Thiết kế lò đốt thu hồi cho nhà máy bột sunfat gỗ cứng

Đồ án môn học
MỤC LỤC
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 1
Đồ án môn học
ĐẶT VẤN ĐỀ
Giấy và các sản phẩm từ giấy đóng một vai trò rất quan trọng trong mọi lĩnh
vực hoạt động của con người, đặc biệt trong xã hội văn minh giấy không thể thiếu
được, nó là một trong những vật dụng gần gũi nhất với mỗi người. Giấy ngoài việc
sử dụng làm phương tiện lưu trữ và phổ biến thông tin, nó còn được dùng rộng rãi
để bao gói, làm vật liệu xây dựng, vật liệu cách điện... Với đà phát triển nhanh của
khoa học công nghệ hiện nay, giấy ngày càng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
mới.
Có thể nói sự tiến bộ của mỗi quốc gia, sự văn minh của loài người luôn gắn
chặt với sự phát triển của ngành sản xuất giấy, tức là không thể tách rời một nền
văn minh với sự đa dạng về chủng loại các sản phẩm giấy chất lượng cao cùng với
sự ứng dụng không giới hạn của chúng. Hơn thế nữa, hoàn toàn có thể lấy năng
suất giấy, khối lượng tiêu thụ giấy để đánh giá sự phát triển của mỗi quốc gia hay
của toàn xã hội. Ở nước ta, ngành giấy cũng được chính phủ đặc biệt chú ý và đầu
tư phát triển. Nếu như năm 2000, sản lượng giấy đạt 215.000 tấn thì năm 2010,
mục tiêu đạt 1.015.000 tấn.
Sản lượng bột giấy trong nhiều năm qua luôn tăng nhanh, dó là một tín hiệu
đáng mừng, Tuy nhiên, việc phát triển công nghiệp giấy kèm theo đó có nhiều vấn
đề lớn đặt ra, đó là xây dựng nhà máy giấy có hệ thống thu hồi và xử lý dịch nấu.
Vì dịch nấu nếu không thu hồi mà thải ra môi trường, không những gây mất mát
hóa chất nấu dẫn đến không có hiệu quả kinh tế cao, còn gây ô nhiễm môi trường.
Ở nước ta, chỉ có duy nhất nhà máy giấy Bãi Bằng là có hệ thống thu hồi hóa chất,
còn lại các nhà máy khác đều thải trược tiếp dịch nấu ra ngoài môi trường, gây ô
nhiễm môi trường và ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người. Trong hoàn cảnh
hiện nay, vấn đề môi trường lại là một vấn đề rất “nóng”, vì thế khi thiết kế một
nhà máy sản xuất bột giấy và giấy, việc tính toán thiết kế hệ thống thu hồi hóa chất

là một việc thiết yếu.
Chính vì thế, trong giới hạn đồ án môn học của em, em chọn đề tài: Thiết kế lò
đốt thu hồi cho nhà máy bột sunfat gỗ cứng, năng suất 220.000 tấn bột khô gió /
năm.
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 2
Đồ án môn học
Phần I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1Mục đích của quá trình thu hồi hóa chất.
Thu hồi và tái sử dụng hóa chất trong sản xuất luôn là một trong những mối
uan tâm hàng đầu của công nghiệp bột giấy và giấy. Giải quyết tốt được vấn đề này
không những mang lại lợi ích lớn về kinh tế mà còn là giải pháp hiệu quả nhất hạn
chế ảnh hưởng của sản xuất đến môi trường.
Trong quá trình nấu bột, các thành phần của nguyên liệu hòa tan vào trong dịch
nấu và tạo thành dịch đen, lượng dịch này tương đối lớn, đây chính là nguồn hóa
chất có giá trị cao, có khả năng tái sử dụng được, đồng thời cũng là chất thải gây ô
nhiễm cao nếu thải ra môi trường. Vì thế mục đích của quá trình thu hồi hóa chất là
thu hồi và tái sử dụng, lại hóa chất nấu, đồng thời thu nhiệt năng khi đốt dịch tạo ra
năng lượng phục vụ sản xuất, góp phần bảo vệ môi trường.
Trên thế giới, vấn đề này đã được quan tâm và giải quyết một cách hiệu quả,
tuy nhiên ở nước ta còn rất nhiều hạn chế, cả nước có duy nhất nhà máy giấy Bãi
Bằng có hệt hống thu hồi hóa chất tương đối hiện đại, còn các nhà máy và cơ sở
sản xuất bột vừa và nhỏ thì không có hệ thống thu hồi, gây ô nhiễm môi trường rất
lớn. Vì vậy trước yêu cầu ngày càng khắt khe về bảo vệ môi trường, phát triển bền
vững và tăng sức cạnh tranh trên thị trường của sản phẩm giấy, vấn đề thu hồi và
sử dụng dịch đen đối với ngành công nghiệp bột giấy và giấy là rất lớn, trong
tương lai sẽ quyết định tự tồn vong của doanh nghiệp.
1.2 Quá Trình thu hồi hóa chất trong nhà máy sản xuất bột sunphat.
1.2.1 Thành phần hóa học của dịch đen nấu sunfat.
Dịch đen thu được trong quá trình nấu bột sunfat là một hỗn hợp các chất vô

