Tách loại lignin bằng ôxy kiềm hai giai đoạn đối với bột sinphát từ nguyên liệu bạch đàn và keo tai tượng ở việt nam

BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM
VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ
o0o





BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2010





TÁCH LOẠI LIGNIN BẰNG OXY-KIỀM HAI GIAI ĐOẠN
ĐỐI VỚI BỘT SUNPHÁT TỪ NGUYÊN LIỆU BẠCH ĐÀN
VÀ KEO TAI TƯỢNG Ở VIỆT NAM






Cơ quan chủ quản
: Bộ Công thương
Cơ quan chủ trì
: Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô
Chủ nhiệm đề tài
Đào Thị Tố Liên

Kỹ sư công nghệ giấy




8233



Hà nội, 01-2011

MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU 1
PHẦN I
TỔNG QUAN VỀ TÁCH LOẠI LIGNIN BẰNG OXY KIỀM
HAI GIAI ĐOẠN
I.1. Lịch sử phát triển quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm 3
I.2. Bản chất hóa học của quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm 5
I.2.1. Cấu trúc và hoạt động của oxy 5
I.2.2. Phản ứng của oxy với lignin 6
I.2.3. Năng lượng của quá trình tách loại lignin bằng oxy kiề
m 7
I.2.4. Phản ứng của oxy với các polysacarit 8
I.3. Quy trình tách loại lignin bằng oxy kiềm 10
I.4. Ảnh hưởng của điều kiện công nghệ tới hiệu quả tách loại lignin bằng oxy
kiềm 14
I.5. Quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm hai giai đoạn 19
I.5.1. Ưu điểm của quá trình khử lignin bằng oxy kiềm hai giai đoạn so với quá
trình một giai đoạn 19

I.5.2. Tình hình nghiên c
ứu trên thế giới 19
I.5.3. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 23
PHẦN II
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

II.1. Đối tượng nghiên cứu 25
II.2. Hóa chất 25
II.3. Thiết bị nghiên cứu 25
II.4. Phương pháp nghiên cứu 26
II.5. Áp dụng quy trình tách loại lignin bằng oxy kiềm hai giai đoạn cho quá
trình tẩy ECF cải tiến và đánh giá kết quả so với quá trình tẩy ECF có sử dụng
tách loại lignin bằng oxy kiềm một giai đoạn 28
II.6. Các tiêu chuẩn và phương pháp phân tích sử dụng
28
PHẦN III
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
III.1. Thành phần hóa - lý của nguyên liệu 30
III.1.1. Tính chất vật lý của nguyên liệu 30
III.1.2. Thành phần hóa học của nguyên liệu 30
III.2. Quá trình nấu bột giấy 31
III.3. Nghiên cứu quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm 32
III.3.1. Khảo sát quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm một giai đoạn 32
III.3.2. Nghiên cứu quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm hai giai đoạn 33
III.3.2.1. Giai đoạn O
1
33
III.3.2.1. Giai đoạn O
2
37

III.3.3. Nghiên cứu quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm hai giai đoạn đối
với bột có trị số kappa khác nhau và so sánh hiệu quả quá trình tách loại lignin
một giai đoạn và hai giai đoạn 42
III.3.4. Khảo sát quá trình tẩy ECF cải tiến đối với bột có khử lignin bằng oxy
kiềm hai giai đoạn 43
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

1
MỞ ĐẦU
Quá trình nấu bột không thể tách hoàn toàn lượng lignin có trong nguyên liệu do
xenluylô sẽ bị phân huỷ nếu kéo dài thời gian nấu. Sự phân huỷ này sẽ làm giảm hiệu
suất nấu bột giấy và giảm độ bền cơ lý của bột. Do vậy, quá trình nấu thường dừng lại khi
lượng lignin còn lại đạt mức 2 – 3%. Lượng lignin này sẽ được tách loại bằng các tác
nhân tẩy trắng có độ chọn lọc cao. Tùy từng loại nguyên liệu, ph
ương pháp nấu bột, yêu
cầu độ bền và độ trắng bột sau tẩy mà áp dụng các quá trình tẩy trắng thích hợp.
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về sản lượng bột cũng như yêu cầu về bảo vệ
môi trường (giảm thiểu lượng AOX, COD, BOD trong nước thải), các nhà khoa học vẫn
không ngừng nghiên cứu cải tiến quá trình nấu bột cũng như các giai đoạn trong quy trình
tẩy. Một trong nhữ
ng giải pháp chính là làm thế nào để giảm được tối đa mức dùng các
hóa chất nấu và tẩy, đặc biệt là các hợp chất có chứa clo. Muốn vậy, cách tốt nhất hiện
nay có thể làm được là giảm trị số kappa của bột trước khi tẩy. Tuy nhiên, chỉ riêng quá
trình nấu không thể đưa trị số kappa của bột xuống quá thấp do trong điều kiện nấu khắc
nghiệt sẽ làm giảm hi
ệu suất và chất lượng bột, lại tốn kém chi phí hóa chất và thời gian.
Một trong các hướng nghiên cứu để đạt được điều đó là tách loại lignin bằng oxy
trong môi trường kiềm (quá trình oxy kiềm). Thực chất đây là quá trình nấu kéo dài ít gây
ảnh hưởng đến chất lượng bột cũng như môi trường do điều kiện ôn hòa hơn và độ chọn

lọc cao hơn. Tuy nhiên, nếu áp dụng quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm m
ột giai
đoạn truyền thống, muốn đạt trị số kappa thấp mà tăng mức dùng kiềm, thời gian bảo ôn
hay áp suất oxy có thể phá hủy các cacbonhydrat, giảm hiệu suất bột do tốc độ tách loại
lignin quá lớn hay thời gian kéo dài quá.
Chính vì vậy, quá trình tách loại lignin hai giai đoạn được nghiên cứu ứng dụng với
mục đích tăng hiệu quả tách loại lignin mà vẫn đảm bảo hiệu suất và chất lượ
ng bột. Nhờ
quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm hai giai đoạn mà có thể nấu bột ở trị số kappa
cao hơn, tiết kiêm chi phí trong quá trình nấu và giảm thiểu hóa chất gây ô nhiễm môi
trường. Ngoài ra nhờ quá trình khử lignin bằng oxy kiềm hai giai đoạn có thể cho phép
thu được bột có trị số kappa thấp hơn từ bột sau nấu ban đầu mà vẫn đảm bảo chỉ tiêu
chất lượng bột.
Do những ưu
điểm và hiệu quả mà quá trình khử lignin hai giai đoạn hứa hẹn đem
lại, năm 2010 Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô được bộ Công thương giao cho thực
hiện đề tài “Tách loại lignin bằng oxy-kiềm 2 giai đoạn đối với bột sunphát từ
nguyên liệu bạch đàn và keo tai tượng ở Việt Nam”.
2
Nội dung nghiêm cứu của đề tài gồm:
1- Nghiên cứu ảnh hưởng của các trị số kappa khác nhau đến hiệu quả của quá trình
tách loại lignin bằng oxy-kiềm hai giai đoạn.
2- Nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố công nghệ trong quá trình tách loại lignin
bằng oxy-kiềm hai giai đoạn (mức dùng kiềm, thời gian bảo ôn, áp lực oxy) tới tính chất
cơ lý, độ trắng, độ nhớt và hiệu suất của bột giấ
y sau tẩy trắng.
3- Kết hợp quá trình tách loại lignin bằng oxy-kiềm hai giai đoạn với quy trình tẩy
ECF cải tiến.

