Đồ án môn học
Phần I : Đặt vấn đề
Giấy và các sản phẩm từ giấy đóng một vai trò rất quan trọng trong mọi
lĩnh vực hoạt động của con người, đặc biệt trong xã hội văn minh giấy không thể
thiếu được, nó là một trong những vật dụng gần gũi nhất với mỗi người. Giấy
ngoài việc sử dụng làm phương tiện lưu trữ và phổ biến thông tin, nó còn được
dùng rộng rãi để bao gói, làm vật liệu xây dựng, vật liệu cách điện Với đà phát
triển nhanh của khoa học công nghệ hiện nay, giấy ngày càng được ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực mới.
Có thể nói sự tiến bộ của mỗi quốc gia, sự văn minh của loài người luôn
gắn chặt với sự phát triển của ngành sản xuất giấy, tức là không thể tách rời một
nền văn minh với sự đa dạng về chủng loại các sản phẩm giấy chất lượng cao
cùng với sự ứng dụng không giới hạn của chúng. Hơn thế nữa, hoàn toàn có thể
lấy năng suất giấy, khối lượng tiêu thụ giấy để đánh giá sự phát triển của mỗi
quốc gia hay của toàn xã hội. Ở nước ta, ngành giấy cũng được chính phủ đặc
biệt chú ý và đầu tư phát triển. Nếu như năm 2000, sản lượng giấy đạt 215.000
tấn thì năm 2010, mục tiêu đạt 1.015.000 tấn.
Sản lượng bột giấy trong nhiều năm qua luôn tăng nhanh, dó là một tín hiệu
đáng mừng, Tuy nhiên, việc phát triển công nghiệp giấy kèm theo đó có nhiều
vấn đề lớn đặt ra, đó là xây dựng nhà máy giấy có hệ thống thu hồi và xử lý dịch
nấu. Vì dịch nấu nếu không thu hồi mà thải ra môi trường, không những gây mất
mát hóa chất nấu dẫn đến không có hiệu quả kinh tế cao, còn gây ô nhiễm môi
trường. Ở nước ta, chỉ có duy nhất nhà máy giấy Bãi Bằng là có hệ thống thu hồi
hóa chất, còn lại các nhà máy khác đều thải trược tiếp dịch nấu ra ngoài môi
trường, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người.
Trong hoàn cảnh hiện nay, vấn đề môi trường lại là một vấn đề rất “nóng”, vì
thế khi thiết kế một nhà máy sản xuất bột giấy và giấy, việc tính toán thiết kế hệ
thống thu hồi hóa chất là một việc thiết yếu.
Chính vì thế, trong giới hạn đồ án môn học của em, em chọn đề tài: Thiết
kế lò đốt thu hồi cho nhà máy bột sunfat gỗ cứng, công suất 220.000 tấn/ năm.
SVTH: Lê Sơn Tùng Page 1

chất vô cơ chính là nguồn hóa chất sẽ được thu hồi và tái sử dụng trong sản xuất.
Các chất hữu cơ bao gồm sản phẩm tạo thành trong quá trình phân hủy và
hòa tan các thành phần nguyên liệu như Lignin, Xenluloza, Hemixenluloza,
Tinh bột, các chất chiết xuất… Trong quá trình chế biến dịch đen và thu hồi hóa
SVTH: Lê Sơn Tùng Page 2
Đồ án môn học
chất, các chất hữu cơ là nguồn tạo ra nhiệt năng hoặc được chế biến thành các
sản phẩm khác nhau.
Thành phần hóa học của chất khô đặc trưng cho thành phần hóa học của
dịch đen. Mỗi phương pháp nấu khác nhau sẽ cho dịch đen có thành phần khác
nhau. Ngoài ra còn phụ thuộc vào chất lượng bột, dạng nguyên liệu, mức dùng
hóa chất, tạp chất trong dịch trắng, hiệu suất nấu…
Bảng 1: Thành phần hóa học của dịch đen nấu sunfat
Chất, nhóm chất Hàm lượng % so với
bột KTĐ
Lignin 23.72
Lignin trích ly 3.94
Các axit dễ bay hơi (tính theo axit axetic) 10.53
Các chất tan trong etylic trong đó: 6.44
Các axit mạnh, andehit và xeton phenol 5.81
Các axit yếu và phenol 0.61
Các chất trung tính 0.02
Các chất tan trong nước trong đó: 18.59
Các muối axit 16.04
Các chất trung tính tan trong cồn etylic tuyệt đôi 2.13
Các oxi axit 0.42
Na
2
SO
4

