BỘ CÔNG THƯƠNG
B¸o c¸o
tæng kÕt ®Ò tµi Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị khử mực phục vụ cho
công tác giảng dạy nghề Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy
Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Cao đẳng nghề
Công nghệ Giấy và Cơ điện Chủ nhiệm đề tài: TS. Vũ Thị Hồng Mận - Hiệu trưởng


1.2
Các loại giấy loại 11
1.3
Chất lượng của bột giấy tái chế 12
1.4
Các phương pháp khử mực giấy loại 14
1.5
Phương pháp khử mực bằng tuyển nổi 14
1.5.1
Cơ chế tuyển nổi 14
1.5.2
Hoá chất trong quá trình khử mực 16
1.5.3
Quy trình khử mực giấy loại bằng phương pháp tuyển nổi 17
1.5.4
Tìm hiểu một số loại thiết bị tuyển nổi trên thế giới và
Việt Nam
20
1.5.5
Thiết bị tuyển nổi trong phòng thí nghiệm 23
2
Định hướng chung và thực trạng giảng dạy môn Công
nghệ tái chế giấy loại tại trường
24
2.1
Những định hướng chung trong hoạt động đào tạo nghề 25
2.2
Thực trạng giảng dạy môn Công nghệ tái chế giấy loại tại
trường
25

3.1 Mục tiêu 39
3.2 Phương pháp thí nghiệm 39
3.2.1
Công tác chuẩn bị
39
3.2.2 Điều kiện thực hiện 39
3.2.3 Quy trình thực hiện 40
4 Xây dựng quy trình vận hành 41
5 Xây dựng các bài tập thực hành 41
III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42
1 Hệ thống thiết bị khử mực 42
1.1 Chế tạo cơ khí 42
1.2 Hệ thống điện điều khiển 47
2 Kết quả chạy thử 47
2.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tuyển 47
2.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tuyển 49
3 Quy trình vận hành thiết bị 51
4 Bài tập thực hành 51
KẾT LUẬN
52

TÀI LIỆU THAM KHẢO
53

PHỤ LỤC 1
54

PHỤ LỤC 2
61


Hiệp hội kỹ thuật công nghiệp bột giấy và giấy
WRV
Water Retention Value
Mức độ giữ nước

5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Tên Nội dung Trang
Hình 1
Nhu cầu nguyên liệu bột của thế giới năm 1996 và năm
2010
10
Hình 2 Sự thay đổi cấu trúc thành thớ sợi trong quá trình sấy 13
Hình 3 Cơ chế tuyển nổi bằng bong bóng khí 15
Hình 4 Cơ chế bám của mực vào bong bóng 16
Hình 5 Quá trình sản xuất và thu hồi giấy và cáctông 17
Hình 6 Quy trình công nghệ tái chế giấy loại 19
Hình 7 Kích thước hạt và phương pháp tách loại 19
Hình 8 Sự phân bố kích thước của tạp chất 20
Hình 9 Thiết bị tuyển nổi Denver đứng và nằm ngang 20
Hình 10 Quá trình tách mực của thiết bị tuyển nổi 21
Hình 11 Thiết bị tuyển nổi kiểu Ahlstrom 22
Hình 12 Thiết bị tuyển nổi của hãng Beloit PDM 2 22
Hình 13 Thiết bị tuyển nổi kiểu Comer CYBERCEL 23
Hình 14 Thiết bị tuyển nổi phòng thí nghiệm của hãng Voith Sulze
r
24
Hình 15 Quy trình tái chế giấy loại trong phòng thí nghiệm 27
Hình 16 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thiết bị khử mực 29

khử mực đối với giấy loại văn phòng
47
Bảng 13
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình
khử mực đối với giấy báo
48
Bảng 14 Kết quả tẩy bột sau tuyển đối với giấy báo 49
Bảng 15
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian tới quá trình khử
mực đối với giấy loại văn phòng
49
Bảng 16
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian tới quá trình khử
mực đối với giấy báo
50
Bảng 17 Kết quả tẩy bột sau tuyển đối với giấy báo 51
7
MỞ ĐẦU

