TỔNG QUAN
Cây Keo tai tượng trên thế giới
Keo tai tượng (Acacia mangium Wild) có nguồn gốc từ Australia, Papua New Guinea và Indonesia, và hiện nay đã trở thành một loài cây phổ biến ở vùng nhiệt đới Kể từ những năm 1980, hạt giống của loài cây này đã được phân phối tới 90 quốc gia, bao gồm Philippines, Malaysia, Thái Lan, Indonesia, Ấn Độ, Bangladesh, Fiji, Trung Quốc và Việt Nam Keo tai tượng nổi bật với khả năng sinh trưởng nhanh chóng, đặc biệt là trong điều kiện lập địa tại Sabah, Malaysia.
Sau 13 năm, cây đạt chiều cao từ 20 - 25m và đường kính từ 20 - 30cm, với mức tăng trưởng bình quân 44m³/ha/năm Tại Sabah, một khảo nghiệm ở tuổi thứ 4 cho thấy xuất xứ tốt nhất đạt chiều cao 20,17m và đường kính 14,4cm Trên thế giới, việc trồng Keo tai tượng làm nguyên liệu công nghiệp đã được triển khai từ sớm, với sự chú trọng vào cải thiện giống Nghiên cứu tập trung vào việc tìm kiếm các xuất xứ và dòng giống có năng suất và chất lượng tốt Tại Công Gô, từ 1978 đến 1986, diện tích rừng trồng keo bằng cây hom đạt 23,407ha, với tăng trưởng bình quân 35m³/ha/năm ở tuổi 6 của các dòng vô tính được chọn, so với 12m³/ha/năm ở các lô hạt đại trà, cho thấy tăng thu di truyền từ 40% đến 192%, gần gấp 3 lần so với rừng trồng từ nguồn giống chưa cải thiện.
Trong những năm 1980, các dự án nghiên cứu của CSIRO tại Đông Á, Đông Nam Á, Australia và Fiji đã xác định các nguồn gốc tiềm năng cho các quốc gia tham gia, trong đó xuất xứ từ PNG được đánh giá là phù hợp với điều kiện lập địa của Trung Quốc và Đài Loan.
Keo tai tượng đã được trồng ở Trung Quốc từ những năm 1960, với khoảng 200.000ha được trồng tại 4 tỉnh phía Nam là Hải Nam, Quảng Đông, Quảng Tây và Vân Nam vào năm 1997 Tốc độ trồng rừng hàng năm đạt khoảng 20.000ha.
Cho đến nay, miền Nam Trung Quốc đã khảo nghiệm 179 xuất xứ thuộc 21 loài keo trên tổng diện tích 130ha, trong đó keo tai tượng là một trong ba loại keo được trồng rộng rãi để cung cấp gỗ Các xuất xứ triển vọng được lựa chọn dựa trên sinh trưởng và dạng thân bao gồm Abergowie (Qld), Claudie River (Qld) và Oriomo (PNG) Trung Quốc đã xây dựng 40ha rừng giống và vườn giống tại Quảng Đông và Hải Nam, bao gồm cả vườn giống thế hệ 1 và 1,5, ước tính có thể cung cấp khoảng 1.000kg hạt giống mỗi năm.
Keo được đưa vào khảo nghiệm ở Philippin từ những năm 1980 Trong đó Keo tai tượng được đánh giá là rất có triển vọng, năng suất của rừng trồng
10 tuổi đạt tới 32m 3 /ha/năm ở Talogon Qua khảo nghiệm đã xác định được 4 xuất xứ tốt nhất là Kini, Bensbach, Wipim (PNG), Claudie River (Qld) [9].
Đến cuối năm 1990, diện tích rừng trồng Keo tai tượng tại Sabah, Malaysia đạt khoảng 14.000ha Kết quả khảo nghiệm ở độ tuổi 6,1 cho thấy ba nguồn gốc tiềm năng là Wentern Province (PNG) và Claudie River (Qld).
D1.3 có chiều cao trung bình 19,1 cm tại Olive River (Qld), trong khi giá trị tương ứng tại đây là 18,7 cm Qua khảo nghiệm xuất xứ 5,7 tuổi, ba nguồn giống tốt nhất đã được xác định tại Broken Pole Creek, Abergowrie và Olive River (Qld) Tại Papua New Guinea, từ năm 1950, khoảng 60.000 ha rừng trồng các loại Keo, trong đó Keo tai tượng chiếm 15-16%, với tốc độ sinh trưởng chiều cao đạt 5m/năm trong 2,5 năm đầu Việc trồng Keo tai tượng trên quy mô công nghiệp đã bắt đầu tại Indonesia từ đầu những năm 1980, và đến năm 1990, đã có khoảng 38.000 ha rừng trồng loại cây này cung cấp gỗ nguyên liệu cho ngành giấy và gỗ xẻ Tại Malaysia, các biện pháp kỹ thuật lâm sinh cũng được thử nghiệm nhằm chuyển đổi rừng trồng cung cấp nguyên liệu có giá trị kinh tế thấp thành rừng gỗ xẻ thông qua việc tỉa cành và tỉa thưa, nhằm tăng chiều cao dưới cành (Hdc > 9m) của Keo tai tượng.
Cây Keo tai tượng ở Việt Nam
Keo tai tượng đã được thử nghiệm trồng tại các tỉnh Tuyên Quang, Phú Thọ và Vĩnh Phúc, cho thấy sức sống cao và sinh trưởng nhanh Khảo nghiệm năm 1990 tại Hàm Yên - Tuyên Quang cho thấy Keo lá liềm đạt năng suất 17,7m³/ha/năm, trong khi Keo tai tượng đạt khoảng 12m³/ha/năm Tại vùng đồng bằng Sông Hồng, khảo nghiệm năm 1982 tại Đá Chông - Ba Vì cho thấy Keo tai tượng đứng đầu về chiều cao và đường kính, với 92% cây có một thân Kết quả khảo nghiệm năm 1990 với 39 xuất xứ của 5 loài keo cho thấy các xuất xứ Pongaki, Iron Range Ingham và Gubam của Keo tai tượng có sinh trưởng tốt nhất sau 4,5 năm.
Hiện nay, nghiên cứu chất lượng gỗ Keo tai tượng tại Việt Nam chủ yếu tập trung vào đánh giá khuyết tật, tỷ trọng và khả năng chế biến gỗ Theo Nguyễn Trọng Nhân (2003), gỗ Keo tai tượng, Keo lai và Keo lá tràm có các khuyết tật như mắt sống, mắt mục và biến màu, trong đó gỗ Keo tai tượng có tỷ lệ khuyết tật thấp nhất (30,87%), so với Keo lá tràm (34,19%) và Keo lai (42,86%) Đặc biệt, nghiên cứu của Đào Xuân Thu (2006) chỉ ra rằng gỗ Keo tai tượng là nguyên liệu lý tưởng cho công nghệ biến tính gỗ, giúp sản xuất đồ mộc cao cấp.
Kết quả thử nghiệm sản xuất ván ghép thanh từ gỗ Keo tai tượng ở tuổi 7 - 8, với đường kính từ 15 - 20cm, cho thấy công nghệ này có thể áp dụng hiệu quả trong sản xuất tại Việt Nam, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn chất lượng cho khung cửa, cánh cửa và các chi tiết đồ mộc khác.
Tổng quan về ngành giấy
1.3.1 Lịch sử phát triển ngành giấy
Từ thời nguyên thủy, con người đã sử dụng than củi và đá để vẽ hình ảnh mô tả cuộc sống hàng ngày Khi trí não phát triển, chữ viết ra đời và con người ghi lại lịch sử bằng da thú, tre và gỗ Tuy nhiên, những phương pháp này không đảm bảo lưu giữ thông tin lâu dài, do đó cần một giải pháp hiệu quả hơn để bảo tồn kiến thức và trải nghiệm.