3
PHẦN I
TỔNG QUAN VỀ TÁCH LOẠI LIGNIN BẰNG OXY KIỀM HAI GIAI ĐOẠN
I.1. Lịch sử phát triển quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm
Trước sức ép về bảo vệ môi trường sinh thái đối với các ngành công nghiệp bột và
giấy trên thế giới thì giai đoạn tách loại lignin bằng oxy kiềm là một giải pháp hữu hiệu
nhằm thay thế một phần clo và các hợp chất của clo trong quá trình tẩy trắng bột sau này.
Ý tưở
ng sử dụng oxy như tác nhân tách loại lignin trong môi trường kiềm đã có từ rất lâu.
Phát hiện đầu tiên vào năm 1867 khi Joy và Campell tiến hành gia nhiệt khối bột với sự
có mặt của dòng không khí chuyển qua. Muller đã nghiên cứu khả năng tách loại lignin
bằng oxy trong điều kiện có áp lực và môi trường kiềm vào năm 1915, Vào giữa những

năm 1950, các nhà khoa học Xô Viết Nikitin và Alkim bắt đầu nghiên cứu khả năng sử
dụng phân tử oxy kế
t hợp tác nhân kiềm cho quá trình tẩy bột. Đến sau năm 1970, khi
Robert và các cộng sự phát hiện ra rằng khi thêm vào một lượng nhỏ muối của kim loại
magie làm giảm đáng kể sự phá hủy các polysacrit trong suốt quá trình khử lignin bằng
oxy, làm tăng hiệu suất của quá trình. Từ đó quá trình khử lignin bằng oxy bắt đầu được
thương mại hóa. Nhà máy đầu tiên có sử dụng công nghệ này được Sappi xây dựng vào
năm 1970 ở Nam Phi với sản lượ
ng 280 tấn/ngày. Từ năm 1972, một số nhà máy như vậy
cũng bắt đầu hoạt động ở Thụy Điển và Pháp. Từ đó, các sản lượng bột có sử dụng quá
trình khử lignin bằng oxy tăng nhanh chóng trên thị trường và được minh họa trong hình
1.1, hình 1.2 và hình 1.3.

Hình 1. Sản lượng bột có tách loại Hình 2. Phân bố các nhà máy có
lignin bằng oxy kiềm tách loại lignin bằng oxy kiềm
4

Hình 1.3. Sản lượng bột qua khử oxy kiềm
Sau khi đi vào hoạt động, các nhà máy đã đóng góp một lượng lớn bột tẩy trắng
có sử dụng tách loại lignin bằng oxy kiềm. Cho đến năm 1996, hầu hết 160 nghìn tấn bột
kraft tẩy trắng sản xuất trong ngày có qua tách loại lignin bằng oxy kiềm. Phần lớn trong
số này được sản xuất từ Scandinavi cũng như Bắc Mỹ, chiếm tới 29 %. B
ắc Mỹ đứng thứ
hai, chiếm 26 % tổng sản lượng [4].
Trong quá trình phát triển, hệ thống thiết bị đầu tiên là chế tạo cho tách loại lignin
bằng oxy kiềm sử dụng với bột nồng độ cao (nồng độ từ 20 – 30 %). Tuy nhiên, hệ thống
này có một số hạn chế như chi phí cao do thiết bị phức tạp, nguy cơ nổ cao do không khí
giàu oxy và có tính chọn lọc thấp. Chính vì vậy, các thiết bị dùng cho quá trình tách loại
lignin nồng độ bột trung bình (nồng độ từ 10 – 15%) đã được phát triển, đặc biệt khi thiết
bị trộn nồng độ cao được sử dụng. Quá trình tách loại lignin bằng oxy ở nồng độ bột

trung bình có mức độ chọn lọc cao hơn mà yêu cầu giá thành đầu tư thấp hơn. Ngày nay,
phần lớn sản lượng bột có tách loại lignin bằng oxy kiềm đều sử dụng công nghệ cho bột
có n
ồng độ trung bình.
Hiện tại và trong tương lai, giai đoạn tách lignin bằng oxy kiềm đã trở thành giai
đoạn quan trọng, không thể thiếu trong hầu hết các dây chuyền tẩy và tính đến hết năm
2004 đã có trên 255 dây chuyền tẩy trắng bột giấy trên thế giới sử dụng giai đoạn oxy
kiềm (90 % là bột kraft).
I.2. Bản chất hóa học của quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm
I.2.1. Cấu trúc và hoạt động của oxy
5
Về mặt hóa học, ở trạng thái bình thường phân tử oxy có hai điện tử không cặp
đôi thuộc lớp ngoài cùng. Khi bị kích thích, các điện tử này có thể chuyển lên trạng thái
năng lượng cao hơn nên dễ dàng tham gia phản ứng hóa học.
Trong quá trình tiến hành phản ứng, oxy tham gia vào quá trình biến đổi các chất
hữu cơ. Mặt khác oxy có thể bị khử thành các gốc tự do: peroxy (HOO
*
), hydroperoxyt
(H
2
O
2
) và gốc peroxyl (HO
*
) và cuối cùng là H
2
O. Do xuất hiện nhiều loại cấu tử hoạt
động nên quá trình phản ứng của oxy diễn ra rất phức tạp. Tuy nhiên do có cặp điện tử
không cặp đôi nên chúng chủ yếu tham gia phản ứng dây chuyền theo cơ chế gốc. Với R
là gốc hữu cơ, phản ứng của oxy được đưa ra bởi các phương trình sau:

Phản ứng khơi mào:
RO
-
+ O
2
→ RO
.
+
-
O-O
.
(I.1)
RH + O
2
→ R
.
+ HO
2
.
(I.2)
Phản ứng phát triển mạch:
R
.
+ O
2
→ RO
2
(I.3)

RO

2
.
+ RH → RO
2
H + R
.
(I.4)
Phản ứng ngắt mạch:
RO
.
+ R
.
→ ROR (I.5)
I.2.2. Phản ứng của oxy với lignin
Trong trường hợp phản ứng với lignin, gốc tự do có thể được hình thành khi điện
tử e tách ra từ dạng phenolat của lignin tạo thành gốc tự do phenoxyl nhờ cộng hưởng.
Do quá trình tách loại lignin bằng oxy thường tiến hành trong môi trường kiềm nên phản
ứng phân hủy lignin chủ yếu diễn ra theo cơ chế ion.
Các hóa chất tẩy được phân loại dựa trên các phản
ứng của chúng với lignin được
chỉ ra trong bảng 1.1.