Điểm sôi: cao hơn so với nước hay dung dịch kiềm có nồng độ tương
đương.
Khả năng sinh nhiệt: Là một trong những tính chất quan trọng. Trung bình
khi đốt 1kg Lignin sinh ra một nhiệt lượng tương đương 25MJ, đối với Gluxit là
12MJ/kg.
SVTH: Lê Sơn Tùng Page 3
Dịch đen loãng
Oxy hoá
Cô đặc
ĐốtXút hoá
Nấu
Rửa
Đồ án môn học
Nhiệt dung riêng: giảm khi nồng độ chất khô trong dung dịch tăng. Hầu
như không phụ thuộc vào nhiệt độ (dưới 100 độ C).
Khả năng tạo bọt: Cao do chứa lignin kiềm, các chất béo, chất nhựa, nhất là
các muối của Na với axit hữu cơ. Chúng là các chất có hoạt tính bề mặt cao, gây
bọt làm ảnh hưởng đến quá trình thu hồi.
Tinh ăn mòn: Thấp ở nhiệt độ thường, rất cao ở nhiệt độ cao, vì khi chưng
bốc, hơi thứ và nước ngưng chứa các a xit hữu cơ (HCOOH, CH
3
COOH) hay
các chất chứa lưu huỳnh (H
2
S, H
3
SH).
Tính kết dính: Cao do có chứa nhiều chất tồn tại ở thể keo, chủ yếu là các
axit béo, axit nhựa liên kết với nhau. Một phần do tính kém bền của lignin kiềm.
Các tính chất và thành phần của dịch đen ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình

4
, NaCl, Na
2
CO
3
hiệu quả loại bỏ cao nhất khi nồng độ
dịch đen 25-35 %.
Iv/ Oxi hóa dịch đen bằng không khí: Nhằm tránh phản ứng thủy phân của
Na
2
S thành H
2
S, gây mất mát lưu huỳnh và tạo ra khí có mùi, có tính ăn mòn
thiết bị cao. Việc oxi hóa dịch đen được tiến hành trong tháp oxi hóa dạng khí,
màng hay loại xáo động. Tuy nhiên việc oxi hóa dịch đen cũng có nhược điểm là
sau khi oxi hóa, hiệu quả sinh nhiệt của dịch đen giảm, kết bám thiết bị khi
chưng bốc cho nên hiện nay ít được sử dụng.
v/ Tách loại silic: Silic có mặt trong dịch đen gây nhiều ảnh hưởng cho quá
trình thu hồi hóa chất bằng phương pháp đốt. Ví dụ như gây kết bám thiết bị
chưng bốc, giảm khả năng sinh nhiệt của dịch, giảm hiệu suất kiềm hóa… Việc
tách loại silic là cần thiêt. Phương pháp tách loại silic bao gồm: bổ xung kiềm,
kết tủa và tách loại silic dưới dạng kết tủa.
SVTH: Lê Sơn Tùng Page 5
Đồ án môn học
2/ Chưng bốc dịch đen:
Khi rửa bột, dịch đen được pha loãng từ 2 đến 3 lần. Dịch này được đưa đi
thu hồi, hàm lượng chất khô chiếm 13 đến 17%. Dịch đen như trên không thể
đốt ngay vì vậy cần phải cô đặc lại. Sau khi cô đặc, nồng độ dịch đen phải đạt từ
60 % trở lên lúc này mới có thể đốt. Các thiết bị chưng bốc chủ yếu được sử
dụng là thiết bị chưng bốc màng dâng và màng rơi.

NaOH, Na,
H2S
Na2SO4, C, CO2
Na2S, Na2CO3, CO2 800o C
VÙNG KHỬ
VÙNG SẤY KHÔ
Đồ án môn học
đen trước khi cho vào lò đốt để bù đắp lại phần kiềm đã bị mất mát trong quá
trình sản xuất.
SVTH: Lê Sơn Tùng Page 7
Đồ án môn học
Quá trình đốt dịch đen sunfat chia ra 3 giai đoạn xảy ra nối tiếp nhau.
1-Sấy khô kiềm
2-Nhiệt phân và than hoá chất khô hữu cơ, đồng thời xảy ra quá trình
cacbonat hoá kiềm.
3-Cháy than và nóng chảy chất khô vô cơ đồng thời xảy ra quá trình khử
natrisunfat.
*Giai đoạn 1
Những phản ứng hoá học xảy ra ở giai đoạn thứ 1 – Giai đoạn sấy khô
kiềm là những phản ứng giữa những thành phần trong dịch đen với khí lò. Trong
thành phần của khí lò, ngoài khí CO
2
còn có SO
2
, SO
3
.Trong thành phần của
dịch đen sunfat gồm có NaOH
tự do
Na

