Hoàn thiện công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất colophan và tinh dầu thông, quy mô 5000 tấn sản phẩm năm

2

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

********************************************************************
Chương trình: “ Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ phục
vụ công nghiệp hoá, hiện đại hóa nông nghiệp và nông thôn”
Mã số: KC07/06-10





BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ DỰ ÁN SẢN
XUẤT THỬ NGHIỆM

Tên dự án: Hoàn thiện công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất colophan và
tinh dầu thông, quy mô 5000 tấn sản phẩm/năm
Mã số dự án: KC07.DA11/06 - 10


Cơ quan chủ trì dự án: Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch
Chủ nhiệm dự án: ThS. Phạm Anh Tuấn

Hà Nội, năm 2010



3


BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

********************************************************************
Chương trình: “ Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ phục
vụ công nghiệp hoá, hiện đại hóa nông nghiệp và nông thôn”
Mã số: KC07/06-10



BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ DỰ ÁN SẢN
XUẤT THỬ NGHIỆM

Tên dự án: Hoàn thiện công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất colophan và
tinh dầu thông, quy mô 5000 tấn sản phẩm/năm

Mã số dự án: KC07.DA11/06 - 10



Chủ nhiệm dự án Cơ quan chủ trì dự án
(ký tên) (ký tên và đóng dấu)







Ban chủ nhiệm Bộ Khoa học và Công nghệ
chương trình KC07/06-10 (ký tên và đóng dấu)
(ký tên)







Hà Nội, năm 2010
i


MỤC LỤC

Trang

Mục lục i
Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt vi
Danh mục các bảng vi
Danh mục các hình vẽ và sơ đồ vii

MỞ ĐẦU
1

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG NGHỆ
XUẤT XỨ CỦA DỰ ÁN



6
1.1
Công nghệ chế biến nhựa thông
6
1.1.1.
Đặc điểm của nhựa thông
7
1.1.2. Thành phần và tính chất của dầu thông 8
1.1.3. Thành phần và tính chất của colophan 8
1.1.4. Quy trình công nghệ chế biến nhựa thông 10
1.2. Tình hình nghiên cứu công nghệ chế biến nhựa thông
11
1.2.1. Tình hình thế giới 11
1.2.2. Tình hình trong nước 15
1.3. Công nghệ của dự án SXTN
20

1.3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ chế biến nhựa thông 20
1.3.2. Mô tả quy trình công nghệ 21
1.3.2.1 Giai đoạn sơ chế và xử lý nguyên liệu nhựa thông 21
1.3.2.2 Giai đoạn chế biến chính 24
1.3.3. Những vấn đề dự án cần giải quyết 26
1.3.3.1 Về công nghệ chế biến nhựa thông 26
1.3.3.2 Về quá trình và thiết bị 31

CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
COLOPHAN VÀ TINH DẦU THÔNG


34
ii

2.1 Nghiên cứu công nghệ xử lý nguyên liệu tiền chế biến
34
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu 34
2.1.2. Nguyên liệu nghiên cứu 34
2.2.3. Nội dung nghiên cứu 34
2.2.4. Phương pháp nghiên cứu 35
2.2.5. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm công nghệ xử lý nguyên liệu 36
2.2. Hoàn thiện công nghệ chế biến nhựa thông
39
2.2.1. Mục tiêu nghiên cứu
39

2.2.2. Nguyên liệu và thiết bị nghiên cứu
39

2.2.3. Nội dung nghiên cứu
39

2.2.4. Phương pháp nghiên cứu 40
2.2.5. Kết quả hoàn thiện công nghệ chế biến nhựa thông 41
2.2.5.1 Hoàn thiện quy trình công nghệ hoá lỏng nhựa thông 41
2.2.5.2 Hoàn thiện quy trình công nghệ làm sạch nhựa 44
2.2.5.3 Hoàn thiện công nghệ chưng cất nhựa thông 48
2.3. Hoàn thiện quy trình phân tích đánh giá chất lượng
55
2.3.1. Hoàn thiện quy trình phân tích đánh giá chất lượng nguyên liệu nhựa
thông
55
2.3.2. Hoàn thiện quy trình phân tích đánh giá chất lượng colophan 57
2.3.3. Hoàn thiện quy trình phân tích đánh giá chất lượng tinh dầu thông 62
CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HOÀN THIỆN HỆ THỐNG THIẾT BỊ
SẢN XUẤT COLOPHAN VÀ TINH DẦU THÔNG


68
3.1. Thiết kế thiết bị xử lý nguyên liệu tiền chế biến
70
3.1.1 Phân tích, lựa chọn nguyên lý bộ công tác khấy 70
3.1.2. Tính toán công suất truyền động 71
3.1.3. Tính toán bền và lựa chọn vật liệu chế tạo thiết bị 74
3.1.4. Thiết kế chi tiết thiết bị khuấy 78
iii