6
Bảng 1.1: Các nhóm hóa chất tẩy
I II III
Cl

2
(C)
O
3
(Z)
ClO
2
(D)
O
2
(O)
NaOCl (H)
HOOH (P)
Trong đó:
I – Phản ứng với các gốc thơm + liên kết đôi
II - Phản ứng với các gốc phenol (+ liên kết đôi)
III – Phản ứng với gốc cacbonyl
Trong điều kiện tiến hành, các cấu trúc của lignin được biến đổi: đơn vị phenyl
propan của lignin chuyển về cấu trúc chứa cacbannion ở các vị trí khác nhau cũng như
cấu trúc chứa nhóm cacbonyl và hệ thống nối đôi liên hợp. Quá trình chuyển hóa này sẽ
xuất hiện trong phân tử lignin các vị trí hút hoặc đẩy điện tử. Nếu ở dạng phenol và enol
trong đơn vị phenyl propan, là tác nhân electrophil, oxy sẽ tấn công vào các vị trí có mật
độ điện tích cao. Trong khi đó anion peroxyl (HO
.
) – tác nhân nucleophyl sẽ tấn công vào
các vị trí giàu điện tích dương. Ngoài ra các gốc hình thành khi oxy tách hydro của lignin
cũng có thể phản ứng với các phân tử oxy khác. Nhìn chung, các sản phẩm của quá trình
tách loại lignin – kiềm sẽ là các hợp chất hữu cơ có phân tử lượng thấp chứa nhiều nhóm
mang màu có khả năng hòa tan do phá hủy phân tử đại lignin.
Theo lý thuyết, oxy chỉ phản ứng với nhóm phenol tự do trong phân tử lignin. Khi

bị ion hóa trong môi trường kiềm, chúng tạo ra môi trường có mật
độ electron cao rất cần
thiết để khởi đầu phản ứng với oxy. Điều này cùng với bản chất axit yếu của gốc
hydroxyl phenol giải thích tại sao cần phải tạo môi trường kiềm mạnh để đạt được hiệu
quả khử lignin đáng kể.
Kết quả của quá trình khử lignin bằng oxy là làm giảm số lượng các nhóm
hydroxyl phenol tự do có trong lignin. Minh họa trong hình 1.4.
7

Hình 1.4. Ảnh hưởng của quá trình tách loại lignin bằng oxy tới nhóm OH
trong lignin còn lại của bột Kraft
I.2.3. Năng lượng của quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm
Quá trình tách loại lignin được đặc trưng bởi sự thay đổi nhanh ở giai đoạn đầu
cho đến kappa bằng 20 (Đối với bột có trị số kappa tương đối cao), tiếp theo đó là quá
trình tách loại lignin chậm dần. Minh họa trong hình 1.5.

Hình 1.5. Năng lượng của quá trình tách loại Lignin bằng Oxy ở 110
0
C

8
Hình 1.5 cho thấy, trong quá trình tách loại lignin xảy ra hai trạng thái thay đổi,
thay đổi nhanh ở trạng thái ban đầu, diễn ra trong khoảng 5 – 10 phút và chậm lại ở giai
đoạn tiếp theo. Động học của quá trình tách loại lignin hai giai đoạn được khảo sát bằng
việc chuyển oxy và kiềm vào thành vách của tế bào và một nửa lượng lignin bền nhiệt
hình thành trong quá trình nấu bột. Tốc độ tách loại lignin của từng giai đoạn phụ thuộc
chủ y
ếu vào các yếu tố sau:
- Giai đoạn 1: liên quan đến trị số H, tàn kiềm, kappa và độ thô của xơ sợi
- Giai đoạn 2: liên quan đến hiệu suất nấu bột, độ thô của xơ sợi và trị số kappa.

Quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm chịu ảnh hưởng của của các yếu tố là
nhiệt độ (đây là yếu tố quan trọng nhất), mức dùng kiềm và áp lực oxy. Quá trình tách
loại lignin diễn ra ch
ậm ở giai đoạn thứ hai có thể do các nguyên nhân sau:
- Sự chuyển khối ở trạng thái rắn của oxy và kiềm vào thành vách của tế bào bị
cản trở
- Phản ứng ngưng tụ lignin
- Sự hiện diện của các nhóm hydratcacbon (xylan) bao phủ các nhóm lignin, làm
ngăn cản sự tách loại lignin.
Chính vì lý do trên mà trong giai đoạn đầu tách loại lignin, chỉ cần nhiệt độ thấp
và tăng lên nhiệt độ cao ở giai đoạn sau. Ngoài ra có th
ể duy trì nhiệt độ như nhau ở cả
hai giai đoạn nhưng thời gian phản ứng kéo dài hơn ở giai đoạn thứ hai để đảm bảo hiệu
quả tách loại lignin tối đa.
I.2.4. Phản ứng của oxy với các polysacarit
Cacbonhydrat bị tấn công trong suốt quá trình tách loại lignin bởi các gốc tự do,
thậm chí còn nhiều hơn cả trong quá trình tẩy. Quá trình phân hủy càng tăng khi quá trình
tách loại lignin càng kéo dài, do đó cần phải d
ừng quá trình khi loại bỏ được khoảng 50
% lignin và đây được coi là nhân tố hạn chế quá trình. Hình 1.4 minh họa sự ảnh hưởng
của quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm tới các polysacarit.