Trên thế giới việc tái chế chất thải trong đó có tái chế giấy loại là một
ngành công nghiệp phát triển và có những đóng góp to lớn vào nền kinh tế và
việc bảo vệ môi trường, bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên. Các quốc gia và
các công ty giấy ngày càng nhận thức được lợi ích kinh tế và môi trường của
việc tái chế giấy loại. Chính vì vậy các chính sách khuyến khích và phát triển
công nghệ tái chế không ng
ừng được hoàn thiện và mục tiêu đề ra ngày càng
cao.

giáo viên, sinh viên của nhà trường. Việc này tạo nên phong trào tham gia
nghiên cứu khoa học sôi nổi trong toàn trường, tạo tiền đề để đội ngũ cán bộ,
giáo viên, sinh viên trong trường tham gia tích cực hơn n
ữa vào nhiệm vụ
nghiên cứu khoa học của nhà trường trong những năm tiếp theo. 8
Mục tiêu của đề tài là chế tạo hệ thống thiết bị tuyển nổi sử dụng để
nghiên cứu công nghệ tái chế giấy loại và giảng dạy môn học Công nghệ tái
chế giấy loại cho nghề "Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy". Hệ thống thiết
bị chế tạo được phải hoạt động chính xác, có khả năng khử mực tố
t, đảm bảo
hiệu suất cao, chất lượng bột sau tái chế đảm bảo các yêu cầu công nghệ, có
hình thức đẹp, gọn nhẹ, công suất phù hợp cho nghiên cứu và giảng dạy, tiêu
hao năng lượng thấp và độ bền cao, vận hành đơn giản, điều khiển tự động
được các thông số nhiệt độ và mức. 9
Chương I
TỔNG QUAN
1. Tổng quan về công nghệ tái chế giấy loại và khử mực
1.1 Giới thiệu chung
Công nghệ tái chế giấy loại thực sự được quan tâm trong những năm đầu
thế kỷ 20 khi vấn đề ô nhiễm môi trường sống và sự cạn kiệt về nguyên liệu
sản xuất xảy ra, tác động trực tiếp đến các ngành công nghiệp. Công nghệ tái
chế giấy loại xuất phát từ sự tiết kiệm nguyên, nhiên vật liệu của các nhà máy
và xí nghiệp sản xuất bột giấy và giấy nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất,
giảm giá thành sản phẩm, đồng thời tránh lãng phí các vật liệu sản xuất quý

kiến đến năm 2010 mức sử dụng bột tái chế có thể đạt tới 50% tổng số bột sử
dụng cho sản xuất giấy. Hình 1 cho thấy mức sử dụng bột tái chế của thế giới
năm 1996 và dự kiến mức sử dụng vào nă
m 2010. 10Hình 1: Nhu cầu nguyên liệu bột của thế giới năm 1996 và năm 2010 [1]
Từ những năm cuối của thập kỷ 50, nhu cầu sử dụng giấy trên thế giới
ngày càng đa dạng và phong phú, chính vì vậy ngành giấy ngày càng tập trung
vào nghiên cứu công nghệ tái chế giấy loại áp dụng với các loại sản phẩm giấy
mới. Việc đa dạng hóa các sản phẩm giấy mới là động l
ực lớn nhất để tái chế
ngày càng phát triển hơn, trước đây bột tái chế thường chỉ được sử dụng để sản
xuất giấy in báo và giấy tạp chí, nhưng ngày nay bột giấy tái chế đã được sử
dụng cho hầu hết các loại giấy khác nhau.
Hiện nay, các nước phát triển trên thế giới đều có hệ thống thu hồi giấy
và quá trình tái chế giấy loại rất hi
ện đại và chuyên nghiệp, giấy loại được thu
gom, phân loại thành những nhóm riêng biệt, một phần nguồn giấy loại này
phục vụ cho nền công nghiệp giấy trong nước, một phần có thể đem xuất khẩu
sang các nước khác. Quy trình tái chế giấy loại ngày càng được cải tiến, hiện
đại hóa, tự động hóa hoàn toàn.
Ở Việt Nam, do điều kiện kinh tế chậm phát triển, chuyên môn ngành
giấy phát triển chưa cao, tái ch
ế giấy loại ở Việt Nam chưa thực sự được quan
tâm cho tới những năm gần đây. Việc nghiên cứu, xây dựng và áp dụng các
quy trình tái chế giấy loại áp dụng và sản xuất giấy vẫn là công nghệ mới với

