MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, thị trường trong nước và ngoài nước luôn đòi hỏi những loại giấy có chất lượng cao. Ngành công nghệ sản xuất giấy của nước ta có thé sản xuất ra nhiều loại giấy đạt chất lượng không thua kém các nước khác trên thế giới. Tính đến năm 2022, ngành giấy Việt Nam có hơn 500 doanh nghiệp sản xuất, trong đó: hơn 20 doanh nghiệp có công suất lớn chiếm 65% sản lượng và hơn 480 doanh nghiệp công suất vừa và nhỏ chiếm gần 35% sản lượng. Năng lực sản xuất toàn ngành năm 2022 đạt khoảng 8,2 triệu tan, sản lượng thực tế 5,7 triệu tan, tiêu thụ 6,8 triệu tấn, nhập khẩu 1,8 triệu tan, xuất khẩu 0,8 triệu tan.
Trong đó, giấy bao bì chiếm tỉ lệ trên 80%, còn lại là các loại giây tissue, in việt, vàng mã và các loại giây khác. Nguồn nguyên liệu thô cho sản xuất giấy là đăm gỗ rừng trồng và giấy thu hồi. Trong đó giấy thu hồi thu gom trong nước và nhập khẩu vẫn đã, đang và sẽ là nguồn nguyên liệu chủ yếu phục vụ sản xuất của toàn ngành. Dé góp phan cho ngành công nghệ giấy ở nước ta phát triển hơn thì nguồn nguyên liệu bột giấy phải luôn đáp ứng đủ.
Đề giải quyết cho vấn đề này thì ngành giấy phải tận dụng tối đa các nguồn nguyên liệu thu gom như các giấy tái chế, thu hồi, các phế phẩm nông nghiệp. Có những nguồn phế phẩm nông nghiệp rất ít được quan tâm đến, thường bị tiêu hủy khi dư thừa, rất lãng phí như trau, bã mía, rom ra, xơ đừa. Nếu sản xuất thành công giấy từ các nguồn nguyên liệu nay thi sẽ góp phan giải quyết cho trình trạng thiếu hụt nguồn xơ sợi nguyên thủy. Hiện tại, nguồn phế phẩm nông nghiệp khả thi nhất là bã mía và rơm rạ.
Đối với bã mía, tỷ lệ các sản phẩm thu từ hoạt động chế biến đường gồm bã mía (chiếm 25 -30% trọng lượng mía đem ép), mật gỉ (chiếm 3- 5%), bùn lọc (1,5-3%). Việc xử lí nguồn phế phẩm này là một van dé quan trọng thay vì thải bỏ như hiện nay. Ở các nhà máy đường thường thì bã mía, bãi bùn được đưa ra một bãi dat trong nằm gan nhà máy và dé tích tụ nhiều năm bốc mùi hôi thối. Việc xử lý bã mía như vậy đã cho thấy vấn đề lớn hơn trong giải pháp xử lí bảo vệ môi trường.
Cần tìm một lối đi bền vững cho nguồn phế phẩm nay trong tương lai. Một số nghiên cứu bước đầu cho thấy Số phụ phẩm này nếu đầu tư bài bản, sẽ mang lại giá trị cao hơn sản phẩm chính là đường. Xuất phát từ vấn đề trên, được sự đồng ý của Khoa Lâm Nghiệp và sự hướng dẫn của cô ThS Đặng Thị Thanh Nhàn, tôi tiễn hành thực hiện dé tài “Nghiên cứu sản xuất bột giấy từ bã mia” từ tháng 4/2023 đến thang 8/2023 tại trung tâm chế biến Lâm sản Giấy và Bột Giấy Trường Dai học Nông Lâm Thành Phó Hồ Chí Minh.2 Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu sản xuất bột giấy từ bã mía theo các phương pháp khác nhau. Nghiên cứu tây bột bằng bã mía bằng HaO›.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1.1 Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu đề tài sẽ góp phần làm tài liệu tham khảo về một số chỉ tiêu, thông số kĩ thuật, hiệu suất của quá trình sản xuất bột giấy từ bã mía.
