BRPI0805347B1

BRPI0805347B1 - método e aparelho de polpação mecânica

Info

Publication number: BRPI0805347B1
Application number: BRPI0805347A
Authority: BR
Inventors: Hill Jan; Aichinger Johann; Grossalber Johann; Sabourin Marc
Original assignee: Andritz Inc
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2019-10-22
Also published as: US20090151880A1; BRPI0805347A2; US8282773B2; AU2008243156A1; EP2071074A1; JP5320048B2; JP2009144314A; CL2008003683A1; CA2643780A1; RU2008149145A; EP2071074B8; AU2008243156B2; CA2643780C; RU2491378C2; EP2071074B1; US20130000859A1

Abstract

método e sistema para acentuar o desenvolvimento de fibra pela adição de agente de tratamento durante polpação mecânica. a presente invenção refere-se a um método de palpação mecânica, incluindo: desfibração de um material celulósico pulverizado; refino, mecanicamente, do material celulósico desfibrado em uma etapa de refino primário; introdução no material celulósico de pelo menos um dentre um agente químico e um biológico, durante a etapa de desfibração ou a etapa de refino mecânico, e produção de polpa do material celulósico refinado e desfibrado.

Description

[001] O presente pedido reivindica o benefício de Pedido Provisório dos Estados Unidos N° 61/013.891, depositado em 14 de dezembro de 2007, a totalidade do qual é incorporada através de referência. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [002] A presente invenção refere-se à separação de fibras de materiais lignocelulósicos, tal como a separação de fibras de material de alimentação de aparas de madeira. A invenção, particularmente, se refere ao refino mecânico, incluindo polpação químico-mecânica (CMP) e polpação termomecânica (TMP).

[003] Em alguns processos convencionais de refino mecânico, as etapas de desfibração e formação de fibras são realizadas juntas em um mecanismo único. Os benefícios da separação das etapas da retirada de fibras da madeira e formação de fibras são discutidos, por exemplo, na Patente Norte-americana n° 7.300.541, (Patente '541), que está baseada no pedido de patente internacional publicado PCT/US03/22057. Quando as fibras são desfibradas antes da fibrilação, a etapa de refino primário pode ser otimizada para a fibrilação. A otimização para a fibrilação pode ser minimizar a dissipação de energia pelo aumento da intensidade do refino. Um método para separar as etapas de desfibração e fibrilação é descrito na Patente '541, usando uma prensa para cavacos pressurizada seguida por refino suave para separar fibras em um estágio de pré-tratamento (referida como etapa de desfibração) e, em seguida, pelo estágio de refino primário pressurizado de alta intensidade (a etapa de fibrilação).

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [004] Agentes de tratamento específicos têm sido desenvolvidos para serem aplicados às fibras de madeira desfibradas para acentuar a

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2/19 eficiência e o desenvolvimento de qualidade de processo de refino mecânico. Os tratamentos podem incluir agentes químicos ácidos, neutros ou alcalinos e agentes enzimáticos. O tipo de agente(s) e o(s) ponto(s) no processo de refino de aplicação do agente às fibras de madeira desfibradas podem ser otimizados para otimizar a eficiência do processo. A eficiência do processo pode ser definida por qualquer um ou mais dentre qualidade física da polpa, brilho acentuado e economia de energia. Os tratamentos com agentes aqui divulgados também podem proporcionar: 1) uma capacidade de utilizar, em um processo de refino, espécies inferiores de madeira e resíduos de serraria e 2) simplificação do processo de refino a jusante do estágio de refino primário.

[005] Os tratamentos com agentes aqui divulgados podem ser aplicados a pontos alvo específicos de aplicação de agentes durante o processo de refino térmico e mecânico, tal como descrito na Patente '541. Dependendo do agente usado no tratamento, o ponto de aplicação do agente pode ser durante ou imediatamente em seguida a uma ou mais de uma etapa de desfibração (de preferência, usando agentes enzimáticos), durante uma etapa de fibrilação (de preferência, usando agentes químicos) e/ ou imediatamente em seguida a uma etapa de fibrilação (de preferência, usando agentes de alvejamento). O agente selecionado é um fator importante na determinação do ponto ótimo para aplicar o agente ao processo de refino para, por exemplo, aperfeiçoar a eficiência do processo.

[006] Os processos e tratamentos aqui divulgados, de preferência, são realizados de modo que a desfibração e a fibrilação são estágios separados e, de preferência, realizados em mecanismos separados. Alternativamente, a separação das etapas de desfibração e fibrilação pode ser realizada em um mecanismo único, como em um refinador mecânico tendo duas ou mais zonas de refino dispostas em sé

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3/19 rie. De preferência, a etapa de desfibração obtém pelo menos uma conversão de 30 por cento (30%) de fibras de madeira intactas para fibras bem separadas e, de preferência, conversão de mais de 70 por cento (70%) com menos de 5% de fibrilação. Da etapa de prétratamento (desfibração), o nível de desfibração, de preferência, resulta em 40 por cento a 90 por cento (40% a 90%) de fibras separadas no material. A etapa de refinador primário (fibrilação), de preferência, obterá pelo menos 90 por cento (90%) de fibras enfeixadas.

