BRPI1006378B1

BRPI1006378B1 - Processo para a produção de celulose alcalina

Info

Publication number: BRPI1006378B1
Application number: BRPI1006378-1A
Authority: BR
Inventors: Matthias Sprehe; Bettina Hoelzer
Original assignee: Dow Global Technologies Llc
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2010-01-08
Publication date: 2019-09-17
Also published as: BRPI1006378A2; US20120041187A1; US8993747B2; KR20110128882A; WO2010101667A1; CN102307906A; JP2012519746A; KR101690097B1; CN102307906B; EP2403881A1; JP5706344B2; EP2403881B1

Abstract

processo para a produção de celulose alcalina a presente invenção refere-se a um processo para a produção de celulose alcalina e, opcionalmente, de éteres de celulose a partir de celulose na presença de uma base e, se aplicável, com agente de alquilação e/ou de hidroxialquilação compreendendo a reação de celulose com um hidróxido de metal alcalino, sendo que se mistura o hidróxido de metal alcalino com celulose num aparelho de misturação, o aparelho de misturação (1) tendo uma região superior (20, 102a, 202a) com uma primeira seção transversal e uma região inferior (21, 102b, 202b) com uma segunda seção transversal, a segunda seção transversal sendo a mesma ou menor que a primeira seção transversal e compreendendo pelo menos um dispositivo de misturação orientado não horizontalmente (23, 27, 121, 221, 224).

Description

[0001] Esta invenção refere-se a um processo para a produção de celulose alcalina e, opcionalmente, derivados de celulose.

Histórico da invenção [0002] Os derivados de celulose, tais como os éteres de celulose são convencionalmente preparados em dois estágios, isto é, (1) um estágio de alcalinização no qual um hidróxido de metal alcalino reage com celulose para preparar uma celulose alcalina, e (2) um estágio de derivatização, preferivelmente um estágio de eterificação, no qual um agente de derivatização, tal como um agente de eterificação reage com a celulose alcalina para formar o derivado de celulose. Algumas vezes se adicionam, num ou em ambos os estágios, dispersantes ou solventes para se obter melhor misturação. Tipicamente, celulose finamente dividida reage num primeiro estágio com uma solução alcalina, por exemplo, hidróxido de metal alcalino, a solução alcalina geralmente é aspergida sobre as fibras de celulose e reage com as mesmas numa reação de alcalinização para formar a celulose alcalina. Preferivelmente, a celulose alcalina reage num segundo estágio com um agente de eterificação numa reação de eterificação para formar o éter de celulose.

[0003] Na reação de alcalinização, agita-se vigorosamente o reator, por exemplo, um meio reagente heterogêneo, para misturar o hidróxido de metal alcalino e a celulose tão uniformemente quanto possível e, geralmente executa-se a reação numa baixa temperatura, frequentemente temperatura ambiente.

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2/27 [0004] As reações de celulose ocorrem em condições heterogêneas. Portanto, a acessibilidade das unidades de anidroglicose (AGU's) influencia em grande grau a reatividade da celulose nas várias reações. Há muito tempo é sabido que a reatividade da celulose é melhorada substancialmente ou mesmo tornada possível por um processo de ativação com uma solução de hidróxido de sódio. Aqui, a ajuda da ativação é para aumentar a taxa de reação ou o grau máximo atingível de substituição na reação subsequente da celulose e para atingir uma distribuição de substituinte mais uniforme e acessibilidade completa das unidades de anidroglicose.

[0005] Como se mencionou, o ativador mais frequentemente usado é uma solução de hidróxido de sódio que, sendo um agente de inchamento intrafibrilar, causa mudança estrutural das unidades fibrilares da celulose. Além disso, além do enfraquecimento estrutural da celulose, a presença de íons hidroxila é requerida em numerosas reações de celulose, tal como, por exemplo, a formação de carboxi metil celuloses, metil celuloses, hidroxialquil celuloses, hidroxialquil metil celuloses ou xantogenatos de celulose. Deseja-se muito a alcalinização uniforme para a qualidade de produto que se esforça para obter.

[0006] Metil celulose e seus ésteres mistos compreendendo grupos metoxila são tipicamente preparados num processo de múltiplos estágios. No primeiro estágio, a celulose usada é moída até um espectro desejado de tamanhos de partículas. No segundo estágio, a celulose moída é misturada intimamente com uma solução aquosa, preferivelmente uma solução aquosa concentrada de um hidróxido de metal alcalino, em particular hidróxido de sódio, num misturador e ativada para produzir

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3/27 celulose de metal alcalino. Os processos conhecidos são alcalinização por aspersão numa unidade de misturação apropriada na qual a celulose moída é aspergida com uma solução de hidróxido de metal alcalino. Num processo de lama (pasta semifluida), a celulose moída é suspensa num meio de suspensão e depois, adiciona-se o hidróxido de metal alcalino. Num processo de alcalinização de pasta semifluida, a celulose é suspensa numa solução de hidróxido de sódio e depois passada através de prensas mecânicas ou prensas de tambor com peneira para remover o excesso de soda cáustica. No terceiro estágio, efetua-se uma reação heterogênea com um haleto de alquila a ser adicionado, tal como, por exemplo, cloreto de metila ou cloreto de etila, e com um agente de hidroxialquilação, tal como óxido de etileno e/ou óxido de propileno e/ou óxido de butileno. Estágios adicionais de processo podem compreender a purificação do éter de celulose, moagem e/ou secagem.

