công nghệ sản xuất bột giấy và giấy

Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai
2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT GIẤY VÀ GIẤY
2.1.1 NGUYÊN LIỆU
Sợi cellulose là nguyên liệu thô chính cho công nghệ sản xuất giấy và bột giấy. Các tế bào
thực vật, đặc biệt là tế bào gỗ, chứa rất nhiều sợi cellulose. Trong công nghiệp sản xuất giấy và
bột giấy, sợi cellulose chủ yếu được cung cấp từ các nguồn sau :
• Các loại gỗ : Bạch đàn, bồ đề, mỡ, keo,…
• Các thực vật ngoài gỗ : Tre nứa, bã mía, rơm rạ,…
• Các vật liệu tái sinh : Vải vụn, giấy vụn, giấy đã sử dụng,…
Trong đó, gỗ là nguồn cung cấp sợi quan trọng nhất. Thành phần hóa học cơ bản của gỗ
bao gồm:
 Cellulose
Cellulose là một carbohydrate, thành phần phân tử bao gồm các nguyên tố carbon,
hydrogen và oxygen. Phân tử cellulose do nhiều phân tử đường glucose tạo thành nên còn được
gọi là polysaccharide.
Công thức hóa học của cellulose là (C
6
H
10
O
5
)
n
, trong đó n thay đổi tùy theo loại gỗ. Thông
thường các sợi cellulose dùng trong sản xuất giấy có giá trò n nằm trong khoảng 600 – 1500.
Cellulose rất dễ thủy phân thành đường glucose (C
6
H
10
O

5
) trong môi trường axit. Tính chất
của các vật liệu bằng cellulose phụ thuộc nhiều vào khối lượng phân tử của nó. Khối lượng phân
tử càng thấp thì độ bền của sợi cellulose càng giảm.
 Hemicellulose
Các chuỗi cellulose dạng dài được gọi là alpha cellulose. Các chuỗi cellulose ngắn hơn
thường được gọi chung là hemicellulose. Thông thường, người ta chia hemicellulose thành 02 loại :
 Beta cellulose (giá trò n nằm trong khoảng 15 – 90).
 Gamma cellulose (giá trò n nhỏ hơn 15).
Trái với cellulose – là polymer của một đường đơn duy nhất (glucose), hemicellulose là
các polymer của 05 loại đường khác nhau :
 Hexose : Glucose, mannose, galactose
 Pentose : Xylose, arabinose
Một số hemicellulose liên kết với các cellulose, số còn lại chủ yếu là liên kết với lignin.
Trong quá trình sản xuất bột giấy từ gỗ bằng phương pháp hóa học, số lượng, vò trí và cấu
trúc của hemicellulose thường thay đổi đáng kể. Thông thường, hemicellulose dễ bò phân hủy và
hòa tan hơn cellulose nên hàm lượng của chúng trong bột giấy luôn thấp hơn trong gỗ.
 Lignin
SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 3
Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai
Thuật ngữ holocellulose dùng để chỉ tổng lượng carbohydrate có trong sợi gỗ (cellulose
và hemicellulose). Ngoài holocellulose, trong gỗ còn chứa một chất cao phân tử, không có hình
dạng xác đònh gọi là lignin. Lignin đóng vai trò là cầu nối các sợi với nhau.
Về cấu tạo hóa học, lignin là một polymer thơm bao gồm các đơn vò phenyl propane liên
kết với nhau trong không gian 03 chiều.
 Extractive
Ngoài holocellulose và lignin, trong các sợi gỗ còn có chứa một số chất khác như acid béo,
nhựa cây, phenol, rượu, protein,…Hầu hết các chất này tan trong nước và được gọi chung là
extractive.