cơ và hữu cơ, thành phần vô cùng phong phú.
Các chất khô của dịch đen theo phương pháp nấu sunfat chứa 30 – 35 % các
chất vô cơ và 65 – 70 % hợp chất hữu cơ.
Các chất vô cơ chủ yếu là các chất cấu thành nên dịch trắng, còn dư chưa phản
ứng hết trong quá trình nấu và thành phần tro của nguyên liêu ban đầu. Các chất vô
cơ chính là nguồn hóa chất sẽ được thu hồi và tái sử dụng trong sản xuất.
Các chất hữu cơ bao gồm sản phẩm tạo thành trong quá trình phân hủy và hòa
tan các thành phần nguyên liệu như Lignin, Bột, Hemibột, Tinh bột, các chất chiết
xuất… Trong quá trình chế biến dịch đen và thu hồi hóa chất, các chất hữu cơ là
nguồn tạo ra nhiệt năng hoặc được chế biến thành các sản phẩm khác nhau.
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 3
Đồ án môn học
Thành phần hóa học của chất khô đặc trưng cho thành phần hóa học của dịch
đen . Mỗi phương pháp nấu khác nhau sẽ cho dịch đen có thành phần khác nhau.
Ngoài ra còn phụ thuộc vào chất lượng bột, dạng nguyên liệu, mức dùng hóa chất,
tạp chất trong dịch trắng, hiệu suất nấu…
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của dịch đen nấu sunfat
Chất, nhóm chất Hàm lượng % so với bột
KTĐ
Lignin 23.72
Lignin trích ly 3.94
Các axit dễ bay hơi (tính theo axit axetic) 10.53
Các chất tan trong etylic trong đó: 6.44
Các axit mạnh, andehit và xeton phenol 5.81
Các axit yếu và phenol 0.61
Các chất trung tính 0.02
Các chất tan trong nước trong đó: 18.59
Các muối axit 16.04
Các chất trung tính tan trong cồn etylic tuyệt đôi 2.13

Các oxi axit 0.42
Na
2
SO
4
4.85
NaOH tự do 2.16
Na
2
S 0.34
Na
2
CO
3
20.41
Các hợp chất hữu cơ chứa Natri (theo Na
2
CO
3
) 11.60
Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
, SiO
2

, CaO,… 2.02
1.2.2 Tính chất của dịch đen
Độ nhớt: liên hệ trực tiếp với độ lưu biến và hiệu suất chưng bốc của dịch, phụ
thuộc vào nhiều yêu tố như dạng nguyên liệu, phương pháp nấu bột, nồng độ và
nhiệt độ của dịch.
Điểm sôi: cao hơn so với nước hay dung dịch kiềm có nồng độ tương đương.
Khả năng sinh nhiệt: Là một trong những tính chất quan trọng. Trung bình khi
đốt 1kg Lignin sinh ra một nhiệt lượng tương đương 25MJ, đối với Gluxit là
12MJ/kg.
Nhiệt dung riêng: giảm khi nồng độ chất khô trong dung dịch tăng. Hầu như
không phụ thuộc vào nhiệt độ (dưới 100 độ C).
Khả năng tạo bọt: Cao do chứa lignin kiềm, các chất béo, chất nhựa, nhất là các
muối của Na với axit hữu cơ. Chúng là các chất có hoạt tính bề mặt cao, gây bọt
làm ảnh hưởng đến quá trình thu hồi.
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 4
Dịch đen loãng
Oxy hoá
Cô đặc
ĐốtXút hoá
Nấu
Rửa
Đồ án môn học
Tinh ăn mòn: Thấp ở nhiệt độ thường, rất cao ở nhiệt độ cao, vì khi chưng bốc,
hơi thứ và nước ngưng chứa các a xit hữu cơ (HCOOH, CH
3
COOH) hay các chất
chứa lưu huỳnh (H
2
S, H