9
POLYSACARIT + O
2
+ KIỀM
Ổn định phản ứng
(các gốc cuối

andonic được hình
thành)
Các phản ứng phân hủy
Phản ứng bóc tách
(là nguyên nhân làm
giảm hiệu suất)
Phản ứng oxy hóa polysacrarit
Tách β-alkoxy Đứt mạch cacbon
(phản ứng khử trùng
hợp)













Hình 1.6. Sự ảnh hưởng của quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm tới các
polysacarit
Như minh họa trên, quá trình tách loại lignin bằng oxy cho phép tạo thành các
nhóm cuối ổn định phân tử xenluylo đồng thời khử trùng hợp vòng xenluylo.
Sự phá hủy xenluylo tạo thêm nhiều gốc mới tham gia phản ứng. Nhiều hợp chất
trung gian tạo thành trong quá trình tách loại lignin, như hợp chất peroxit, các gốc hữu cơ
hay hydroxyl không xác định

được chính xác. Các chất này lại tiếp tục tấn công xơ sợi
xenluylo và khó có thể kiểm soát được. Có hai phản ứng phân hủy xenluylo cơ bản như
sau:
- Phản ứng đứt vòng, có thể xảy ra tại bất kì vị trí nào trong vòng polyme, làm
giảm độ nhớt và độ bền bột
- Phản ứng bóc tách, loại bỏ từng đơn thể làm giảm hiệu suất bột
Những kim loại chuyển tiếp như mangan, đồ
ng, và sắt sẽ phân hủy peroxit, là môi
trường trung gian làm giảm lượng oxy. Sự phân hủy xúc tác tạo thành các gốc hydroxyl
có thể tấn công phá hủy xenluylo. Kết quả của quá trình phản ứng là các polysacarit chủ
yếu bị bào mòn, sản phẩm của quá trình này là các axit hữu cơ (oxy axit) dạng dị vòng
hoặc mạch thẳng. Ban đầu đơn vị cuối mạch polysacarit có dạng andehit bị đồng phân
10
hóa thành dạng xeton trong đó liên kết glycozit ở vị trí β so với nhóm cacboxyl. Dưới tác
dụng của kiềm, một hydro (H) được tách ra từ cacbon thứ 3 và hình thành dạng ion diol,
tách mắt xích đó ra và cuối cùng là tạo ra axit glucoisosacarinic… Quá trình này chỉ dừng
lại khi nhóm aldehit ở mắt xích cuối cùng bị chuyển thành nhóm cacboxyl. Việc khống
chế tốt các kim loại chuyển tiếp rất quan trọng đối với quá trình tách loại lignin bằng oxy
có chọn lọc.
Phản ứng khử trùng hợp
được kích thích bởi nhiệt độ cao. Để hạn chế sự phân hủy
của các polysacarit cần phải tối ưu hóa các điều kiện trong quá trình khử lignin. Một
trong các biện pháp thay thế đó là sử dụng hệ thống oxy kiềm hai giai đoạn với thời gian
bảo ôn kéo dài, nhiệt độ và nồng độ kiềm thấp hơn so với oxy kiềm một giai đoạn.
I.3. Quy trình tách loại lignin bằng oxy kiềm
Trong quá trình tách loạ
i lignin bằng oxy, nhiệt độ và áp suất cao có thể được sử
dụng trong một hay nhiều giai đoạn, có hoặc không có thêm hóa chất để không làm ảnh
hưởng tới độ trắng và độ nhớt của bột. Quá trình trên có thể áp dụng cho mọi loại bột.
Quá trình tách loại lignin bằng oxy rất linh động, tuy nhiên được sử dụng tốt nhất như

một chiếc cầu nối giữa giai đoạn nấu và giai đo
ạn tẩy. Muốn tối ưu hóa phương pháp và
mức độ tách loại lignin bằng oxy thì cần quan tâm đến tổng chi phí sản xuất, chất lượng
bột và sự ảnh hưởng đến môi trường. Trong công nghiệp, quá trình tách loại lignin bằng
oxy một giai đoạn đối với nồng độ bột trung bình có thể tách loại được 30 – 50% lignin
còn lại trong bột sau nấu. Những tiến bộ công nghệ mới được ứng dụng trong quá trình
tách lo
ại lignin hai giai đoạn có thể tách loại được đến 65 – 70% lignin mà vẫn đảm bảo
được chất lượng bột. Chính vì vậy, đến nay đã có nhiều nghiên cứu nhằm tăng tối đa hiệu
quả của quá trình tách loại lignin bằng oxy.
Các hóa chất cho vào bột trong giai đoạn oxy kiềm và các chất sinh ra trong quá
trình phản ứng đều được loại bỏ và có thể cho vào hệ thống thu hồi hóa chất. Sự giảm các
hóa chất độ
c hại như các hợp chất hữu cơ của Clo, chỉ số COD, BOD và sự giảm màu
của nước thải chính là những đóng góp lớn của quá trình tách loại lignin bằng oxy.
Hình 1.7 minh họa một quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm cơ bản. Bột ở
nồng độ trung bình sau quá trình nấu, đôi khi có thể thêm giai đoạn sàng được bơm vào
máy trộn là nơi cấp kiềm, oxy và hơi dưới áp suất cao. Sau khi phản ứng hơi
được thoát
ra, bột đưa vào rửa và thu hồi dịch rửa có chứa hóa chất. Dịch thu hồi này lại được dùng
làm dịch rửa bột sau nấu.


11

Hình 1.7. Sự kết hợp quá trình tách loại lignin bằng oxy và trong quá trình rửa bột
và thu hồi dịch
Những điều kiện phản ứng điển hình được đưa ra trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Điều kiện phản ứng điển hình trong quá trình tách loại Lignin bằng oxy
trong môi trường kiềm
Điều kiện

Thời gian oxy kiềm, phút 45 - 80
Nhiệt độ,
o
C 90 - 100
Nồng độ bột, % 10 - 12
Áp suất, Mpa 0,3 – 0,5
Mức dùng hóa chất NaOH từ 15 – 20 kg/tấn bột KTĐ, 15 – 20 kg O
2
/tấn bột
KTĐ, magiesunphat được thêm vào để bảo vệ thành phần xenluylo. Mức loại lignin
thường đạt được từ 30 – 50 %.
 Ưu điểm của quá trình tách loại lignin bằng oxy
Mục đích chung của tất cả các quá trình nấu bột là giảm trị số kappa đến mức thấp
nhất trước khi đem vào tẩy, với điều kiện đảm bảo được hiệu suất và chất l
ượng bột. Vì
hầu hết lignin dễ phân hủy đã được loại bỏ trong quá trình nấu bột (khoảng 90 – 95 %),
nên điều kiện nấu có ảnh hưởng lớn tới lượng hóa chất tiêu thụ và độ trắng trong quá
trình tẩy sau này. Nếu tiến hành tách loại lignin kéo dài trong quá trình nấu bột kraft
truyền thống thì sẽ làm giảm hiệu suất và chất lượng bột. Các cải tiến trong quá trình nấu
bột gần đây đã ch
ỉ ra rằng có thể sản xuất được bột có trị số kappa thấp mà không làm
mất đi tính chọn lọc.