HS, ankyl sunfua và một số sản phẩm bay hơi khác. Phần lớn
những sản phẩm này bị bốc cháy và cháy trong dòng khí nóng để sinh ra CO,
CO
2
, H
2
, SO
2
và SO
3
.
SVTH: Lê Sơn Tùng Page 8
Đồ án môn học
Trong thành phần khí đi ra khỏi lò chỉ còn lại một lượng rất nhỏ sản phẩm
cháy không hoàn toàn. Do những hợp chất của sunfua và đặc biệt là H
2
S cháy
không triệt để khí lò có mùi rất đặc trưng.
Giai đoạn 3:
Đến đầu giai đoạn thứ 3 - giai đoạn cháy than, trong lò chỉ còn lại khoảng
một nửa khối lượng Cacbon trong dịch đen ban đầu được chuyển về dạng than
cốc. Trong số những hợp chất vô cơ còn lại sau khi nhiệt phân thì chủ yếu là
Natri cacbonnat được sinh ra chủ yếu do quá trình phân huỷ và ôxi hoá những
hợp chất hữu cơ với Natri. Ngoài ra Natri cacbonnat còn được sinh ra do quá
trình cacbonat hoá NaOH tự do và Na
2
S có sẵn trong dịch đen ban đầu. Natri
cacbonat và Natri sunfua có sẵn trong dịch đen ban đầu hoàn toàn không bị biến
đổi trong giai đoạn đầu của quá trình đốt và cả lượng Natri sunfat bổ sung cũng
không biến đổi ở giai đoạn này. Do quá trình phân huỷ những hợp chất hữu cơ

S là hai thành phần của dịch nấu sunfat. Để cho
than cốc được cháy hoàn toàn trong giai đoạn thứ 3 cần phải có một lượng
không khí dư nhất định. Trong hệ thống lò đốt kiểu phun kiềm hiện nay, có 2
vùng thổi không khí vào lò đốt - vùng thứ nhất dùng để thổi một phần không khí
trực tiếp và vùng cháy để đốt than cốc, vùng thứ 2 dùng để thổi không khí vào lò
để đốt cháy những sản phẩm khí sinh ra do quá trình nhiệt phân, vùng này gọi là
SVTH: Lê Sơn Tùng Page 9
Đồ án môn học
vùng thứ của lò, khối lượng không khí chung (theo lý thuyết) cần thiết để đốt
cháy hoàn toàn những chất hữu cơ trong kiềm thành CO
2
, H
2
O, SO
2
.
Phản ứng khử Na
2
SO
4
và thành phần kiềm đỏ sunfat.
Phản ứng chủ yếu xảy ra ở giai đoạn thứ 3 của quá trình đốt dịch đen sunfat
là phản ứng khử Na
2
SO
4
về Na
2
S bằng than cốc.
Phản ứng khử Na

Theo lý thuyết độ xút hóa có thể đạt 98-99%, tuy nhiên thực tế không đạt được
như vậy bởi có nhiều yếu tổ ảnh hưởng. Với nồng độ dung dịch 64-124 g/l
Na
2
CO
3
thì độ xút hóa đạt hợp lý nhất
II. Lựa chọn dây chuyền đốt dịch đen và các thông số công nghệ
SVTH: Lê Sơn Tùng Page 10
Đồ án môn học
Lựa chọn dây chuyền đốt dịch đen
1. Lò đốt.
Hiện nay có nhiều phương pháp thu hồi và tái sử dụng hóa chất như: Hệ
thống thu hồi – xút hóa, Khí hóa Plasma, Xút hóa tự động… tuy nhiên phổ biến
nhất là sử dụng hệ thống lò đốt thu hồi – xút hóa
Phổ biến nhất hiện nay là hệ thống lò đốt kiểu phun.
Hệ thống lò đốt kiểu phun chính là hệ thống nồi hơi, trong lò đốt của hệ
thống này được đốt bằng một loại nhiên liệu thứ cấp – dịch đen với hàm kượng
nước, hàm lượng tro khá cao. Trong hệ thống lò đốt này thực hiện hai chức
năng: chức năng thứ nhất là sản xuất hơi đốt (chức năng về nhiệt); Chức năng
thứ hai là tái sinh lại kiềm trong nhiên liệu là dịch đen (chức năng công nghệ).
Hiện nay, cả hai chức năng này được kết hợp rất có hiệu quả.
Năng suất hơi đốt của hệ thống lò đốt kiểu này đạt tới 60 – 70 tấn/giờ.
Lượng hơi đốt này tương đương với đốt một lượng dịch đen khi sản xuất 300 –
350 tấn xenlulo trong một ngày. Hiện nay người ta đã thiết kế và chế tạo hệ
thống lò đốt kiểu phun kiềm với năng suất hơi là 100 – 120 tấn/h (500 – 600 tấn
xenlulo trong một ngày). áp suất hơi thu được trong lò đốt kiểu này đạt tới 60 –
70 at với nhiệt độ quá nhiệt là 450
o
C> Trong trường hợp đặc biệt có thể sản xuất

