O2 DELIGNIFICATIO

N DAN BLEACHING

OLEHDARONO WIKANAJI

PRODI D3 TEKNIK KIMIA ITS SURABAYA 2011

O2 DELIGNIFICATIO

NOLEH

DARONO WIKANAJI

PRODI D3 TEKNIK KIMIA ITS SURABAYA 2011

O2 DELIGNIFICATION KONTRIBUTOR WARNA PADA CHEMICAL

PULP: LIGNIN (RESIDUAL LIGNIN) KET:

DENGAN BLEACHING KOEFISIEN ABSORPSI CAHAYA (LIGHT ABSORPTION COEFFICIENT) BERKURANG.

YANG TERLARUT DALAM PROSES BLEACHING ADALAH RESIDUAL LIGNIN DAN BAHAN INI SULIT DI TREATMENT DI ETP.

DARI SUDUT PANDANG LINGKUNGAN, RESIDUAL LIGNIN YANG BEREAKSI DENGAN BAHAN KIMIA BLEACHING, AKAN MENGHASILKAN ZAT YANG SULIT DIDEGRADASI.

LOSIS KARBOHIDRAT DIAKHIR COOKING SEMAKIN NYATA SEHINGGA ADA BATASAN PRAKTIS SEJAUH MANA OKSIGEN DELIGNIFIKASI DAPAT DILAKUKAN TANPA TERJADI LOSIS KARBOHIDRAT YANG BERLEBIHAN.

OXYGEN DELIGNIFICATION

MEKANISME REAKSI

SELEKTIVITAS REAKSI MENGGAMBARKAN RATIO

PEYERANGAN OKSIGEN ANTARA REAKSI OKSIGEN TERHADAP LIGNIN DAN REAKSI OKSIGEN TERHADAP CARBOHIDRAT.

SELEKTIVITAS REAKSI: DIPENGARUHI OLEH

KONDISI PROSES DAN KONTAMINAN SEPERTI LOGAM-LOGAM TRANSISI.

MgSO4 (20 – 80 MOLE / TON PULP): DIGUNAKAN UNTUK

MENGURANGI PENGARUH NEGATIF (DETRIMENTAL EFFECT).

SELEKTIVITAS DELIGNIFIKASI VS EXTENDED COOKING

O2 DELIGNIFIKASI LEBIH MENGUNTUNGKAN DARI PADA EXTENDED COOKING KARENA DAPAT MENGHASILKAN YIELD LEBIH BANYAK.

YIELD SELECTIVITY IS CONSIDERABLY BATTER THAN COOKING TO LOW KAPPA NUMBER.

(BUT PULP QUALITY PROBLEM CAN BE ELIMINATED IF LIGNIN REMOVAL LESS THAN 50 %)

KONDISI OPERASI

MEDIUM CONSISTENCY HIGH CONSISTENCY

Consistency 10-14 25-30

Retention time, min. 50-60 30

Initial temperature, °C 85-105 100-115

Inlet pressure, kPa 700-800 400-600

Outlet pressure 450-550 400-600

Delignification, % 40-50 45-55

Low press. steam cons., kg/t 40-100 30-50

Med. press. steam cons. kg/t 40-150 70-150

Power to system, kWh/t 35-45 40-50

Alkali consumption, kg/t 18-28 18-25

Oxygen consumption, kg/t 20-24 15-24

Consistency 10-14 25-30

CONTOH PROSES O2 DELIGNIFIKASI DAN PROSES WASHING

Oksigen delignifikasi

O2 DELIGNIFICATION (DUALOX)

PERBANDINGAN O2 DELIGNIFIKASI KONSISTENSI TINGGI DAN KONSISTENSI SEDANG

KONSISTENSI TINGGI: 30 – 32 % KAPPA IN = 24 KAPPA OUT = 13 PLUG RISK BLOWOUT RISK TEKANAN = 3 – 4 BAR SINGLE STAGE COD EMISSION

RATHER HIGH HIGHER BLEACHING

CHEMICAL COST. DELIGNIFY 50 %

KONSISTENSI SEDANG: 10 – 12 % KAPPA IN = 26 KAPPA OUT = 10 NO PLUG RISK NO BLOWOUT RISK TEKANAN = 6 – 8 BAR TWO STAGE COD EMISSION MUCH

LOWER (MET GOV. STANDARD 4 KG/T PULP)

LOWER BLEACHING CHEMICAL COST.