[0007] Na produção industrial de MC (metil celulose) e MHAC (metil hidroxialquil celulose) a alcalinização, e em particular a eterificação com agente de eterificação, tais como, por exemplo, cloreto de metila, cloreto de etila, óxido de etileno, óxido de propileno e/ou óxido de butileno, compreende estágios de reação exotérmica com considerável geração de calor. Uma vez que meios de suspensão, tais como, por exemplo, éter dimetílico e/ou cloreto de metila são usualmente empregados num processo de pasta semifluida (lama), o aumento na temperatura está associado com um aumento simultâneo de pressão. Como a alcalinização usualmente ocorre em pressão atmosférica ou pressão ligeiramente super-atmosférica, a reação pode, portanto, ser

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4/27 dividida numa sequência de processo em baixa pressão (alcalinização) e em alta pressão (eterificação).

[0008] Para uma faixa muito ampla de campos de uso, preparam-se éteres de celulose tendo diferentes graus de substituição. A substituição de alquila é geralmente descrita em química de éter de celulose pelo DS. O DS é o número médio de grupos OH substituídos por unidade de anidroglicose. A substituição de metila é declarada, por exemplo, como DS(M). Usualmente, a substituição de hidroxialquila é descrita pelo MS. O MS é o número médio de mols do reagente de eterificação que forma ligações tipo éter por mol de unidade de anidroglicose. A eterificação com reagente de eterificação óxido de etileno é declarada, por exemplo, como MS(HE), e a eterificação com reagente de eterificação óxido de propileno é declarada como MS(HP). Efetua-se a determinação dos grupos laterais pelo método de Zeisel (literatura: G. Bartelmus e R. Ketterer, Z. Anal. Chem. 286 (1977) 161-190).

[0009] Várias propriedades dos produtos são estabelecidas via o grau de eterificação e o tipo de substituintes, tais como, por exemplo, o ponto de floculação térmica, a solubilidade, a viscosidade, a capacidade de formação de película, a capacidade de retenção de água e a resistência adesiva. Empregam-se MC e MHAC em diferentes campos de uso, por exemplo, como reguladores de consistência e auxiliares de processamento em sistemas de material de construção a base de dispersão e mineral ou na produção de composições cosméticas e farmacêuticas. Os éteres de celulose tendo elevados graus de substituição também são apropriados como espessantes para solventes orgânicos.

[0010] Divulga-se um panorama geral dos fundamentos

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5/27 químicos e princípios de produção (processos de produção e etapas de processo) e uma lista de substâncias e descrição das propriedades e usos potenciais dos vários derivados, por exemplo, em Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Makromolekulare Stoffe [Métodos de Química Orgânica, Substâncias Macromoleculares], 4^a edição, volume E20, página 2042 (1987) .

[0011] Embora os éteres de celulose, como um produto final com um grau apropriado de substituição, sejam usualmente solúveis em água numa temperatura abaixo da temperatura de dissolução, uma pequena fração insolúvel é usualmente retida, o que causa turbidez da solução. Esta turbidez é causada principalmente por fibras de celulose insolúveis que não foram suficientemente ativadas pelo hidróxido de metal alcalino e que adquiriram um menor grau de substituição. A extensão da turbidez e da proporção de fibras não dissolvidas tem um efeito adverso sobre o grau de utilização dos éteres de celulose em determinados campos de uso. Por exemplo, podese mencionar aqui, o uso de éteres de celulose para a produção de cápsulas duras transparentes no setor farmacêutico. Também se requer um baixo teor de fibras no uso de éteres de celulose em extrusão cerâmica para conversores catalíticos automotivos, a fim de evitar possíveis defeitos de material. É muito desejável alcalinização muito eficiente e uniforme para a produção de um éter de celulose substituído homogeneamente tendo uma pequena fração de fibras insolúveis.

[0012] Além disso, o acoplamento de etapas de processo de baixa pressão e alta pressão resulta em aumento das exigências de equipamento. Usualmente, tambores cilíndricos horizontais resistentes à pressão equipados com um eixo

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6/27 central horizontal com elementos de misturação específicos, tais como relhas, lâminas Becker, lâminas T, pás, espirais de misturação ou fitas de misturação, são usados na produção de éteres de celulose para a alcalinização e/ou para a eterificação heterogênea. Exemplos de tais reatores de misturação que seguem o princípio de misturadores intensivos ou de curso (velocidades de rotor acima da velocidade crítica o que significa que as partículas são arremessadas para fora do leito de material) são Reaktor DVT DRUVATHERM® ou All in One Reactor® TR de Gebr. Lodige Maschinenbau GmbH, Alemanha. Além disso, alguns dos misturadores de reação são equipados com granuladores, comumente projetados como picadores ou rotores de corte a fim de atingir um afeito adicional de misturação ou uma boa distribuição de um aditivo. Para resfriamento ou aquecimento eficaz, estes misturadores são tipicamente providos com uma camisa dupla ou bobinas de resfriamento/aquecimento. Também são conhecidas incorporações tendo condensadores fixos e condensadores externos.

[0013] Com respeito à otimização de alcalinização, foram adotadas várias abordagens no passado. Neste contexto, divulga-se uma distribuição melhorada da solução de hidróxido de sódio pré-misturando com um agente de eterificação num pulverizador antes de misturar com celulose (patente U.S. n° 4.845.206 A). Além disso, descreve-se a alcalinização melhorada em resposta à adição de tensoativos (patente U.S. n° 7.361.753). Nestes processos, a alcalinização por aspersão em baixa pressão ocorre em recipientes de reação resistentes à pressão. É indesejável o uso de um reator resistente à pressão complexo e caro para uma alcalinização em baixa pressão quando se deseja uso ótimo de aparelho e utilização

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7/27 de planta.