3
SH).
Tính kết dính: Cao do có chứa nhiều chất tồn tại ở thể keo, chủ yếu là các axit
béo, axit nhựa liên kết với nhau. Một phần do tính kém bền của lignin kiềm.
Các tính chất và thành phần của dịch đen ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thu
hồi.
1.2.3 Sơ đồ công nghệ thu hồi hóa chất
Do những đặc điểm về thành phần và tính chất, dịch đen sunfat ở nhà máy sản
xuất quy mô lớn và hiện đại được thu hồi và tái sử dụng hoàn toàn. Hiệu suất thu
hồi với nấu gỗ có thể đạt tới 90 %. Đối với cây thân thảo hiệu suất thấp hơn,
thường không quá 70 %.
Thông thường một phần dịch đen được tái sử dụng ngay cho quá trình nấu như
dùng để pha loãng dịch nấu, tẩm mảnh, phần còn lại được đưa đi thu hồi. Trước khi
xử lí người ta còn có thể thu hồi một lượng hóa chất như dầu tallo, là hỗn hợp các
chất chiết suất chủ yếu là Tecpen và Skipida, đây là các chất có giá trị kinh tế cao.
Dịch đen thu hồi
Xử lý sơ bộ
Chưng bốc
Đốt
Thu hồi nhiệt và hơi
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 5
Đồ án môn học
Thuyết minh: Quá trình gồm 5 giai đoạn
GĐ1: Sử lý sơ bộ dịch đen :
Mục đích của quá trình này là chuẩn bị cho quá trình chưng bốc và đốt dịch đạt
hiệu quả cao. Dịch sẽ được làm sạch và tách các xơ sợi nhỏ, chất xà phòng, khử
bọt bao gồm 4 công đoạn:
1- Loại cặn: Loại bỏ một lượng lớn xơ sợi nhỏ và tạp chất cơ học trong dịch.
Do chúng làm giảm hiệu suất chưng bốc, kết bám trên đường ống và bề mặt trao

đôi nhiệt của thiết bị chưng bốc.
2- Tách xà phòng: Xà phòng tạo ra nhiều bọt trong quá trình chưng bốc, không
những làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt mà còn gây mất mát kiềm khi chưng. Việc
loại bỏ xà phòng được thực hiện trong các bể chứa lớn, sử dụng các chất điện li
như Na
2
SO
4
, NaCl, Na
2
CO
3
... hiệu quả loại bỏ cao nhất khi nồng độ dịch đen 25-
35 %.
3- Oxi hóa dịch đen bằng không khí: Nhằm tránh phản ứng thủy phân của
Na
2
S thành H
2
S, gây mất mát lưu huỳnh và tạo ra khí có mùi, có tính ăn mòn thiết
bị cao. Việc oxi hóa dịch đen được tiến hành trong tháp oxi hóa dạng khí, màng
hay loại xáo động. Tuy nhiên việc oxi hóa dịch đen cũng có nhược điểm là sau khi
oxi hóa, hiệu quả sinh nhiệt của dịch đen giảm, kết bám thiết bị khi chưng bốc cho
nên hiện nay ít được sử dụng.
4- Tách loại silic: Silic có mặt trong dịch đen gây nhiều ảnh hưởng cho quá
trình thu hồi hóa chất bằng phương pháp đốt. Ví dụ như gây kết bám thiết bị chưng
bốc, giảm khả năng sinh nhiệt của dịch, giảm hiệu suất kiềm hóa… Việc tách loại
silic là cần thiêt. Phương pháp tách loại silic bao gồm: bổ xung kiềm, kết tủa và
tách loại silic dưới dạng kết tủa.
GĐ2: Chưng bốc dịch đen :

Khi rửa bột, dịch đen được pha loãng từ 2 đến 3 lần. Dịch này được đưa đi thu
hồi, hàm lượng chất khô chiếm 13 đến 17%. Dịch đen như trên không thể đốt
ngay vì vậy cần phải cô đặc lại. Sau khi cô đặc, nồng độ dịch đen phải đạt từ 60 %
trở lên lúc này mới có thể đốt. Các thiết bị chưng bốc chủ yếu được sử dụng là
thiết bị chưng bốc màng dâng và màng rơi.
Hình 1.1 sơ đồ công nghệ chưng bốc dịch đen
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 6
Đồ án môn học
GĐ3: Đốt dịch:
Sau khi chưng bốc, dịch đen được đưa vào khoang đốt của lò đốt thu hồi. Lò
đốt thu hồi thực hiện 2 chức năng:
+ Thu hồi hóa chất sử dụng cho quá trình nấu và
+ Khai thác lượng nhiệt sinh ra trong quá trình đốt.
Lưu huỳnh và Natri được giải phóng từ các hợp chất trong dịch đen trong quá
trình đốt. Sau đó chúng được chuyển hóa thành các hợp chất thích hợp và quay trở
lại để phục vụ quá trình nấu, tạo thành một vòng tuần hoàn khép kín. Đồng thời
nhiệt sinh ra từ sự cháy của các hợp chất hữu cơ trong lò đốt được dùng để sản
xuất hơi nước, vì thế lò đốt thu hồi cũng có chưng năng một nồi hơi.
Trong thành phần chất khô của dịch đen sunfat có những hợp chất của lưu
huỳnh dạng vô cơ và hữu cơ. Ngoài ra người ta còn bổ xung Na
2
SO
4
vào dịch đen
trước khi cho vào lò đốt để bù đắp lại phần kiềm đã bị mất mát trong quá trình sản
xuất.
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 7
Đồ án môn học

Hình 1.2 các phản ứng diễn ra trong lò đốt thu hồi
`
N2, H2O, CO2, SO2, NO
x
, CO, H2S, Na2SO4, NaCL, HCl
Không khí cấp 3
Không khí cấp 2
Không khí cấp 1
VÙNG OXI HÓA
Na, SO
2
, O
2
 Na
2
SO
4
H
2
S, O
2
 SO
2
, H
2
O
H, C, O  CO
2
, H
2

O
H
2
O, Na,NaOH, H
2
S
1500
o
C
CO, CO
2
NaOH, Na,
H
2
S
Na
2
SO
4
, C, CO
2
Na
2
S, Na
2
CO
3
, CO
2
800

o
C
VÙNG KHỬ
VÙNG SẤY KHÔ
Quá trình đốt dịch đen sunfat chia ra 3 giai đoạn xảy ra nối tiếp nhau.
1- Sấy khô kiềm
2- Nhiệt phân và than hoá chất khô hữu cơ, đồng thời xảy ra quá trình
cacbonat hoá kiềm.
3- Cháy than và nóng chảy chất khô vô cơ đồng thời xảy ra quá trình khử
natrisunfat.
*Giai đoạn 1
Những phản ứng hoá học xảy ra ở giai đoạn thứ 1 – Giai đoạn sấy khô kiềm là
những phản ứng giữa những thành phần trong dịch đen với khí lò. Trong thành
phần của khí lò, ngoài khí CO
2
còn có SO
2
, SO
3
.Trong thành phần của dịch đen
sunfat gồm có NaOH
tự do
Na
2
S
tự do
và những hợp chất của Na với các chất hữu cơ
trong kiềm. Những thành phần trong khí lò và những thành phần chính trong kiềm
tác dụng với nhau theo phản ứng.
SVTH: Lê Sơn Tùng

Lớp: CN giấy K51 8
Đồ án môn học
2NaOH+C O
2
❑
→
N a
2
CO
3
+H
2
O
2NaOH+S O
2
❑
→
N a
2
S O
3
+ H
2
O
2NaOH+S O
3
❑
→
N a
2

SO
4
+H
2
O
2N a
2
S+S O
2
+O
2
❑
→
2N a
2
S
2
O
3
N a
2
S+ CO
2
+ H
2
O ❑
→
N a
2
C O

3
+H
2
S
N a
2
S+S O
3
+H
2
O❑
→
N a
2
S O
4
+H
2
S
2RCOONa+SO
2
+H
2
O❑
→
N a
2
SO
3
+2RCOOH

2RCOONa+SO
3
+H
2
O❑
→
N a
2
S O
4
+2RCOOH
Do những phản ứng trên, nên toàn bộ NaOH
tự do
và phần lớn Na
2
S được
chuyển thành cacbonat, sunfit, sunfat, và thiosunfat. Ngoài ra sunfit và sunfat còn
được sinh ra do phản ứng giữa SO
2
và SO
3
với những hợp chất của Na với các chất
hữu cơ.
*Giai đoạn 2.
Ở giai đoạn thứ 2 - giai đoạn nhiệt phân và than hoá chất khô hữu cơ đồng thời
xảy ra quá trình cácbonat hoá kiềm, tạo ra những hợp chất như metylic,
phenol….ngoài ra còn tạo ra một lượng nhỏ những hợp chất của sunfua như H
2
S,
(CH

