BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HOC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
************

NGUYỄN THỊ KIM SƯƠNG

NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM QUY TRÌNH SẢN XUẤT
BỘT GIẤY TỪ RƠM RẠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA CƠ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY

Thành Phố Hồ Chí Minh
Tháng 6/2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
************

NGUYỄN THỊ KIM SƯƠNG

NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM QUY TRÌNH SẢN XUẤT
BỘT GIẤY TỪ RƠM RẠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA CƠ

Ngành: Công Nghệ Sản Xuất Giấy và Bột Giấy

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Người hướng dẫn: T.S Phan Trung Diễn

Thành Phố Hồ Chí Minh

Đề tài “ Nghiên cứu và thử nghiệm quy trình sản xuất Bột giấy từ rơm rạ
theo phương pháp hóa cơ” đã được thực hiện tại Trung tâm phân tích chế biến
Lâm sản – Giấy và Bột giấy Trường ĐH Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh từ ngày
10/02/2012 đến ngày 15/06/2012.
Mục đích của đề tài là chỉ ra rằng rơm rạ là một nguồn nguyên bổ sung của
ngành công nghiệp Giấy cần được chú ý trong tương lai. Và bột rơm hoàn toàn có
thể được sản xuất bằng phương pháp cơ học – phương pháp hóa cơ.
Phương pháp nghiên cứu
Thu thập tài liệu, tìm hiểu về thành phần hóa học của rơm rạ có thể làm
nguyên liệu giấy. Tiến hành nghiên cứu quy trình sản xuất Bột giấy từ rơm rạ bằng
phương pháp hóa cơ – điều kiện nghiền bột không cần nhiệt độ và áp suất cao.
Khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng NaOH và thời gian thẩm thấu hóa chất lên
độ nghiền và hiệu suất của quá trình nghiền bột. Bột được nghiền ở nhiều chế độ
khác nhau (số vòng nghiền thay đổi). Kiểm tra tính chất của bột rơm bằng cách: xeo
tờ handsheet và xác định các tính chất của giấy. khảo sát ảnh hưởng của độ nghiền
lên các tính chất đó.
Kết quả thu được trong phòng thí nghiệm là: với hàm lượng NaOH nằm
trong khoảng 10 – 15% (so với KL KTĐ) và thời gian thẩm thấu từ 60 – 90 phút thì
độ nghiền và hiệu suất của bột thu được tương đối tốt, độ nghiền trong khoảng 27 –
53oSR (cao nhất là 53oSR) và hiệu suất trong khoảng 59,92 – 63,87% (cao nhất là
63,87%). Tiến hành xác định tính chất của giấy làm từ bột rơm cho thấy: Giấy làm
từ bột rơm có độ trắng nguyên thủy cao 41,9 Iso, chiều dài đứt lên tới 7119,53m (ở
độ nghiền 38oSR), độ đục là 98,23% (ở độ nghiền 38oSR), chỉ số xé là 5,99 mNm2/g
(ở độ nghiền 54oSR), độ hút nước là 16,41g/m2 (ở độ nghiền 38oSR).
Kết luận: Từ những kết quả trên ta hoàn toàn có thể sản xuất bột giấy từ rơm
rạ bằng phương pháp hóa cơ. Đồng thời giấy làm từ rơm có tính chất tương đối cao.
tùy từng loại giấy cần sản xuất mà ta nghiền bột đến độ nghiền thích hợp để xeo

iv


pulp shows: Paper made from straw pulp with high brightness 41.9 Iso original
length off up to 7119.53 m (at ground level 38oSR), turbidity is 98 , 23% (at ground
level 38oSR), tear index is 5.99 mNm2 / g (at ground level 54oSR), water
absorption was 16.41 g/m2 (at ground level 38oSR).
Conclusion: From these results it is possible to produce paper pulp from straw
by the chemical method. At the same time paper made from straw nature is

vi


relatively high. Depending on the type of paper that we need to produce to the mill
grinding flour Xeo is suitable for the desired paper. Should be studied and examined
the mixing or bleaching powder to improve its application in paper production. In
short, straw is added material ideal (cheap and easy to collect) for the paper
industry.

