Đồ án môn học
MỤC LỤC
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 1
Đồ án môn học
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

cơ và hữu cơ, thành phần vô cùng phong phú.
Các chất khô của dịch đen theo phương pháp nấu sunfat chứa 30 – 35 % các
chất vô cơ và 65 – 70 % hợp chất hữu cơ.
Các chất vô cơ chủ yếu là các chất cấu thành nên dịch trắng, còn dư chưa phản
ứng hết trong quá trình nấu và thành phần tro của nguyên liêu ban đầu. Các 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, Bột, Hemibột, Tinh bột, các chất chiết
xuất… Trong quá trình chế biến dịch đen và thu hồi hóa chất, các chất hữu cơ là
nguồn tạo ra nhiệt năng hoặc được chế biến thành các sản phẩm khác nhau.
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 3
Đồ án môn học
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 1.1 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

, CaO,… 2.02
1.2.2 Tính chất của dịch đen
Độ nhớt: liên hệ trực tiếp với độ lưu biến và hiệu suất chưng bốc của dịch, phụ
thuộc vào nhiều yêu tố như dạng nguyên liệu, phương pháp nấu bột, nồng độ và
nhiệt độ của dịch.
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.
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.
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 4
Dịch đen loãng
Oxy hoá
Cô đặc
ĐốtXút hoá
Nấu
Rửa
Đồ án môn học
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

đôi nhiệt của thiết bị chưng bốc.
2- Tách xà phòng: Xà phòng tạo ra nhiều bọt trong quá trình chưng bốc, không
những làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt mà còn gây mất mát kiềm khi chưng. Việc
loại bỏ xà phòng được thực hiện trong các bể chứa lớn, sử dụng các chất điện li
như Na
2
SO
4
, NaCl, Na
2
CO
3
... hiệu quả loại bỏ cao nhất khi nồng độ dịch đen 25-
35 %.
3- 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.
4- 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.
GĐ2: Chưng bốc dịch đen :

Hình 1.2 các phản ứng diễn ra trong lò đốt thu hồi
`
N2, H2O, CO2, SO2, NO
x
, CO, H2S, Na2SO4, NaCL, HCl
Không khí cấp 3
Không khí cấp 2
Không khí cấp 1
VÙNG OXI HÓA
Na, SO
2
, O
2
 Na
2
SO
4
H
2
S, O
2
 SO
2
, H
2
O
H, C, O  CO
2
, H
2

o
C
VÙNG KHỬ
VÙNG SẤY KHÔ
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
2
S
tự do
và những hợp chất của Na với các chất hữu cơ
trong kiềm. Những thành phần trong khí lò và những thành phần chính trong kiềm
tác dụng với nhau theo phản ứng.
SVTH: Lê Sơn Tùng

SO
4
+H
2
O
2N a
2
S+S O
2
+O
2
❑
→
2N a
2
S
2
O
3
N a
2
S+ CO
2
+ H
2
O ❑
→
N a
2
C O

2RCOONa+SO
3
+H
2
O❑
→
N a
2
S O
4
+2RCOOH
Do những phản ứng trên, nên toàn bộ NaOH
tự do
và phần lớn Na
2
S được
chuyển thành cacbonat, sunfit, sunfat, và thiosunfat. Ngoài ra sunfit và sunfat còn
được sinh ra do phản ứng giữa SO
2
và SO
3
với những hợp chất của Na với các chất
hữu cơ.
*Giai đoạn 2.
Ở giai đoạn thứ 2 - giai đoạn nhiệt phân và than hoá chất khô hữu cơ đồng thời
xảy ra quá trình cácbonat hoá kiềm, tạo ra những hợp chất như metylic,
phenol….ngoài ra còn tạo ra một lượng nhỏ những hợp chất của sunfua như H
2
S,
(CH

