- Ảnh hưởng của quá trình tẩm mảnh nguyên liệu. - Ảnh hưởng của dạng nguyên liệu. - Thành phần hóa học của nguyên liệu. - Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý. - Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu. - Yêu cầu đối với nguyên liệu đầu vào. - Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý tới hiệu suất đường khử. - Trong lĩnh vực công nghệ chế biến sinh hóa học vật liệu lignoxenluloza, ở nước ta rơm rạ đã được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất bột giấy hiệu suất cao;. - Vì vậy, trong nghiên cứu này, rơm rạ được sử dụng làm nguyên liệu để thu nhận xenluloza có tính chất phù hợp cho chế tạo vật liệu, hóa chất (các dẫn xuất của xenluloza).. - Công nghệ hiện đại được nghiên cứu áp dụng với nguyên liệu rơm rạ, là nấu sunfat tiền thủy phân, được ứng dụng rộng rãi trên thế giới để sản xuất xenluloza tan từ gỗ.. - Chuẩn bị nguyên liệu và phân tích thành phần hóa học cơ bản của rơm rạ;. - Tổng cộng có tới trên dưới 50% nguyên liệu ban đầu bị hòa tan. - Số lượng và thành phần các sản phẩm phân hủy phụ thuộc vào loại nguyên liệu và điều kiện nấu.. - Các phản ứng hóa học giữa các tác nhân của dịch nấu và các thành phần của nguyên liệu thực vật (chủ yếu là lignin) bắt đầu diễn ra trong pha rắn, dưới tác dụng của kiềm lignin và hemixenluloza bị phân hủy;. - Trong dung dịch các biến đổi hóa học của các sản phẩm hòa tan thành phần nguyên liệu và các quá trình phụ được tiếp diễn. - Cơ chế của quá trình tẩm nguyên liệu bao gồm thấm ướt và tẩm khuyếch tán. - Các phản ứng hóa học giữa các tác nhân trong dịch nấu với các thành phần của nguyên liệu bao gồm kích hoạt và làm đứt các liên kết trong đại phân tử lignin và trong tổ hợp lignin-cacbohydrat, dưới tác dụng của các ion hydroxin và sunfua hydro thâm nhập vào nguyên liệu. - Khác với nấu sunfit, khi nấu kiềm các phản ứng hóa học diễn ra mạnh hơn, ngay khi nhiệt độ của quá trình còn tương đối thấp, sự hòa tan các chất trong nguyên liệu được bắt đầu gần như ngay từ thời điểm nguyên liệu tiếp xúc với dịch nấu. - Tổng lượng lưu huỳnh bị tiêu hao vào khoảng 1 ÷ 1,5% so với nguyên liệu gỗ khô tuyệt đối. - Các phản ứng của kiềm với các thành phần của gỗ diễn ra sau giai đoạn tẩm nguyên liệu bởi dịch nấu và hấp phụ dịch trên bề mặt mảnh nguyên liệu. - Trong quá trình nấu, nồng độ kiềm trong dịch giảm do chúng bị tiêu hao cho trung hòa các axit tạo thành khi phân hủy các thành phần của nguyên liệu. - Lượng kiềm dư so với lý thuyết này sẽ là dung môi hòa tan các sản phẩm phân huỷ các thành phần của nguyên liệu trong quá trình nấu. - Mức dùng kiềm trong thực tế sản xuất cao hơn mức tính theo lý thuyết 10 ÷ 50% tùy thuộc vào dạng nguyên liệu và loại bột cần sản xuất.. - Lượng dịch đen cần bổ sung phụ thuộc vào nồng độ kiềm trong dịch trắng và độ ẩm của nguyên liệu ban đầu, chiếm