khi tẩy trắng.
Độ trắng của bột NSSC không tẩy cao khoảng
40-50oC GE 15. Bột này dễ tẩy hơn bột kraft từ gỗ
mềm. 15 GE: General electric test instrucment (Mỹ).
73
Những loại bột thường sau khi nấu lignin còn lại
khoảng 10%. Tẩy nhiều giai đoạn bột bán hóa với clo -
rin thường hiệu quả cao hơn sơ với những loại bột
khác.
Bột bán hóa đã sử dụng thành công để thay thế
một số lượng lớn bột hóa học từ gỗ thông trong phạm
vi nhiều loại giấy. Số lượng lớn nhất là sử dụng làm
giấy bìa gợn sóng. Bôt có khuynh hướng cứng, nhưng
thành phần lignin ở mức phù hợp làm giấy gợn sóng.
Khi sử dụng 100% bột bán hóa để sản xuất giấy
có độ bục cao, giấy có xu hướng cứng và phát ra tiếng
kêu lách tách chính nhờ thành phần hemicellulose
cao, nhưng độ chịu xé và độ chịu gấp thấp bởi vì do
đặc tính háo nước nhanh của bột.
Do đặc tính nghiền nhanh của bột, chỉ thích hợp tốt
cho sử dụng làm giấy chống lại dầu mỡ và giấy in trái
phiếu ngân hàng.
Chúng không sử dụng phù hợp cho làm giấy vệ
sinh mềm, giấy biểu đồ, giấy lau, giấy bóng mờ.
Do đó nó được phối trộn với các bột khác, cho
phép sử dụng với tỷ lệ lớn của bột bán hóa để làn giấy
cho in sách mà không làm giảm đi đặc tính không thấu
quang của tờ giấy.
74
Bột NSSC tẩy trắng là bột sản xuất giấy in chất
lượng rất cao trong vấn đề độ bền, tỷ trọng thấp và sự
hình thành tờ giấy rất tốt.
•BỘT TỪ NHỮNG LOẠI GIẤY CŨ (PULPING OLD
PAPERS)
Có 2 phương pháp thông thường trong đó giấy
được tái sử dụng:
-(1): Bột được nghiền thành sợi bằng phương pháo
cơ học dùng cho sản xuất bìa nhiều lớp.
-(2): Khử mực, bột trắng cho sản xuất giấy trắng.
−Bột từ giấy cũ để làm bìa thì không sử lý hóa chất.
Phương pháp khử mục thì kết hợp xử lý hóa chất và
xử lý cơ khí.
•BỘT GIẤY THẢI LOẠI XỬ LÝ CƠ HỌC
Bột từ giấy thải loại chiếm số lượng lớn trong
ngành công nghiệp giấy hơn 90% giấy thải loại thu hồi
cho sử dụng bằng phương pháp này.
Giấy in báo cũ, giấy bao gói, giấy hộp, và các loại
giấy hỗn hợp khác thì được đánh tơi cơ học ở nhiệt độ
cao trong một bể nghiền lớn gọi là đánh tơi cắt ngắn
hoặc sử dụng phương pháp ly tâm đặc biệt gọi là
75
nghiền thủy lực, cho đến khi giấy thải loại đạt đến
trạng thái sơ sợi mịn.
Nguyên liệu sợi sử dụng trực tiếp trong sản xuất
bìa sau khi nghiền bột giấy.
Giấy thải loại làm bột được sản xuất trên một máy
xeo tròn, thường có 7 lô, ở đó giấy được hình thành
độ dày mong muốn.
Có nhiều kiểu máy xeo tròn khác nhau. Hầu hết
những loại sản phẩm sản xuất dựa vào sự sử dụng
nguyên liệu giấy thải loại trong các lớp sợi.
Nói chung không hoàn toàn là nguyên liệu bột gỗ.
Một loại tiêu biểu là carton nhiều lớp, gồm có lớp
ngoài (lớp mặt) là bột kraft hoặc giấy kraft tái sinh và
lớp độn (lớp đế) được làm bằng giấy thải loại.
Hệ thống lớp mặt có thể bao gồm nghiền hoặc máy
làm bột ly tâm (thủy lực) cho bột kraft ở dạng tấm, một
số nghiền côn hoặc nghiền tốc độ cao để nghiền
nguyên liệu, và một số sang để làm sạch.
Hệ thống lớp đế thì phức tạp hơn. Nó bắt đầu bằng
với một máy nghiền hoặc máy làm bột theo nguyên lý
ly tâm (thủy lực) đường kính khoảng 20 ft.
76
Những kiện giấy thải loại được nạp vào máy
nghiền thủy lực nhờ băng tải và bột có nồng độ
khoảng 2,5%.
Nguyên liệu hợp cách đi qua lỗ sàng của nghiền
thủy lực, kích thước lỗ sàng đường kính 3/8 in xuống
đáy của thiết bị.
Nguyên liệu bột được đưa đi sàng.
Những chất bẩn nhẹ như là cao su, dải băng keo,
bột thô, giấy bóng kính, được tách bằng sàng rung.
Sàng rung ly tâm thường sử dụng để tách chất bẩn
có kích thước nhỏ.
Việc tách chất bẩn từ giấy thải loại là vấn đề khó
khăn, điều may mắn là đã có những cải tiến trong công
nghệ sàn bột và đã thay thế những phương pháp tách
mới để tách chất bẩn.
•Giấy thải loại và giấy gợn sóng sẽ được:
-(1): Làm bột
-(2): Lọc bằng thiết bị lọc ly tâm ở nồng độ từ
1-1,25%
-(3): Sàng bột kiểu rung, với mặt sàng bằng những
tấm thép phẳng, lỗ sàng có đường kính 3/16 in.
-(4): Sàng rung ly tâm
-(5): Cô đặc bột đến nồng độ 3%
77
-(6): Nghiền côn và nghiền đĩa
-(7) Sàn trên sàng rung hai khe, khích thước 0,022 -
0,024 in và 0,012 in, nồng độ bột khoảng 1% hoặc sàn
áp lực có khoan lỗ 0,078 -0,094 in.
Sau khi sàng, nguyên liệu lớp đế được nghiền
trong nghiền côn hoặc nghiền đĩa tốc độ cao.
Độ bục cao nhất và độ bền kéo và độ cứng, cuối
cùng đạt đến độ tự do (khả năng thoát nước của sợi).
Bảng 1.7:Các loại bìa được sản xuất trên máy xeo tròn
•BỘT TỪ GIẤY CŨ KHỬ MỰC
(DEINK OLD PAPER)
Khử mực: trong quá trình sản xuất bột trắng từ
giấy thải loại phù hợp cho làm giấy sách, điều này cần
phải tách mực từ giấy thải loại. Sự xử lý này gọi là khử
mực.
Các loại giấy sử dụng trong phương pháp khử
mực.Có 3 loại giấy được ghi nhận:
-(1): Lề có bóng nhưng không in
-(2): Nguyên liệu sách đã in
-(3): Giấy thải loại hỗn hợp
Tên của các loại giấy đã được định nghĩa, nhưng
ngày nay viện nghiên cứu giấy thải loại đã phân ra 43
78
loại, nhưng khi trao đổi thương mại thì có 65 loại khác
nhau.
•Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bột khử mực:
Chất lượng của bột khử mực phụ thuộc chủ yếu
vào loại của giấy thải loại sử dụng trong kế hoạch khử
mực, độ trắng, loại giấy, sự đồng đều của nguyên liệu
cho khử mực.
Hầu hết nguyên liệu cho khử mực có tráng màng,
lề giấy, giấy in hóa đơn, tạp chí, nguyên liệu hỗn hợp
chất lượng thấp, các loại giấy C , giấy sáp, giấy nhiễm
bẩn, giấy ru băng, giấy bền ướt.
Giấy thải loại cho khử mực, có chứa nhiều nguyên
liệu bột mài , sẽ khó khăn khi khử mực vì nó cho lại
màu vàng trong khi khử mực và không thể tẩy với
hypoclorit.
Giấy bền uớt là giấy khó có khả năng khử mực do
không tách sợi, nhiệt độ cao và pH thấp là yêu cầu cho
xử lý các loại giấy này.
Các loại giấy bền ướt thỉnh thoảng có thể nhận ra
bởi cao su non, nếu xảy ra sự xù long trên bề mặt giấy
khi thử với nước thì giấy đó không phải là giấy bền
ướt.
79
Giấy sáp, giấy tráng nhựa, tráng màng chống lại
sự thấm nước do đó không thể tách sợi.
Vấn đề khó khăn cho xử lý khử mực là những giấy
như kiểu cao su, nhựa nhiệt rắn. Một số giấy có tráng
nhựa , như hộp sữa, nguyên liệu giấy được tráng
polyvinyl acetate hoặc polyvinyl chlorite, các loại giấy
này có thê thu hồi bột bằng hơi nước ở nhiệt độ
140-150oC, với NaOH và chất hoạt động bề mặt, tiếp
theo tẩy với NaClO, sàng và sàng ly tâm.
Giấy sách tráng pigment chứa tinh bột như là chất
kết dính phù hợp cho khử mực.
Nhưng những loại giấy có tráng casein không hòa
tan đóng vai trò chất kết dính, phải được nâng lên
nhiệt độ cao 160oC, pH = 9-10.
Casein tráng màng là nguyên nhân gây khó khăn ,
do casein phân ly ra NH3 và CO2 trong suốt quá trình
nấu, đi đến tạo màng. Dạng màng này đặc biệt sẽ là
vấn đề khó khăn khi casein được nâng nhiệt độ trong
sự có mặt của CaCO3, có mặt trong pigment tráng trên
giấy.
Giấy tráng mũ cao su thì không là vấn đề khó khăn
nhiều.
•HÓA CHẤT SỬ DỤNG TRONG KHỬ MỰC
80
Hầu hết khử mực thì sử dụng với NaOH, nhưng
các chất tẩy bẩn và các tác nhân phân tán như xà
phòng, dầu sulfonat, đất sét, Na2SiO3 và các tác chất
hoạt động bề mặt sử dụng kết hợp với NaOH.
Ý nghĩa của một công thức khử mực sẽ bao gồm:
-(1): Kiềm sẽ xa phòng hóa mực in
-(2): Xà phòng, sẽ giúp thấm ướt những hạt pigment
của mực in
-(3): Tác chất tẩy bẩn sẽ giúp thấm ướt các hạt
pigment trong mực in
-(4): Tác nhân phân tán ngăn cản các hạt pigment
keo tụ lại sau khi rời khỏi giấy.