máy khác hoặc từ nước ngoài. Các sản phẩm giấy đi từ bột tái chế ở các nhà
máy này đều là các sản phẩm có chất lượng rất thấp như giấy bao gói, giấy bìa.
Dưới áp lực ngày càng lớn về luật môi trường và sự khan hiếm nguồn nguyên
liệu từ gỗ và thực vật, ngành giấy Việt Nam đang tìm cách thay thế phương
pháp sản xuất bột nguyên thủy bằng con đường tái chế gi
ấy loại. Ngày nay bột
tái chế không chỉ dùng sản xuất các chủng loại giấy chất lượng thấp nữa mà đã
chuyển sang các chủng loại giấy chất lượng cao hơn như giấy Tissues, giấy in
và giấy viết [2]. Từ năm 2000 đến nay, nhiều dây chuyền hiện đại, đồng bộ sản
xuất bột từ giấy thu hồi đã được lắp đặt ở Việt Nam. Mộ
t số đơn vị như Công
ty Cổ phần Tập đoàn Giấy Tân Mai, Công ty Cổ phần Giấy Sài Gòn đã có dây
chuyền tái chế giấy loại đang hoạt động và một số đơn vị khác như Công ty
Giấy Tissue Sông Đuống, Công ty Cổ phần Giấy Diana đang chuẩn bị đưa dây
chuyền tái chế giấy loại vào sản xuất.
Sự ra đời các nhà máy tái chế giấy loại đã thu hút nguồ
n nhân lực có kỹ
thuật đã qua đào tạo để vận hành dây chuyền thiết bị. Từ đó nhu cầu đào tạo về
nghề Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy nói chung và thợ vận hành công
nghệ cho các nhà máy có sử dụng công nghệ này cũng tăng lên. Vấn đề đầu tư
về cơ sở vật chất kỹ thuật phục vụ cho việc nghiên cứu của giáo viên, ph
ục vụ
cho công tác giảng dạy môn Công nghệ tái chế giấy loại trong nhà trường trở
nên cấp thiết hơn.
1.2 Các loại giấy loại
Giấy loại là các sản phẩm giấy hoặc cáctông đã qua sử dụng, được loại
bỏ và trở thành rác thải. Thành phần của giấy loại khá phong phú, phụ thuộc
phần lớn vào công nghệ sản xuất giấy, công nghệ in ấn và các loại mực được
s
ử dụng. Việc xác định thành phần của giấy loại sẽ quyết định đến công nghệ

khó khăn cho quá trình tái chế bằng công nghệ tuyển nổi. Thành phầ
n của mực
in trong giấy loại được biểu thị ở Bảng 2.
Bảng 2. Thành phần mực in truyền thống [1]
Thành phần Tỷ lệ (%)
Chất mang
Chất liên kết
Chất màu
Phụ gia
15-80
5-50
5-30
1-10
1.3 Chất lượng của bột giấy tái chế
Giấy sau khi sử dụng có thể được tái chế lại nhiều lần, đây là một trong
những thế mạnh lớn nhất của công nghệ sản xuất giấy. Các tính chất vật lý của
giấy đã qua tái chế khá ổn định khi được tái chế tới 4 lần do trong quá trình tái
chế bột giấy ít bị tác động bởi tác dụng của quá trình nghiền. S
ự thay đổi về độ
trắng và độ đục có thể xảy ra nhưng với tỷ lệ vừa phải, sự thay đổi này giữa
bột cơ học và bột hóa học cũng khác nhau, với bột tái chế từ bột giấy hóa học
sẽ thay đổi ít hơn, thay đổi nhiều hơn với bột giấy cơ học [3,4,5].
Tuy nhiên tái chế nhiều lần sẽ làm thay đổi một số
tính chất cơ học của
giấy. Sự thay đổi lớn nhất của quá trình tái chế tác động lên bột giấy là độ bền
kéo, độ dãn dài, lý do giải thích cho hiện tượng này là do số lần tái chế tác
động đến khả năng trương nở của thớ sợi. Qua nhiều lần tái chế, thớ sợi trở nên
thô và cứng hơn, thớ sợi không còn linh động và mềm dẻo nữa. Sự khác biệt
này
được xác định bằng cách xác định giá trị giữ nước (WRV) của bột đã qua

