Kinetics of Ep stage in kraft pulp ECF bleaching

Abstract

The purpose of bleaching is to eliminate the groups responsible for pulp colour. These chromophoric groups are eliminated or transformed by means of chemical reactions. In alkaline stages reinforced with hydrogen peroxide, chromophoric groups react with perhydroxyl anion (HOO-).This work has studied the kinetics of Ep stage in a pine kraft pulp bleaching plant with bleaching sequence DE0D1 EpD2 , using for this purpose industrial samples collected at the end of D1 stage. Ep stage bleaching simulation was laboratory conducted at temperatures ranging from 68.3ºC to 93.7ºC, initial concentrations of H2 O2 between 0.11% on o.d. (ovendry) pulp and 0.39% on o.d. pulp, and NaOH% on o.d. pulp / H2O2 % on o.d. pulp ratio equal to 3, in order to maintain alkalinity. 0.025% on o.d. pulp of DTPMPA was applied to all samples as chelant, to avoid hydrogen peroxide decomposition reactions, catalysed by the presence of metal ions. In the bleaching liquors, pH and consumed hydrogen peroxide were measured after 5, 10, 20, 45, 90, 180, and 240 minutes’ reaction, as well as brightness values and the coefficients of light absorption of the pulps.The results indicate that kinetics is complex, and two stages are observed as a minimum in the Ep stage of the bleaching process (the first one faster than the second one). As far as chromophor concentration is concerned, the first stage can be considered as a first order reaction. For a given initial concentration of hydrogen peroxide (0.15% on o.d. pulp and 0.25% on o.d. pulp), the value of the velocity constant increases as a function of temperature. The concurrent reactions (hydrogen peroxide decomposition) become more important at higher temperatures.

É objetivo do branqueamento eliminar os grupos responsáveis pela cor das polpas. Esses grupos cromóforos são eliminados ou transformados por meio de reações químicas. Nos estágios alcalinos reforçados com peróxido de hidrogênio a reação se realiza entre os grupos cromóforos e o ânion perhidroxila (HOO-). Neste trabalho foi estudada a cinética do estágio Ep no branqueamento de uma polpa kraft de pinho, com sequência de branqueamento: DE0 D1 EpD2. Foram utilizadas amostras industriais coletadas ao final do estágio D1, A simulação do branqueamento do estágio Ep foi feita em laboratório. As condições de trabalho foram: temperaturas entre 68,3ºC e 93,7ºC, concentrações iniciais de H2O2 entre 0,11% sobre polpa a.s. (absolutamente seca) e 0,39% sobre polpa a.s., e relação de NaOH% sobre polpa a.s. / H2O2% sobre polpa a.s. igual a 3, com o objetivo de se manter a alcalinidade. Em todas as amostras foi aplicado como quelante 0,025% sobre polpa a.s. de DTPMPA, isso para evitar reações de decomposição do peróxido de hidrogênio catalisadas pela presença de íons metálicos. Nos licores de branqueamento foram medidos pH e peróxido de hidrogênio consumido após 5, 10, 20, 45, 90, 180 e 240 minutos de reação. Ao mesmo tempo, foram medidas as alvuras e os coeficientes de absorção de luz nas polpas. Os resultados indicam que a cinética é complexa, sendo observadas duas fases, como mínimo, no estágio Ep do processo de branqueamento (a primeira mais rápida que a segunda). A primeira fase pode ser considerada de primeira ordem relativamente à concentração de cromóforos. Para uma dada concentração de peróxido de hidrogênio inicial (0,15% sobre polpa a.s. e 0,25% sobre polpa a.s.) o valor da constante de velocidade aumenta com a temperatura. As reações concorrentes, de decomposição do peróxido de hidrogênio, se fazem mais importantes quando a temperaturas elevadas.