Từ đó, ta có thể ứng dụng hoặc làm co sở dé nghiên cứu thêm các phương pháp công nghệ sản xuất khác với hiệu suất cao nhất.2 Ý nghĩa thực tiễn Ứng dụng bã mía trong sản xuất giấy là một bước phát triển trong ngành giấy trong nước góp phần mở rộng, đa dạng hóa nguồn nguyên liệu.4 Giới hạn phạm vi của đề tài Về nguyên liệu: Sử dụng bã mía làm nguyên liệu chính của đề tài. Về không gian: Trung tâm nghiên cứu Chế Biến Lâm Sản Giấy và Bột Giấy và phòng vật liệu gỗ Khoa Lâm Nghiệp. Về thời gian: từ tháng 4/2023 đến tháng 8/2023. Về công nghệ: Các máy móc thiết bị của trung tâm.
Chương 2 TỎNG QUAN 2.1 Khảo sát nguyên liệu dùng cho ngành công nghệ sản xuất giấy 2.1 Gỗ lá kim Xét trên qui mô toàn thé giới, gỗ lá kim là nguyên liệu quan trọng cho công nghệ hóa, đặc biệt cho sợi nhân tạo và giấy. Gỗ lá kim thường dùng có độ dài xơ 3,0 — 6,0 mm, thông thường là 3 — 4 mm. Gỗ lá kim có khối lượng riêng biểu kiến là 310 kg/m? — 560 kg/mỶ. Thành phan hóa học của gỗ lá kim được trình bay ở Bang 2.
7 Thành phần hóa học của gỗ lá kim STT Thành phân hóa học Ty lệ (%) | Cellulose 41-44 2 Hemicellulose 25 — 30 3 Lignin 26 — 33 4 Chat trich ly 0,6 — 0,8 (Nguồn: Cơ sở hóa học va Cellulose — Hồ Sĩ Tráng) 2.2 Gỗ lá rộng Gỗ lá rộng có nhiều loại hơn gỗ lá kim, đặc biệt là vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Hang trăm loại gỗ lá rộng đã được nghiên cứu dé sử dụng cho công nghiệp giấy, công nghệ sợi nhân tạo, chất dẻo,.Gỗ lá rộng thường dùng có độ dài xơ 0,7 — 1,8 mm, thông thường nhất là 1 — 1,2 mm. Những loại gỗ lá rộng có độ dài xơ lớn thường là gỗ rất cứng. Trong trường hợp gỗ quá cứng, nhiều khó khăn sẽ xuất hiện khi chặt mảnh và khi nau bột giấy vì hóa chất khó thắm mảnh nguyên liệu.
Do đó, các nhà sản xuất chấp nhận sử dụng các gỗ lá rộng có xơ tương đối ngắn so với gỗ lá kim. Thành phần hóa học của gỗ lá kim được trình bày ở Bảng 2. 8 Thành phần hóa học của gỗ lá rộng STT Thanh phân hóa hoc Ty lệ (%) 1 Cellulose 40 —53 2 Hemicellulose 27-40 3 Lignin 16 —30 (Nguôn: Cơ sở hóa học va Cellulose — Hồ Sĩ Tráng) Nhìn chung hàm lượng xenllulose ở gỗ lá rộng cao hơn gỗ lá kim, hàm lượng hemixenllulose lớn hơn, hàm lượng lignin thấp. So với gỗ lá kim thì gỗ lá rộng có nhiều nhược điểm, nhưng chúng vẫn có một số ưu điểm nhất định.
Gỗ lá rộng có tỉ trọng cao hơn gỗ lá kim. Do đó, có thể tăng khối lượng nguyên liệu nạp vào thiết bị nau, tăng năng suất thiết bị, giảm tiêu hao hóa chất, giảm chi phí năng lượng. Hơn nữa, hàm lượng cellulose cao hơn nên hiệu suất bột giấy đi từ gỗ cứng cao hơn gỗ mềm.3 Tre nứa Ở Việt Nam có điều kiện tự nhiên thuận lợi cho tre nứa phát triển, nên từ lâu tre nứa cũng được sử dụng để sản xuất giấy. Sơ xợi của tre nứa khá dài.
Độ dài cực đại của xơ là 2 - 9 mm, độ dài cực tiêu 0,2 — 1,5 mm, trung bình là 1,3 — 4 mm. Xo của tre nứa dài hơn gỗ lá rộng và gỗ lá kim, do đó được dùng hoàn thiện tính chất cơ lý cho tờ giấy. Thành phần hóa học của tre nứa được trình bày ở Bảng 2. 9 Thành phần hóa học của tre nứa STT Thành phân hóa học Tỷ lệ (%) 1 Cellulose 50 — 60 2 Hemicellulose 15 —22 3 Lignin 21-30 (Nguồn: Cơ sở hóa học va Cellulose — Hồ Sĩ Tráng) 2.4 Bã mía Mia là loài thân thảo, mía chứa 50% độ 4m, 1 — 2% đường, tủy chiếm 25 — 30% chất khô của bã mía.