-(5): Tác chất hấp thụ liên kết pigment và ngăn cản
trở lại vị trí trên sợi.
Kiềm sử dụng trong kử mực vì hai mục đích:
(1): tách nhựa thông từ giấy.
(2): xà phòng hóa các chất mang màu mực và tách
pigment trong mực in.
Kiểu và số lượng kiềm yêu cầu cho khử mực phụ
thuộc vào kiểu xử lý cơ học và nhiệt độ, thời gian nấu
Na2CO3 sử dụng phổ biến hơn NaOH, nếu sử dụng
NaOH số lượng sử dụng lớn nhất là 5%.
CÁC CÔNG THỨC KHỬ MỰC GIẤY CŨ THU HỒI
81
Đối với các loại giấy in hóa đơn cả trắng và màu:
3% NaOH, T=190oF, thời gian nấu là 2 giờ, tẩy bột với
2% NaClO ở 125oF trong 2 giờ độ trắng trung bình là
72oGE
3-8% Na2CO3 hoặc 2-4,5% NaOH sử dụng hiệu
quả cho hầu hết các loại giấy. khử mực.
Na2SiO3 sử dụng phụ thuộc trên nồng độ của bột,
ở nồng độ bột là 20%, 2% Na2SiO3.
Những loại giấy thải loại chất lượng cao, sử dụng
khử mực với 3% silicat 42oBe.
•Một phương pháp khử mực hiện nay là dùng H2O2,
H2O2 :
sử dụng phù hợp với giấy làm bằng bột mài, số
lượng H2O2 sử dụng là 1,5-2,5% thì thường sử dụng.
Một công thức thích hợp là 1-3% H2O2 , 3-6% silicat
(58,5o Be, tỷ lệ 1.6) và 0,5-2% NaOH, nhiệt độ
120-160oF, thời gian 35-90 phút.
Giấy có màu
vàng
Sách và tạp chí
Hóa chất 1,5-2% NaOH 3% NaOHThiết bị Nghiền Thủy lựcNhiệt độ 140oF 185-190oFThời gian Đánh tơi 1,5 giờ Nấu bột ¾ giờ Điều kiện tẩy 0,5-1% Clo hoạt
động so với sợi,
0,75% Clo hoạt
động
82
pH = 8,5, T=
98oFBảng 1.8:Điều kiện làm bột của xử lý khử mực
•BỘT TỪ CÁC NGUYÊN LIỆU LÀM GIẤY KHÁC CÓ
ĐẶC TÍNH SỢI
•Bột từ rạ ngũ cốc
Ngày nay rơm rạ sử dụng để sản xuất các loại bột
thô để làm giấy bia và các loại bột cao cấp khác cho
làm giấy chất lượng cao. Bột thô từ rơm rạ sản xuất
có hiệu suẩt 70% hoặc chất lượng cao khoảng
35-45%.
•Phương pháp bột từ rơm rạ:
Rơm rạ được sản xuất ra bột bằng xử lý kết hợp
giữa hóa học và cơ học gọi là xử lý cơ hóa.
Có các phương pháp khác nhau để xử lý hóa học
để làm bột là:
-(1): NaOH
-(2): Xử lý bằng CaO hoặc kết hợp với kiềm
-(3): Xử lý bằng Na2SO3 thêm vào các tác chất có
tính kiềm khác.
-(4): Clorin
-(5): NaOH thêm vào Na2SO3 (xủ lý sulfat)
83
•Bột rơm rạ thô xử lý với CaO hoặc NaOH
CaO là hóa chất truyền thống cho xử lý nấu bột
rơm rạ thô ở Mỹ và Châu Âu, bột rơm rạ dùng cho sản
xuất giấy bìa, giấy bao gói chất lượng thấp, giấy gói,
giấy gợn sóng.
Khi sử dụng riêng CaO, từ 6-12% CaO so với trong
lượng rơm rạ.
Khi sử dụng kết hợp với tác chất kiềm khác CaO
5-10%. Tỷ số dung dịch là 1:2 khi bắt đầu nấu, nhưng
dung dịch phải hòa loãng với hơi nước trong suốt quá
trình nấu lên đến 3 hoặc 4:1.
Sau khi nguyên liệu nạp vào nối,nhiệt độ được
nâng từ 120-140oC bằng hơi nước, thời gian nấu là
6-12 giờ.
Qúa trình nấu đạt đến điểm mềm của mấu mắc
nguyên liệu. Hiệu suất 70-80%.
Khi làm bột rơm thô cho giấy gợn sóng thì sử
dụng 6% NaOH là hiệu quả.
Sau khi nấu bột rơm được thải ra để thoát nước,
giữ trong 48 giờ để làm mềm hơn. Bột sẽ được nghiền
hoặc nghiền tinh.
84
Thời gian nghiền không lâu khoảng 70 phút,
nghiền lâu hơn sẽ có hại đến sợi, thành phần tro trong
bột khoảng 15%
Sau khi nghiền, bột thường được nghiền côn. Yêu
cầu nghiền hai giai đoạn, giai đoạn một cắt ngắn, giai
đoạn hai nghiền tinh.
•Bột rơm rạ chất lượng cao xử lý với NaOH
Bột chất lượng cao có thể làm từ rơm rạ khi sử
dụng NaOH là tác chất nấu.
12% NaOH là số lượng nhỏ nhất của hóa chất yêu
cầu để cho ra sản phẩm có chất lượng mong muốn.
Theo tác giả Aronovsky và các cộng sự, sản xuất
một loại bột chất lượng cao từ rơm của lúa mì với thời
gian nấu 2 giờ, nhiệt độ 170oC, NaOH 12-15% tỷ lệ
dịch 7:1.
Ảnh hưởng của sự gia tăng hóa chất và thành
phần hóa học của bột rơm lúa mì được trì bày trong
bảng 1.10.
Ảnh hưởng của số lượng NaOH trên đặc tính của
bột từ rơm lúa mì, T=170oC, t= 2 giờ, tỷ lệ dịch: 7:1.
Thành phần bột %NaOH10.5 12.0 14.0 16.8
Hiệu suất bột, %
-Thô 53 51,9 49,8 45,1
85
-Sàng 41,1 40,5 39,8 38,7Tro, % 5,2 4,4 3,1 2,3Lignin, % 7,6 6,2 4,7 2,7Pentosan, % 29,2 26,1 30,9 28,3Tổng clorin, % 11,4 11,5 8,6 3,7Bảng 1.9:Ảnh hưởng của số lượng NaOH trên đặc tính
của bột rơm lúa mì.
−Từ bảng 1.10, sự gia tăng hoa chất NaOH từ
10,5-16,8 giảm hiệu suất của bột thô, nhưng lại có ảnh
hưởng ít trên công đoạn sàn bột. Sự gia tăng hóa chất
sẽ giảm mức tẩy, nhưng gia tăng độ bền của bột.
Đặc tính của các loại bột từ các nguyên liệu rơm
khác nhau, số lượng NaOH sử dụng là 12%, thời gian
nấu là 2 giờ, P = 100 p.s.i, tyl lệ dịch là: 7:1 được trình
bày trong bảng 1.11.
Thành phần
bột
Loại rơm
Lúa Lúa
mì
Lúa
mạch
Ngũ
cốc
Yến
mạchHiệu suất bột,
%
-Thô
-Sàng
48,2
35,7
53,8
34,5
46,1
29,4
53,1
33,6
52,2
39,1
Tro, % 15,8 2,9 4,3 2,8 2,7Lignin, % 3,5 5,1 5,4 3,8 3,9Chỉ số K 10,6 17,7 16,7 14,7 13,1Trị số Roe, độ 2,3 4,5 4,6 3,1 3,4
86
clo hóa Bảng 1.10:Đặc tính của các loại bột từ các loại ngũ cốc
khác nhau
Theo tác giả Atchison, một xử lý bột sử dụng ở Ý,
nguyên liệu rơn thì được xà phòng hóa lạnh với 10%
NaOH và tiếp theo giữa trong bể chứa 15 ngày. Bột
này phù hợp cho làm giấy bóng mờ, bởi vì thành phần
của hemicellulose cao do sự phân hủy ở mức trung
bình.
•Bột rơm rạ chất lượng cao xử lý với Na2SO3
Hiện nay, việc sản xuất bột đạt chất lượng ở mức
chấp nhận được là sử dụng rơm nấu bột trong dung
dịch chỉ chứa Na2SO3 là thành phần chủ yếu của dịch
nấu. Việc này ít ảnh hưởng chất lượng hơn so với bột
kiềm, hiệu suất cao hơn, độ bền của bột, đặc biệt là ít
bị nát hơn.
Ảnh hưởng của sự gia tăng hóa chất Na2SO3 trên
bột của rơm lúa mì được trình bày trong bảng 1.13. ự
có mặt của kiềm với Na2SO3 sẽ cải tiến độ bền, độ
trắng. Những loại bột thô có chất lượng tốt có thể làm
từ rơm lúa mì, nấu chỉ với 10% Na2SO3, 4% Na2SO3
bổ sung thêm 2% NaOH hoặc 2% Na2SO3 bổ sung
thêm 4% Na2CO3.
87
Thành phần bột % Na2SO3
7,9 9,4 11,0 12,6 13,7Hiệu suất bột, %
-Thô
-Sàng
57,8
49,9
56,1
50,2
57,2
51,5
55,6
49,2
57,4
49,9Tro, % 8,3 8,4 8,6 9,6 8,6Lignin, % 10,7 8,9 5,7 4,3 3,9Pentosan, % 23,3 23,0 25,5 24,4 28,1Tổng clorin, % 22,7 12,4 8,0 6,7 5,2Bảng 1.11:Ảnh hưởng của sự gia tăng hóa chất Na2SO3
trên bột của rơm lúa mì
Những loại bột cao cấp hơn, sử dụng khoảng 8%
Na2SO3 và 3% Na2CO3 . Tối ưu điều kiện nấu ở nhiệt
độ 170oC, thời gian nấu 2 giờ, và tỷ lệ nguyên liệu:
dịch nấu = 3:1 đến 7:1. Nấu ở áp suất P=40 p.s.i, nấu
đến khi mấu mắc của nguyên liệu vỡ ra và có thể sàn
được bột.
Hiệu suất bột thô là 62%, bột sau sàng là 54%.
Độ nghiền SR của bột chưa nghiền là 800-820. Kết
quả là bột rất háo nước do thành phần hemicellulose
cao và có độ chịu bục cao so với bột sulfit gỗ cứng.
Bột này có thể hỗn hợp với những loại bột gỗ hóa
khác để sản xuất giấy viết, giấy in sách, giấy in rô nê
ô.