Vào khoảng năm 2000 trước công nguyên, người Ai Cập đã phát hiện ra giấy dó bằng cách tách cây thành lát mỏng và vẽ lên đó, được coi là tờ giấy đầu tiên của con người Tuy nhiên, họ chưa biết tách rời xơ sợi thực vật để sản xuất giấy Đến năm 105, Nguyễn Thái Luân ở Trung Quốc đã sáng chế ra phương pháp dùng vỏ cây dâu tằm để làm giấy viết, và đến năm 106, kỹ nghệ làm giấy này đã được phổ biến rộng rãi Sau đó, người Trung Quốc còn sử dụng nhiều loại cây khác như đay, gai, tre nứa và sợi tơ tằm để sản xuất giấy.
Nghề làm giấy có nguồn gốc từ Trung Quốc đã được truyền bá đến Triều Tiên vào năm 384 công nguyên, tiếp theo là Nhật Bản vào năm 610, và đến Việt Nam, Miến Điện, Ấn Độ trong thế kỷ VII Từ đó, nghề này tiếp tục lan rộng sang các châu lục khác như Châu Âu, Châu Phi, và Châu Mỹ, với những mốc quan trọng như đến Ả Rập vào năm 751 và Tây Ban Nha vào năm 1451.
(1276), Pháp (1348), Anh (1494), Nga (1567), Mỹ (1690), Canada (1803)
Trong bối cảnh công nghệ cơ giới, điện năng và luyện kim hóa phát triển mạnh mẽ, nhu cầu sản xuất cellulose và giấy ngày càng gia tăng Hơn 200 năm qua, ngành công nghiệp này đã chứng kiến những bước tiến vượt bậc, bắt đầu từ phát minh của Nichola – Louis Robert vào năm 1798 với chiếc máy xeo giấy đầu tiên Tiếp theo, gia đình Fourdrinier đã cải tiến máy xeo thành dạng lưới dài, mở ra kỷ nguyên mới cho sản xuất giấy Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu truyền thống như vải rách và sợi bông đã cạn kiệt, tạo ra thách thức cho ngành công nghiệp này.
Cho đến năm 1840, hai người Đức là Keller và Ulter đã phát minh ra máy mài gỗ, mở ra hướng sử dụng các loại gỗ mới và đánh dấu sự phát triển của ngành công nghệ sản xuất Cellulose – Giấy Tuy nhiên, gỗ từ bột gỗ mài có độ bền thấp và nhanh ố vàng, dẫn đến việc nghiên cứu các phương pháp hóa học để thu được xơ sợi tự do Năm 1866, phương pháp Sulfit ra đời, tiếp theo là phương pháp Sulfate được phát minh vào năm 1874 bởi Davit Kman, người Thụy Điển Sự ra đời của hai phương pháp này đã chứng minh rằng ngành công nghiệp giấy thực sự đã trưởng thành.
Thế kỷ 20 là thời kỳ chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp giấy, nhờ vào các kỹ thuật hiện đại như nấu liên tục, tẩy nhiều giai đoạn, tráng keo trên máy xeo, hình thành khô, sản xuất giấy từ xơ sợi tổng hợp và ứng dụng công nghệ điều khiển bằng máy tính điện tử.
Giấy và các sản phẩm từ giấy hiện nay đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Nó không chỉ là phương tiện ghi chép, lưu trữ và trao đổi thông tin, mà còn là vật liệu chính trong bao bì và xây dựng Với sự phát triển của đời sống, vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng được chú trọng, và giấy trở thành giải pháp thay thế cho túi nylon, thuận tiện cho tái chế Ngành công nghiệp bột và giấy không chỉ cung cấp nhiều sản phẩm hữu ích mà còn tạo ra việc làm cho nhiều người, góp phần quan trọng vào nền kinh tế quốc dân.
1.3.2 Thực trạng ngành giấy Việt Nam
Ngành giấy tại Việt Nam có lịch sử hình thành từ rất sớm, khoảng năm 284 Trong suốt thời gian từ đó đến thế kỷ 20, giấy chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp thủ công, phục vụ cho các nhu cầu ghi chép, tạo tranh dân gian và sản xuất vàng mã.
Năm 1912, nhà máy sản xuất bột giấy đầu tiên tại Việt Trì bắt đầu hoạt động với công suất 4.000 tấn/năm Trong thập niên 1960, nhiều nhà máy giấy được xây dựng, nhưng chủ yếu có công suất nhỏ như nhà máy giấy Việt Trì, Vạn Điểm, Đồng Nai và Tân Mai Đến năm 1975, tổng công suất thiết kế của ngành giấy Việt Nam đạt 72.000 tấn/năm, nhưng do ảnh hưởng của chiến tranh và sự mất cân đối giữa sản lượng bột giấy và giấy, sản lượng thực tế chỉ đạt 28.000 tấn/năm.
Vào năm 1982, nhà máy giấy Bãi Bằng, được chính phủ Thụy Điển tài trợ, đã chính thức đi vào sản xuất với công suất thiết kế đạt 52.000 tấn bột giấy và 55.000 tấn giấy mỗi năm, sử dụng dây chuyền sản xuất khép kín với công nghệ cơ lý và tự động hóa Nhà máy cũng đã xây dựng các nguồn nguyên liệu, cơ sở hạ tầng, cơ sở phụ trợ, hóa chất và trường đào tạo nghề để phục vụ cho hoạt động sản xuất Ngành giấy đã có sự phát triển mạnh mẽ, với sản lượng tăng trung bình 11% mỗi năm trong giai đoạn 2000 – 2006; tuy nhiên, vào năm 2008, nguồn cung chỉ đáp ứng khoảng 64% nhu cầu tiêu dùng, phần còn lại phải nhập khẩu Mặc dù có sự tăng trưởng đáng kể, đóng góp của ngành giấy vào tổng giá trị sản xuất quốc gia vẫn còn rất khiêm tốn.
Trong chiến lược phát triển ngành giấy giai đoạn 2001 – 2010, Tổng công ty giấy Việt Nam đã đặt mục tiêu sản xuất 1.260.000 tấn giấy và 2.255 tấn bột giấy vào năm 2010, với kế hoạch đạt 3.420.000 tấn vào năm 2020 Để đạt được mục tiêu này, Tổng công ty đã quy hoạch xây dựng và mở rộng 10 nhà máy sản xuất bột giấy tại các tỉnh như Sơn La, Lai Châu, và Phú Thọ, với tổng công suất 1.360.000 tấn/năm Một yếu tố quan trọng để đảm bảo nguồn cung cấp bột giấy là mở rộng và quy hoạch các vùng nguyên liệu, nhằm cung cấp nguồn nguyên liệu ổn định và lâu dài cho các nhà máy Do đó, Tổng công ty đã điều chỉnh báo cáo chiến lược phát triển, nhấn mạnh sự cần thiết phát triển vùng nguyên liệu giấy, với mục tiêu đến năm 2010, diện tích trồng cây nguyên liệu giấy sẽ đạt 1.096.000 ha.
- Cây nguyên liệu thớ dài (Thông): 180.000 ha
- Cây nguyên liệu thớ ngắn (Keo, Bạch đàn, ): 786.000 ha
- Cây thân thảo (Cỏ bàng, đay, ):20.000 ha
Đầu tư vào xây dựng vùng nguyên liệu và tăng cường sản lượng khai thác nguyên liệu là rất quan trọng để thúc đẩy sự phát triển sản xuất và nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm bột giấy và giấy do các doanh nghiệp Việt Nam sản xuất, đặc biệt trong bối cảnh đất nước gia nhập WTO.
Mu ̣c tiêu, đối tượng, phạm vi, nô ̣i dung và phương pháp nghiên cứu
- Tận du ̣ng tối đa đố i với nguồn nguyên liê ̣u gỗ
- Góp phần làm tăng thu nhập cho người nông dân
- Nghiên cứu thành phần hoá học của gỗ Keo tai tượng 5 tuổi
- Nghiên cứu các thông số kỹ thuật của bột giấy được nấu từ gỗ Keo tai tượng 5 tuổi
- Định hướng sử dụng thích hợp nguyên liệu bột giấy Keo tai tượng 5 tuổi
1.4.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng: Các thông số công nghệ sản xuất bột giấy từ cây Keo tai tượng (Acacia mangium)
- Nguyên liệu sử dụng là gỗ Keo tai tượng cấp tuổi 5 khai thác tai huyện Yên Thuỷ, tỉnh Hoà Bình
- Phương pháp nấu bột giấy được sử dụng là phương pháp sulfate
- Xác định các thành phần hóa ho ̣c của nguyên liê ̣u
- Nấu bột giấy từ nguyên liê ̣u Keo tai tượng
- Kiểm tra các tính năng củ a bô ̣t giấy sau khi nấu
Phương pháp kế thừa là việc chọn lọc các tài liệu, kết quả nghiên cứu, đề tài và công trình nghiên cứu liên quan từ trong và ngoài nước, nhằm phục vụ cho vấn đề nghiên cứu một cách hiệu quả.
- Phương pháp lý thuyết: dùng để nghiên cứu các phương pháp nấu bô ̣t, quá trình phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình nấu bô ̣t…
- Phương pháp thực nghiệm: thí nghiệm nấu bột và kiểm tra các tính chất củ a bô ̣t giấy
- Phương pháp thố ng kê toán ho ̣c: dùng để xử lý số liê ̣u thí nghiê ̣m và phân tích kết quả
Trung bình mẫu Được xác định theo công thức: n x X n i
Trong đó: xi – các giá trị ngẫu nhiên của mẫu thí nghiệm; n – số mẫu quan sát;
X - trị số trung bình mẫu
Sai tiêu chuẩn mẫu Được xác định theo công thức:
Trong đó: S – sai quân phương; xi - giá trị của các phân tử;
X - trung bình cộng của các giá trị xi; n – số mẫu quan sát
Sai số trung bình cộng Được xác định theo công thức: n m s (1.3)
Trong đó: m – sai số trung bình cộng; s – sai quân bình phương; n – số mẫu quan sát
Hệ số biến động Được xác định theo công thức:
Trong đó: S% - hệ số biến động; s – sai quân bình phương;
X - trị số trung bình cộng
Hệ số chính xác Được xác định theo công thức:
Trong đó: P – hệ số chính xác; m – sai số trung bình cộng;
X - trị số trung bình cộng
Sai số tuyệt đối của ước lượng Được xác định theo công thức: n x s t
Trong đó: C(95%) – sai số tuyệt đối của ước lượng; ta/2 – mức tin cậy; s - độ lệch tiêu chuẩn; n – dung lượng mẫu.
CƠ SỞ LÝ LUẬN
Lý thuyết nấu bột giấy
Sản xuất bột giấy là quá trình sử dụng phương pháp hóa học, cơ học hoặc sự kết hợp giữa hai phương pháp này để tách nguyên liệu sợi thực vật thành bột giấy Bột giấy có thể giữ nguyên màu sắc tự nhiên của nguyên liệu hoặc đã được tẩy trắng Quá trình này bao gồm các bước cơ bản quan trọng.
Ngoài các bước cơ bản đã nêu, quy trình còn bao gồm nhiều công đoạn bổ trợ quan trọng như điều chế dịch nấu và dịch tẩy trắng, cũng như thu hồi nhiệt năng và hóa chất từ dịch đen và khí thải Việc tận dụng tổng hợp dịch đen cũng đóng vai trò quan trọng trong quy trình này.
Nguyên liệu sản xuất giấy bao gồm nhiều thành phần hóa học như cellulose, lignin, hemicellulose, nhựa và các thành phần vô cơ, trong đó cellulose và hemicellulose là hai thành phần chính Quá trình nấu nguyên liệu sử dụng phương pháp hóa học với nhiệt độ nhất định để loại bỏ các thành phần khác, đặc biệt là lignin, nhằm thu được cellulose và một phần hemicellulose Có nhiều phương pháp sản xuất bột giấy khác nhau, mỗi phương pháp có đặc điểm riêng và phù hợp với từng loại nguyên liệu.
Dự trữ nguyên liệu Xử lý nguyên liệu Nấu bột Rửa bột Sàng tuyển
Nấu và nghiền bột giấy được thực hiện theo yêu cầu của từng loại sản phẩm cuối cùng Hiện nay, hai phương pháp chính được sử dụng là phương pháp axit và phương pháp nấu kiềm Trong đó, phương pháp axit chủ yếu là phương pháp sulfit, còn phương pháp nấu kiềm bao gồm phương pháp sulfate và sulfate cải tiến.
Các phương pháp nấu
Phương pháp sulfit là phương pháp axit với tác nhân nấu bao gồm: SO2
NaHSO3, H2SO4 và H2O thường được sử dụng để nấu gỗ lá kim có ít nhựa Dịch nấu được tạo ra bằng cách sục khí SO2 vào dung dịch kiềm như NaOH, Ca(OH)2 hoặc NH4OH với nồng độ từ 0,9 - 1%, dẫn đến việc hình thành muối sulfit như NaHSO3, Ca(HSO3)2, axit H2SO3 và một lượng lớn khí SO2 tồn tại dưới dạng hòa tan trong nước Trong quá trình nấu, H2SO3 phản ứng với lignin tạo ra lignisulfonat Ở giai đoạn đầu, khi mức độ sulfua hóa thấp, lignin vẫn giữ trạng thái rắn và chưa tan vào dịch nấu Khi mức độ sulfua hóa tăng, lignisulfonat sẽ tan vào dịch nấu do nhóm sulfonat có tính háo nước, và khả năng hòa tan ligninsulfonat sẽ mạnh hơn khi mức độ sulfua hóa cao.
Trong quá trình nấu, nhóm polysacarit như cellulose và hemicellulose sẽ bị chuyển hóa, trong đó polysacarit dễ thủy phân sẽ biến thành monosacarit như glucoza và pructoza, trong khi polysacarit khó thủy phân chỉ bị chuyển hóa một phần nhỏ Thành phần nhựa trong gỗ chủ yếu là nhựa thông (C19H29COOH), một axit không hòa tan trong phương pháp nấu sulfit Nhựa này bám vào sợi sau khi nấu, vì vậy phương pháp sulfit chỉ phù hợp với loại thông có ít nhựa.
Phương pháp sulfit có ưu điểm là cho chất lượng bột tốt Hàm lượng
- cellulose có thể đạt 90-94% sau quá trình tẩy trắng và làm giàu
Phương pháp nấu kiềm bao gồm hai kỹ thuật chính: nấu xút và nấu sulfat, cả hai đều phân hủy lignin trong môi trường kiềm với pH từ 13-14 Phương pháp nấu xút sử dụng NaOH và H2O làm tác nhân, trong khi phương pháp nấu sulfat kết hợp NaOH, H2O và một tác nhân sulfat khác.
Na2S trong dịch nấu sulfat làm quá trình hòa tan lignin nhanh chống hơn và triệt để hơn so với phương pháp nấu xút
Phương pháp sản xuất bột giấy bằng kiềm sulfate là phương pháp phổ biến nhất, thích hợp cho nguyên liệu như gỗ lá kim, gỗ lá rộng, cỏ, cũng như gỗ phế liệu từ chế biến cơ giới và gỗ có hàm lượng nhựa cao.
Ngoài ra nó còn có một số ưu điểm:
Tất cả các loại nguyên liệu sợi thực vật như gỗ lá kim, gỗ lá rộng, tre trúc và nguyên liệu thân cỏ đều có thể áp dụng phương pháp nấu này Phương pháp này cũng thích hợp với các nguyên liệu chất lượng thấp như gỗ phế liệu, cành nhánh, bìa bắp, và đầu mẩu từ các xưởng chế biến gỗ, cũng như gỗ có hàm lượng nhựa cao.
Có nhiều loại bột giấy được sản xuất từ nguyên liệu khác nhau, bao gồm bột không tẩy trắng từ gỗ lá kim dùng cho giấy cách điện và bao bì, cùng với bột tẩy trắng từ gỗ lá kim, gỗ lá rộng và thân cỏ cho giấy carton trắng và văn hóa phẩm Ngoài ra, còn có thể sản xuất bột sợi nhân tạo Phương pháp sulfate hiện đang được áp dụng rộng rãi trong sản xuất bột hóa học.
- Cường độ của bột tương đối tốt Nếu so sánh với phương pháp kiềm thì phương pháp này cho hiệu suất bột cao hơn
- Vật liệu dùng trong các thiết bị nấu và rửa bột có thể sử dụng loại thép carbon thông thường cũng được, dễ lựa chọn
Việc thu hồi hóa chất và nhiệt lượng không chỉ tăng cường hiệu quả kinh tế mà còn giúp giảm giá thành sản phẩm Sử dụng gỗ lá kim có hàm lượng nhựa cao trong quá trình nấu có thể thu hồi các sản phẩm phụ, góp phần giảm ô nhiễm môi trường.
Phương pháp tẩy trắng nhiều giai đoạn hoặc sử dụng dung dịch ClO2 có thể tạo ra bột giấy với độ trắng và cường độ cao Gần đây, để đáp ứng yêu cầu giảm giá thành sản xuất và nâng cao tính cạnh tranh, cũng như giảm thiểu ô nhiễm môi trường, công nghệ nấu sulfate truyền thống đã bộc lộ một số nhược điểm cần khắc phục.
- Hiệu suất bột thấp so nấu theo phương pháp sulfit
Quá trình sử dụng năng lượng thấp gặp hiệu quả kém do nhiệt độ cao và lượng thất thoát trong quá trình nấu và rửa, dẫn đến mức tiêu thụ năng lượng cho mỗi đơn vị sản phẩm tăng cao.
- Sự phát thải ra môi trường các loại khí độc hại như meracaptan và
Không thể nấu bột với hàm lượng lignin dư thấp để phù hợp với các quy trình tẩy trắng mới như ECF và TCF mà không ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng của bột.
Dựa trên thực tế sản xuất giấy tại Việt Nam và điều kiện trong phòng thí nghiệm, tôi đã quyết định áp dụng phương pháp nấu sulfate gián đoạn truyền thống để sản xuất bột giấy.
Lý thuyết nấu sulfate
Dịch trắng là dung dịch được tạo ra khi hòa tan Ca(OH)2 vào dịch xanh, và đây là dung dịch hóa chất được sử dụng trong quá trình nấu Dịch trắng cũng được áp dụng trong phương pháp nấu sulfate, với các tác nhân nấu chính là NaOH và Na2S.
- Kiềm hoạt tính trong nấu sulfate chính là lượng tác nhân nấu có trong dịch nấu sulfate: NaOH + Na2S (g/l) Thường dùng Na2O (hoặc NaOH) biểu thị
- Kiềm hữu hiệu trong dich nấu sulfate là NaOH + 1/2Na2S vì trong điều kiện pH và nhiệt độ nấu thì chỉ có 1/2 lượng Na2S thủy phân thành NaOH
Na2S + H2O = NaOH + NaHS (1) NaHS + H2O = NaOH + H2S (2) (không xảy ra phản ứng 2)
- Độ hoạt tính của kiềm là chỉ mức độ tinh khiết của kiềm sản xuất
Trong kiềm trắng, bên cạnh kiềm hoạt tính, còn tồn tại nhiều tạp chất như Na2CO3, NaCl, Na2SiO3 và NaAlO2 Ngoài ra, trong dịch trắng nấu sulfate cũng có một số tạp chất khác như Na2SO4 và Na2SO3.
Độ hoạt tính của Na2S2O3, hay còn gọi là kiềm trắng, phản ánh lượng kiềm tinh khiết mà không tính các thành phần phụ trong quá trình sản xuất Thông thường, hoạt tính của xút công nghiệp dao động từ 85% đến 90%.
- Độ hoạt tính của kiềm trắng là tỷ số lượng kiềm hoạt tính và tổng kiềm, trong nấu sulfate: Độ hoạt tính = NaOH Na 2 S * 100 , (%)
Tổng kiềm được xác định bằng tổng lượng muối Natri có trong dịch trắng Trong quá trình nấu sulfate, các chất này được tính bằng đơn vị NaOH hoặc Na2O.
- Kiềm định phân chung: Hay còn gọi là kiềm chung, là tổng lượng kiềm hoạt tính và Natricacbonnat Trong phương pháp nấu sulfate là: NaOH +
- Độ sulfua là phần trăm của độ Na2S trên lượng kiềm hoạt tính có
Tổng kiềm trong dịch nấu sulfua Độ sulfua = * 100 , (%)
- Độ xút hóa: Chỉ mức độ chuyển hóa Na2CO3 thành NaOH trong quá trình xút hóa Độ xút hoá = * 100 , (%)
- Độ khử: Đặc trưng cho lượng Na2S sinh ra bởi phản ứng khử sulfate trong quá trình đốt kiềm: Độ khử = * 100 , (%)
- Độ khô của mảnh: Cho biết lượng gỗ khô tuyệt đối có trong một lượng mảnh ẩm cho trước:
- Nguyên liệu khô kiệt là nguyên liệu sợi thực vật không còn nước Nguyên liệu phơi khô là nguyên liệu sợ thực vật, có hàm lượng ẩm 10%
- Mức dùng kiềm: Là lượng tiền hoạt tính tiêu tốn cho 100g dăm gỗ khô tuyệt đối:
Mức dùng kiềm = Lượng kiềm hoạt tính
- Lượng kiềm hao: Là tỷ lệ % giữa lượng kiềm hoạt tính tiêu hao thực tế và lượng ngyên liệu khô kiệt khi nấu (khô tuyệt đối khi nấu)
Tỷ lệ dịch là tỷ lệ giữa lượng nguyên liệu khô tuyệt đối (kg hoặc tấn) và thể tích tổng dịch nấu (lít hoặc m³), bao gồm cả nước trong nguyên liệu và toàn bộ dịch nấu Trong các nhà máy sản xuất bột giấy, tỷ lệ dịch hợp lý thường được quy định để tính toán lượng dung dịch kiềm, nước, và dịch đen cần thiết cho quá trình nấu.
Hiệu suất nấu: Là tỷ số giữa lượng bột giấy KTĐ thu được sau nấu so với lượng dăm gỗ nấu KTĐ ban đầu:
Hnấu Lượng bột giấy KTĐ
Khi tính toán lượng hóa chất cho nấu kiềm, cần chuyển đổi tất cả các hợp chất của Natri về cùng một đơn vị NaOH hoặc Na2O Đơn vị Na2O thường được ưa chuộng hơn, vì hầu hết các hợp chất Natri trong dung dịch nấu kiềm đều chứa hai nguyên tử Natri, ví dụ như Na2S, Na2CO3 và Na2SO4.