Hệ thống nấu bột đang được áp dụng ở các nhà máy là nấu bột cải tiến liên tục
(MCC), nấu bột cải tiến liên tục mở rộng (EMCC), công nghệ chuyển dịch nhanh (RHD),
O2
Hơi
O2
Nước rửa
Thông
khí
Nguyên liệu
THU HỒI DỊCH ĐEN
Nồi nấu Rửa Trộn
Tháp phản
ứng
Rửa
KHỬ LIGNIN BẰNG OXY
NaOH
12
nấu siêu mẻ. Một vài công nghệ nấu khác thì đang trong quá trình hoàn thiện. Hiện nay
các nhà máy luôn luôn có sự cân nhắc lựa chọn giữa phương pháp nấu kéo dài và phương
pháp khử lignin bằng oxy. Hình 1.6

Hình 1.8. Nâng cao hiệu suất trong quá trình nấu và tẩy
Quá trình tách loại lignin bằng oxy giúp ổn định nhóm cuối của các polysacarit,
do đó giúp bảo toàn hiệu suất bột. Trong nhiều trường hợp, hiệu suất bột sau quá trình
khử lignin bằng oxy còn cao hơn sau quá trình nấu kéo dài. Do đó quá trình tách loại
lignin bằng oxy kiềm hai giai đoạn rất đáng được lưu ý, đặc biệt đối với các nhà máy cũ
chưa có điều kiện để cải tiến hay kéo dài quá trình n
ấu.
Hiệu quả và tiềm năng của quá trình tách loại lignin bằng oxy đã được công nhận
rõ khi so sánh hiệu suất và chỉ số kappa của bột so với quá trình nấu. Hình 1.8.

13

Hình 1.9. So sánh hiệu suất trong quá trình nấu kéo dài và tách loại lignin bằng oxy
Hình 1.9 cho thấy, nếu kappa thu được thấp quá thì hiệu suất bột cũng thấp quá
mức chấp nhận được. Trong quá trình tẩy, giá thành và lượng các chất có hại sử dụng
trong quá trình tẩy có liên quan tới trị số kappa bột. Nếu chỉ quan tâm tới quá trình nấu và
tẩy thì có thể tiến hành tẩy bột ở trị số kappa cao vẫn có thể thu được sản phẩm như mong
mu
ốn, tuy nhiên trong trường hợp này giá thành tẩy sẽ rất cao và các vấn đề về môi
trường nảy sinh rất khó được chấp nhận. Quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm được
khuyên nên sử dụng để kéo dài quá trình nấu mà không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất
bột, là cầu nối giữa quá trình nấu và quá trình tẩy giúp cải thiện hiệu quả của toàn bộ quá
trình. Đường cong biểu hiện quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm một giai đ
oạn đã
thể hiện rõ điều đó. Hiệu suất và chất lượng bột vẫn được duy trì, trong khi đó trị số
kappa của bột trước khi tẩy được giảm đáng kể.
Tương tự như quá trình nấu kéo dài, hiệu suất và độ nhớt bột sẽ giảm quá mức cho
phép nếu quá trình tách loại lignin tiến hành ở nhiệt độ cao và mức dùng kiềm cao. Tất
nhiên như vậ
y thì quá trình tách loại lignin sẽ diễn ra triệt để hơn. Hóa chất dùng trong
quá trình tẩy có giá thành rất cao, các chất sinh ra trong quá trình tẩy lại gây ô nhiễm môi
trường cần phải hạn chế.
Giống như bất kì giai đoạn nào trong suốt quá trình, một bước mới thêm vào như
quá trình oxy kiềm hai giai đoạn có thể giúp tìm ra những biện pháp mới và tối ưu cho
toàn bộ cả quá trình. Nếu không có sự cải tiến trong quá trình nấu kéo dài mà như khử
lignin bằng oxy là m
ột ví dụ thì khó có thể cho phép quá trình nấu bột ở trị số kappa cao
14
trước khi đem vào tẩy mà vẫn đảm bảo hiệu suất tẩy và mức dùng hóa chất ở mức cho

phép.
Quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm có nhiều ưu điểm, cho phép nấu bột ở trị
số kappa cao, làm giảm ô nhiễm môi trường do giảm lượng dùng hóa chất nấu và tẩy, tuy
nhiên chi phí đầu tư ban đầu cao. Chi phí cao chủ yếu do thiết bị tương đối phức tạp và
hệ thống thu hồi hóa chấ
t chiếm phần lớn giá thành.
I.4. Ảnh hưởng của điều kiện công nghệ tới hiệu quả tách loại lignin bằng oxy kiềm
Trong quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm, tốc độ tách loại lignin và phân hủy
các polysacarit phụ thuộc vào nồng độ bột, mức dùng kiềm, nhiệt độ, thời gian phản ứng,
mức dùng oxy, áp lực oxy và phương pháp trộn. Tuy nhiên, nhiệt độ và mức dùng kiềm
có ảnh hưởng rõ rệt hơn cả
tới quá trình tách loại lignin so với áp lực oxy.
Ảnh hưởng của nồng độ bột
Có hai hệ thống tách loại lignin bằng oxy kiềm, một là dùng cho bột nồng độ cao
(20 – 30 %). Hệ thống này phổ biến trong suốt 15 năm đầu khi công nghệ tách loại lignin
bằng oxy kiềm được ứng dụng. Hệ thống còn lại dùng cho bột nồng độ trung bình (10 –
15 %) và được lắp đặt phổ biến trong giai đoạn hiện nay.
Những tiến bộ trong công nghệ trộn bột đã tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình
tách loại lignin ở nồng độ bột trung bình. Hệ thống tách loại lignin ở nồng độ bột cao cho
tốc độ khử lignin cao hơn nhưng lại có nhiều hạn chế như khả năng gây nổ cao, độ nhớt
bột sau khi tách loại lignin giảm nhiều, thiết bị phản ứng phứ
c tạp và chi phí đầu tư cao.
Chính vì nhờ hệ thống thiết bị phản ứng đơn giản, chi phí đầu tư thấp hơn mà quá trình
tách loại lignin bằng oxy ở nồng độ bột trung bình được dùng phổ biến hơn cả. Hệ thống
tách loại lignin ở nồng độ bột trung bình cho phép tách loại lignin ở mức độ chọn lọc
hơn. Hệ thống này yêu cầu mức dùng kiềm cao hơn và thời gian ph
ản ứng lâu hơn so với
hệ thống tách loại lignin ở nồng độ cao.
Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
Cả hai quá trình tách loại lignin và phân hủy xenluylo đều tăng khi thời gian phản

