Thiết bị phân tán – Nguyên lý và điều kiện vận hành (Phần1)

1. Nguyên lý hoạt động

Thiết bị phân tán nóng bao gồm tác động cơ khí, diễn ra ở nhiệt độ cao, nồng độ cao và với kỹ thuật phù hợp để truyền năng lượng tới bột. Cần nhấn mạnh rằng thiết bị phân tán không loại bỏ các tạp chất. Chúng chỉ phá vỡ các hạt có kính thước lớn nhờ những lực tác động mạnh lên xơ sợi và tạp chất. Kết quả là phân tán nhỏ và đều các tạp chất không mong muốn. Ở điều kiện này, các tạp chất, hạt mực còn gắn trên xơ sợi được tác ra khỏi xơ sợi và được loại bỏ ở các quá trình tiếp theo.

Những thiết bị quan trọng của giai đoạn phân tán là máy cô đặc, vít ép, gia nhiệt bằng hơi nước. Hệ thống phân tán có thể hoạt động ở áp suất thường hoặc áp suất cao (áp suất cao có lợi trong tách mực và sticky ở một vài loại giấy). Vít ép chuyển bột tới thiết bị gia nhiệt và giúp giảm tổn thất áp suất cũng như tổn thất hơi.

Bảng sau liệt kê tác động của thiết bị phân tán lên xơ sợi và các tạp chất.

Loại giấy	Giấy báo	Giấy SC	Giấy Tráng nhẹ	Giấy tissue	Test -liner	Giấy hòm hộp	Giấy sóng
Đốm bẩn & phân tán sticky	X	X	X	X	X	X	X
Phân tán Sáp					X	X	X
Phân tán lớp tráng		X	X	X			X
Tách mực	X	X	X	X			X
Trộn hóa chất tẩy	X	X	X	X			X
Tăng độ bền		X	X	X	X	X
Tăng độ xốp				X		X
Diệt khuẩn				X	X	X

Hai công nghệ phân tán chính là: phân tán tốc độ cao và phân tán tốc độ thấp.

a. Thiết bị phân tán tốc độ cao.

Phân tán tốc độ cao diễn ra trong khoảng thời gian ngắn (ít hơn 1 giây), tác động cơ học lên một lượng nhỏ xơ sợi với một lực cắt lớn ở khoảng hẹp giữa 2 đĩa có tốc độ cao. Tốc độ khoảng 1.000 - 3000 vòng/phút (thông thường trong khoảng 1.200 - 1.800 vòng/phút). Tác động hiệu quả phân tán chủ yếu là tác động của bề mặt đĩa lên tạp chất hoặc hạt mực.

Phân tán tốc độ cao (phân tán đĩa) được phát triển từ máy nghiền cho bột cơ và bột nhiệt cơ với các đĩa có thanh nghiền bằng cách áp dụng công nghệ deflaker nồng độ cao với đĩa có răng nghiền. Máy phân tán nồng độ cao được minh họa như hình sau.

Thiết bị bao gồm một đĩa stator và một đĩa rotor. Bột được đưa vào trung tâm và dưới tác động của lực ly tâm, bột văng ra ngoài đi qua khe hở giữa rotor và stator. Tiếp xúc với rotor làm tăng chuyển động của bột trong khi tiếp xúc với stator làm chậm chúng lại. Tác động gây ra bởi sự chênh lệch tốc độ tạo ra lực cắt và phân tán. Hai loại đĩa thông dụng là:

Thiết kế kim tự tháp (các răng xen kẽ), bột bị ép ra ngoài qua khe nhỏ ở giữa các răng.

Thiết kế thanh (thanh thô hoặc thanh mịn), bột được ép ra ngoài qua vùng lực cắt cao giữa các đĩa.

Một vài thiết bị phân tán tốc độ cao có thể được trang bị với các dạng răng nghiền hoặc thanh nghiền khác nhau. Một số khác hoạt động ở nồng độ trung bình (15%). Các máy nghiền ở nồng độ thấp (5%) cũng có tác động giảm đốm bẩn.

Hãng Sunds Defibrator mới đây đã đưa ra loại thiết bị phân tán tốc độ cao dạng côn. So với thiết bị dạng đĩa có cùng đường kính ngoài, thiết bị dạng côn có bề mặt tác động lớn hơn do đó các tạp chất bị nhiều tác động chia cắt và phân rã thành hạt nhỏ hơn.

