ES2293959T3 - Control de materiias solidas disueltas durante la fabricacion de pasta de papel. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la cocción de pasta kraft de material fibroso de celulosa en un digestor continuo, comprendiendo dicho procedimiento en una etapa durante el proceso de cocción, en el inicio de la cocción o durante una etapa intermedia de la cocción: a) extraer el licor de las cribas de retirada en el inicio de la cocción o en una etapa intermedia de la cocción; b) tratar el licor extraído para eliminar, o neutralizar, los efectos adversos del DOM en el mismo para reducir el nivel de DOM efectivo en el licor extraído, y c) aumentar el licor extraído con licor que contiene un nivel de DOM efectivo sustancialmente inferior al licor extraído, y d) hacer circular de nuevo el licor resultante al digestor a aproximadamente el nivel de las cribas de retirada en el inicio del a cocción o en la etapa intermedia de la cocción respectivamente con el fin de reducir el nivel de DOM en el digestor y mejorar así la resistencia y la blanqueabilidad de la pasta de papel así producida y reducir el consumode productos químicos.

Description

Control de materias sólidas disueltas durante la fabricación de pasta de papel.

La presente solicitud es una solicitud divisionaria de la solicitud de patente europea nº 94912158.6, publicada como EP 0698139 A1.

Según el conocimiento convencional, en la técnica de fabricación de pasta papelera de celulosa, el nivel de material orgánico disuelto (DOM) que principalmente comprende hemicelulosa disuelta y lignina, pero también celulosa disuelta, compuestos extractivos y otros materiales extraídos de la madera por el proceso de cocción es sabido que tiene un efecto perjudicial en las posteriores etapas del proceso de cocción impidiendo la deslinificación debido al consumo de productos químicos de cocción activa en licor antes de que pueda reaccionar con la lignina residual o nativa en la madera. El efecto de la concentración del DOM en otras partes de la cocción, además de en las fases posteriores, se cree que es insignificante según los conocimientos convencionales. La acción perjudicial del DOM durante las fases posteriores de la cocción se reduce al mínimo en los actuales procesos de cocción continua, sobre todo utilizando un digestor EMCC® de Kamyr, Inc., de Glens Falls, N. Y., puesto que el flujo contracorriente del licor (incluyendo el licor blanco) al final de la cocción reduce la concentración de DOM al final de la fase de "deslinificación global" y a través de la denominada fase de "deslinificación residual".

La solicitud de la misma familia de la presente solicitud divisionaria reivindica los métodos y un aparato para la cocción de pasta kraft que trata esta cuestión, a saber:

Un método para la producción continua de pasta kraft mediante la cocción de material fibroso celulósico triturado en un digestor continuo donde el licor producido contiene materia orgánica disuelta, incluyendo el método las etapas de extraer parte del líquido en una pluralidad de diferentes fases durante la cocción de la pasta kraft del material y sustitución de parte o la totalidad del licor extraído con un líquido que contiene un nivel sustancialmente más bajo de materia orgánica disuelta, realizándose la extracción y la sustitución durante la impregnación, cerca de la iniciación de la cocción, durante la fase intermedia de la cocción y cerca del final de la cocción, mediante el cual el nivel de materia orgánica disuelta en el licor en el digestor es reducido y la pasta obtenida tiene mejor resistencia mecánica de la criba y mayor blanqueabilidad y se reduce el consumo de productos químicos.

Un método de cocción de pasta celulósica kraft en un digestor por lotes capaz de producir por lo menos ocho toneladas de pasta celulósica al día, teniendo el digestor una criba y una línea de recirculación para retirar licor desde la criba y reintroducir licor al digestor por lotes a un nivel diferente de la criba, comprendiendo el método:

a)

cocción de pasta kraft de por lo menos ocho toneladas de pasta al día en el digestor por lotes;

b)

extracción de licor del digestor desde el digestor a través de la línea de recirculación durante cada etapa de la cocción de la pasta de papel; y

c)

tratamiento del licor extraído en la línea de recirculación para reducir la concentración de la materia orgánica disuelta en ella y reintroducción de ese licor tratado al digestor a un nivel diferente de la criba mediante el cual se reduce sustancialmente el nivel de materia orgánica disuelta en el licor en el digestor a través de toda la cocción y la pasta obtenida tiene una mejor resistencia mecánica y blanqueabilidad y se reduce el consumo de productos químicos.

Un aparato para la cocción de pasta celulósica kraft, comprendiendo el aparato un digestor continuo vertical, cribas a diferentes niveles y distintas fases de cocción para el digestor, caracterizado porque cada una de dichas cribas tiene una línea de extracción asociada para extraer licor durante las diferentes fases de la cocción de pasta kraft y dispone de medios para sustituir o tratar parte o la totalidad del licor extraído del digestor a través de las líneas de extracción, de modo que el licor reintroducido en el digestor tenga un nivel más bajo de materia orgánica disuelta que el del correspondiente licor extraído y de modo que el nivel de materia orgánica disuelta en el licor en el digestor sea reducida.

Un aparato para la cocción de pasta celulósica kraft que comprende:

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un digestor de pasta kraft por lotes capaz de tratar por lo menos ocho toneladas de pasta al día;

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una criba asociada con el digestor por lotes;

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una línea de recirculación para extraer líquido de la criba durante cada etapa de cocción de la pasta de papel y reintroducir licor a dicho digestor por lotes a un nivel diferente al de la criba, y unos medios de tratamiento, en la línea de recirculación, para tratar el licor así extraído para reducir la concentración de la materia orgánica disuelta sustancialmente a través de toda la cocción, siendo dichos medios cualquiera entre medios de dilución, medios de extracción y dilución, medos de absorción, medios de precipitación, medios de pasivación, medios de separación por gravedad, medios de extracción supercrítica y medios de evaporación, mediante el cual el licor reintroducido al digestor tiene un más bajo nivel de materia orgánica disuelta que el extraído y se reduce el nivel de materia orgánica disuelta en el digestor.

Según la presente invención, se ha descubierto que no solamente el DOM tiene un efecto desfavorable sobre la cocción al final de su fase, sino que la presencia de DOM afecta desfavorablemente a la resistencia mecánica de la pasta papelera obtenida durante cualquier parte del proceso de cocción, es decir al principio, en la parte media o al final de la fase de deslinificación masiva

Como puede apreciarse, las reivindicaciones de la solicitud de la misma familia se refieren al control de DOM a través de la cocción para mejorar la resistencia y la blanqueabilidad de la pasta de papel así producida. En contraposición, la solicitud divisionaria trata de controlar la concentración de DOM en las etapas particulares de la cocción para mejorar la resistencia de la pasta de papel y su blanqueabilidad.

El mecanismo mediante el cual el material DOM afecta a las fibras de la pasta y por lo tanto afecta desfavorablemente a la resistencia mecánica de la pasta no ha sido positivamente identificado, pero se supone que se debe a una tasa de transferencia masiva reducida de los productos orgánicos extraíbles por álcalis a través de las paredes de las fibras inducida por el DOM que rodea a las propias fibras y la extractabilidad diferencial de las zonas cristalinas en las fibras en comparación con las zonas amorfas (es decir, nodos). En cualquier caso, se ha demostrado de acuerdo con la invención, que si el nivel de DOM (concentración) se minimiza al mínimo a través de la cocción, la resistencia mecánica de la pasta se incrementa significativamente.

El documento FR-A-2.526.060 da a conocer un proceso de cocción de pasta papelera por lotes en el que el contenido en lignina disuelta se mantiene lo más bajo posible hacia las fases posteriores de la cocción y en el que el licor negro, que contiene una alta concentración de material orgánico disuelto, se introduce en la fase de alimentación como una aportación de licor.

La patente US nº 4670098 da a conocer un digestor continuo que presenta una criba de retirada y un conducto de recirculación. En el conducto de recirculación está dispuesto un separador para eliminar una especie de peso molecular elevado (PM > 3.500) del licor extraído. El licor resultante se hace circular de nuevo al digestor.

La patente US nº 4681935 da a conocer un procedimiento para recubrir carbohidratos utilizando un ultrafiltro en una fase inicial de un proceso digestor de celulosa.

En un informe titulado "Extended Delignification in kraft Cooking-A new Concept" por N Hartler, Svensk
Papperstid nº 15-1978, 81, páginas 483-484 se enseña que la sustitución completa del licor de cocción por licor reciente permitió alcanzar un número Kappa de 5 unidades inferior al conseguido en las cocciones por lotes en laboratorio y confirmó que el efecto de la lignina disuelta hacía más lenta la posterior deslinificación.

En un informe titulado "Modified Continuous kraft Pulping-A Way to Decrease Lignin Content and Improve Pulp Quality" por B Johannson, J Mjöberg, P Sanström y A Teder, STFI-meddelande serie A nº 97 (1984) se enseña que es ventajoso elegir condiciones que incrementen la tasa de deslinificación en la cocción de pasta papelera. Sin embargo, enseña también que durante la fase de deslinificación inicial, la lignina disuelta no parece tener ningún efecto negativo sobre la tasa de deslinificación.

Se ha descubierto, según la presente invención que si el nivel de DOM está próximo a cero a través de una cocción de pasta papelera, la resistencia al desgarro de la pasta se incrementa en gran medida, es decir, incrementos de hasta un 25% (v.g., 27%) a una resistencia a la tracción de 11 km en comparación con la pasta kraft obtenida por medios convencionales. Incluso las reducciones del nivel de DOM a la mitad o la cuarta parte de sus niveles normales incrementan también significativamente la resistencia mecánica de la pasta.

En las cocciones de papel kraft modernas, no es inusual que la concertación de DOM en algunos puntos durante la cocción de papel kraft sea de 130 gramos por litro (g/l) o más y a 100 g/l o más en numerosos puntos durante la cocción de la pasta kraft (por ejemplo, en la circulación inferior, circulación de bordes, extracciones superiores y principales y circulación de MC en Kamyr, Inc., digestores continuos de MCC®) aun cuando el nivel de DOM se mantenga entre 30-90 g/l en la circulación de lavado (en posteriores fases de cocción, según los conocimientos convencionales). En dichas situaciones convencionales, tampoco es inusual para el componente de lignina del nivel de DOM que sea superior a 60 g/l y de hecho, incluso superior a 100 g/l y para el componente de hemicelulosa del nivel de DOM por encima de 20 g/l. No se conoce si el componente de hemi-celulosa disuelto tiene un más fuerte efecto adverso sobre la resistencia mecánica de la pasta (p.e., afectando adversamente a la transferencia masiva de productos orgánicos fuera de las fibras) que la lignina o viceversa o si el efecto es sinergístico, aunque se sospecha que la hemi-celulosa disuelta tenga una influencia significativa.

Según la presente invención, se ha reconocido, por primera vez, que la concentración de DOM en etapas particulares de una cocción de pasta kraft debe reducirse al mínimo para afectar positivamente a la blanqueabilidad de la pasta, reducir el consumo de productos químicos y quizás, un incremento más importante de la resistencia mecánica de la pasta, al reducir al mínimo los niveles de DOM, se puede ser capaz de diseñar más pequeños digestores continuos mientras se obtiene el mínimo rendimiento y se podrá obtener algunos beneficios de los digestores continuos por sistemas por lotes. Pueden preverse varios resultados beneficiosos manteniendo la concentración de material DOM a 100 g/l o menos durante la cocción de pasta kraft (es decir, principio o periodo intermedio de la deslinificación en masa) y preferiblemente unos 50 g/l o menos (cuanto más próximo a cero esté el DOM, tanto más positivos serán los resultados). Es particularmente deseable mantener la componente de lignina a 50 g/l o menos (preferiblemente unos 25 g/l o menos) y el nivel de hemi-celulosa a 15 g/l o menos (preferiblemente unos 10 g/l o menos).

Según la presente invención, se ha encontrado también que es posible pasivar los efectos adversos sobre la resistencia mecánica de la pasta de la concentración de DOM, por lo menos en una importante medida. De acuerdo con este aspecto de la invención se ha descubierto que si se retira el licor negro y se somete a termotratamiento a presión según la patente US nº 4929307, por ejemplo, a una temperatura de aproximadamente 170-350ºC (preferiblemente 240ºC) durante unos aproximadamente 5-90 minutos (preferiblemente de aproximadamente 30-60 minutos) y a continuación se reintroduce puede conseguirse un incremento en la resistencia al desgarramiento de hasta aproximadamente un 15%. El mecanismo mediante el cual se produce la pasivación del DOM por termotratamiento no está tampoco completamente entendido, pero es coherente con la hipótesis anteriormente descrita y sus resultados son espectaculares en lo que respecta a la resistencia mecánica de la pasta.

Según la presente invención se proporcionan unos procedimientos para aumentar la resistencia de la pasta de papel kraft considerando los efectos adversos del DOM en los mismos, como se ha establecido anteriormente, para sistemas continuos. Además, según la invención, el factor H puede reducirse significativamente, por ejemplo, por lo menos una caída del 5% en el factor H para conseguir un número Kappa dado. Además, la cantidad de producto alcalino efectivo consumido puede también reducirse en gran medida, por ejemplo, mediante por lo menos un 0,5% sobre madera (p.e., un 4%) para conseguir un número Kappa particular. También puede conseguirse una mejora de la blanqueabilidad, por ejemplo, incrementando el brillo ISO en por lo menos una unidad en un factor de Kappa de secuencia completa particular.

Por lo tanto, un aspecto de la presente invención proporciona un procedimiento de cocción de pasta kraft de material fibroso de celulosa en un digestor continuo, comprendiendo dicho procedimiento en una etapa durante el proceso de cocción, en el inicio de la cocción o durante una etapa intermedia de la cocción:

a)

extraer el licor de las cribas de retirada en el inicio de la cocción o en una etapa intermedia de la cocción;

b)

tratar el licor extraído para eliminar, o neutralizar, los efectos adversos del DOM en el mismo para reducir el nivel de DOM efectivo en el licor extraído, y

c)

aumentar el licor extraído con licor que contiene un nivel de DOM efectivo sustancialmente inferior al licor extraído, y

d)

hacer circular de nuevo el licor resultante al digestor a aproximadamente el nivel de las cribas de retirada en la etapas de inicio o intermedia de la cocción respectivamente con el fin de reducir el nivel de DOM en el digestor y mejorar así la resistencia y la blanqueabilidad de la pasta de papel así producida y reducir el consumo de productos químicos.

El aumento del licor extraído puede realizarse sustituyéndolo con licor seleccionado del grupo constituido esencialmente por agua, licor blanco prácticamente libre de DOM, licor negro termotratado a presión, filtrado de dispositivo de lavado, filtrado de soplado en frío y combinaciones de los anteriores. Por ejemplo, el licor negro puede extraerse y tratarse bajo condiciones de presión y temperatura (por ejemplo, presión superatmosférica a una temperatura de aproximadamente 170-350ºC durante aproximadamente 5-90 minutos y por lo menos a 20ºC durante la temperatura de cocción) para pasivar significativamente los efectos adversos del DOM. El término "DOM efectivo", tal como se utiliza en la memoria, significa la parte del DOM que afecta a la resistencia mecánica de la pasta, factor H, consumo efectivo de productos alcalinos y/o blanqueabilidad. Un DOM de baja efectividad puede obtenerse por pasivación (excepto para el efecto sobre la blanqueabilidad) o mediante una concentración de DOM originalmente baja.

El principal objetivo de la invención consiste en producir pasta kraft de resistencia aumentada, y/o reducir típicamente asimismo el factor H y el consumo de álcali, e incrementar la blanqueabilidad. Éste y otros objetivos de la presente invención resultarán evidentes a partir de la descripción detallada de la presente invención y de las reivindicaciones adjuntas.

La presente invención se pondrá más claramente de manifiesto a partir de la descripción siguiente haciendo referencia a los dibujos adjuntos proporcionados a título de ejemplo, en los que:

La Figura 1 es una ilustración esquemática de una realización ejemplar de un equipo de cocción continua de pasta kraft según la invención, para realizar procedimientos ejemplares según la presente invención;

Las Figuras 2 y 3 son representaciones gráficas de la resistencia mecánica de la pasta obtenida según la presente invención en comparación con la pasta kraft obtenida bajo condiciones idénticas solamente sin practicar la invención;

La Figura 4 es una representación gráfica del factor H para obtener pasta según la invención en comparación con la pasta kraft obtenida bajo condiciones idénticas sin practicar la invención;

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La Figura 5 es una representación gráfica del compuesto alcalino efectivo consumido durante la producción de pasta, según la presente invención, en comparación con la producción de pasta bajo condiciones idénticas solamente no practicando la invención.

La Figura 6 es una representación gráfica del producto alcalino consumido frente a un porcentaje de licor de fábrica papelera en comparación con el licor libre de DOM;

La Figura 7 es una representación gráfica que compara la respuesta de brillo para pastas obtenidas según la presente invención en comparación con la pasta kraft obtenida bajo condiciones idénticas no practicando a invención;

Las Figuras 8 a 12B inclusive son también representaciones gráficas de varios aspectos de resistencia mecánica de la pasta obtenida según la presente invención, siendo en las Figuras 12A-B comparados con la pasta kraft obtenida bajo condiciones idénticas solamente no practicando la invención;

La Figura 13 es una representación gráfica de concentraciones de DOM basadas en el análisis del licor real para cocción de laboratorio con tres diferentes fuentes de licor en varias fases durante la cocción;

La Figura 14 es una ilustración esquemática de un digestor ejemplar de un sistema de cocción hidráulico de dos vasijas que practica la presente invención;

La Figura 15 es una representación gráfica de una investigación teórica que compara la concentración de DOM en un digestor MCC® convencional comparado con el digestor de la Figura 16;

las Figuras 16 a 18 son ilustraciones esquemáticas de otros digestores ejemplares según la presente invención; y

las Figuras 19 a 23 son representaciones gráficas de investigaciones teóricas que consisten en modificar los parámetros de extracción y dilución utilizando el digestor de la Fig. 18.

La Figura 1 ilustra un sistema digestor de pasta kraft hidráulico de dos vasijas, tal como el vendido por Kamyr Inc. de Glens Falls, N.Y., modificado para practicar métodos ejemplares según la presente invención. Por supuesto, cualesquiera otros sistemas de digestores continuos existentes también puede modificarse para realizar la invención, incluyendo digestores hidráulicos de vasija única, de fase de vapor de vasija única y de fase de vapor de vasija doble.

En la realización ejemplar ilustrada en la Figura 1, una vasija de impregnación convencional (IV) 10 está conectada a un digestor continuo vertical convencional 11. Material fibroso celulósico triturado arrastrado en agua y licor de cocción es transportado desde un alimentador a alta presión convencional a través del conducto 12 a la parte superior de la vasija IV 10 y parte del licor se retira en el conducto 13 como es convencional y se hace retornar al alimentador de alta presión.

Según la presente invención, para poder reducir la concentración de licor de DOM (tal como se utiliza en esta memoria y reivindicaciones, materias orgánicas disueltas, lignina y hemi-celulosa primariamente disuelta pero también celulosa disuelta, productos extractivos y otros materiales extraídos de la madera por el proceso de cocción de pasta kraft) se retira mediante la bomba 14 en el conducto 15 (o desde la parte superior de la vasija 10) y se trata en la fase 16 para eliminar o pasivar el material DOM o sus constituyentes seleccionados. La fase 16 puede ser una fase de precipitación (p.e., haciendo bajar el pH por debajo de 9), una fase de absorción (p.e., una columna de fibra de celulosa o carbón activado) o dispositivos para realizar la filtración (p.e., ultrafiltración, microfiltración, nanofiltración, etc.), extracción de disolventes, destrucción (p.e., mediante bombardeo con radiación), extracción supercrítica, separación por gravedad o evaporación (seguida por condensación).

El licor de sustitución (p.e., después de la fase 16) puede añadirse, o no, al conducto 13 por la bomba 14' en el conducto 17, dependiendo de si se practica la impregnación de manera cocorriente o contracorriente. El licor de sustitución añadido en el conducto 17, en lugar de licor extraído tratado en la fase 16, puede ser licor de dilución, p.e., licor blanco reciente (p.e., sustancialmente libre de DOM), agua, filtrado de dispositivo lavador (p.e., filtrado de dispositivo lavador de material usado), filtrado de soplado en frío o combinaciones de ellos.

Si se desea mejorar la sulfidicidad del licor que circula por los conductos 12, 13, puede añadirse licor negro en el conducto 17, pero el licor negro debe tratarse de modo que efectúe la pasivación del DOM, según se describirá más adelante.

En cualquier caso, el licor extraído en 15 tiene una concentración en DOM relativamente alta, mientras que el añadido en 17 tiene un nivel de DOM efectivo mucho más bajo, de modo que queda positivamente afectada la resistencia mecánica de la pasta.

En la propia vasija de impregnación 10, el material DOM se controla también preferiblemente utilizando una criba convencional 18, una bomba 19 y el conducto de reintroducción 20. Al líquido recirculado en el conducto 20 se añade -según se indica por la línea 21- líquido de dilución para diluir la concentración del DOM. Además, el líquido de dilución incluye por lo menos algún licor blanco. Es decir, el licor reintroducido en el conducto 20 tendrá un nivel de DOM efectivo sustancialmente más bajo que el licor retirado a través de la criba 18 e incluirá al menos algún licor blanco. Una fase de tratamiento 16'-como la fase 16-puede también proporcionarse en el conducto 20 como se muestra en la línea de trazos de la Figura 1.

Desde la parte inferior de la vasija IV 10, el lodo de material fibroso celulósico triturado pasa a través del conducto 22 a la parte superior del digestor 11 y como se conoce, parte del líquido del lodo se retira en el conducto 23, mientras que se añade licor en 24 y pasa a través de un calentador (que suele ser un calentador indirecto) 25 y luego se reintroduce por la parte inferior de la vasija IV 10 a través del conducto 26 y/o se introduce cerca del comienzo del conducto 22 según se indica en 27 en la Figura 1.

En los digestores continuos existentes, se suele retirar líquido a varios niveles del digestor, se caliente y luego se reintroduce al mismo nivel que fue retirado; sin embargo, bajo circunstancias normales, el licor no se extrae del sistema y se sustituye con licor de DOM reducido reciente. En los digestores continuos existentes, se extrae licor negro en una toma central en el digestor y el licor negro no se reintroduce, sino que se envía a tanques de separación y luego se pasa, por último, a una caldera de recuperación o dispositivo similar. En contradistinción al digestor continuo existente, el digestor continuo 11 según la presente invención extrae realmente licor en varias fases diferentes y distintas alturas y sustituye el licor extraído con licor que tiene una concentración de DOM más baja. Esto se realiza cerca del comienzo de la cocción o en la parte intermedia de la cocción y cerca del final de la cocción. Utilizando el digestor 11 ilustrado en la Figura 1 y practicando el método según la invención, la pasta descargada en el conducto 28 ha incrementado la resistencia mecánica en comparación con la pasta kraft convencional tratada bajo cualesquiera otras condiciones idénticas en un digestor continuo existente.

El digestor 11 incluye un primer conjunto de cribas de retirada 30 adyacentes a su parte superior, cerca del comienzo de la cocción, un segundo conjunto de cribas 31 cerca de la parte intermedia de la cocción y tercero y cuarto conjuntos de cribas 32, 33 cerca del final de la cocción. Las cribas 30-33 están conectadas a las bombas 34-37, respectivamente, que pasan a través de los conductos de recirculación 38-41, respectivamente, incluyendo opcionalmente calentadores 42-45, respectivamente, siendo convencionales por sí mismos estos bucles de recirculación. No obstante, según la presente invención, parte de líquido retirado se extrae, en los conductos 46-49, respectivamente, cuando pasa a través del conducto 46 a una serie de tanques separadores 50, como se ilustra en asociación con el primer juego de cribas 30 en la Figura 1.

Para reponer el licor extraído, que tiene una concentración en DOM relativamente alta y para bajar el nivel de DOM, se añade licor de sustitución (dilución), según se indica por las líneas 51 a 54 inclusive, respectivamente, añadiéndose licor en las líneas 51 a 54 que tienen una concentración en DOM efectiva significativamente más baja que el licor extraído en las líneas 46-49, en cuanto a afectar positivamente a la resistencia mecánica de la pasta. El licor añadido en la línea 51 a 54 puede ser el mismo que los licores de dilución descritos anteriormente con respecto a la línea 17. Los calentadores 42-45 calientan el licor de sustitución, así como cualquier licor recirculado, a prácticamente la misma temperatura que (generalmente algo superior) el licor retirado.

Cualquier número de cribas 30-33 puede proporcionarse en el digestor 11.

Antes de transportar el licor extraído a un lugar lejano y sustituirlo por licor de sustitución, el licor extraído y el licor de sustitución pueden pasarse en la relación de intercambio de calor entre sí, según se indica esquemáticamente por la referencia numérica 56 en la Figura 1. Asimismo, el licor extraído puede tratarse para eliminar o pasivar el DOM existente y luego reintroducirse inmediatamente como el licor de sustitución (con otro licor de dilución añadido, si así se desea). Esto se ilustra esquemáticamente por la referencia numérica 57 en la Figura 1, donde el licor extraído en la línea 48 se trata en la estación 57 (como la fase 16) para eliminar DOM y luego se reintroduce en 53. Se añade también licor blanco según se indica en la Figura 1 y por supuesto, en cada una de las fases asociadas con las cribas 30-33 en la Figura 1 puede añadir licor blanco (a las líneas 51-54, respectivamente).

Otra opción para el bloque de tratamiento 57-ilustrado de manera esquemática en la Figura 1-es el calentamiento a presión del licor negro. Desde las cribas 32 se retira el licor que puede considerarse "licor negro" y una parte se extrae en la línea 48. El calentamiento a presión en la fase 57 puede tener lugar según la patente US nº 4.929.307. En condiciones normales, en la fase 57 el licor negro sería calentado entre 170 y 350ºC (preferiblemente por encima de 190ºC, p.e., a aproximadamente 240ºC) a presión superatmosférica durante 5 a 90 minutos (preferiblemente 30-60 minutos) a por lo menos 20ºC durante la temperatura de cocción. Esto da lugar a una pasivación importante del DOM y entonces, el licor negro puede hacerse retornar según se indica por la línea 53.

La fase de tratamiento, esquemáticamente ilustrada en 58 en la Figura 1, asociada con el último juego de cribas de retirada/extracción 33, es como la fase 16. Una fase como 58 puede proporcionarse, u omitirse, en cualquier nivel del digestor 11 donde existe extracción en lugar de añadir licor de dilución. También puede añadirse licor blanco en 58 y luego el licor con DOM agotado ahora se hace retornar en la línea 54.

Si se utiliza licor de dilución o licor extraído tratado, según la invención, es deseable mantener la concentración en DOM total del licor de cocción en 100 g/l o menos durante prácticamente la totalidad de la cocción de pasta kraft (deslinificación en masa), preferiblemente por debajo de 50 g/l y también para mantener la concentración de lignina a 50 g/l o menor (preferiblemente 25 g/l o menor) y la concentración de hemi-celulosa en 15 g/l o menor (preferiblemente 10 g/l o menor). Todavía no se conoce la concentración exacta comercialmente óptima y puede diferir dependiendo de las especies de madera objeto de cocción.

Las Figuras 2 y 3 ilustran los resultados de los ensayos de laboratorio reales según la presente invención. La Figura 2 ilustra las curvas de desgarramiento-tracción para tres diferentes cocciones de pasta kraft en laboratorio, todas ellas preparadas a partir del mismo suministro de madera. El factor de desgarramiento es una medida de la resistencia mecánica inherente de la fibra y de la pasta.

En la Figura 2, la curva A corresponde a la pasta preparada utilizando muestras de licor de fábrica de pasta convencional (a partir de un proceso de obtención de pasta a plena escala comercial MCC®) como el licor de cocción. La curva B se obtiene a partir de una cocción donde el licor de cocción es el mismo que en la curva A, excepto que las muestras de licor fueron calentadas a una temperatura aproximada de 190ºC durante una hora, a presión superatmosférica, antes de su uso en la cocción. La curva C corresponde a una cocción en la que se utilizó licor blanco sintético como el líquido de cocción, que estaba esencialmente libre de DOM (es decir, con un contenido inferior a 50 g/l). Las cocciones para las curvas A y B se realizaron de modo que los perfiles de álcali, temperatura (aproximadamente 160ºC) y DOM fueran idénticos a los del proceso de obtención de pasta a plena escala a partir de los cuales se obtuvieron las muestras de licor. Para la curva C, los perfiles de álcali y de la temperatura eran idénticos a los de las curvas A y B, pero no estaba presente material DOM.

La Figura 2 ilustra claramente que como resultado de licor con bajo DOM que entra en contacto con las virutas durante la cocción completa de pasta kraft, existe aproximadamente un incremento del 27% en la resistencia al desgarramiento a tracción de 11 km. La pasivación del DOM utilizando calentamiento a presión de licor negro, de conformidad con la curva B según la invención, también dio lugar a un importante incremento de la resistencia en comparación con la curva estándar A; en este caso, aproximadamente un incremento del 15% en la resistencia al desgarramiento a tracción de 11 km.

La Figura 3 ilustra otro trabajo de laboratorio que compara las cocciones de pasta kraft convencionales con las cocciones según la invención. Las cocciones representadas por las curvas D a G inclusive fueron preparadas utilizando perfiles de álcali y temperatura idénticos, para el mismo suministro de madera, pero con concentraciones variables de DOM para la totalidad de la cocción de pasta kraft. La concentración de DOM para la curva D, que fue una cocción de pasta kraft MCC® estándar (licor de fábrica) era la más alta y la concentración de DOM para la curva G era la más baja (esencialmente libre de DOM). La concentración de DOM para la curva E era aproximadamente un 25% más baja que la concentración de DOM para la curva D, mientras que la concentración de DOM para la curva F era un 50% más baja que la concentración de DOM para la curva D. Como puede observarse, se produjo un importante incremento en la resistencia al desgarramiento inversamente proporcional a la cantidad de DOM presente durante a cocción completa.

La cocción según la invención es preferiblemente realizada para conseguir un incremento de la resistencia mecánica de la pasta (por ejemplo, resistencia al desgarramiento a una tracción especificada para pasta completamente refinada, por ejemplo 9 u 11 km) en por lo menos un 10% y preferiblemente por lo menos un 15%, en comparación con unas condiciones idénticas pero donde el DOM no es especialmente tratado.

Aunque con respecto a la Fig. 1 la invención se describió inicialmente con respecto a la cocción de pasta kraft continua, los principios según la invención son asimismo aplicables a una cocción de pasta kraft por lotes.

Los datos de ensayos de laboratorio que presentan resultados ventajosos que pueden conseguirse según la presente invención se ilustran en las Figuras 4 a 13 inclusive. En estos datos de ensayos en laboratorio, se utilizaron procedimientos que simulan el funcionamiento de un digestor continuo haciendo circular secuencialmente licor de pasta calentado a través de una vasija que contiene un volumen estacionario de virutas de madera. Diferentes fases de un digestor continuo fueron simuladas variando el tiempo, la temperatura y las concentraciones químicas utilizadas en las circulaciones. Las simulaciones utilizaron licor de fábrica real cuando se alcanzó la correspondiente fase en un digestor continuo en la cocción de laboratorio.

El efecto de reducir al mínimo la presencia de DOM en licores de obtención de pasta en las condiciones requeridas (es decir, tiempo y temperatura) se ilustra en la Figura 4. La Figura 4 compara la relación entre el número Kappa y el factor H para cocciones de laboratorio utilizando licor negro de fábrica y licor blanco prácticamente libre de DOM. La madera suministrada para las cocciones, representada en la Figura 4, era una madera blanda típica del noroeste de los Estados Unidos constituida por una mezcla de cedro, picea, pino y abeto. El factor H es un parámetro estándar que caracteriza el tiempo y la temperatura de cocción como una variable única y se describe, por ejemplo, en Rydholm Pulping Processes, 1965, página 618.

La línea 98 en la Figura 4 ilustra la relación del número Kappa al factor H para una cocción de laboratorio utilizando licor de fábrica (recogido en una fábrica y luego utilizado en un digestor por lotes de laboratorio). Una línea inferior, 99, indica la relación del número Kappa al factor H para una cocción de laboratorio utilizando licor blanco prácticamente libre de DOM fabricado en el laboratorio. Las líneas 98, 99 indican que para un número Kappa dado, el factor H es sustancialmente más bajo cuando el DOM es más bajo, por ejemplo, para el número Kappa 30 en la Figura 4, siendo aproximadamente una diferencia de 100 unidades de factor H. Esto significa que, para el mismo suministro, con la misma carga química, si se utiliza un licor de cocción de DOM más bajo, se necesita una cocción menos severa (es decir, menos tiempo y temperatura más baja) que para una cocción de pasta kraft convencional. Por ejemplo, con la extracción de licor que contenga un nivel de DOM suficiente para afectar adversamente al factor H y sustituyendo parte o la totalidad del licor extraído con licor que contenga un nivel de DOM efectivo notablemente más bajo que el licor extraído, de modo que se reduzca significativamente el factor H; en una realización preferible, se incorporan fases para disminuir el factor H en por lo menos un 5% para conseguir un número Kappa dado y se realizan las fases para mantener la concentración en DOM efectiva en aproximadamente 50 g/l o menos durante la mayor parte de la cocción de pasta kraft.

Como se ilustra en la Figura 5, cuando se utiliza una concentración en DOM reducida según la presente invención, se reduce el álcali efectivo (EA) consumido. El valor de EA es una indicación de la cantidad de productos químicos de la cocción, en particular NaOH y Na_{2}S utilizados en una cocción. Los resultados obtenidos en la Figura 5 se obtuvieron utilizando el mismo suministro de madera que en la Figura 4 y las dos líneas de gráficos 100, 101 fueron obtenidas en las mismas condiciones. La línea 100 indica los resultados cuando el licor de cocción era licor de fábrica convencional, mientras que la línea 101 ilustra los resultados cuando el licor de cocción era licor blanco prácticamente libre de DOM. Con un número Kappa de 30, la cocción libre de DOM tuvo un consumo aproximadamente un 30% menor de álcali (p.e., 5% menos de EA en la madera) que la cocción de licor de fábrica convencional. Por lo tanto, al extraer licor que contenga un nivel de DOM suficiente para afectar adversamente a la cantidad de álcali efectivo consumido para alcanzar un número Kappa particular y sustituyendo parte o la totalidad del licor extraído con un licor que contenga un nivel de DOM efectivo notablemente más bajo, la cantidad de álcali efectivo consumido para alcanzar un número Kappa particular puede reducirse en gran medida; por ejemplo, la cantidad de álcali consumida puede disminuirse en por lo menos un 0,5% en la madera (p.e., un 4% en madera) para conseguir un número Kappa particular.

Los resultados ilustrados en las Figuras 4 y 5 del factor H y consumo de EA beneficiosos pueden conseguirse sustituyendo el licor DOM extraído con un porcentaje de DOM relativamente alto con agua, licor blanco prácticamente libre de DOM, licor negro termotratado a presión, filtrado y sus combinaciones.

La Figura 6 ilustra otra representación gráfica de consumo de álcali efectivo comparado con el porcentaje de licor de fábrica para licor blanco prácticamente libre de DOM. El gráfico 101 indica que, para el mismo número Kappa relativo, el álcali efectivo consumido disminuye con el porcentaje decreciente de licor de fábrica (es decir, incrementando el porcentaje de licor blanco prácticamente libre de DOM). La siguiente tabla 1 ilustra los resultados de laboratorio reales que se utilizaron para obtener el gráfico 101 de la Figura 6.

TABLA 1

1

La reducción o eliminación de DOM en el licor de obtención de pasta mejora también la facilidad con la que se blanquea la pasta resultante, es decir, su blanqueabilidad.

La Figura 7 ilustra resultados de ensayos de laboratorios reales que indican cómo el brillo de una pasta blanqueada de cedro-picea-pino-abeto se incrementa al aumentar la dosificación de productos químicos de blanqueo. El parámetro indicado en el eje X del gráfico de la Figura 7, el "factor Kappa de secuencia completa", es una relación de la dosificación de cloro equivalente al número de Kappa entrante de la pasta. Es decir, es una relación algo normalizada del cloro utilizado para el contenido inicial en lignina de la pasta sin tratar. Por lo tanto, la Figura 7 ilustra cómo el brillo de la pasta responde a la cantidad de producto químico de blanqueo utilizado.

Las curvas 102, 103, 104 y 105 de la Figura 7 son, respectivamente, licor blanco prácticamente libre de DOM (102), licor de fábrica convencional (103), una pasta cocida en fábrica (no una pasta de laboratorio que utiliza licor de fábrica) (104) y licor negro termotratado en fábrica que fue objeto de termotratamiento (105). Estas representaciones gráficas indican claramente que se consigue la mejor blanqueabilidad cuando se utiliza como líquido de cocción un líquido prácticamente libre de DOM. Por lo tanto, mediante la extracción del licor que contenga un nivel de DOM suficiente para afectar adversamente a la blanqueabilidad de la pasta, y con la sustitución de parte o la totalidad del licor extraído con licor que contenga un DOM efectivo notablemente más bajo, puede incrementarse significativamente la blanqueabilidad de la pasta obtenida, por ejemplo, por lo menos una unidad de brillo ISO a un factor Kappa de secuencia completa particular. Como alternativa, estos datos indican que puede conseguirse un brillo ISO específico mientras se utiliza una carga química de blanqueo reducida. Sin embargo, la línea de gráfico 105 indica que aunque el licor negro termotratado puede mejorar la deslinificación (véase Figura 2), no puede ser tan fácilmente eliminada la lignina residual. Por lo tanto, el licor negro tratado puede no ser deseable para su uso como un licor de dilución donde se desea un incremento de la blanqueabilidad, sino que agua, licor blanco prácticamente libre de DOM y filtrado (así como sus combinaciones) serían más adecuados como licores de dilución. Sin embargo, el licor termotratado puede utilizarse para pasta que no está blanqueada, es decir, calidades no blanqueadas.

Como se indicó anteriormente, la reducción de la concentración de DOM de licores para obtención de pasta parece tener el efecto más importante sobre la resistencia de la pasta. Esto se soporta también por los datos gráficamente ilustrados en las Figuras 8 a 12B inclusive. Todos estos datos son para el mismo suministro de madera de cedro-picea-pino-abeto anteriormente examinados con respecto a las Figuras 4 a 7 inclusive y estos datos indican que bajo las mismas condiciones de cocción la resistencia al desgarramiento se incrementa notablemente a medida que aumenta la cantidad de DOM presente. Por ejemplo, la Figura 8 indica que la resistencia al desgarramiento a 11 km se incrementa (ver línea 106) a medida que disminuye la cantidad de licor de fábrica (y por lo tanto, se incrementa la cantidad de licor blanco prácticamente libre de DOM) para las cocciones de laboratorio allí ilustradas. La Figura 9 indica la misma relación básica por línea de gráficos 107, en donde se representa el porcentaje de licor de fábrica en relación con el desgarramiento a 600 CSF.

La tabla 2 siguiente muestra la resistencia al desgarramiento, con dos resistencias a la tracción, para cocciones de laboratorio realizadas con varios licores, con un desgarramiento para una pasta producida en fábrica ilustrada para comparación. Los datos procedentes de las cocciones 2 y 3, en la tabla 2, indican un incremento del veinte por ciento (20%) para un desgarramiento a una tracción de 10 km para la cocción de laboratorio con licor blanco prácticamente libre de DOM en comparación con una cocción de laboratorio en la que se utilice licor de fábrica y un incremento del doce por ciento (12%) se indica para el desgarramiento a una tracción de 11 km. Las cocciones de laboratorio 4, 5 y 6 en la tabla 2 ilustran el resultado de sustituir el licor libre de DOM, en partes específicas de la cocción, con el correspondiente licor de fábrica. Por ejemplo, en la cocción 4 el licor procedente de la línea de circulación inferior, BC, sustituyó al licor obtenido en laboratorio en la fase BC de la cocción de laboratorio. Análogamente, en la cocción 5 se utilizó BC y cocción modificada, MC y licor de fábrica en la cocción de laboratorio en las fases BC y MC, mientras que se utilizó licor prácticamente libre de DOM en las demás fases. Los datos de la tabla 2 indican que la reducción al mínimo del DOM es crítica a través de toda la cocción, no simplemente en fases posteriores, y soporta completamente el análisis proporcionado anteriormente con respecto a las Figuras 2 y 3.

Las Figuras 10A-12B ilustran el efecto del DOM sobre la resistencia de la pasta blanqueada. La Figura 10A ilustra la resistencia al desgarramiento y a la tracción para pasta no blanqueada, mostrando la línea 108 la pasta obtenida mediante licor de laboratorio prácticamente libre de DOM, la línea 109 del licor negro termotratado a presión y la línea 110 de licor de fábrica convencional. La Figura 10B ilustra la relación de desgarramiento a tracción después de que las pastas gráficamente ilustradas en la Figura 10A fueran blanqueadas utilizando la secuencia de blanqueo de laboratorio de DE_{0}D(nD). La línea 111 ilustra la pasta blanqueada obtenida a partir del licor blanco prácticamente libre de DOM; la línea 112, la pasta obtenida a partir del licor de fábrica termotratado a presión y la línea 113, una pasta convencional blanqueada obtenida a partir del licor de fábrica mientras que, para comparación, la línea 114 indica la resistencia mecánica de la pasta de fábrica tomada desde la plataforma de aplicación, después del blanqueo. La Figura 10B ilustra que no solamente es la pasta cocida con licor prácticamente libre de DOM más fuerte que la pasta de licor de fábrica, pero esta resistencia relativa se mantiene después del blanqueo. La pasta cocida con licor termotratado mantiene también una resistencia mecánica más alta que la pasta cocida de licor de fábrica después del blanqueo, pero la diferencia en resistencia después del blanqueo es mínima.

TABLA 2

2

Las Figuras 11A y 11B ilustran los resultados de las pruebas de las mismas cocciones/blanqueos que en las Figuras 10A y 10B solamente que el factor de desgarramiento se representa en relación con el refinado estándar canadiense (CSF). La línea 115 es de pasta prácticamente libre de DOM; la línea 116 es de pasta obtenida a partir de licor de fábrica termotratado a presión; la línea 117 es de pasta obtenida a partir de licor de fábrica; la línea 118 es de pasta obtenida sin prácticamente DOM y blanqueada; la línea 119 es de pasta blanqueada obtenida con licor termotradado a presión; la línea 120 es de pasta obtenida con licor de fábrica con blanqueo y la línea 121 es una toma en la plataforma de apilamiento de la fábrica.

Las Figuras 12A y 12B son representantes gráficas de las mismas cocciones/blanqueos que en las Figuras 10A y 10B solamente con el trazado gráfico de la tracción en función del refinado. La línea 122 es para pasta obtenida con licor de fábrica; la línea 123 es de pasta obtenida con licor de fábrica termotratado a presión; la línea 124 es de pasta obtenida con licor prácticamente libre de DOM; la línea 125 es de pasta blanqueada obtenida a partir del licor de fábrica; la línea 126 es de pasta blanqueada, cocida con licor prácticamente libre de DOM; la línea 127, es de toma en la plataforma de apilamiento y la línea 128 es de pasta blanqueada, cocida con licor de fábrica termotratado a presión. Las Figuras 12A y 12B ilustran que la tracción declina para la pasta cocida con licor termotratado y pasta cocida con licor prácticamente libre de DOM; sin embargo, la Figura 12B ilustra que el blanqueo reduce la resistencia a la tracción relativa de la pasta del licor termotratado por debajo de la pasta cocida de licor prácticamente libre de DOM. De nuevo, como se indicó anteriormente, el proceso de licor termotratado puede ser adecuado para pastas no blanqueadas.