3.2 Đề xuất giải pháp xử lý chất thải và Thiết kế hệ thống thiết bị tái chế
nhựa thải
79
3.2.1. Đề xuất giải pháp xử lý chất thải 79
3.2.2. Thiết kế hệ thống thiết bị tái chế nhựa thải 81
3.3 Hoàn thiện thiết kế bộ phận cấp nhiệt của thiết bị hóa lỏng
88
3.3.1. Phân tích đánh giá những hạn chế của bộ phận cấp nhiệt 88
3.3.2. Hoàn thiện thiết kế 91
3.3.3 Kết quả đánh giá trong điều kiện sản xuất 91
3.4. Hoàn thiện thiết kế bộ phận phân ly dịch nhựa của hóa lỏng 92
3.4.1. Phân tích đánh giá những hạn chế của bộ phận phân ly dịch nhựa của hóa
lỏng
92
3.4.2. Hoàn thiện thiết kế 93
3.4.3. Kết quả đánh giá trong điều kiện sản xuất 94
3.5. Hoàn thiện thiết kế hệ thống chuyển dịch chân không
95
3.5.1. Phân tích đánh giá những hạn chế của hệ thống chuyển dịch chân không 95
3.5.2. Hoàn thiện thiết kế 96
3.5.3. Kết quả đánh giá trong điều kiện sản xuất 98
3.6. Hoàn thiện thiết kế hệ thống thu hồi dầu nhẹ
98
3.6.1. Phân tích đánh giá những hạn chế của hệ thống thu hồi dầu nhẹ 98
3.6.2. Hoàn thiện thiết kế 99
3.6.3. Kết quả đánh giá trong điều kiện sản xuất 100
3.7. Hoàn thiện thiết kế bộ phận tách lỏng của thiết bị chưng cất
101
3.7.1 Phân tích đánh giá những hạn chế của bộ phần tách lỏng 101
3.7.2 Hoàn thiện thiết kế 102

3.7.3 Kết quả đánh giá trong điều kiện sản xuất 103
3.8. Thiết kế bộ phận tách hơi nước ngậm trong colophan
103
3.8.1 Phân tích đánh giá những hạn chế của bộ phận tách hơi nước ngậm trong
colophan
103
iv

3.8.2 Hoàn thiện thiết kế 104
3.8.3 Kết quả đánh giá trong điều kiện sản xuất 105
3.9. Hoàn thiện quy trình chế tạo và kiểm tra các thiết bị chịu áp lực
106
3.9.1 Quy trình chế tạo các thiết bị chịu áp suất 106
3.9.2. Quy trình kiểm tra các thiết bị chịu áp suất 116
CHƯƠNG 4
TỔ CHỨC TRIỂN KHAI DỰ ÁN SXTN VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU
QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT
120
4.1. Đánh giá điều kiện cần thiết để xây dựng mô hình dự án SXTN
120
4.1.1. Địa điểm xây dựng mô hình dự án SXTN 120
4.1.2. Nguồn nguyên liệu cung cấp cho dự án SXTN 121
4.1.3. Điều kiện về cơ sở hạ tầng và trang thiết bị công nghệ 121
4.1.4. Mô hình tổ chức sản xuất 123
4.1.5. Giải pháp về môi trường 126
4.2 Tổ chức triển khai dự án SXTN 127
4.2.1. Hoàn thiện công nghệ chế biến và kiểm tra chất lượng sản phẩm 127
4.2.2. Hoàn thiện thiết kế kỹ thuật hệ thống thiết bị 127
4.2.3. Chế tạo và lắp đặt dây chuyền thiết bị 135
4.3. Tiến hành SXTN và khảo nghiệm đánh giá

138
4.3.1. Kiểm định an toàn các thiết bị chịu áp lực 138
4.3.2. Khảo nghiệm đánh giá dây chuyền sản xuất colophan và tinh dầu thông
trong điều kiện sản xuất
139
4.3.2.1. Phương pháp khảo nghiệm 139
4.3.2.2. Kết quả khảo nghiệm quy trình công nghệ chế biến nhựa thông 141
4.3.2.3. Kết quả đánh giá các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của dây chuyền sản xuất 142
4.3.3. Phân tích đánh giá chất lượng sản phẩm 143
4.3.4. Đánh giá nhận xét của cơ sở sản xuất 145
4.4. Tổng hợp kết quả và thảo luận về các sản phẩm KH&CN (Dạng I,II)
146
v

4.4.1. Công nghệ xử lý nguyên liệu tiền chế biến 146
4.4.2. Công nghệ hoá lỏng nguyên liệu nhựa thông 146
4.4.3. Công nghệ xử lý chất trợ lắng trong quá trình rửa, lắng làm sạch nhựa 147
4.4.4. Công nghệ chưng cất nhựa thông 147
4.4.5. Phương pháp kiểm tra đánh giá chất lượng 148
4.4.6. Hoàn thiện thiết kế kỹ thuật 148
4.4.7. SP: Dây chuyền thiết bị 149
4.5. Đánh giá hiệu quả kinh tế -xã hội của dự án SXTN
151
4.5.1. Tính toán hiệu quả kinh tế của mô hình sản xuất colophan và tinh dầu
thông, quy mô 5000 tấn sản phẩm/năm
151
4.5.1.1. Tính toán giá thành sản phẩm 151
4.5.1.2. Tính toán hiệu quả kinh tế của dự án 152
4.5.2. Tác động đối với kinh tế, xã hội và môi trường 153
4.5.2.1. Hiệu quả trực tiếp với doanh nghiệp và người lao động 153

4.5.2.2. Tác động đến xã hội và môi trường 155
4.5.3. Phương án phát triển sản phẩm sau khi kết thúc dự án 155
4.6. Các sản phẩm khoa học và công nghệ khác
156
4.6.1. Các bài báo đã công bố 156
4.6.2. Tham gia Hội chợ triển lãm Techmart Asean + 3, năm 2009 156
4.6.3. Sản phẩm sở hữu trí tuệ 157
4.6.4. Đào tạo tập huấn kỹ thuật 157
4.6.5. Hội thảo khoa học 158
4.6.6. Hợp đồng CGCN 158

KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ
159

TÀI LIỆU THAM KHẢO
163

PHỤ LỤC 1: Biên bản xác nhân của cơ sở sản xuất


PHỤ LỤC 2: Hình ảnh “Dây chuyền thiết bị đồng bộ sản xuất colophan và
tinh dầu thông, quy mô 5000 tấn sản phẩm/năm” (Quảng Trị)


PHỤ LỤC 3: Hình ảnh “Dây chuyền thiết bị không đồng bộ sản xuất

vi

colophan và tinh dầu thông, quy mô 5000 tấn sản phẩm/năm” (Quảng Ninh)

