Evaluation of a novel chlorine dioxide bleaching process using a flow-through reactor and comparison with conventional or non-conventional batch processes
Évaluation d'un nouveau procédé de blanchiment par le dioxyde de chlore en réacteur à déplacement de liqueur et comparaison avec les procédés batch conventionnels ou non conventionnels
Résumé
Chlorine dioxide is the most common bleaching agent for chemical pulps. In batch process approximately 50% of oxidizing capacity of ClO2 is consumed in useless reactions with the primary reaction products. The reaction of ClO2 with model compounds and kraft pulp confirms that approximately 5 to 6 electrons of oxidation per C9 unit of lignin is sufficient for the complete reaction. The more ClO2 applied is consumed in secondary reactions which become more significant after degradation of the phenolic rings. The results also showed that the muconic acid structures react with ClO2. The reactivity depends on the temperature and the concentration. Dimethyl muconic acid reacts more rapidly with an exchange of 2 to 4 electrons according to the ClO2 charge. The rate of its reaction is similar to that of the non-phenolic rings reaction rate. Displacement bleaching makes it possible to limit secondary reactions due to separation of reaction products from the reaction zone. The hydrodynamic study made it possible to optimize the principal parameters of the formation of the fibre fixed bed and the efficiency of elimination of the reaction products by the flow. The results of the pulp delignification by displacement showed that this process does not more effective because of the chlorate formation, in spite of elimination the reaction products. However, delignification in system multi-batch, with a low charge at the first stage with an intermediate alkali extraction stage lead to reduce up to 40% the ClO2 consumption.
Le dioxyde de chlore est le réactif le plus utilisé pour le blanchiment des pâtes chimiques. En système batch conventionnel, environ 50% du réactif est consommé dans des réactions inutiles intervenant à l'issue des premières étapes de délignification. L'étude des composés modèles de lignine et de la pâte kraft confirme qu'environ 5 à 6 électrons d'oxydation par unité C9 de la lignine sont suffisants pour assurer une réaction complète. Les réactions secondaires interviennent principalement après la dégradation rapide des groupements phénoliques libres. Parmi celles-ci, l'acide muconique et ses dérivés formés au cours des premières étapes réagit en échangeant 2 à 4 électrons, à une vitesse similaire à celles des unités non phénoliques de la lignine, dont l'élimination est également favorisée par l'acide hypochloreux intermédiaire. La limitation des réactions secondaires est possible en utilisant un réacteur à lit fixe de fibres, induisant un déplacement relatif de la liqueur par rapport aux fibres. L'étude hydrodynamique a permis de caractériser les paramètres du lit fixe (pertes de charge, dispersion axiale). Les résultats de blanchiment ont confirmé l'obtention d'une plus grande sélectivité des réactions organiques, mais une perte d'efficacité globale en raison d'une plus grande formation de chlorate. En revanche, fondé sur un principe similaire, le procédé multi-batch [DE(p)]n à charge divisée en réactif permet d'augmenter la sélectivité réactionnelle de 40%.
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