vii


MỤC LỤC
TRANG TỰA......................................................................................................... ii
LỜI CẢM TẠ ........................................................................................................ iii
TÓM TẮT ............................................................................................................. iv
MỤC LỤC ........................................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................... xi
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................... xii
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................. xiii
Chương 1. ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................... 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 1
1.2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 3

Sản xuất bột giấy bằng phương pháp cơ học: ............................................. 18

2.5.1.1.  Bột gỗ mài .................................................................................................................18 
2.5.1.2.  Sản xuất bột cơ bằng phương pháp nghiền: .....................................................19 

viii


2.5.2

Sản xuất bột giấy bằng các phương pháp hóa học ..................................... 22

2.5.2.1  Nấu bột bằng phương pháp soda .........................................................................23 
2.5.2.2  Phương pháp sulfite ................................................................................................26 
2.5.3 

So sánh bột cơ với bột hóa: ...................................................................................27 

2.4.3 Ảnh hưởng của công đoạn nghiền đến tính chất cơ lý của giấy .................. 28
Chương 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................... 31
3.1. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................... 31
3.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 31
3.3. Nguyên liệu và thiết bị ................................................................................ 31
3.4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 33
3.4.1

Sơ đồ quy trình thí nghiệm............................................................................ 33

3.4.2



Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH lên độ nghiền....................................... 47

4.3.2.

Ảnh hưởng của thời gian ngâm NaOH lên độ nghiền ............................... 48

4.3.3.

Ảnh hưởng của số vòng đến độ nghiền của bột ......................................... 49

4.4. Kết quả do tính chất của tờ handsheet ở độ nghiền khác nhau ................... 49
4.4.1

Ảnh hưởng của độ nghiền lên chiều dài đứt của tờ giấy ........................... 49

4.4.2

Ảnh hưởng của độ nghiền lên chỉ số xé của tờ giấy .................................. 50

4.4.3 

Ảnh hưởng của độ nghiền lên độ đục của tờ giấy ..........................................52 

4.4.4

Ảnh hưởng của độ nghiền lên thấm nước của tờ giấy ............................... 53

4.4.5


Bảng 4.5 Kết quả đo một số tính chất của tờ handsheet

xii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1 Cấu tạo của gỗ
Hình 2.2 Cấu tạo của cellulose theo Haworth
Hình 2.3 Sợi cellulose trong thực vật
Hình 2.4 Đơn vị cơ bản của lignin
Hình 2.5 Liên kết β-O-4 trong phân tử lignin
Hình 2.6 Giấy làm từ rơm rạ chưa qua xử lý
Hình 2.7 Mục đích của các phương pháp sản xuất bột giấy
Hình 2.8 Sơ đồ sản xuất bột cơ
Hình 2.9 Một số kiểu thiết kế cối mài
Hình 2.10 Cơ cấu làm sắc đá mài
Hình 2.11 Cấu tạo chi tiết lô đá mài bột
Hình 2.12 Các dạng mâu gờ
Hình 2.13 Phản ứng phân hủy liên kết ete β-aryl của lignin
Hình 2.14 Phản ứng ngưng tụ lignin trong môi trường kiềm
Hình 2.15 Phản ứng của lignin trong phương pháp sulfite và Phản ứng của
hydratcacbon
Hình 2.16 Quá trình hoạt động của dao nghiền
Hình 3.1 Một số thiết bị
Hình 3.2 Sơ đồ mô tả quá trình làm việc của hệ thống phân loại xơ sợi
Hình 4.1 Sơ đồ quy trình thí nghiệm
Hình 4.2 Biểu đồ ảnh hưởng của độ nghiền lên chiều dài đứt của tờ giấy
Hình 4.3 Biểu đồ ảnh hưởng của độ nghiền lên chỉ số xé của tờ giấy
Hình 4.4 Biểu đồ ảnh hưởng của độ nghiền lên độ đục của tờ giấy
Hình 4.5 Biểu đồ ảnh hưởng của độ nghiền lên độ thấm hút của tờ giấy

nguồn bột giấy nhập khẩu, giá bột giấy nhập khẩu tăng cao 800- 850USD/tấn, giá
giấy vụn khoảng 400-450USD/tấn. Hiện nay chỉ có Công ty giấy Bãi Bằng và Công
ty cổ phần Tân Mai chủ động đáp ứng được khoảng 80% tổng số bột cho sản xuất
của chính công ty mình.