Sau đây là sơ đồ tóm tắt thành phần hóa học cơ bản của gỗ :


Hình 2.1 : Sơ đồ tóm tắt thành phần hóa học của gỗ
2.1.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT GIẤY VÀ GIẤY
2.1.2.1 Công nghệ sản xuất bột giấy
a. Nghiền bột từ sợi tái chế
Trong nhiều năm qua, việc sử dụng sợi tái chế để sản xuất bột giấy và xeo giấy đã trở nên
phổ biến. Việc sử dụng loại vật liệu này trong thời gian gần đây đã tăng lên đáng kể. Các phát
SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 4
GỖ
GỖ
LIGNIN
LIGNIN
EXTRACTIVE
EXTRACTIVE
CARBOHYDRATE
CARBOHYDRATE
CELLULOSE
CELLULOSE
HEMICELLULOSE
HEMICELLULOSE
21 – 25% 2 – 8%
45%
25 – 35 %
Glucose
Mannose
Galactose
Xylose
Arabinose

Glucose
Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai
triển công nghệ hiện đại tập trung chủ yếu vào việc nâng cấp chất lượng bột giấy từ các vật liệu
tái chế và chính do thành công trong lónh vực này đã dẫn đến việc sử dụng rất rộng rãi loại bột
giấy từ sợi tái chế.
Bột giấy để sản xuất các vật liệu làm hộp và giấy gói có thể làm từ bất kì loại sợi thứ cấp
nào mà không cần phân loại nhiều. Giấy thải được thu gom rời và đôi khi được bó thành kiện để
dễ dàng vận chuyển. Giấy thải được lưu kho, thành đống. Máy nghiền bột cơ học được sử dụng để
nghiền giấy, trộn nước và chuyển hóa thành một hỗn hợp đồng nhất, có thể bơm như nước. Các
chất nhiễm bẩn nặng như cát, sỏi,… được thải bỏ khi chảy lơ lửng trong hệ thống máng. Tại đây
các chất nặng sẽ lắng xuống và lấy ra khỏi hệ thống theo đònh kì. Sợi được phân loại riêng dưới
dạng huyền phù nhẹ, sau đó được chảy qua một loạt các sàng lọc có lớp tấm đục lỗ. Ở đây các
chất nhiễm bẩn nhẹ hơn, nhưng lớn hơn sợi sẽ bò loại ra. Trong một số qui trình công nghệ cần
phải có sản phẩm thật sạch, thì phải có một loạt các cyclon làm sạch đặt sau các sàng lọc. Ở công
đoạn này, người ta phải sử dụng một máy lọc tinh cơ học hoặc khử mảnh vụn nhằm đảm bảo sao
cho các sợi tách rời nhau và có thể tạo ra đủ độ bền liên kết giữa các sợi trong giấy. Cách sản xuất
này rất phù hợp trong việc sản xuất các loại bao gói.
b.Nghiền bột cơ học
Trong nghiền bột cơ học, các sợi chủ yếu bò tách rời nhau do lực cơ học trong máy nghiền
hoặc trong thiết bò tinh chế. Qui trình công nghệ nguyên thủy là gia công gỗ tròn bằng đá – gỗ
được ép bằng đá nghiền quay tròn. Công nghệ này làm ra loại bột giấy có độ dai tương đối thấp.
Ở các máy tinh chế TMP (Thermal Mechanical Pulping) và các máy nghiền áp lực cách xử
lý cơ học được tiến hành ở áp lực và nhiệt độ cao, do vậy bột giấy có các thuộc tính độ dai tốt hơn
bột giấy cơ học truyền thống. Thực hiện qui trình công nghệ này ở các máy tinh chế có độ linh
hoạt cao hơn trong việc lựa chọn nguyên liệu, vì sau đó có thể tận dụng vụn gỗ, cũng như các
nguyên liệu sợi ngoài gỗ.
Trong nghiền bột CTMP (Chemical Thermal Mechanical Pulping) chất làm nguyên liệu sợi
được ngâm tẩm với các hóa chất trước khi tinh chế. Và do vậy có thể làm tăng độ dai và độ sáng
của bột giấy.