3
)
2
S, CH
3
HS, ankyl sunfua và một số sản phẩm bay hơi khác. Phần lớn những
sản phẩm này bị bốc cháy và cháy trong dòng khí nóng để sinh ra CO, CO
2
, H
2
,
SO
2
và SO
3
.
Trong thành phần khí đi ra khỏi lò chỉ còn lại một lượng rất nhỏ sản phẩm cháy
không hoàn toàn. Do những hợp chất của sunfua và đặc biệt là H
2
S cháy không
triệt để khí lò có mùi rất đặc trưng.
Giai đoạn 3:
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 9
Đồ án môn học
Đến đầu giai đoạn thứ 3 - giai đoạn cháy than, trong lò chỉ còn lại khoảng một
nửa khối lượng Cacbon trong dịch đen ban đầu được chuyển về dạng than cốc.
Trong số những hợp chất vô cơ còn lại sau khi nhiệt phân thì chủ yếu là Natri
cacbonnat được sinh ra chủ yếu do quá trình phân huỷ và ôxi hoá những hợp chất
hữu cơ với Natri. Ngoài ra Natri cacbonnat còn được sinh ra do quá trình cacbonat

hoá NaOH tự do và Na
2
S có sẵn trong dịch đen ban đầu. Natri cacbonat và Natri
sunfua có sẵn trong dịch đen ban đầu hoàn toàn không bị biến đổi trong giai đoạn
đầu của quá trình đốt và cả lượng Natri sunfat bổ sung cũng không biến đổi ở giai
đoạn này. Do quá trình phân huỷ những hợp chất hữu cơ mà trong thành phần của
chúng có S và Na nên ở giai đoạn thứ hai có thể sinh ra thêm một lượng Natri
sunfat mới và một số hợp chất của Lưu huỳnh như Na
2
S, Na
2
SO
3
… theo số liệu
của Venhemark thì trong khi chưng khô (không có không khí) kiềm, lưu huỳnh
trong chất khô sau khi chưng khô chủ yếu là Na
2
S. nếu như có một lượng không
khí nào đó tức là trong điều kiện như khi đốt dịch đen thì ngoài Na
2
S còn có
sunfit, sunfat và thiosunfat… tỷ khối các chất này phụ thuộc vào điều kiện nhiệt
phân, nhiệt độ, khối lượng không khí cho vào lò đốt, ở điều kiện tối ưu thì trong
quá trình nhiệt phân sẽ có tới 50% lưu huỳnh ở dạng hợp chất hữu cơ được chuyển
về dạng hợp chất sunfua vô cơ.
Ở giai đoạn thứ 3 sẽ xẩy ra quá trình cháy tăng tốc và nóng chảy các muối vô
cơ còn lại. Trong quá trình đốt dịch đen, giai đoạn có tầm quan trọng đặc biệt đối
với quá trình công nghệ là giai đoạn thứ 3 của qúa trình đốt. Giai đoạn này nhất
thiết không thể thiếu được, bởi vì chỉ có trong kiềm nóng chảy (kiềm lỏng) mới
hoàn toàn có đủ điều kiện để cho quá trình khử Na

2
SO
4
xảy ra. Có phản ứng này
mới có thêm NaOH, Na
2
S là hai thành phần của dịch nấu sunfat. Để cho than cốc
được cháy hoàn toàn trong giai đoạn thứ 3 cần phải có một lượng không khí dư
nhất định. Trong hệ thống lò đốt kiểu phun kiềm hiện nay, có 2 vùng thổi không
khí vào lò đốt - vùng thứ nhất dùng để thổi một phần không khí trực tiếp và vùng
cháy để đốt than cốc, vùng thứ 2 dùng để thổi không khí vào lò để đốt cháy những
sản phẩm khí sinh ra do quá trình nhiệt phân, vùng này gọi là vùng thứ của lò, khối
lượng không khí chung (theo lý thuyết) cần thiết để đốt cháy hoàn toàn những chất
hữu cơ trong kiềm thành CO
2
, H
2
O, SO
2
.
Phản ứng khử Na
2
SO
4
và thành phần kiềm đỏ sunfat.
Phản ứng chủ yếu xảy ra ở giai đoạn thứ 3 của quá trình đốt dịch đen sunfat là
phản ứng khử Na
2
SO
4

về Na
2
S bằng than cốc.
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 10
Đồ án môn học
Phản ứng khử Na
2
SO
4
bằng than cốc có thể xảy ra theo những phản ứng sau:
N a
2
S O
4
+2C❑
→
N a
2
S+2CO
2
N a
2
S O
4
+4C❑
→
N a
2
S +4CO