1


Một trong những nguyên nhân dẫn đến ngành giấy nước ta phát triển chậm
và chưa cân bằng được giữa cung và cầu là do thiếu nguyên liệu. Nguyên liệu chính
trong công nghiệp giấy hiện nay ở nước ta là gỗ. Tuy nhiên, khả năng đáp ứng nhu
cầu thấp và không đồng đều, vùng nguyên liệu chủ yếu tập trung ở Miền Bắc và
Miền Trung trong khi năng lực sản xuất lại tập trung chủ yếu ở miền Nam, do vậy
các nhà máy sản xuất bột giấy từ nguyên liệu nguyên thủy tại Miền Nam hiện nay
đang gặp vấn đề về nguồn nguyên liệu.
Gỗ ngày càng đáp ứng không đủ do qui mô sản xuất giấy ngày càng được
mở rộng, hơn nữa một lượng không nhỏ gỗ đã được cung ứng cho các ngành công
nghiệp khác: Xây dựng, chế biến lâm sản, xuất khẩu dăm gỗ,… Trong khi đó, nước
ta chưa có nhiều vùng nguyên liệu chuyên canh theo kiểu công nghiệp. Hầu hết các
nơi đều khai thác rừng mọc tự nhiên, các địa phương còn chưa tận dụng được hết
diện tích đất trống đồi núi trọc, chu kỳ khai thác của gỗ thì mất nhiều năm. Trong
tương lai, nguồn nguyên liệu gỗ sẽ không đáp ứng đủ cho ngành giấy. Trước tình
hình đó, nhu cầu nghiên cứu tìm ra nguồn nguyên liệu mới thay thế gỗ có chu kỳ
khai thác ngắn, dồi dào là một vấn đề được quan tâm nghiên cứu ở nhiều nơi.
Do đó Nghiên cứu và thử nghiệm quy trình sản xuất giấy từ rơm rạ nhằm
đánh giá việc sử dụng nguồn nguyên liệu rơm rạ cho công nghiệp giấy- Một nguồn
phế phẩm nông nghiệp có khả năng là nguồn nguyên liệu phi gỗ cho công nghiệp
giấy trong tương lai.
Hơn nữa, tất cả các ngành công nghiệp, sản xuất hiện nay đều hướng tới một
tiêu chí chung là bảo vệ môi trường, thân thiện với môi trường. Trong khi đó, các

với môi trường hơn.
Ý nghĩa thực tiễn:
Ở nước ta, rơm rạ sau mỗi mùa thu hoach lúa một phần được dùng làm thức
ăn cho gia súc, một phần dùng để sản xuất nấm, sản phẩm sinh học, phần lớn còn lại
vứt bỏ trên các cánh đồng hay đốt bỏ. Trong khi đó, một số nghiên cứu đã cho thấy
có thể sản xuất bột giấy từ rơm rạ. Mặt khác, nguồn nguyên liệu của ngành giấy
đang khan hiếm, giá bột nhập khẩu ngày càng tăng lên. Do đó, việc tận dụng nguồn
phế phẩm trong nông nghiệp cho công nghiệp sản xuất giấy là một việc làm đúng
đắn nhằm mang lại giá trị kinh tế cho người dân cũng như doanh nghiệp và giải
quyết được phần nào vấn đề thiếu hụt nguyên liệu cho ngành công nghiệp giấy
trong nước. Qua quá trình nghiên cứu, thử nghiệm và đo đạc, các tính chất của tờ
giấy làm từ rơm rạ có độ bền cơ lí cao. Từ đó ta có thể dùng rơm rạ để sản xuất lớp
ruột của cartong song, giấy in báo đáp ứng một phần nhu cầu tiêu dùng của thị
trường hiện nay hoặc phối trộn với các loại bột có có sơ sợi dài để sản xuất giấy in,
giấy viết nhằm giảm chi phí nguyên liệu đầu vào mang lại lợi nhuận kinh tế cao hơn
cho doanh nghiệp đồng thời nâng cao khả năng cạnh tranh.