- Mức loại mực cao: Đạt 94-98 %
- Các tính chất của bột tái chế cao
Tuy nhiên phương pháp khử mực bằng phương pháp rửa cho hiệu suất
bột tái chế thấp do quá trình rửa không thể giữ lại phần xơ sợi kích thước nhỏ.

14
Phương pháp khử mực bằng tuyển nổi
Bột giấy loại sau khi đã qua các công đoạn xử lý cơ, nhiệt, hoá chất
được loại mực bằng quá trình tuyển nổi để giữ lại bột sạch. Về bản chất
phương pháp tuyển nổi là quá trình tách mực khỏi sơ sợi bằng hoá chất và ma
sát trong quá trình đánh tơi sau đó mực được lấy ra từ phía trên bằng cách gạ
t
hay hút mực nhờ các bọt khí.
Các ưu điểm của việc khử mực bằng phương pháp tuyển nổi:
- Hiệu suất bột tái chế cao: Đạt 75-97 %
- Tính chất cơ lý của bột tái chế rất cao
Phương pháp tuyển nổi khử mực phát triển mạnh ở châu Âu, Nhật Bản,
các nước công nghiệp mới như Đài Loan, Trung Quốc Hiện nay việc nghiên
cứu để hoàn thành công nghệ khử
mực bằng tuyển nổi ở các nước này vẫn
đang được chú ý đặc biệt.
Phương pháp khử mực sử dụng vi sinh
Việc sử dụng enzim trong quá trình khử mực giấy loại đang được phát
triển và có thể áp dụng trong công nghiệp.
Phương pháp khử mực sử dụng kết hợp hoá chất và vi sinh
Khử mực giấy loại sử dụng kết hợp hoá chất và enzym sẽ
tăng mức độ
loại mực. Độ thoát nước của bột được cải thiện và độ bền cơ lý tốt. Phương
pháp này cũng thân thiện hơn với môi trường do sử dụng ít hoá chất hơn
phương pháp sử dụng hoá chất không kết hợp với enzym [7].

Hình 3. Cơ chế tuyển nổi bằng bong bóng khí [1]
Sau đó dưới tác d
ụng của hóa chất, quá trình tách loại mực xảy ra theo 3
giai đoạn [6]:
- Sự va chạm giữa hạt mực và bong bóng
- Sự kết hợp của hạt mực vào bề mặt của bong bóng
- Sự di chuyển của bong bóng từ dưới lên trên bề mặt của thiết bị tuyển
nổi.
Trong quá trình tuyển nổi, sức căng bề mặt của bong bóng là nhân tố
quan trọ
ng nhất để tách loại được các tạp chất, những tạp chất có kích thước
nhỏ sẽ được bám vào bề mặt của bóng bóng khí theo cách thức như mô tả
trong Hình 4. Bong
bóng
BBong
bóng
Tạp
chất
Hạt
mực
Hạt xà
phòng
Bong
bóng
Ca
2+
Ca


Hạt mực in

17
Bảng 3. Hóa chất dùng cho khử mực [4,5,6,8]
Hóa chất Đánh tơi Tuyển nổi Tẩy Tách nước
Sodium Hydroxide
Sodium Silicate
Chất đệm
Chất hoạt động bề mặt
Chất lựa chọn
Calcium Chloride
Hydrogen Peroxide
Sodium Hydrosulphite
FAS
Sulphuric acid
Alum
Polymer
x
x
x
x
x
x
x
x
x

đích tiết kiệm, tránh lãng phí và tránh gây ô nhiễm môi trường. Hình 5 mô tả
một quy trình chung về mối quan hệ gi
ữa sản xuất và tái chế giấy loại.