Có thể tẩy các loại bột giấy cơ học bằng máy tinh chế hoặc bằng hệ thống tẩy riêng,
hydrogen dioxide là hóa chất được sử dụng phổ biến nhất. Trước công đoạn tẩy, bột giấy được xử
lý để loại bỏ các kim loại nặng, chúng là xúc tác cho các phản ứng phân hủy tác nhân tẩy.
c. Nghiền bột hóa học và bán hóa học
Trong nghiền bột hóa học và bán hóa học, nguyên liệu sợi được xử lý với hóa chất ở nhiệt
độ và áp lực cao (nấu). Mục đích của quá trình xử lý này là nhằm hòa tan hoặc làm mềm thành
phần chính của chất lignin liên kết các sợi trong nguyên liệu với nhau, đồng thời lại gây ra sự phá
SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 5
Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai
hủy càng ít càng tốt đối với thành phần cellulose (tăng độ dai của sợi). Cách xử lý này được tiến
hành trong nồi áp suất (nồi nấu), có thể vận hành theo chế độ liên tục hoặc theo từng mẻ.
Có hai loại công nghệ nghiền bột hóa học chính : các quy trình kiềm hóa (quy trình
sulphate, quy trình xút) và quy trình sulphite
• Trong quy trình sulphate, dòch nấu có độ kiềm cao và các thành phần hoạt tính là các
ion hydroxyl, sulphite và hydrogen sulphite. Các thành phần hoạt tính quá trình nghiền
bột giấy bằng xút là hydroxyl và carbonate. Nghiền bột giấy sulphate tạo ra loại bột
giấy dai nhất trong khi nghiền bột giấy xút thích hợp hơn với các nguyên liệu chứa
lignin thấp như các loại cây một năm, tre nứa,…
• Các chất hoạt tính trong quy trình sulphite là sulphur dioxide tự do, sulphite hoặc ion
hydrogen sulphite. Bột giấy sulphite có độ sáng không tẩy cao nhất nên thường chỉ cần
ít hóa chất để tẩy hơn so với bột giấy sulphate và bột giấy xút.
2.1.2.2 Tẩy bột
Mục đích của tẩy bột giấy hóa học là làm sáng màu lignin tồn dư trong bột giấy sau khi
nấu. Để khử được lignin người ta dùng chlorine, hypochlorite, chlorine dioxide, oxygen hoặc
ozone và đặc biệt là peroxide. Một cách truyền thống, có thể nói rằng quy trình tẩy trắng bao gồm
03 giai đoạn chính :
• Giai đoạn clo hóa, oxy hóa trong môi trường axit để phân hủy phần lớn lignin còn sót
lại trong bột.
• Giai đoạn thủy phân kiềm sản phẩm lignin hòa tan trong kiềm nóng được tách ra

khỏi bột
• Giai đoạn tẩy oxy hóa để thay đổi cấu trúc các nhóm mang màu còn sót lại
2.1.2.3 Nghiền bột, phối chế và xeo giấy
Bột giấy được nghiền để có độ thủy hóa và chuỗi hóa đạt yêu cầu, được cho thêm chất độn
và phụ gia (chất phủ trám,…) rồi đưa lên máy xeo để đònh hình tờ giấy. Cuối cùng là ép vắt nước,
sấy khô và cắt cuộn.
Nước thải ra dưới dàn lưới xeo gọi là nước trắng, chứa nhiều hạt mòn. Nước thải công đoạn
này đôi khi có thể chiếm tới 90% lưu lượng tổng cộng của nhà máy nhưng tương đối sạch nồng độ
chất nhiễm bẩn không cao, BOD trung bình, độ màu thấp, pH gần trung tính, không chứa lignin,
hàm lượng chất rắn lơ lửng cao, chủ yếu là do bột giấy và chất độn thất thoát. Lượng chất rắn này
có thể dễ dàng thu hồi bằng các phương pháp lắng.
SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 6
Cây
Bóc vỏ ướt
Bóc vỏ ướt
Gỗ
Tạo bột bằng phương
pháp cơ học
Tạo bột bằng phương
pháp cơ học
Hoặc
Tạo bột bằng phương
pháp hóa học
Tạo bột bằng phương
pháp hóa học
Bột giấy
Tẩy trắng
Tẩy trắng
Bột đã được tẩy trắng
Tạo hình giấy

Tạo hình giấy
Giấy thành phẩm
Giấy thành phẩm
Nước thải bóc
Nước thải bột giấy cơ học
Dòch đen
Nước thải rửa bột ,xeo
Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai
Hình 2.2 : Các dòng nước thải chính của nhà máy sản xuất bột giấy và giấy
SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 7