[007] Os processos e tratamentos aqui divulgados podem ser aplicados a materiais de lignocelulósicos, incluindo aparas de madeira de madeiras macias e madeiras duras, outros tipos de material lignocelulósico, incluindo material que é visto, correntemente, como menos desejável para uso nos moinhos existentes.

[008] Um método de polpação mecânica foi inventado que, em uma modalidade, inclui: desfibração de um material celulósico pulverizado; refino, mecanicamente, do material celulósico desfibrado em uma etapa de refino primário; introdução no material celulósico de pelo menos um dentre um agente químico e um biológico durante a etapa de desfibração ou a etapa de refino mecânico e produção de polpa do material celulósico refinado e desfibrado.

[009] O método de polpação mecânica pode incluir a introdução do agente químico no material celulósico quando na etapa de refino primário e o agente biológico no material celulósico quando na etapa de pré-tratamento. Ainda, a etapa de desfibração pode incluir um estágio de prensa para cavacos pressurizada e, subseqüentemente, um estágio de refinador formador de fibras e a introdução do agente biológico pode ser na etapa de pré-tratamento e, especificamente, entre o estágio de prensa para cavacos pressurizada e o estágio de refinador formador de fibras ou diretamente no estágio de refinador formador de fibras.

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4/19 [0010] Um aparelho de polpação mecânica foi inventado que, em uma modalidade, compreende: um dispositivo de desfibração de prétratamento recebendo material celulósico pulverizado; um refinador primário recebendo o material celulósico pulverizado descarregado do dispositivo de desfibração de pré-tratamento; uma fonte de pelo menos um dentre um agente biológico e um agente químico e um conduto da fonte acoplado a pelo menos um dentre o dispositivo de desfibração e o refinador primário, em que o conduto distribui o pelo menos um dentre o agente biológico e o agente químico para pelo menos um dentre o dispositivo de desfibração e o refinador primário.

[0011] Em outra modalidade, um aparelho de polpação mecânica compreendendo: um dispositivo de desfibração de pré-tratamento recebendo material celulósico pulverizado; um refinador primário recebendo um material celulósico pulverizado descarregado do dispositivo de desfibração de pré-tratamento; uma fonte de agente biológico e um agente químico e uma entrada para o dispositivo de desfibração de pré-tratamento para um agente biológico; um refinador primário recebendo o material celulósico pulverizado descarregado do dispositivo de desfibração de pré-tratamento e uma entrada para o refinador primário para um agente químico.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0012] A figura 1 é um desenho esquemático de uma seção de um cavaco de madeira.

[0013] As figuras 2 a 3 são fluxogramas do processo de refinamento mecânico que utiliza agentes, tais como agentes biológicos e químicos, para tratar lignocelulósicos submetendo-os ao refinamento mecânico, quimiomecânico e termomecânico.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0014] Refino, no contexto do presente pedido, em geral, inclui um estágio de pré-tratamento (desfibração) e um estágio de refino primário

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5/19 (fibrilação). O estágio de pré-tratamento (desfibração) separa o material de alimentação de cavacos de madeira sob condições de baixa intensidade e mecanicamente suaves, por exemplo, pressurização, para iniciar a separação de fibras individuais da matriz de fibras em um cavaco de madeira. O estágio de refino primário, em geral, envolve forças mecânicas de alta intensidade, por exemplo, cisalhamento e pulsos de impacto, que transformam o material de cavacos de madeira em polpa. Durante a fibrilação, as fibras são descascadas e o material da parede da fibra é desemaranhado. Os refinadores usados para a fibrilação podem ser refinadores mecânicos cônicos ou de disco com placas de refino tendo uma única ou múltiplas zonas de refino.

[0015] A figura 1 é um diagrama de um cavaco de madeira 10 tendo fibras de madeira macia 12 ligadas uma à outra em um cavaco de madeira. O material de ligação é encontrado, principalmente, na lamela mediana 14 entre as fibras 12 que contém uma alta concentração de lignina. A estrutura de cada fibra 12 inclui várias camadas identificadas como P e as camadas S que incluem três camadas individuais rotuladas S1, S2 e S3. A camada P representa a parede primária de cada célula de uma fibra. As camadas S representam a parede secundária da célula da fibra, em que a camada S1 é uma camada externa da parede secundária, a camada S2 é um corpo principal da parede secundária da fibra e a camada S3 é uma camada interna da parede secundária.

[0016] Durante a fibrilação, a camada rica em fibrila S2 é delaminada, por exemplo, tanto quanto é prático de cada fibra. A camada S2 contém a massa maior de fibrilas na estrutura da fibra. A área de superfície do material de ligação é aperfeiçoada através de descascamento ou por delaminação da camada S2. Um aumento na área de superfície se correlaciona positivamente a aumentos nas propriedades desejáveis da polpa, tais como resistência à tensão e coeficiente de

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6/19 dispersão. A fibrilação no estágio de pré-tratamento expõe as áreas fibrosas da fibra para fibrilação subseqüente no estágio de refino primário.