[0014] Foi publicado um número de pedidos de patentes que tratam do tema de alcalinização otimizada para reduzir o teor de fibras não dissolvidas. Descrevem-se etapas separadas de alcalinização em aparelhos apropriados. Descreve-se a implementação de um processo em lama para alcalinização com remoção a jusante de base e a implementação de uma alcalinização por aspersão contínua a montante numa faixa muito ampla de unidades. Por exemplo, usam-se aqui transportadores de caçambas (US 2007/0149773 A1), amassadores (US 2002/0099203 A1) , filtros de pressão rotatórios (US 2— 7/0144692 A1) , misturadores de alta intensidade (US 2006/0287518 A1) ou transportadores de rosca sem fim (US 2007/0149773 A1). A alimentação uniforme de solução de hidróxido de sódio para um fluxo contínuo e constante de massa de celulose garantindo ao mesmo tempo misturação completa é o objetivo da alcalinização contínua divulgada nestas publicações. Nestas publicações, não se divulga a vantagem do desacoplamento de etapas de processo de baixa pressão e de alta pressão. Além disso, enfatizam-se as restrições críticas de introduzir continuamente e garantir um fluxo constante de massa de celulose para atingir uma concentração constante e uniforme de hidróxido de sódio em todas as partes da celulose.

[0015] Descrevem-se outros processos para a produção de metil hidroxialquil celulose, entre outros, em US 2005/0240016 A1 e em US 3.388.082 A, US 4.456.751 A, US

4.477.657 A, e US 3.839.319 A.

[0016] Portanto é um objetivo da presente invenção prover um processo que otimize a produção de celulosa alcalina. É um

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8/27 objetivo da presente invenção prover um processo que garanta alcalinização homogênea e/ou uniforme da celulose a fim de se obter no processo de derivatização seguinte derivados de celulose substituídos homogeneamente. Os processos de derivatização preferidos são etapas de alquilação e/ou de hidroxialquilação para produzir éteres de celulose substituídos homogeneamente e/ou uniformemente.

Sumário da invenção [0017] Soluciona-se o objetivo técnico com um processo para a produção de celulose alcalina compreendendo a reação de uma celulose com um hidróxido de metal alcalino de acordo com a reivindicação 1 na qual se mistura o hidróxido de metal alcalino com celulose num aparelho de misturação, o aparelho de misturação tendo uma região superior com uma primeira seção transversal e uma região inferior com uma segunda seção transversal, a segunda seção transversal sendo igual ou menos que a primeira seção transversal e compreendendo pelo menos um membro de misturação orientado não horizontalmente.

[0018] Soluciona-se também o objetivo técnico por uso de um aparelho de misturação para produção de celulose alcalina e/ou para a produção de derivados de celulose, sendo que o aparelho de misturação tem uma região superior com uma primeira seção transversal e uma região inferior com uma segunda seção transversal, a segunda seção transversal sendo igual ou menor que a primeira seção transversal e compreendendo pelo menos um dispositivo de misturação móvel por e/ou em torno de um eixo de rotação orientado não horizontalmente, preferivelmente um dispositivo de misturação de eixo único contínuo ou dividido orientado não horizontalmente e centralmente.

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9/27

Breve descrição dos desenhos [0019] A figura 1 ilustra uma primeira incorporação de um aparelho de misturação de acordo com a presente invenção compreendendo um misturador vertical com uma parte superior cilíndrica e uma parte inferior cônica;

[0020] A figura 2 ilustra uma segunda incorporação de um aparelho de misturação de acordo com a presente invenção compreendendo um misturador vertical de forma cônica; e [0021] A figura 3 ilustra uma terceira incorporação de um aparelho de misturação de acordo com a presente invenção compreendendo um misturador vertical de forma cilíndrica. Descrição detalhada da invenção [0022] A invenção refere-se a um processo para a produção de celulose alcalina compreendendo a reação de uma celulose com um hidróxido de metal alcalino, na qual preferivelmente se adiciona uma solução aquosa do hidróxido de metal alcalino numa quantidade suficiente para alcalinização parcial ou total da celulose num ponto de alimentação da celulose preferivelmente num aparelho de misturação vertical e se mistura totalmente com a celulose, preferivelmente por meio de um fluxo em anel. No sentido da presente invenção, vertical significa essencialmente na direção do eixo longitudinal ou extensão, respectivamente, do aparelho de misturação. O fluxo em anel provê uma misturação convectiva onde as velocidades de rotor são baixas e se atinge por deslocamento o movimento das partículas pelos elementos de misturação. O princípio de misturação se chama misturação convectiva. Este princípio de misturação convectiva difere de um misturador de relha horizontal padrão também chamado de misturador de curso ou misturador intensivo em que

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10/27 velocidades de rotor nestes misturadores horizontais padrão são superiores à velocidade crítica, o que significa que as partículas são lançadas para fora do leito de materiais.

[0023] O aparelho de misturação tem uma região superior com uma primeira seção transversal e uma região inferior com uma segunda seção transversal; a segunda seção transversal na região inferior é preferivelmente menor que a seção transversal na região superior. O aparelho de misturação pode compreender uma seção cônica orientada verticalmente; a seção cônica orientada verticalmente sendo provida na parte inferior do aparelho de misturação. Assim, o aparelho de misturação compreende preferivelmente uma parte cônica arranjada verticalmente. O aparelho de misturação 1 compreende preferivelmente um dispositivo de misturação giratório por um eixo orientado verticalmente e essencialmente central.

Mais preferivelmente, o aparelho de misturação compreende um misturador convectivo vertical, também chamado de misturador vertical, caracterizado pelo fato de efetuar preferivelmente misturação tridimensional do conteúdo de misturador por um dispositivo de misturação via um só eixo dividido ou contínuo ou eixo duplo arranjado centralmente e verticalmente ou planetariamente fixado por um braço orbital. Com respeito à sua extensão longitudinal, o aparelho de misturação pode compreender também um dispositivo de misturação orientado diagonalmente sendo capaz de girar em trono de um eixo vertical. O dispositivo de misturação de eixo único está preferivelmente na forma de um fuso ou hélice única ou dupla ou está equipado com lâminas de misturação ou pás de misturação.