PHỤ LỤC 4: Hình ảnh: ‘Tham gia Hội chợ Techmart Asean+3, năm 2009


PHỤ LỤC 5: Nhật ký SXTN tại 2 cơ sở ứng dụng


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TT Ký hiệu, các
chữ viết tắt
Nghĩa tiếng việt
1 FAO Tổ chức nông lương liên hợp quốc
2 NN&PTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn
3 SXTN Sản xuất thử nghiệm
4 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
5 CGCN Chuyển giao công nghệ
6 KH&CN Khoa học và Công nghệ

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng Tên bảng Trang
Bảng 1.1 Yêu cầu kỹ thuật của nhựa thông theo TCVN 4188 - 86 27
Bảng 1.2 Định mức sản xuất tại công ty cổ phần Thông Quảng Ninh 27
Bảng 1.3 Yêu cầu kỹ thuật của tinh dầu thông theo TCVN 4189- 86 28
Bảng 1.4 Yêu cầu kỹ thuật của Colophan theo TCVN 4190-86 29
Bảng 2.1 Các chỉ tiêu phân tích nguyên liệu nhựa thông Miền Trung 36
Bảng 2.2 Bảng số liệu thí nghiệm quá trình lắng phân lớp của nguyên liệu
nhựa thông Miền Trung
38
Bảng 2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ dầu thông đến quá trình hoá lỏng
nhựa thông
42

Bảng 2.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ chất trợ lắng đến hiệu quả của quá trình làm
sạch nhựa thông
46
Bảng 2.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ chưng cất và nhiệt độ nguồn nước lạnh đến 52
vii

thời gian chưng cất và chất lượng colophan
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của Caloriffe 105
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật thử kín bằng áp lực 118
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật kiểm tra bền bằng áp lực 119
Bảng 4.1 Nhu cầu về nguyên liệu và năng lượng 122
Bảng 4.2 Danh mục các thiết bị chế tạo trong nước của dự án 128
Bảng 4.3 Danh mục trang thiết bị và máy móc chuyên dụng 134
Bảng 4.4 Danh mục dụng cụ và thiết bị đo khảo nghiệm 140
Bảng 4.5 Số liệu nhật ký 10 thí nghiệm sản xuất colophan và tinh dầu thông 142
Bảng 4.6 Tổng hợp số liệu đánh giá một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật 143
Bảng 4.7 Đánh giá phân tích chất lượng sản phẩm 144
Bảng 4.8 Chi phí nguyên, nhiên liệu chế biến 1 tấn nguyên liệu
nhựa thông
146
Bảng 4.9 Tổng chi phí chế biến 1 tấn nguyên liệu nhựa thông 151
Bảng 4.10 Bảng so sánh giá trị đầu tư công nghệ và thiết bị 154

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ
Số hình Tên hình Trang
Hình 1.1. Nguyên liệu nhựa thông sau khai thác 7
Hình 1.2. Thành phần và cấu trúc của dầu thông 8
Hình 1.3. Thành phần và cấu trúc của colophan 9
Hình 1.4. Quy trình chung về công nghệ chế biến nhựa thông 10
Hình 1.5. Sơ đồ công nghệ dây chuyền chế biến nhựa thông (Mỹ) 11

Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ dây chuyền chế biến nhựa thông (Bồ Đào Nha) 12
Hình 1.7. Sơ đồ công nghệ dây chuyền chế biến nhựa thông (Trung Quốc) 14
Hình 1.8. Sơ đồ quy trình công nghệ chế biến nhựa thông của dự án 20
Hình 1.9. Bể chứa nguyên liệu nhựa thông 21
Hình 1.10. Công đoạn định lượng và nạp liệu 22
viii

Hình 1.11. Công đoạn hoá lỏng và phân ly tạp chất rắn 22
Hình 1.12. Công đoạn rửa và lọc thô 23
Hình 1.13. Công đoạn lắng 24
Hình 1.14. Công đoạn chưng cất chân không và ngưng tụ tách dầu 25
Hình 1.15. Định lượng đóng thùng sản phẩm colophan 25
Hình 2.1. Mẫu nguyên liệu nhựa thông trước khi đưa vào thí nghiệm 37
Hình 2.2. Sơ đồ hoàn thiện quy trình công nghệ hoá lỏng 43
Hình 2.3. Sơ đồ hoàn thiện quy trình công nghệ rửa lắng 47
Hình 2.4.
M« h×nh nghiªn cøu thùc nghiÖm quy tr×nh ch−ng cÊt nhùa
51
Hình 2.5. Sơ đồ hoàn thiện quy trình công nghệ chưng cất 53
Hình 3.1. Thiết bị đo độ nhớt Engiơle 68
Hình 3.2. Cơ cấu khấy nguyên liệu nhựa thông 69
Hình 3.3. Sơ đồ lực tác dụng lên trục khuấy 76
Hình 3.4. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải 79
Hình 3.5. Sơ đồ quy trình công nghệ tái chế nhựa thải 80
Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lý hệ thống tái chế nhựa thống 81
Hình 3.7. Bộ phận cấp nhiệt của thiết bị hoá lỏng chưa hoàn thiện 88
Hình 3.8. Nguyên lý bộ sục hơi 89
Hình 3.9. Bộ cấp nhiệt của thiết bị hoá lỏng hoàn thiện 90
Hình 3.10. Bộ phận phân ly của thiết bị hoá lỏng chưa hoàn thiện 91
Hình 3.11. Kết cấu đáy phân ly dạng chọp cụt đã hoàn thiện 93