88
Ở Ý những loại bột cao cấp trong thương mại
thường sử dụng 10% Na2SO3 và 5% NaOH, so với
trọng lượng của rơm. Bột rơm này nấu 8 giờ, T=
160oC, sau đó sàn và tẩy trắng. Hiệu suất bột cuối
cùng 42%, bột thô hơn hiệu suất khoảng 55-65% dùng
cho sản xuất giấy gợn sóng, giấy bìa, bằng phương
pháp sulfit trung tính.
•Đặc tính của bột rơm
Nói chung bột từ rơm không tẩy, có độ nghiền
thấp, dễ nghiền hơn và nghiêng nhanh hơn bột gỗ.
Bột rơm thường khó sàn hơn so với bột gỗ, sợi
mỏn hơn bột gỗ.
Bột hiệu suất sau khi sàn là 35-37%, độ bền sẽ
tương đương với bột sulfit từ gỗ mềm trong tất cả các
đặc tính vật lý ngoại trừ độ chịu xé thấp hơn bột gỗ.
Bột rơm sợi ngắn, trung bình dài khoảng 1,5mm,
nhưng tỷ lệ chiều dài sợi: đường kính cao.
−Cải tiếng phần lớn sự hình thành, độ phẵng nhẵng
và tỷ trọng cao của giấy, năng lượng nghiền tiêu hao
ít.
Bột hiệu suất cao, sản xuất giấy có sự hình thành
tờ giấy tốt, và đặc tính bề mặt rất tốt. Châu  và Nam
Mỹ sử dụng bột này vào những sản phẩm giấy trắng
89
chất lượng cao như là: giấy in trái phiếu, giấy viết, giấy
in hóa đơn, giấy in và giấy in nhiều lần.
Giấy làm từ bột này có khuynh hướng bị xơ khi ép
lần đầu. Chúng thường được phối trộn với một thành
phần cao của bột gỗ nấu hóa, nhưng không lên đến tỷ
lệ 75% của bột này.
Giấy từ bột này có thể sử dụng phối trộn cao trong
những loại giấy giấy bóng mờ và giấy chống lại dầu
mỡ. Không thích hơp cho làm giấy giỏ, giấy bao gói
mà có đặc tính chịu xé cao.
Bột rơm sử dụng trong in báo và sản phẩm có đặc
tính cao, có thể làm từ 50% bột rơm và 50% bột cơ.
Bột rơm thích hợp cho giấy gợn sóng vì độ cứng
cao, độ cứng cao là do thành phần hemicellulose cao
cua bột này và do điều kiện nấu bột. Trong một số loại
giấy gợn sóng, khoảng 10% bột kraft từ gỗ mềm được
pha trộn với bột rơm để tăng cường độ chịu xé.
•Bột từ cây gai (Pulping of Hemp)
Sợi gai cung cấp cho làm giấy là thu gom từ vải gai
phế liệu cho làm giấy.
Có 3 loại sợi gai chủ yếu cho sợi là gai (Cannabis
sativa), gai Manila (Mussa textiles), và gai (Agave).
90
Loại gai (Cannabis sativa) chứa sợi có chiều dài trung
bình từ 20-22 mm và rộng 22 µm.
Gai Mussa textiles sợi ngắn hơn, chiều dài sợi
khoảng 6mm, rộng trung bình khoảng 8 µm, gai
Agave chiều dài sợi ngắn hơn gai manila.
Gai manila là sợi gai sử dụng trong làm giấy, gai
(Cannabis sativa) ở Châu âu sử dụng cho làm giấy
cuốn thuốc lá, giấy in các loại kinh thánh và các loại
giấy mỏng khác.
•Điều kiện nấu
Điều kiện nấu là cần thiết để tách các chất sáp tự
nhiên, chất bẩn và làm cho sợi mềm.
Trước khi nấu sợi thô phải được cắt đến chiều dài
2,5 in bằng máy cắt.
Nấu thường trong nồi quay, xử lý kiềm hoặc hỗn
hợp 10% CaO và 5% Na2CO3 so với trọng lượng sợi.
Nấu ở P = 25 p.s.i trong thời gian 8-10 giờ.
Hiệu suất bột 50-65%
Hầu như bột gai thì không tay, nếu có tẩy thì tẩy
bằng hypoclorit.
•Ưu nhược điểm của bột gai
Bột từ cây gai nghiền sản xuất những laọi giấy độ
bền gấp cao.
91
Sử dụng bột này trong làm giấy giỏ, đặc biệt, giấy
bao gói đặc biệt, giấy cách điện, giấy giác quần áo,
giấy nhám, giấy đánh dấu, giấy làm gioăng đệm, giấy
carbon, có độ bền xé và độ cứng rất tốt.
•Bột từ cây đay (pulping of Jute)
Cây đay thường phát triển nhanh và có nhiều ở Ấn
độ.
Sợi đay dài bình là 2mm, đường kính khoảng 20
µm.
Cây đai làm bột ở dạng toàn bộ cây, nhưng nguồn
nguyên liệu cho làm giấy là bao đay cũ và ải sợi đay.
Nấu của đay thu hồi là cần thiết để tách sáp tự
nhiên, chất bẩn và các chất không tinh khiết khác.
Trước khi nấu đay phải được cắt ngắn và làm
sạch.
Nguyên liệu nấu trong nồi quay, sử dụng 8-15%
CaO so với trọng lượng khô của đay.
Áp lực nấu thường từ 20-30 p.s.i, thời gian nấu 8
-12 giờ.
Hiệu suất bột từ 60-65%.
Nguyên liệu sau nấu được rữa và tẩy.
Bột đay có độ vàng sáng, chiều dài sợi khoảng
2mm.
92
Giấy làm từ bột đay có độ bền tốt, dùng làm giấy
giỏ đặc biệt, giấy bao gói, giấy vẽ.
•Bột từ cây tre ( Pulping of bamboo)
Thành phần hóa học của tre có 4 loại vật chất chủ
yếu: tinh bột, pectin, lignin và cellulose.
Chiều dài sợi tre rất tốt, từ 2,16-3,78 mm; chiều
rộng từ 0,014-0,019mm
•Điều hiện nấu
Xử lý nấu kiềm là thích hợp nhất cho nguyên liệu
tre, xử lý sulfat cho kết quả tốt.
Những loại bột không tẩy thích hợp cho làm giấy
gói là xử lý sulfta một giai đoạn, từ 16-17% hóa chất ở
nhiệt độ 142-153oC và thời gian nấu là 5-6 giờ. Hiệu
suất bột là 50%.
Những loại bột chất lượng cao hơn, làm từ tre
bằng xử lý sulfat sử dụng khoảng 20-22% hóa chất,
nhiệt độ nấu 162-170oC, thời gian nấu từ 5-6 giờ. Hiệu
suất bột là 41-43%.
Phương pháp xử lý Gruco sử dụng dịch nấu gồm
75-80g /l NaOH, thêm vào 12-15 g/l Na2SO3 , tổng thời
gian nấu không quá 4 giờ, nhiệt độ nấu từ 140-160oC.
93
•Phương pháp xử lý Riatt: xử lý hai giai đoạn.
Xử lý các chất nhựa, pectin, chất béo, sáp bằng
1% kiềm ở 100oC và lignin được tách ở giai đoạn hai
bằng 4% kiềm ở 130oC.
•Một phương án xử lý khác là ngâm tre trong dịch nấu
từ 2-2,5 giờ ở nhiệt độ 115 đến 120oC, tiếp theo nấu
trong dung dịch NaOH 5% trong 2 giờ, nhiệt độ
140-160oC.
2.1.Phương pháp sản xuất bột Kraft
Nguyên tắc của phương pháp là nấu gỗ hoặc các
thành phần tương tự với dung dịch kiềm gồm NaOH
và Na2S ở nhiệt độ cao để làm mềm lignin và tách xơ
sợi tạo thành huyền phù đồng nhất trong nước. Sau
quá trình nấu người ta còn thu được dung dịch có màu
rất sẫm gọi là dung dịch đen mà sau khi đốt sẽ cho
một nguồn năng lượng được tái sử dụng rất lớn.
94
2.10.1.Quy trình sản xuất bột Kraft
Hỗn hợp dăm gỗ và dung dịch hóa chất được cho
vào thiết bị nấu gián đoạn hoặc liên tu6c có gia nhiệt
ổn định 2-6 giờ từ 105-1700C tuỳ theo loại giấy và
công nghệ. Tỷ lệ NaOH:Na2S = 2-4. Sau khi nấu, gỗ
chín mềm gọi là bột giấy được thổi ra máy sàng bằng
áp suất cao làm cho các xơ sợi được tách ra để loại
xơ sợi không đạt yêu cầu, cuối cùng là giai đoạn rửa,
sàng, tinh chế và làm đặc bột.
Thông số kỹ thuật phải quan tâm theo dõi trong
suốt quá trình là hàm lượng lignin được đo bằng chỉ số
Kappa (Test TAPPI T236) hay Klason (Test TAPPI
T222) và độ trùng hợp của cellulose qua chỉ số độ
nhớt của dung dịch (Test TAPPI T238).
Các phản ứng hóa học chính xảy ra trong quá
trình là phản ứng cắt mạch và hòa tan lignin. Phản
ứng cắt mạch cellulose là phản ứng phụ làm giảm hiệu
suất của quá trình và chất lượng bột giấy.
95
Thiết bị nấu
Sàng thô
Rửa Sàng tinhĐậm đặc
Cô đặc
Lò đốt thu hồi hóa chất
Dịch nóng chảy
Bể
hòa
tan
Kiểm hóa
Dịch trắng
Bột sunfat
Bột gỗ “sống”
Dăm gỗ sạch
Dịch đen
Sunfat Natri
Hình 2.3: Sơ đồ quy trình sản xuất bột Kraft
2.10.2.Một số định nghĩa quy ước
−Nồng độ dịch nấu+Hàm lượng kiềm tổng = NaOH + Na2S + Na2CO3 +
0,5 Na2SO3 (tính theo Na2O)
+Hàm lượng kiềm hoạt động = NaOH + Na2S (tính
theo Na2O)
+Hàm lượng kiềm hữu hiệu = NaOH + 0,5 Na2S (tính
theo Na2O)
96
+Độ hoạt động = tỷ lệ phần trăm lượng kiềm hoạt
động/lượng kiềm tổng.