[0024] Mais preferivelmente, essencialmente o conteúdo

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11/27 total de misturador sofre misturação completa contínua, preferivelmente misturação convectiva, tal como misturação em anel na mesma direção. O fluxo em anel característico passa preferivelmente através de uma seção transversal estreita, tal como, por exemplo, uma ou mais regiões cônicas. Preferivelmente, adiciona-se o hidróxido de metal alcalino na celulose num ponto de alimentação numa região do aparelho de misturação tendo uma seção transversal de redução, preferivelmente uma seção transversal de redução cônica. Especialmente, efetua-se a adição do hidróxido de metal alcalino no dispositivo de misturação via um bocal ou lança.

Preferivelmente, adiciona-se o hidróxido de metal alcalino no dispositivo de misturação como uma solução aquosa. Alternativamente, o hidróxido de metal alcalino pode ser adicionado em forma sólida, tal como em pelotas, numa composição aquosa de celulose.

O bocal ou lance é preferivelmente um bocal de jato uniforme, bocal cônico, bocal em leque, bocal cônico oco, bocal de cone maciço, bocal binário ou bocal de jato plano. As celuloses alcalinas preferidas são celulose de potássio ou, mais preferivelmente, celulose de sódio.

[0025] Preferivelmente, adiciona-se o hidróxido de metal alcalino na celulose num ponto de alimentação na região inferior do aparelho de misturação. Preferivelmente, o ponto de alimentação do hidróxido de metal alcalino localiza-se na região da seção transversal estreita tal que a misturação do hidróxido de metal alcalino com os outros componentes da mistura seja mais eficaz. A distribuição do hidróxido de metal alcalino, preferivelmente da solução de hidróxido de sódio é promovida preferivelmente por um rotor de misturação

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12/27 ou corte na vizinhança do ponto de alimentação do hidróxido de metal alcalino. Além disso, o aparelho de misturação é opcionalmente refrigerado por uma camisa de resfriamento ou bobinas de resfriamento capazes de resfriar o conteúdo do aparelho de misturação durante a misturação e/ou o aparelho de misturação pode ser operado numa atmosfera inerte (por exemplo, estanque de vácuo), e/ou o aparelho de misturação é projetado para ser resistente a surtos de pressão para reações de pressão a jusante tal que quaisquer surtos de pressão não destruirão o aparelho de misturação ou perturbarão o processo de misturação.

[0026] Por exemplo, um misturador vertical típico escolhido consiste de uma parte cilíndrica e uma parte de redução cônica na direção do fundo ou saída inferior. O membro de misturação principal consiste de uma unidade de misturação helicoidal tendo um eixo de misturador arranjado centralmente apoiado no topo. Com o auxílio do transportador helicoidal, o material é transportado num fluxo em anel sobre a parede do recipiente numa direção ascendente e retorna descendentemente na vizinhança do eixo de agitados. Além disso, o misturador vertical é equipado com bocais de alimentação no topo do recipiente e na região cônica. Na região cônica, há também uma misturação adicional pela operação de um rotor de misturação ou corte.

[0027] Exemplos de aparelhos de misturação vertical que seguem o princípio de misturação convectiva, preferivelmente com um fluxo em anel são: o misturador de eixo único cônico tipo AM obtenível de Amixon GmbH, o secador Vrieco-Nauta tipos CT e LFC/MATERIAL FOTOCROMÁTICO ou misturador de cone truncado obtenível de Hosokawa Micron Ltd., o misturador de

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13/27 massa vertical tipo VSM e VGM obtenível de ou o misturador cônico tipo HVW obtenível

Ekato Systems GmbH de AVA-Huep GmbH &

Co. KG.

[0028]

Contrária à opinião dominante de acordo com a qual uma distribuição eficiente da solução de hidróxido de metal alcalino é atingível aspergindo sobre a superfície circular da celulose moída no topo do reator, a invenção adota a abordagem de introduzir a solução de hidróxido de metal alcalino no material a granel, preferivelmente na região cônica do misturador.

[0029]

A vantagem da alcalinização, por meio de um fluxo em anel direcionado, é distribuição intensiva, rápida e uniforme da solução de hidróxido de metal alcalino. O anel interno simplifica distribuição uniforme da solução de hidróxido de metal alcalino adicionando continuamente o hidróxido de metal alcalino para o lote revolvido permanentemente (fluxo em anel) de celulose moída. A vantagem

da alcalinização	no
material	rápida	e
quantidade	mínima	de

durante a misturação.

resíduos e um mínimo misturador vertical é a descarga de substancialmente completa com uma de espaços mortos

Além disso, pode-se minimizar o espaço entre parede e ferramentas de misturação.

Isto contrasta com os misturadores alongados orientados horizontalmente que exibem flexão do eixo horizontal e a necessidade de um espaço maior entre a parede e as ferramentas de misturação.

[0030] Preferivelmente, executa-se a alcalinização de celulose com um hidróxido de metal alcalino, tal como hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio, em solução aquosa, preferivelmente com uma solução de hidróxido de sódio a 35-60% em peso, particularmente com uma solução de

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14/27 hidróxido de sódio a 48-52% em peso.

[0031] Antes, durante ou após a alcalinização, adiciona-se opcionalmente, um meio de suspensão, por exemplo, uma mistura de éter dimetílico e cloreto de metila, na mistura. Um meio de suspensão contribui para melhorar a misturação e age como um auxiliar de misturação. Além disso, pode-se usar um meio de suspensão como um meio de transferência de calor para resfriamento e aquecimento mais rápidos. Adicionalmente, a adição do meio de suspensão neste estágio pode ser executada para impedir uma etapa de carregamento separada tal que a combinação de etapas possa economizar tempo.