[0017] Acredita-se que adição de um agente em um ou mais estágios no processo de refino onde o material é tornado fibroso ou desfibrado causa reações que abrem a matriz da fibra de madeira e expõe o material de parede fibrosa para amolecimento eficiente e fibrilação máxima da fibra, por exemplo, delaminação de material de parede fibrosa. Todas as camadas de fibras (P, S1, S2 e S3) do material lignocelulósico 10 recebem tratamento pelo agente. A reação entre o agente e a camada S2 acentua a fibrilação da camada S2.

[0018] O agente pode ser produtos químicos (ácidos, neutros, alcalinos), enzimas, fungos, bactérias ou semelhantes e qualquer combinação dos mesmos. O agente pode ser aplicado em várias localizações no(s) mecanismo(s) de refino e em vários estágios do processo de refino.

[0019] O agente, em uma modalidade, é, de preferência, um agente baseado em produtos químicos que é introduzido durante uma etapa de refino primário (etapa de fibrilação) para minimizar o tempo de reação entre o agente e o material de madeira. A introdução do agente dessa maneira levará a um amolecimento preferencial e à reação do material da parede da fibra mais do que da lamela mediana rica em lignina e, assim, maximizará a área de superfície específica exposta da fibra via delaminação do material de parede na camada S2 e, finalmente, à ligação das fibras. Ainda, é preferido que os agentes químicos não sejam aplicados por longos períodos de exposição à estrutura da fibra por causa do potencial para a produção de fibras longas revestidas em lignina.

[0020] Em outra modalidade, um agente biológico, tal como uma enzima, pode ser aplicado durante a etapa de desfibração, para permi

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7/19 tir um aumento no tempo de reação do agente na estrutura da madeira, quando comparado com curto tempo de reação resultante pela adição de um agente químico no estágio de refino primário. Agentes biológicos, em geral, requerem um tempo de retenção de pelo menos 15 minutos para reagir adequadamente com as estruturas de madeira e obter um benefício desejável no amolecimento da camada S2. A aplicação adequada do agente, tal como o agente químico no refinador primário (fibrilação) e os agentes biológicos no refinador formador de fibras (etapa de desfibração), é desejada para produzir qualidade da polpa acentuada.

[0021] Em seguida ao tratamento com agente(s), um outro dispositivo de refino mecânico ou outro(s) dispositivo(s) de polpa podem aplicar forças de cisalhamento e de compressão aos cavacos de madeira para fibrilação adicional e para proporcionar outras propriedades benéficas à polpa, incluindo brilho acentuado, remoção de extrativos, otimização ótica e desenvolvimento da fibra (tensão, elasticidade, extensão da fibra, alta superfície específica, etc.).

[0022] A aplicação de um agente, por exemplo, um agente químico ou biológico a um estágio do processo pode proporcionar uma redução de custos operacionais pela eficiência aperfeiçoada de energia e uso químico otimizado. Ainda, pela introdução de um agente, por exemplo, agente químico, ao processo de fibrilação, o agente pode proporcionar propriedades óticas aperfeiçoadas da polpa refinada, incluindo propriedades de dispersão de luz e opacidade da polpa acentuadas. Um coeficiente de dispersão acentuado pode ser obtido através da contribuição do agente para uma alta superfície específica das fibras. O uso de agentes também pode permitir uma simplificação dos estágios do processo de referido e reduções relacionadas em custos de investimento.

[0023] Outro benefício da aplicação de agentes a um processo de refino é a remoção aumentada de extrativos, que é consideração parti

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8/19 cularmente relevante no refino de espécies de madeira resinosa. Quando da desfibração e abertura da estrutura da fibra de uma madeira resinosa, extrativos da madeira podem ser extrudados da madeira e processados por equipamento de remoção de água a jusante. Outro benefício da aplicação de agentes aqui divulgada é aperfeiçoar a homogeneização de madeiras com densidade e conteúdo de extrativos variados. A adição de agentes também pode aperfeiçoar a capacidade de ligação de madeiras inferiores em 20 por cento ou mais em uma dada abertura. Adicionalmente, o uso de agente pode permitir que componentes da madeira, por exemplo, resíduos de serraria, sejam usados como um material livre de madeira para refino, onde esses componentes não eram utilizáveis previamente.

[0024] As figuras 2 a 7 são fluxogramas da aplicação de um ou mais agentes químicos em um processo de refino mecânico, químicomecânico ou termo-mecânico (coletivamente referido como um refino mecânico). O fluxograma da figura 2 é para um tratamento de refino completo, com produtos químicos e alvejantes, de cavacos de madeira. Os cavacos de madeira 20 são alimentados para um estágio de lavagem de cavacos 22 e transportados para um pré-tratamento de duas etapas, por exemplo, estágio de desfibração 24. A primeira etapa 26 do estágio de pré-tratamento 24 é uma prensa para cavacos pressurizada 26, operando em menos de 200 kPa (2 bar) de pressão manométrica, que é seguida por uma etapa de refino formador de fibras 28, operando em menos do que 300 kPa (3 bar) de pressão manométrica. A imagem fotográfica 30 mostra os cavacos de madeira após a aplicação da prensa para cavacos pressurizada 26 e a imagem 32 mostra os cavacos de madeira após a aplicação da etapa de refino formador de fibras 28. Nesse estágio de pré-tratamento 24, agentes químicos, de preferência, não são adicionados.