kiềm, lớp hồ Crôm vẫn bị phân huỷ để tạo ra Crômat natri có khả năng hoà tan
vào nước.
Đáy lò nhất thiết cũng phải dược che phủ bằng lớp hồ Crôm. Hiện nay,
người ta làm đáy lò phẳng chứ không làm nghiêng. Đáy lò được làm lạnh bằng
nước và có cửa để cho liềm đỏ chảy xuống cửa hoà kiềm đỏ. Cửa chảy kiềm đỏ
cách đáy lò 100mm. Vì vậy mà dưới đáy lo luôn luôn có một lớp kiềm đỏ dự
trữ, lớp kiềm đỏ này có tác dụng bảo vệ lớp lót côm khỏi sự tác dụng trực tiếp
bởi những muối kiềm nóng chảy.
Vòi phun không khí vào lò bậc một đặt hơi nghiêng xuống phía dưới
(khoảng 15
o
) nhằm để cho không khí thổi xuống phía dưới mà không bị dòng
khí cuốn lên vùng thứ của lò đốt, vòi phun không khí bậc hai đặt nằm ngang.
Gần đây, người ta đặt vòi phun không khí bậc hai theo phương tiếp tuyến. Đặt
vòi phun theo kiểu này thì ở tâm lò sẽ tạo thành hình xoáy ốc có đường kính
nhất định. Như vậy sẽ thoả mãn được điều kiện – sản phẩm khí được cháy triệt
để hơn và khi cường hoá lò đốt có thể tăng cường lượng không khí vao lò ma
không làm mất mát cặn kiềm theo khói lò.
Để đưa dịch đen vào lò đốt chủ yếu sử dụng hai cơ cấu. Loại thứ nhất:
vòi phun cơ học kiểu đu đưa của Tomlinson có tấm ngắt. Vòi phun này được đặt
ở giữa thành lò chính diện. Như vậy thành lò đối diện với vòi phun được bồi lên
một lớp kiềm hoặc hạt kiềm được văng lên vùng oxy hoá và từ đó kiềm sẽ chảy
suống đáy lò. Loại thứ hai: kiềm được đưa trực tiếp xuống đáy lò bằng một số
loại vòi phun cơ học hoặc vòi phun hơi.
Trong nhiều trường hợp, kiềm còn được trọn với cặn khô thu hồi được
trong xyclon hoặc trong thiết bị lọc điện. Nồng độ chất khô trong khi phun vào
lò đốt thường trong khoảng từ 55 – 70%. Trong trạm cô đặc, kiềm thường được
cô đặc đến nồng độ 45 – 55% chất khô. Còn tiếp tục tách nước đến nồng độ cần
thiết được tiến hành trong thiết bị bốc hơi tiếp xúc (tầng bốc hơi) đặt trước lò
đốt. Nhiệt để bốc hơi nước trong thiết bị này là nhiệt thừa của khí lò. Thiết bị

Nồng độ dịch đen vào lò đốt 70 %, tổn thất ở nấu rửa 10 %
Hiệu suất nấu sunfat :48% so với NLKTĐ.
Độ ẩm bột 12 %
Khối lượng riêng của NL: 430 Kg/m
3
Độ nén chặt: 0,38 m
3
/m
3
Nồng độ kiềm hoạt tính: 100 g/l.
Mức dùng kiềm : 18%Na
2
O.
Độ sunfua : 25%Na
2
S .
Modun nấu sunfat 1:4 .
Độ khử sunfat :92% .
Tính cân bằng vật chất
Lượng Xenluloza khô tuyệt đối trên 1 tấn sản phẩm:
-Lượng gỗ KTĐ để sản xuất thực tế chứa trong 1m
3
nồi nấu .
- Lượng sản phẩm KTĐ chứa trong 1m
3
nồi.
→
Lượng sản phẩm Xenluloza khô gió bằng:
Lượng gỗ KTĐ cần thiết nạp vào nồi để sản xuất ra 1 tấn Xenluloza khô gió:
-Lượng dịch cần nạp vào nồi

