Sản xuất bột giấy bằng phương pháp nấu sunfate

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY TISSUE

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP NẤU SUNFAT THU BỘT GIẤY


NỘI DUNG CHÍNH

01

TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH NẤU BỘT GỖ
TRONG DCSX BỘT GIẤY

02

03

PHƯƠNG PHÁP NẤU BỘT SUNFAT

KẾT LUẬN

2


01

TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH NẤU BỘT GỖ TRONG DCSX BỘT
GIẤY

3

Benjamin Tighman đưa ra phương pháp sản xuất bột giấy bằng
hóa học, nấu bột gỗ vụn thành bột giấy bằng Na2SO3.

Nấu bột từ nguyên liệu thân thảo bằng
NaOH.

Dalh sử dụng Na2SO4 trong chu trình thu hồi hóa

1886

chất.

1853-

1879

1854
Watt Bardgess nấu với dd

Phương pháp nấu sunphat.

Na2CO3.

1851

1840

1879

LỊCH SỬ

1880

Carl F. Dahl phát minh ra phương pháp nấu

Người ta đã nghiền được gỗ thành bột giấy
bằng các máy nghiền cơ học.

4

giấy bằng Na2SO3 và NaOH.


Tính chất của bột giấy

Hàm lượng lignin còn lại: là đặc trưng của bột hóa chưa tẩy trắng, xác định
bằng các phương pháp trực tiếp hoặc gián tiếp.

01

05

chuẩn hóa.

Độ trắng: là thuộc tính đặc trưng của bột giấy trắng, phụ thuộc vào phương pháp

Hàm lượng pentozan: phụ thuộc vào quy trình nấu. trong bột sunfit chứa 4-7%,
bột sunfat gỗ mềm chứa 10-11% pentozan.

02

06

03

07

Hàm lượng nhựa: là khái niệm chỉ các tạp chất của giấy các tạp chất có thể trích ly
bằng các dung môi hữu cơ như etanol, ete etylic, benzene, …

Độ tro: là hàm lượng các chất vô cơ của bột giấy, có nguồn gốc từ nguyên liệu ban
đầu và từ dung dịch của các tác nhân sử dụng trong quá trình sản xuất.

Độ bụi: là số lượng vết bẩn trên 1 m^2. Được xeo theo phương pháp tiêu

sản xuất bột và có thể điều chỉnh bằng cách tẩy trắng.

Độ nhớt: là một thuộc tính quan trọng của bột giấy, phản ánh chiều dài của
đại phân tử xenlulozo và hemixenlulozo.

Các tính chất độ bền cơ học: phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ bền, chiều

04

08

dài xơ sợi, độ mềm dẻo và tính đàn hồi của xơ sợi, …
5

Các chỉ tiêu chất lượng của bột giấy được xác định bằng các phương pháp tiêu
chuẩn hóa, như các tiêu chuẩn quốc tế: TAPPI, ISO, SCAN, ASTM, TCVN, …

6


01

02

Nguyên liệu gỗ

Nguyên liệu phi gỗ

Có hai loại là gỗ cây lá kim thuộc loại gỗ mềm

Bao gồm:

(soflwood) và gỗ cây lá rộng thuộc loại gỗ cứng

-

Luồng

(hardwood). Nước ta chủ yếu có các loại cây sau:

-

Tre, nứa

Keo tai tượng, Keo lá tram, Keo lai, Bạch đàn, Bồ

-

Lồ ô

đề, Gỗ lá kim: thông, tùng, tần bì, …

-

Cây đay

-

Rơm rạ

-

Bã mía

7


CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU

01

Cắt khúc, phân loại gỗ.

02

Rửa gỗ.

03

Bóc vỏ chặt mảnh.

04

05

Sàng chọn và kiểm soát chất lượng dăm mảnh.

Rửa mảnh và làm đều âm.
8


Bột cơ học (mechanical pulp)

Hai phương pháp cơ bản để sản xuất bột cơ là phương
pháp mài và nghiền. Bột cơ học là bột gỗ hiệu suất cao
(85-98%) (chủ yếu là nghiền bằng máy nghiền đĩa).

Tuy nhiên, cả 2 phương pháp đều có 1 số giai đoạn cơ
bản tương tự nhau như sau:

9


Bột hóa học (chemical pulp)

Nguyên liệu được xử lý bằng các tác nhân hóa học (nấu bột) để thu
bột hóa.

10


dùng tác nhân là dung dịch H2SO3 và các muối của nó để tách loại
lignin thu bột xenluloza

Nấu sunfit

được sử dụng với gỗ lá kim (SW).

Bột hóa học

có nấu xút (NaOH) và nấu sunfat (NaOH + Na2S) để tách loại lignin thu
bột xenluloza

Nấu kiềm

được sử dụng với gỗ lá rộng (HW).
11


Bột hóa thu được với hiệu suất khoảng 50% so với nguyên liệu ban đầu.
Chiều dài xơ sợi: bột sunfit > bột sunfat > bột cơ.

12

Bột giấy bán hóa học (semi-chemical pulp):
Bột giấy được sản xuất bằng cách loại khỏi nguyên liệu một phần các thành phần không phải là xenluylô bằng quá trình xử lý hóa học, ví
dụ như quá trình nấu nguyên liệu với các loại hóa chất khác nhau, giai đoạn tách xơ sợi tiếp theo cần phải có quá trình xử lý cơ học.

13


02
PHƯƠNG PHÁP NẤU BỘT SUNFAT

14


1. Khái quát về phương pháp nấu kiềm và nấu bột sunfat.

15


NẤU SUNFAT

Thành phần hoạt tính của dịch trắng nấu sulfat là NaOH và Na2S. Ngoài ra, do trong quá trình thu hồi hóa chất, phản ứng xút hóa và phản ứng khử sunfat
natri diễn ra không hoàn toàn, mà trong dịch trắng nấu sulfat còn có các muối cacbonat natri và sunfat natri, một lượng nhỏ các hợp chất lưu huỳnh của
natri, như thiosunfat, polysunfua, aluminat, silicat, … Sự có mặt của các hợp chất này liên quan đến các phản ứng diễn ra trong quá trình thu hồi hóa
chất.

Trong
dịch nấu xút, NaOH phân ly theo phương trình sau:
 
NaOH → +
trong đó thành phần hoạt tính là .

Sự phân ly của Na2S:
Na2S + H2O → NaOH + NaSH
và sự phân ly của NaSH:
16

NaSH → +


Diễn biến quá trình nấu sunfat
Các sản phẩm phân hủy nguyên liệu khuếch tán và hòa tan vào dung
Kiềm hoạt tính hấp phụ lên bề mặt chịu phản ứng của dăm mảnh

dịch, còn lại là xơ sợi, có thành phần chủ yếu là xenlulozo,

nguyên liệu, các tác nhân của dịch nấu thâm nhập qua vách tế

hemixenlulozo, chứa các tạp chất là lignin, các chất trích ly và các chất

bào, làm trương nở mô thực vật.

vô cơ chưa bị hòa tan.

1

2

3

4

5

Trong dung dịch tiếp tục diễn ra các biến đổi hóa
Nguyên liệu được ngâm tẩm bằng dịch nấu,

Các phản ứng hóa học diễn ra ngay tức khắc, chủ yếu là lignin bị

học của các sản phẩm mới tạo thành và các quá

tức dịch nấu được thẩm thấu vào sâu trong tận

phân hủy mạnh, một phần hemixenlulozo và xenlulozo đồng thời

trình phụ được tiếp diễn, tới khi tạo thành các hợp

vách tế bào của nguyên liệu thực vật.

cũng bị phân hủy, các trích ly và các chất vô cơ bị hòa tan.

chất thấp phân tử, bền hóa học ở điều kiện nấu.
17


Kết thúc quá trình nấu ta thu được huyền phù bột xơ sợi lẫn trong dung dịch (dịch
đen), có nồng độ khoảng 20%. Để thu được bột phù hợp cho sản xuất giấy, cần
phải xử lý qua các công đoạn tiếp theo, như rửa bột, sàng chọn, làm sạch bột và
tẩy trắng.

18

Các dung dịch sử dụng cho quá trình nấu:

2

1

Nồng độ dịch nấu:

Dịch trắng:

Là yếu tố quan trọng quyết định đến hiệu quả

Là dung dịch ban đầu được nạp vào nồi nấu gồm có NaOH

của quá trình nấu.

1M và Na2S 0,2M. pH của dung dịch trắng này từ 13,5 - 14.

Để đạt được hiệu suất nấu cao theo một số công

Hàm lượng OH - và HS- là thông số cần phải kiểm tra suốt

nghệ tiên tiến nồng độ của NaOH là 1M của

quá trình qua chuẩn độ với acid HCl (Test ABC) để kiểm

Na2S là 0,5M,

soát chất lượng nấu bột.

pH = 13,5 ÷ 14.

4

3

Dịch đen :

Dịch xanh:

Dịch thoát ra từ thiết bị nấu cùng với dăm gỗ mềm,

Là dịch sinh ra từ thiết bị thu hồi khi đốt dịch đen, các

có màu sẫm và chứa nước, các thành phần phân rã

chất hữu cơ sẽ cháy hết còn những chất vô cơ nóng

của lignin, các sản phẩm hòa tan từ nguyên liệu

chảy gồm có Na2CO3, Na2S hòa tan trong nước.

dăm gỗ, các chất vô cơ, kim loại, hữu cơ như acid
và metanol…
Trong dịch này lưu hùynh bị oxy hóa thành SO42- và
S2O32-.