3


1.4.

Tính hạn chế của đề tài
Đề tài tiến hành sản xuất bột hóa cơ trong phòng thí nghiệm của Trung tâm

phân tích Lâm sản – Giấy và Bột giấy trường ĐH Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh. Do
điều kiện thiết bị và dụng cụ thiếu thốn, hơn nữa phần lớn thiết bị chủ yếu dành cho
sản xuất bột hóa, bột cơ thành phẩm và các loại bột tái chế khác vì vậy công việc
tiến hành gặp rất nhiều khó khăn, quy trình thí nghiệm phải thay đổi nhiều lần để
phù hợp với với điều kiện trong phòng thí nghiệm.

công suất nhỏ ( dưới 20.000 tấn/ năm) như Nhà máy giấy Việt Trì, Nhà máy bột
giấy Vạn Điểm, Nhà máy giấy Đồng Nai, Nhà máy giấy Tân Mai… năm 1975, tổng
công suất thiết kế của ngành giấy Việt Nam là 72.000 tấn/năm. Nhưng do ảnh
hưởng của chiến tranh và mất cân đối giữa sản lượng bột giấy và giấy nên sản lượng
thực tế chỉ đạt 28.000 tấn/năm.
Năm 1982, Nhà máy giấy Bãi Bằng do Chính phủ Thụy Điển tài trợ đã đi
vào sản xuất với công suất thiết kế là 53.000 tấn bột giấy/năm và 55.000 tấn
giấy/năm, dây chuyền sản xuất khép kín, sử dụng công nghệ cơ lý và tự động hóa.
Nhà máy cũng xây dựng được vùng nguyên liệu, cơ sở hạ tầng, cơ sở phụ trợ như
điện, hóa chất và trường đào tạo nghề phục vụ cho hoạt động sản xuất.
Ngành giấy có những bước phát triển vượt bậc, sản lượng giấy tăng trung
bình 11%/năm trong giai đoạn 2000 – 2006. Tuy nhiên, nguồn cung như vậy vẫn
chỉ đáp ứng được gần 64% nhu cầu tiêu dùng ( năm 2008), phần còn lại vẫn phải
nhập khẩu. Ước tính năm 2008 cả nước nhập khẩu 160.000 tấn bột và 1.093.300 tấn
giấy, tăng lần lượt là 45% và 27% so với năm 2007. Trong khi đó, để đảm bảo nhu
cầu tiêu thụ trong nước, Hiệp hội Giấy và Bột giấy Việt Nam đã phải giải “bài toán
ngược”, đó là đề nghị giảm thuế nhập khẩu đối với giấy in báo, giấy in, giấy viết; áp

5


dụng thuế VAT 5% đối với giấy và bột giấy để khuyến khích các doanh nghiệp
nhập khẩu. Đồng thời, sử dụng mọi biện pháp để kiềm chế lượng giấy xuất khẩu. Vì
vậy, xuất khẩu toàn ngành năm 2008 chỉ đạt 169.000 tấn, bằng 88% so năm 2007.
Mặt dù đã có sự tăng trưởng đáng kể tuy nhiên, tới nay đóng góp của ngành giấy
trong tổng giá trị sản xuất quốc gia vẫn rất nhỏ.
Hiện nay cả nước có khoảng 500 doanh nghiệp sản xuất giấy, chủ yếu là
những doanh nghiệp nhỏ và vừa, những đơn vị sản xuất cá thể. Sản lượng giấy cả
năm 2010 đã tăng gần 10% so với năm 2009, ước đạt 1,85 triệu tấn. 2 tháng đầu
năm 2011, sản lượng giấy tăng khoảng 18,1% so với cùng kỳ năm ngoái. Kim