khoảng 20 ÷ 25% tổng lượng dịch nấu, tùy thuộc vào chất lượng cần thiết của bột.. - Gia nhiệt, tức nâng nhiệt độ từ nhiệt độ ban đầu khi nạp dịch đến nhiệt độ nấu, có thể dừng giữa chừng để đảm bảo cho nguyên liệu được thấm ướt tốt;. - Nấu sunfat với nguyên liệu gỗ được thực hiện ở nhiệt độ cao nhất trong khoảng 160 ÷ 180 o C (áp suất 0,8 ÷1,0 MPa) tùy thuộc vào vào dạng nguyên liệu và chất lượng bột cần thiết. - Ảnh hƣởng của quá trình tẩm mảnh nguyên liệu. - Khi sản xuất bột mềm tẩy trắng, cải thiện tốt quá trình tẩm nguyên liệu thì sẽ làm giảm mức dùng các hóa chất khi tẩy trắng bột.. - Độ đồng đều về kích thước và độ ẩm của dăm mảnh cũng gây ảnh hưởng tới hiệu quả và vận tốc của quá trình tẩm nguyên liệu. - Ảnh hƣởng của dạng nguyên liệu. - Khác với nấu sunfit, nấu kiềm cho phép sử dụng tất cả các dạng nguyên liệu khác nhau. - Mặc dù vậy, chủng loại nguyên liệu cũng gây ảnh hưởng không nhỏ tới quá trình nấu. - Hiệu suất của bột có trị số Kappa trung bình sản xuất từ gỗ mềm dao động trong khoảng 40 ÷ 50%, tùy thuộc vào quy cách chất lượng của nguyên liệu.. - Khi nấu kiềm, có thể sử dụng nguyên liệu bị mục nhiều bề ngoài với tỉ lệ lớn hơn so với phương pháp nấu sunfit, song cần lưu ý là khi sử dụng nhiều loại nguyên liệu này, đặc biệt là các loại gỗ đã bị mục lõi, mức dùng kiềm sẽ cao hơn, hiệu suất bột có thể giảm vài. - Một số nhà máy sản xuất bột dùng cho sản xuất giấy bao bì và cacton sử dụng gỗ chưa bóc vỏ hoặc nguyên liệu có hàm lượng vỏ cao. - Nguyên liệu sử dụng chủ yếu là gỗ mềm.. - ở nhiệt độ 120 ÷ 130 o C.. - Trong trường hợp này, nguồn H + cần thiết để thúc đẩy các phản ứng thủy phân hemixenluloza, chính là các axit hữu cơ tạo thành từ nguyên liệu ở nhiệt độ cao (từ các nhóm axetyl của mắt đơn phân axit glucoronic).. - Trong quá trình thủy phân, nguyên liệu được ngâm trong môi trường axit ở nhiệt độ cao, một phần hemixenluloza trong nguyên liệu bị thủy phân thành đường (oligosaccarit và monosaccarit), hòa tan vào dung dịch. - Phần hemixenluloza còn lại trong nguyên liệu sau khi thủy phân, ít nhiều cũng sẽ bị tác động bởi quá trình thủy phân, nên khả năng hòa tan của chúng khi nấu xút hay nấu sunfat ở công đoạn sau sẽ tăng lên. - Trị số pH của dịch thủy phân thấp nên đòi hỏi sử dụng các thiết bị chế tạo từ vật liệu chịu axit, cho nên quá trình được chia thành hai giai đoạn: Giai đoạn thứ nhất – thủy phân bằng axit tiến hành trong thiết bị chuyên dụng sau đó là công đoạn rửa nguyên liệu đã qua thủy phân sau đó tiếp tục thực hiện quá trình nấu theo phương pháp nấu sunfat.. - Một số trường hợp đặc biệt dùng nguyên liệu bông thủy phân (DP dùng để sản xuất loại metylxenlulozacó khả năng hòa tan tốt và độ nhớt thấp.. - Nguyên liệu dùng để sản xuất Etylxenluloza có thể là bông xơ ngắn, bông thủy phân, xenluloza gỗ sản xuất theo phương pháp sulfit