- PHAN CH Í THANH NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ TẨY TRẮNG BỘT GIẤY SUNFAT CÓ SỬ DỤNG ENZYM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. - Mục đích và nhiệm vụ của quá trình tẩy trắng bột hóa. - Khái quát về công nghệ tẩy trắng ECF. - Khái quát một số công đoạn tẩy trắng bột hóa. - Tẩy trắng bột hóa bằng dioxit clo. - Một số sơ đồ tẩy trắng ECF. - Sử dụng enzym trong tẩy trắng bột giấy. - Cơ sở lý thuyết về sử dụng enzym cho tẩy trắng bột giấy. - Tổng quan các nghiên cứu về sử dụng enzym cho tẩy trắng bột giấy. - Xác định các chỉ tiêu chất lượng của bột sunfat chưa tẩy trắng. - Phương pháp tẩy trắng bột sunfat. - Xác định tính chất của bột sunfat chưa tẩy trắng. - Thiết lập qui trình công nghệ xử lý bột sunfat bằng enzym cho tẩy trắng 44 3.3.1 Lập luận chọn sơ đồ tẩy trắng. - 48 3.4 Nghiên cứu thiết lập quy trình công nghệ tẩy trắng bột sunfat có sử dụng enzym. - 50 3.4.2 Xác định mức dùng dioxit clo cho tẩy trắng. - 53 3.4.5 Nghiên cứu khả năng rút gọn quy trình tẩy trắng ECF. - 54 3.4.6 Ảnh hưởng của xử lý enzym tới độ trắng của bột sunfat tẩy trắng theo sơ đồ X - D0 - EP - D1 - E – D2. - 54 3.4.7 Xác định khả năng giảm tiêu hao hóa chất tẩy trong chu trình tẩy trắng bột sunfat có sử dụng enzym. - 55 3.4.8 Ảnh hưởng của enzym tới quá trình nghiền và một số tính chất của bột giấy sunfat tẩy trắng. - 56 3.4.9 Đánh giá tác động tới môi trường của quy trình tẩy trắng sử dụng enzym. - 58 3.5 Quy trình công nghệ tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng bằng dioxit clo có sử dụng enzym. - Một trong những giải pháp hiệu quả là sử dụng enzym trong chu trình tẩy trắng bột hóa. - Mục tiêu của đề tài: Thiết lập quy trình công nghệ tẩy trắng bột sunfat có công đoạn tiền xử lý bằng enzym. - Đối tượng nghiên cứu: Bột giấy sunfat chưa tẩy trắng của nhà máy giấy Bãi Bằng - Tổng Công ty Giấy Việt Nam. - Nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý bột sunfat bằng enzym tới quá trình tẩy trắng bằng dioxit clo. - Phan Chí Thanh Luận văn Thạc sĩ Khoa học 10 - Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ tới quá trình tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng bằng dioxit clo. - Xây dựng quy trình tẩy trắng bột giấy bằng dioxit clo có sử dụng enzym nhằm thu được bột tẩy trắng phù hợp làm nguyên liệu sản xuất giấy in, giấy viết. - Như vậy, nhiệm vụ của quá trình tẩy trắng bột giấy bao gồm: tăng độ trắng. - tạo cho bột tẩy trắng các tính chất lý hóa học nhất định theo mục đích sử dụng. - Phan Chí Thanh Luận văn Thạc sĩ Khoa học 13 Nhờ đó mà cả một xu hướng mới, mà ngày nay đã hình thành một nhóm công nghệ - tẩy trắng không sử dụng clo nguyên tố (ECF - Elemental chlorine free). - Công nghệ tẩy trắng ECF sử dụng các tác nhân tẩy trắng chính là dioxit clo, oxy, hydropeoxit và ozon. - Khái quát một số công đoạn tẩy trắng bột hóa 1.3.1. - Hơn thế nữa, các lợi ích của công nghệ tẩy trắng hiện đại sử dụng dioxit clo có thể kể đến là. - Quá trình tẩy trắng ở nhiệt độ cao hơn (60 ÷ 70 oC), nồng