❑
N a
2
S O
4
+4CO❑
→
N a
2
S+ 4CO
2
Hai phản ứng đầu là phản ứng của sunfat tác dụng trực tiếp với cacbon và là
phản ứng thu nhiệt. Phản ứng thứ ba là phản ứng khử sunfat bằng cacbonoxit và là
phản ứng toả nhiệt. Hiệu suất nhiệt của những phản ứng trên là kết qủa của 2 quá
trình: quá trình khử sunfat, tức là chuyển sunfat về sunfua và quá trình oxi hoá
cácbon bằng oxi sinh ra. Trong ba phản ứng trên thì phản ứng thứ nhất chủ yếu xảy
ra trong quá trình khử sunfat. Bởi vì tổng của phản ứng thứ hai và phản ứng thứ ba
là phản ứng thứ nhất. Tốc độ và trạng thái cân bằng của cả ba phản ứng trên đều
phụ thuộc vào nhiệt độ. Nếu tăng nhiệt độ thì cân bằng của hai phản ứng đầu sẽ
chuyển sang phải tức là về phía làm cho mức độ khử sunfat cao, còn cân bằng của
phản ứng thứ ba thì ngược lại, tức là chuyển sang bên trái. Trong thực tế và trong
cả nghiên cứu cho tấy rằng ở nhiệt độ gần 1000
0
K tất cả ba phản ứng trên đều có
cùng một hằng số cân bằng.
GĐ4: Tái sử dụng hóa chất:
Quá trình tái sử dụng hóa chất chủ yếu bao gồm xúa hòa và thu hồi vôi, mục
đích là chuyển Na
2
CO

3
thành NaOH.
Dịch đỏ thu được khi đốt dịch đen được hòa với dịch trắng loãng thành dịch
danh trong bể hòa dịch xanh. Sau đó đưa sang bể tôi vôi, sau khi tôi vôi, dịch xanh
chuyển thành dịch trắng và được tách khỏi cặn vôi bằng hệt thống bể lắng. Cặn vôi
thu được đem cô đặc lại và đưa sang hệ thống lò tôi vôi.
Theo lý thuyết độ xút hóa có thể đạt 98-99%, tuy nhiên thực tế không đạt được
như vậy bởi có nhiều yếu tổ ảnh hưởng. Với nồng độ dung dịch 64-124 g/l Na
2
CO
3
thì độ xút hóa đạt hợp lý nhất.
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 11
Đồ án môn học
Phần II: LẬP LUẬN CHỌN SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
2.1Lập luận chọn sơ đồ công nghệ đốt dịch đen
Hiện nay có nhiều phương pháp thu hồi và tái sử dụng hóa chất như: Hệ thống
thu hồi – xút hóa, Khí hóa Plasma, Xút hóa tự động… tuy nhiên phổ biến nhất là
sử dụng hệ thống lò đốt thu hồi – xút hóa
Phổ biến nhất hiện nay là hệ thống lò đốt kiểu phun.
Hệ thống lò đốt kiểu phun chính là hệ thống nồi hơi, trong lò đốt của hệ thống
này được đốt bằng một loại nhiên liệu thứ cấp – dịch đen với hàm kượng nước,
hàm lượng tro khá cao. Trong hệ thống lò đốt này thực hiện hai chức năng: chức
năng thứ nhất là sản xuất hơi đốt (chức năng về nhiệt); Chức năng thứ hai là tái
sinh lại kiềm trong nhiên liệu là dịch đen (chức năng công nghệ). Hiện nay, cả hai
chức năng này được kết hợp rất có hiệu quả.
Hình 2.1 Lò đốt thu hồi kiểu phun
Năng suất hơi đốt của hệ thống lò đốt kiểu này đạt tới 60 – 70 tấn/giờ. Lượng
hơi đốt này tương đương với đốt một lượng dịch đen khi sản xuất 300 – 350 tấn

