Dimensionless Parameter Approach for Oxygen Delignification Kinetics

Abstract

In this study, the kinetic analysis of oxygen delignification of Turkish southern hardwood Kraft pulp was carried out. The kinetic rate data were collected in a high pressure batch reactor at industrially significant conditions of temperature, alkali charge, and oxygen partial pressure. The mass transfer effects were examined for the system studied. After eliminating the mass transfer resistances in the delignification system, the kinetics of oxygen delignification was studied and the governing rate equations were derived. The kinetics of the carbohydrate degradation was analyzed to determine the extent of delignification without the reduction in the pulp strength below the acceptable level; which is usually taken as the removal of no more than half of the lignin in the pulp entering the oxygen stage. The kappa number, intrinsic viscosity, and reaction time were expressed in dimensionless forms to generalize the results and to make them independent of the initial values, experimental conditions, and pulping conditions prior to oxygen delignification. These dimensionless parameters were fitted to nonlinear equations. These equations can also be used for the control of the oxygen delignification towers. The same approach was also used for the reported studies in the literature which allowed the comparison with the results of this study.

Selectivity and delignification kinetics for oxidative short‐term lime pretreatment of poplar wood, part I: Constant‐pressure

“…For lignin degradation, kinetic parameters are often obtained using Kappa number, a widely used estimate of lignin content. ( Note : Kappa number is 6.7 times larger than the lignin content 825, 27.…”

“…Large amounts of data have been generated on delignification kinetics applied to oxygen bleaching 7–11. Building on this background, this study develops delignification kinetic models for oxidative lime pretreatment of poplar wood.…”

Analysis of Kinetic Models for the Rate of Delignification with Oxygen in the Industrial Process of Pre-Bleaching Cellulose Pulp

“…O uso destes parâmetros tem como objetivo generalizar os efeitos do número Kappa inicial, viscosidade intrínseca, condições experimentais e condições de polpação antes da deslignificação com oxigênio. 34 A quinta categoria são modelos elaborados a partir de uma análise sistemática de transferência de massa do oxigênio da fase gasosa para a fase líquida e desta para o interior das fibras. São modelos que de acordo com Hsu e Hsieh, a taxa de reação é função das variáveis de processo (temperatura, pressão parcial de oxigênio, concentração de NaOH), do número Kappa e dos efeitos da transferência de massa que são expressos pelos coeficientes volumétricos de transferência de massa do oxigênio do gás para o líquido (klal) e do líquido para o sólido (ksas) conforme Equação 11.…”

“…De acordo com Zou e Doğan e Gürüz, este modelo proposto é um dos mais bem aceitos modelos de duas regiões. 5,34 Kovasin et al, desenvolveram um algoritmo para dimensionamento de reatores para polpas em média consistência aplicando o modelo de uma região aos dados de Olm e Teder. 17,28…”

“…Doğan e Gürüz, em uma análise cinética da deslignificação de madeiras folhosas, propuseram um modelo matemático no qual o tempo de reação, as viscosidades intrínsecas foram expressas em formas adimensionais. 34 A razão disso é generalizar os resultados e torná-los independentes das condições experimentais, valores iniciais e condições de polpação antes da deslignificação com oxigênio. 34 Seus experimentos foram realizados em 0,5 % de consistência para eliminar a limitação da transferência de massa do oxigênio entre as fibras e o efeito da diminuição da concentração de NaOH.…”