[0025] Em seguida ao estágio de pré-tratamento 24, os cavacos

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9/19 de madeira são tratados em um estágio de refino primário (fibrilação) 34 que pode incluir um dispositivo de alimentação pressurizado, um dispositivo de vapor, um refinador mecânico de disco ou cônico, em que o refinador também pode incluir uma linha de sopro (por exemplo, todo o equipamento pressurizado do alimentador até a linha de sopro) e operar em mais do que 300 kPa (3 bar) de pressão manométrica. Um ou mais agentes químicos 36 são adicionados ao estágio de refino primário 34. A adição de agentes químicos no estágio de refino primário pode ser útil na redução do tempo de reação entre o material de madeira e o agente.

[0026] Outra vantagem da adição de um agente químico no estágio de refino primário 34, quando oposto à etapa de pré-tratamento 24, é que os agentes químicos não são espremidos, por exemplo, extrudados dos cavacos de madeira, durante a pressurização dos cavacos de madeira ou por um parafuso de bujão 33 alimentando o refinador primário pressurizado. Através da permissão para que o agentes sejam retidos nas aparas, o agente reage com os cavacos de madeira com uma carga completa do agente químico.

[0027] O(s) agente(s) químico(s) pode(m) incluir produtos químicos de alvejamento, de preferência, MgOH e H₂O₂. Se o agente químico é ou está combinado com licores de alvejamento oxidativos, tais como peróxidos alcalinos, o agente e o alvejante podem ser introduzidos: i) diretamente no refino primário 34; ii) na linha de sopro de refinador primário 35 ou iii) em uma separação entre o refinador primário e a linha de sopro. A adição de licor de alvejamento alcalino como ou com o agente químico na linha de sopro reduzirá ou minimizará a decomposição de agentes de alvejamento oxidativos, tais como H2O2. Contudo, o benefício total da redução de energia e do desenvolvimento da resistência, atribuível ao agente pode não ser realizado a menos que algum ou todo o alcalino seja adicionado durante o estágio de re

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10/19 fino primário. Em conseqüência, os agentes químicos de alvejamento também podem ser adicionados na entrada para o refinador primário e para a linha de sopro para o refinador.

[0028] O agente químico de alvejamento também pode ser descarregado de uma torre de alvejamento inter-estágios 38 entre o refinador primário e as etapas de processamento subseqüentes 40 para acentuar a resposta de brilho da polpa resultante. O uso de agente químico de alvejamento da maneira mostrada na figura 2 pode permite a eliminação ou a redução substancial de outras operações de alvejamento nas etapas de processamento convencionais 40.

[0029] A figura 3 é um fluxograma de um processo de refino mecânico exemplificativo 42 onde a etapa de pré-tratamento (desfibração parcial) 24 é uma etapa única de uma prensa para cavacos pressurizada 26, operando em menos do que duzentos quilopascals (dois bar) de pressão manométrica, seguida por um estágio de refino primário

34. Um parafuso, por exemplo, um parafuso de bujão, move os cavacos da etapa de pré-tratamento 24 para o estágio de refino primário 34. O fluxograma mostrado na figura 3 representa um tratamento de meio com produtos químicos de cavacos de madeira. O estágio de refino primário 34 pode incluir um dispositivo de alimentação pressurizado, um dispositivo de vaporização, um refinador mecânico, incluindo uma linha de sopro 35, em que, de preferência, o equipamento pressurizado do alimentador para a linha de sopro opera em mais de 300 kPa (3 bar) de pressão manométrica e, de preferência, entre 500 e 600 kPa (5 e 6 bar). O estágio de refino primário pode ser segmentado em uma zona interna para desfibração e uma zona externa para fibrilação. Um agente químico 36 é adicionado ao estágio de refino primário 34. Se produtos químicos de alvejamento são adicionados com agente químico, uma torre de alvejamento inter-estágios (ver 38 na figura 2) pode ser incluída para maximizar o brilho da polpa descarregada do estágio

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11/19 de refino primário. Ainda, os produtos químicos de alvejamento também podem ser adicionados à entrada do refinador primário e na linha de sopro do refinador.

[0030] A figura 4 é um fluxograma de um processo 44 que não tem uma etapa de pré-tratamento, tal como mostrado nas figuras 2 e 3. O processo 44 é um tratamento leve com produtos químicos. Neste processo 44, os cavacos 20 do estágio de lavagem de cavacos 22 circulam diretamente para o estágio de refino primário 34, que inclui uma linha de sopro. Nesse processo 44, o estágio de refino primário 22 inclui pelo menos duas zonas de refino distintas, em que a primeira zona de refino é disposta para desfibrar os cavacos de madeira e uma zona de refino subseqüente é disposta para fibrilação das fibras. O estágio de refino primário 34 pode incluir um dispositivo de alimentação pressurizado, um dispositivo de vaporização, um refinador mecânico, incluindo uma linha de sopro, em que, de preferência, o equipamento pressurizado do alimentador para a linha de sopro opera em mais de 300 kPa (3 bar) de pressão manométrica. Agentes químicos de alvejamento também podem ser adicionados na entrada para o refinador primário e na linha de sopro do refinador.