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 mà trong thành phần của
chúng có S và Na nên ở giai đoạn thứ hai có thể sinh ra thêm một lượng Natri
sunfat mới và một số hợp chất của Lưu huỳnh như Na
2
S, Na
2
SO
3
… theo số liệu
của Venhemark thì trong khi chưng khô (không có không khí) kiềm, lưu huỳnh
trong chất khô sau khi chưng khô chủ yếu là Na
2
S. nếu như có một lượng không
khí nào đó tức là trong điều kiện như khi đốt dịch đen thì ngoài Na
2
S còn có
sunfit, sunfat và thiosunfat… tỷ khối các chất này phụ thuộc vào điều kiện nhiệt
phân, nhiệt độ, khối lượng không khí cho vào lò đốt, ở điều kiện tối ưu thì trong
quá trình nhiệt phân sẽ có tới 50% lưu huỳnh ở dạng hợp chất hữu cơ được chuyển
về dạng hợp chất sunfua vô cơ.
Ở giai đoạn thứ 3 sẽ xẩy ra quá trình cháy tăng tốc và nóng chảy các muối vô
cơ còn lại. Trong quá trình đốt dịch đen, giai đoạn có tầm quan trọng đặc biệt đối
với quá trình công nghệ là giai đoạn thứ 3 của qúa trình đốt. Giai đoạn này nhất
thiết không thể thiếu được, bởi vì chỉ có trong kiềm nóng chảy (kiềm lỏng) mới
hoàn toàn có đủ điều kiện để cho quá trình khử Na

về Na
2
S bằng than cốc.
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 10
Đồ án môn học
Phản ứng khử Na
2
SO
4
bằng than cốc có thể xảy ra theo những phản ứng sau:
N a
2
S O
4
+2C❑
→
N a
2
S+2CO
2
N a
2
S O
4
+4C❑
→
N a
2
S +4CO

3
thành NaOH.
Dịch đỏ thu được khi đốt dịch đen được hòa với dịch trắng loãng thành dịch
danh trong bể hòa dịch xanh. Sau đó đưa sang bể tôi vôi, sau khi tôi vôi, dịch xanh
chuyển thành dịch trắng và được tách khỏi cặn vôi bằng hệt thống bể lắng. Cặn vôi
thu được đem cô đặc lại và đưa sang hệ thống lò tôi vôi.
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.
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 11
Đồ án môn học
Phần II: LẬP LUẬN CHỌN SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
2.1Lập luận chọn sơ đồ công nghệ đốt dịch đen
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.
Hình 2.1 Lò đốt thu hồi kiểu phun
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

nhiệt bằng hồ Crôm dày gần 100mm hoặc có thể đơn giản có thể chỉ bằng một lớp
hồ Crôm. Lớp cách nhiệt bằng hồ Crôm có tác dụng bảo vệ rất tốt về tác dụng của
niệt độ cao. Nhưng trong môi trường oxy hoá, dưới tác dụng của 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.
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 13
Đồ án môn học
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 chất khô thu hồi được trong

quá trình hòa tan, sinh ra hơi nước kéo theo các chất vô cơ, hơi này được ngưng tụ
ở xyclon tách khí 5 và chảy trở lại bể trộn, lương khí không ngưng được thải bỏ.
Dịch xanh từ bể hòa tan được đưa sang dây chuyền xút hóa.
Lượng nhiệt do các chất hữu cơ trong dịch đen cháy tạo ra làm bay hơi nước
trong đường ống feston, sinh ra hơi trong bao hơi 11, sau đó hơi nước được đưa
sang hệ thống quá nhiệt hơi nước, hơi tạo ra có áp suất 8.4Mpa, nhiệt độ 480
o
C
được đưa sang nhà máy điện, một phần đưa đi sản xuất. Lượng nước ngưng từ quá
trình sản xuất được đưa về bể chứa nước ngưng 9 , sau đó được bơm tuần hoàn qua
hệ thống gia nhiệt 10 và đi vào nồi hơi 8. Nước từ nồi hơi 8 được tuần hoàn với hệ
thống ống sinh hơi của lò đốt và bao hơi 11.
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 16
Đồ án môn học
Phần III: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NHIỆT LƯỢNG
3.1 Tính cân bằng vật chất.
3.1.1Tính tổng lượng chất khô đen đi đốt.
Các số liệu ban đầu :
1,Hiệu suất nấu sunfat :48% so với NLKTĐ.
2,Khối lượng riêng của NL: 430 Kg/m
3
3,Độ nén chặt:0,38 m
3
/m
3
4,Nồng độ kiềm hoạt tính: 100 g/l.
5,Mức dùng kiềm :18%Na
2
O.

100−48
48
×880=954 Kg
SVTH: Lê Sơn Tùng
Lớp: CN giấy K51 17