Đường chủ yếu nằmở tủy cây, cho nên khi là nguyên liệu sản xuất giây người ta cần phải bỏ triệt để tủy mía. Sau khi khử tủy, xơ có chiều dài 0,8 — 2,8 mm, trung bình là 1,7 mm. Thành phần hóa học của bã mía được trình bày ở Bảng 2. 10 Thành phần hóa học của bã mía STT Thành phân hóa học Ty lệ (%) | Cellulose 40 — 50 2 Pentosan 20 — 25 3 Lignin 18-23 (Nguồn: Cơ sở hóa học va xenllulose — Hồ Sĩ Tráng) 2.5 Rơm rạ Rom ra là phế thai của ngành sản xuất nông nghiệp, nhưng lại là nguyên liệu tốt cho công nghệ giấy, đặc biệt là bao bì carton.
Rơm rạ có hàm lượng lignin thấp, do đó quá trình phân hủy lignin dé thu nhận cellulose diễn ra thuận lợi hơn. Trở ngại của việc sử dụng nguyên liệu này là hàm lượng tro và silic khá cao 14 — 18% tro, 8% silic, cản trở quá trình thu hồi kiềm. Rom lúa mì có chiều dai xơ trung bình là 1,5 mm, rơm lúa gạo có chiều đài xơ trung bình là 0,5 — 0,8 mm. Thanh phần hóa học của rơm rạ được trình bày ở Bảng 2.
11 Thành phần hóa học của rơm rạ STT Thành phân hóa học Lúa mì Lúa mạch 1 Cellulose 36—42 34 — 38 2 Lignin 17-19 12 3 Silic 8 8 4 Tro 14-18 14-18 (Nguon: Co sở hóa hoc va Cellulose — Hồ Si Trang) 2.6 Nguyên liệu khác Ở Việt Nam, có tiềm năng lớn về nguyên liệu thực vật. Ngoài các nguyên liệu kê trên thì các nguyên liệu khác như xơ vỏ, xơ lá,.đang được nghiên cứu dé sử dụng trong công nghiệp giấy. Về nguyên tắc, các loại nguyên liệu thực vật đều có thé sử dụng được trong công nghệ sản xuất bột và giấy. Vấn đề quan trọng là vùng nguyên liệu phải tập trung, trữ lượng đủ lớn, hiệu quả kinh tế cao, các chất thải ít ảnh hưởng tới môi trường.2 Tiêu chuẩn yêu cầu đối với nguyên liệu sản xuất bột giấy 2.1 Tiêu chuẩn về thành phần cấu tạo hóa học của nguyên liệu 2.1 Hàm lượng cellulose toàn phần Cellulose ((CgH1)05)n với n > 200.000) chiếm 40 — 50% trọng lượng gỗ, là thành phan cơ bản trong vách tế bào và là thành phan chủ yếu của xơ sợi.
Cellulose thuộc loại polysaccharide không có tính đường là thành phần chủ yếu của tế bào thực vật, làm cho mô thực vật có tính bền cơ học, tính đàn hồi và là bộ xương cho tat cả các loại cây. Hàm lượng cellulose càng cao thì chất lượng bột giấy càng tốt, chỉ tiêu nay phải đảm bảo tối thiểu từ 35% trở lên so với nguyên liệu khô tuyệt đối. Đây là chỉ tiêu quan trọng đầu tiên vì nó là thành phần chính đề tạo nên giấy.2 Hàm lượng lignin và hemicellulose Hemixenllulose là polysaccharide phức tạp hơn cellulose vì nó có mạch ngắn hơn và có sự phân nhánh. Tuy vay, hemixenllulose thủy phân dé hon cellulose va được chia thành hai nhóm: Hexosan: Dễ bị thủy phân và hòa tan trong dung dịch nấu.
Pentosan: Khá bền vững dưới tác dụng của hóa chất do đã được định hướng theo cellulose. Sau cellulose, lignin là thành phan chủ yếu của vách tế bảo. Trong tế bào thực vật, lignin kém ôn định hơn so với cellulose. Lignm là thành phần liên kết các tế bào của gỗ và quá trình sản xuất bột giấy là quá trình tác kích vào lignin dé làm phân ly tế bào sợi.