A dynamic model for calculating pH inside kraft pulp fibers

摘要

One of the main control parameters in the kraft pulping process is pH. The pH inside kraft pulp fibers can be shown theoretically to differ considerably from that in the free process liquor surrounding the fibers. The steady-state distribution of ionic species between the free liquor and the immobile liquor inside the fibers, and therefore also the pH, is strongly affected by active chemical groups in the kraft pulp fibers. A dynamic mass transfer model was constructed to simulate the concentrations of four mobile ions (H~+, OH~-, Na~+, SO_4~(2-)) in the free process liquor surrounding the fibers and in the immobile liquor inside the pulp fibers. The model takes into account the mass transfer resistance between the two liquor phases, the different mobilities of the mobile ions, the effect of car-boxylic and phenolic groups in the pulp, and the sorption of sodium onto the pulp. The dynamic pH behavior is shown by calculating examples of acid addition and displacement washing operations in kraft pulp bleaching. These examples indicate that the pulping process cannot be well understood without taking into account the dynamic behavior of concentrations in different liquor volumes in a pulp-water suspension. The difference between the pH inside the pulp fibers and the pH in the free liquor surrounding the fibers should be considered far more often when discussing the chemical modification of kraft pulp fibers.%Kemialliset olosuhteet sellukui-tuja ympäröivässä prosessines-teessä ja sellukuitujen sisäisessä nesteessä voivat poiketa selvästi toisistaan. Kuitujen sisäisiä kemiallisia olosuhteita ei voida suoraan mitata. Siksi kuitujen sisäisen nesteen pH:ta ja ionien aineensiirtotapahtu-mia sulpussa arvioidaan tässä artikkelissa teoreettisen laskentamallin avulla. Laskentamallissa huomioidaan sellusulpun kaksi erillistä nestejaetta, aineensiirtovastus näiden jakeiden välillä, neljä liikkuvuudeltaan erilaista ionia (H~+,OH~-,Na~+,SO_4~(2-)) ja karboksyylihappojen sekä fenolisten ryhmien vaikutus kuiduissa. Sulfaattisellun valkaisusta laskettiin mallin avulla kaksi esimerkkiä. Ensimmäisessä esimerkissä alkalisen sellun pH:ta säädettiin rikkihapolla. Toisessa happamoidulle sellulle suoritettiin syrjäytyspesu alkali-sella pesunesteellä. On tärkeä tiedostaa, että kemialliset olosuhteet sellusulpun eri nestejakeissa ovat erilaisia ja että olosuhteiden muutokset ovat luonteeltaan dynaamisia tapahtumia. Näillä tekijöillä saattaa olla ratkaiseva merkitys sellunvalmistuksen kemiallisten perusteiden ymmärtämisessä ja valmistusprosessin ohjaamisessa.