ứng tăng. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên tốc độ tách loại lignin bằng oxy được
minh họa trong hình 1.10. Minh họa này cũng phản ánh sự thay đổi năng lượng trong
phản ứng tách lignin.
15

Hình 1.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian tới tốc độ tách loại lignin bằng oxy
Minh họa cho thấy, hiệu quả tách loại lignin phụ thuộc rất nhiều vào thời gian
phản ứng trong giới hạn từ 20 đến 80 phút. Trong đó trị số kappa giảm mạnh khi tăng
thời gian phản ứng từ 20 – 40 phút. Nếu tiếp tục tăng thời gian thì quá trình tách loại
lignin giảm dần. Sau 2 giờ phản ứ
ng thì sự giảm kappa là không rõ rệt. Điều này có thể
giải thích là do lượng lignin dư trong bột thực tế không còn đáng kể, do đó lượng ôxy tiêu
tốn cho phản ứng là rất ít, vì vậy có thể coi nồng độ oxy có trong dung dịch là không thay
đổi trong suốt thời gian phản ứng. Như vậy, thực tế phản ứng chỉ còn phụ thuộc vào bản
chất và hàm lượng của lignin. Phản ứng chậm lại về cuố
i là do lượng lignin còn lại
thường là rất ít và khó phản ứng. Nếu kéo dài thời gian phản ứng thì hiệu quả tách loại
lignin cũng không tăng đáng kể.
Ảnh hưởng của mức dùng kiềm
Quá trình tẩy có sử dụng oxy được tiến hành trong môi trường kiềm. Kiềm ảnh
hưởng tới phản ứng oxy hóa của lignin, tạo thành các sản phẩm có thể hòa tan từ lignin
và giúp trung hòa các chất có tính axit tạo ra từ lignin và các cacbonhydrat. Nồng độ
kiề
m tăng thúc đẩy mạnh mẽ quá trình tách loại lignin, đồng thời cũng làm phân hủy
đáng kể xenluylo có trong bột. Vì vậy, mức dùng kiềm phải được lựa chọn như thế nào
để thu được bột có độ nhớt và trị số kappa đảm bảo theo yêu cầu sau quá trình khử lignin.
Mức dùng kiềm khuyến cáo đưa ra phải nhỏ hơn 20 kg/tấn bột KTĐ. Tăng mức dùng
16
kiềm sẽ giảm trị số kappa bột và thúc đẩy nhanh quá trình tách loại lignin, tuy nhiên sẽ
giảm độ nhớt bột. Sự thay đổi đó minh họa trong hình 1.11.

Hình 1.11. Ảnh hưởng của thời gian, mức dùng kiềm và nồng độ lên chỉ số kappa
trong quá trình tách loại lignin bằng oxy của bột Kraft gỗ mềm
Mức dùng kiềm có ảnh hưởng lớn tới tốc độ tách loại lignin và phải đảm bảo sao
cho đủ lớn để có thể tách lignin ra khỏi xơ sợi. Minh họa cho thấy, mức dùng kiềm càng
cao thì hiệu quả tách loại lignin càng lớn, tuy nhiên cũng sẽ ảnh hưởng tớ
i độ bền của
bột. Ở mức dùng kiềm khoảng 2,5 % thì quá trình tách loại lignin diễn ra ôn hòa hơn.
Cần chú ý sao cho pH cuối trong quá trình tách loại lignin thường lớn hơn 10.
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ phản ứng có ảnh hưởng đáng kể tới trị số kappa và độ nhớt của bột sau
quá trình tách loại lignin. Nói chung, độ nhớt bột thường cao khi phản ứng tiến hành ở
nhiệ
t độ thấp, nhưng tốc độ tách loại lignin sẽ giảm khi nhiệt độ thấp dưới 70
o
C. Mặt
khác, sự phân hủy các thành phần chứa peroxit sẽ tăng khi nhiệt độ cao trên 100
o
C, kết
quả là sự phân hủy các thành phần cacbonhydrat và sự giảm độ nhớt bột sẽ hạn chế hiệu
quả tách loại lignin.
Ảnh hưởng của áp lực oxy
17
Nói chung, so với mức dùng kiềm và nhiệt độ thì áp lực oxy có ảnh hưởng ít hơn.
Với mức dùng kiềm không đổi thì áp lực oxy ảnh hưởng đáng kể tới tốc độ tách loại
lignin ở khoảng 0,5 – 0,8 Mpa. Nếu mức dùng kiềm không đảm bảo thì dù có tăng áp lực
oxy lên cũng ảnh hưởng rất ít tới quá trình tách loại lignin.
Ảnh hưởng của muối MgSO
4

Các hợp chất peroxit hữu cơ cũng như peroxit hydro hình thành trong suốt quá
trình tách loại lignin bằng oxy, và các ion kim loại (đồng, sắt, mangan) có thể phản ứng
với các peroxit trên giải phóng các gốc có ảnh hưởng không tốt tới các cacbonhydrat.
Những ảnh hưởng bất lợi bởi các ion kim loại chuyển tiếp có thể được hạn chế nếu loại
bỏ chúng đi bằng cách xử lý bằng axit (biện pháp này có thể làm quá trình trở nên phức
tạ
p) hay bằng cách thêm vào các hợp chất để bảo vệ các cacbonhydrat khỏi sự phân hủy.
Robert và các cộng sự đã khám phá ra rằng, ion magie là một trong những chất có khả
năng bảo vệ như thế, thực tế cho đến nay đó là chất tốt nhất đã từng được kiểm nghiệm.
Chất này thêm vào dưới dạng muối magie sunphat, thường là muối sunphat ngậm nước
MgSO
4
.7H
2
O với một lượng nhỏ (thường từ 0,05 – 0,1% so với khối lượng bột KTĐ).
Magie tạo thành hợp chất phức tạp với muối sắt với tỉ lệ 6:1, vì thế làm các cacbonhydrat
khó bị phân hủy trong quá trình phản ứng với oxy. Hiệu quả của quá trình tách loại lignin
có sử dụng magie được minh họa trong hình 1.12.
Sự không rõ ràng trong đường cong minh họa ở trên mô tả các thí nghiệm được
tiến hành trong phòng thí nghiệm cũng thể hiệ
n cả cơ chế phân hủy các cacbonhydrat
khác. Điều này chứng tỏ tính chọn lọc sẽ giảm nếu sử dụng oxy kiềm để tách loại lignin ở
mức cao, khoảng trên 50%.