[0032] A alcalinização da celulose é efetuada preferivelmente com 0,8 a 7,0 equivalentes de hidróxido de metal alcalino por AGU (unidade de anidroglicose), de modo particular, preferivelmente com 1,4 a 6,0 equivalentes de hidróxido de metal alcalino por AGU. O hidróxido de metal alcalino preferido é NaOH. Geralmente, executa-se a alcalinização em temperaturas de 15 a 50°C, preferivelmente entre cerca de 25 e 45°C, e por 5 a 80 minutos, preferivelmente de 10 a 60 minutos.

[0033] Além disso, a invenção refere-se a um processo para a produção de derivados de celulose, preferivelmente éteres de celulose, mais preferivelmente em escala de produção, a partir de celulose alcalina que se obtém de acordo com o processo descrito acima e compreendendo ainda uma reação da celulose alcalina com um ou mais agentes de derivatização para a produção de derivados de celulose. Preferivelmente, o agente de derivatização é um agente de alquilação e/ou de hidroxialquilação.

[0034] Numa incorporação preferida da invenção, executa-se

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15/27 uma alcalinização por aspersão num misturador vertical separado tal como se discutiu acima, tendo, preferivelmente um dispositivo de misturação central, antes da derivatização, tal como alquilação e/ou alcoxilação ocorre num recipiente de reação resistente à pressão separado. Mais preferivelmente, o recipiente de reação utilizado para alquilação e/ou alcoxilação é resistente à pressão e vácuo. Surpreendentemente, descobriu-se que se podem obter derivados de celulose tendo turbidez reduzida ainda uniforme e ainda conteúdo reduzido de fibras insolúveis se a alcalinização por aspersão for executada num misturador vertical separado tal como se descreveu acima e a derivatização ocorrer subsequentemente num reator resistente à pressão separado. Além disso, este processo permite um ciclo de tempo de batelada reduzido para o recipiente de reação resistente à pressão e daí melhor utilização do aparelho. Ademais, há redução de custos de capital devido à separação de processos em baixa pressão e alta pressão. Finalmente, devido á alcalinização externa o tempo de ocupação de reator pode ser reduzido resultando na possibilidade de reforço de plantas existentes.

[0035] As reações de alquilação e/ou hidroxialquilação são exotérmicas e, preferivelmente, ocorrem numa pressão elevada de até 15 a 30 bar. Numa suspensão com menor conteúdo de sólidos podem ser atingidas pressões menores. A alcalinização é exotérmica e pode ser operada a vácuo, em pressão ambiente e na presença de componente de baixo ponto de ebulição (por

exemplo,	éter dimetílico e/ou cloreto de metila) também em
pressões	mais elevadas. Portanto, no processo acima para a
produção	de éteres de celulose, o aparelho de misturação

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16/27 vertical pode ser resistente à pressão ou não-resistente à pressão dependendo do procedimento de fabricação pretendido da produção em múltiplas etapas dos éteres de celulose. No caso em que o aparelho de misturação é resistente à pressão, a celulose alcalina pode reagir com o agente de alquilação e/ou de hidroxialquilação no aparelho de misturação ou pode ser transferido para outro recipiente de reação resistente à pressão, e lá reagir com o agente de alquilação e/ou de hidroxialquilação. Alternativamente, se o aparelho de misturação não for resistente à pressão, a celulose alcalina será transferida preferivelmente para um recipiente de reação resistente à pressão e lá reagir com o agente de alquilação e/ou de hidroxialquilação.

[0036] No processo para a produção de éteres de celulose de acordo com a presente invenção o agente de alquilação é, preferivelmente, um haleto de alquila, tal como cloreto de metila ou cloreto de etila, e/ou o agente de hidroxialquilação é, preferivelmente, um óxido de alquileno, tal como óxido de etileno, óxido de propileno ou óxido de butileno, ou combinações dos mesmos. Combinação dos mesmos significa que podem ser produzidos éteres de celulose tendo um ou mais grupos alquila diferentes e/ou um ou mais grupos hidroxialquila diferentes.

São exemplos de éteres de celulose obteníveis pelo processo da presente invenção: alquil celuloses, hidroxialquil alquil celuloses ou hidroxialquil celuloses, em particular, metil celulose, metil hidroxietil celulose, metil hidroxipropil celulose, hidroxietil celulose, etil hidroxietil celulose, metil etil hidroxietil celulose, metil hidroxietil hidroxipropil celulose, metil hidroxietil hidroxibutil celulose ou éteres de celulose que compreendem

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17/27 ao mesmo tempo grupos metila e cadeias laterais hidrofóbicas mais longas.

[0037] A fim de controlar o tipo e o grau das substituições na celulose, as etapas de reação no processo da invenção podem ser repetidas e adaptadas independentemente ao tipo e grau desejados de substituição. Por exemplo, o processo pode ser executado de tal modo que se efetue alcalinização parcial, seguida por eterificação parcial, seguida por uma alcalinização parcial adicional e outra eterificação.

[0038] Nas incorporações seguintes da invenção descreverse-á adicionalmente por referência aos desenhos, nos quais:

[0039] A Figura 1 mostra uma primeira incorporação de um aparelho de misturação 1 compreendendo um misturador vertical 2. O misturador vertical 2 tem uma parte cilíndrica superior 20 e uma parte de redução inferior 21. Na região fronteiriça entre as partes 20, 21 provê-se uma válvula de entrada 22 na parte de redução inferior 21 para inserir o hidróxido de metal alcalino e componentes ou reagentes adicionais no misturador vertical 2. Provê-se também um dispositivo de misturação 23 com um rotor 24 nesta região inferior do misturador vertical 2 próximo da válvula de entrada 22 para distribuir os materiais inseridos via a válvula de entrada 22.