Hình 3.12. Sơ đồ lắp đặt bơm chân không theo công nghệ xuất xứ 94
Hình 3.13. Sơ đồ lắp đặt bơm chân không đã hoàn thiện 95
Hình 3.14. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống chuyển dịch chân không 96
Hình 3.15. Sơ đồ nguyên lý hệ thống thu hồi dầu nhẹ 99
Hình 3.16. Cấu tạo thiết bị tách lỏng chưa hoàn thiện 101
Hình 3.17. Bộ phận tách lỏng của thiết bị chưng cất hoàn thiện 101
Hình 3.18. Cấu tạo bình tách hơi nước công nghiệp 103
ix

Hình 3.19. Sơ đồ nguyên lý hệ thống tách hơi nước bằng khí nén 104
Hình 3.20. Calorife gia nhiệt bằng nguồn hơi quá nhiệt 105
Hình 3.21. Cấu tạo thiết bị lắng 107
Hình 3.22. Cấu tạo của thiết bị chưng cất 110
Hình 3.23. Kích thước khai triển áo nhiệt của thiết bị chưng cất 112
Hình 3.24. Thân vỏ thiết bị ngưng tụ 113
Hình 3.25. Ruột thiết bị ngưng tụ 115
Hình 3.26. Thiết bị siêu âm khuyết tật mối hàn Model EPOCH 4B 117
Hình 4.1. Sơ đồ bộ máy tổ chức sản xuất của nhà máy chế biến nhựa thông,
quy mô 5000 tấn sản phẩm/năm
123


1
MỞ ĐẦU

Colophan (rosin) và tinh dầu thông (turpentine oil) là hai loại sản phẩm
được chế biến từ nhựa thông (pine resine). Lĩnh vực ứng dụng của hai sản
phẩm này khá phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Colophan
được sử dụng trong các ngành công nghiệp như dệt, xà phòng, sơn, giấy,
diêm, thuộc da, điện tử và mực in tinh dầu thông được sử dụng làm dung

môi để pha chế các loại sơn, véc ni, long não tổng hợ
p và nhiều kỹ nghệ
khác. Trong đó α- pinen và β-pinen cũng như δ-3-caren là nguồn nguyên liệu
để bán tổng hợp rất nhiều sản phẩm dùng trong ngành dược, kỹ nghệ hương
liệu, bảo vệ thực vật như: camphor, terpin, terpineol, isoborneol, isobornyl
acetat (từ α-pinen); geranyl acetat, linalyl acetat, linalol, citral, citronellol
( từ β-pinen); menthol và các sản phẩm có giá trị hương liệu (từ δ-3-caren).
Theo s
ố liệu thống kê của Fao (năm 1994), sản lượng nhựa thông toàn thế
giới đạt khoảng 1,2 triệu tấn/năm, trong đó khoảng 60% là colophan và 35%
tinh dầu thông. Các nước có tiềm năng xuất khẩu sản phẩm từ nhựa thông
đứng đầu thế giới là Trung quốc, Indonexia, Bồ Đào Nha. Trong đó Trung
Quốc xuất khẩu xấp xỉ 277.000 tấn chiếm 70% trong số mậu dịch thế giới,
tiếp đế
n là Indonexia khoảng 46.000 tấn và Bồ Đào Nha với khoảng 26.000
tấn. Nga và Brazin là những nước sản xuất với sản lượng nhiều hơn Bồ Đào
Nha nhưng hầu hết sản phẩm dùng trong nội địa. Sản lượng colophan và tinh
dầu thông được sản xuất và nhập khẩu ở Hoa kỳ, Mêhico, ấn độ và các nước
châu Âu, hàng năm khoảng 734.000 tấn colophan và 200.000 tấn tinh dầu
thông, trong đó Hoa Kỳ là nước có sản lượ
ng lớn nhất chiếm 50% sản lượng
thế giới.
Xu hướng về thị trường tiêu thụ các sản phẩm colophan và tinh dầu thông
trên thế giới ngày càng gia tăng, trong khi nhu cầu tiêu thụ nội địa của một số
quốc gia xuất khẩu ngày càng lớn hơn đã dẫn đến nguồn cung về 2 loại sản

2
phẩm này ngày càng thiếu hụt.Sự biến động giá xuất khẩu sản phẩm colophan
và tinh dầu thông từ năm 2008 đến nay cho thấy từ khoảng 1000 USD/tấn sản
phẩm lên khoảng 2000-2500USD/tấn sản phẩm.

Việt Nam là nước có điều kiện tự nhiên về khí hậu và thổ nhưỡng phù hợp
để phát triển trồng thông cho mục đích khai thác nhựa và gỗ. Tổng hợp số liệu
báo cáo của các địa ph
ương (năm 2005), tổng diện tích rừng thông toàn quốc
khoảng 194721 ha. Trong đó vùng Đông Bắc khoảng 77015 ha; Tây Bắc
khoảng 3857 ha; Đồng bằng Bắc Bộ khoảng 3066 ha; Duyên Hải Trung Bộ
khoảng 72329 ha;Tây Nguyên khoảng 10784 ha; Đông Nam bộ khoảng
24039 ha. Trong đó diện tích rừng trồng thông nhựa toàn quốc khoảng 90000
ha. Theo một số kết quả nghiên cứu của ngành lâm nghiệp, mật độ trồng rừng
thông nhựa thích hợp cho năng suất cao khoả
ng 1650 - 2500 cây/ha. Như vậy,
với mật độ trung bình khoảng 2000 cây/ha và sản lượng trung bình khoảng
3,0 kg nhựa/cây (thực tế trung bình đã khai thác từ 3 - 4 kg nhựa/cây) thì với
tổng diện tích 90.000 ha rừng trồng thông nhựa có thể cho sản lượng nhựa
khoảng 540.000 tấn. Thực tế khai thác với sản lượng hiện tại còn thấp hơn rất
nhiều so với tiềm năng vốn có. Theo các chuyên gia kinh tế dự báo, nếu có sự
phối h
ợp đồng bộ giữa các nghành liên quan với chính quyền các địa phương
trong việc mở rộng diện tích trồng thông, mỗi năm Việt Nam có khả năng
khai thác được hơn 40.000 tấn nhựa thông/năm.
Giai đoạn 2000 - 2005, nhìn chung tình hình chế biến và tiêu thụ sản phẩm
colophan và tinh dầu thông của Việt Nam luôn gia tăng về sản lượng, thị
trường xuất khẩu cũng được mở rộng, yêu cầu về chấ
t lượng sản phẩm ngày
càng cao hơn. Mặt khác về chất lượng sản phẩm của Việt Nam so với các
nước Trung Quốc, Inđonexia, Ấn Độ luôn bị đánh giá thấp hơn nhiều, đây là
điểm yếu trong cạnh tranh đã gây nhiều khó khăn cho các doanh nghiệp chế
biến nhựa thông Việt Nam. Xuất phát từ tình hình thực tiễn nhu cầu đổi mới