⇒ Lượng cặn khô thực tế đem vào đốt là:
Bảng thành phần chất khô của dịch đen:
Phần hữu cơ %
Kg/tấn
bột
Phần vô cơ %
Kg/tấn
bột
C 42 559.84 NaOH tự do 1.4 18.66
H 5 66.65 NaOH liên kết hữu cơ 24 319.91
O 19.
4
258.59 Na
2
S 1.6 21.33
Lưu huỳnh hữu cơ 1.6 21.33 Na
2
CO
3
4 53.32
Na
2
SO
4
1 13.33
Tổng lượng hữu cơ 68 906.41 Tổng lượng vô cơ 32 426.55
Tổng vô cơ + Hữu cơ: 1332.96 Kg
Hàm lượng kiềm trong dịch đen:
Hàm lượng lưu huỳnh trong dịch đen:
Cho rằng hệ thống lò đốt sản xuất được 625 Kg kiềm đỏ trên 1 tấn bột và

2
O trong dịch đen.
B: Khối lượng Na
2
O trong kiềm đỏ.
C: Khối lượng Na
2
O trong sunfat bổ xung.
Khối lượng Na
2
O mất mát vĩnh viễn trong khói lò là:
Phương trình cân bằng Na
2
O đối với lò đốt:
Từ đó rút ra:
Thay số:
Lượng Sunfat (Na
2
SO
4
) chưa tính khử hóa học là:
Khối lượng Sunfat Công nghiệp (độ tinh khiết 95%) là:
Khối lượng Na
2
O đi ra khỏi lò đốt với khí lò là:
Lượng Na
2
O mất mát vĩnh viễn:
Cân bằng của Na
2

4
là 10.53 Kg, theo đơn vị riêng:
Lượng Na
2
O ở lọc tĩnh điện:
Trong lượng Na
2
O này có 10% Na
2
CO
3
và 90 % Na
2
SO
4
Suy ra:
Khối lượng Na
2
CO
3
là 4.1 Kg theo đơn vị riêng:
Khối lượng Na
2
SO
4
là 36.9 Kg, theo đơn vị riêng:
Lượng Na
2
O mất mát vĩnh viễn là: 5.85 Kg
Trong lượng Na

Hỗn hợp dịch đen với sunfat
Không khí khô
Kiềm đỏ
Hơi nước quá nhiệt
Khí lò khố
Nhiệt hóa lỏng, Kcal/Kg độ C
Cacbonat Canxi: Na
2
CO
3
Sunfua Natri: Na
2
S
Sunfat Natri : Na
2
SO
4
Nhiệt độ:
Hỗn hợp kiềm, tro, sunfat
Không khí sau đốt nóng
Kiềm đổ chảy ra khỏi lò:
Khí sau các thiết bị thu hồi nhiệt
Nước cấp cho nồi hơi
Thành lò (ngoài)
Thành nồi hơi
Không khí trong nhà:
SVTH: Lê Sơn Tùng Page 21
Đồ án môn học
SVTH: Lê Sơn Tùng Page 22
Đồ án môn học

sẽ tác dụng với
Na
2
CO
3
để tạo thành Na
2
SO
4
.
- Trong số cacbon được cháy chỉ có 3 % cháy đến CO.
Với giả thiết đó ta tính toán các phản ứng như sau:
1. Phản ứng cacbonat hóa NaOH tự do:
SVTH: Lê Sơn Tùng Page 23
Đồ án môn học
2NaOH + CO
2
= Na
2
CO
3
+ H
2
O
2.40 44 106 18
Tham gia vào phản ứng:
Tạo ra sau phản ứng:
2. Phản ứng cacbonat hóa sunfua Natri:
Na
2

S: 100 Kg
Tham gia phản ứng:
SVTH: Lê Sơn Tùng Page 24
Đồ án môn học
Tạo ra sau phản ứng:
4. Phản ứng cháy Cacbon đến CO:
2C + O
2
= 2CO
2.12 32 2.28
Nếu đi từ khối lượng Cacbon đã tham gia phản ứng khử sunfat thì khối
lượng Cacbon là:
Trong đó cháy đến CO là:
Lượng O
2
tiêu tốn:
Lượng CO sinh ra:
5. Phản ứng cháy Cacbon đến CO
2
.
C + O
2
= CO
2
12 32 44
Khối lượng Cacbon cháy đến CO
2
:
Lượng O
2