Extractives removal in oxygen delignification stage
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Language
en
Pages
82
Series
Abstract
Wood extractives are low molecular weight compounds that can accumulate during the kraft pulping process and deposit on machinery, causing unscheduled shutdowns. New ways of removing them at earlier stage are urgently needed to prevent their subsequent transformation into other compounds. Although extractives can be dissolved using chemicals, their behavior during oxygen delignification remains largely unknown. The goal of this master’s thesis was to reduce extractives content of eucalyptus kraft pulp using chemical additives, without disrupting the oxygen delignification performance. The chemicals studied were 1-octanol, anisole, 1,2-dimethoxybenzene, β-cyclodextrin and hydrogen peroxide. For each treated pulp, brightness, viscosity, kappa number, and hexenuronic acid content were determined before and after oxygen delignification. The research question was whether these chemicals can alter extractives’ interaction mechanism with unbleached pulp, so the extractives can be more physically liberated or chemically transformed to more soluble-form during oxygen delignification stage meanwhile keeping satisfactory results on pulp quality. Extractives yields were obtained using a Soxhlet extractor with three solvents: dichloromethane (DCM), acetone and water. The additives that gave the most promising extractives yield reductions, were further selected for optimized tests. Additionally, samples were analysed with gas chromatography-mass spectrometry, from which spectrum revealed individual compounds of extractives and their relative amounts. The results demonstrate that the addition of 0.5 w/w % 1,2-dimethoxybenzene into the oxygen delignification stage decreases the DCM extractives 36 % compared with pulp collected from reference O-stage, 31 % reduction was achieved for 0.5 w/w % hydrogen peroxide. Additionally, the pulp qualities correspond to the reference level. Removing extractives during the oxygen delignification stage would improve process efficiency, enhance pulp quality and reduce the need of bleaching chemicals. A lower extractive content would slow down their deposition on machinery. Further research of the filtrates would help confirm the reactivity of dissolved compounds, and more precise concentration optimization of the additives would prove their effectiveness.Puun uuteaineet ovat pienimolekyylisiä yhdisteitä, jotka voivat kertyä sellun valmistusprosessin aikana ja saostua prosessilaitteisiin, aiheuttaen suunnittelemattomia huoltoseisokkeja. Uusia tapoja näiden poistamiseen tarvitaan kiireellisesti, jotta niiden myöhempi muuntuminen muiksi yhdisteiksi voitaisiin ehkäistä. Uuteaineita voidaan liuottaa kemikaaleilla, mutta niiden vaikutusta happidelignifikaatio vaiheessa ei vielä tunneta. Tämän diplomityön tavoitteena oli vähentää eukalyptussellun uuteainepitoisuutta kemiallisen lisäaineen avulla ilman, että se häiritsee happidelignifikaation toimintaa. Tutkittavat kemikaalit olivat 1-oktanoli, anisoli, 1,2-dimetoksibentseeni, β-syklodekstriini ja vetyperoksidi. Jokaisesta käsitellystä sellusta mitattiin vaaleus, viskositeetti, kappaluku ja heksenuronihapon pitoisuus ennen ja jälkeen happidelignifikaatiota. Tutkimuskysymyksenä oli, voivatko nämä lisäaineet muuttaa uuteaineiden vuorovaikutusmekanismia valkaisemattoman sellun kanssa siten, että uuteaineita vapautuu fyysisesti enemmän tai muuttuvat kemiallisesti liukoisempaan muotoon happivaiheessa, samalla säilyttäen hyvät tulokset sellun laadussa. Uuteainepitoisuudet saatiin Soxhlet-uuttolaitteella käyttäen kolmea liuotinta: dikloorimetaania (DCM), asetonia ja vettä. Lisäaineet, jotka antoivat lupaavimmat vähennykset uuteainepitoisuuksissa, valittiin optimoitaviin kokeisiin. Lisäksi näytteet analysoitiin kaasukromatografia-massaspektrometria laitteella, josta spektri paljasti uuteaineiden yksittäiset yhdisteet ja niiden suhteelliset määrät. Työn tulokset osoittavat, että 0.5 w/w % 1,2-dimetoksibentseenin lisääminen happivaiheeseen vähentää DCM uuteaineita 36 % verrattuna referenssi happivaiheesta kerättyyn massaan ja 0.5 w/w % vetyperoksidilla saavutettiin 31 % vähennys. Lisäksi sellun mitatut laatuparametrit vastaavat referenssin tasoa. Uuteaineiden poistaminen happivaiheessa lisäisi prosessitehokkuutta, parantaisi sellun laatua ja vähentäisi valkaisukemikaalien käyttöä. Pienempi uuteainemäärä hidastaisi uuteaineiden kertymistä prosessilaitteisiin. Lisätutkimus suodoksista vahvistaisi liuonneiden yhdisteiden reaktiivisuuden ja lisäaineen tarkempi konsentraation optimointi vahvistaisi sen tehokkuuden.Description
Supervisor
Dou, JinzeThesis advisor
Romppanen, HannaWu, Yue