DELIGNIFY 65-67 %

VARIABLE PROSES DALAM O2 DELIGNIFIKASI

BLEACHINGOLEH

DARONO WIKANAJI

PRODI D3 TEKNIK KIMIA ITS SURABAYA 2008

JENIS PROSES BLEACHING DUA PRINSIP (METODE) PROSES BLEACHING

BRIGTHENING ‘BLEACHING’: MENGGUNAKAN BAHAN KIMIA YANG SECARA SELEKTIF

MENYERANG “CHROMOPHORIC GROUP” TETAPI TIDAK MERUSAK LIGNIN.

DIGUNAKAN UNTUK HIGH YIELD PULP DENGAN KANDUNGAN LIGNIN TINGGI.

TARGET BRIGTHNESS = 70 – 80 O ISO BLEACHING:

MENGGUNAKAN BAHAN KIMIA YANG MENYERANG LIGNIN SEHINGGA MENGHILANGKAN LINGNIN.

DIGUNAKAN UNTUK LOW YIELD PULP (CHEMICAL PULP) SEHINGGA DIPEROLEH PULP KUALITAS BAIK, DENGAN BRIGHTNESS STABIL.

TARGET BRIGHTNESS = 88 – 92 O ISO

BRIGHTENING ‘BLEACHING’

PULP BRIGHTENING:ADALAH PROSES BLEACHING UNTUK

MEMPEROLEH BRIGHTNESS TINGGI AKAN TETAPI KANDUNGAN LIGNIN TETAP TINGGI (LIGNIN PRESERVING BLEACHING).

DIGUNAKAN UNTUK PROSES BLEACHING TERHADAP PULP MEKANIS.

NOTE: UNTUK MEMPERTAHANKAN TUJUAN PROSES PULP

HIGH YIELD, YAITU MEMPEROLEH YIELD TINGGI, PULP MEKANIS DAN CHEMI MECHANIS HARUS DIKURANGI KANDUNGAN WARNANYA (DECOLOURED) ATAU DICERAHKAN (BRIGHTENED) DENGAN METODE YANG TIDAK MELARUTKAN LIGNIN.

LEGNIN PRESERVING BLEACHING AGENT

DUA JENIS:BAHAN KIMIA YANG BEKERJ A SECARA

OKSIDASI, hydrogen peroxide H2O2.BAHAN KIMIA YANG BEKERJA SECARA

REDUKSI, SEPERTI Na2S2O4 (sodium hydrosulfite atau sodium dithionite)

KONDISI OPERASI:H2O2: T = 90 – 110 oC (< 130 oC “hymolitic

cleavage”)Na2S2O4: pH = 5.5 – 6.5 (kompromi antara

Brightness dan losis bahan kimia), 1-2 jam, 60 oC.

PEROXIDE DAN DITHIONITE

HIDROGEN PEROXIDE H2O2:5 – 10 KG/TBDP

KONTROL DECOMPOSISI DG: MILDLY ALKALINE CONDT. H2O2 DISTABILKAN DENGAN

CHELATING AGENT SEPERTI DTPA ATAU EDTA 0.2 – 1.2 % THD PULP pada pH 4 – 7 lalu di cuci bersih sebelum peroxide. Atau cuci pada pH <3 dan + MgSO4

KADAR LOGAM TRANSISI, Mn, Cu, Fe DIKONTROL SBB:

MOLAR Mg/Mn > 30 ,T=90oC MOLAR Mg/Mn>100,T=120oC

SODIUM HYDROSULFITE or Na DITHIONITE, Na2S2O4:

KONDISI: PH 5.5 – 6.5 KONSISTENSI 3 – 6 % WAKTU REAKSI = 1 – 2

JAM SUHU = 50 – 75 o C Dosis = 1 – 2 %

NOTASI: P Stage : H2O2 Y stage : Na2S2O4

PRINSIP KERJA BRIGHTENING REAKSI REDUKSI

TERHADAP STRUKTUR LIGNIN QUINOID (BERWARNA) MENJADI STRUKTUR LIGNIN PHENOLIC (TIDAK BERWARNA)

REAKSI BRIGHTENING

BRIGHTNESS VS (SUHU & WAKTU REAKSI)

PEROXIDE BLEACHING

BLEACHING BLEACHING UNTUK PULP KIMIA DENGAN

DEMIKIAN KANDUNGAN RESIDUAL LIGNIN RENDAH

MENGGUNAKAN BAHAN KIMIA YANG MENYERANG LIGNIN SEHINGGA MENGHILANGKAN LINGNIN.

DIGUNAKAN UNTUK LOW YIELD PULP (CHEMICAL PULP) SEHINGGA DIPEROLEH PULP KUALITAS BAIK, DENGAN BRIGHTNESS STABIL.

TARGET BRIGHTNESS = 88 – 92 O ISO

BAHAN KIMIA BLEACHING

CHLORINE “ Cl2” SODIUM HYPHO CHLORITE “NaOCl2” CALCIUM HYPO CHLORITE “Ca(OCl)2” CHLORINE DIOXIDE “ClO2” OZONE “O3”

CLASIFIKASI BAHAN KIMIA BLEACHING

GROUP 1Cl2, O3, Peroxyacids

GROUP 2O2, ClO2

GROUP 3H2O2 in alkaline condition

׃ Bereaksi dengan struktur aromatik dari lignin pada group phenolic dan rantai gandanya.

׃ Bereaksi dengan hydroxil group pada rantai phenol.

׃ Bereaksi dengan group fungsional tertentu dari lignin, seperti carbonyl group.

OXIDIZING EQUIVALENT - OXE

Bahan Kimia

Molar weightg/mole

Electronstransferredper mole

Equivalent weightg/mole

OXE "Active

chlorine"1)

Cl2 71 2 35.5 1

ClO2 67.5 5 13.5 2.63

O2 32 4 8 4.43

H2O2 34 2 17 2.09

NaOCl 133 2 66.5 0.53

O3 48 6 8 4.43

Name Formula Designation

Manufacture Form at point of application

Chlorine Cl2 C By electrolysis of NaCl slution; shipped as liquid under pressure

PRESSURIZED GAS

Hypochlorite NaOCl H By reaction of Cl2 with NaOH; on-site Solution~40g/L as equivalent Cl2

Chlorine dioxide

ClO2 D On-site by reduction of chlorate Solution, ~10g/L or 26.3 g/L as equivalent Cl2

Oxygen O2 O By sepration from air; shipped as cryogenic oxygen or separated on-site

Pressurized gas

Hydrogen peroxide

H2O2 P By reduction of oxygen via organic intermediates; Shipped as 50% solution

solution, 2%-5%

Ozone O3 Z On site by silent electric discharge in oxygen gas

Pressurized gas mixture up to 12% O3 in O2

Hydrosulfite Na2S2O4 Y By reduction of bisulfate Solution

Enzymes - X Isolated from fermentation processes Solution

Sodium hydroxide

NaOH E By electrolysis from NaCl solution; shipped as 50% solution

Solution ~10%

DISKRIPSI BAHAN KIMIA BLEACHING

UNIT OPERATION

BLOK DIAGRAM PROSES BLEACHING

CHLORINE – CL2 C stage

KEUNGGULAN: MURAH & EFFISIEN

UNTUK DELIGNIFIKASI SELECTIVE, TIDAK

MERUSAK CARBOHIDRAT

KELEMAHAN: TERBENTUK CHLORINA-

TED ORGANIK AOX, DIOXIN YG KARSINOGEN

KOROSIVE GAS BERBAHAYA TRANSPORTASI RISKAN

KETERRANGAN: DILARANG DIGUNAKAN. DI EROPA SUDAH TIDAK

DIGUNAKAN. DI AMERIKA UTARA

SUDAH BANYAK DITINGGALKAN (May 2002)

DI SELURUH DUNIA BERTAHAP DITINGGALKAN.

OXIDATOR BEROPERASI PADA pH 1.5

– 2.5

REAKSI CL2

Reaksi klorinasi pada pH < 3.0

Keterangan: Ad : addition SU : Substitusi OX : Oksidasi

CHLORINE DIOXIDE

ClO2 tidak stabil sehingga harus dibuat on-site.

Dengan menstubstitusi Cl2 dengan ClO2 akan menurunkan kadar AOX dalam limbah cair proses bleaching.

CLO2 BLEACHING

(DC)EoD O(DC)EoD ODEoD

OZEoD (DC)EDED DEDED

DEoDED ODEoDED

ODEo(DN)D ODEo(DN)D

DOSIS CLO2 POST E

Dosis ClO2 diperlukan untuk mencapai brightness 90% ISO untuk hardwood dan softwood

Brightness akhir dari DED stage dari bleaching sequence (D+C)EDED untuk pulp softwood Kraft.

KONDISI OPERASIChemical applied D1 D2

ClO2, kg /tbdp 5-15 2-8

NaOH, kg/tbdp 0-1 2

End pH 2.5-4 4-5.5

Temperature, °C 50-90 50-90

Time, minutes 120-300 120-300

Consistency, % 9-16 9-16

Residual oxidant concentration, g/L

trace-0.05 trace-0.03

SIFAT DAN KONDISI OPERASI

Formula NaOCl or Ca(OCl)2

Form Dilute solution made on-site by absorbing chlorine gas in sodium hydroxide solution

or calcium hydroxide slurry, concentration expressed as equivalent chlorine in the range of 30-40g/L

Health hazard

Strong alkalie oxidant,

contact with skin, eyes and internals causes irritation and psoosible serious tissue damage due to local corrosive effects.

NaOCl, kg equivalent Cl2/tbdp

2-20

NaOH, kg/tbdp 0-5

End pH 9-10.5

Temperature, °C 30-80

Time, minutes 4-120

Consistency, % 9-16

Residual oxidant concentration g/l

0-0.2

PENGARUH DOSIS NA HYPOCHLORITE THD BRIGHTNESS DAN VISCOSITAS

OZONE BLEACHING A standard chlorination

followed by extraction reduces kappa numbers easily from above 30 to below 5 with insignificant pulp viscosity losses; ozone cannot delignify as far, and causes serious viscosity reductions. Ozone delignification requires low kappa numbers entering the bleach plant.

This can be achieved by oxygen delignification, extended cooking, or both (See next figure such as Fig. 216).

PENGARUH DOSIS OZONE TERHADAP KAPPA DAN VISCOSITAS

Figure 216

SEQUENCE DAN BRIGHTNESS TERCAPAI SERTA FLOW PROSES.

Z:0.3% Konst 10% EDTA pada pH 6, H2O2 pada pH 1.

Sequence Kappa number after bleaching

Brightness, % ISO

Z 9.9 46.7

QP 7.1 71.1

QPP 5.9 77.9

ZQP 3.6 77.5

QPZ 2.7 77.6

ZQPP 2.8 83.9

QPZP nd. 89.9

EKSTRAKSI Proses ekstraksi pada prinsipnya adalah

mengeluarkan liquor dan segala kontaminan pulp dan kemudian dicuci bersih (displaced) sehingga pulp hasil pencucian benar-benar bersih dan siap diproses pada proses selanjutnya.

Pelaksnaan dapat dilakukan dalam DD washer – displacement drum washer.

PENUTUP

TERIMA KASIH ATAS

PERHATIANYA

Chlorine multiple or kappa factor, which is the ratio of chlorine charged (in% on pulp) to the kappa number of incoming pulp.

A higher brightness target for a certain sequence requires a higher kappa factor in the first stage to minimize the total amount of chemicals required.