3

công nghệ nâng cao chất lượng sản phẩm và nâng quy mô sản xuất là thực sự
cần thiết đối với các doanh nghiệp.
Năm 2006, công ty cổ phần thông Quảng Ninh là doanh nghiệp đi đầu đã
mạnh dạn đầu tư đổi mới công nghệ bằng nội lực trong nước. Sản phẩm đặt
hàng từ đề tài: “Nghiên cứu công nghệ, thiết kế chế tạo và chuyển giao công
nghệ dây chuyền thi
ết bị chế biến nhựa thông, quy mô 5000 tấn sản
phẩm/năm”, do Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch - Bộ
NN&PTNT chủ trì thực hiện đã đưa vào vận hành và sản xuất thành công tại
Công ty cổ phần thông Quảng Ninh vào đầu năm 2007. Kết quả đánh giá
trong điều kiện sản xuất của Hội đồng nghiệm thu cấp cơ sở tháng 8/2007 và
Hội
đồng nghiệm thu cấp Bộ NN&PTNT tháng 10/2007: dây chuyền thiết bị
mới trên cơ bản đã khắc phục được những hạn chế của dây chuyền thiết bị cũ
(xuất xứ Nhật Bản), về các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật đã đáp ứng được mục
tiêu đặt ra về quy mô và chất lượng sản phẩm xuất khẩu. Tuy vậy, lần đầu tiên
trong nước nghiên cứ
u, thiết kế và chế tạo dây chuyền thiết bị chế biến nhựa
thông nên vẫn còn những tồn tại cần phải được nghiên cứu hoàn thiện. Từ cơ
sở phân tích trên là lý do đề xuất dự án SXTN cấp nhà nước: “Hoàn thiện
công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất colophan và tinh dầu thông, quy mô
5000 tấn sản phẩm /năm”.
 Mục tiêu

 Mục tiêu chung
- Có được công nghệ tiên tiến và hệ thống thiết bị đồng bộ phù hợp với điều
kiện Việt nam để sản xuất colophan và tinh dầu thông.
- Đáp ứng được nhu cầu của thực tiễn sản xuất, chủ động công nghệ trong
nước và tiến tới có thể xuất khẩu công nghệ và thiết bị khi có nhu cầu.
 Mục tiêu cụ thể

- Xây dựng được mô hình dự án ứng dụng công nghệ và hệ thống thiết bị

4
đồng bộ sản xuất colophan và tinh dầu thông, quy mô 5000 tấn sản phẩm
/năm.
- Sản phẩm hoàn thiện là công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất ra được
Colophan và tinh dầu thông đạt tiêu chuẩn xuất khẩu.
 Nội dung
Nội dung 1
: Khảo sát, phân tích đánh giá và lựa chọn địa điểm xây dựng
mô hình Dự án
1.1. Bổ sung thêm thông tin, phân tích đánh giá và lựa chọn địa điểm xây
dựng mô hình dự án
1.2. Xúc tiến xây dựng cơ sở và hình thức tiếp nhận, tổ chức triển khai mô
hình Dự án
Nội dung 2
: Hoàn thiện công nghệ chế biến và đánh giá chất lượng sản
phẩm
2.1. Nghiên cứu công nghệ xử lý nguyên liệu tiền chế biến
2.2. Hoàn thiện công nghệ hóa lỏng nguyên liệu
2.3. Hoàn thiện công nghệ xử lý trợ lắng
2.4. Hoàn thiện công nghệ chưng cất
2.5. Hoàn thiện quy trình kiểm tra phân tích đánh giá chất lượng của nguyên
liệu và sản phẩm
Nội dung 3
: Hoàn thiện thiết kế kỹ thuật hệ thống thiết bị
3.1. Thiết kế thiết bị xử lý nguyên liệu tiền chế biến
3.2. Hoàn thiện thiết kế bộ phận cấp nhiệt của thiết bị hóa lỏng
3.3. Hoàn thiện thiết kế bộ phận phân ly dịch nhựa sau hóa lỏng

3.4. Hoàn thiện thiết kế hệ thống chuyển dịch chân không
3.5. Hoàn thiện thiết kế h
ệ thống thu hồi dầu nhẹ
3.6. Hoàn thiện thiết kế bộ phận tách lỏng
3.7. Thiết kế bộ phận tách hơi nước ở giai đoạn cuối của quá trình chưng cất

5
3.8. Thiết kế hệ thống xử lý nước thải và quy trình tái chế chất thải của dây
chuyền chế biến
3.9. Hoàn thiện hồ sơ thiết kế kỹ thuật tổng thể mô hình dự án
Nội dung 4
: Hoàn thiện quy trình chế tạo và kiểm tra chất lượng thiết bị
4.1. Quy trình chế tạo các thiết bị chịu áp lực
4.2. Quy trình kiểm tra chất lượng thiết bị
Nội dung 5
: Chế tạo các thiết bị chính và thiết bị phụ, thuộc dây chuyền
thiết bị đồng bộ
Nội dung 6
: Lắp đặt, kiểm tra an toàn và chạy thử hệ thống thiết bị
Nội dung 7
: Biên soạn, cung cấp tài liệu và tổ chức đào tạo tập huấn
7.1. An toàn và phòng chống cháy nổ
7.2. Vận hành và bảo dưỡng hệ thống thiết bị chính trong dây chuyền
7.3. Công nghệ chế biến nhựa thông
7.4. Kỹ thuật kiểm tra và đánh giá chất lượng nguyên liệu và sản phẩm
Nội dung 8
: Tiến hành chạy thử nghiệm trong điều kiện sản xuất
8.1. Khảo nghiệm quy trình công nghệ chế biến nhựa thông với nguyên liệu
thông nhựa Miền Trung.
8.2. Phân tích mẫu nguyên liệu đưa vào chế biến

8.3. Phân tích các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm colophan
8.4. Phân tích các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm tinh dầu
8.5. Kiểm tra và đánh giá các chỉ tiêu về kinh tế - kỹ thuật
 Các sản phẩm khoa họ
c và công nghệ khác
- Bài báo công bố
- Sản phẩm sỡ hữu trí tuệ
- Tham gia hội chợ triển lãm Techmart Asean +3
- Đào tạo tập huấn kỹ thuật
- Hội thảo khoa học
- Hợp đồng CGCN

6
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG NGHỆ
XUẤT XỨ CỦA DỰ ÁN

1.1. CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN NHỰA THÔNG
Từ xa xưa, con người đã biết cách lấy nhựa của cây thông để chiết lấy dầu
thông, colophan và hắc ín. Trong kinh thánh đã nhiều lần nhắc đến những
thủy thủ trên con tàu Nê-ô huyền thoại biết lấy hắc ín từ nhựa cây thông để
trám gỗ vỏ tàu biển. Sự gia tăng các trạm bán hắc ín và các sản phầm từ cây
thông cho những người đi biển ở châu Âu và Địa Trung Hải đã tạo nên m
ột
ngành công nghiệp mới.
Vào đầu thế kỷ 20 ở Mỹ đã có một số công ty như Yaryan Naval Stores
bắt đầu chiết dầu thông và colophan từ gốc cây thông đã bị đốn bỏ. Cuối
những năm 40, ở Mỹ và châu Âu người ta đã lấy chất thải từ quá trình nấu bột
gỗ thông đem cô đặc và axit hóa để sản xuất dầu thông thô. Dầu thông thường
được cất phân đoạn

để sản xuất axit béo, colophan và hắc ín, Axit béo được
dùng để sản xuất chất tẩy rửa, sơn vv hay được chuyển hóa thành các dẫn
xuất. Colophan thường được biến tính hóa học tạo ra este hay những chất
khác để sản xuất các chất kết dính và mực. Các chất hyđro cacbon terpen dễ
bay hơi thoát ra trong quá trình sản xuất bột gỗ đều được thu hồi lại để sản
xuất terpin sulfat thô. Sau đó nó lại đươc cất phân
đoạn để tạo ra những hóa
chất dùng cho sản xuất các chất thơm và các chất kết dính.
Việc khai thác dầu thông và colophan tốn rất nhiều nhân lực. Phương pháp
khai thác thay đổi rất ít so với thời kỳ tiểu công nghiệp. Người công nhân khai
thác nhựa thông thường cạo khía vỏ cây, nhựa sẽ rỉ ra và chảy vào bát chứa.
Một nhà khoa học thuộc trường Đại học Tổng hợp Florida đã cải tiến phương
pháp lấy nhựa bằng cách khoan các lỗ nhỏ vào gốc cây rồi để nhựa chảy vào
túi đựng. Ông cho rằng phương pháp này sẽ thu được nhựa sạch, không cần

7
phải rửa và lọc nhựa như các phương pháp thu gom thông thường hiện nay.
Hơn nữa cây không bị xước và sẽ trở thành nguồn gỗ có giá trị.
Hercule là công ty duy nhất ở Mỹ hiện nay vẫn chiết dầu thông và colophan
từ gốc cây thông đã bị đốn bỏ. Hàng năm, công ty sản xuất được khoảng
30.000 tấn colophan với nguồn nguyên liệu nhựa thông trắng có độ tinh khiết
cao tại vùng Đông Nam nước Mỹ, tuy v
ậy về chất lượng so với nguồn nguyên
liệu nhựa thông của Trung Quốc vẫn còn thấp hơn, hiên tại chất lượng nguyên
liệu nhựa thông Trung Quốc vẫn được đánh giá là tốt nhất thế giới.

Hình 1.1. Nguyên liệu nhựa thông sau khai thác
1.1.1. Đặc điểm của nhựa thông
Khi nhựa mới chảy ra khỏi ống dẫn nhựa tỷ lệ dầu thông trong nhựa có thể
đạt 36%, sau khi tiếp xúc với không khí dầu thông bay hơi nhựa đặc dần.

Nhựa từ nơi khai thác đưa vào nhà máy thường có lẫn nhiều tạp chất, thành
phần chủ yếu: Colophan 74 - 77%, dầu thông 18 - 21% nước 2 - 4% tạp chất
khoảng 0,5%.
Nếu nhựa
để lâu sẽ bị oxy hóa chuyển thành màu vàng, nhựa đặc lại, sản
phẩm dầu thông và colophan chế biến từ loại nhựa này sẽ có chất lương thấp.
Nhựa thông chủ yếu do thành phần của các axit nhựa và terpenne lỏng tạo
thành. Kết quả phân tích cho thấy trong nhựa có 18% dầu thông, 9% chất
trung tính, 73% axit còn lại là tạp chất và nước. Các chất mang tính axit trong
nhựa có 90% axit nhựa, 9-10% axit béo.

8
1.1.2. Thành phần và tính chất của dầu thông
Dầu thông có công thức chung là C
5
H
8
cấu tạo dạng mạch thẳng hoặc mạch
vòng. Thành phần của nhựa thông phụ thuộc vào loài thông, chất lượng nhựa,
phương pháp khai thác và chế biến nhựa. Thành phần chủ yếu của nhựa thông
gồm các tecpen (hình 1.2):

Hình 1.2. Thành phần và cấu trúc của dầu thông
Dầu thông là một chất lỏng không màu trong suốt và có mùi thơm đặc
trưng. Dầu thông không hòa tan trong nước nhưng có thể hòa tan trong một số
dung môi hữu cơ: cồn, benzen, xăng… Bản thân dầu thông là chất trung tính
khi bị oxy hóa thành axit tự do. Màu của dầu thông không chịu ảnh hưởng của
axit và nước nếu không tiếp xúc trực tiếp với không khí thì khó biến màu.
Tính chất hóa học của dầu thông phụ thuộc vào các loạ
i phản ứng mà

terpenne có thể tạo ra. Sự tồn tại của các mạch nối đôi và mạch vòng có thể
tiến hành các loại phản ứng đồng phân hóa, nhiệt phân, oxy hóa, este hóa,
hydro hóa, polyme hóa…
1.1.3. Thành phần và tính chất của colophan
Colophan là hỗn hợp phức tạp, nguyên liệu nhựa thông có nguồn gốc khác
nhau thì thành phần hỗn hợp colophan cũng khác nhau. Thành phần chủ yếu

9
trong colophan là các axit nhựa ngoài ra còn có một lượng nhỏ axit béo và các
chất không phải axit, tỷ lệ của chúng thay đôi theo chủng loại colophan.
Colophan là một chất rắn là hỗn hợp của nhiều axit nhựa đồng phân có
công thức chung là C
20
H
30
O
2
(hình 1.3):

Hình 1.3. Thành phần và cấu trúc của colophan
Cấu trúc của các axit nhựa khác nhau thì tính chất hóa học của chúng cũng
khác nhau. Do phản ứng của các nối đôi và gốc axit làm cho colophan rất dễ
thay đổi cấu trúc, nhạy cảm với tác dụng oxy hóa của không khí, có khả năng
tham gia phản ứng cộng hợp hydro hóa, polyme… Rất nhiều các sản phẩm
biến tính và dẫn xuất của colophan được điều chế thông qua các phản ứng hóa
học.
Colophan có khả năng kết tinh, nhiệt độ nóng chảy của colophan kết tinh
tương đối cao và rất dễ bị oxy hóa trong không khí đặc biệt là ở nhiệt độ cao
hoặc ở dạng bột. Các chỉ tiêu về màu sắc, nhiệt độ chảy mềm, độ chiết quang,

10
quay cực, xu thế kết tinh, độ nhớt… là những chỉ tiêu đánh giá chất lượng chủ
yếu của colophan.
1.1.4. Quy trình công nghệ chế biến nhựa thông
Quy trình công nghệ chế biến nhựa thông nói chung đều tuân theo những
công đoạn chính như hoá lỏng, xử lý làm sạch nguyên liệu và chưng cất tách
dầu và colophan (hình 1.4):
















Hình 1.4. Quy trình chung về công nghệ chế biến nhựa thông
- Chất lượng sản phẩm tinh dầu thông và colophan phụ thuộc vào chất
lượng của nguồn nguyên liệu và tính tiến tiến của công nghệ chế biến, trong
đó 3 công đoạn của quá trình chế biến có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng
sản phẩm là hoá lỏng, làm sạch và tách tạp chất, chưng cất.
- Tính tiên tiến của công nghệ chế biến, thông qua quá trình và hệ thống
thi

ết bị đảm bảo tính ổn định về chất lượng sản phẩm, tỷ lệ thu hồi sản phẩm
cao, chi phí sản xuất thấp, an toàn và hạn chế tác động có hại đến môi trường
và sức khoẻ con người.
Nguyên liệu nhựa thông
Hoá lỏng
Làm sạch tách tạp chất
và nước
Chưng cất
Colophan
Tinh dầu thông

11
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN NHỰA THÔNG
1.2.1. Tình hình thế giới
Sau đây chúng tôi lựa chọn tham khảo ba công nghệ tiên tiến của Mỹ, Bồ
Đào Nha và Trung Quốc là những nước có công nghiệp chế biến nhựa thông
phát triển [18].
1.2.1.1. Công nghệ sản xuất colophan và tinh dầu thông của Mỹ (hình 1.5)
- Nguyên liệu nhựa thông lưu từ bể chứa (1) được nạp gián đoạn vào thùng
kín (2), từ đó sử dụng năng lượng hơi khí nén đẩy nguyên liệ
u vào thiết bị hoá
lỏng (3).

