Bài thuyết trình: Sản xuất bột giấy bằng phương pháp nấu kiềm alkaline pulping

SẢN XUẤT BỘT GIẤY
BẰNG PHƯƠNG PHÁP NẤU KIỀM
ALKALINE PULPING


NẤU KIỀM
- Lý thuyết nấu kiềm
- Đặc tính chung của quá trình nấu kiềm


CÁC PHƯƠNG PHÁP NẤU
KIỀM
NẤU KIỀM:
Dịch nấu: dung dịch NaOH

NẤU XÚT

NẤU SUNPHAT

NẤU KIỀM BIẾN TÍNH

NaOH

NaOH+Na2S

NaOH + bổ sung
(Amin, N2H2; NaBH4;
CO(NH2)2; Anthraquinone;
Các phức chất, H2O2, …)

DỊCH NẤU
• Nấu xút:
NaOH ↔ Na+ + OH-

• Nấu sunphat:
Na2S + H2O ↔ NaOH + NaSH
NaSH ↔ Na+ + SHVề tính bazơ OH- > SH-, với phương diện là
các nucleophin SH- > OH-.


DỊCH NẤU

Ngoài ra, dịch nấu chứa:
- Na2CO3;
- Na2SiO3; NaAlO2; NaCl;
-(Dịch nấu sunphat): các muối sunphua
natri; Na2SO4; Na2SO3; Na2S2O3; Na2Sn
- CaCO3, các tạp chất khác.


Một số khái niệm và thuật ngữ
• Dịch nấu: dịch trắng, dịch đen, dịch xanh.
• Kiềm hoạt tính:

- Nấu xút: NaOH;
- Nấu sunphat: NaOH+Na2S;
• Kiềm chuẩn:

- Nấu xút: (NaOH+Na2CO3);
- Nấu sunphat: (NaOH+Na2S+Na2CO3)

• Tổng kiềm: toàn bộ muối natri chứ trong dịch nấu


Một số khái niệm và thuật ngữ

• Kiềm hiệu dụng (nấu sunphat!):
=NaOH+1/2Na2S;
• Đơn vị tính (kiềm hoạt tính, kiềm chuẩn, tổng
kiềm): Đơn vị NaOH hoặc Na2O quy đổi.
(Đv NaOH=đv Na2O. 1,290; đv Na2O= đv NaOH.
0,775)


Một số khái niệm và thuật ngữ
• Độ hoạt tính của dịch nấu (0,85-0,90)
= Kiềm hoạt tính/Tổng kiềm
NaOH
• Độ xút hóa = NaOH + Na2CO3

• Độ sunphua =

,(82-88%);

Na2S
NaOH + Na2S
,(15-35%);

• Mức thu hồi (mức khử)=

Na2S

Na2S + Na2SO4

,(>90%)


Sự thay đổi tính chất của dịch nấu

•

Nồng độ kiềm hoạt tính trong dịch trắng: 90120 kg/m3; (đv Na2O)

• Sau khi nạp dịch: 30-40 kg/m3 (1-2 mol/lít;
pH=13-14);
• Kết thúc nấu: 3-5 kg/m3 (pH≈12).


Sử dụng dịch nấu trong nấu kiềm


Toàn cảnh diễn biến của quá trình nấu
5 quá trình lần lượt liên tục:
•

Nguyên liệu được tẩm bằng dịch nấu;

•

Kiềm hoạt tính hấp phụ trên bề mặt chịu
phản ứng của mảnh nguyên liệu;

Toàn cảnh diễn biến của quá trình nấu
5 quá trình lần lượt liên tục:
•

Các phản ứng hóa học giữa các tác nhân
trong dịch nấu và các thành phần của
nguyên liệu thực vật (chủ yếu là lignin);

•

Các sản phẩm thủy phân khuếch tán và
hòa tan vào dung dịch;

•

Trong dung dịch các biến đổi hóa học và
các quá trình phụ


Các yếu tố ảnh hưởng đến nấu kiềm
Mức dùng
kiềm
Nồng độ
kiềm

Nguyên liệu

NẤU
Tẩm

nguyên liệu

Độ sunphua

Thời gian
nấu

Nhiệt độ
nấu


Các phản ứng hóa học diễn ra
trong quá trình nấu kiềm

•Phản ứng của lignin;
•Phản ứng của của cacbohydrat;
•Phản ứng của các chất trích ly.