[0040] O misturador vertical 2 compreende ainda um eixo rotacional vertical 25 conectado a um motor 26 e tendo um dispositivo de misturação 27 móvel girando o eixo 25. O eixo vertical 25 se estende centralmente através de todo o misturador vertical 2.

[0041] O misturador vertical 2 compreende também uma

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18/27 abertura de entrada 28 para inserir um lote de celulose moída e uma abertura de entrada 29 para inserir meios inertes, por exemplo, N₂. As aberturas de entrada 28 e 29 são providas na extremidade superior da parte cilíndrica 20.

[0042] O aparelho de misturação 1 compreende ainda um reator de misturação 3 conectado na extremidade inferior do misturador vertical 2. O reator de misturação é um reator de misturação horizontal cilíndrico resistente à pressão e compreende um eixo rotacional 30 estendendo-se através de todo o reator de misturação e compreendendo alguns meios de misturação 31 conectados ao eixo 30 e um motor 32 para girar o eixo 30 que se estende horizontalmente. O reator de misturação 3 compreende ainda uma abertura de entrada 33 para inserir o agente de hidroxialquilação e/ou o agentes de alquilação e/ou o meio de suspensão e componentes ou reagentes adicionais.

[0043] De acordo com a Figura 2, o aparelho de misturação 1 compreende um misturador vertical cônico 102. A seção transversal da seção superior 102a é, portanto, mais larga que a seção transversal da seção inferior 102b do misturador vertical 102. O misturador vertical 102 compreende uma válvula de entrada 120 em sua região inferior para inserir o hidróxido de metal alcalino e componentes ou reagentes adicionais. Ele compreende ainda um tipo especial de dispositivo de misturação 121 que gira em torno de dois eixos 122, 123. O eixo 122 se estende essencialmente paralelo ao invólucro cônico 124 do misturador vertical enquanto que o segundo eixo 123 é principalmente um eixo central do misturador vertical. Entretanto, este eixo 123 não se estende através de toda a carcaça do misturador vertical, mas se

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19/27 estende apenas através de uma pequena parte dele e depois se curva horizontalmente para se conectar co outro eixo 122. Pode-se prover também um meio de conexão estendendo-se horizontalmente pata conectar o eixo curto 123 e o eixo mais longo 122. As setas 125, 125 mostram as rotações dos eixos 122, 123. O eixo 123 está conectado a um motor 129 para mover este eixo. Este motor ou um motor adicional pode girar também o outro eixo 122 ou o eixo 122 pode girar automaticamente quando girar o eixo 123.

[0044] O misturador vertical 102 compreende também uma abertura de entrada 128 para inserir um lote de celulose moída e uma abertura de entrada 129 para inserir um meio inerte, por exemplo, N2.

[0045] O reator de misturação é igual àquele descrito acima com respeito à Figura 1.

[0046] De acordo com a Figura 3, o aparelho de misturação 1 compreende um misturador vertical cilíndrico 202. A seção transversal da seção superior 202a do misturador vertical 202 é, portanto, essencialmente a mesma seção transversal da seção inferior 202b do misturador vertical 202. O misturador vertical 202 compreende uma abertura ou válvula de entrada

220 na região inferior do misturador para fornecer hidróxido de metal alcalino e componentes ou reagentes adicionais.

Próximo da abertura ou válvula de entrada dispositivo de misturação 221 compreendendo

220 provê-se um um motor 22 para girar o dispositivo de misturação. De acordo com a incorporação na Figura 3, dispositivo de misturação 221 provê abaixo a abertura ou válvula 220.

Provê-se este dispositivo de misturação 221 para pré-distribuir o material inserido. Para a misturação dos materiais no misturador

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20/27 vertical 202 provê-se ainda um dispositivo de misturação 224 circundando um eixo vertical 225. O eixo rotacional vertical

225 está	conectado a um motor 226 para girar o eixo.
[0047]	O	misturador vertical 202 compreende ainda	uma
abertura	de	entrada 227	para inserir um lote de celulose
moída e	uma	abertura de	entrada 228 para inserir um	meio
inerte,	por	exemplo, N2.	Ambas as aberturas 227, 228	são
providas	na	parte superior	do misturador vertical 202.

[0048] De acordo com a incorporações mostradas nas Figuras 1 e 2, a incorporação de um aparelho de misturação de acordo com a Figura 3 compreende também um reator de misturação 3.

[0049] Os exemplos seguintes ilustram adicionalmente o processo para produzir celulose alcalina de acordo com a presente invenção por uso de um respectivo aparelho de misturação como aqueles descritos acima. Os exemplos não foram construídos para limitar a abrangência da presente invenção.

Exemplos [0050] Após experimentos iniciais de misturação para estabelecer os parâmetros operacionais ótimos como velocidade de agitador, duração de misturação, geometria e posição de bocal, executou-se a produção de diferentes éteres de celulose com o auxílio do misturador vertical para alcalinização externa. Em particular, os parâmetros de alcalinização e os tipos de matérias-primas de celulose usados variaram. Para comparação dos resultados, os éteres de celulose também foram produzidos de acordo com um processo comparativo num misturador horizontal.