triệu tấn/năm. Với nhu cầu tiêu dùng trong nước khoảng 2,2 triệu tấn, có khả năng
ngành giấy sẽ dư thừa bột giấy để xuất khẩu.
2.2. Nguyên liệu ngành giấy
2.2.1. Nguyên liệu
Nguyên liệu cho ngành giấy trước tiên phải có tính chất sơ sợi. Chúng có khả
năng đan kết và ép thành tấm đồng nhất. Ở những chỗ sơ sợi tiếp xúc với nhau có
sự hình thành liên kết chặt chẽ. Trong một số ứng dụng cấu trúc sơ sợi phải đảm
bảo độ bền trong một thời gian.
Gỗ là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho công nghiệp sản xuất giấy, bao gồm cả
gỗ cứng (lá rộng) và gỗ mềm (lá kim). Trên thế giới, 35% diện tích rừng thuộc loại
gỗ mềm và 65% là gỗ cứng, trong đó Nga chiếm hơn một nửa lượng rừng gỗ mềm
và gấp 2,5 lần lượng rừng Bắc Mỹ. Phần lớn rừng lá rộng tồn tại ở vùng nhiệt đới,
đặc biệt ở Châu Phi và Mỹ La Tinh. Ở các nước ôn đới chu kỳ khai thác cây lá kim
là 20 – 30 năm, cây gỗ lá rộng là 10 – 20 năm. Ở Việt Nam khai thác gỗ rừng trồng
cần 6 – 8 năm, gỗ rừng tự nhiên 15 – 30 năm.

7


Hình 2.1 Cấu tạo của gỗ
Bảng 2.1 Thông số cơ bản về tính chất sợi của một số nguyên liệu
Chiều dài sợi l

Đường kính sợi d

(mm)

(mm)

Gỗ mềm


2,8

15

180

Lanh

55

20

2600

Lá dứa dại

2,8

21

130

Sợi cotton

30

20

1500

Trong hydrat cacbon gồm 2 thành phần chủ yếu là cellulose và
hemicellulose, chúng khác nhau về trọng lượng phân tử, cấu trúc, tính chất hoá học.
 Cellulose
Là hợp chất cao phân tử có cấu trúc mạch thẳng, đơn vị mắt xích là D –
glucopyrano liên kết với nhau bằng liên kết β -1,4-glucoxit. Các đơn vị mắt xích
chứa ba nhóm hydroxyl, một nhóm rượu bậc một, hai nhóm rượu bậc hai.

Hình2.2: Cấu trúc cellulose theo Haworth

9


Số monomer có thể đạt từ 2.000 đến 10.000, độ trùng hợp này tương ứng với
chiều dài mạch phân tử từ 5,2- 7,7mm. Sau khi thực hiện quá trình nấu gỗ với tác
chất, độ trùng hợp còn khoảng 600-1500. Có khoảng 65 – 73% cellulose là ở trạng
thái kết tinh. Phần cellulose vô định hình là phần khá nhạy với nước và một số tác
chất hóa học. Chính nhờ phần này mà tăng liên kết sơ sợi và làm tăng lực cô kết tờ
giấy. Cellulose không tan trong nước, trong kiềm hay axit loãng, nhưng có thể bị
phân huỷ và bị oxy hoá bởi dung dịch kiềm đặc ở nhiệt độ >150oC. Ở nhiệt độ
thường nó có thể hoà tan trong một số dung môi như dung dịch phức đồng –
amoniac Cu(NH3)4(OH)4, cuprietylendiamin(CED), cadimietylediamin…Một số
axit cũng có thể hoà tan cellulose như H2SO4 72%, H3PO4 85%...
Cellulose trong gỗ thì liên kết với lignin, hemicellulose và một số nhóm hợp
chất khác.

Hình 2.3 Sợi cellulose trong thực vật
Bảng 2.2 thành phần cellulose trong một số loại gỗ và phi gỗ
Vật liệu

% cellulose

42

 Hemicellulose
Cũng là những hydrat cacbon nhưng là loại polysaccarit dị thể. Các đơn vị cơ
sở là đường hexose ( D- glucose, D- manose, D- galactose) hoặc đường pentose ( Dxylose, L- arabinose và D- arabinose). Độ bền hoá học và bền nhiệt của
hemicellulose thấp hơn so với cellulose, vì chúng có độ kết tinh và độ trùng hợp
thấp hơn (độ trùng hợp