Metso Paper cũng chế tạo thiết bị phân tán dạng côn. Thiết bị này có thể sử dụng kiểu răng nghiền khác nhau (dạng thanh răng hoặc thanh thẳng thường ). Theo Heimonen, thiết bị phân tán dạng côn cho phép dòng bột đi qua bề mặt tác động đều hơn. Lực ly tâm lên bột giảm và có tác động xử lý bột.

Với cùng đường kính ngoài, dạng côn có bề mặt tác động lớn. Do đó năng lượng phân tán được truyền qua bột đều hơn. Thiết bị phân tán nhiều đĩa cũng có bề mặt tác động lớn, tuy nhiên việc điều khiển khoảng cách giữa các đĩa phức tạp hơn rất nhiều.

Aikawa phát triển một dạng đĩa mới ‘ConiDisc Dipserser’. Dạng này có bên trong là côn và bên ngoại là đĩa. Vùng hoạt động của côn lớn hơn nhiều so với dạng đĩa. Do đó, thời gian lưu trong vùng tác động lâu hơn.

Việc điều chỉnh năng lượng tiêu thụ của thiết bị phân tán nồng độ cao có thể bằng cách điều chỉnh khoảng cách đĩa hoặc nồng độ bột. Nhiệt độ bột cũng là thông số rất quan trọng ảnh hưởng đến năng lượng tiêu thụ. Thực tế, nhiệt độ cao cho phép vận hành với khoảng cách đĩa nhỏ hơn, do đó, tác động lên tạp chất cao hơn, tạp chất bị phân tán nhỏ hơn.

b. Thiết bị phân tán tốc độ thấp

Thiết bị phân tán tốc độ thấp kéo dài thời gian tác động (vài phút) lên một lượng lớn xơ sợi, lực tác động ở mức độ trung bình. Tác động này xảy ra giữa khe hở khá lớn ở tốc độ quay chậm của các thanh đánh bột. Tốc độ quay khoang 100 – 200 vòng/phút (một vài trường hợp ngoại lệ hoạt động ở tốc độ cao hơn). Tác động phân tán chủ yếu nhờ lực ma sát xơ sợi – xơ sợi.

Thiết bị phân tán tốc độ thấp có thể là thiết bị đơn trục hoặc 2 trục được thiết kế đặc biệt cho phân tán nóng phát triển từ thiết bị trộn bột.

Thiết bị phân tán tốc độ thấp Shinhama được minh họa ở hình sau. Có 2 trục quay ở tốc độ 95 vòng/phút và trục kia quay ở tốc độ 110 vòng/phút.

Một thiết bị khác "Frotapulper" trông giống như thiết bị phân tán tốc độ thấp Nhưng lại vận hành ở tốc độ 900 – 1.800 vòng/phút, thiết bị "Micar" (Black-Clawson) vận hành ở tốc độ trung gian (400 - 500 vòng/phút).

Cửa thoát bột khống chế lượng bột có trong thiết bị. Bột được chuyển qua thiết bị với tốc độ thấp. Sự khác biệt vận tốc dòng bột được tạo ra bên trong thiết bị. Sự khác biệt này gây ra ma sát giữa xơ sợi và tạo ra tác động phân tán.

Thiết bị đánh bột nhẹ bao gồm chi tiết tách nước được minh họa ở hình vẽ, bao gồm 3 ống. Ở nửa đầu mỗi ống có một vít tải đẩy bột vào vùng đánh bột ở nửa ống sau. Thiết bị này tăng thời gian xử lý bột. Mỗi ống có một motor riêng do đó chúng có thể được điều khiển độc lập tùy theo chất lượng bột. Ở thiết bị này, không sử dụng hơi để gia nhiệt. Nhiệt độ được tạo ra từ ma sát của bột và có thể đạt tới 900. Năng lượng tiêu thụ trong khoảng 40 - 80 kWh/T. Sự khác biệt là ở vùng thoát nước trong 2 ống đầu. Vùng thoát nước này có thể tạo ra hiệu ứng rửa nhẹ các hạt mịn tạo ra trong quá trình phân tán.

(còn nữa)