bột trong một ngày. Hiện nay người ta đã thiết kế và chế tạo hệ thống lò đốt kiểu
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 12
Đồ án môn học
phun kiềm với năng suất hơi là 100 – 120 tấn/h (500 – 600 tấn bột trong một
ngày). áp suất hơi thu được trong lò đốt kiểu này đạt tới 60 – 70 at với nhiệt độ quá
nhiệt là 450
o
C> Trong trường hợp đặc biệt có thể sản xuất được loại hơi đốt với áp
suất 100 – 110 at với nhiệt độ quá nhiệt 480
o
C. Đa số các hãng chế tạo loại lò này
đảm bảo chắc chắn rằng chỉ cần đặt một lò đốt với năng suất tương ứng với năng
suất của nhà máy bột chứ không cần phải đặt thêm lò dự phòng mà vẫn đảm bảo
đầy đủ sản lượng sản xuất của nhà máy bột.
Bộ phận đốt của hệ thống chính là một lò có thiết diện hình vuông, chiều cao từ
10 – 18m. Thành lò và dưới đáy lò là một mạng lưới ống đốt hầu như phục vụ cho
nồi hơi.
Theo chiều cao của lò có thể chia ra 3 vùng – một vùng khử và một vùng oxi
hoá, và một vùng khí (Sấy).Vùng khử chính là vùng mà trong đó được chất đầy bởi
kiềm đỏ và cặn kiềm (khoảng cách giả thử là đến mép lớp vòi phun không khí thứ
nhất); vùng khí (ở giữa lớp vòi phun thứ nhất và lớp vòi phun thứ hai). Đặc trưng
của vùng khử là thiếu oxy và nhiệt độ tương đối cao. Vùng oxy hóa là vùng tính từ
mép lớp vòi phun không khí thứ hai đến chùm ống đốt đầu tiên của nồi hơi. Hệ
thống lò đốt kiểu phun kiềm hiện nay thường làm việc với lượng không khí dư khá
thấp, khoảng 1,1 – 1,15, trong đó khối lượng không khí được thổi vào lò để đốt
bằng một quạt gió chung. Trước khi thổi vào lò, không khí được đốt nóng sơ bộ, có
thể trong thiết bị đốt nóng bằng khí nóng hoặc trong thiết bị đốt nóng bằng hơi đốt.
Mạng lưới ống ở vùng oxy hoá thường để hở, còn mạng lưới ống ở vùng khử
phải phủ kín bằng một lớp gang, trên bề mặt lớp gang được phủ bằng một lớp cách

nhiệt bằng hồ Crôm dày gần 100mm hoặc có thể đơn giản có thể chỉ bằng một lớp
hồ Crôm. Lớp cách nhiệt bằng hồ Crôm có tác dụng bảo vệ rất tốt về tác dụng của
niệt độ cao. Nhưng trong môi trường oxy hoá, dưới tác dụng của kiềm, lớp hồ
Crôm vẫn bị phân huỷ để tạo ra Crômat natri có khả năng hoà tan vào nước.
Đáy lò nhất thiết cũng phải dược che phủ bằng lớp hồ Crôm. Hiện nay, người
ta làm đáy lò phẳng chứ không làm nghiêng. Đáy lò được làm lạnh bằng nước và
có cửa để cho liềm đỏ chảy xuống cửa hoà kiềm đỏ. Cửa chảy kiềm đỏ cách đáy lò
100mm. Vì vậy mà dưới đáy lo luôn luôn có một lớp kiềm đỏ dự trữ, lớp kiềm đỏ
này có tác dụng bảo vệ lớp lót côm khỏi sự tác dụng trực tiếp bởi những muối kiềm
nóng chảy.
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 13
Đồ án môn học
Vòi phun không khí vào lò bậc một đặt hơi nghiêng xuống phía dưới (khoảng
15
o
) nhằm để cho không khí thổi xuống phía dưới mà không bị dòng khí cuốn lên
vùng thứ của lò đốt, vòi phun không khí bậc hai đặt nằm ngang. Gần đây, người ta
đặt vòi phun không khí bậc hai theo phương tiếp tuyến. Đặt vòi phun theo kiểu này
thì ở tâm lò sẽ tạo thành hình xoáy ốc có đường kính nhất định. Như vậy sẽ thoả
mãn được điều kiện – sản phẩm khí được cháy triệt để hơn và khi cường hoá lò đốt
có thể tăng cường lượng không khí vao lò ma không làm mất mát cặn kiềm theo
khói lò.
Để đưa dịch đen vào lò đốt chủ yếu sử dụng hai cơ cấu. Loại thứ nhất: vòi
phun cơ học kiểu đu đưa của Tomlinson có tấm ngắt. Vòi phun này được đặt ở giữa
thành lò chính diện. Như vậy thành lò đối diện với vòi phun được bồi lên một lớp
kiềm hoặc hạt kiềm được văng lên vùng oxy hoá và từ đó kiềm sẽ chảy suống đáy
lò. Loại thứ hai: kiềm được đưa trực tiếp xuống đáy lò bằng một số loại vòi phun
cơ học hoặc vòi phun hơi.
Trong nhiều trường hợp, kiềm còn được trọn với chất khô thu hồi được trong