[0031] O agente químico 36, de preferência, ocorre após as placas do refinador de desfibração e antes das placas do refinador de fibrilação externo. Em refinadores cônicos, o produto químico é adicionado, de preferência, após a zona da placa plana de desfibração e antes da zona da placa cônica de fibrilação. Em refinadores de disco plano, o agente químico é adicionado, de preferência, após a zona de desfibração interna plana e antes da zona de fibrilação externa plana das placas do refinador. A maior parte dos refinadores de disco plano tem uma folga circunferencial entre as placas de refinador interna e externa, onde água de diluição ou um agente químico podem ser adicionados.

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12/19 [0032] Produtos químicos de alvejamento podem ser adicionados com ou como o agente químico 36, de um modo similar àquele descrito acima para introdução de um agente de alvejamento com ou como o agente químico. Se os produtos químicos de alvejamento forem adicionados como parte do agente químico, uma torre de alvejamento inter-estágios 39 pode ser incluída entre o estágio de refino primário 34 e as etapas de processamento convencionais 40.

[0033] A figura 5 é um fluxograma de um processo 46 que usa agentes biológicos. Os cavacos de madeira 20 são prensados e alimentados a um estágio de lavagem de cavacos 22 e transportados para um estágio de pré-tratamento de duas etapas 24. O estágio de pré-tratamento inclui um estágio pressurizado 26, que, de preferência, inclui uma prensa de cavacos operando em menos do que 200 kPa (2 bar) de pressão manométrica e uma etapa de refinador formador de fibras 28, de preferência, operando em menos do que 300 kPa (3 bar) de pressão manométrica. O processo 46 introduz o(s) agente(s) biológico(s) 48 no estágio de pré-tratamento 24. O(s) agente(s) biológico(s) pode(m) ser adicionado(s) a um ou a ambos de: (1) a linha de descarga 50 entre a prensa para cavacos pressurizada no estágio pressurizado e a entrada do refinador formador de fibras, na etapa 28, e (2) diretamente no refinador formador de fibras. As linhas de fluxo 52 e as válvulas 54 dirigem o(s) agente(s) biológico(s) para um ou ambos dentre a linha de descarga 50 e o refinador formador de fibras 28. O(s) agente(s) biológico(s) 48 também pode(m) ser adicionado(s) ao processo 46 entre uma prensa de cavacos 20 e o refinador formador de fibras 28 e no refinador formador de fibras.

[0034] Em seguida ao estágio de pré-tratamento 24, uma caixa 56, em que o material de madeira é retido, por exemplo, durante 15 minutos a três horas, para permitir reações continuadas entre o material e o agente biológico. Após a caixa, o material de madeira é transportado

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13/19 para o estágio de refino primário 34, que pode incluir um dispositivo de alimentação pressurizado, um dispositivo de vaporização, um refinador mecânico, incluindo uma linha de sopro, em que, de preferência, o equipamento pressurizado do alimentador para a linha de sopro opera em mais do que 300 kPa (3 bar) de pressão manométrica.

[0035] A figura 6 é um fluxograma de um processo 58 em que os agentes biológicos 48 e os agentes químicos 36 são aplicados ao material de madeira (cavacos) sendo refinado pelo processo. Os cavacos de madeira 20 são prensados e alimentados ao estágio de lavagem de cavacos 22 e transportados para o estágio de pré-tratamento de duas etapas 24. A etapa de cavacos pressurizados 26 pode incluir uma prensa para cavacos pressurizada operando em menos do que 200 kPa (2 bar) de pressão manométrica, seguida por uma segunda etapa de refinador formador de fibras 28, operando em menos do que 300 kPa (3 bar) de pressão manométrica. O(s) agente(s) biológico(s) 48 é(são) adicionado(s) ao estágio de pré-tratamento 24. De preferência, o(s) agente(s) químico(s) não é(são) adicionado(s) ao estágio de prétratamento. Os agentes biológicos também podem ser adicionados ao processo 58 entre a prensa para cavacos 20 e o refinador formador de fibras 28 ou no refinador formador de fibras. Os agentes químicos também podem ser adicionados na entrada da linha de sopro do refino primário.

[0036] Após o estágio de pré-tratamento 24, o material de madeira é processado pelo estágio de refino primário 34, que pode incluir um dispositivo de alimentação pressurizado, um dispositivo de vaporização, um refinador mecânico tendo uma linha de sopro, em que o processo do dispositivo de alimentação pressurizado para a linha de sopro opera, de preferência, em mais do que 300 kPa (3 bar) de pressão manométrica. O agente químico 36 é adicionado no estágio de refino primário. Os agentes químicos podem incluir produtos químicos de al

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14/19 vejamento, de preferência, Mg(OH)₂ e H₂O₂. Se um agente de alvejamento for incluído como ou com o agente químico, algum ou todo o agente químico e o alvejante podem ser adicionados na linha de sopro primária. Se um licor de alvejamento for o único agente químico usado, pelo menos algum ou todo o agente químico será aplicado no refinador primário para acentuar a econômica de energia e o desenvolvimento da resistência da polpa. Se um agente de alvejamento for adicionado, uma torre de alvejamento inter-estágios (veja a figura 4), de preferência, estará entre o estágio de refino primário 34 e as etapas de processamento subseqüentes 40. O uso de agentes de alvejamento como ou com o agente químico adicionado ao estágio de refino primário 34 pode permitir a eliminação ou a redução substancial de estágios de alvejamento nas etapas de processamento convencionais 40.