19

Mục đích của quá trình nấu bột theo phương pháp sunfat:

Mục đích chính của quá trình nấu bột là lấy đi một lượng đủ lớn lignin để cấu trúc sợi có thể tách ra và tạo huyền phù bột giấy trong nước.
Sau quá trình nấu sẽ thu được dung dịch có màu rất sẫm gọi là dung dịch đen. Việc đốt dung dịch đen sẽ cung cấp một nhiệt lượng rất lớn và
đồng thời còn cho phép thu hồi lượng kiềm tái sử dụng trong quy trình nấu bột giấy.

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.

20


Các thông số điều khiển quá trình nấu bột:

Nồng độ kiềm và sunfat: Nồng độ dịch nấu là yếu tố quan trọng quyết định đến hiệu quả của quá trình nấu. Khi thay đổi nồng độ dịch nấu tính chất

01

của bột cũng thay đổi. Hiệu suất của quá trình nấu khoảng 50%.

Nhiệt
độ và thời gian nấu: Với phương pháp sulfat nhiệt độ nấu được chọn là 165÷170. Người ta điều khiển tự động để có thể đạt nhiệt độ này sau
 
90 ÷120 phút, kế đó giữ nhiệt độ này khoảng 1÷1,5 giờ. Tổng thời gian nấu có thể 2h (làm giấy bìa) 2,5÷4h hoặc 4÷6h ( làm giấy chất lượng cao) tuỳ

02

03

thuộc vào chất lượng gỗ cũng như chất lượng bột giấy sau khi nấu.

Áp suất: Áp suất trong tháp được giữ khoảng 1,5÷2at vừa làm tăng khả năng thẩm thấu vừa tạo ra áp suất cho quá trình phóng bột.
21


Sự khác biệt với phương pháp khác:
Khác với nấu sunfit, khi nấu kiềm các phản ứng hóa học diễn ra mạnh hơn ngay khi nhiệt độ của quá trình còn tương đối thấp. Sự biến đổi và hòa tan các thành phần của
nguyên liệu được bắt đầu gần như ngay từ thời điểm nguyên liệu tiếp xúc với dịch nấu. Diễn biến quá trình nấu xút và nấu sunfat ở cùng một nồng độ và mức dùng kiềm hoạt
tính, chế độ nhiệt như nhau:

Tốc độ hòa tan của lignin cao
hơn nhiều trong trường hợp nấu
sunfat, tốc độ hòa tan của hydrat
cacbon gần như nhau.

Khi nấu sunfat, ngoài kiềm hoạt tính ra, sunfua natri cũng tham gia

Với hàm lượng lignin tương đương,

phản ứng và bị tiêu hao, các phản ứng diễn ra mạnh nhất ở giai đoạn

bột sunfat có hiệu suất cao hơn so với

đầu của quá trình nấu, giảm dần vào giai đoạn cuối. Tổng tiêu hao

nấu xút, do thời gian nấu ngắn hơn và

lưu huỳnh vào khoảng 1- 1,5% so với nguyên liệu. Phản ứng của lưu

vì vậy tác dụng của kiềm đối với

huỳnh với lignin nâng cao độ tan của lignin so với khi nấu xút.

hydratcacbon cũng được hạn chế.

22


CÔNG NGHỆ NẤU BỘT GIẤY BẰNG PHƯƠNG PHÁP SUNFAT GIÁN ĐOẠN

NHƯỢC ĐIỂM

ƯU ĐIỂM:

- Vận hành khá đảm bảo;
- Đơn giản hóa và linh hoạt khi điều khiển và kiểm soát quá trình;
- Tính chất của quá trình không thay đổi đột ngột trước các thay đổi về chất lượng

-

Năng suất thấp.
Hiệu quả kinh tế thấp (về phương diện sử dụng hơi).

nguyên liệu;
- Mức độ nấu chín bột chênh lệch nhau không nhiều giữa các mẻ nấu;
- Chi phí vận hành thấp.

23

24


Các thao tác cơ bản của quá trình nấu sunphat:

1.
2.
3.
4.
5.
6.

Kiểm tra nồi và toàn bộ hệ thống thiết bị nấu, chuẩn bị cho mẻ nấu tiếp theo;
Nạp nguyên liệu và dịch nấu vào nồi;
Tăng ôn (gia nhiệt tới nhiệt độ tối đa);
Xả khí giả;
Bảo ôn ở nhiệt độ tối đa;
Kết thúc nấu, xả khí (phóng đỉnh) để hạ áp và dỡ bột.

25