[0051] Determinação da turbidez: Usando um fotômetro Nephla LPG 239, de Dr. Lange Company, Alemanha, incide-se um

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21/27 feixe de luz filtrada com um comprimento de onda de 860 nm numa célula redonda (cuveta tipo LPZ 452) contendo a solução de teste que é espalhado por partículas não-dissolvidas, partículas de gel e fibras de maneira difusa para todos os lados. Mede-se a luz espalhada num ângulo de 90° através do fundo da célula sem reflexão contra um fundo escuro e exibida digitalmente como um valor medido. O valor medido corresponde a unidades de turbidez de formazina (TU/F) de acordo com as normas DIN EN ISO 7027 e 7887. A solução de teste é uma solução aquosa a 2 por cento em peso do éster de celulose. Mede-se a turbidez a 25°C.

[0052] Determinação do conteúdo de fibras não-dissolvidas (método visual manual): Prepara-se uma solução aquosa de éter de celulose a 2 por cento em peso. Determina-se o conteúdo de fibras na solução por comparação visual com soluções-padrão, usando uma caixa de luz com vidros polarizadores para tornar as fibras mais visíveis.

quantidade definida de

As soluções-padrão baseiam-se numa fibras de celulose moídas com comprimentos entre 0,074 e 0,149 mm (vide Tabela 1 abaixo) suspensas em água desionizada.

O método conta com classificação e avaliação visual das soluções a 25°C.

Tabela 1

Classificação de fibra	Peso de polpa (mg/L)
0	0
1	2,01
2	4,03
3	8, 05
4	16, 11
5	32,21
6	64,43

Exemplo Comparativo 1: Metil hidroxietil celulose [0053] Introduzem-se 26 kg de celulose moída num misturador horizontal resistente à pressão tendo um volume de

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22/27 reação usável de 400 L, equipado com uma unidade de misturação de relha com eixo de misturação horizontal, um picador instalado e um condensador anexado. O misturador é evacuado e lavado com nitrogênio com propósito de torná-lo inerte. Depois disso, pulverizam-se 12,7 kg de hidróxido de sódio na forma de uma solução aquosa de hidróxido de sódio a 50% em peso sobre a celulose por meio de bocais durante 17 min com misturação. Em seguida, a reação de alcalinização ocorre durante 30 min a cerca de 35°C.

[0054] Na etapa seguinte introduz-se uma mistura de 31,7 kg de éter dimetílico e 33,9 kg de cloro-metano no reator. Depois disso, são introduzidos 3, 6 kg de óxido de etileno no reator seguido por 10,2 kg de cloro-metano e 3,07 kg de hidróxido de sódio como solução aquosa de hidróxido de sódio a 50% em peso durante aquecimento até 75°C em cerca de 50 min. Após manter a temperatura em 77°C por 35 min libera-se a pressão e os componentes voláteis são removidos por evaporação. Submete-se o produto bruto a lavagem com água quente, depois ele é secado e moído.

Exemplo 2: Metil hidroxietil celulose [0055] Introduzem-se 26 kg de celulose moída num misturador vertical de material a granel (tipo AM400, de Amixon) tendo um volume de carga de 400 L e uma região cônica de misturação. O misturador é evacuado e lavado com nitrogênio com propósito de torná-lo inerte. O misturador vertical usado caracteriza-se pelo fato de ter uma fita helicoidal montada no eixo central de modo que ocorra um fluxo em anel tridimensional. A celulose moída move-se ascendentemente próxima da parede e flui descendentemente na vizinhança do eixo agitador central. Na região cônica de

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23/27 misturador na parte inferior do misturador vertical, monta-se um rotor de corte, na vizinhança do qual se adiciona uma solução de hidróxido de sódio por meio de um bocal de fenda. Opera-se a fita helicoidal numa velocidade de 30 rpm e o rotor de corte em máximo de 1500 rpm. Após a etapa de inertização, alimentam-se 12,7 kg de hidróxido de sódio na forma de solução aquosa de hidróxido de sódio a 50% em peso via bocal de fenda por 17 min com misturação da celulose. A reação de alcalinização ocorre durante 30 min a cerca de 40 a 45°C.

[0056] Após transferir a celulose alcalina para o misturador horizontal resistente à pressão mencionado no Exemplo Comparativo 1, o misturador é evacuado e lavado com nitrogênio com o propósito de inertização. O procedimento adicional é executado tal como descrito no Exemplo Comparativo 1, iniciando com a introdução de 31,7 kg de éter dimetílico e 33,9 kg de cloro-metano.

[0057] Exemplo Comparativo 3: Metil hidroxipropil celulose [0058] Introduzem-se 26 kg de celulose moída no misturador horizontal resistente à pressão de acordo com o Exemplo Comparativo 1. O misturador é evacuado e lavado com nitrogênio com o propósito de inertização.

[0059] Depois disso, pulverizam-se 22,1 kg de hidróxido de sódio na forma de solução aquosa de hidróxido de sódio a 50% em peso sobre a celulose por meio de bocais durante 30 min com misturação. Depois disso, a reação de alcalinização durante 30 minutos a cerca de 38°C.

[0060] Na etapa seguinte, introduz-se no reator uma mistura de 39,1 kg de éter dimetílico e 21,0 kg de clorometano. Depois disso, introduzem-se no reator 12,3 kg de

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24/27 óxido de propileno seguido por 202,2 kg de cloro-metano e 7,4 kg de hidróxido de sódio como uma solução aquosa de hidróxido de sódio a 50% em peso durante aquecimento até cerca de 82°C por cerca de 125 min. Após manter a temperatura em 85°C por 55 min libera-se a pressão e os componentes voláteis são removidos por evaporação. O produto bruto é submetido a lavagem com água quente, depois ele é secado e moído.