Hình 5. Quá trình sản xuất và thu hồi giấy và cáctông [1]
Sản phẩm
giấy và
cáctông

Thu hồi giấy và
cáctông
Nhập khẩu
giấy và
cáctôn
g18
Đối với những nhà máy không có công đoạn sản xuất bột giấy từ cây
nguyên liệu thực vật thường phải thu mua giấy loại từ nơi khác về. Quy trình
tái sử dụng giấy loại được thể hiện ở Hình 6.

Hình 6. Quy trình công nghệ tái chế giấy loại
Giấy loại sau khi thu gom từ các khu vực tiêu dùng được phân chia


Hình 7. Kích thước hạt và phương pháp tách loại [9]
Sau khi được làm sạch sơ bộ bằng sàng và lọc cát, bột giấy được đưa
qua giai đoạn tuyển nổi để tách loại các tạp chất nhỏ hơn. Quá trình tuyển nổi
là quá trình tách loại dựa vào sự khác biệt về tỷ trọng của vật chất. Tuyển nổi
là quá trình sử dụng các bong bóng chất hoạt động bề mặt (xà phòng) để
kéo
các tạp chất có kích thước hạt nhỏ ra khỏi bột . Hình 8 dưới đây thể hiện sự
phân bố tạp chất trong giấy loại, trong đó tạp chất có kích thước khoảng từ 10-
30µm chiếm tỷ lệ rất lớn. Hình 8. Sự phân bố kích thước của tạp chất [10,11]
Tuyển nổi có thể tách loại được tạp chất có kích thước hạt từ 0,001-
1mm, các loại tạp chất này thường nằm chủ yếu trong thành phần mực in.
Tuyển nổi là giai đoạn có sự kết hợp giữa không khí, các hóa chất để tách loại
các tạp chất rắn trong mực in ra khỏi huyền phù bột. Tuyển nổi là giai đo
ạn xử
lý quan trọng nhất của quá trình tái chế giấy loại.

Kích thước hạt, µm
Số hạt

20
Sau khi được tuyển nổi, bột giấy được đưa qua giai đoạn rửa để tiếp tục
quá trình làm sạch. Rửa là công đoạn tách loại các tạp chất có kích thước rất
nhỏ ra khỏi bột giấy. Rửa sẽ giúp khuyếch tán các tạp chất nhỏ ra khỏi bột, các
thiết bị rửa sử dụng trong công đoạn rửa thường là thiết bị rửa áp lực, rử
a
khuyếch tán và rửa ép vắt.

Bột vào
Bột ra
Kh
í

21
và hiện đại hơn, tuy nhiên các thiết bị tuyển nổi chỉ khác nhau ở một số điểm
cơ bản:
- Số lượng vòi khí và các phần phụ trợ trong thiết bị tuyển nổi
- Kiểu khí cấp để tạo bong bóng: Khí tự nhiên hoặc khí nén
- Cách thức tách bọt khí: Kiểu gạt, kiểu hút chân không hoặc kiểu áp lực
- Sử dụng tuyển nổi hai giai đoạn
- Kiểu thiết k
ế và cách thức bố trí thiết bị
Quá trình tách mực của thiết bị tuyển nổi được minh hoạ trên Hình 10.
Huyền phù bột được bơm cấp vào thiết bị tuyển nổi theo hướng từ dưới đi lên
trên, dòng bột cấp vào phải được khống chế lưu lượng bột và tốc độ dòng chảy.
Không khí được cấp từ dưới đi lên trên để tạo ra bong bóng khí, bong bóng khí
yêu cầu phải có kích thước
đủ nhỏ và đủ bền để khi di chuyển từ dưới lên trên
không bị vỡ. Bọt khí sau khi liên kết được với các hạt mực do vẫn có tỷ trọng
nhỏ hơn nước nên nổi dần lên trên bề mặt của huyền phù bột, sau đó được cánh
gạt tách sang thiết bị phá bọt.
Do quá trình khử mực hiệu suất thấp, nên dòng bột thường được bơm
tuần hoàn nhiều lần cho đến khi l
ượng mực có mặt trong huyền phù bột đảm
bảo ở mức yêu cầu thì được bơm ra ngoài.