độ bột mang tẩy được nâng cao (10. - Nước thải của quá trình tẩy trắng bằng dioxit clo có hàm lượng AOX thấp hơn nhiều khi tẩy bằng clo. - Những năm gần đây công nghệ tẩy trắng bằng dioxit clo ở nhiệt cao đã được phát triển. - Đây là công đoạn bắt buộc kế tiếp công đoạn clo hóa hay tẩy trắng bằng dioxit clo. - Tất cả các chu trình tẩy trắng sử dụng các hợp chất chứa clo đều dựa trên sơ đồ truyền thống bao gồm hai công đoạn clo hóa - kiềm hóa. - Tức kiềm hóa là công đoạn bắt buộc sau công đoạn tẩy trắng bằng clo và dioxit clo. - Sử dụng enzym trong tẩy trắng bột giấy 1.4.1. - Có 02 cách tiếp cận vấn đề thúc đẩy tách loại lignin ra khỏi bột giấy trong quá trình tẩy trắng. - Xuất phát từ cơ sở đó, enzym đã được nghiên cứu và áp dụng cho tẩy trắng bột giấy lần đầu tiên vào năm 1986. - Đến nay các loại enzym sử dụng cho tẩy trắng Phan Chí Thanh Luận văn Thạc sĩ Khoa học 29 bột giấy chủ yếu là các loại xylanaza. - Các loại enzym sử dụng cho tẩy trắng bột giấy (bột hóa) là các hemixenlulaza. - Ngoài tẩy trắng ra, chúng còn được sử dụng cho các công đoạn khác của quá trình sản xuất, như trợ nghiền. - Phần lớn các loại enzym này đã được sử dụng rộng rãi và rất hiệu quả cho tẩy trắng bột giấy. - Cần lưu ý rằng hiện nay chưa có mannanaza thương phẩm sử dụng cho tẩy trắng bột giấy. - Tác dụng của xylanaza lên xylan có thể biểu diễn bằng sơ đồ sau: Phan Chí Thanh Luận văn Thạc sĩ Khoa học 33 Trên cơ sở đó, công đoạn xử lý bột giấy bằng xylanaza đã được áp dụng một cách hài hòa và hiệu quả trong dây chuyền công nghệ tẩy trắng bột hóa. - Xử lý bằng bột giấy bằng xylanaza được sử dụng kể cả trong chu trình tẩy trắng ECF, TCF và tẩy trắng bằng clo[6,19]. - Phan Chí Thanh Luận văn Thạc sĩ Khoa học 34 - Công nghệ tẩy trắng sử dụng enzym tương đối đơn giản và không đòi hỏi nhiều vốn đầu tư cho việc thay đổi thiết bị mới hay dây chuyền sản xuất. - Xylanaza đã được phân lập từ chủng Aspergillus để sử dụng cho tẩy trắng bột giấy [17]. - Bột đã qua xử lý bằng Laccaza và xylanaza-lacaza được tẩy trắng theo quy trình D0-E-D1-D2. - Quy trình tẩy trắng được tiến hành tiếp theo với các mẫu tương tự là D0-EP-D1-D2. - Xử lý bột giấy bằng enzyme ở 50 † 60 oC với pH môi trường 4 ÷ 8 trong vòng 2 ÷ 3 giờ và tẩy trắng bằng hydropeoxit có thể thay thế được một công đoạn clo hóa trong chu trình công nghệ. - Tẩy trắng bột giấy theo sơ đồ ECF: X-D-H có thể tăng độ trắng của bột lên 2 ÷ 6 % ISO. - Sử dụng enzym trong chu trình tẩy trắng ECF bột sunfat gỗ cứng có thể thu được bột có độ trắng ISO và độ bền cơ học cao. - Tẩy trắng theo quy trình trên có thể tăng độ trắng của bột giấy cao hơn 1,9 %ISO so với không sử dụng enzym. - SUURNÄKKI, Anna và các cộng sự đã nhận bản quyền cho nghiên cứu sử dụng mannannaza cho tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng và gỗ mềm [5]. - Bột tẩy trắng thu được đều có độ trắng cao hơn 2 % và 0,6 % tương ứng. - Một loại mananaza đã được phân lập tuyển chọn và sử dụng cho tẩy trắng bột sunfat [22]. - Từ các thông tin đã trình bày trên, có thể khẳng định được hiệu quả của xử lý bột giấy bằng enzym đối với quá trình tẩy trắng. - Tiếp đó bột được tẩy trắng bằng hydropeoxit. - Tẩy trắng bột sunfat theo sơ đồ D0-EP-D1: Được tiến hành tương tự sơ đồ D0-EP-D1-E-D2 với mức dùng chất tẩy, nhiệt độ và thời gian tẩy theo yêu cầu. - Xác định tính chất của bột sunfat chƣa tẩy trắng Bột giấy sunfat chưa tẩy trắng của nhà máy giấy Bãi Bằng - Tổng Công ty Giấy Việt Nam được nấu theo chế độ sau. - Thiết lập quy trình công nghệ xử lý bột sunfat bằng enzym cho tẩy trắng 3.3.1. - Phan Chí Thanh Luận văn Thạc sĩ Khoa học 45 Mặt khác, như đã biết xử lý bột giấy bằng enzym cho tẩy trắng là một công đoạn riêng biệt trong chu trình tẩy trắng, được tiến hành trước hoặc ngay sau công đoạn xử lý oxy - kiềm. - Vì vậy, cần phải xác định được các thông số công nghệ tối ưu của công đoạn này để xác lập được sự ảnh hưởng của nó tới quá trình tẩy trắng bằng các chất tẩy khác. - Sử dụng các chất tẩy trắng bền, dễ định lượng, có khả năng tách loại lignin và biến đổi các nhóm mang mầu. - Tẩy trắng bột giấy tới độ trắng không cao quá. - Điều kiện tẩy trắng được trình bày trên bảng 3.1. - Phan Chí Thanh Luận văn Thạc sĩ Khoa học 46 Bảng 3.1: Các thông số công nghệ của sơ đồ tẩy trắng bột sunfat H-P-A Thông số Công đoạn H Công đoạn P Mức dùng NaClO. - Mức dùng enzym: 0 ÷ 300 g/ tấn bột KTĐ - Nhiệt độ: 50 oC - Thời gian: 2 giờ Bột sau xử lý enzym được tẩy trắng theo sơ đồ H-P-A với các điều kiện như trên (Bảng 3.1), xác định độ trắng của bột tẩy trắng cho kết quả trên Hình 3.1. - Ảnh hưởng của mức dùng enzym tới độ trắng của bột sunfat Phan Chí Thanh Luận văn Thạc sĩ Khoa học 47 Kết quả cho thấy, xử lý bột bằng enzym trước tẩy trắng có ảnh hưởng rõ rệt tới độ trắng của bột giấy sunfat, mức dùng enzym tỷ lệ thuận với sự tăng độ trắng của bột giấy. - Điều thú vị là, đối với bột sunfat gỗ cứng, với một sơ đồ tẩy trắng như trên, mức dùng enzym này đã được nhà sản xuất khuyến cáo. - Ảnh huởng của thời gian xử lý enzym tới độ trắng của bột sunfat Như ta đã biết, mục đích của việc tẩy trắng bột giấy là tách loại lignin và biến đổi các nhóm mang màu còn lại trong bột. - Các kết quả nghiên cứu cho thấy thời gian xử lý càng kéo dài thì hiệu quả tẩy trắng càng cao. - Để xác lập được thời gian xử lý thích hợp, đã tiến hành tẩy trắng theo sơ đồ X-H-P-A với các điều kiện trên. - Tính chất bột chưa tẩy trắng: trị số Kappa 19 đv, độ nhớt 859 cm3/g. - Sản phẩm đạt được: bột tẩy trắng có độ trắng min. - Nghiên cứu thiết lập quy trình công nghệ tẩy trắng bột sunfat có sử dụng enzym 3.4.1. - Trước hết đã tiến hành nghiên cứu thiết lập các thông số công nghệ của quy trình tẩy trắng bằng dioxit clo ba công đoạn, sau đó kết hợp công đoạn xử lý enzym. - Các thông số công nghệ của quá trình tẩy trắng được liệt kê trên bảng 3.3. - Phan Chí Thanh Luận văn Thạc sĩ Khoa học 51 Bảng 3.3: Điều kiện tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng với tổng mức dùng ClO2 khác nhau Thông số Công đoạn D0 EP D1 E D2 Mức dùng ClO2. - Bảng 