18

Hình 1.12. Các bước trong cơ chế tách loại lignin bằng Oxy
Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ trong giai đoạn O
2
của quá trình tách loại

lignin bằng oxy kiềm
Để thu được độ giảm kappa lớn hơn và hạn chế sự giảm độ nhớt, thời gian phản
ứng được kéo dài và nhiệt tăng lên cao hơn trong giai đoạn thứ 2 của quá trình tách loại
lignin bằng oxy kiềm.
Nếu trong giai đoạn O
1
đã thu được mức giảm kappa cao thì tốc độ tách loại lignin
trong giai đoạn O
2
sẽ thấp hơn. Với các điều kiện đang sử dụng ở các nhà máy hiện nay
thì thêm giai đoạn O
2
sẽ có ảnh hưởng đáng kể tới hiệu quả tách loại lignin. Tuy nhiên
tốc độ tách loại lignin vẫn thấp hơn ở giai đoạn thứ 2 này.
Mức giảm kappa thu được cao khi tiến hành tách loại lignin ở nhiệt độ cao trong
thời gian dài, đặc biệt khi nhiệt độ cao hơn 100
o
C. Mức giảm kappa cao nhất có thể thu
được sau giai đoạn OO là 77% ở điều kiện 110
o
C và thời gian 120 phút, tuy nhiên độ
nhớt bột sau oxy kiềm là rất thấp.
Quá trình hòa tan hiệu quả lignin tăng khi nhiệt độ phản ứng tăng. Kéo dài thời
gian phản ứng không làm tăng lượng lignin hòa tan này. Các phân tử lignin có khối lượng
phân tử lớn (MMD > 5000) giảm khi tăng thời gian và nhiệt độ, đặc biệt ở nhiệt độ
110
o
C. Điều này có thể giải thích là do ở điều kiện nhiệt độ cao trong thời gia kéo dài,
oxy phá vỡ những phân tử lignin thành những thành phần nhỏ hơn.
I.5. Quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm hai giai đoạn

19
I.5.1. Ưu điểm của quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm hai giai đoạn so với quá
trình một giai đoạn
Quá trình tách loại lignin bằng oxy kiềm hai giai đoạn có nhiều ưu điểm nổi bật,
đặc biệt là cho phép nấu bột ở trị số kappa cao tiết kiệm đáng kể hóa chất, thời gian và
chi phí cho quá trình nấu. Nhiều nghiên cứu cho thấy, nhờ quá trình khử lignin hai giai
đoạn có thể nấu bột
ở trị số kappa trên 30 mà vẫn đảm bảo kappa trước khi vào tẩy từ 8 –
10 mà không ảnh hưởng nhiều tới độ nhớt cũng như các tính chất cơ lý của bột. Ngoài ra,
nếu ở cùng trị số kappa thì nhờ quá trình tách loại lignin hai giai đoạn sẽ đạt được mức
giảm kappa nhiều hơn so với quá trình hai giai đoạn, nhờ đó sẽ tiết kiệm chi phí hóa chất
tẩy, giảm được lượ
ng hóa chất thải ra môi trường. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, nhờ quá
trình tách loại lignin hai giai đoạn mà có thể giảm được COD nước thải tới 50 %, chỉ số
BOD từ 25 – 50 %, cải thiện màu nước thải. [6]
I.5.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Mặc dù hiện nay công nghệ tiến hành với cả nồng độ bột cao và nồng độ bột trung
bình, nhưng với lợi thế là chi phí đầu tư thấp hơn, dễ dàng vậ
n chuyển bột và độ chọn lọc
cao nên nồng độ bột trung bình vẫn được dùng nhiều hơn cả. Quá trình tách loại lignin
bằng oxy kiềm hiệu quả nhất hiện nay là công nghệ hai giai đoạn với nồng độ bột trung
bình. Minh họa cho quá trình này ở hình 1.13.
Hiệu quả rõ ràng nhất thu được khi tách loại lignin bằng oxy đối với bột gỗ mềm
có thể loại được tới 70 – 75% lignin còn lại trong bột sau nấu. Vớ
i tất cả các loại bột thì
độ chọn lọc (hiệu suất và chất lượng bột) được cải thiện khi sử dụng hệ thống tách loại
lignin hai giai đoạn trên, thêm vào đó tiết kiệm được nhiều hóa chất trong quá trình tẩy
do kappa bột thu được thấp, cải thiện quá trình tẩy (đảm bảo tính chất và hiệu suất bột
sau tẩy).
20

Hình 1.13. Dây chuyền tách loại lignin hai giai đoạn
Các điều kiện chính trong quá trình tách loại lignin bằng oxy được đưa ra ở bảng
1.3.
Bảng 1.3: Các điều kiện phản ứng điển hình trong quá trình tách loại lignin bằng
oxy hai giai đoạn
Oxy kiềm hai giai đoạn Giai đoạn thứ nhất Giai đoạn thứ hai
Thời gian oxy kiềm, phút 20 - 30 60 - 80
Nhiệt độ,
o
C 80 - 85 90 - 105
Nồng độ bột, % 10 - 12 10 - 12
Áp suất, MPa 0,8 – 1,0 0,3- 0,5
Quá trình tách loại lignin bằng oxy hai giai đoạn được biết đến là dùng năng
lượng phản ứng để kéo dài quá trình tách loại lignin, hay cách khác sử dụng kết hợp các
hệ thống tách loại lignin một giai đoạn riêng lẻ trước đó mà vẫn đảm bảo độ bền cũng
như hiệu suất của bột.
21
Giai đoạn thứ nhất của quá trình sử dụng áp lực cao, mức dùng kiềm cao, nhiệt độ
thấp trong thời gian ngắn nhằm thu được mức giảm kappa lớn mà mức giảm độ nhớt
không nhiều.
Giai đoạn thứ hai có bản chất là giai đoạn trích ly sử dụng nhiệt độ cao, thời gian
bảo ôn kéo dài hơn với nồng độ hóa chất thấp để loại bỏ lignin mà không làm giảm nhi
ều
độ bền của bột.
Hệ thống tách loại lignin bằng oxy hai giai đoạn có một bơm ở trước giai đoạn thứ
nhất và máy trộn trước mỗi giai đoạn. Thiết bị phản ứng thứ nhất làm việc ở nhiệt độ 80 –
85
o
C, có nghĩa là bột sau nấu cần phải làm nguội trước khi cho vào phản ứng. Tất cả