Hình 11. Thiết bị tuyển nổi kiểu Ahlstrom [1]
Hình 12. Thiết bị tuyển nổi của hãng Beloit PDM 2 [1]

Kh
í

Vùng trộn
Thải
Thải
Khí
Mực thải
Bột ra
Bột vào

23

Hình 13. Thiết bị tuyển nổi kiểu Comer CYBERCEL [1]

được đưa sang tuyển nổi hoặc có thể bổ sung vào các vị trí thích hợp trên hệ
thống.
Mực thải
Bột ra
Bột vào
Tuần hòan

24
Hình 14 mô tả thiết bị tuyển nổi của hãng Voith Sulzer đang được sử
dụng tại phòng thí nghiệm ở Học viện Công nghệ Châu Á, Thái Lan. Hình 14: Thiết bị tuyển nổi phòng thí nghiệm của hãng Voith Sulzer
Thiết bị có thể tích hữu hiệu 25 lít, nồng độ làm việc tối đa 2 %, chiều
cao bể tuyển 400 mm, đường kính 300 mm, tốc độ làm việc của cánh khuấy
1470 vòng/phút, công suất khuấy 400 W, tốc độ gạt mực 10 vòng/phút.
2. Thực trạng giảng dạy môn Công nghệ tái chế giấy loại trong nhà trường
2.1 Những định hướng chung trong hoạt động đào tạo nghề

để tự làm các thiết bị, đồ dùng, phương ti
ện phục vụ cho giảng dạy và nghiên
cứu khoa học. Tuy nhiên do nguồn kinh phí hạn hẹp cho nên việc triển khai
nghiên cứu ở phạm vi lớn, nghiên cứu chiều sâu vẫn còn hạn chế và gặp nhiều
khó khăn.
2.2 Thực trạng giảng dạy môn Công nghệ tái chế giấy loại tại trường
2.2.1 Thời gian, vị trí của môn học
- Thời gian của môn học: Môn học Công nghệ tái chế giấy loại dùng cho
họ
c sinh, sinh viên học nghề “Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy”, “Kiểm
nghiệm bột giấy và giấy” với thời gian giảng dạy là 120 giờ, trong đó có 45 giờ
lý thuyết và 75 giờ thực hành.
- Vị trí của môn học: Môn học được bố trí sau khi sinh viên đã học xong
môn Công nghệ sản xuất bột giấy và giấy.
2.2.2 Mục tiêu môn học
Sau khi học xong môn học này người học có khả năng:
- Trình bày đượ
c quy trình xử lý và tái chế giấy loại, đặc biệt là quy
trình khử mực của giấy loại.
- Vận dụng kiến thức đã học để vận hành công đoạn tái chế giấy loại
hoặc dây chuyền DIP của các nhà máy.
- Mô tả được cấu tạo, trình bày được nguyên lý làm việc và nguyên tắc
vận hành của các thiết bị chính trong dây chuyền tái chế giấy loại.
- Trình bày được ảnh hưởng của các yếu t
ố trong quá trình tái chế đến
tính chất của giấy.
- Đề ra được các biện pháp phòng ngừa sự cố và giải quyết được các sự
cố thường gặp trong quá trình tái chế.
2.2.3 Nội dung tổng quát của môn học (đào tạo Cao đẳng nghề)
Bảng 4. Nội dung chương trình môn học Công nghệ tái chế giấy loại