Hình 1.5. Sơ đồ công nghệ dây chuyền chế biến nhựa thông (Mỹ)
Tại thiết bị hoá lỏng gia nhiệt bằng hơi bảo hoà làm nóng chảy hạt nhựa để
phá vỡ liên kết với tạp chất và dăm bã có lẫn trong nguyên liệu. Tạp chất thô
được tách gián đoạn theo chu kỳ sản xuất trên lớp sàn lưới thô đặt ở chóp đáy
thiết bị (3). Qúa trình hoá lỏng được thực hiện gián đoạn theo từng mẻ, công
đoạn này được bổ sung chất trợ lắng là đất tảo silic 0,5 - 0,6 kg/tấn nhựa hoặc
1

2
3
4
5 5
nước thải và
tạp chất
dầu
thông
6
9
7
8
nước giải
nhiệt
colophan

10
11 12

12
axit oxalic 0,6-1,2kg/tấn nhựa. Dịch nhựa lỏng được cấp tiếp sang thiết bị rửa,
lắng (5) sau khi đi qua thiết bị lọc (4).
- Thiết bị rửa, lắng (5): thực hiện 2 nhiệm vụ vừa rửa và lắng trong cung một
thiết bị, hệ thống thiết kế 2 bộ song song làm việc độc lập. Sau quá trình rửa
là lắng phân ly để xả nước và tạp chất qua (11), phần lớp giữa có l
ẫn nhựa
bẩn thải được phân ly qua (12) dẫn về bể chứa nhựa để tái chế tiếp. Dịch nhựa
sau lắng đạt độ sạch được định lượng và lưu chờ trước khi chưng cất cho mẻ
sau tại (6).
- Công đoạn chế biến chính: thiết bị chưng cất (7) làm việc gián đoạn, nguồn

nhiệt cấp cho quá trình chưng cất là hơi bảo hoà với áp su
ất 8,8-10,5at. Hỗn
hợp hơi dầu và nước được đi qua thiết bị ngưng tụ (9) giải nhiệt bằng nước để
hoá lỏng và dẫn về thiết bị phân ly lỏng - lỏng (10), từ đây tinh dầu thông
được đưa về tank chứa. Phần đáy không bay hơi còn lại sau quá trình chưng
cất là sản phẩm colophan.
1.2.1.2. Công nghệ sản xuất colophan và tinh dầu thông của Bồ Đào Nha:
(hình 1.6)

Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ dây chuyền chế biến nhựa thông (Bồ Đào Nha)

13
Điểm khác biệt giữa công nghệ Bồ Đào Nha so với công nghệ Mỹ:
- Nguyên liệu được chứa từ bể có độ cao vị trí đặt thiết bị hoá lỏng để nạp
liệu bằng chảy tự do.
- Không sử dụng thiết bị trung gian (2) theo (hình 1.5), nguyên liệu được
nạp trực tiếp vào thiết bị hoá lỏng. Tại thiết bị hoá lỏng có khuấy trộn để tăng
cườ
ng quá trình tan chảy đồng đều và phân tách tạp chất thô. Thiết bị hoá
lỏng làm việc gián đoạn theo mẻ, dịch nhựa sau khi hoá lỏng được chuyển về
một thiết bị lắng sơ bộ để thải lọc tạp chất thô (Screening vessel). Vận chuyển
dịch nhựa bằng bơm. Công đoạn rửa, lắng được thực hiện tại thiết bị
(Decanter).
1.2.1.3. Công nghệ
sản xuất colophan và tinh dầu thông của Trung Quốc
(hình 1.7)
- Nguyên liệu chuẩn bị lưu từ bể chứa (1), nạp liệu cho thiết bị hoá lỏng (2)
nhờ động lực thế năng (bể đặt cao trên thiết bị hoá lỏng). Tại thiết bị hoá lỏng
sử dụng nguyên lý chung gia nhiệt và phối chế các phụ gia theo định lượng
lưu tại các tank (9). Tạp chất tách ra từ công đoạn hoá lỏng

được xả gián
đoạn dưới cửa đáy.
- Điểm khác biệt so với công nghệ Mỹ và Bồ đào nha, thiết bị rửa (3) được
bố trí có độ cao trên các thiết bị lắng (4) và được xả gián đoạn qua 3 tank lắng
làm việc theo nguyên lý nối tiếp và hướng vận chuyển dịch từ tank đầu đến
Tank cuối theo nguyên tắc chảy tràn. Tạp chất lắng tự nhiên được tháo xả
đị
nh kỳ dưới đáy các thiết bị lắng, dịch nhựa sạch được lấy ra tại thiết bị lắng
thứ 3 để cấp cho thiết bị chưng cất (6) sau khi đi qua bộ lọc (5). Quá trình
chưng cất gián đoạn theo mẻ. Thiết bị ngưng tụ (7) và phân ly dầu không có
đổi mới so với hai công nghệ trên. Các thiết bị phụ trợ khác gồm nồi hơi cấp
nhiệt (10) và các tank lư
u chứa dầu (8).

14

Hình1.7. Sơ đồ công nghệ dây chuyền chế biến nhựa thông (Trung Quốc)
Một số đánh giá nhận xét từ 3 dây chuyền công nghệ chế biến nhựa thông
đã nêu trên:
- Hệ thống chế biến kín từ công đoạn sau hoá lỏng đến công đoạn cuối ra
sản phẩm nên giảm được tổn thất bay hơi dầu, giảm nguy cơ hoả hoạn, hạn
chế ô nhiễm môi trường
- Công đoạn lắng thường thiết kế từ 2 - 4 bộ tank lắng lắp song song hoặc
nối tiếp có ưu điểm kéo dài thời gian lắng, tăng năng suất của dây chuyền và
ổn định độ sạch của dịch nhựa trước khi cấp vào chế biến.
- Công đoạn chế biến chính là chưng cất và ngưng tụ hoá lỏng tách dầu thì
cả 3 dây chuyền công nghệ mới chỉ
mô tả nguyên lý chung, những giải pháp
công nghệ và các thông số của quá trình trong công đoạn này là rất quan trọng
quyết định đến chất lượng sản phẩm. Đây cũng là vấn đề mà những nghiên

cứu hoàn thiện công nghệ chế biến nhựa thông trong nước cần phải quan tâm.


2
3 1
4
5
6
7
8
9
10