Tính chất của dịch trắng trong quá trình nấu:
Nồng độ kiềm hoạt tính trong dịch trắng thường dao động từ 90-120g/l (theo đơn vị NaOH) Khi dịch được rót vào nồi nấu, nồng độ kiềm hoạt tính giảm xuống khoảng 40-60g/l do sự pha loãng với dịch đen và nước trong dăm gỗ Cuối quá trình nấu, nồng độ kiềm hoạt tính trong dịch đen chỉ còn từ 9-15g/l (theo đơn vị NaOH).
Trong quá trình nấu, pH của dịch nấu ban đầu khá cao, dao động từ 12-13, nhưng sau khi kết thúc, pH vẫn giữ nguyên ở mức 11-12 Sự ổn định này được giải thích bởi sự hình thành dịch đệm từ các muối Natri kết hợp với các muối vô cơ yếu và axít hữu cơ được sinh ra trong quá trình nấu, như Na2CO3 và Na2S.
Na2SO3… những muối này bị thủy phân trong môi trường kiềm nên sẽ tạo ra các muối axít :
Phản ứng thủy phân của Na2SO3 trong nước tạo ra NaOH và NaHSO3, chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ và nồng độ dịch nấu Dưới cùng một điều kiện nấu, muối của axit yếu hơn sẽ bị thủy phân mạnh hơn, với độ mạnh của các axit theo thứ tự H2SO3 > H2CO3 > H2S.
- Dịch đen là dịch thu được sau nấu Trong dịch đen thường có một lượng bazơ nhất đinh, thường gọi là bazơ dư
- Thành phần hữu cơ trong dịch đen được chia thành bốn nhóm chính sau:
Lignin kiềm, lignin hòa tan (nhưng không bị kết tủa bởi axít )
Rượu, xêtôn, phenol, axít nhựa, axít béo
Axít formic, axít axetic và các axít hữu cơ dễ bay hơi khác là những sản phẩm quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất Ngoài ra, oxít axít và lacton cũng là những sản phẩm phân hủy polysacarit trong gỗ, xảy ra dưới tác động của kiềm.
- Thành phần vô cơ trong dịch đen bào gồm: Na2SO3, Na2CO3, NaCl,
Na2SO4, NaOH dư, (Na2S dư), …
Dịch xanh là sản phẩm thu được từ quá trình nấu sulfat, thông qua hệ thống thu hồi bazơ, hòa tan trong dịch trắng hoặc nước Thành phần chính của dịch xanh bao gồm Na2CO3 và Na2S, bên cạnh đó còn chứa Na2SO4, Na2SO3, Na2S2O3 và NaOH với một lượng nhất định.
Dịch nấu thường là sự kết hợp giữa dịch trắng và dịch đen; đối với những nhà máy không trang bị hệ thống thu hồi bazơ, việc sử dụng NaOH là một giải pháp khả thi.
Na2S là thành phần chính để pha chế dịch nấu sulfate, bao gồm Na2CO3 và Na2S Ngoài ra, trong dịch còn có một tỷ lệ nhỏ Na2CO3, Na2SO4, Na2SO3, Na2S2O3 cùng với một số tạp chất khác, chủ yếu từ hệ thống thu hồi bazơ.
2.3.2 Cơ chế vật lý khi nấu
Quá trình thẩm thấu của dịch nấu
Trong quá trình nấu, việc chú trọng đến thẩm thấu là rất quan trọng, vì thẩm thấu tốt sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các bước tiếp theo Dăm cần tiếp xúc với dịch nấu, cho phép dịch thẩm thấu vào dăm, từ đó kích thích các phản ứng hóa học diễn ra.
Hóa chất thấm vào dăm nhờ có hai tác dụng: Tác dụng mao quản và tác dụng khuếch tán
Nghiên cứu về quá trình dịch chuyển của dăm dung dịch và thẩm thấu vào trong dăm được gọi là thẩm thấu chủ thể Chủ thể thẩm thấu, bao gồm muối, sulfate hoặc muối sulfit, quyết định khả năng dung dịch đi qua mao quản.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp chọn mẫu
3.1.1 Vị trí địa lý, đặc điểm sinh thái rừng cây lấy mẫu
Huyện Yên Thủy, thuộc tỉnh Hòa Bình, nằm ở phía cực nam của tỉnh, cách thành phố Hòa Bình khoảng 85 km và thành phố Ninh Bình khoảng 50 km theo quốc lộ 1A Huyện này cũng cách thủ đô Hà Nội và sân bay quốc tế Nội Bài khoảng 100 km, đồng thời cách thành phố Sơn La khoảng 250 km Về mặt địa lý, huyện Yên Thủy giáp huyện Lạc Thủy ở phía Đông, huyện Lạc Sơn ở phía Tây, huyện Nho Quan (Ninh Bình) và huyện Thạch Thành (Thanh Hóa) ở phía Nam, và huyện Kim Bôi ở phía Bắc.
Yên Thủy là huyện có sông Lạng bắt nguồn từ xã Bảo Hiệu và Hữu Lợi, chảy về sông Nho Quan Huyện này còn có quốc lộ 12B dài 22,0 km đi qua địa bàn.
Đường Hồ Chí Minh dài 22,5 km đi qua 4 xã và thị trấn, bao gồm Lạc Thịnh, Yên Lạc, Bảo Hiệu, Lạc Hưng và thị trấn Hàng Trạm, cùng với 5 xã, thị trấn khác là Yên Trị, Ngọc Lương, Lạc Thịnh, Yên Lạc, Phú Lai.
Yên Thủy, huyện duy nhất của tỉnh Hòa Bình, tiếp giáp với ba vùng lãnh thổ: Tây Bắc, Đồng bằng Sông Hồng và Bắc Trung Bộ Với địa hình thuận lợi và vị trí gần hai vùng kinh tế đông dân, Yên Thủy sở hữu tiềm năng lớn về lao động, khoa học kỹ thuật, tài chính và khả năng đầu tư, tạo điều kiện cho sự phát triển kinh tế xã hội Ngoài ra, huyện còn có vị trí quốc phòng quan trọng trong khu vực.
Yên Thủy, thuộc tỉnh Hòa Bình, có độ cao trung bình 42m so với mặt nước biển, với chiều dài 26,0 km và chiều rộng 12,0 km Địa hình nơi đây khá đa dạng, bao gồm núi đá vôi cao, rừng rậm, đồi xen kẽ, cùng với các thung lũng và đồng bằng kéo dài theo quốc lộ 12B Khu vực này được chia thành 3 vùng sản xuất chuyên canh.
Vùng 1: Gồm các xã Lạc Thịnh, Yên Lạc, Thị trấn là vùng trung tâm kinh tế, chính trị, sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi, tiểu thủ công nghiệp và thương mại dịch vụ của huyện
Vùng 2: Gồm các xã Đa Phúc, Hữu Lợi, Đoàn Kết, Yên Trị, Phú Lai, Ngọc Lương đây là vùng có diện tích rừng và vùng đệm vườn quốc gia Cúc Phương, sản xuất chủ yếu là nông nghiệp, cây ăn quả, cây công nghiệp, trồng rừng, là vùng có sản lượng lạc, ngô, mía cao nhất huyện
Vùng 3: Gồm các xã: Lạc Hưng, Bảo Hiệu, Lạc Lương, Lạc Sỹ cách trung tâm huyện trên 10km, địa hình cao, dốc, kinh tế chủ yếu là sản xuất lâm nghiệp, trồng rừng và cây ăn quả Hiện giờ đường Hồ Chí Minh đi qua hai xã Bảo Hiệu và Lạc Hưng đã tạo thuận lợi cho phát triển kinh tế, xã hội và giao lưu hàng hóa
Yên Thủy có tổng diện tích tự nhiên là 28.210,1 ha, chiếm 6% diện tích tỉnh và 0,79% diện tích vùng Tây Bắc Trong đó, đất nông nghiệp chiếm 24,7% với 6.973,22 ha, đất lâm nghiệp có rừng chiếm 37,0% với 10.434,25 ha, đất chuyên dùng chiếm 7,0% với 2.009,94 ha, và đất ở chiếm 1,6% với 442,31 ha Phần còn lại là đất chưa sử dụng, bao gồm đồi núi đá và sông suối.
- Khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa đông ngắn, lạnh, ít mưa, mùa hè dài, nóng nhiều mưa
- Nhiệt độ: Nhiệt độ trung bình hàng năm là 22,80C nhiệt độ lúc cao nhất trong năm là 38,90C thấp nhất là 2,70C
- Lượng mưa: Lượng mưa trung bình hàng năm là 1900 mm, năm cao nhất là
2460 mm, năm thấp nhất là 1300 mm, lượng mưa nhiều nhất thường xuất hiện vào các tháng 7, 8 hàng năm
3.1.1.5 Dân số và nguồn nhân lực
Dân số trung bình năm 2008 là 63.760 người, trong đó nam giới là 31.712 người, nữ giới là 32.048 người, dân số trong độ tuổi lao động là 37.064 người
Huyện có 06 dân tộc sinh sống, trong đó dân tộc mường chiếm 67,57%, dân tộc kinh chiếm 32,22% các dân tộc khác chiếm 0,21%
3.1.1.6 Nguồn tài nguyên thiên nhiên
Yên Thủy có khí hậu nhiệt đới gió mùa với bốn mùa rõ rệt, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nhiều loại cây công nghiệp như đậu tương, mía, cam, chanh và các loại cây ăn quả khác Ngoài ra, khu vực núi cao với khí hậu mát mẻ vào mùa hè có tiềm năng phát triển khu nghỉ dưỡng và du lịch sinh thái Tuy nhiên, những lợi thế này vẫn chưa được khai thác triệt để.
Yên Thủy, với diện tích đất nông nghiệp 6.973,22 ha và rừng tự nhiên 8.463,0 ha, là một trong hai huyện của tỉnh Hòa Bình có diện tích rừng nằm trong vườn quốc gia Cúc Phương Rừng không chỉ mang lại giá trị kinh tế mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường, văn hóa và du lịch Do đó, việc bảo vệ vườn quốc gia Cúc Phương và khu vực đệm của huyện là rất cần thiết, tạo cơ hội để phát triển các dự án đầu tư và kinh tế du lịch.
Huyện sở hữu nhiều khoáng sản quý giá như than đá chất lượng cao tại các xã Lạc Sỹ, Lạc Hưng, Bảo Hiệu, Đoàn Kết, Ngọc Lương, Hữu Lợi, vàng sa khoáng, mỏ đất sét ở vùng 2, cùng với các mỏ đá vôi phục vụ cho sản xuất xi măng và đá xây dựng Ngoài ra, nước khoáng Ngọc Lương cũng là một nguồn tài nguyên tiềm năng Tuy nhiên, việc khai thác các khoáng sản này vẫn chưa được đầu tư đúng mức so với tiềm năng sẵn có.
Yên Thủy nằm ở vị trí giao thoa giữa vùng Tây Bắc, đồng bằng Sông Hồng và Bắc Trung Bộ, tạo nên sự đa dạng văn hóa với nhiều phong tục, truyền thống và lễ hội đặc sắc Huyện nổi bật với các danh lam thắng cảnh và di tích lịch sử, trong đó có Chùa Hang (Yên Trị), động Thiên Tôn với hai hang cạn và hang nước (Ngọc Lương), làng du lịch sinh thái dân tộc Mường (xóm Thấu, xã Lạc Sỹ), chùa Tác Đức (Lạc Thịnh) và động Thiên Long (Lạc Lương).
3.1.2 Phương pháp chọn ô lấy mẫu
Để nghiên cứu tính chất cơ bản của cây Keo tai tượng tại huyện Yên Thủy, tỉnh Hòa Bình, cần lựa chọn khu vực đại diện dựa trên điều kiện tự nhiên như thời tiết, vị trí địa lý và thổ nhưỡng Khu rừng Keo được chọn phải có ít nhất 100 cây Keo tai tượng có cùng độ tuổi để đảm bảo tính chính xác trong việc thu thập mẫu.
Hình 3.1: Rừng Keo tai tượng tại nơi lấy mẫu
Tại nơi lấy mẫu chọn 5 cây Keo tai tượng có tính đại diện, thành thục, không có khuyết tật
Bảng 3.1 Kích thước của cây thí nghiệm
D1.3 (cm) Đường kính thân tb (cm)
Mẫu sau khi chặt hạ kịp thời bảo quản để tránh biến màu, nứt tách, mục mọt và côn trùng phá hoại.
Phương pháp xác định kích thước sợi
Phương pháp tách sợi được thực hiện bằng cách đo ngẫu nhiên chiều dài sợi sau khi các tế bào đã được phân tách Chúng tôi áp dụng phương pháp tách sợi của Madison, sử dụng các mảnh có kích thước và hình dạng tương tự như que diêm (1,5 x 1,5 x 30 mm).
Các mảnh có kích thước giống que diêm (l,5 x 1,5 x 30 mm) được ngâm trong hỗn hợp axít axetic 97% và hyđro peroxit 27% theo tỉ lệ 1:1 trong 12 giờ ở 60 độ C để tách sợi Sau khi tách, các sợi được rửa sạch hóa chất và khuấy bằng đũa thủy tinh Tiếp theo, sử dụng rây tiêu chuẩn số 100 để lọc lấy sợi và nhuộm màu bằng Safranin Quy trình nhuộm bao gồm: ngâm sợi trong dung dịch Safranin 1% trong 5 phút, rửa sạch bằng nước cất ít nhất 3 lần, rửa tiếp bằng cồn 97% 2 lần, sau đó ngâm trong dung dịch Fast Green 1% trong 2 phút và cuối cùng rửa bằng cồn tuyệt đối 1 đến 2 lần.
Ngẫu nhiên chọn 30 sợi đã nhuộm màu và đặt lên hai lam kính trong suốt kích thước 75 x 25 mm Sử dụng 2 hoặc 3 giọt Bôm Canada hòa tan trong xylen để cố định các sợi trên lam kính Tiến hành đo chiều dài của từng sợi bằng kính hiển vi quang học có gắn dụng cụ đo (trắc vi thị kính).
Phương pháp xác định thành phần hóa học
Keo tai tượng được cắt từ các vị trí trên thân cây, sau đó được băm nhỏ Khoảng 500g dăm được trộn đều và sử dụng phương pháp tứ phân liên tục để đảm bảo tính đại diện, rồi nghiền thành bột Mẫu nghiền được sàng với khối lượng 30-40g trong 5 phút, lấy phần mẫu qua lưới sàng 0,4mm và phần còn lại trên lưới sàng 0,25mm Cuối cùng, mẫu được sấy khô ở nhiệt độ 105 ± 2°C và bảo quản trong bình hút ẩm.
3.3.1 Phương pháp xác định hàm lượng ẩm nguyên liệu sợi thực vật
Việc xác định hàm lượng ẩm trong nguyên liệu sợi thực vật là rất cần thiết, vì độ ẩm biểu thị hàm lượng nước có trong nguyên liệu Độ ẩm tuyệt đối được tính bằng phần trăm so với khối lượng mẫu khô kiệt, trong khi độ ẩm tương đối tính bằng phần trăm so với mẫu có nước như gỗ tươi Trong thực tế, độ ẩm tuyệt đối thường được sử dụng hơn.
Trong quá trình sử dụng nguyên liệu, độ ẩm của nguyên liệu ở dạng ướt hoặc phơi sấy có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng thẩm thấu dịch và đường cong nấu bột trong công nghệ bột giấy Nước trong nguyên liệu bao gồm nước liên kết và nước tự do, do đó, việc xác định độ ẩm nguyên liệu trước khi nấu là cần thiết để kiểm soát quá trình sản xuất Khi phân tích thành phần nguyên liệu, khối lượng khô kiệt được sử dụng làm chuẩn gốc để tính toán tỷ lệ các chất Độ chính xác của phép phân tích hóa học cũng phụ thuộc vào việc xác định độ ẩm nguyên liệu, điều này cho thấy tầm quan trọng của việc kiểm soát độ ẩm trong sản xuất.
Phương pháp xác định độ ẩm bao gồm nhiều kỹ thuật như cân sấy, chưng cất, sử dụng máy điện tự động và ván kiểm tra Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào phương pháp cân sấy để xác định độ ẩm của nguyên liệu.
- Tủ sấy (có thể điều chỉnh nhiệt độ)
- Bình hút ẩm, cân phân tích có độ chính xác đến 0,0001 mg
Cân khoảng 1g mẫu chính xác đến 10-4 g cho vào cốc thí nghiệm đã được sấy khô Đặt cốc vào tủ sấy, mở nắp và sấy ở nhiệt độ (103 ± 2) °C trong 3 giờ Sau đó, lấy cốc ra và để vào bình hút ẩm để làm nguội trong khoảng 30 phút, rồi cân lại khối lượng Tiếp tục sấy thêm 1 giờ và lặp lại quy trình này cho đến khi khối lượng mẫu không thay đổi, với điều kiện khối lượng hai lần cân liên tiếp chênh lệch nhau không quá 0,5%.
Gọi hàm lượng ẩm của mẫu là W (%) thì W được xác định như sau:
Trong đó: m1: khối lượng mẫu và cốc trước khi sấy m2: khối lượng mẫu và cốc sau khi sấy m: khối lượng khô tuyệt đối của cốc chịu nhiệt
Hệ số khô của mẫu được tính theo công thức:
Trong các phương pháp phân tích hóa học, giá trị của các phép phân tích tính theo lượng mẫu khô tuyệt đối luôn được nhân với hệ số Kk.
3.3.2 Độ pH của gỗ Độ pH của gỗ là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong việc sử dụng hợp lí gỗ, nó có quan hệ đến khả năng biến màu, tính năng dán dính, tính năng trang sức và tính ăn mòn của gỗ
- Máy đo pH: có vạch chia 0,02
- Cân phân tích có độ chính xác đến 0,01 mg
Cốc miệng rộng: loại 50 ml và 500 ml
Lấy 3g mẫu (cân chính xác đến 0,01g) cho vào cốc miệng rộng dung tích
Pha 50 ml với 30 ml nước cất đã được làm nguội đến nhiệt độ phòng, khuấy đều trong 5 phút, sau đó để yên 15 phút và khuấy lại 5 phút Sử dụng máy đo pH để xác định trị số pH chính xác đến 0,02.
Mẫu thí nghiệm được thực hiện hai lần, với sai số giữa hai lần không vượt quá 5% Giá trị bình quân toán học của hai lần thí nghiệm được lấy, chính xác đến 0,01.
3.3.3 Phương pháp xác định hàm lượng tro (Theo tiêu chuẩn T - 15 - OS –
- Cốc nung bằng sứ có nắp đậy
- Cân phân tích có độ chính xác đến 0,1 mg
Tủ nung có khả năng duy trì nhiệt độ từ 550 đến 600 độ C (575 ± 25 độ C) Để đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình sử dụng, việc kiểm tra nhiệt độ thường xuyên là rất cần thiết.
Cân khoảng 2 – 3g mẫu với độ chính xác tới 0.0001g, thực hiện cân 2 mẫu để làm song song Cốc sứ và nắp cần được nung trong tủ nung ở nhiệt độ 575 ± 25 °C cho đến khi đạt khối lượng không đổi Sau đó, cho mẫu thử vào cốc nung, mở nắp và đặt cốc vào tủ nung, bắt đầu bằng cách đặt cốc lên mép ngoài tủ hoặc trên bếp điện để tránh mẫu thử cháy thành ngọn lửa, sau đó tăng dần nhiệt độ lên 575 ± 25 °C.
Nung mẫu ở nhiệt độ 0C trong khoảng 3 - 4 giờ hoặc lâu hơn cho đến khi loại bỏ hoàn toàn các hợp chất hữu cơ, đảm bảo không còn màu đen trong mẫu Sau khi nung xong, cẩn thận lấy mẫu ra từ tủ nung, đậy nắp lại và làm nguội mẫu trong bình hút ẩm trong khoảng thời gian 30 phút.
40 phút rồi tiến hành cân mẫu Quá trình được lặp đi lặp lại như vậy cho đến khi khối lượng chênh lệch giữa hai lần cân không vượt quá (0,5%)
Hàm lượng tro được xác định theo công thức :
Trong bài viết này, chúng ta xem xét các khối lượng liên quan đến quá trình sấy mẫu, bao gồm m1, là khối lượng cốc nung và tro sau khi đã sấy đến khối lượng không đổi; m, là khối lượng cốc nung đã sấy đạt khối lượng không đổi; và g, là khối lượng mẫu thử trước khi sấy.
3.3.4 Xác định hàm lượng cellulose (Tiêu chuẩn T-210-OS-70)
Phương pháp xác định hàm lượng cellulose hiệu quả và chính xác nhất là sử dụng hỗn hợp dung dịch acid HNO3 và etanol, được gọi là phương pháp Kiursher - Hofft.
Dụng cụ thí nghiệm Hóa chất
- Bình tam giác - Acid HNO3
- Bếp đun cách thuỷ - Etanol tinh khiết
- Phễu lọc màng xốp (G3 hoặc nop
- Dung dịch phloroglucinol trong axit HCl 12%
Cân 1g mẫu thử khô và cho vào bình cầu đáy tròn hoặc bình tam giác 250ml Thêm 25ml hỗn hợp HNO3 và etanol (tỉ lệ 1:4) vào bình, sau đó đun sôi mẫu trong 1 giờ, lắc thường xuyên Mỗi giờ, lấy bình ra và loại bỏ dung dịch qua phễu lọc màng xốp IG3 (theo tiêu chuẩn Trung Quốc) và por – 16 (theo tiêu chuẩn Nga), hạn chế tối đa lượng mẫu rơi vào phễu lọc và sử dụng bơm chân không để hút sạch phễu Tiếp tục cho 25ml dung dịch tinh khiết vào bình, lắp vào hệ thống làm lạnh và đun trong 1 giờ, sau đó lọc như trên Lặp lại quy trình này khoảng 3 lần.
Nấu bột giấy
3.4.1 Các thông số đầu vào và đầu ra của quá trình thí nghiệm nấu bột
+ Thông số đầu vào của thí nghiệm:
- Nhiệt độ nấu cao nhất: 130ºC, 150ºC, 170ºC
- Thời gian bảo ôn: 60, 90, 120 phút
- Lượng hoá chất sử dụng: 16, 18, 20%
+ Thông số đầu ra của thí nghiệm
- Độ trắng của bột giấy
3.4.2 Sơ đồ thực nghiệm nấu bột
Dịch nấu sử dụng hóa chất NaOH và Na2S, với nồng độ NaOH khoảng 100g/l và Na2S khoảng 50g/l Cần pha hóa chất đúng tỷ lệ để đảm bảo nồng độ ổn định trong suốt quá trình nấu, tránh sai lệch Hãy chuẩn bị đủ lượng hóa chất cần thiết để duy trì hiệu quả của quá trình.