[0037] A figura 7 é um fluxograma, por exemplo, uma folha de fluxo, de um processo de polpação mecânica exemplificativo 60 em que há pelo menos um agente químico 36. O agente químico é, à guisa de exemplo, um agente de peróxido alcalino aplicado no estágio de refino primário 34 e o processo 60 inclui um estágio de alvejamento interestágios 38. O processo 60 é um processo de refino simplificado em que as simplificações incluem a eliminação de: i) peneiramento pressurizado da polpa da linha principal; ii) remoção de água e refino dos rejeitos de peneira da linha principal; iii) uma retirada de água de filtro de disco para armazenamento de polpa; e iv) uma instalação de pósalvejamento. Através da eliminação de um ou mais desses mecanismos, tipicamente encontrados em processos de polpação mecânica, há uma economia substancial de custos no custo do equipamento instalado, quando comparado com um sistema de polpação termomecânica convencional. Ainda, o processo 60 pode ser proporcionado com custos de produção reduzidos, devido à eliminação de um ou mais dos processos de i a iv, identificados acima.

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15/19 [0038] O uso de agentes, tais como agentes químicos e biológicos, para o estágio de pré-tratamento 24 e o estágio de refino primário 34 aqui descritos, pode simplificar o escopo e a complexidade das etapas do processamento de refino a jusante do estágio de refino primário 34 e, assim, reduzir os custos do equipamento a jusante. O uso de agentes como aqui descrito pode aperfeiçoar a ligação das fibras e reduzir o conteúdo de fragmentos da polpa resultante após o refino na linha principal, de modo que nenhum peneiramento, ou o mínimo, é necessário para o processo de polpação mecânica.

[0039] As etapas de processamento convencionais podem ser realizadas em seguida ao alvejamento inter-estágios. As etapas podem incluir um estágio de prensa de polpa e lavagem 62, etapas secundária e terciária de refino mecânico 64 e 66, realizadas em ou abaixo de 400 kPa (4 bar) de pressão manométrica e um estágio de armazenamento de polpa de consistência média 68, que pode incluir o armazenamento da polpa em uma torre de armazenamento.

[0040] Diversos ensaios foram completados para demonstrar a utilidade da invenção. Esses ensaios são apresentados nos exemplos abaixo:

Ensaio 1:

[0041] A localização da adição de um agente ao processo de polpação será selecionada para maximizar o desenvolvimento de resistência da polpa em uma dada aplicação de energia específica. O exemplo do ensaio 1 compara as polpas produzidas usando o processo com um agente (sulfito ácido) aplicado em duas localizações de adição diferentes; onde uma está no estágio de desfibração e uma segunda está no estágio de fibrilação (refinador primário). A Tabela A apresenta resultados para ambas as séries de refinador interpoladas em uma aplicação de energia específica total de 2400 kWh/ODMT.

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Tabela A. Comparação de Sulfito Ácido aplicado em etapas de desfibração (Formador de Fibras) versus fibrilação (Refinador Primário)
Ponto de Adição Química	Desfibração	Fibrilação
Na2SO3 (%)	3,9	3,7
Índice de Tensão em 2400 kWh/ODMT	39,6	42,7
Conteúdo de fragmentos (%) em 2400 kWh/ODMT	0,04	0,01

[0042] A adição de produto químico na etapa de fibrilação reduziu o tempo de exposição para o sulfito reagir e amolecer a lignina da madeira. O amolecimento das fibras preferencial ocorre dentro do material da parede da fibra, o que, por sua vez, aperfeiçoa o desenvolvimento da fibra.

Ensaio 2:

[0043] O exemplo do ensaio 2 mostra a importância de desfibração de fibra de madeira crescente em seguida à desestruturação dos cavacos. Cavacos de madeira P. taeda foram desfibrados parcialmente em uma prensa para cavacos pressurizada em ambos os exemplos, seguido por aplicação de um agente químico, sulfito de sódio, nas etapas de refino. A Tabela B apresenta ambas as séries do refinador interpoladas em uma abertura de 150 mL.

Tabela B. Efeito da Desfibração Crescente da Fibra de Madeira antes do Tratamento Químico
Na2SO3 (%)	Sem Desfibração de Formador de Fibras	Com Desfibração de Formador de Fibras
	3,3	2,8
Abertura (mL)	150	150
SEC (kWh/ODMT)	2092	1965
Volume (cm³/g)	3,36	3,28
Índice de tensão (Nm. m²/g)	23,9	31,2
Índice de Laceração (Mn.m²/g)	6,8	9l2
Conteúdo de fragmentos (%)	0,02	0,02
Brilho ISO (%)	55,2	54,9

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17/19 [0044] A desfibração aumentada da fibra aperfeiçoa a eficiência da penetração química no material exposto da parede da fibra durante a etapa de refino primário, com a resultante qualidade aperfeiçoada da polpa.

Ensaio 3:

[0045] O exemplo do ensaio 3 demonstra que espécies de madeira inferiores e resíduos de serraria podem ser utilizados para a produção de polpas utilizáveis em papéis de impressão mecânica com menos impacto negativo. O ensaio 3 ilustra o efeito da adição de 29% de resíduos de serraria de P. taeda sobre as propriedades da polpa produzida usando o novo processo. A Tabela C compara as polpas interpoladas em uma abertura de 70 mL.