hoặc sunfat. - Quá trình tổng hợp xyanoetylxenluloza từ nguyên liệu là xenluloza được sản xuất từ phương pháp sulfit hoặc sunfat và thực hiện quá trình depolyme hóa xeluloza để đạt giá trị DP = 400 trong môi trường kiềm. - Nguyên liệu sản xuất CMC là các loại xenluloza dùng cho chế biến hóa học. - Những năm gần đây cùng với các dạng nguyên liệu thân thảo khác, rơm rạ được nghiên cứu sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất bột giấy bằng nhiều phương pháp khác nhau.. - Wikhan Anpanurak và Sawitree Pisuthpichet [2006] đã tiến hành nghiên cứu quy trình thu bột giấy từ nguyên liệu rơm rạ. - Nguyên liệu được cắt ngắn với độ dài trung bình 30 ÷ 35 mm, được thủy phân trong dung dịch H 2 SO 4 ở các nồng độ khác nhau với tỷ dịch 1:10 trong thời gian theo từng mẻ, ở nhiệt độ 121 o C. - 13% so với nguyên liệu KTĐ.. - Nhiệt độ: thay đổi từ 80 ÷ 121 o C.. - Mức dùng kiềm : 9% so với nguyên liệu khô tuyệt đối.. - Nhiệt độ : 121 o C.. - Mức dùng kiềm : 7% so với nguyên liệu khô tuyệt đối.. - Nguyên liệu ban đầu có thành phần hóa học như sau: Holoxenluloza 58,65;. - Mức dùng kiềm: 7% so với nguyên liệu khô tuyệt đối.. - Nhiệt độ nấu : 210 o C.. - Nhiệt độ nấu: 60 ÷ 90 o C.. - Từ tổng hợp tóm tắt được trình bày ở trên có thể thấy, rơm rạ là nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất bột xenluloza. - hydropeoxit là một tác nhân có tác dụng thúc đẩy quá trình tách loại lignin và các thành phần khác của nguyên liệu. - Vì vậy áp dụng nguyên liệu có sẵn đối với dạng nguyên liệu dễ tách loại lignin như rơm rạ là một hướng nghiên cứu đầy triển vọng. - Sử dụng phế thải sinh khối thực vật cho sản xuất bột giấy hiệu suất cao phù hợp làm nguyên liệu cho sản xuất zenluloza tan để thu nhận dẫn xuất từ xenluloza.. - Các thành phần hóa học cơ bản của nguyên liệu được xác định theo các phương pháp tiêu chuẩn hóa về phân tích hóa học của gỗ và nguyên liệu thực vật:. - Độ tro của nguyên liệu được xác định bằng phương pháp đốt dựa trên tiêu chuẩn TAPPI T211.. - Tiền xử lý nguyên liệu bằng axit sunfuric và nấu sunfat được tiến hành trong các nồi phản ứng (nồi nấu) bằng inox dung tích 1 lít (hình 2.1), được lắp đặt trong thiết bị nấu có gia nhiệt (bằng glyxerin) và đảo trộn, điều khiển nhiệt độ (hình 2.2).. - Hình 2.1: Nồi phản ứng Hình 2.2: Thiết bị nấu có gia nhiệt Mỗi lần xử lý được tiến hành với 30g nguyên liệu khô tuyệt đối. - Sau khi xác định được chế độ công nghệ thích hợp cho giai đoạn tiền thủy phân, tiến hành tiền thủy phân một lượng lớn nguyên liệu với các chế độ công nghệ đã được xác định, tách dịch thủy phân để thu bã nguyên liệu và tiến hành giai đoạn nấu sunfat.. - Nguyên liệu thu được sau quá trình thủy phân được rửa sạch phơi khô rồi được bảo quản trong điều kiện phòng thí nghiệm.. - Trình tự tiến hành: Nguyên liệu được cho vào nồi nấu ( mỗi nồi 30g nguyên liệu khô tuyệt đối) sau đó bổ sung dịch nấu như tính toán và đảm bảo tỷ lệ dịch là 1:8, quá trình gia nhiệt và thời gian tùy thuộc vào mục tiêu của từng thực nghiệm.. - Như đã nêu trên trong nghiên cứu này sử dụng nguyên liệu rơm rạ, một dạng cây ngắn ngày, thu hoạch theo mùa vụ. - Thành phần hóa học cơ bản của mẫu nguyên liệu rơm rạ sử dụng cho nghiên cứu đã được xác định (Bảng 3.1) theo các phương pháp mục 2.2.. - Như đã trình bày ở trên, trong công nghiệp, công nghệ nấu sunfat tiền thủy phân được áp dụng rộng rãi cho sản xuất xenluloza từ gỗ (chủ yếu là gỗ mềm), sử dụng làm nguyên liệu cho chế biến thành xenluloza tan trong sản xuất hóa chất và vật liệu từ xenluloza. - Mức này vừa đủ để nguyên liệu rơm rạ ngập trong dung dịch axit, đồng thời có thể thu được dịch đường có nồng độ đường cao. - Tiến hành tiền xử lý nguyên liệu rơm rạ ở điều kiện sau:. - Ảnh hƣởng của nhiệt độ xử lý. - Tương tự, đã tiến hành thủy phân nguyên liệu rơm rạ ở các điều kiện như sau:. - Nhiệt độ xử lý : thay đổi từ 70 ÷ 120 o C.. - Khi nhiệt độ xử lý >. - Nhiệt độ xử lý ( o C). - Với khoảng nồng độ H 2 SO 4 thích hợp đã được xác định, đã tiến hành tiền thủy phân nguyên liệu rơm rạ ở điều kiện sau:. - Nhiệt độ xử lý: 100 o C;. - Nhiệt độ xử lý : khoảng 100 o C.. - Với chế độ công nghệ này, hiệu suất đường khử thu được đạt khoảng so với nguyên liệu khô tuyệt đối.. - Nguyên liệu rơm rạ sau tiền thủy phân có hiệu suất 72% so với ban đầu. - Nhiệt độ: 120 o C;. - Mức dùng kiềm: thay đổi từ 5 ÷ 13% so với nguyên liệu KTĐ.. - Ảnh hƣởng của nhiệt độ nấu. - Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu tới hiệu suất và tính chất của bột xenluloza. - Nhiệt độ nấu ( o C). - Mức dùng kiềm: 9% so với nguyên liệu KTĐ;. - Nhiệt độ nấu: 100 o C;. - Nhiệt độ nấu: 95 ÷100 o C;. - Nguyên liệu rơm rạ. - Nguyên liệu rơm rạ có kích thước và độ ẩm phù hợp, được xử lý bằng axit sunfuric loãng. - Quy trình công nghệ được xây dựng trên lý thuyết và thực tiễn công nghệ thủy phân và sản xuất xenluloza từ nguyên liệu thực vật bằng phương pháp nấu sunfat.. - Vấn đề kinh tế - kỹ thuật được phản ánh trong quy trình này đưa ra các thông số công nghệ thích hợp cho quá trình thủy phân để thu dịch đường và nấu sunfat để thu xenluloza từ một dạng nguyên liệu thân thảo ngắn ngày, rễ trồng và quy hoạch, có tính chất phù hợp với thực tiễn Việt Nam. - Nguyên liệu sử dụng là rơm rạ sau thu hoạch, được nghiền nhỏ, làm sạch, không lẫn bùn đất, không thối, mục, nấm mốc, có độ ẩm phù hợp cho chế biến. - Thân rơm rạ có thể sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất xenluloza bằng phương pháp nấu sunfat tiền thủy phân;. - Nhiệt độ xử lý o C.. - Mức dùng kiềm hoạt tính: 6,5 % so với nguyên liệu khô tuyệt đối;. - Nhiệt độ nấu: 95÷100 o C;
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt