Tài liệu SẢN XUẤT BỘT GIẤY BẰNG PHƯƠNG PHÁP NẤU KIỀM ALKALINE PULPING docx

SẢN XUẤT BỘT GIẤY
BẰNG PHƯƠNG PHÁP NẤU KIỀM
ALKALINE PULPING

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

NẤU KIỀM

CÁC PHƯƠNG PHÁP NẤU
KIỀM
NẤU KIỀM:
Dịch nấu: dung dịch NaOH
NẤU XÚT
NaOH
NẤU SUNPHAT
NaOH+Na
2
S
NẤU KIỀM BIẾN TÍNH
NaOH + bổ sung
(Amin, N
2
H
2
; NaBH
4
;
CO(NH
2

)
2
; Anthraquinone;
Các phức chất, H
2
O
2
, …)


•
Nấu xút:
NaOH ↔ Na
+
+ OH
-

•
Nấu sunphat:
Na
2
S + H
2
O ↔ NaOH + NaSH
NaSH ↔ Na
+
+ SH
-
Về tính bazơ OH
-

> SH
-
, với phương diện là
các nucleophin SH
-
> OH
-
.
DỊCH NẤU

Ngoài ra, dịch nấu chứa:
- Na
2
CO
3
;
- Na
2
SiO
3
; NaAlO
2
; NaCl;
-(Dịch nấu sunphat): các muối sunphua
natri; Na
2
SO
4
; Na
2

SO
3;
Na
2
S
2
O
3
; Na
2
S
n

- CaCO
3
, các tạp chất khác.
DỊCH NẤU


•
Dịch nấu: dịch trắng, dịch đen, dịch xanh.
•
Kiềm hoạt tính:
- Nấu xút: NaOH;
- Nấu sunphat: NaOH+Na
2
S;
•
Kiềm chuẩn:
- Nấu xút: (NaOH+Na

2
CO
3
);
- Nấu sunphat: (NaOH+Na
2
S+Na
2
CO
3
)
•
Tổng kiềm: toàn bộ muối natri chứ trong dịch nấu
Một số khái niệm và thuật ngữ


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

O= 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
•
Độ xút hóa = ,(82-88%);
•
Độ sunphua = ,(15-35%);
•
Mức thu hồi (mức khử)= ,(>90%)
Một số khái niệm và thuật ngữ
32
CONa NaOH
NaOH
+
SNaNaOH
SNa
2
2
+
422
2
SONaSNa
SNa
+

•
Nồng độ kiềm hoạt tính trong dịch trắng: 90-
120 kg/m
3
; (đv Na
2
O)
•
Sau khi nạp dịch: 30-40 kg/m
3
(1-2 mol/lít;
pH=13-14);
•
Kết thúc nấu: 3-5 kg/m
3
(pH≈12).
Sự thay đổi tính chất của dịch nấu


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
Nguyên liệu
Tẩm
nguyên liệu
Độ sunphua
Thời gian
nấu
Nhiệt độ
nấu
Nồng độ
kiềm
Mức dùng
kiềm
NẤU

•
Phản ứng của lignin;
•
Phản ứng của của cacbohydrat;
•
Phản ứng của các chất trích ly.
Các phản ứng hóa học diễn ra
trong quá trình nấu kiềm

Representation of Cell Wall
Components
Cellulose
Hemicelluloses
Lignin

Lignin for Chemists
C
H
2
O
OH
OCH
3
COH
H
HC
CH
2
OH

OH
CH
2
OH
C
O
H
3
C
O
C
O
CH
CH
H
CH
C
HOH
2
HO
H
CH
OCH
3
OH
C
O
H
2
C

CHO
O
C
CH
2
OH
H
3
C
O
O
COH
O CH
H
3
C
CH
2
OH
H
HCOH
1
2
3
4
5
6
7
H
HC CH

O
O
CH
CH
2
O
C
OCH
3
O
CH
O
H
2
C
H
3
C
8
OHC CH CH
2
OH
CH
2
OH
O
O
C
OH
H

3
C
9
10
O
HC CH
COHH
2
CH
2
O
CH
O
OH
H
3
C
11
H
3
C
12
HO
CH
2
OH
H
3
C
13

O
C
O
CH
O CH
O
H
3
C
H
CH
3
CH
OH
O
CH
H
3
C
CH
H
2
COH
15
16
Carbohydrate
CH
2
OH
OH

OCH
3
HC
14
H
2
COH
HC
CHO
17
HO
CHO
O
C
O CH
2
H
3
C
18
H
CH
O
O
H
H
3
C
19
O

CH
OCH
O
CH
O
COH
H
2
OH
OCH
3
COH
H
COHH
2
20
H
C
H
H
2
COH
OCH
3
O
HC O
C
OCH
3
CH

CH
CHO
22
21
O
H
2
COH
CH
2
CH
2
H
C O
C
OCH
3
24
25
26
CH
28
27
O
CH
2
OH
H
CH
3

CH
O
O
H
2
COH
H
H
2
COH
H
3
C
H
3
C
H
2
COH
O
CH
CH
OHC
O
O
O
H
23
COH
OCH

3


Phản ứng của lignin
•
Phản ứng phân hủy liên kết C-γ
ОСН
3
ОН
НС
НО
Н
2
О
+
-
-
О
ОСН
3
НС
-
О
О
ОСН
3
НС
ОН
:
+

О
ОСН
3
С
3
НС
СН
2
ОН СН
2
ОН
НС
С
3
ОСН
3
О
НС
ОСН
3
О

О
-
С
3
ОСН
3
О
НС

СН
2
ОН
О
-
-
Н
2
О, НСНО
-
НС
О
-
О
ОСН
3
С
3


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

OH
OCH
3
HC

C
2
C
2
HC
OCH
3
+
O
O
-
OAr
HO
-
H
2
O
_
OAr
_
ArO
-
O
OCH
3
HC
C
2
:OH
-

+
-
O
O
OCH
3
HC
C
2
OH


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

CH
O
R
OCH
3
HC
CH
2
OH
OAr
+
HS
-
CH

2
OH
HC
HC
OCH
3
R
OAr
SH
O
-
_
HO
-
O
-
OAr
R
OCH
3
HC
HC
CH
2
OH
S
-
_
ArO
-

O
-
R
OCH
3
HC
HC
CH
2
OH
S
9
10
11
_
S
CH
2
OH
HC
OCH
3
R
O
CH
S
-
CH
2
OH

CH
СH
OCH
3
R
O
-
12


Phản ứng của lignin
•
Phản ứng ngưng kết của lignin

R
СН
2
ОН
ОСН
3
О
HC
CH
R
1
-
O
ОСН
3
R

2
+
R
ОСН
3
НС
НС
СН
2
ОН
O
-
R
1
2
R
ОСН
3
O
ОСН
3
R
2
1
R
-
O
СН
2
ОН

НС
НС
ОСН
3
R
OH
13
14
15
C
3
Н
3
СО
О
CH
2
O
O
-
[OR]
+
+
[OR]
-
O
О
C
3
OCH

3
_
H
2
O
-
O
О
Н
3
СО
C
3
OCH
3
C
3
О
O
-
CH
2
И
CH
2
C
3
OCH
3
C

3
Н
3
СО
OR
OR


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
OH
OH
O
H
3
CO
[HO]
~
O
OH
OH
O
O
OH
OH
O
O
OH
O
O
O
OH
OH
~
O
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]


•
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.
Kỹ thuật nấu kiềm