xyclon hoặc trong thiết bị lọc điện. Nồng độ chất khô trong khi phun vào lò đốt
thường trong khoảng từ 55 – 70%. Trong trạm cô đặc, kiềm thường được cô đặc
đến nồng độ 45 – 55% chất khô. Còn tiếp tục tách nước đến nồng độ cần thiết được
tiến hành trong thiết bị bốc hơi tiếp xúc (tầng bốc hơi) đặt trước lò đốt. Nhiệt để
bốc hơi nước trong thiết bị này là nhiệt thừa của khí lò. Thiết bị bốc hơi này đồng
thời cũng là thiết bị thu hồi cặn kiềm trong khí lò. Để thu hồi cặn kiềm trong khí lò
hiệu quả nhất là dùng phin lọc điện kiểu khô hoặc kiểu ướt.
2.2 Chọn sơ đồ công nghệ.
Sơ đồ công nghệ:
Trình bày trên bản vẽ.
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 14
Đồ án môn học
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 15
Đồ án môn học
Thuyết minh dây chuyền.
Dịch đen sau khi cô đặc được đưa vào bể trộn 3, cùng với tro lắng ở hệ thống
lắng tro 4 và lọc tĩnh điện 6, Na
2
SO
4
Được bổ xung vào bể 3 để trộn sau đó dịch
đen được đưa sang hệ thống gia nhiệt 12 làm tăng hiệu quả đốt. Dịch đen được đưa
vào hệ thống vòi phun dịch của lò đốt. Bắt đầu quá trình đốt dịch, dầu đốt được
cấp vào qua hệ thống vòi phun dầu. Không khí sau khi được gia nhiệt bằng hơi
nước được cấp vào lò đốt thành 3 vùng khác nhau nhằm đạt hiệu quả đốt tối ưu.
Dịch đen được phun thành tia nhỏ vào lò, được đốt cháy cùng dầu, các chất vô cơ
nóng chảy (dịch đỏ) liên tục chảy qua máng thoát vào bể hòa tan 2. Dịch trắng
loãng được bơm vào bể hòa tan để hòa kết hợp với dịch đỏ thành dịch xanh. Trong

quá trình hòa tan, sinh ra hơi nước kéo theo các chất vô cơ, hơi này được ngưng tụ
ở xyclon tách khí 5 và chảy trở lại bể trộn, lương khí không ngưng được thải bỏ.
Dịch xanh từ bể hòa tan được đưa sang dây chuyền xút hóa.
Lượng nhiệt do các chất hữu cơ trong dịch đen cháy tạo ra làm bay hơi nước
trong đường ống feston, sinh ra hơi trong bao hơi 11, sau đó hơi nước được đưa
sang hệ thống quá nhiệt hơi nước, hơi tạo ra có áp suất 8.4Mpa, nhiệt độ 480
o
C
được đưa sang nhà máy điện, một phần đưa đi sản xuất. Lượng nước ngưng từ quá
trình sản xuất được đưa về bể chứa nước ngưng 9 , sau đó được bơm tuần hoàn qua
hệ thống gia nhiệt 10 và đi vào nồi hơi 8. Nước từ nồi hơi 8 được tuần hoàn với hệ
thống ống sinh hơi của lò đốt và bao hơi 11.
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 16
Đồ án môn học
Phần III: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NHIỆT LƯỢNG
3.1 Tính cân bằng vật chất.
3.1.1Tính tổng lượng chất khô đen đi đốt.
Các số liệu ban đầu :
1,Hiệu suất nấu sunfat :48% so với NLKTĐ.
2,Khối lượng riêng của NL: 430 Kg/m
3
3,Độ nén chặt:0,38 m
3
/m
3
4,Nồng độ kiềm hoạt tính: 100 g/l.
5,Mức dùng kiềm :18%Na
2
O.

6,Độ sunfua :25%Na
2
S .
7,Modun nấu sunfat 1:4 .
8, Độ khử sunfat :92% .
9, Nồng độ dịch đen cho vào lò đốt 70% chọn tổn thất ở nấu rửa 10% .
3.1.2 Tính lượng NLKTĐ để sản xuất ra 1 tấn bột khô gió.
-Lượng gỗ KTĐ để sản xuất thực tế chứa trong 1m
3
nồi nấu.
430×0.38=163.4 Kg
- Lượng sản phẩm KTĐ chứa trong 1m
3
nồi.
163.4×
48
100
=78.43Kg
→
Lượng sản phẩm Bột khô gió bằng:
78.43
0.88
=89.125
Lượng gỗ KTĐ cần thiết nạp vào nồi để sản xuất ra 1 tấn Bột khô gió:
1000 ×163.4
89.125
=1933.28 Kg gỗ KTĐ
-Lượng dịch cần nạp vào nồi
1833,28x4 = 7333,12 kg
Vậy lượng chất hữu cơ hoà tan khi nấu được 1 tấn Bột khô gió sẽ là:

100−48
48
×880=954 Kg
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 17