+Hiệu quả quá trình kiểm hóa (cho dịch trắng) =
NaOH/Na2S + Na2CO3
+Độ kiềm = NaOH/NaOH + Na2S (%)
+Độ sunfua = Na2S/NaOH + Na2S (%)
+Độ khử cho dịch xanh = Na2S/Na2SO4 + Na2S + các
hợp chất chứa lưu huỳnh.
+Phần muối sunfat không bị khử là phần Na2SO4 có
trong dịch xanh.
+Hóa chất tiêu tốn bổ sung là lượng Na2SO4 hay
những hóa chất chứa Natri khác được biểu diễn như
Na2SO4 được thêm như hóa chất mới cho sản xuất 1
tấn bột.
2.10.3.Các dung dịch sử dụng cho quá trình nấu
−Dịch trắng : là dung dịch ban đầu được nạp vào nồi
nấu gồm có NaOH 1M và Na2S 0,2M. pH của dung
dịch trắng này từ 13,5-14. Các hoá chất như Na2SO4,
Na2CO3, Na2S2O3 cũng có thể hiện diện do có sẵn
trong thành phần của gỗ hoặc hóa chất và gây ảnh
hưởng đến quá trình nấu. Hàm lượng OH- và HS- là
thông số cần phải kiểm tra suốt quá trình qua chuẩn
97
độ với acid HCl (Test ABC) để kiểm soát chất lượng
nấu bột.
−Dịch đen: là dịch thoát ra từ thiết bị nấu cùng với dăm
gỗ mềm, có màu sẫm và chứa các chất vô cơ, kim
loại, hữu cơ như acid và metanol…Trong dịch này lưu
hùynh bị oxy hóa thành SO42- và S2O3
2-.
−Dịch xanh: là dịch sinh ra từ những chất vô cơ nóng
chảy hòa tan trong nước ở thiết bị thu hồi. Thành phần
chủ yếu gồm các CO32- và OH- có thể chuyển qua dịch
trắng dùng điều chỉnh pH.
Bảng 1.12: Thành phần hóa học của dịch đen, trắng và xanh
Dịch trắng Dịch đen Dịch xanh
NaOH 53 6-7 8
Na2S 21 19 20
Na2CO3 15 36 60
Na2SO4 5 13 6
Na2S2O3 3 16 3
2.10.4.Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình nấu
Dưới tác dụng của các chất vô cơ có nhiều phản
ứng xảy ra trong quá trình nấu như phản ứng cắt
mạch của lignin thành các phân tử nhỏ hơn có khả
năng hòa tan, của các polyscrarit, các chất hưũ cơ,
98
trích ly có trong thành phần gỗ. Cellulose tuy bền trong
môi trường kiềm nhưng cũng bị giảm chiều dài mạch.
−Phản ứng của hydrat carbon
Đề Acetyl hóa: là phản ứng xà phòng hóa nhóm metyl
của các hemicellulose và xảy ra nhanh nhất.
−Oxy hóa và thủy phân : ở môi trường kiềm và
nhiệt độ cao nên các thành phần hydrat carbon rất dễ
bị oxy hóa hay tham gia phản ứng thủy phân.
−Phản ứng peeling: thể hiện sự mất mát hiệu suất khi
so sánh lượng lignin bị hòa tan với lượng không lignin
cũng bị hòa tan.
−Phản ứng của lignin
Trong môi trường kiềm lignin được tách ra. Hàm
lượng OH- và HS- ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất
tách. Thực nghiệm cho thấy rằng tách bằng Na2S thì
cho bột có hàm lượng lignin thấp. Dung dịch nấu
sunfat chứa 18,5g/lít Na2S hiệu quả hơn dung dịch nấu
bằng soda mặc dù phần hydrat carbon cũng hòa tan
nhiều hơn. Tác dụng của ion HS- trong quá trình này là
làm tăng tốc độ hoà tan lignin và mang tính đặc trưng.
−Phản ứng của cấu trúc β-O-4
99
OCH3
O
HC
HC OR2
CH2OH
OR1
OCH3
O-
HC
HC OR2
CH2OH
OR1
OCH3
O-
HC
HC OR2
CH2OH
SH
OCH3
O-
HC
HC
CH2OH
S
HO-HS-
OCH3
O-
HC
HC
CH2OH
S
OCH3O-
CH
CH
CH2OH
OCH3O-
HC
HC OH
CH2OH
SH
+ H2O
- S-
Hình 2.4:Phản ứng của cấu trúc β-O-4 trong quá trình
nấu bột sunfat
−Phản ứng của cấu trúc phenyl cumaran
100
Cấu trúc này không bị cắt mạch nhưng liên kết ete
bị bẻ gãy sẽ dẫn đến sự hình thành các nhóm phenolic
làm tăng tính tan của lignin.
2.10.5.Thu hồi dịch đen sau khi nấu
Chương 3
CHUẨN BỊ BỘT VÀ HÓA CHẤT
CHO SẢN XUẤT GIÂY
Chương 4
XEO GIÂY
101
11.1 GiớI thiệu máy xeo
Xeo giấy là công đoạn tạo hình tờ giấy. Công việc này
được thực hiện trên một thíêt bị đặc trưng gọI là máy
xeo. Thíêt bị máy xeo đầu tiên xuất hiện vào cuối thế
kỷ 18. Phát triển qua nhiều năm, kể từ những năm 70
của thế kỷ 20 đến naymay xeo giấy đã có những
bước phát triển nhảy vọt ( ví dụ vận tốc có thể đạt
1800m/phút, chiều rộng của lưới xeo có thể đạt10m).
Tuy nhiên chúng luôn có nững phần cơ bản như:
1-Phần cung cấp bột ( gồm hệ thống phân phốI bột
và thùng đầu)
2-Phần tạo hình (gồm lưới tạo hình hay gọI là lưới
xeo và các chi tiết hút nước)
3-Phần sấy (có khi trong phần này còn bố trí cả
phần xử lý bề mặt)
Trong chương này sẽ đề cập phần 1 và phần 2, gọI
là phầ ướt máy xeo.
Một máy xeo dài, như được minh ở hình 11.1 có cơ
cấu gồm những phần sau:
Hình 11.1 ********************
-Hệ thống phân phốI: giữ nhiệm vụ cung cấp huyền
phù bột từ hệ thống ống dẫn một cách đồng đều đến
trước máy xeo.
102
-Thùng đầu: sẽ cung cấp những tia bộtđồng nhất
cho một lưới tạo hình chyuển động liên tục (lưới
xeo).
-Lưới xeo dài: là một băng lưới chuyển động vô tận
(không có điểm kết thúc) và trên đó lớp đệm sợi sẽ
được hình thành khi nước được thoát qua lưới.
-Băng giấy sau khi được tạo hình sẽ đi qua một dãy
những trục ép để tách bớt nước và làm cho lớp đệm
sợi trở nên vững chắc hơn (do lúc này các sợi được
tiếp xúc dễ hơn).
-Phần nước còn lạI trong lớp đệm sợi kế đó được
cho bay hơi, liên kết sợi được phát triển khi băng
giấy tiếp xúc với một chuổI nhiều ống hình trụ có gia
nhiệt trong một buồng sấy.
-Giấy được cán qua những khe éptrục để giảm bề
dầy và làm cho tờ giấy phẳng hơn.
-Giấy sau khi sấy khô và cán l1ng được thành cuộn
lớn.
-Máy xeo dài theo như mô tả có thể được cảI tiến để
có những thiết kế thích hợp cho việc sản xuất nhiều
loại giấy. Ngày nay, trên những máy xeo hiện đại
còn trố trí thêm bộ phận gia keo, bộ phận tráng, bộ
phận ép quang…
103
11.2 Hệ thống phụ trợ
Bao gồm các bơm, để chuyển vận, đong đo, pha
loang, phốI trộn. Kế đến là hệ thống thíêt bị sàng,
tinh chế bột trước khi vào máy xeo. Sơ đồ hệ thống
phụ trợ đơn giản của máy xeo được minh họa ở
hình 11.2
Sơ đồ khái quát quy trình chuẩn bị huyền phù bột
cho máy xeo
Hình*********************
11.3Thùng đầu và bộ phận phân phốI bột cho máy
xeo
11.3.1Thùng đầu
Vai trò của thùng đầu là nạpnạp liệu huyền phù bột
vào lưới xeo nhờ hệ thống bơm. Huyền phù bột được
vận chuyển trong các ống dẫn, chảy qua những cửa
thoát có tiết diện hình chữ nhật đều đặn, đồng nhất vể
kích thước trên suốt chiều rộng lưới xeo và với tốc độ
rất ổn định theo hướng máy chạy. Vì sự tạo hình và độ
đồng nhất của sản phẩm giấy sau cùng phụ thuộc vào
sự phân tán đồng đều của sợi và chất độn, thiết kế và
điều kiện vận hành của thùng đầu là một chỉ tiêu quyết
định khẳ năng làm việc của một máy xeo. Những
nhiệm vụ chính của thùng đầu cần phải đạt là :
104
1-Đưa huyền phù bột lên máy xeo một cách đồng đều
trên suốt chiều ngang của máy.
2-Đồng nhất được các dòng chảy và nồng độ huyền
phù bột
3-Đồng nhất được tốc độ dòng bột theo hướng chạy
của máy
4-Tạo và kiểm tra được chế độ chảy rối, ;oạI bỏ được
hiện tượng kết tụ sợi trong huyền phù.
5-Nạp huyền phù bột cho lưới xeo qua hệ thống các
môi phun với độ mở và độ nghiên thích hợp của môi.
Ngoài ra những thông số về thiết kế cũng rất quan
trọng đốI với sự vận hành máy như :
-Độ sạch
-Tính dễ vận hành
-Tính chính xác trong kiểm tra các hoạt động của
thùng đầu
-Tính ổn định về hình dạng, độ mở của mộI phun.
Thùng đầu có thể được phân loại tùy theo yêu cầu về
tốc độ nạp liệu huyền phù bột cho lưới xeo, như loại
thùng đầu hở và thùng đầu kín (còn gọI là thùng đầu
áp lực). Loại thùng kím gồm 2 kiểu thíêt kế là thùng kín
đệm khí và thùng kín thủy lực. Kiểu đệm khí củ hơn, là
loại thùng kín có mực huyền phù bột thay đổi. Kiểu
105
thủy lực thì hiện đại hơn, là loại thùng được nạp đầy
hòan toàn.
Trong loại thùng đầu thủy lực, tốc độ phun bột vào lưới
được điều chỉnh bằng áp suất của bơm nạp liệu.
Trong loại thùng đầu đệm khí, năng lượng phun bột
cũng được đều chỉnh bằng áp suất của bơm nhưng
mực chất lỏng phải được duy trì, cột áp bị giảm dần
bởI áp suất không khí trong vùng không gian nằm trên
mực chất lỏng. Áp suất tổng cộng trong thùng đầu
được xác định theo tốc độ tia bột từ mộI phun, theo
phương trình Bernoulli
V=K* *****
Tia bột khi ra khỏi môi phunsẽ bị biến dạng, như bề
dày sẽ giảm đi hay dòng bột có khuynh hướng dốc về
phía dưới. Bề dày dòng bột từ môi phun và vận tốc tia
phun sẽ xác định lưu lượng bột thoát ra từ thùng đầu.
Độ mở môi phun không biểu thị trực tiếp bề dày của tia
bột, nên sự co của tia bột phải được xem xét nếu như
tốc độ dòng được tính toán
hình 11.3: Mặt cắt ngang của thùng đầu hở
******************************
hình 11.4 thiết kế thùng đầu kín đệm khí
*********************
106
hình 11.5 hình chụp phía trong một thùng đầu kín đệm
khí
Trong loại thùng đầu hở, có trang bị những tấm chặn
để điều chỉnh dòng. Loại thùng đầu này được sử dụng
ở những máy xeo cũ có tốc độ thấp (<300m/phút). Áp
suất của cột chất lỏng được sử dụng để điều chỉnh
vận tốc phun bột thích hợp. Hình 11.3 là sơ đồ thiết
kế` cơ bản của một thùng đầu hở đơn giản. Khi tốc độ
máy xeo gia tăng, việc tăng chiều cao huyền phù bột
trong thùng trở nên khó khăn và lúc này sử dụng loại
thùng kín sẽ thuận lợI hơn. Một loại thiết kế củ nhưng
cơ bản của thùng đầu kín đệm khí được minh họa ở
hình 11.4. Hoạt động của các loại thùng kín phụ thuộc
vào chuyển động quay, các trục có đục lỗ để tạo nên
sự chảy rối và để điều chỉnh tốc độ. Ngoài ra, còn có
bố trí buồng phốI trộn bột, là nơi tiếp nhận bột từ hệ
thống phân phối. Kế tiếp buồn phốI trộn là một chổ thắt
– thực chất là một khe hẹpđiều chỉnh được. Khe này
giữ vai trò quan trọng, nếu khe quá rộng dòng bột có
tốc độ cao từ các ống dẫn sẽ khá bền khi chảy qua
khe này. Còn nếu khe quá hẹp có thể gây ra sự chảy
rối. Hình 11.5 là hình chụp phía bên trong thùng đầu
loại đệm khí.
107
Hình 11.6 và 11.7 minh họa hai thiết kế phổ biến loại
thùng đầu thủy lực. Trong loại này, các trục đục lỗ chỉ
được sử dụng một cách hạn chế (vì với các trục này
sẽ gây ra hiện tượng sợi bị vướng vào các lỗ và gây ra
sự bất ổn định cho dòng chảy). Lực chuyển dịch sẽ
cung cấp sự chảy xoáy và làm xáo trộn khốI bột.
Hình 11.6 Thùng đầu thủy lực “ Converflow”
**************
11.3.7 Sự vận hành của thùng đầu
Thông số vận hành chính cửa thùng đầu là nồng độ và
nhiệt độ của huyền phù bột, tỉ số tốc độ tia bột/tốc độ
lưới. Thông thường,nồng độ bột được giữ đủ thấpđể
có sự tạo hình tốt, nhưng nồng độ này phải hoàn toàn
thương thích với khẳ năng thoát nước trên lưới xeo và
cho phép một sự bảo lưu thích hợp các thành phần
mịn trong huyền phù bột. Do nhiệt độ cao sẽ cảI thiện
khẳ năng thoát nước, nhiệt độ và nồng độ bột là hai
thông số có liên quan với nhau. Định lượng giấy có thể
được điều chỉnh bằng cách tăng hay giảm mở của
môi phun. Vì lưu lượng bột được kiểm tra chỉ bằng
van định lượng, việc thay đổI độ mở môi phun sẽ ảnh
hưởng cơ bản lượng nước trắng thoát qua lưới xeo. Tỉ
số tốc độ tia bột/tốc độ lưới thường được điều chỉnh
108
đến giá trị xấp xỉ bằng 1 để có được sự tạo hình tốt
nhất. Nếu tốc độ tia bột <tốc độ lưới,ta nói băng giấy
được hình thành theo kiểu “kéo dãn”. Nếu tốc độ tia
bột > tốc độ lưới, ta nói băng keo giấy được hình
thành theo kiểu “chùng sợi”. Đôi khi cần phải “kéo dãn”
hay “chùng sợi” một ít băng giấy trên lưới để cảI thiện
độ thoát nước hay thay đổI sự định hướng của sợi.
Thực tế không đo được tốc độ tia bột nhưng có thể
điều chỉnh nó dựa vào áp lực thùng đầu.
11.4 QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH TỜ GIẤY
11.4.2 Lưới xeo dài
Phần lưới của máy xeo dài (gọI là máy xeo)được minh
họa ở hình 11.19. Lưới xeo là một băng lưới chạy vộ
tận được dệt rất mịn. Cho đến cuối năm 1960, chỉ có
loại lưới bằng kim loại ( thường là thau phopho). Ngày
nay phần rất lớn các lưới xeo được làm bằng chất dẻo
thay thế cho lưới kim loại vì thờI gian sống của chúng
kéo dài hơn rất nhiều lần (cao hơn khoảng 10 lần so
với lưới kim loại).
Lưới xeo chuyển động giữa hai trục lớn – trục ngực bố
trí ngay cạnh thùng đầu và trục bụng bố trí ỡ đầu bên
kia lưới. Trục ngực là trục đặc rất đanh cứng và giữ
vai trò là chỗ đỡ lưới trên máy xeo dài. Trục bụng là
109
trục rỗng có đục lỗ chứa một hay hai hộp chân không
để hút nước từ lớp đệm sợi. Phần lớn trong các
trường hợp, lực tác dụng để làm chạy phần lưới được
truyền động vào trục bụng và trục ngực. Có nhiều chi
tiết được lắp đặt giữa trục ngực và trục bụng làm
nhiệm vụ đỡ lưới và tách nước. Các chi tiết này được
bố trí theo nhiềI kiểu khác nhau phụ thuộc vào từng
yêu cầu cụ thể.
Hình 11.19 Thiết kế tổng quát máy xeo dài phần ướt
**********
Phần lớn các máy xeo dài ngày nay đều có một tấm
định hình đặt dướI lưới ngay sau trục ngực, tiếp theo
đó là một số tập hợp những dao gạt nước, những trục
đỡ vả tấm chặn. Lưới xeo kế đến sẽ qua những chi tiết
có độ chân không tăng dần, như từ những hộp hút ướt
đến hộp hút chân không khô và sau cùng là trục ép có
độ chân không cao.
Ngoài ra, còn có trục chuyển hướng dễ dẫn lưới quay
về phía trục ngực. Trục căng, trục dẫn để kéo căng
lưới và duy tri lưới ở đúng vị trí. Một số vòi nước
được bố trí để rửa sạch lưới, tránh hiện tượng lưới bị
bít lỗ .
110
Trên những máy tốc độ chậm (<400m/phút) có thể lấp
đặt thêm những hệ thống “trợ tạo hình “(xem phần
11.4.5) như là có khả năng gây ra sự dao động cho
lưới xeo theo chiều ngang. Hoặc còn có bố trí gờ cao
su ở hai bên mép lưới xeo để giữ huyền phù bột
không bị chảy tràn ra hai bên lưới. Tuy nhiên, các hệ
thống trợ tạo hình này không thể hiện rõ vai trò trên
máy xeo tốc độ cao vì sự tạo hình gần như tức thờI.
1-Trục ngực
Còn gọI là trục đảo chiều chuyển động của lưới. Được
định vị ngay dướI môi phun, đường kín của nó phụ
thuộc chiều rộng máy xeo và có độ bền cao để có thể
chịu được áp lực của lưới xeo tác dụng lên nó. Trục
ngực trên các máy xeo hiện đại có phủ cau su. Trục
ngực được trang bị kèm theo một dao gạt nước ở
trạng thái “lắc lư” có nhiệm vụ giữ cho trục được sạch
và để lấy đi lớp nước. Một vòi rữa cũng thường được
đặt dướI môi phun để nạp đầy nước cho khoảng
không gian giữa môi vả trục ngực. Nước sẽ đuổI khí
qua các lỗ lưới, vì sự có mặt của khí là đều hoàn toàn
không có lợI, khí nó bị lẫn trong huyền phù bột sẽ có
thể gây ảnh hưởng xấu cho quá trình thoát nước trên
111
lưới, sẽ sinh bọt và làm xuất hiện những lỗ trống trên
giấy.
2- Tấm định hình
Khoảng các giữa trục ngực và chi tiết hút nước ầu tiên
ảnh hưởng nhiều đến sự tạo hình cho tờ giấy. DướI
tác dụng của trọng lượng và áp suất của lớp bột được
cung cấp từ thùng chứa lưới sẽ bị võng do trong
khoảng không gian này nó không được nâng đỡ bởI
một chi tiết nào cả. Như vậy khi lưới qua chi tiết hút
nước đầu tiên sẽ có sự thay đổI khá đột ngột về đặc
tính thủy lực và chính sự thay đổI này sẽ gây ra sự
bất ổn định thủy lực và có ảnh hưởng xấu cho sự định
hình tờ giấy. Hiện tượng này khá rõ đốI với máy xeo
rộng và vận tốc cao với trục ngực có đường kính lớn
(để tránh sự uốn) và như vậy khoảng cách đến chi tiết
hút nước đầu tiên là khà dài. Tấm định hình đã được
đưa vào khoảng không gian này để đỡ lưới, tránh hiện
tượng võng. Những tấm định hình đầu tiên là những
tấm kim lọai đơn giản với nhiệm vụ chính là đỡ lưới
xeo, còn đốI với sự tạo hình tờ giấy vai trò của nó còn
rất hạn chế. Các tấm định hình được chế tạo gần đây
là sự kết hợp của nhiều tấm kim loại, nhiệm vụ của nó
được nhân đôi – đỡ lưới và làm chậm quá trình thoát
112
nước ở giai đoạn đầu, nhằm làm giảm sự mất mát
thành phần mịn, chất độn và cảI thiện sự tạo hình. Vị
trí tương đốI của tấm định hình đốI với trọng tâm của
trục ngực cũng là một thông số quan trọng, nó được
xác định tùy thuộc vào tốc độ của máy xeo và vị trí
tương đốI của hai môi phun. Hìng dạng của dao gạt
đầu tiên trên tấm định hình cần thỏa điều kiện là cho
phép bố trí được tấm định hình rất gần với trục ngực
để có thể tốI ưu được gốc phun của tia bột thuận lợI
cho sự tạo hình. Chính do sự thoát nước bị chậm lạI,
mà máy xeo dài cần có những bộ phận hút nước tiếp
theo sau đó. Vật liệu chế tạo tấm định hình cũng là
một yếu tố quan trọn, nó cần có độ bền đặc biệt cao vì
sự mài mòn của nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự tạo tờ
giấy.
hình 11.20 Tấm định hình
************
Tấm định hình được sử dụng đặc biệt cho loại máy
xeo vận tốc thấp và trung bình …ĐốI với những loại
máy vận tốc cao thì trong một số trường hợp đặc biệt,
một quá trình thoát nước quá nhanh không thích hợp
như không đủ thờI gian cho sự phân bố đồng đềucủa
sợi trên lưới, hay có quá nhiều các phần tử mịn bị kéo
113
qua lưới, hoặc có hiện tượng gây ra vết lưới trên giấy
(do băng giấy ép sát vào lưới) và điều này còn gây khó
khăn cho việc bóc lớp giấy khỏi lưới, kết quả là làm
đứt giấy.
3- Trục đỡ và tấm chắn
Tiếp sau tấm định hình, nhiều chi tiết hút nước đã
được bổ sung để tách nước và để tạo ra sự xáo
trộnbảo đảm cho sự tạo hình được tốt. Trước hết phải
kể đến trục đỡ. Cho đến trước năm 1960, trên máy
xeo dài hầu như chỉ sử dụng trục đỡ trong vùng thoát
nước tự nhiên
(không cưỡng bức bằng chân không) để khơi màu cho
sự định hình trên máy xeo. Chúng tách nước nhờ
chân không hình thành từ góc nước giữa trục và lưới,
đồng thờI nó cũng đỡ lưới. Đây là những trục rỗng
bằng đồng, thép hoặc nhôm và thường được phủ lớp
cao su phía ngoài để cảI thiện độ thoát nước và tránh
sự mài mòn cho cho lưới. Chúng phải thật thẳng, đanh
chắc và cân bằng về mặt động học. Vì bất kỳ một dao
động hay uốn vẹo nào dù nhỏ đều gây ra những ảnh
hưởng xấu đến sự tạo hình của tờ giấy
Hình 11.21 Minh họa góc nước tạo thành với trục đỡ
114
Độ bền động học của một trục quay được xác định bởI
chiều dài và đường kính của nó. Khi chiều dài tăng độ
bền sẽ giảm và khi đường kính tăng độ bền sẽ tăng.
Từ đây ta thấy rằng đốI với những máy xeo càng rộng
và tốc độ càng lớn, đường kính các trục đỡ sẽ càng
tăng.
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng khi trục đỡ quay
được xác định bởI chiều dài và đường của nó. Khi
chiều dài tăng độ bền sẽ giảm và khi đường kính tăng
độ bền sẽ tăng. Từ đây ta thấy rằng đốI với những
máy xeo càng rộng và tốc độ càng lớn, đường kính
các trục đỡ sẽ càng tăng.
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng khi trục đỡ quay và
tiếp xúc với lưới xeo , nó sẽ tạo nên một độ chân
không tại góc thoát giữa trục và lưới – gọI là góc
nước. Góc nước sẽ dài ra khi đường kính trục càng
tăng. Độ chân không này chính là động lực hút nước
nhưng đồng thờI cũng làm cho lưới bị võng xuống. Độ
lớn của chân không sinh ra được xác định bởI tốc độ
quay của trục. H11.22 cho ta thấy biểu đồ của chân
không tạo ra từ một trục đỡ quay với tốc độ
600m/phút và 750m/phút. Chân không sinh ra được đo
và được tìm thấy xấp xỉ *V2/2R, với R là bán kính trục
115
và V là tốc độ của lưới. Độ chân không này không ảnh
hưởng đốI với sự thoát nước của đệm sợi, nghĩa là
profix áp suất độc lập với độ ẩm của lớp đệm sợi cũng
như các thông số liên quan quá trình thoát nước
Hình 11.22 Độ chân không tạo được từ hai trục đỡ có
vận tốc quay khác nhau
****************
Khi tốc độ quay của trục tăng (750m/phút),chân không
sinh ra lớn, góc nước lớn và gây ra hiện tượng nước
bị bắn ngược từ mặt dướI lưới và như vậy sự tạo hình
bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Tuy nhiên, cũng cần nói
thêm rằng hiện tượng bắn ngược trở lạI lưới có thể
xãy ra ở tốc độ thấp hơ, ví dụ 390m/ phút nếu như
dòng bột từ thùng chúa không ổn định.
Để có thể giảm độ chân không sinh ra từ các trục đỡ,
ở phần đầu của vùng tạo hình, các trục thường được
khắc rãnh vì chân không chỉ được sinh ra tại chỗ tiếp
xúc giữa trục và lưới. Về số lượng các trục đỡ, nó phụ
thuộc vào tốc độ máy. Các rãnh thường có bề rộng
khoảng 3-6mm và sâu khoảng 1.5-9.5mm
Ở những máy có tốc độ qúa cao, nước được kéo theo
qua lưới do không đủ thờI gian chảy xuống trước khi
đến trục đỡ kế tiếp, sẽ bám vào mặt trục đỡ. Và dướI
116
tác động của lực ly tâm nó được bắn ngược trở lạI mặt
dướI lưới và làm hỏng quá trình tạo hình. Để trách
hiện tượng này các tấm chắn nước đã được đưa vào
giữa các trục đỡ.
Hình 11.23 *********
Tấm chắn được bố trí giửa các trực đỡ tấm chắn (a)
(b) tấm chắn kết hợp dao gạt
Những tấm chắn nước đầu tiên chỉ là những lá kim
loại đơn, được đặt rất sát với lưới nhưng không đụng
lưới. Chúng hứng phần nước được hút từ trục đỡ và
làm lệch hướng chảy của nó, như vậy làm cho nó cách
xa hơn góc và tạo giữa lưới và trục đỡ kế tiếp. Cách
giảI quyết này được xem là hiệu quả cho đến khi tốc
độ các máy xeo giấy tăng quá cao, đến giớI hạn mà ở
đó độ đanh chắc của tấm chắn nước không còn đạt
yêu cầu nửa. Nước lạI thoát qua đỉnh của trục đỡ kế
tiếp với một lượng đáng kể gây ra ảnh hưởng xấu cho
quá trình tạo hình. Giai đoạn tiếp theo của những cảI
tiến khoa học kỹ thuật là việc chế tạo những tấm chắn
nước loại một đỉnh và hai đỉnh. Những tấm chắn này
được đặt tiếp xúc với lưới, hứng nước từ lưới xeo hiệu
quả hơn. Tấm chắn nước thường được bố trí trong
một cái hộp để tăng độ bền và độ ổn định hơn, sẽ
117
không bị lệch hay bị võng trong quá trình sử dụng, vì
bất kỳ một sự biến dạng nào đều có ảnh hưởng đến
sự tạo hình.
Hình 11.24 tấm chắn kiểu một đỉnh a và hai đỉnh b
Hình******************
4- Dao gạt nước
Như phần trên đã trình bày, một độ chân không
cao có thể được hình thành từ những trục đỡ với
những vận tốc cao. Nhưng thật không dễ dàng kiểm
soát nó và ngườI ta đôi khi không thể giảI quyết được
những trục trặc gặp phải trong quá trình định hình cho
tờ giấy. Và từ đó có nhu cầu sử dụng thêm những chi
tiết hút nước mớI khác. Trong số này, được kể đến
trước tiên là dao gạt nước thủy lực được cộng bố vào
năm 1956. Những chi tiết hút nước mớI này tạo ra một
độ chân không thấp hơn nhiều và do vậy ít gây ảnh
hưởng xấu cho sự tạo hình trên lưới xeo. Dao gạt
nước có thể được mô tả một cách khái quát là một
tấm kim loạI cố định và đanh chắc, nó đỡ lưới trên một
khỏang ngắn và tạo với lưới một góc rất nhỏ (<40)
nhằm mục đích tạo nên góc nước có vai trò giảm áp.
Để giảm ăn mòn cho dao gạt, ngày nay ngườI ta đưa
118
vào miếng đệm bằng vật liệu ceramic ở chổ chịu mài
mòn nhất hay là chổ tiếp xúc với lưới.
Hình 11.25*******************
Hình 11.26************************
Biểu đồ so sánh áp suất của dao gạt nước và của trục
đỡ được trình bày ở hình 11.27 ta thấy rõ rằng sự
thoát nước với dao gạt êm dịu hơn nhiều so với trục
đỡ (độ chân không kém hơn). Vết lưới trên mặt giấy
nhờ vậy được giảm nhiều
Hình 11.27a*************8
Hình 11.27b**********
Lượng nước lấy đi từ mộ dao gạt nước ít hơn là từ
một trục đỡ, tuy nhiên dao gạt nước chiếm một không
gian nhỏ hơn nhiều so với trục đỡ. So sánh trên cùng
một chiều dài lưới xeo. Thể tích nước thoát với dao
gạt lớn hơn 50%. Hơn nữa góc của dao gạt có thể
được tăng hoặc giảm để thay đổI độ chân không khi
muốn điều chỉnh sự khuấy đảo trên lưới xeo cũng như
là lượng nước thoát. Kết quả nghiên cứu cho thấy
rằng quá trình thoát nước hiệu quả khi dao gạt có bề
mặt cong hơn bề mặt phẳng.
Hình 11.28************
Hình 11.29***********8
119
Biểu đồ so sánh áp suất của nhiều loạI dao gạt nước
và của trục đỡ được trình bày ở hình 11.28 và hình
11.29.Từ đây ta thấy rằng với trục đỡ, độ chân không
tăng rõ khi tốc độ máy tăng. ĐốI với các dao gạt
nước, độ chân không và tốc độ máy có mốI quan hệ
phức tạp hơn tùy thuộc vào thiết kế dao gạt. Như đốI
với loại dao gạt có bề mặt lõm (loạI thế hệ thứ hai),
cường độ chân không tạo thành không cao nhưng lạI
có hiệu lực trên một đoạn lưới dài và do vậy nó vẫn
bảo đảm một quá trình thoát nước hiệu quả. Cường
độ chân không của dao gạt nước sẽ tăng vớI góc vát
của dao gạt và chiều dài dao gạt. Chân không của dao
gạt tỉ lệ thuận vớI bình phương tốc độ máy. Tuy nhiên
khác vớI trục đỡ là lực chân không của dao gạt tăng
khi độ kháng thoát nước của lớp đệm sợI tăng. Ví dụ
một dao gạt bố trí ở gần cuối lưới (đầu khô) sẽ cho độ
chân không cao gấp hai lần so vớI khi dao gạt đươc
đặt ngay sau tấm định hình
Nhưng việc sử dụng dao gạt nước gây ra một số vấn
đề như;
-Sự ma sát giữa dao gạt nước vớI lưới sẽ làm hư
hỏng hoặc lưới hoặc mặt trên dao gạt
120
-Qúa trình thoát nước của nó sẽ rất chậm khi vận tốc
dướI 250m/phút.
-Trong một số trường hợp vẫn phảI bố trí thêm vài trục
đỡ để tái tạo sự chảy rối cho huyền phù bột nhất là khi
bột được thủy hóa và chổI hóa khá lâu.
Ngoài ra, còn có một dạng dao gạt nước kết hợp hút
chân không nhằm cảI thiện khẳ năng thoát nước về
cường độ lẫn cự ly trên lưới xeo hình 11.30 so sánh
độ chân không của dao gạt nước có và không có hút
chân không.
Hình 11.30*****************
Hình 11.31****************
Hình 11.32*******************
5-Hộp chân không ướt
Qúa trình thoát nước từ các trục đỡ và dao gạt
nước không thể được điều chỉnh dễ dàng vì kích
thước của chúng được xác định theo vận tốc trung
bình của máy, ví dụ như trường hợp muốn có một quá
trình thóat nước thật nhanh để giấy được định hình
ngay sau khi huyền phù bột ra khỏi thùng chứa. Hộp
chân không ướt cho phép ta thực hiện và kiểm tra sự
thóat nước nhanh này. Xét về mặt cấu tạo có thể xem
đây là một dao gạt có kết cấu chân không, nó như một
121
cái hộp, có một bàn phẳng xẻ rãnh và một cửa thoát
nước.
Bề mặt tiếp xúc vớI lưới chiếm một khỏang nữa bề
mặt các khe để bớt trở lực của lưới. Sự giảm áp được
tạo nhờ một cột nước, thường có thể được hỗ trợ
thêm bằng một độ chân không nhưng việc thực hiện
phảI đảm bảo không có sự sục của không khí vào
huyền phù bột trên lưới ( như trường hợp của hộp hút
chân không khô) Trong lọai hộp chân không có loạI
giảm áp thấp, 25cm cột nước, phần khí bị kéo theo
nước trắng sẽ được tách trong một ống nốI thông vớI
phần đầu của hộp chân không. Còn trong loạI hộp
chân không có độ giảm áp cao, như 51 cm cột nước,
khí kéo theo nước trắng có thể được lấy đi nhờ bơm
chân không trong một hệ thống tách biệt vớI hộp chân
không. Độ giảm áp được giữ khá lâu, dướI 1 mét cột
nước, để có thể tách được nhiều nước mà không gây
xáo trộn gì cho lớp đệm sợi. Hình 11.33 là kết quả so
sánh giữa quá trình thoát nước từ dao gạt và từ hợp
chân không ướt.
Hình 11.33***************
7- Trục bụng
122
Trục bụng là chi tíêt hút nước cuối cùng trên mộ máy
xeo dài. Trục này hoạt động ở độ chân không cao,
khỏang 40-63cmHg tùy thuộc vào định lượng và chủng
loạI của sản phẩm giấy. Băng giấy trước khi qua trục
bụng có độ khô khỏang 12-18%và sẽ tăng đến 18-25%
sau khi ra khỏi trụ. Nước lấy đi tại trục bụng nhở lực
hút chân không đặt bên trong trục. Tại tốc độ thấp,
nước và không khí được kéo vào trục bụng qua hộp
hút chân không (lúc này phảI có hệ thống tách khí khỏi
hệ nước trắng của máy xeo). Khi tốc độ cao hơnsẽ có
thể gây ra hiện tượng nước qua lưới bị bắn do lực ly
tâm.Trong trường hợp này sẽ bố trí thêm một cái chặn
(wipe) để ngăn không cho nước bị bắn ngược lên
băng giấy trên lưới hoặc là bị bắn vào chỉnh lưới.
Hình 11.35**************
11.4.3Lưới xeo
Lưới xeo là loạI vật liệu dệt làm từ sợI polyester. Lưới
chạy trên một quỹ đạo không có điểm dừng trên máy
xeo và được dệt thành dạng ống (không có chỗ nốI).
Độ khít của của sợI, đường kính của sợI, độ chịu gấp
của sợi…rất đa dạng và cần chọn lựa loạI thích hợp
để đảm bảo chất lượng của sản phẩm giấy. Cấu trúc
vật liệu dệt gồm những sợI dọc là sợI định hướng
123
theo chiều chạy của máy và những sợI ngang. Chúng
được đan kết vớI nhau theo nhiều kiểu và ngày nay
lưới xeo thường có cấu trúc 2 hoặc 3 lớp. Những chức
năng cơ bản của lưới xeo là
-Làm mặt sàng để tách bỏ nước khỏi huyền phù
bột giấy
-Làm giá đỡ băng giấy và có độ bền cơ học thích hợp.
Sự thóat nước qua lưới xeo được đặc trưng bằng tỉ lệ
điện tích mở, độ thấm ướt của lưới, thể tích lỗ trống và
sự phân bố lỗ trống.Phụ thuộc vào yêu cầu của từng
loại giấy, loại máy mà cần có sự thoát nước mau hay
chậm và lưới xeo phải tương thích với các thiết bị
thoát nước trên máy xeo. Chức năng đỡ giấy của lưới
là khẳ năng giữ sợi và các thành phần khác trên mặ
lưới. Độ bền cơ học của lưới liên quan đến khẳ năng
chạy trên máy xeo trong một thởi gian dài mà không bị
kéo căng hay bị co rút. Các tính chất này đều có liên
quan với nhau nên cần được xem xét trong mối tương
quan.
11.4.4 Sự biến thiên thoát nước trên lưới xeo
Thông thường nước phải được thoát ra một cách
đồng đều trên lưới xeo, nghĩa là không có sự khác biệt
của những vùng chết và những vùng thoát nước quá
124
nhanh. Hình 11.36 là đường biểu diễn sự biến thiên
của lượng nước được tách ra dọc theo lưới theo chiều
máy chạy. Hiệu quả tương đối của vùng tạo hình trên
một máy xeo dài phụ thuộc chủ yếu những yếu tố sau:
Vị trí lắp đặt và loại chi tiết hút nước được sử dụng.
-Đặc điểm của lưới xeo
-Áp lực lưới
-Đặc điểm của huyền phù bột (độ nghiền, phụ gia…)
-Chiều cao lớp huyền phù bột
-Nhiệt độ nồng độ huyền phù bột
-Tốc độ lưới
HÌNH 11.36**********
HÌNH 11.37************
HÌNH 11.38************
Rõ ràng là để được mục đích, vị trí của các chi tiết hút
nước phải tương thích với đặc điểm của huyền phù
bột và của lưới. Ví dụ sự thoát nước bằng dao gạt thì
thực tế bị hạn chế bởi độ nghiền của bột hay chiều cao
của lớp huyền phù bột. Trong trường hợp sản xuất
giấy báo – là loại chảy chậm, việc tách nước có thể
làm tăng nồng độ bột tối đa là 2%. Với loại giấy dày
hơn (như một số loại bao bì), rất khó để đạt nồng độ
trên 1.5-1.7 .Tuy nhiên, với loại giấy mịn, nồng độ bột
125
có thể đạt được 3% mà không cần chi tiết hút nước.
Cần tìm cách để tách nước đến mức tối đa có thể với
những chi tiết tĩnh và chi tiết hút chân không êm dịu
trước khi sử dụng những chi tiết có độ chân không
cao. Phương án này cho phép giảm được mài mòn
cho lưới xeo và năng lượng tiêu tốn để kéo lưới. Bằng
khảo sát qua kính hiển vi, ta nhân thấy được sự khác
biệt rõ giữa mặt lưới (mặt dưới của giấy, tì trên lưới)
và mặt chăn (mặt trên) ủua băng giấy.(H.11.37)
Khái quát, có thể chia lưới xeo thành bốn phàn tách
biệt như biểu diễn trên hình 11.38. Sự thoát nước đầu
tiên xãy ra ở vùng nạp liệu, và vùng sát cạnh môi phun
như trên hình gọi là vùng xáo trộn, đây là giai đoạn có
ảnh hưởng chủ yếu đối với tính chất của tờ giấy.. Sự
thoát nước này phụ thuộc góc của tia phun bột và vị trí
của tấm định hình . Sự thoát nước ở đây được diễn ra
nhờ lực trọng trường và là một quá trình êm dịu. Ngoài
ra cũng có thể điều chỉnh để có` được sự thoát nước
thuận lợi hơn ở tấm định hình bằng cách chọn lựa
hình dạng các dao gạt hay tấm định hình cho phù hợp.
11.5 MÁY XEO LƯỚI ĐÔI
Cho đến năm 1950, tất cả các nhà máy sản xuất giấy
và bìa catong dều sử dụng máy xeo dài và máy xeo
126
tròn (máy xeo tròn sẽ được đề cặp ở phần sau). Tuy
nhiên, các loại máy này có hạn chế tốc độ và chất
lượng sản xuất giấy. Vào năm 1953, từ khám phá của
D.Webster, một số máy xeo lưới đôi đã được đưa vào
sử dụng. Khái quát đây là loại máy xeo có hai lưới và
băng giấy sẽ được hình thành giữa hai lưới này.
Phương án này cho phép hạn chế được tính hai mặt
của tờ giấy. Có thể phân loại các máy xeo lưới đôi
thành những nhóm sau
-Loại thay thế máy xeo dài
-Loại cải tiến máy xeo dài
-Loại cải tiến nhiều lưới
-Loại xeo giấy vệ sinh
11.5.1 Máy xeo lưới đội loại thay thế máy xeo dài
Trong máy xeo lưới đôi, môi phun của thùng đầu
được tiếp xúc ở khe hội tụ giữa hai lưới. Tuỳ thuộc
vào thiết kế của từng loại máy xeo, sự thoát nước giai
đoạn đầu có thể xãy ra theo một bên lưới hoặc cả hai
bên lưới. Động lực thoát nước là do áp suất được hình
thành từ lực ép ở giữa hai lưới và một số chi tiết hút
nước bố tríphía ngoài. Khi lớp đệm sợi được hình
thành trên cả hai mặt lưới,trở lục thoát nước gia tăng
dần và áp lực của huyền phù bột cũng gia tăng. Chiều
127
dài vùng tạo hình phụ thuộc vào tốc độ máy, định
lượng, khẳ năng thoát nước của huyền phù bột, cũng
như áp lực trên hai lưới và vị trí của các chi tiết hút
nước. Sự phân tán bột đồng đều trong thùng đầu là
thông số quan trọng vì băng giấy được hình thành gần
như tức thời ngay sau khi tia bột chạm lưới. Trong
trường hợp này, góc va chạm của tia bột đối với lưới
cũng giữ vai trò quan trọng, hơn cả đối với máy xeo
dài. Có ba cơ cấu cơ bản của thùng phun bột lưới đôi
là
-Kiểu dao gạt
-Kiểu trục
-Kiểu kết hợp dao và trục
Trong kiểu dao gạt, nước thoát nhờ các dao gạt được
sử dụng trên mặt lưới hội tụ để kiểm tra tốc độ của sự
hội tụ và cũng để hướng dòng nước ép ra chảy vào
các mâm hứng. Một loại máy xeo lưới đôi kiểu dao
gạt được minh hoạ ở hình 11.44
Hình 11.44***********
Hình 11.45***************
Trong kiểu trục sự hội tụ của hai lưới như là sự gói
phủ của các trục chồng lên nhau. Một loại máy xeo
lưới đôi kiểu trục được minh hoạ ở hình 11.45
128
Trong kiểu trường hợp, nước thoát theo cả hai cơ chế
của kiểu dao gạt và trục H.11.46 là minh hoạ của máy
xeo lưới đôi kiểu kết hợp
Hình 11.46*************
11.8 ÉP
Hình 11.51.***********
Mục đích cơ bản của quá trình ép trên máy xeo là tách
nước và làm tăng độ bền cho băng giấy ướt. Ngoài ra
còn có những mục đích khác như tăng độ nhẵn, giảm
độ khối hay tăng độ chặc. Hình 11.51 minh hoạ vai trò
của quá trình ép. Việc tăng độ bền cho băng giấy ướt
bảo đảm được sự vận hành của buồng sấy. Với
những loại giấy tương đối mỏng, nó sẽ được chuyển
từ lưới qua phần chăn có cấu trúc đặc biệt, rồi qua một
số khe ép trước khi vào phần sấy. Tăng độ vững chắc
cho băng giấy là một yếu tố rất quan trọng, sau ép sự
tiếp xúc giữa các sợi sẽ được gia tăng và như vậy liên
kết sợi sẽ được phát triển trong quá trình sấy. Độ ẩm
băng giấy trong quá trình ép thường được biểu diễn
theo nồng độ bột hay hàm lượng vật chất khô.
11.8.1Diễn tiến quá trình trong khe ép
129
Băng giấy được đi vào khe ép giữa hai trục, nó
được đỡ trong quá trình ép nhờ một chăn ép. Theo
định nghĩa của Wahlstrom, ép là một hiện tượng chảy
được kiểm soát bởi sự chảy của dòng nước giữa các
sợi và từ lớp tường tế bào sợi. Có thể xem xét quá
trình ép gồm bốn giai đoạn
Hình 11.52***************
Giai đoạn 1: bắt đầu quá trình nén của băng giấy
và chăn. Không khí được đẩy ra khỏi băng giấy và
chăn, không có sự phát triển của áp suất thuỷ lực và
do vậy không có động lực cho sự thoát nước.
Giai đoạn 2: băng giấy bão hoà và áp suất thuỷ
lực bên trong cấu trúc băng giấy làm cho nước di
chuyển từ giấy sang chăn. Giai đoạn này tiếp tục cho
đến giữa khe ép, khi mà áp suất tổng gần như đạt cực
đại. Và khảo sát cho thấy rằng áp suất thuỷ lực đạt
cực đại ngay trước điểm giữa khe ép một chút.
Giai đoạn 3: khe ép được nới rộng cho đến khi lực
ép thuỷ lực trong băng giấy bằng không, tương ứng
với độ khô cực đại của băng giấy.
Giai đoạn 4: Cả băng giấy và chăn đều được “nới
rộng” ra và băng giấy trở nên không bão hoà.Mặc dù
lúc này có hình thành một “áp suất “âm (tạo chân
130
không) trong cả hai cấu trúc, một số yếu tố làm cho
nước quay ngược từ chăn về băng giấy. Sự hấp phụ
nước này là một hạn chế cơ bản của quá trình ép tách
nước.
11.8.2 Gíơi hạn của quá trình ép
Hai yếu tố giới hạn qúa trình ép
Chương 5
KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG
BỘT GIẤY VÀ GIÂY
ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CỦA BỘT GIẤY VÀ GIẤY;
Những sản phẩm thuộc loại giấy và bột giấy được biểu
thị đặc điểm và được trao đổI trên cơ sở của những
quy ước về tên gọI cũng như các quy trình kiểm tra
đánh giá. Điều này giúp cho việc trao đổi thông tin
được thống nhất và dễ dàng hơn. Trong khuôn khổ
giáo trình chúng tôi chỉ giớI thiệu một số thông số cơ
bản để đánh giá tính chất của bột giấy và giấy, nộI
dung chi tíêt của các phương pháp đánh giá có thể
tham khảo từ các tài liệu trong hệ thống kiểm định
chuẩn hóa của Việt Nam hay quốc tế.
131
1.6.1 Các hệ kiểm định chuẩn hóa trên thế giới
Các tổ chức hiệp hộI công nghiệp sản xuất bột
giấy và giấy trên thế giớI được víêt bằng tíêng Anh và
được gọI tên theo các chữ tắt, như:
TAPPI: Technical Association of the Pulp and paper
Industry.
CPPA-TS: Canadian Pulp and paper Association,
Technical Section.
SCAN: Scadinavian Pulp, Paper and Board Testing
Committee.
ASTM: American Society for Testing and Materials.
APPITA: Technical Association of the Australian and
New Zealand Pulp and Paper Industry.
MỗI tổ chức trên có hệ kiểm định riêng, nhưng phổ
biến và khái quát cho ngành giấy là hệ kiểm định
TAPPI và SCAN.
1.6.2 Mục đích việc kiểm tra, đánh giá:
Để đảm bảo được tính ổn định vho sản xuất và cho
sản phẩm, việc kiểm tra đánh giá được tiến hành ở
nhiều phân đoạn trong quy trình sản xuất với những
mục tiêu cụ thể khác nhau như: kiển tra nguyên liệu,
kiểm tra điều kiện vận hành, kiểm tra chất lượng sản
132
phẩm, kiểm tra các sự cố kỹ thuật hay lượng sản
phẩm bị hư hỏng, kiểm tra độ ô nhiễm môi trường….
Trong quá trình kiểm tra, yếu tố đặc biệt quan trọng là
độ chính xác. Để có những sai số ở mức thấp nhất,
các kiểm tra nên được thực hiện trên cùng một thíêt bị,
trong thờI gian ngắn, bởI cùng một người. Việc lấy
mẫu cũng quan trọng, thường nên lấy nhiều mẫu để
kiểm tra độ lập lạI của việc kiểm nghiệm.
1.6.3 Đánh giá tính chất của bột giấy
Co nhiêu phương phap đươc sư dung đê đanh
gia tinh chât bôt, liên quan đên chât lương, tinh thich
ưng đôi vơi qua trinh xư ly hay đôi vơi qua trinh sư
dung. Co thê xêp cac chi tiêu đanh gia thanh hai nhom
chinh la nhom cơ sơ va nhom ky thuât.
Cac chi tiêu đanh gia thuôc nhom cơ sơ bao gôm:
Chiêu dai sơi trung binh trong lương hay sư phân
bô sơi (weighted average fiber length)
Đô bên nôi tai cua sơi (intrinsic fiber strength)
Đô thô rap cua sơi (fiber coarseness )
Bê măt riêng va thê tich riêng (specific surface
and specific volume)
Đô chăt cua tơ giây ươt (wet compactability)133
Tinh khang loc (filtration reistance)
Điêm bao hoa cua sơi(fiber saturation point)
Cac chi tiêu đanh gia thuôc nhom ky thuât bao
gôm:
Chi sô kappa ( kappa number)
Đô nhơt dung dich xenlulô (cellulose sulution
viscosity)
Kha năng thoat nươc( drainability)
Mau va đô trăng(colour va brightness)
Đô sach (cleanliness)
Thanh phân sơi theo kich thươc( fiber
classification)
Tinh năng cơ ly cua bôt: đo khang đưt , đô buc, đô
khang xe, đô khang gâp…
CHI TIÊU ĐANH GIA TINH CHÂT GIÂY.
Co rât nhiêu loai giây vơi nhưng tinh chât, ưng
dung khac nhau va do vây co nhiêu phương phap
khac nhau đê đanh gia chung. Viêc đo đac nhưng
thông sô quan trong nhât , nhăm xac đinh kha năng sư
dung cua giây phu thuôc nhiêu vao thiêt bi đo. Giây co
ca hai tinh chât – đan hôi deo va hut âm. Vi vây bât ky
134
viêc đo đac nao co liên quan đên sư biên dang
mâu( khang xe , khang đưt…) thi kêt qua đo chiu phu
thuôc rât nhiêu vao tôc đô tac đông lưc. Môt sô chi tiêu
quan trong đê đanh gia tinh chât giây đươc trinh bay ơ
bang sau:
Tinh chât cơ hoc va
đô khang lưc
Đơn vi
Đinh lương g/m2
Bê day Mm
Ty trong g/cm3
Đô khôi cm3/g
Khang gâp (MIT) mN.m2/g
Khang xe mN.m2/g
Đô buc KPa.m2/
g
Chiêu dai đưt Km
Đô cưng (Gurley) MN
Đô dan dai %
Đô hâp phu năng
lương keo (TEA)J/m2
Đô mêm (Gurley – S/100ml
135
hill)
Tinh chât bê măt ml/ph
Đô thô rap (Sheffield)
Đô khang xu lông
Đô chiu ma sat
Đô chiu mai mon
Tinh chât quang hoc
(elrepho)
Đô trăng %
Đô che phu %
Đô bong %
Mau
Tinh thâm G/m2
Đô hô
Đô thâm dâu, chât
beo
Đô hâp thu nươc
Đô thâm khi
Đô thâm hơi nươc
136
2.4.1.
137
2.4.2.
2.4.3.
138