Tabela C. Efeito da adição de resíduos de serraria (cavacos de madeira em placas)
	Polpa de Referência *	29% de Cavacos de Serraria**	Quarta Coluna 100% de Cavacos de Serraria
NaHSO2 (%)	3,4	3,2	3,1
Abertura (mL)	70	70	70
SEC (kWh/ODMT)	2036	2354	2495
Volume (cm³/g)	2,55	2,69	2,78
Índice de Tensão (Nm/g)	39,6	42,3	39,0
Índice de Laceração (mN.m²/g)	8,1	8,9	9,0
Conteúdo de fragmentos	0,04	0,04	0,04
Brilho ISO (%)	52,5	50,3	48,1
[0046] Em que * indica que o material de alimenl	tação de cava-

cos é produzido de 100 por cento (100%), todos os cavacos de tora de P. taeda e ** indica que o material de alimentação de cavacos é produzido com 29 por centro (29%) de cavacos de P. taeda de serraria

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18/19 (madeira em placas), adicionados a todos os cavacos da tora de P. taeda.

[0047] A polpa resultante, produzida com 29% de cavacos de serraria (madeira em placas) tinha apenas ligeiramente mais volume e menos brilho. O aumento da aplicação de tratamento com sulfito ácido (NaHSO3) pode ser usado para equalizar as propriedades da polpa, tais como volume e brilho com aquelas da polpa de referência.

Ensaio 4:

[0048] O ensaio 4 apresenta agentes químicos alternativos aplicados à etapa de fibrilação (refinador primário) do novo processo. O suprimento de madeira usado para o estudo foi P. taeda, de Tennessee, USA. A Tabela D apresenta series produzidas usando dois tratamentos químicos diferentes, em que os agentes são: 1) uma solução de agente de alvejamento de hidróxido de magnésio (Mg (OH)2), peróxido de hidrogênio (H2O2) e 2) ácido acético. Uma polpa de TMP convencional, produzida dos mesmos cavacos da madeira P. Taeda também está incluída para comparação. Os resultados são interpolados em uma abertura de 150 mL das polpas refinadas secundárias.

Tabela D. Tratamentos Químicos Alternativos
	TMP Convencional	Invenção	Invenção
Tratamento Químico	0	4% de ácido acético	1,5 mg (OH)2 2,4% H2O2
Abertura (mL)	150	150	150
SEC (kWh/ODMT)	2698	2098	1831
Índice de tensão (Nm/g)	28,9	33,4	35,9
Índice de estouro (kPa.m²/g)	1,51	1,69	1,91
Índice de Laceração (Mn.m²/g)	11,5	11,4	11,6

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Coeficiente de dispersão (m²/kg)	44,4	49,0	45,1
Brilho ISO (%)	47,7	36,7	59,7

[0049] Ambos os agentes químicos demonstraram uma capacidade para reduzir, significativamente, o consumo de energia e aumentar as propriedades de resistência da polpa , comparado com a polpa termomecânica (TMP). As séries produzidas com agentes de alvejamento [1,5% de Mg (OH)2 e 2,4% de H2O2] resultaram em um ganho significativo em brilho.

[0050] O brilho de polpas mecânicas de espécies inferiores de madeira com cor escura, portando estruturas de cromóforos, pode ser aumentado quando usando o novo processo em tandem com agentes de alvejamento e/ ou retenção inter-estágios. Essas aplicações aumentam a possibilidade de uso de madeiras inferiores e o escopo de equipamento de alvejamento a jusante.

[0051] Embora a invenção tenha sido descrita em conexão com o que presentemente considerado ser a modalidade mais prática e preferida, deve ser compreendido que a invenção não deve estar limitada à modalidade divulgada, mas, ao contrário, é pretendido cobrir várias modificações e disposições equivalentes incluídas dentro do espírito e do escopo da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho de polpação mecânica caracterizado pelo fato de que compreende:

um dispositivo de desfibração de pré-tratamento (24) configurado para receber material celulósico pulverizado (20) e um agente biológico (48), o material celulósico pulverizado (20) sendo tratado com o agente biológico (48) no dispositivo de desfibração de pré-tratamento (24);

um refinador primário (34) configurado para receber o material celulósico pulverizado (20) descarregado a partir do dispositivo de desfibração de pré-tratamento (24) e configurado para receber um agente químico (36);

uma fonte do agente biológico (48) e uma fonte do agente químico (36); e um conduto (52) a partir da fonte do agente biológico (48) acoplado ao dispositivo de desfibração (28) no dispositivo de desfibração de pré-tratamento (24) e um conduto (52) a partir da fonte do agente químico (36) acoplado ao refinador primário (34), em que o conduto (52) distribui o agente biológico (48) ao dispositivo de desfibração (28) e o conduto distribui o agente químico (36) para o refinador primário (34).
2. Aparelho de polpação mecânica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de desfibração de pré-tratamento compreende uma prensa para cavacos pressurizada (26) operando em uma pressão em ou abaixo de 200 kPa (2 bar) de pressão manométrica e um refinador formador de fibras (28) operando em uma pressão em ou abaixo de 300 kPa (3 bar) de pressão manométrica, e em que o refinador primário (34) opera em uma pressão de 500kPa a 600 kPa (5 a 6 bar) de pressão manométrica.
3. Aparelho de polpação mecânica, de acordo com a reivin-