Exemplo 4: Metil hidroxipropil celulose [0061] Introduzem-se 26 kg de celulose moída num misturador vertical de material a granel de acordo com o Exemplo 2. O misturador é evacuado e lavado com nitrogênio com o propósito de inertização. Opera-se a fita helicoidal numa velocidade de 40 rpm e o rotor de corte em máximo de 1500 rpm. Após a etapa de inertização, alimentam-se 22,1 kg de hidróxido de sódio na forma de solução aquosa de hidróxido de sódio a 50% em peso via bocal de fenda por 30 min com misturação da celulose. Depois, a reação de alcalinização ocorre durante 30 min a cerca de 50 a 55°C.

[0062] Após transferir a celulose alcalina para o misturador horizontal resistente à pressão mencionado no Exemplo Comparativo 1, o misturador é evacuado e lavado com nitrogênio com o propósito de inertização. O procedimento adicional é executado tal como descrito no Exemplo Comparativo 3, iniciando com a introdução de 39,1 kg de éter dimetílico e 21,0 kg de cloro-metano.

	DS (M)	MS (HE/HP)	Turbidez de solução TU/F	Classificação de fibra
Ex. Comparativo 1	24,7%	6, 4%	12, 1	não medida
Exemplo 2	24,2%	6, 6%	6, 8	não medida
Ex. Comparativo 3	27,7%	10, 3%	7,9	5
Exemplo 4	27,3%	10, 5%	2,4	3

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25/27 [0063] Os produtos obtidos por meio de alcalinização no misturador vertical separado diferem claramente no comportamento de solução em comparação com o processo convencional. Numa solução aquosa, os produtos têm uma solubilidade claramente aumentada para dar uma solução transparente e têm uma proporção reduzida de fibras insolúveis, que é devida à alcalinização melhorada.

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26/27

Lista de números de referência aparelho de misturação misturador vertical reator de misturação parte cilíndrica parte de redução válvula de entrada dispositivo de misturação motor eixo rotacional vertical motor dispositivo de misturação abertura de entrada abertura de entrada eixo rotacional meios de misturação motor abertura de entrada

102 misturador vertical de forma cônica

102a seção superior

102b seção inferior

120 válvula de entrada

121 dispositivo de misturação

122 eixo

123 eixo vertical

124 caixa

125 seta

126 seta

127 motor

128 abertura de entrada

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27/27

129 abertura de entrada

202 misturador vertical

202a seção superior

202b seção inferior

220 abertura ou válvula de entrada

221 dispositivo de misturação

222 motor

224 dispositivo de misturação

225 eixo vertical

226 motor

227 abertura de entrada

228 abertura de entrada

Claims

1. Processo para a produção de celulose alcalina, compreendendo a reação de celulose com um hidróxido de metal alcalino, caracterizado pelo fato de o hidróxido de metal alcalino ser misturado com lote de celulose moída num aparelho de misturação, o aparelho de misturação (1) tendo uma região superior (20, 102a) com uma primeira seção transversal e uma região inferior (21, 102b) com uma segunda seção transversal, a segunda seção transversal sendo menor que a primeira seção transversal e compreendendo pelo menos um dispositivo de misturação de eixo único contínuo ou dividido orientado não horizontalmente na forma de um fuso ou hélice única ou dupla (23, 27, 121).

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o aparelho de misturação (1) compreender uma seção cônica orientada verticalmente (21, 102), a seção cônica orientada verticalmente (21) sendo provida na região inferior do aparelho de misturação.

3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o hidróxido de metal alcalino ser adicionado à celulose num ponto de alimentação na região inferior (21, 102b) do aparelho de misturação (1).

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o hidróxido de metal alcalino ser adicionado à celulose num ponto de alimentação na região inferior (21, 102b) do aparelho de misturação (1) tendo uma seção transversal afilada conicamente.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de o aparelho de misturação (1) compreender um dispositivo de misturação (27, 121)

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2/3 giratório por um eixo orientado verticalmente e essencialmente central (25, 123).

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de o aparelho de misturação (1), com respeito a sua extensão longitudinal, compreender um dispositivo de misturação orientado diagonalmente (121) sendo capaz de girar em torno de um eixo vertical (123).

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de a distribuição do hidróxido de metal alcalino no aparelho de misturação (1) ser promovida por um rotor de misturação ou corte localizado na vizinhança do ponto de alimentação do hidróxido de metal alcalino.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de o aparelho de misturação (1) ser refrigerado por uma camisa de resfriamento ou bobinas de resfriamento e/ou o aparelho de misturação (1) ser operado numa atmosfera inerte e/ou onde o aparelho de misturação (1) é projetado para ser resistente a surtos de pressão para reações de pressão a jusante.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de o hidróxido de metal alcalino ser alimentado num aparelho de misturação como uma solução aquosa do hidróxido de metal alcalino.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de o hidróxido de metal alcalino ser misturado com celulose no aparelho de misturação por um fluxo em anel.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de compreender ainda reagir a celulose alcalina com um ou mais agentes de

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3/3 derivatização para a produção de derivados de celulose.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o agente de derivatização ser um agente de alquilação e/ou de hidroxialquilação.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 12, caracterizado pelo fato de o aparelho de misturação (1) ser resistente à pressão ou não-resistente à pressão; e se o aparelho de misturação (1) for resistente à pressão, a celulose alcalina reagirá com o agente de alquilação e/ou de hidroxialquilação no aparelho de misturação ou será transferida para outro recipiente de reação resistente à pressão e lá reagira com o agente de alquilação e/ou de hidroxialquilação;

ou se o aparelho de misturação (1) for não-resistente à pressão, a celulose alcalina será transferida para outro recipiente de reação resistente à pressão e lá reagirá com o agente de alquilação e/ou de hidroxialquilação.

14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 11 a 13, caracterizado pelo fato de o éter de celulose produzido ser selecionado do grupo consistindo de alquil celuloses, hidroxialquil alquil celuloses ou hidroxialquil celuloses.