Nồng độ kiềm đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất và chất lượng bột, quyết định phản ứng hóa học trong quá trình nấu Nồng độ kiềm cao làm tăng tốc độ nấu và giảm thời gian nấu, nhưng chất lượng bột sẽ kém Ngược lại, nồng độ kiềm thấp dẫn đến việc tiêu hao kiềm cao nhưng lại mang lại chất lượng bột tốt hơn.
Na2S đóng vai trò quan trọng trong quá trình nấu bột giấy, ảnh hưởng đến tốc độ nấu, tỷ suất và chất lượng sản phẩm Sự hiện diện của Na2S giúp tăng cường khả năng hòa tan lignin, hạn chế phản ứng đa tụ lignin, và nâng cao hiệu suất của quá trình nấu kiềm Đồng thời, Na2S còn hỗ trợ ổn định mạch phân tử polysacarit trong quá trình nấu kiềm.
Nồng độ hóa chất đóng vai trò quan trọng trong quá trình nấu Để xác định lượng dung dịch cần pha cho mỗi hóa chất, cần phải tính toán cụ thể nồng độ của dung dịch NaOH và Na2S.
3.4.4 Tính toán cho một nồi nấu
- Lượng gỗ nạp nồi: A gam khô tuyệt đối
- Độ ẩm của gỗ mảnh: W(%)
- Lượng hóa chất sử dụng: 16, 18, 20%
Lượng gỗ khô gió nạp nồi: Gk = (A x 100)/W (g)
Lượng nước ẩm có trong gỗ: Gẩm = Gk – A (g) = Vẩm (ml)
Lượng NaOH cần là: GNaOH = A x B1/100 (g)
Hệ số di chuyển từ Na2S sang NaOH là 1,29
Vậy lượng NaOH cần là: GNaOH = AB1/100 x 1,29 = 0,0129AB1 (g)
Dịch nấu được pha sẵn với nồng độ 100g/l, tính thể tích dung dịch nấu:
VNaOH = 0,0129AB1/100 = 0,000129AB1 (lít) = 0,129AB1 (ml)
Lượng Na2S cần là: GNa2S = A x B2/100 (g)
Dịch nấu được pha sẵn với nồng độ 50g/l, tính thể tích dung dịch nấu:
VNa2S = AB2/100 (lít) = 10AB2 (ml)
Tổng lượng dịch: Vd = A x 5 = 5A (ml)
Lượng nước cho thêm vào: Vnước = Vd – (VNaOH + VNa2S + Vẩm)
T0 – Nhiệt độ lúc bắt đầu nấu ( 0 C)
Tb – Nhiệt độ bảo ôn ( 0 C)
Thời gian từ 0 đến τ1 - Thời gian tăng ôn (phút)
Thời gian từ τ1 đến τ2 - Thời gian bảo ôn (phút)
Thời gian từ τ2 đến τ3 - Thời gian giảm nhiệt độ và áp suất (phút)
3.4.5 Thiết bị nấu bột giấy thí nghiệm
- Nồi nấu thí nghiệm có dạng hình trụ dung tích 1 lít
- Nắp gắn với thân trụ bằng 4 bu lông có đệm chịu nhiệt
- Tổng số nồi nấu là 4 chiếc được lắp nghiêng quanh một trục quay nằm ngang, trục quay này được nối với động cơ điện qua hệ thống truyền xích
- Môi trường gia nhiệt là glixeryl
- Quá trình nấu bột phải thường xuyên kiểm tra các thông số để đảm bảo an toàn và để quá trình nấu đúng như khúc tuyến đã chọn
Hình 3.2: Nồi thí nghiệm nấu bột giấy
Hình 3.3: Thiết bị gia nhiệt trong quá trình nấu bột giấy
3.4.6 Các bước tiến hành nấu bột
- Cân một lượng dăm mảnh nhất định sau khi đã biết hàm lượng ẩm Wdăm = 12%
- Tính toán tổng lượng dịch, lượng nước ngậm trong gỗ và lượng nước bổ sung
Đong lượng dịch nấu theo tính toán và hòa tan với nước bổ sung trước khi cho vào nồi Lưu ý lắc đều dịch nấu để đảm bảo nồng độ đồng nhất, đồng thời nồi nấu cần được rửa sạch và để khô trước khi thêm dăm và dịch nấu vào.
Để đảm bảo an toàn và hiệu quả khi sử dụng nồi, cần đóng chặt nắp nồi và kiểm tra xem có bị hở không Gắn chặt từng nồi vào mâm quay theo nguyên tắc đối xứng Kiểm tra dung dịch glixeryl trong nồi, đảm bảo cao hơn tâm trục khoảng 10 cm Đồng thời, kiểm tra an toàn của hệ thống nấu trước khi đóng điện cho nồi quay và gia nhiệt Cuối cùng, điều chỉnh nhiệt độ khống chế theo khúc tuyến đã chọn.
Khi hết thời gian, ngừng gia nhiệt và bật quạt để hút hơi glixeryl Mở nắp nồi, sử dụng quạt thổi để làm nguội, sau đó dừng mâm quay Tháo từng nồi nhỏ ra ngoài và làm lạnh bằng nước, sử dụng dụng cụ để tháo nắp.
- Đổ bột trong nồi qua sang, tiến hành rửa bột Phần cellulose thu được vắt kiệt nước, giữ lại để phân tích tiếp theo
- Tiến hành nấu các mẻ nguyên liệu ứng với từng mức bazơ
Công đoạn rửa bột trong sản xuất bột giấy đóng vai trò quan trọng trong việc làm sạch, giúp tách cellulose khỏi các chất thải như dịch đen và các mắt còn sống, đảm bảo chất lượng bột giấy cuối cùng.
Rửa bột dựa trên nguyên lý khuếch tán do chênh lệch nồng độ giữa dịch và nước rửa, giúp dịch thải khuếch tán từ vùng xung quanh sợi cellulose vào nước rửa và được lọc tách khỏi bột Để rút ngắn thời gian rửa và nâng cao độ sạch của bột, quá trình khuyếch tán thường được kết hợp với lọc ép Quá trình này được thực hiện trên các máy rửa chân không.
Do phòng thí nghiệm không có thiết bị rửa bột nấu và khối lượng cũng nhỏ nên chỉ áp dụng rửa khuyếch tán thủ công bằng nước sạch
Sau khi nấu xong, bột và dịch được đổ vào sàng và rửa dưới vòi nước để loại bỏ dịch màu đen, đồng thời đảo trộn để bột tơi ra Quá trình này tiếp tục cho đến khi bột không còn dính dịch, sau đó dùng tay vắt bột và kiểm tra độ pH Nếu pH vẫn kiềm tính, tiếp tục vắt và kiểm tra lại đến khi pH đạt mức trung tính Lượng bột ẩm sau đó được cân và ghi lại, rồi bảo quản trong túi nylon kín để đảm bảo độ ẩm đồng đều, giúp xác định hiệu suất bột cho các bước tiếp theo.
3.4.8 Xác định hiệu suất bột
Bột sau khi rửa được vắt kiệt nước, sau đó đem cân trên cân kỹ thuật và ghi lại kết quả
Xé tơi các nắm bột và cho vào túi nylon ghi rõ số nồi nấu và mẻ nấu Các túi này cần được buộc kín và để trong một ngày đêm để bột đạt độ ẩm đồng đều trước khi thực hiện các bước tiếp theo.
Xác định hiệu suất bột là quá trình đo độ ẩm của bột sau khi nấu Từ đó, ta tính toán lượng bột khô tuyệt đối trong mỗi nồi và chia cho lượng dăm mảnh khô tuyệt đối được đưa vào nấu, sau đó nhân với 100% để có được hiệu suất nấu bột giấy.
Hiệu suất bột giấy được xác định theo công thức:
Gbột – Lượng bột khô tuyệt đối của từng nồi (g)
Gdăm – Lượng dăm khô tuyệt đối nạp vào nồi (g)