Trong sản xuất bột giấy, dung dịch trắng đóng vai trò quan trọng trong công đoạn nấu. Để vận hành ổn định và đạt hiệu quả tốt, dung dịch này cần có chất lượng nhất quán. Điều đó phụ thuộc trực tiếp vào khả năng đo lường và kiểm soát chính xác các thông số của dung dịch xanh, đặc biệt là độ đậm đặc hoặc tổng kiềm chuẩn độ (TTA).

Sản xuất dung dịch trắng

Quá trình bắt đầu khi xỉ nóng chảy từ lò thu hồi được hòa tan bằng nước rửa loãng trong bể hòa tan, tạo thành dung dịch xanh. Dung dịch xanh thô này, với thành phần chính là natri cacbonat và natri sunfua, tiếp tục được chuyển sang bể ổn định nhằm giảm biến động về nhiệt độ và mật độ, từ đó đảm bảo chất lượng dịch đồng nhất hơn trước khi bước vào giai đoạn kiềm hóa.

Trước khi vào slaker, dung dịch xanh được làm sạch qua thiết bị lắng, giúp loại bỏ phần lớn tạp chất và hạn chế ảnh hưởng đến hiệu suất thiết bị phía sau. Tại slaker, dung dịch xanh sạch phản ứng với vôi nung tái sinh, chuyển natri cacbonat thành natri hydroxit – thành phần hoạt tính quan trọng trong quá trình nấu. Đồng thời, các tạp chất không tan cũng được loại bỏ, góp phần nâng cao độ ổn định và hiệu quả vận hành của toàn hệ thống.

Dung dịch trắng được tạo ra từ phản ứng giữa Na₂CO₃ và CaO, trong đó natri hydroxit (NaOH) – thành phần hoạt tính chính – được hình thành cùng với canxi cacbonat (CaCO₃). Phần CaCO₃ sau đó được tách riêng và đưa đi nung để tái sinh CaO, giúp tối ưu hóa việc sử dụng nguyên liệu và duy trì hiệu quả cho toàn bộ chu trình.

Tối đa hóa năng suất nhà máy

Độ đặc hoặc TTA của dung dịch xanh cần được đo chính xác để tạo ra dung dịch trắng chất lượng cao. Việc đo và điều khiển theo thời gian thực trong quá trình kiềm hóa mang lại nhiều lợi ích:

• Tăng hiệu suất kiềm hóa
• Cải thiện chất lượng dịch trắng
• Vận hành an toàn bể hòa tan và slaker
• Duy trì TTA ổn định
• Điều chỉnh nhanh khi có biến động
• Giảm nguy cơ cấp vôi quá mức

Cách đo lường và điều khiển hiệu quả

Để thực hiện quy trình kiềm hóa hiệu quả, cần có các biện pháp kiểm soát để đạt được ba mục tiêu chính:

1. Ổn định hàm lượng TTA trong dung dịch xanh – điều này có thể được thực hiện bằng cách kiểm soát mật độ/TTA hòa tan trong dung dịch xanh.
2. Kiểm soát tỷ lệ vôi so với dung dịch xanh – điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng chức năng kiểm soát TTA trong dung dịch xanh trên thiết bị tôi vôi.
3. Ổn định hàm lượng kiềm hiệu quả (EA) trong dung dịch trắng cho bể phân hủy – điều này có thể đạt được bằng cách kiểm soát tốt hai mục tiêu trước đó, cũng như kiểm soát hiệu quả và nhiệt độ kiềm hóa của thiết bị tôi vôi.

Các điểm cần điều khiển

Trong bể hòa tan – việc đo mật độ/TTA trực tuyến trong bể hòa tan giúp duy trì giá trị mục tiêu của dung dịch xanh và tránh sai lệch. Đây là khâu kiểm soát cực kỳ quan trọng đối với sự ổn định của toàn bộ dây chuyền – đôi khi được cho là điểm khởi đầu thực sự của quá trình sản xuất bột giấy. Các phép đo trong đường ống chuyển tiếp được kết hợp với vòng điều khiển đến dung dịch rửa loãng, cho phép điều khiển tự động dựa trên mật độ/TTA. Thiết bị đo đọc các giá trị mục tiêu, tránh sai lệch và hoàn toàn tự động, cho phép duy trì mức TTA ổn định và vận hành an toàn bể hòa tan.

Trong hệ thống cấp liệu máy tôi vôi – hệ thống điều khiển thứ hai được đặt trực tuyến để điều khiển máy tôi vôi chủ động, đảm bảo dung dịch xanh dùng để tôi vôi có TTA ổn định. Việc đo mật độ/TTA theo thời gian thực được thực hiện trong hệ thống cấp liệu máy tôi vôi và sau đó một vòng điều khiển đảm bảo việc điều chỉnh tự động và nhanh chóng dung dịch xanh để chống lại các nhiễu loạn. Điều này làm tăng hiệu quả kiềm hóa đồng thời tránh tình trạng vôi hóa quá mức, cải thiện chất lượng dung dịch trắng và bùn vôi. Nó cũng đảm bảo vận hành an toàn máy tôi vôi.

Lựa chọn phương pháp đo lường đáng tin cậy theo thời gian thực

Trong quá trình kiềm hóa, việc đo và kiểm soát mật độ hoặc TTA của dung dịch kiềm xanh có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau. Tuy nhiên, các giải pháp đo trực tuyến theo thời gian thực mang lại hiệu quả rõ rệt hơn, nhờ khả năng tích hợp vào hệ thống điều khiển tự động và hỗ trợ vận hành ổn định. Thiết bị đo khúc xạ trong quy trình là lựa chọn phù hợp nhờ những ưu điểm chính:

• Đo TTA hoặc độ đậm đặc liên tục theo thời gian thực
• Kết quả đo không bị ảnh hưởng bởi hạt rắn, bọt khí, sợi, màu hay cặn
• Độ chính xác và độ lặp lại cao
• Duy trì độ ổn định, hạn chế sai lệch theo thời gian
• Lắp đặt đơn giản, thuận tiện tích hợp hệ thống
• Ít yêu cầu bảo trì định kỳ
• Hạn chế hiện tượng đóng cặn trên thiết bị
• Vận hành ổn định và đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp

Ngược lại, các công nghệ đo mật độ truyền thống thường gặp một số hạn chế như dễ bị đóng cặn, độ chính xác giảm theo thời gian và độ nhạy chưa cao. Điều này có thể khiến việc điều khiển trở nên kém ổn định, phụ thuộc nhiều vào thao tác thủ công và ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành tổng thể.

Trong thực tế, khúc xạ kế quy trình Vaisala Polaris™ PR53SD có thể được ứng dụng để theo dõi mật độ hoặc nồng độ TTA của dung dịch xanh tại hai vị trí quan trọng: sau bể hòa tan và sau bể lắng, trước khi cấp liệu vào bể tôi. Giải pháp này giúp tăng tính nhất quán trong vận hành và hỗ trợ kiểm soát quy trình hiệu quả hơn.

Khúc xạ kế quy trình Vaisala Polaris PR53SD SAFE-DRIVE

Cảm biến của máy đo khúc xạ được lắp trực tiếp trên đường ống, cho phép đo liên tục theo thời gian thực và hỗ trợ kiểm soát chủ động nhằm duy trì TTA theo mục tiêu. Công nghệ đo kỹ thuật số đảm bảo kết quả ổn định, không bị ảnh hưởng bởi bọt khí, hạt lơ lửng hay sự thay đổi màu sắc của dung dịch xanh. Đồng thời, thiết bị duy trì độ chính xác cao mà không bị trôi theo thời gian; khi kết hợp với hệ thống rửa lăng kính, cảm biến vẫn vận hành hiệu quả ngay cả trong điều kiện dễ đóng cặn.

Việc kiểm soát tốt quá trình kiềm hóa góp phần nâng cao chất lượng và tính ổn định của dung dịch trắng, đồng thời giúp tối ưu chi phí vận hành và cải thiện hiệu suất sản xuất bột giấy. Kiểm soát liều lượng vôi chính xác cũng giúp giảm lượng vôi tuần hoàn, từ đó hạn chế nhu cầu nung lại trong lò vôi và giảm tiêu thụ năng lượng. Trong bối cảnh đó, giải pháp đo trực tuyến bằng máy đo khúc xạ là một lựa chọn đơn giản, đáng tin cậy để hỗ trợ đạt được các mục tiêu vận hành này.

Keijo Pyörälä Giám đốc Phát triển Kinh doanh, Bộ phận Đo lường Chất lỏng, Vaisala Keijo Pyörälä có hơn 25 năm kinh nghiệm làm việc tại Vaisala (trước đây là K-Patents) trong lĩnh vực đo lường chất lỏng, đảm nhiệm nhiều vai trò khác nhau từ Quản lý Sản phẩm, Quản lý Kinh doanh Khu vực đến Phát triển Kinh doanh Toàn cầu. Ông sở hữu bằng Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học từ Đại học Công nghệ Lappeenranta và bằng Quản lý Điều hành từ Đại học Aalto. Trong suốt sự nghiệp, Keijo đã tham gia nhiều dự án phát triển sản phẩm và mở rộng kinh doanh trên phạm vi toàn cầu, trải rộng ở các ngành như thực phẩm & đồ uống, bột giấy & giấy, đường & chất tạo ngọt, hóa chất & polyme, cũng như dầu khí. Chuyên môn của ông tập trung vào tối ưu hóa quy trình thông qua đo lường trực tuyến, nâng cao hiệu quả vận hành, tiết kiệm năng lượng và cải thiện chất lượng sản phẩm một cách bền vững.

Nguồn: https://www.vaisala.com/en/expert-article/green-white-liquor-how-process-refractometers-can-transform-causticizing-efficiency-and-quality