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2/5 dicação 2, caracterizado pelo fato de que o conduto (52) a partir da fonte está em comunicação de fluido com o refinador formador de fibras (28) e um conduto (50) conectando a prensa para cavacos pressurizada (26) e o refinador formador de fibras (28), em que o agente biológico (48) circula através do conduto (52) para pelo menos um dentre o refinador formador de fibras (28) e o conduto (52) entre o refinador formador de fibras (28) e a prensa para cavacos pressurizada (26).
4. Aparelho de polpação mecânica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma torre de alvejamento recebendo o material celulósico (20) a partir do refinador primário (34).
5. Aparelho de polpação mecânica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material celulósico (20) inclui aparas de madeira.
6. Aparelho de polpação mecânica caracterizado pelo fato de que compreende:

um dispositivo de desfibração de pré-tratamento configurado para receber material celulósico pulverizado (20), o material celulósico pulverizado (20) sendo tratado com o agente biológico (48) no dispositivo de desfibração de pré-tratamento (24);

um refinador primário (34) configurado para receber o material celulósico pulverizado (20) descarregado a partir do dispositivo de desfibração de pré-tratamento (24) e configurado para receber um agente químico (36);

uma fonte de um agente biológico (48) e uma fonte de agente químico (36); e uma entrada para o dispositivo de desfibração de prétratamento para um agente biológico (48);

uma entrada para o refinador primário (34) para um agente

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3/5 químico (36); e um conduto (52) a partir da fonte de agente biológico (48) acoplado à entrada do dispositivo de desfibração de pré-tratamento (24) e um conduto (52) a partir da fonte de agente químico (36) acoplado à entrada do refinador primário (34), em que o conduto (52) distribui o agente biológico (48) ao dispositivo de desfibração de prétratamento (24) e o conduto distribui o agente químico (36) ao refinador primário (34).
7. Aparelho de polpação mecânica, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de desfibração de pré-tratamento compreende uma prensa para cavacos pressurizada (26), operando em uma pressão em ou abaixo de 200 kPa (2 bar) de pressão manométrica e um refinador formador de fibras (28) operando em uma pressão em ou abaixo de 300 kPa (3 bar) de pressão manométrica, e em que o refinador primário (34) opera em uma pressão de 500 kPa a 600 kPa (5 a 6 bar) de pressão manométrica.
8. Aparelho de polpação mecânica, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a entrada para o dispositivo de desfibração de pré-tratamento está em comunicação de fluido com o refinador formador de fibras (28) e com um conduto (50) conectando a prensa para cavacos pressurizada (26) e o refinador formador de fibras (28).
9. Aparelho de polpação mecânica, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma torre de alvejamento recebendo o material celulósico (20) a partir do refinador primário (34).
10. Aparelho de polpação mecânica, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o material celulósico pulverizado (20) inclui aparas de madeira.
11. Aparelho de polpação mecânica, de acordo com a rei

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4/5 vindicação 6, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um dispositivo de lavagem de cavacos descarregando o material celulósico pulverizado (20) no dispositivo de desfibração de pré-tratamento.
12. Método de polpação mecânica, realizado por um aparelho como definido na reivindicação 1 ou 6, caracterizado pelo fato de que compreende:

desfibrar um material celulósico pulverizado (20) em uma etapa de pré-tratamento (24) e primeiro introduzir um agente biológico (48) ao material celulósico pulverizado (20) durante a etapa de prétratamento (24) do material celulósico pulverizado (20);

refinar mecanicamente o material celulósico desfibrado (20) em uma etapa de refino primário (34) e introduzir um agente químico (36) dentro do material celulósico pulverizado (20) durante a etapa de refino primário (34); e emitir um material celulósico refinado e desfibrado (20) a partir da etapa de refino primário (34).
13. Método de polpação mecânica, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que introduzir o agente químico (36) inclui introduzir um agente químico alvejante (36).
14. Método de polpação mecânica, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o material celulósico pulverizado (20) inclui aparas de madeira e a etapa de pré-tratamento (24) inclui um estágio de prensa para cavacos pressurizada (26), o método ainda compreendendo a etapa de receber um estágio de refinador formador de fibras (28), o material celulósico emitido a partir do estágio de prensa para cavacos (26).
15. Método de polpação mecânica, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que introduzir o agente biológico (48) inclui introduzir o agente biológico (48) a pelo menos dentre diretamente no estágio do refinador formador de fibras (28) e entre o

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5/5 estágio de prensa para cavacos pressurizada (26) e o estágio do refinador formador de fibras (28).
16. Método de polpação mecânica, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o material celulósico pulverizado (20) inclui cavacos de madeira e a etapa de pré-tratamento (24) converte pelo menos 40% de fibras de madeira intactas nos cavacos de madeira para fibras bem separadas e a etapa de refino primário (34) converte o material celulósico pulverizado (20) em pelo menos 90% de fibras fibriladas.