3.4: Điều kiện tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng với sự thay đổi mức dùng ClO2 giữa các công đoạn Thông số Công đoạn D0 EP D1 E D2 Mức dùng ClO2. - Thay đổi mức dùng kiềm trong công đoạn EP trong khoảng 1 † 2 % so với bột KTĐ, xác định độ trắng của bột tẩy trắng (Bảng 3.7) cho thấy dưới mức đã chọn (1,5. - Ảnh hưởng của mức dùng NaOH trong công đoạn EP tới độ trắng của bột sunfat tẩy trắng Mức dùng NaOH. - bột KTĐ 1 1,5 2 Độ trắng, %ISO Từ các kết quả nghiên cứu đã xác lập có thể thiết lập được chế độ công nghệ tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng bằng dioxit clo như sau: Thông số công nghệ Các công đoạn D0 EP D1 E D2 Mức dùng ClO2. - Nghiên cứu khả năng rút gọn quy trình tẩy trắng ECF Để có thể khẳng định tính hợp lý của sơ đồ công nghệ tẩy trắng đã thiết lập (D0-EP-D1-E-D2), đã tiến hành tẩy trắng bột sunfat ở điều kiện tương đương, song Phan Chí Thanh Luận văn Thạc sĩ Khoa học 55 với hai công đoạn tăng trắng được rút gọn thành một (D0-EP-D), mức dùng NaOH được giữ ở mức 1,5 % so với bột KTĐ. - Kết quả thu được cho thấy, độ trắng của bột tẩy trắng theo sơ đồ rút gọn chỉ đạt 84,5 % ISO. - Ảnh hƣởng của xử lý enzym tới độ trắng của bột sunfat tẩy trắng theo sơ đồ X-D0-EP-D1-E-D2 Trên cơ sở quy trình xử lý bột sunfat bằng enzym cho tẩy trắng (mục 3.2) và quy trình tẩy trắng bằng dioxit clo (mục 3.4.4) đã được thiết lập, tiến hành tẩy trắng bột giấy theo sơ đồ sử dụng enzym (X-D0-EP-D1-E-D2) với các thông số công nghệ tương ứng. - Kết quả thu được bột tẩy trắng có độ trắng đạt ISO, tức xử lý enzym có thể tăng được trên dưới 2 % ISO. - Bên cạnh đó cũng đã xác định được rằng, sử dụng enzym với một mức dùng hợp lý (150 g/tấn bột KTĐ) trong một chu trình tẩy trắng X-D0-EP-D1-E-D2 có thể nâng cao được độ trắng của bột lên mức 87 ÷ 88 %ISO. - Ảnh hƣởng của enzym tới quá trình nghiền và một số tính chất của bột giấy sunfat tẩy trắng Nghiền bột giấy là một trong những công đoạn quan trọng của quá trình sản xuất giấy. - bột giấy chưa tẩy trắng đã qua xử lý enzym (15,6. - và bột giấy tẩy trắng (15,2. - Bột tẩy trắng có tính chất phù hợp làm nguyên liệu sản xuất giấy in, viết. - Quy cách chất lƣợng bột chƣa tẩy trắng. - Phan Chí Thanh Luận văn Thạc sĩ Khoa học 60 Các thông số công nghệ của Quy trình: Thông số công nghệ Các công đoạn Công đoạn X Mức dùng enzym 150 g/tấn bột KTĐ Nhiệt độ xử lý 30 ÷ 60 oC Thời gian xử lý 120 phút Các công đoạn tẩy trắng D0 EP D1 E D2 Mức dùng ClO2. - Đã xây dựng được quy trình tẩy trắng bột giấy sunfat gỗ cứng (nấu từ gỗ keo và bạch đàn tỉ lệ dăm mảnh 70/30), bằng dioxit clo có sử dụng enzym FibreZyme® LBL CONC của hãng Dyadic International (USA), cho bột độ trắng cao phù hợp sản xuất giấy in viết. - Tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng theo sơ đồ X-D0-EP-D1-E-D2 cho phép tăng độ trắng của bột tẩy trắng cao hơn 2 %ISO hoặc giảm được tới 20 % mức dùng dioxit clo cũng như giảm được khoảng 20 % hàm lượng AOX
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt