Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

Lời cảm ơn
Qua thời gian học hỏi nghiên cứu và tìm hiểu một
cách nghiêm túc của bản thân, cùng với sự giúp đỡ tận
tình của thầy giáo Hồ Sỹ Tráng, em đã hoàn thành đồ
án tốt nghiệp đợc giao.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo
Hồ Sỹ Tráng, ngời đã tận tình chỉ bảo, hớng dẫn em
trong quá trình thực hiện đề tài này.
Qua đây em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo
trong bộ môn Hoá hữu cơ - Hoá xenluloza, các thầy cô
trong khoa công nghệ hoá học, thầy hớng dẫn xây
dựng, thầy hớng dẫn kinh tế, cùng các cô chú công tác
tại Viện công nghệ Giấy, phòng Công nghệ Công ty
giấy Bãi Bằng, Ban lãnh đạo trờng Đào tạo nghề
Giấy Bãi Bằng, khoa Đại học tại chức trờng Đại học
Bách khoa Hà Nội cùng các anh chị, bạn bè và ngời
thân đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho em trong suốt
quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành nhiệm
vụ của mình.
Trong khuôn khổ thời gian có hạn và bản thân còn
nhiều thiếu sót những kinh nghiệm thực tế nên đồ án của
em không tránh khỏi những sai sót, khiếm khuyết. Rất
mong các thầy cô và độc giả góp ý, bổ xung để đồ án
của em đợc hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.

Hà Nội, ngày tháng năm
Sinh viên thực hiện

1

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

Mở đầu
Vật liệu xenluloza là một trong những nguyên liệu rất quan trọng cho nhiều
ngành công nghiệp khác nhau nh : giấy, sợi nhân tạo, compozit, phim ảnh, thuốc
nổ Nhng đặc điểm quan trọng hơn cả nó là nguyên liệu không thể thiếu đối với
ngành công nghiệp giấy, với mức sử dụng đến hơn 90% tổng sản lợng xenluloza
sản xuất ra trên toàn Thế Giới. Nhất là hiện nay, khi mà những ứng dụng của các
sản phẩm giấy đợc phát triển hầu nh không có giới hạn, điều này càng làm cho sự
cần thiết của loại vật liệu này.
Ngày nay trên Thế Giới, sản xuất vật liệu xenluloza là một ngành sản xuất lớn,
kỹ nghệ cao, cơ khí hoá và tự động hoá hầu nh hoàn toàn, mang lại thu nhập rất
lớn cho một số quốc gia nh: Mỹ, Canada, Phần Lan, Thuỵ Điển
Cùng với sự phát triển của đất nớc, ngành công nghiệp Giấy Xenluloza Việt
Nam đang từng bớc tháo gỡ những khó khăn để vơn lên khẳng định vị trí của
mình. Với mục tiêu đến năm 2010 sản lợng tăng lên là 1.050.000 tấn giấy các loại
(gấp 5 lần so với hiện nay).
Để đạt dợc mục tiêu này, ngành giấy phải có tối thiểu 1.300.000 tấn bột

xenluloza. Điều này đặt ra cho ngành một nhiệm vụ rất khó khăn vì hiện nay mới
chỉ sản xuất đợc khoảng 90.000 tấn/năm. Lợng bột còn thiếu hiện tại vẫn phải
nhập khẩu từ nớc ngoài với giá thành cao hơn bột sản xuất nội nhiều. Do vậy, việc
đầu t cải tạo, mở rộng và thiết kế xây dựng mới các nhà máy sản xuất bột
xenluloza là điều rất cần thiết.

2

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

Phần I
Tổng quan
A lịch sử phát triển ngành công nghiệp bột và giấy :
I tầm quan trọng và sự ra đời của giấy:

Giấy và các sản phẩm từ giấy đóng vai trò rất quan trọng trong mọi lĩnh vực
hoạt động của con ngời, đặc biệt trong xã hội văn minh giấy không thể thiếu đợc,
nó là một trong những vật dụng gần gũi nhất với mỗi ngời. Giấy ngoài việc sử
dụng để cung cấp các phơng tiện ghi chép, lu trữ và phổ biến thông tin, nó còn đợc
dùng rộng rãi để bao gói, làm vật liệu xây dựng,vật liệu cách điện Ngoài những
ứng dụng truyền thống đó, việc sử dụng, ứng dụng giấy và các sản phẩm từ giấy
hầu nh không có giới hạn, đặc biệt trong lĩnh vực điện, điện tử.
Bên cạnh những công dụng quan trọng của giấy, ngành còn tạo ra nhiều việc

làm, tăng thu nhập cho mỗi quốc gia.
Có thể nói sự tiến bộ của mỗi quốc gia, sự văn minh của loài ngời luôn gắn
chặt với sự phát triển của ngành sản xuất giấy, tức là không thể tách rời một nền
văn minh với sự ứng dụng không giới hạn của chúng. Hơn thế nữa hoàn toàn có
thể lấy năng suất giấy, khối lợng tiêu thụ giấy để đánh giá sự phát triển của mỗi
quốc gia hay của toàn xã hội.
Chính vì giấy có tầm quan trọng nh thế, nên nó đợc ra đời từ rất sớm. Ngay từ
rất xa xa ngời Ai Cập cổ đại đã biết làm những tờ giấy viết đầu tiên từ việc đan các
lớp mỏng của các thân cây lại với nhau. Nhng việc làm giấy thực sự đầu tiên đợc
xuất hiện ở Trung Quốc vào khoảng 100 năm sau công nguyên, thời kỳ này ngời
ta đã biết sử dụng huyền phù của xơ sợi tre nứa hoặc cây dâu tằm cho lên các phên
đan bằng tre nứa để thoát nớc và hình thành tờ giấy ớt sau đó đợc phơi nắng để có
tờ giấy hoàn thiện. Sau vài thế kỷ, việc làm giấy đã đợc phát triển ra các khu vực
khác và dần dần ra toàn Thế Giới.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ, hiện nay ngành
công nghiệp Bột và Giấy là một trong những ngành kỹ nghệ cao, sản xuất liên tục,
cơ khí hoá, tự động hoá hầu nh hoàn toàn. Tất nhiên ở một số quốc gia và một số
vùng vẫn còn sản xuất thủ công do cha có điều kiện kinh tế hoặc để duy trì nghề
truyền thống dân tộc hay sản xuất một số mặt hàng giấy đặc biệt, sản lợng thấp.
II - kháI quát về bột giấy :

3

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy


Đồ án tốt nghiệp

Bột là nguyên liệu thô để sản xuất giấy, các xơ sợi bột thờng là gốc thực vật,
nhng từ nguồn động vật, chất khoáng hoặc xơ sợi tổng hợp cũng có thể đợc sử
dụng trong các ứng dụng đặc biệt hoặc làm giảm giá thàng sản phẩm giấy.
Để các xơ sợi có ích cho việc làm giấy, chúng phải đợc xử lý để thích nghi với
quá trình sản xuất ra giấy, tức là có khả năng dàn thành tờ giấy đồng đều đồng
thời phát triển các mối liên kết bền vững lâu dài giữa các xơ sợi ở các điểm tiếp
xúc. Các xơ sợi bột có thể đợc tách ra từ hầu hết các loại cây có hiệu suất xơ sợi
cao. Trong đó gỗ là nguồn xơ sợi làm giấy phong phú nhất hiện nay, nó là nguyên
liệu thô quan trọng nhất cho việc sản xuất bột có hiệu suất cao, chất lợng đảm bảo
các xơ sợi thực vật trong thạng thái tự nhiên đợc bao bọc bởi những xhất không
phải là vật liệu xơ sợi (phần lớn là lignin, các chất keo nhựa).
Mục đích của quá trình sản xuất bột là dùng hoá chất và cơ học để tách loại
lignin và các chất nhựa, giả phóng xơ sợi khỏi các chất bao bọc.
Trong thành phần xơ sợi thực vật thì chất xenluloza quyết định đặc tính của xơ
sợi và cho phép sử dụng nó trong làm giấy. Cần phân biệt hai thuật ngữ :
Xenluloza tự nhiên : Đợc hiểu là một chất hoá học cơ bản mà từ đó hình thành
nên tế bào thực vật, đó là một chất hữu cơ bao gồm những đại phân tử mạch dài,
thăng, đơn vị cấu trúc mạch phân tử là , - glucoza. Các đơn vị nà liên kết với
nhau bằng liên kết glucozit 1 4 thành đại phân tử xenluloza.
Xenluloza kỹ thuật : Đợc hiểu là một loại vật liệu đợc chế biến từ gỗ và các
loại thực vật khác. Loại vật liệu này cơ bản có chứa tế bào xơ sợi là xenluloza, nhng đồng thời cũng chứa các hợp chất khác nh : xenluloza, hemi xenluloza, lignin,
nhựa, chất béo và các chất khác. xenluloza kỹ thuật dùng để sản xuất giấy nên đợc
gọi chung là bột giấy hay bột xenluloza.
III các phơng pháp sản xuất bột xenluloza :

Việc sản xuất bột giấy là quá trình biến đổi cây nguyên liệu thành xơ sợi hay
nói cách khác là làm đứt các liên kết trong cấu trúc cây nguyên liệu. Công việc
này có thể thực hiện bằng cơ học nhiệt hoặc hoá học, hoặc phối hợp các phơng

pháp xử lý đó. Bột đợc sản xuất bằng cách nào thì đợc gọi tên theo phơng pháp
đó.
1 Bột cơ học :
Sản xuất bột cơ học là phơng pháp cổ điển nhất, thông thờng là công nghệ bột
gỗ mài, đợc phát triển làn đầu tiên ở Đức năm 1840. Khối gỗ đợc ép theo chiều
dọc tỳ vào đá mài nhám , quay ở tốc độ 1000 1200 m/phút. Xơ sợi bị xé ra khỏi
gỗ đợc mài và rửa ra khỏi lô bằng nớc, sau đó hỗn hợp xơ sợi và nớc đợc sàng để

4

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

loại bỏ các chùm sợi và tap chất quá kích thớc khác. Rồi đợc cô đặc để loại bỏ nớc
và tạo thành bột phù hợp cho việc làm giấy.
Sự phát triển gần đây trong sản xuất bột cơ học là xé và nghiền mảnh gỗ, đợc
thực hiện trong máy nghiền, cho sản phẩm có xơ sợi dài hơn và sản xuất ra giấy
bền hơn, hầu hết các nhà máy sản xuất bột cơ học mới lắp đặt hiện nay đều dùng
nhiệt hoặc hoá chất để làm mềm sơ bộ mảnh gỗ trớc khi nghiền để thay đổi nhu
cầu năng lợng và các tính chất bột thành phẩm nh bột nhiệt bền hơn và hạn chế đợc phế liệu sàng.
Ưu điểm của công nghệ sản xuất bột cơ học là biến đổi đợc tới 95% trọng lợng
gỗ thàng bột nhng phải đòi hỏi năng lợng lớn hơn để thực hiện mục đích này. Loại
bột này tạo thành giấy có độ đục cao, tính chất in tốt.
2 Bột hoá học :

Mục đích của việc sản xuất bột hoá học là tách và hoà tan lignin, các chất nhựa
trong gỗ và để lại hầu hết xenluloza và một phần hemi xenluloza ở nguyên dạng
xơ sợi. Trong thực tế các phơng pháp sản xuất bột hoá học loại bỏ đợc lầu
hết lignin nhng cũng phá huỷ một lợng xenluloza và hemi xenluloza, vì vậy
hiệu suất bột hoá học thấp hơn bột cơ học, thờng chỉ là 40 50 % so với lợng gỗ
ban đầu.
Trong sản xuất bột hoá học, mảnh gỗ đợc nấu với hoá chất thích hợp trong
dung dịch ở nhiệt độ, áp suất cao. Có hai phơng pháp chính :
* Công nghệ nấu kiềm :
Công nghệ sử dụng axit để sản xuất bột giấy là phơng pháp sản xuất bột hoá
đầu tiên và là điểm khởi đầu của phơng pháp nấu sunfat, đợc phát triển lần đầu
tiên vào năm 1854 ở Anh. Sau đó với cố gắng tìm ra chất thay thế Na 2CO3 đắt tiền
trong quá trình thu hồi hoá chất C.F . Dahl đã tìm ra công nghệ nấu bột sunfat vào
năm 1884. Phơng pháp sản xuất bột mới này dợc sử dụng lần đầu tiên ở Thụy
Điển năm 1885, ngời ta công nhận bột sản xuất theo phơng pháp này có độ bền
cao hơn và thờng đợc gọi là công nghệ sản xuất bột Kraft. Đây là công nghệ giữ vị
trí thống trị hiện nay, do có u điểm trong việc thu hồi hoá chất, độ bền của bột và
chủng loại nguyên liệu đem nấu.
Trong công nghệ này đòi hỏi phải nấu mảnh gỗ trong dung dịch NaOH và Na 2S
tác nhân kiềm tấn công làm đứt phân tử lignin thành các phân tử nhỏ hơn và đợc
hoà tan trong dịch nấu. Để bù vào lợng hoá chất bị mất mát trong quá trình nấu,
ngời ta cho Na2SO4 vào lò thu hồi để Na2SO4 biến đổi thành Na2S là một trong các
tác nhân của quá trình nấu, nên còn đợc gọi là phơng pháp nấu sunfat. Nhợc điểm

5

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội


Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

chính của phơng pháp nấu này là bột có màu tối hơn, khó tẩy trắng và thải ra khí
có mùi, độc hại cho môi trờng nên cần phải đợc xử lý triệt để.
* Công nghệ nấu bột sunfit :
Phơng pháp sản xuất bột theo phơng pháp sunfit đợc tìm ra năm 1857 do nhà
hoá học Philadenphia Benjamin Tilgman. Trong công nghệ này, hỗn hợp axit
sunfuaro H2SO4 và ion bisunfit HSO4 đợc dùng để làm tác nhân tấn công và hoà
tan lignin
Ưu điểm của công nghệ này là sản xuất ra bột trắng trơn,dễ tẩy trắng và có
hiệu suất cao, nhng nhợc điểm chính là bột kém bền, chỉ thích hợp với một số
nguyên liệu và rất khó thu hồi hoá chất ô nhiễm môi trờng nên hiện nay công nghệ
này đang dần bị hạn chế.
3 Bột bán hoá học :
Sản phẩm bột bán hoá học là phối hợp phơng pháp cơ học và hoá học, thực chất
là các mảnh gỗ hoặc bó gỗ đợc làm mềm hoặc nấu cục bộ với hoá chất, sau đó
làm bột bằng cơ học, hầu hết thờng ở trong các máy nghiền đĩa. Hiệu suất bột 55
90% so với lợng gỗ KTD ban đầu. Loại bột này thờng thích hợp để làm lớp
giữa ở các tông làn sóng. Thực chất của phơng pháp sản xuất bột bán hoá là
công nghệ sunfat hoặc sunfit hiệu suất cao.
4 Bột cho chế biến hoá học :
Bột cho chế biến hoá học là loại bột dùng để biến đổi hoá học xenluloza thành
các sản phẩm nh : sợi nhân tạo, Axetat Xenluloza, Nitrat Xenluloza, CMC Việc
sản xuất các lọai bột đặc biệt này có những đặc tính riêng của nó.
Các loại bột dùng cho chế biến hoá học cũng đợc sản xuất riêng từ các công
nghệ : sunfat hay sunfit nhng có quy trình khắt khe hơn, hiệu suất thấp hơn và sản
phẩm bột tinh khiết và đồng dạng hơn (99 % xenluloza). Thông thờng thì trớc khi

nấu theo các phơng pháp hiện có, nguyên liệu đợc thuỷ phân bằng nớc hoặc bằng
axit loãng trong một thời gian nhất định, rồi sau đó đa vào nấu nh bình thờng.
Ta có bảng tóm tắt công nghệ ở trang bên :

6

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

Bảng tóm tắt công nghệ sản xuất bột chủ yếu

Phân
loại

Cơ học

Tên công
nghệ

Loại
nguyên
liệu

Hiệu

suất
(%)

- Gỗ mài

Gỗ mềm

90

- Gỗ nghiền

Gỗ mềm

95
90

(RMP)
-

Nhiệt

độ Gỗ mềm

Hoá chất dùng



Độ bền tơng
đối
Gỗ

Gỗ
cứng mềm

Máy cơ học

Đá mài

3

Máy nghiền

3

5
56



95

Máy nghiền

6-7

(TMP)
90
Cơ hoá

- Gỗ mài hoá


Gỗ cứng

85

NaOH

- Xút lạnh

Gỗ cứng

90

NaOH

Đá mài

56

Máy nghiền

5-6

Nghiền đá

6

85 - 90
Bán hoá

- Sunfit trung


Gỗ cứng

Na2SO4,Na2CO3

80

tính (NSSC)
- Sunfit hiệu

65

Gỗ mềm
55

suất cao
- Sunfit hiệu Gỗ mềm

H2SO4

6

7

NaOH , Na2S

6

7


78

10

7

9



75

suất cao
50 - 70
Hoá học

- Sunfat

- Sunfit

- Cả hai

40

loại gỗ

50

- Cả hai
loại gỗ


- Xút

Na2S , NaOH

-Gỗ cứng

45
55


NaOH

7

7-8

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

45 - 55

IV các xu hớng sản xuất bột hiện đạI :


Để sản xuất giấy thì đầu tiên phải có nguyên liệu bột. Bởi vậy công nghiệp bột
xenluloza đóng vai trò quyết định trong công nghiệp giấy, nó cung cấp tới 90% lợng bột cho ngành giấy, phần còn lại bột xenluloza còn là nguyên liệu quan trọng
cho các ngành khác nh sản xuất sợi nhân tạo, vật liệu compozit, thuốc nổ, CMC
Đối với mỗi quốc gia,để có một ngành giấy phát triển, hiện đại thì ngành công
nghiệp sản xuất bột xenluloza phải tiến hành trớc một bớc cả về số lợng cũng nh
chất lơng. Theo thời gian, song song với sự phát triển cải tiến của máy xeo giấy
theo hớng ngày càng hiện đại, ngành công nghiệp bột xenluloza không ngừng biến
đổi, nhiều phơng pháp sản xuất mới ra đời. Trong thời gian những năm cuối của
thập kỷ 90 các công nghệ nấu bột đã đi tới sự cơ gíơi hoá, tự động hoá điều khiểu
bằng chơng trình trên máy tính, tận dụng hầu hết các phần d của gỗ thừa, thảo
mộc, gỗ lá rộng, phế phẩm của nông nghiệp mà vẫn cho chất l ợng bột tốt cũng
nh hiệu suất cao. Các công nghệ truyền thống với quy trình không ngừng đợc cải
tiến nhằm nâng cao hiệu suất cũng nh công tác bảo vệ môi trờng, cải thiện điều
kiện làm việc cho công nhân. Phơng pháp sunfat vẫn đang thay thế dần các phơng
pháp sunfit, axit. Mặc dù các nhà máy bột sunfat vẫn còn thải ra các khí có mùi
khó chịu, độc hại phát sinh ra từ những hoạt chất của lu huỳnh sử dụng trong quá
trình nấu. Để loại bỏ hoàn toàn mùi tạo ra do lu huỳnh, một số phơng pháp công
nghệ mới đang đợc nghiên cứu và thử nghiệm nh : công nghệ xút oxy, công
nghệ này là : nấu xút một thời gian ngắn, sau đó tiếp tục tách lignin bằng oxy, có
dùng chất xúc tác Anthraquynonđể tăng nhanh tốc độ phăn ứng giữa xút và lignin.
Ngoài ra, việc nghiên cứu và đa ra ứng dụng các phơng pháp nấu bằng dung
môi hữu cơ với mục đích ngoài việc thu xenluloza còn tinh cất để tận thu các sản
phẩm phụ. Đối với phơng pháp dùng dung môi hữu cơ để nấu bột nó cho phép nấu
hầu hết đợc các nguyên liệu xơ sợi thực vật khác nhau, thu hồi hiệu quả
hemixenluloza và lignin Các chất này có thể dùng làm nguyên liệu để sản xuất :
benzen, phenol, Đăc điểm của phơng pháp là nấu nhanh, liên tục, hiệu suất cao,
thu hồi dung môi dễ dàng bằng phơng pháp chng cất, bảo vệ môi trờng. Các dung

8


Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

môi có thể dùng là : dẫn xuất halogen hữu cơ, dẫn xuất nitro, este, ete, xenon
Quan trọng nhất là etanol và metanol cho xenluloza có độ thuần khiết cao.
Một phơng pháp nữa là công nghệ nổ bằng hơi, tức là xông hơi áp suất cao và
nhiệt độ cao vào nồi nấu. Phức hợp lignin xenluloza sẽ bị phân huỷ ra
xenluloza nguyên chất, các hemi xenluloza bị phân huỷ một phần, lignin bi phân
huỷ thành các phân tử nhỏ hơn, dễ dàng loại ra trong các dung môi đơn giản.
Một con đờng triển vọng nữa để xử dụng gỗ tốt hơn cũng nh giảm ô nhiễm
môi trờng là phát triển các loại bột cơ học nhiều hơn nũa. Các loại bột nhiệt cơ
- hoá có thể thoả mãn đầy đủ, thay thế cho bột hoá học trong nhiều loại giấy nh in
báo
Các phơng pháp này tuy có nhiều u điểm xong chung vẫn còn tiếp tục đợc
nghiên cứu và không thể cùng một lúc thay thế đợc các phơng pháp truyền thông
do liên quan đến vấn đề kinh tế. Do vậy, nhìn chung công nghệ nấu truyền thống
vẫn còn chiếm u thế, đặc biệt là công nghệ nấu sunfat.
B . công nghệ giấy bột thế giới và vùng đông á:

Bối cảnh chung .
Ngành công nghệ giấy bột trên Thế Giới ngày nay dang phát triển mạnh mẽ
sau thời gian khủng hoảng 1992 1994. Mực gia tăng sản lợng bình quân hàng
năm là 3%. Riêng ở một số nớc đang phát triển tốc độ đã đạt trên 6%, đặc biệt là
ở các nớc Châu á Thái Bình Dơng nh : Thái Lan trong vòng 10 năm đã đầu t gia

tăng 6 lần sản lợng giấy và bột, Hàn Quốc và Indonexia cũng đạt mức đầu t thêm
gần 1 triệu tấn trên 1 năm, Trung Quốc hiện nay là nớc có sản lợng giấy đứng thứ
3 trên Thế Giới sau Mỹ và Nhật.
Theo dự báo công nghiệp giấy tên Thế Giới giai đoạn 1990 2005 mức tăng
trởng 2,7% năm, mỗi năm tăng thêm 7,7 triệu tấn giấy các loại. Cụ thể nh :
Mỹ tăng thêm 3,3 triệu tấn/năm, Canada 0,86 triệu tấn/năm, Nhật 1,7 triệu
tấn/năm, Hàn Quốc 0,89 triệu tấn/năm, Thái Lan 1,01 triệu tấn/năm, Indonexia
1,039 triệu tấn/năm.
Dự báo trong giai đoạn 1995 2005 mức tăng trởng kinh tế khu vực Châu á
vẫn đang năng động nhất, đạt 7 8% năm, mức tiêu thụ giấy bình quân trên
Thế Giới hiên nay là 45 kg/ngời/năm. Trong đó Bắc Mỹ là 294 kg/ngời/năm, các
nớc Tây Âu 166 kg/ngời/năm, Nhật 233 kg/ngời/năm, các nớc còn lại 13 kg/ngời/năm.
Nguyên nhân chính ảnh hởng tới việc gia tăng mức tiêu thụ giấy là do :
Nền kinh tế chung trên các lục dịa đều có xu hớng tăng.

9

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

Sự bùng nổ về thông tin, quảng cáo, máy vi tính và photocopy.
Hoạt động văn hoá giáo dục gia tăng.
Phát triển các ngành dịch vụ du lịch, thơng mại.
Công nghiệp bột :

Trên Thế Giới có 1393 nhà máysản xuất bột, năng lực sản xuất là 203 triệu tấn
bột trên 1 năm. Mức tiêu thụ là 165,163 triệu tấn/năm. Trong đó, bột hoá là 128
triệu tấn, chiếm 61%. Trong bột hoá thì bột sunfat là 27,3 triệu tấn, chiếm 70,9%
khối lợng bột hoá. Trong bột cơ học thì bột cơ là 27,3 triệu tấn.
Nớc sản xuất bột lớn nhất là Mỹ 56,2 triệu tấn/năm, Canada 23,7 triệu
tấn/năm, Nhật 11 triệu tấn/năm, Nga 10,5 triệu tấn/năm, chiếm 68% lợng bột trên
toàn Thế Giới (theo số liệu năm 1994).
Mặc dù sản xuất bột theo phơng pháp hoá học vẫn chiếm hàng đầu, nhng xơ
sợi đợc sản xuất từ nguồn giấy phế thải đang trở thành nguồn nguyên liệu quan
trọng, cùng với bột cơ học. Những nớc sản xuất bột lớn nhất vẫn là những nớc có u
thế về rừng tự nhiên nh Mỹ, Canada, Nga, Brazin, Trung Quốc Xu hớng khai
thác sử dụng gỗ lá rộng đang tăng lên ở các khu vực, đặc biệt ở Mỹ và Đông Nam
á.
Vùng Đông á :
Tình hình sản xuất bột khu vực Đông Nam á nhìn chung vẫn còn ít về số lợng
và thấp về chất lợng, đặc biệt ngành công nghiệp bột giấy mới chỉ đáp ứng đợc
50% công suất của các nhà máy giấy. Hầu hết các nớc đều phải nhập khẩu bột
giấy.
Theo số liệu năm 89 , tình hình công nghiệp bột giấy của một số nớc Đông á
nh sau : ( Đơn vị tình : tấn/năm)
Tên nớc

Sản xuất

Nhập khẩu

Nhật Bản

13.475.000


3.364.000

Đài Loan

500.000

498.000

Trung Quốc

11.000.000

476.000

Indonexia

750.000

210.000

Malaixia

92.000

27.000

Thái Lan

150.000


120.000

Việt Nam

60.000

10

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

C . thực trạng và triển vọng ngành công nghiệp giấy việt
nam :
I thực trạng:

Về quy mô :
ViệtNam có một ngànhcôngnghiệp giấy yếu kém, với mức thiêu thụ giấy thấp
nhất Thế Giới. Hiện tại có 95 nhà máy giấy lớn nhỏ, trong đó có 4 nhà máy có quy
mô trên 10.000 tấn/năm (chiếm 60% sản lợng), còn lại đều có sản lợng dới 7.000
tấn/năm (chiếm 40%). Tổng công suất toàn ngành về giấy là 230.000 tấn bột là
190.000 tấn, mức huy động bình quân là 60 70% công suất thiết kế (riêng công
ty giấy Bãi Bằng là 90%, công ty giấy Tân Mai là 80%). Mức tăng trởng bình
quân trong 5 năm 1990 1995 là 9,8% năm. Mức tiêu thụ giấy đạt 3,4
kg/ngời/năm (Châu á là 20 kg, bình quân Thế Giới là 45 kg ). Các mặt hàng

sản xuất chủ yếu là giấy báo, in, viết, bìa hộp, bao gói, vệ sinh, đạt chất lợng trung
bình. Lợng giấy nhập chiếm 20 30% nhu cầu, khoảng 60.00 80.000
tấn/năm. Lợng giấy xuất khẩu rất nhỏ, trung bình 4.000 tấn/năm sang Thái Lan,
Singapo, Lào chủ yếu do mục đích trao đổi thơng mại hơn là mở rộng thị trờng .
Những nguyên nhân tồn tại chủ yếu đợc đánh giá và tổng kết nh sau :
Xuất phát từ một nền kinh tế yếu kém phát triển kéo dài, thu nhập quốc dân
thấp do đó mức tiêu dùng cũng thấp.
Đa số các thiết bị quá lạc hậu, lỗi thời, trên 20 30 năm không đợc đầu t cải
tạo,thiếu cân đối, thiếu đồng bộ.
Nguồn nguyên liệu không ổn định kéo dài.
Hạ tầng cơ sở kém ảnh hởng đến việc cung cấp nguyên, nhiên vật liệu, vận
chuyển.
Bộ máy quản lý cồng kềnh, kém hiệu quả, trình độ đa số cấp quản lý thấp, ít đợc đào tạo chính quy.
Không có một kế hoạch phát triển chiến lợc dài hạn thực sự cho ngành.
Các chính sách đầu t, cải tạo, đổi mới công nghệ quá phức tạp, rờm rà, tốn
kém, đặc biệt là các quy định sử dụng nguồn KHCB làm cho việc tá đầu t không
đúng mục đích, thời cơ nên kém hiệu quả.
Về khả năng cung ứng nguyên liệu :
Nguyên liệu là một trong những yếu tố quan trọng hàng đầu ảnh hởng đến khả
năng duy trì sản xuất, đảm bảo tính khả thi cho các dự án đầu t. Những năm qua

11

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy


Đồ án tốt nghiệp

khó khăn do không ổn định nguồn nguyên liệu là một trong những nguyên nhân
kìm hãm sản xuất. Điều này chủ yếu do :
Hệ thống biện pháp quản lý thiếu sự kiểm soát chặt chẽ trong việc khai thác
rừng, do đó tỷ lệ rừng bị phá hoại h hỏng khi khai thác là 52%.
Nguyên liệu giấy cha đợc quy hoạch đúng mức. Những văn bản quy định của
Chính phủ, quyết định quy hoạch rừng phía Bắc là trên 346.000 ha và phía Nam là
trên 398.000 ha, nhng thực tế do thiếu vốn nên cho đến nay mới chỉ trồng đợc
34.000 ha.
Những chính sách thu mua xuất khẩu gỗ và dăm gỗ, gây tình trạng rối loạn,
tranh mua tranh bán, nâng giá nguyên liệu, tạo thành những cú sốc khan hiếm
khiến nhiều nhà máy phải đóng cửa, ngừng sản xuất trong một thời gian dài.
Chi phí trồng rừng cha thoả đáng, đặc biệt là công trồng, chăm sóc, bảo dỡng,
do đó chất lợng rừng thấp, khi đến tuổi khai thác trữ lợng bình quân không đạt đợc
80 m3/ha. Trong 10 năm qua chi phí trồng rừng bình quân là 1,2 triệu đồng/ha.
Trong khi tính toán của ngành lâm nghiệp là 500 USD/ha.
Sản lợng nguyên liệu cung cấp cho ngành những năm qua mới chỉ đạt 30
40% nhu cầu.
Đánh giá khả năng phát triển ở mức cao nhất của các nhà máy :
1

Bãi Bằng

250.000 tấn/năm

Tăng 195.000 tấn/năm

2


Tân Mai

115.000 tấn/năm

Tăng 77.000 tấn/năm

3

Đồng Nai

130.000 tấn/năm

Tăng 110.000 tấn/năm

4

Các nhà máy khác

200.000 tấn/năm

Tăng 100.000 tấn/năm

Tổng công suất của các nhà máy hiện nay, có khả năng phát triển trong toàn
ngành lên khoảng 645.000 tấn/năm, tăng gấp 3 lần so với hiện tại.
II triển vọng

Ba mục tiêu lớn, tổng quát phát triển ngành giấy đến năm 2010.
1 - Đổi mới và hiện đại hoá công nghệ, kết hợp hài hoà giữa đầu t chiều sâu,
mở rộng các cơ sở hiện có và phát triển vùng nguyên liệu, giữa nhu cầu tiêu dùng
và sản xuất, xuất khẩu,tăng năng lực sản xuất về sản lợng và chất lợng, tăng khả

năng cạnh tranh của sản phẩm.
2 Bảo vệ môi sinh, môi trờng.

12

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

3 Khai thác phát triển các nguồn lực, sản xuất thoả mãn 85 90% về các
lọai giấy chủ yếu phổ thông và từng bớc tham gia hội nhập vào khu vực và Thế
Giới.
Tổng sản lợng giấy năm 2010 là : 1. 050.000 tấn.
Trong đó :

Giấy văn hoá : 370.000 tấn, chiếm 35%.
Giấy bao bì : 630.000 tấn, chiếm 60%.
Giấy loại khác : 50.000 tấn, chiếm 5%.

Biện pháp thực hiện :
Chia làm ba giai đoạn .
+ Giai đoạn 1 : 1996 2000.
Tập trung đầu t chiều sâu, mở rộng nhằm tăng nhanh về sản lợng và hạ giá
thành sản phẩm. Tiến hành các dự án đầu t trồng rừng. Trong giai đoạn này thị trờng đang chấp nhận những sản phẩm thông thờng chất lợng trung bình, sản lợng
không quá cao. Nhng năng lực sản xuất hiện nay rất hạn chế, công nghệ lạc hậu

với định mức tiêu hao nguyên, nhiên liệu cao là một nhợc điểm căn bản. Tăng sản
lợng sẽ tăng năng suất lao động, giảm các định mức tiêu hao, do đó có thể giảm
giá bán nhằm cạnh tranh chiếm lĩnh thị trờng trong nớc.
+ Giai đoạn 2 : 2001 2005 .
Đầu t chiều sâu, tăng chất lợng, cân đối năng lực sản xuất bột và giấy, đảm bảo
khả năng linh hoạt đa dạng hoá mặt hàng. Tập trung đa các dự án xây dựng mới
vào hoạt động. Sau 5 năm phát triển, thu nhập và nhu cầu tiêu thụ sẽ gia tăng
mạnh, đặc biệt là kích thích khuynh hớng tiêu thụ phong phú đa dạng về công
dụng, chất lợng cao, giá thành hạ của sản phẩm, củng cố vị trí chiếm giữ trên thị
trờng trong nớc.
+ Giai đoạn 3 : 2006 2010 :
Hoàn thiện đầu t chiều sâu để đổi mới công nghệ và phát triển sản xuất. Tiếp
tục đầu t các dự án mở rộng tiếp theo của các công trình xây mới nhằm gia tăng
sản lợng. Đây là giai đoạn phát triển cả về số lợng và chất lợng. Sự hoà nhập vào
nền kinh tế chung của Thế Giới sẽ ảnh hởng rõ nét trong xu hớng tiêu thụ ở giai
đoạn này. Sự phát triển sẽ bao gồm cả về lợng và chất có trình độ kỹ thuật cao,
hiệu quả hơn.

Đầu t chiều sâu và mở rộng .
1996 2000

2001 2005

13

2006 2010

Trang :



Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy
Bột

Giấy

Đồ án tốt nghiệp
Bột

Giấy

Bột

Giấy

Bãi Bằng

60.000

80.000

80.000

100.000

250.000 200.000

Tân Mai


65.000

58.000

75.000

65.000

125.000 115.000

Đồng Nai

18.000

30.000

68.000

50.000

118.000 110.000

(Đơn vị tính : tấn/năm )
Ngoài ra các nhà máy trong Tổng công ty cũng thực hiện các dự án cải tạo
nâng cấp, nhng với sản lợng nhỏ hơn, cụ thể là 6 nhà máy trực thuộc nh : Việt Trì,
Bình An, Hoàng Văn Thụ, Hoà Bình, Vạn Điểm, sẽ gia tăng thêm 50.000 tấn giấy
các loại. Ngoài ra dự kiến các xí nghiệp địa phơng cùng tăng thêm 50.000 tấn (gấp
đôi hiện nay).
Việc khai thác chiều sâu và mở rộng các nhà máy giấy hiện có sẽ có tác dụng u
điểm sau :

Giảm chi phí đầu t cơ sở hạ tầng, do đó tỉ suất vốn đầu t thấp.
Giảm thời gian đầu t, do đó thời gian thu hồi vốn và có lãi nhanh.
Tận dụng đợc lao động sẵn có, giảm chi phí thu hút lao động, cán bộ kỹ thuật
và các chi phí tạo dựng cuộc sống ban đầu.
Nhợc điểm cơ bản khi đầu t chiều sâu là sự hạn chế quy mô phát triển
và tính ổn định, đồng bộ và kế hoạch đIều phối thờng phức tạp. Tuy nhiên
những lợi ích căn bản là có lãi nhanh, thời gian thi công ngắn, ít vốn đầu t là
những yếu tố luôn đợc các nhà đầu t coi trọng hàng đầu
* Đầu t mới :
Địa điểm

Sản lợng theo
thiết kế

Sản lợng mở rộng
ở giai đoạn nấu

Mặt hàng

Thanh Hoá

50.000

100.000

Bìa hộp, bao gói.

Long Thành

150.000


200.000

Bìa hộp, giấy viết,
bao gói.

Lâm Đồng

150.000

300.000

Bìa hộp, xi măng.

Hoà Bình

100.000

200.000

Bìa hộp, xi măng.

Cần Thơ

50.000

100.000

Bìa hộp, giấy báo,
bao gói.


+ Biện pháp :

14

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

- Tìm đối tác tài trợ chính cho dự án.
- Mời t vấn nớc ngoài thẩm định đầu t kỹ thuật.
- Đối tác và Tổng công ty Giấy sẽ lựa chọn các hình thức hợp tác hoặc kinh
doanh.
* Quy hoạch vùng nguyên liệu :
Đối với Việt Nam nguyên liệu thô chủ yếu thích hợp cho sản xuất bột giấy là
những loại cây ngắn ngày, mọc nhanh nh : lồ ô, tre, nứa, luồng, vầu những cây
thuộc họ tre nứa có chu kỳ khai thác 3 4 năm cho xơ sợi trung bình, chúng là
những nguyên liệu tốt sau cây thông để sản xuất giấy bao gói, giấy viết, giấy in,
bìa hộp, các tông Cây thân gỗ nh : bạch đàn, tràm, bồ đề, mỡ thuộc họ gỗ lá
rộng. Gỗ lá kim nh : thông lai lá, ba lá đang đợc sử dụng với số lợng không nhiều
vì là loại gỗ có tốc độ tăng trởng chậm, việc trồng rừng hạn chế.
Cơ cấu sử dụng nguyên liệu nh sau :
Gỗ lá kim : 5%

Gỗ lá rộng : 20%


Tre, nứa :

Phế liệu từ NN : 10%

35%

Giấy loại : 20%
Để sản xuất đợc 1,2 triệu tấn giấy nh kế hoạch cần một khối lợng lớn nguyên
liệu, bao gồm :
Gỗ lá kim :

200.000 m 3/năm.

Gỗ lá rộng :

1.400.000 m 3/năm.

Tre, nứa (50% ẩm) :

2.000.000 tấn/năm.

Phế liệu :

500.000 tấn/năm .

Những giai đoạn sau có thể tăng kết cấu gỗ lá kim cao hơn, nếu việc trồng rừng
gỗ lá đạt kết quả tốt và đến thời kỳ khai thác. Từ các khối lợng nhu cầu nguyên
liệu trên tính theo năng suất khai thác bình quân 80 100 m 3/ha nh sau :
Quy hoạch rừng cho nguyên liệu giấy :

Khu trung tâm Bắc Bộ : 65.000 ha, gồm : tre, nứa, mỡ, bồ đề, bạch đàn.
Bắc khu bốn cũ

: 20.000 ha, gồm : luồng, bạch đàn.

Tây Bắc cũ

: 50.000 ha, gồm : tre, nứa, bạch đàn, keo.

Tây nguyên

: 100.000 ha, gồm : thông hai lá, ba lá, tre, nứa

Đông Nam Bộ

: 65.000 ha.

* Đào tạo nguồn nhân lực :

15

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp


Hiện nay, tình trạng thiếu hụt và khan hiếm về lao động kỹ thuật trong đội ngũ
và cơ cấu những ngời làm giấy ở mọi trình độ là một thực tế đáng quan tâm. Bởi vì
sự phồn vinh của mỗi quốc gia, sự thành đạt của từng ngành ngề phụ thuộc vào sự
chăm lo đầy đủ đến nguồn nhân lực đợc chuyên môn hoá.
Sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc đòi hỏi nguồn nhân lực có
trình độ cao, có khả năng tiếp cận và nắm bắt nhanh công nghệ hiện đại và kỹ
thuật tiên tiến. Giáo dục và đào tạo còn phải tính đến và coi trọng cả ba mặt : quy
mô, chất lợng và hiệu quả. Đào tạo phải xuất phát từ thực tế sản xuất, phục vụ sản
xuất và gắn liền với sản xuất. Đào tạo là trách nhiệm của toàn ngành, trớc tiên là
của các nhà trờng, viện và các trung tâm nghiên cứu chuyên ngành. Nên hình
thành quỹ đào tạo ngành giấy lấy từ nguồn các nhà máy, công ty đóng góp theo tỉ
lệ phần trăm, quỹ phát triển sản xuất của Tổng công ty để động viên ngời học
ngành giấy ở các trình độ, với các loại hình đào tạo, Tổng công ty cần trích quỹ
đào tạo một khoản chi phí để làm học bổng, khen thởng căn cứ vào kết quả học
tập. Đầu t cho giáo dục và đào tạo nguồn nhân lực, chủ thể của công cuộc công
nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc. Và suy nghĩ cho cùng : muốn xây dựng đất nớc,
chúng ta phải có vốn, mà vốn trớc hết là tri thức. Tóm lại, xuất phát từ một nền
kinh tế đang phát triển, một ngành công nghiệp giấy quá lạc hậu, việc định hớng
chiến lợc phát triển ngành giấy đến năm 2010, trong vòng 15 năm chính là tạo ra
những bớc ngoặt, cách mạng trong đầu t, đổi mới thiết bị, con ngời, kể cả quản lý
và đào tạo cho một ngành giấy mới tiến kịp Thế Giới.

16

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy


Đồ án tốt nghiệp

Phần II
Cơ sở lý thuyết
A. NGUYÊN LIệU THựC VậT trong sản xuất giấy
I. cấu tạo và thành phần hoá học của nguyên liệu.

1. Sơ bộ cấu tạo nguyên liệu gỗ.
Thực vật nói chung có thể chia làm 2 họ.
* Họ thân gỗ : Gồm có gỗ lá kim và gỗ lá rộng.
* Họ thân thảo : Gồm nhiều loại nh : tre, nứa, đay, gai, lanh, rơm rạ...
Nhng dùng để sản xuất xenluloza cho chế biến hoá học hoặc làm giấy thì họ
thân gỗ là tốt hơn cả.
Gỗ thờng đợc chia làm 2 nhóm : gỗ lá kim (trong đó có gỗ thông) và gỗ lá
rộng. Cây gồm có 3 phần chính : ngọn cây, thân cây và rễ cây. Ngọn cây có cành,
nhánh và lá. Lá là nơi cung cấp dinh dỡng cho cây khi quang hợp. Thân cây là
phần chính của cây, có nhiệm vụ tập hợp các chất dinh dỡng, là mắt xích liên kết
giữa rễ và ngọn. Rễ cây hút ẩm và các chất khoáng từ đất để nuôi cây. Thân cây là
nguyên liệu chủ yếu của quá trình sản xuất và chế biến xenluloza.
1.1. Cấu tạo tế bào:
Tế bào gỗ có hình đũa. Gồm có thành tế bào chia thành 2 lớp : sơ cấp và thứ
cấp. Lớp thứ cấp lại chia thành 3 màng. Trên thành tế bào có những lỗ gọi là mao
quản. Phía trong là ruột tế bào.
1.2. Cấu tạo vi mô:
Cắt ngang tế bào rồi đem soi lên kính hiển vi ta có thể thấy tế bào gỗ có 4 lớp
sau:
+Lớp giữa: Liên kết các tế bào với nhau, khi gỗ già thì thành phần chủ yếu của
lớp này là lignin.


17

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

+Lớp sơ cấp: Là thành của tế bào, có độ dày khoảng 0,1 àm, thành phần chủ
yếu là xenluloza, hemi xenluloza và lignin.
+Lớp thứ cấp: Là lớp quan trọng nhất, đây là phần lớn nhất của tế bào, thành
phần chủ yếu là xenluloza. Lớp thứ cấp gồm 3 màng.
+Ruột tế bào: Khi tế bào còn non thì ruột chứa các chất dinh dỡng nuôi tế bào,
khi tế bào đã già thì nó là một khoảng rỗng chứa không khí.
Tế bào gỗ, đặc biệt là gỗ lá kim, có một số thẳng đứng, một số nằm ngang, hoá
chất có thể thấm cả hai chiều, nhng chủ yếu vẫn là chiều dọc. Quá trình thấm dễ
xảy ra hơn do có các tế bào đóng vai trò truyền dẫn.
2. Thành phần hoá học của gỗ.
2.1. Lignin.
Lignin là hàm lợng đáng kể thứ hai trong gỗ sau xenluloza, nó chiếm đến 27
ữ 29% trong gỗ thông. Lignin là một hợp chất cao phân tử vô định hình có chứa
nhiều nhóm chức năng khác nhau và có đặc tính thơm. Cấu tạo của lignin rất phức
tạp, mắt xích cơ bản của nó cũng khác nhau với từng loại thực vật khác nhau.

Fenyl propan
L
ò

nu
ng có cấu trúc không gian vô định hình, do đó
Đại phân tử lignin trong thực vật
lignin là chất không ổn định, dễ bịvôthay đổi do tác dụng của nhiệt độ và các tác
nhân phản ứng. Lignin thiên nhiêni dễ bị ôxy hoá, dễ tác dụng với Cl , hoà tan
C

C

2

trong kiềm khi đun nóng, hoà tan trong H 2SO3 và các chất muối của H 2SO3 khi
đun nóng. Nhng lignin khó bị thủy phân trong môi trờng axit có PH<4 do có hiện
tợng ngng tụ lại. Trong phân tử lignin có chứa nhiều nhóm chức nh : CH3O, - C =
O, các nhóm OH và ngay cả liên kết đôi C = C .
Trong các mắt xích thì vị trí các nhóm thế rất quan trọng, do nó có thể làm cho
hoạt tính tham gia các phản ứng hoá học của lignin tăng lên hay giảm đi, ví dụ nh: lignin có cấu trúc fenol ở trong môi trờng kiềm sẽ có sự phân bố lại điện tích
làm ảnh hởng đến các vị trí khác nhau của mắt xích, còn lignin có cấu trúc không
fenol thì không có ảnh hởng trên.
Trong quá trình sản xuất xenluloza thì lignin là tạp chất cần loại bỏ tối đa. Tuy
vậy, bản thân lignin có khá nhiều ứng dụng nh : có thể tạo ra các sản phẩm khác
nhau tơng tự nh fenol. Dùng lignin thu đợc từ quá trình thuỷ phân có thể thay thế

18

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội


Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

đợc một phần fenol trong nhựa fenol foomandehyt. Lignin bị ôxy hoá tạo thành
vanilin, có thể làm hơng liệu trong thực phẩm. Lignin trộn vào bê tông có thể làm
tăng độ chống thấm nớc.
Nh vậy, trong quá trình xây dựng nhà máy sản xuất bột xenluloza, có thể
nghiên cứu để thu hồi lignin thải ra trong quá trình nấu để sử dụng vào những mục
đích khác.
2.2. Hemixenluloza .
Hemixenluloza là thành phần có hàm lợng đáng kể thứ ba trong gỗ sau
xenluloza và lignin. Hemixenluloza là một nhóm polysaccarit nhng không phải
xenluloza. Hemixenluloza có cấu tạo tơng tự nh xenluloza nhng thành phần hoá
học phức tạp hơn (kiểu liên kết glycozit). Trạng thái tồn tại chủ yếu của hemixenluloza là ở vùng vô định hình. Hemixenluloza dễ tan trong dung dịch kiềm và
axit loãng khi đung nóng; vì vậy ngời ta còn gọi nó là polysaccarit dễ thuỷ phân.
Hemixenluloza là tên chung chỉ ra một nhóm các polysaccarit tạo thành từ
pentoza (C5H8O4) hay hexoza (C6H10O5). Ngày nay, ngời ta còn xác định đợc
hemixenluloza không chỉ cấu tạo bởi các mắt xích monosaccarit mà còn cấu tạo từ
các gốc axit. Trong thành phần của hemixenluloza có chứa nhóm CH 3CO, nhóm
này liên kết với đại phân tử hemixenluloza bằng liên kết este nhờ các nhóm
COOH của các gốc axit. Các polysacarrit có liên kết este, sẽ dễ bị xà phòng hoá
hơn, do đó khi đun nóng polysaccarit trong dung dịch axit loãng thì các nhóm
CH3COO - đợc kết hợp bằng liên kết este sẽ đứt ra tạo thành CH 3COOH. Đây là
điểm khác biệt đặc trng giữa xenluloza và hemixenluloza.
Do tồn tại trong vùng vô định hình và bản chất về liên kết hoá học nên hemixenluloza dễ bị thuỷ phân dới tác dụng của xúc tác axit, đồng thời dễ bị phân huỷ
dới tác dụng của dung dịch kiềm ở nhiệt độ cao. Từ tính chất này ta có thể áp
dụng vào quá trình sản xuất xenluloza, thuỷ phân sơ bộ trớc khi nấu chính thức để
giảm hàm lợng hemixenluloza. Còn có thể sử dụng dung dịch kiềm để hoà tan và
phân huỷ hemixenluloza tăng hàm lợng - xenluloza trong sản phẩm cuối cùng.

2.3. Xenluloza.
Trong các thành phần hoá học của gỗ, thì xenluloza chiếm nhiều nhất (4050%). Ngay từ giữa thế kỷ thứ IX, một ngời Pháp là Baies đã tìm ra trong thành
phần của thực vật có chứa một hàm lợng rất lớn và đồng nhất. Ông gọi nó là
xenluloza.
Xenluloza là một hợp chất cao phân tử, cấu tạo mắt xích cơ bản là :

D glucopyranoza, các mắt xích cơ bản liên kết với nhau bằng liên kết
glycozit 1 4. Đã có nhiều công trình, nhiều giả thiết về công thức cấu tạo

19

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

của xenluloza, đến nay đã có quan điểm thống nhất. Phổ biến ngời ta dùng công
thức kiểu Harvad.
Công thức này có thể viết đơn giản nh sau :

OH

CH2OH
HO

HO

HO

OH

CH2OH
HO

HO
HO

CH2OH

O

........

CH2OH

n 2
2



.
.
.
.

C
H


Mỗi mắt xích cơ bản có 3 nhóm OH, riêng mắt xích đầu và cuối mạch đại
phân tử có 4 nhóm OH, đặc biệt mắt xích cuối mang đặc tính khử do trong môi
trờng nớc có hiện tợng chuyển hoá từ rợu sang aldehyt và ngợc lại.
OH

OH

HO OH

HO
OH

C
OH

CH2OH

O

CH 2OH

H

Trong mỗi mắt xích mang 3 nhóm OH thì có một nhóm là bậc 1 và hai nhóm
bậc 2.
Bằng cách xác định qua quang phổ hồng ngoại và tia x, ngời ta biết là mặt
phẳng vòng glucoza này lệch với mặt phẳng vòng glucoza bên cạnh một góc 180 0.
Nhng để đảm bảo sức căng bé nhất thì các mắt xích của xenluloza không hoàn
toàn nh vậy. Theo lý thuyết về sức căng vòng thì cấu hình của mạch xenluloza tồn

tại ở dạng ghế. Ví dụ nh:
OH
CH2OH
OH

CH2OH

HO

OH

Trong xenluloza tự nhiên không có liên kết hoá học giữa các mạch đại phân tử
(chỉ khi có tác nhân hoá học tạo mạng mới tạo thành các mối liên kết), mà chỉ có

20

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

liên kết hydro. Liên kết hydro làm cho xenluloza có một trật tự nhất định tạo
thành vùng tinh thể. ở những vùng mạch rời rạc khác thì liên kết này không phát
huy đợc tác dụng, ngời ta gọi vùng này là vô định hình.
Vùng tinh thể, các mạch đại phân tử nằm tơng đối song song với nhau và liên
kết hydro rất mạnh, các hoá chất rất khó xâm nhập vào vùng này.

Vùng vô định hình, các mạch sắp xếp rời rạc, ít định hớng, liên kết hydro ít
phát huy đợc tác dụng nên hoá chất dễ dàng xâm nhập. Vì vậy, khả năng phản ứng
của vùng vô định hình lớn hơn nhiều so với vùng tinh thể.
Các vùng tinh thể, vùng vô định hình này tập hợp lại thành các tổ chức có dạng
sợi mà trong xenluloza tự nhiên các tổ chức dạng sợi này kết hợp thành tế bào.
2.4. Các chất nhựa.
Ngoài xenluloza, Hemi xenluloza và lignin, gỗ còn chứa những chất không có
trong thành phần tế bào. Đó là tập hợp các hoá chất ở dạng cácbuahydro thơm,
thẳng, các axit, tecpen, nhựa, axit nhựa và axit béo, các phenol... Chúng có thể
tách ra nhờ các dung môi trung tính. Thành phần các chất trích ly phụ thuộc vào
loại gỗ và vị trí trên cây. Trong quá trình sản xuất xenluloza, các chất này là
những chất có hại cần phải loại bỏ triệt để.
3. Tre nứa :
Họ tre cũng là nguyên liệu quan trọng đối với công nghệ hoá của nhiều nớc
trên Thế Giới, đặc biệt các nớc Châu á. Việt Nam cũng có điều kiện tự nhiên
thuận lợi cho tre nứa phát triển, nên từ lâu tre nứa cũng đợc sử dụng để sản xuất
giấy, nhng cha đợc dùng để sản xuất sợi nhân tạo nh ở một số nớc khác trên Thế
Giới. Các loại tre nứa có xơ khá dài. Độ dài cực đại của xơ là 2 ữ 9 mm, độ dài
cực tiểu là 0,2 ữ 1,5 mm, trung bình là 1,3 ữ 4,0 mm.
Nói chung, xơ của tre nứa dài hơn xơ gỗ lá rộng, do đó, thờng đợc sử dụng để
hoàn thiện tính chất cơ lý của vật liệu xenluloza đi từ gỗ lá rộng.
Thành phần hoá học của tre nứa :
Xenluloza

50ữ66%

Hemixenluloza
(pentozan)

15ữ22%

21ữ30%

Lignin

21

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

Về cấu tạo giải phẫu, tre nứa là loài thân có đốt, giữa các đốt có vách ngăn. Đốt
tre có hình ống. Các tế bào nằm theo chiều dọc của thân cây, không có tế bào nằm
ngang. Do đó, khi nấu xenluloza, hoá chất hầu nh chỉ thấm theo chiều dọc.
Một đặc đIểm nữa là tre nứa không có lớp vỏ bóc đợc nh gỗ. Trong quá trình
sản xuất xenluloza, hợp chất silic lắng đọng trên thành thiết bị truyền nhiệt làm
giảm hệ số truyền nhiệt của thiết bị, cần định kỳ xử lý.
II. Hoá học xenluloza.

Xenluloza và các dẫn xuất của nó có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống, và là
nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác. Trong nhà máy sản xuất xenluloza
thì nó vừa là nguyên liệu vừa là sản phẩm. Nguyên liệu là xenluloza tự nhiên có
trong gỗ, còn sản phẩm là xenluloza thu đợc ở dạng sợi.
Dựa vào việc nghiên cứu cấu tạo của xenluloza ta có thể suy ra các tính chất
của nó nh : vì có nhóm OH nên xenluloza có thể tham gia các phản ứng thế, phản
ứng biến đổi polyme tơng tự. Dạng liên kết glucozit làm cho xenluloza tơng đối dễ bị phân huỷ bởi các xúc tác axit, hoặc với xúc tác kiềm ở nhiệt độ cao.

Giữa các mạch đại phân tử, xenluloza có liên kết hydro nên trật tự của xenluloza tơng đối cao. Trong nhiều trờng hợp, muốn phản ứng xảy ra dễ dàng ta phải tìm
cách phá vỡ liên kết hydro. Phơng pháp phổ biến là cho xenluloza tác dụng với
kiềm nhằm thay đổi trạng thái liên kết.
Các phản ứng đặc trng của xenluloza cần chú ý tới là phản ứng thuỷ phân trong
môi trờng kiềm. Trong công nghiệp, khi thuỷ phân trong môi trờng axit, các mạch
xenluloza sẽ bị đứt tạo thành các đoạn mạch có mức độ trùng hợp (n) thấp hơn.
Còn trong môi trờng kiềm, xenluloza bị phân huỷ một phần theo cơ chế tách loại
alkoxy. Ngời ta có thể chuyển hoá nhóm aldehyt cuối mạch thành nhóm khác
để tăng hiệu suất sản phẩm xenluloza.
Ngoài việc làm giấy, từ sản phẩm xenluloza tự nhiên thu đợc ở dạng sợi, ta có
thể có nhiều dẫn xuất, dựa vào các phản ứng hoá học của xenluloza với các chất
khác. Các dẫn xuất của xenluloza đợc ứng dụng vào nhiều ngành công nghiệp
khác nhau. Sau đây ta sẽ xem xét cơ chế phản ứng và các ứng dụng của một số dẫn
xuất chủ yếu của xenluloza.
* Nitro xenluloza (hay xenluloza nitrat).
Xenluloza - OH + HONO2

xt H+

Xenluloza - O - NO2

Cơ chế :
HONO2 + 2H2SO4

NO2+ + 2HSO4-

22

Trang :



Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

Xenluloza - OH + NO2+

Xenluloza - O+ - NO2
H

Xenluloza - O - NO2 + H+
ứng dụng:
Làm sơn, làm màng phim và đợc sản xuất nhiều nhất là thuốc nổ.
xantogennat xenluloza.
Xenluloza OH + NaOH

Xenluloza Ona + H2O

S
Xenluloza - O - + C

Xenluloza - O - C - S S

S

ứng dụng: Sợi visco cho công nghiệp may mặc vă màng xelofan.
* A xetat xenluloza.
Xenluloza - OH + (CH3CO)2O

ứng dụng:

xt H+
- CH3COOH

xenluloza - OCOCH3

Triaxetat làm phim, sợi, chất dẻo...
Diaxetat làm chất dẻo, sợi, màng lọc...
* Alkyl xenluloza.
Xenluloza - OH + HO > xenluloza - O- + H2O.
Xenluloza - O- + R - Cl > xenluloza - O - R + Cl
ứng dụng:
Các hợp chất metyl, etyl này đợc dùng nhiều trong thực tế.
Metyl xenluloza : Dùng dới dạng dung dịch làm chất bảo vệ các hệ huyền phù
dùng trong các ngành giấy, dệt, thực phẩm, ngành gốm sứ (dùng để tăng độ nhớt
và chống co ngót), làm chất kết dính cho thuốc viên, bảo vệ các hệ thuốc ở dạng
huyền phù, nhũ tơng. Metyl xenluloza chỉ hoà tan trong nớc lạnh.
Etyl xenluloza : Thờng dùng làm chất dẻo, có đặc điểm là rất nhẹ. nhẹ nhất
trong các hợp chất bán tổng hợp. Có tính cách điện tốt, thờng dùng cho công
nghiệp chế tạo ôtô, công nghiệp vật liệu điện hoặc làm sơn.
* Cácboxy metyl xenluloza (CMC)
Xenluloza O - + CH2COO-

xenluloza - O - CH2COO_ + Cl-

Cl

23


Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

ứng dụng :
Trong công nghiệp chất rửa CMC đợc dùng làm phụ gia. CMC có khả năng ổn
định các hệ huyền phù, đợc dùng để bảo vệ các hệ huyền phù của các dung dịch
khoan dầu mỏ, khí đốt. Trong công nghiệp khai khoáng, CMC đợc dùng làm giàu
quặng. CMC còn đợc dùng trong công nghiệp gốm sứ, dùng làm hoá mỹ phẩm
hoặc sản xuất thuốc. Khi đa một lợng nhỏ CMC vào bột giấy có thể làm tăng độ
bền của giấy.
Xenluloza đợc sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp giấy, ngoài ra, nó cũng là
một nguyên liệu cần thiết cho chế biến hoá học để từ đó chế tạo ra các sản phẩm
phục vụ cho đời sống, phục vụ các ngành công nghiệp khác nh : dầu mỏ, khai
khoáng, y tế, dệt may, phim ảnh... Tuy nhiên, theo từng loại sản phẩm mà yêu cầu
chất lợng xenluloza khác nhau; ví dụ nh để làm dung dịch visco thì cần có
xenluloza đạt các chỉ tiêu sau : Hàm lợng - xenluloza > 96 - 98%, độ tro từ 0,03
- 0,08%, nhựa từ 0,03 - 0,06% và độ trắng phải >87% đơn vị MgO (Theo TOCT
16762 - 71 của Liên xô cũ).
Với sợi axetat : hàm lợng - xenluloza > 95,6%; hàm lợng - xenluloza < 2,5%;
hàm lợng - xenluloza < 2%; hàm lợng pentoza = 2,1%; độ tro 0,08%; hàm lợng nhựa 0,04%; hàm lợng sắt < 10mg/kg; độ trắng phải > 94% đơn vị MgO,
mức độ trùng hợp trung bình P = 700 - 1.500. Nói chung, hàm lợng - xenluloza
phải cao.
Từ các số liệu đã đợc nghiên cứu ở trên, ta có thể thấy : Trong gỗ, ngoài
xenluloza ra, các chất khác đều là tạp chất cần loại bỏ hoàn toàn hoặc đạt mức độ

tối thiểu nhất định. Vậy quá trình sản xuất xenluloza chính là quá trình loại bỏ các
tạp chất và giữ nguyên xenluloza ở trạng thái tự nhiên. Tuy nhiên, xenluloza
không tồn tại riêng rẽ biệt lập mà chúng có liên kết hoá học hoặc hoá lý một cách
chặt chẽ với các cấu tử khác của nguyên liệu thực vật. Ví dụ : Tơng tác hoá lý giữa
xenluloza và lignin là khá bền vững. Nhiệm vụ của quá trình sản xuất xenluloza là
hoà tan các tạp chất mà chủ yếu là lignin và Hemixenluloza, do đó quá trình sản
xuất phải có mục tiêu là phá vỡ các liên kết hoá học và tơng tác hoá lý giữa các
chất với nhau và cả liên kết nội tại trong đại phân tử của tạp chất nhằm tạo điều
kiện thuận lợi cho chúng hoà tan vào dung dịch, sản phẩm xenluloza ta sẽ thu đợc
ở dạng bã.
b. lý thuyết nấu xenluloza theo phơng pháp kiềm.
I. Đặc tính chung của quá trình nấu xenluloza theo phơng pháp kiềm.

1. Các bớc tiến hành.

24

Trang :


Trờng đạI học bách khoa hà nội

Lớp công nghệ xenluloza và giấy

Đồ án tốt nghiệp

Nếu xenluloza theo phơng pháp xút và phơng pháp sunfat từ gỗ và từ loài thực
vật ngắn ngày (thực vật một năm tuổi) có thể tiến hành trong nồi nấu làm việc
gián đoạn hoặc trong nồi nấu làm việc liên tục. Trong phần này sẽ nghiên cứu lý
thuyết và công nghệ nấu dăm gỗ theo phơng pháp kiềm trong nồi nấu làm việc

gián đoạn. Hiện nay, phơng pháp này vẫn là phơng pháp chủ yếu trong công
nghiệp sản xuất xenluloza.
Kỹ thuật nấu xenluloza theo phơng pháp xút và phơng pháp sunfat trong nồi
nấu làm việc gián đoạn có nhiều điểm giống nh kỹ thuật nấu xenluloza sunfit. Từ
boonke hoặc từ băng tải dăm gỗ đợc nạp vào nồi nấu, kiềm nấu từ thùng lờng đợc
nạp vào nồi nấu. Kiềm nấu gồm kiềm trắng và một lợng kiềm đen nào đó. Trong
kiềm trắng phải có một lợng kiềm hoạt tính đủ cho nấu, còn cho thêm kiềm đen
vào nồi nấu là để sau khi nấu thu đợc kiềm đen có nồng độ cao hơn. Nh vậy sẽ tiết
kiệm đợc hơi đốt khi cô đặc kiềm đen. Khối phản ứng trong nồi đợc đốt nóng
bằng hơi trực tiếp hoặc gián tiếp nhờ hệ thống tuần hoàn kiềm qua thiết bị gia
nhiệt. Đốt nóng gián tiếp kết hợp với đốt nóng trực tiếp có thể tiến hành đồng thời
cùng một lúc hoặc theo từng thời kỳ nấu.
Nếu xenluloza theo phơng pháp kiềm có thể nâng nhiệt độ trực tiếp đến giá trị
cực đại mà không cần phải tiến hành giai đoạn dừng trung gian (bảo ôn) ở nhiệt độ
thấp hơn nh khi nấu xenluloza sunfit thông thờng, bởi vì quá trình thẩm thấu dung
dịch nấu kiềm vào dăm gỗ xảy ra nhanh hơn và đồng đều hơn. Ngoài ra, trong quá
trình nấu kiềm không có tính hai giai đoạn nh khi nấu sunfit. Mặc dù khối lợng
sản phẩm khí và hơi của hợp chất hữu cơ từ dung dịch nấu thoát ra tơng đối ít. Nhng trong quá trình nâng nhiệt độ vẫn phải tiến hành thải "tecpen". Trong khi thải
chủ yếu là hơi dầu thông, một lợng nhỏ hơi nớc, không khí và sản phẩm hữu cơ
bay hơi. Khi thải "tecpen" trong không gian, hơi của nồi nấu thực tế sẽ không còn
lại những khí khác và áp suất trong nồi nấu tơng ứng với áp suất riêng phần của
hơi nớc. Trong quá trình nấu kiềm, nhiệt độ tối đa đợc khống chế ở mức từ 150 0 C
đến 1750 C và áp suất tơng ứng trong nồi là từ 7 đến 8,5 at. Khối phản ứng đợc giữ
ở nhiệt độ cuối một thời gian cần thiết theo chế độ nấu. Trong thời gian này, hệ
thống tuần hoàn kiềm làm việc liên tục nhng không cấp hơi vào nồi nấu cũng nh
vào thiết bị gia nhiệt. Kết thúc nấu dựa vào thời gian và nhiệt độ.
Khi đã đủ thời gian nấu theo chế độ nấu sẽ tiến hành thải khí lần cuối cùng để
giảm áp suất trong nồi nấu xuống 4 - 5 at và tháo bột vào bể phóng, xyclon hoặc
bể khuyếch tán. Để tiết kiệm thời gian phóng bột có thể không cần hạ áp suất
trong nồi nấu mà phóng bột ngay ở áp suất ban đầu.

Nấu xenluloza kiềm theo chế độ nấu nh trên thờng kết thúc trong khoảng thời
gian khá ngắn. Bởi vậy, thời gian cần để nấu xong một nồi sẽ nhỏ và năng suất

25

Trang :