kiềm và oxy được nạp vào thiết bị phản ứng thứ nhất, với áp suất 0,8 – 1,0 Mpa được duy
trì trong suốt quá trình phản ứng ở đỉnh tháp. Với áp suất cao thì oxy hòa tan nhiều hơn
vào dung dịch phản ứng, đem lại nồng độ oxy cao hơn. Ở áp suất cao thì thể tích của
cùng một lượng khí cũng nhỏ h
ơn.
Dung dịch bột dưới dạng huyền phù được cho vào thiết bị phản ứng thứ hai thông
qua một máy trộn có trộn thêm oxy. Giai đoạn thứ hai này kéo dài hơn giai đoạn thứ nhất
vì quá trình tách loại lignin cuối cùng thường diễn ra chậm hơn các giai đoạn trước. Nếu
thời gian phản ứng là 1 giờ thì nhiệt độ ở giai đoạn này phải cao hơn giai đoạn trước. Áp
suất b
ằng 0,3 Mpa được khuyên dùng trong giai đoạn này. Rõ ràng trong giai đoạn này
thì sự thay đổi mức dùng các hóa chất không làm thay đổi độ chọn lọc phản ứng, nhưng
mức dùng kiềm vẫn phải đủ lớn để tránh hiện tượng kết tủa lại lignin.
Tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu ban đầu, trị số kappa sau nấu và quá trình rửa
trước đó mà mức dùng hóa chất sử dụng là khác nhau. Đối với bột gỗ mềm, mứ
c dùng
kiềm thường dùng là 2 – 2,5 kg/ mức giảm 1 đơn vị kappa cho 1 tấn bột và MgSO
4
được
thêm vào để bảo vệ xenluylo. Đối với bột gỗ cứng thì mức dùng cao hơn, từ 2,4 – 3,0 kg.
Quá trình rửa giữa hai giai đoạn đang được tối ưu để thu được hiệu quả cao nhất
trong quá trình tách loại lignin hai giai đoạn.
Một vấn đề đáng lưu ý để tăng hiệu quả tách loại lignin là cấp khí. Khí được cấp
theo hai đường, vì thế có thể tránh được sự cấp khí ồ
ạt vào trong thiết bị phản ứng. Một
lí do khác là khi cấp ồ ạt một lúc, khí không phản ứng hết sẽ chiếm thể tích tạo thành
những bọt khí, làm chậm quá trình hòa tan pha khí và pha lỏng và vì thế làm giảm quá
trình tách loại lignin. Sự hòa trộn trong giai đoạn thứ hai sẽ giúp làm giảm kích thước của
các bọt khí và vì thế tăng cường được quá trình tách loại lignin. Sự cấp hóa chất ngay từ
22

giai đoạn đầu và sự đảo trộn lại giữa hai giai đoạn đảm bảo phần nào nào sự ổn định nhiệt
độ trong giai đoạn oxy kiềm thứ hai.
Trong suốt quá trình nghiên cứu phát triển quá trình tách loại lignin với nồng độ
bột trung bình, Kamyr đã tiến hành giai đoạn đầu của quá trình tách loại lignin hai giai
đoạn tại nhà máy bột Petersen & Son’s ở Moss, Na Uy. Hệ thống bao gồm hai giai đoạn,
trong đó giai đ
oạn đầu kéo dài 10 phút và giai đoạn thứ hai kéo dài 60 phút. Mức độ tách
loại lignin có thể lên tới 50% mà không có sự giảm độ nhớt đáng kể so với quá trình tách
loại lignin một giai đoạn. Bokstrom và Norden đã nghiên cứu quá trình tách loại lignin
hai giai đoạn và cho thấy có thể tách loại đến 70% lignin bột sản xuất từ gỗ mềm. Đối với
bột kraft sản xuất từ gỗ bạch đàn hiệu quả tách loại lignin hai giai
đoạn đạt được 40-50%
(EA S6.01, 2000). Bột sau nấu có trị số kappa từ 20 – 30, sau khi tách loại lignin hai giai
đoạn thu được bột có trị số kappa bằng 10 chuẩn bị cho quá trình tẩy ECF sau này.
Mognotta và các cộng sự đã chỉ ra rằng bằng cách sử dụng bột nấu ở trị số kappa cao và
có sử dụng quá trình tách loại lignin hai giai đoạn hiệu suất bột sau tẩy tăng lên đáng kể.
Cứ tăng trị số
kappa lên 10 đơn vị trong quá trình nấu thì hiệu suất tẩy tăng khoảng 1,5-
2,0%. Hiệu suất cho cả quá trình tẩy bột sản xuất từ gỗ thông miền nam theo công nghệ
ECF tăng từ 39,9% lên 41,8% khi tăng kappa lên 40 và tăng tới 43,6% khi kappa tăng lên
50 trước khi cho vào quá trình oxy-kiềm hai giai đoạn. Sau khi oxy-kiềm hai giai đoạn,
tiến hành tẩy theo công nghệ ECF thì bột thu được có thể đạt độ trắng 89%ISO, độ nhớt
đạt 835ml/g với mức tiêu hao đioxyt clo 5,7kg/adt, 3,7kg H
2
O
2
/adt… [10].
Hệ thống tách loại lignin hai giai đoạn thương mại đầu tiên đối với bột nồng độ
trung bình bắt đầu hoạt động ở nhà máy Tomakomai ở Nhật Bản vào năm 1985 cho bột
gỗ mềm và mức giảm kappa thu được khoảng 55 %. Mặc dù hệ thống tách loại lignin hai

giai đoạn đã được thiết lập ở nhiều nhà máy trên thế giới, tuy nhiên chúng hoạt động khá
giống nhau và ngày càng phổ biế
n. Hiện nay có ít nhất 17 nhà máy đang sử dụng quy
trình công nghệ tách loại lignin hai giai đoạn để sản xuất bột trước khi đem vào tẩy trắng.
Hầu hết các nhà máy có sử dụng hệ thống tách loại lignin hai giai đoạn đều không
có quá trình rửa ở giữa. Nhà máy Kaukas Oy ở Phần Lan đã lắp đặt hệ thống tách loại
lignin hai giai đoạn công suất 1000 tấn/ngày. Thiết bị phản ứng có thể hoạt
động với áp
suất cao ở 100
o
C. Bột được bơm vào thiết bị phản ứng thứ nhất sau khi được trộn với oxy
tinh khiết và hơi nước, sau phản ứng bơm trực tiếp vào thiết bị phản ứng thứ hai. Sau đó
bột được rửa và nước rửa được thu hồi để cho lại vào hệ thống tuần hoàn. Các nhà máy
như Metsa – Botnia Oy, Kaskinen và Veitsiluoto Oy, Kemijarvi đã trang bị những bộ
phận mới để quá trình tách loại lignin hai giai đ
oạn có thể đi vào hoạt động. Ở nhà máy