Representation of Cell Wall
Components

Cellulose
Hemicelluloses
Lignin


Lignin for Chemists
H2COH
CH2

CH2

H2COH
CH
CH
OH
OCH3
6

16

H3CO
OH

OH C

H COH
HC
CH2OH

CH CH2OH
O

H3CO
OCH3

H3CO
5

7

HC

HC
HC
H2C

O

HC

4

OH

HOH2C

3

HC
O

O

CH

C O
CH
CH2OH

HC
HC

H3CO

O

C O
CH
CH2

OCH3

25

H2COH
HC
CH

O

OH

H2 COH
HC
HCOH

CH2OH
O

CH
HOCH
12

CH2OH
CH H3CO
CH

H2COH
O
HC
CHO

O

23
OCH3
O

17
O

9

O

HOCH
CH

H2COH

HC

H2COH

H3C O

OH

HC

CHO
CH
CH
22
OCH3
O

18
21

H3CO
HO

19

HC
O
CH
H2COH

CH2
HC
H COH

OCH3
O

11
20

H3CO

O

24

H3CO

OHC CH CH2OH
O
H3CO

H2 COH

1

14

27

H3CO

13

O

10

CH

CH
HC O

CH

O

H3CO

2

HCOH
HCOH
H2 C O

CH2
CH
CH

HC

8

CH
CH2OH

H3CO

O

O

OCH3

HOCH
H2C

O

O

OCH3

CH2OH

15

O

H2 COH

CH

CH
H C O Carbohydrate

CH2OH
28

HO

26
H3CO

CH3

CH3O

OCH3

OH
OH


Phản ứng của lignin

• Phản ứng phân hủy liên kết C-γ
С3

С3

СН2ОН

СН2ОН

НС

ОСН3

НС

О

СН2ОН

НС

ОСН3

НС

О

НС

ОСН3
О О-

НС

ОН

НС

ОСН3
-

ОО

НС

+ :ОН

+ НО -

ОСН3

С3

С3

- Н2О
-

ОО

ОСН3

ОСН3
О

- Н2О, НСНО

ОО
-

ОСН3


Phản ứng của lignin

• Phản ứng tạo thành các phenolat;
• Phản ứng phân hủy các liên kết α-O-4

C2
HC OAr

C2
HC OAr
+

OCH 3
OH

_

HO

C2
HC

C2
HC OH

-

H2 O

_
O-

O

OCH 3

+ :OH

-

ArO

OCH 3
O

-

OO

OCH 3

Phản ứng của lignin

• Phản ứng phân hủy các liên kết β-O-4 khi nấu sunphat

CH 2OH
HC OAr
CH

CH 2OH
HC OAr
HC SH
+ HS

R

OCH 3

_ HO-

-

R
-

OCH 3

CH 2OH
HC
S
HC

CH 2OH
HC OAr
HC S
_ ArOR
-

O

O

O

9

10

11

OCH 3

CH 2OH
СH
CH

CH 2OH
HC S
CH
_S

R
O

-

OCH 3

R

OCH 3
O

R
-

O

12

OCH 3


Phản ứng của lignin
• Phản ứng ngưng kết của lignin

C3
+

Н3СО

C3

C3
CH2O

C3

C3

_H O

O

O

О
[OR]

OCH3

CH2

И

2

+

Н3СО

O

CH2

O

О

О
[OR]

СН2ОН

OCH3

Н3СО

OCH3
OR

О

2

СН2ОН
2

НС R

НС

R

НС

ОСН3

ОСН3
OH

O
+

R

ОСН3

-

ОСН3

О

O

13

14

R

ОСН3
O-

2

R

1

1

HC R

OR

СН2ОН

R

НС R

1

CH

C3

R

ОСН3
O-

15


Phản ứng của cacbohydrat
• Phản ứng tách mạch;


Phản ứng của cacbohydrat
• Phản ứng bào mòn (peeling);


Phản ứng của cacbohydrat
• Các biến đổi dẫn đến ổn định mạch polyme (Stopping) ;


Phản ứng của cacbohydrat
• Phản ứng tách nhóm axetyl và nhóm metoxyl

COOH
O
OH
H3CO
[HO]
OH

OH

~O

O
OH

O

O
OH

OH
O

O

O

OH
O

O

OH

OH

4)-β-D-Xyn-(1 4)-β-D-Xyn-(1 4)-β-D-Xyn-(1 4)-β-D-Xyn-(1
2
1
4-O-Me-α-D-GluOn

[α-D-GluOn]

~


Kỹ thuật nấu kiềm
• Nấu gián đoạn: thực hiện trong các nồi nấu cố
định có tuần hoàn dịch, gia nhiệt trực tiếp hoặc
gián tiếp;
• Nấu liên tục: trong các nồi nấu cố định đa dạng.