Las cocciones de laboratorio anteriormente examinadas simularon todas ellas la secuencia de la obtención de pasta de un digestor continuo MCC® de Kamyr, Inc. Cada cocción de laboratorio tiene una fase de impregnación correspondiente, fase de cocción de tipo cocorriente, fase de cocción MCC® de contracorriente y una fase de lavado a contracorriente. La concentración de DOM típica, basada en el análisis de licor real, se ilustra en la Figura 13 para cocciones de laboratorio con tres fuentes de licor. La línea 130 es para licor de fábrica; la línea 131 es para licor de fábrica a 50% y licor blanco de laboratorio prácticamente libre de DOM a 50% y la línea 132 para licor blanco de laboratorio a 100% prácticamente libre de DOM. En la Figura 13, obsérvese que en el tiempo = 0, en el comienzo de la impregnación, todos los licores de laboratorio usados estaban libres de DOM. Esto fue realizado porque no existía ningún método fiable de muestrear el licor en esta fase de la cocción en fábrica. Por lo tanto, las concentraciones de DOM de fábrica y las cocciones de licor 50/50 al final de la fase de impregnación son más bajas que las previstas para este conjunto de datos y concentraciones más representativas son extrapoladas e indicadas (en la Figura 13). La Figura 13 ilustra cómo cada una de las concentraciones sigue una tendencia coherente a través de toda la cocción, incrementándose gradualmente las concentraciones hasta la fase de extracción y luego disminuyendo gradualmente durante las fases de lavado y MCC® por contracorriente. Incluso con una fuente de licor prácticamente libre de DOM, por supuesto, se libera DOM en el licor a medida que prosigue la cocción.

La Figura 14 ilustra un sistema de digestor continuo ejemplar 133 que utiliza las enseñanzas de la presente invención para obtener pasta de mayor resistencia. El sistema 133 comprende un digestor hidráulico continuo de dos vasijas convencional de Kamyr, Inc., con cocción de MCC®, no siendo ilustrada la vasija de impregnación en la Figura 14, pero si se ilustra el digestor continuo 134. La Figura 14 ilustra una modernización del digestor MCC® convencional 134 para poder realizar las técnicas de cocción con DOM más bajo según la presente invención.

El digestor 134 incluye una entrada 135 en su parte superior y una salida 136 en su parte inferior para la pasta obtenida. Un lodo de material fibroso celulósico triturado (viruta de madera) se suministra desde la vasija de impregnación en la línea 137 a la entrada 135. Un conjunto de criba superior 138 retira algún licor desde el lodo introducido en la línea 139 que se realimentada a los calentadores de BC y la vasija de impregnación. Por debajo del conjunto de la criba superior 138 hay un conjunto de cribas de extracción 140 que incluye una línea 141 que lleva a un primer tanque separador 142, generalmente constituido por una serie de tanques separadores. Debajo del conjunto de cribas de extracción 140 existe un conjunto de cribas de cocción 143 que tiene dos líneas que se extienden desde dicho conjunto, una línea 144 que proporciona la extracción (fusión con la línea 141) y la otra línea 145 que conduce a una bomba 145'. Puede proveerse una válvula 146 en la unión entre la línea 144 y 145 para variar la cantidad de licor que pasa por cada línea. El licor en la línea 145 pasa a través de un calentador 147 y una línea 148 para retornar al interior del digestor 134 a través de la abertura del tubo 151 a aproximadamente el nivel del conjunto de las cribas de cocción 143. Una línea de bifurcación 149 introduce también líquido recirculado en el tubo 150 a aproximadamente el nivel de las cribas de extracción 140. Por debajo del conjunto de cribas de cocción 143 está situado el conjunto de cribas de lavado 152, con una línea de retirada 153 que lleva a la bomba 154, pasando licor a través del calentador 155 a la línea 156 para ser objeto de retorno al interior del digestor 134 a través del tubo 157 a aproximadamente el nivel de la criba 152.

Para el sistema 133, la fábrica ha incrementado actualmente el ritmo de producción del digestor más allá de la tasa de producción para la que fue diseñado y la producción está actualmente limitada por el volumen de licor que puede extraerse. Esta limitación puede evitarse utilizando la técnica según la invención, como se ilustra concretamente en la Figura 14. Puesto que la cantidad de extracción en la línea 141 está limitada, esta cantidad será aumentada según la presente invención suministrando extracción también desde la línea 144. Por ejemplo, la tasa de extracción será, utilizando la invención, normalmente de 2 toneladas de licor por tonelada de pasta. En efecto, 1 tonelada de licor por tonelada de pasta extraída en la línea 144 es sustituida con licor de dilución (licor de lavado) desde la fuente 158. Esta operación se realiza según se ilustra en la Figura 14 haciendo pasar el licor de lavado desde la fuente 158 (p.e., agua de filtrado) a través de una bomba 159 y la válvula 160, siendo introducido la mayor parte del licor de lavado (p.e., 1,5 toneladas de licor por tonelada de pasta) en la línea 161 a la parte inferior del digestor, mientras que el resto (por ejemplo, 1 tonelada de licor por tonelada de pasta) se hace pasar en la línea 162 a la línea 145 para proporcionar el licor de dilución. Además, licor blanco prácticamente libre de DOM procedente de la fuente 163 puede añadirse en la línea 164 a la línea 145 antes del calentador 147 y mediante recirculación retornar al digestor a través de los tubos 150 y/o 151. Por supuesto, puede añadirse también licor blanco a la circulación de lavado en la línea 153 (véase línea 165) para efectuar la cocción de EMCC®. Las flechas de flujo 166 ilustran la zona de cocorriente en el digestor 134. Como resultado de las modificaciones ilustradas en la Figura 14, el flujo a contracorriente en la zona de cocción MCC® 167 contendrá licor más limpio, con DOM reducido, con resultados mejorados en resistencia mecánica de la pasta y en este caso también con un incremento en la tasa de producción del digestor 134.

El efecto de las modificaciones ilustradas en la Figura 14 sobre la concentración de DOM ha sido investigado utilizando un modelo de ordenador dinámico de un digestor continuo de Kamyr, Inc. Los resultados preliminares de esta investigación teórica se ilustran de manera esquemática en la Figura 15. La Figura 15 compara la variación en la concentración de DOM en un digestor MCC® convencional con el digestor ilustrado en la Figura 14, ilustrándose los resultados del digestor MCC® convencional por la línea 168 y los resultados del digestor de la Figura 14 por la línea 169. Como puede observarse en la Figura 15, la concentración de DOM en el conjunto de cribas 143 cae bruscamente con la adición de dilución de DOM reducido, reduciendo también el DOM en el flujo de contracorriente que retorna al conjunto de cribas de extracción 140. Asimismo, el licor de lavado a contracorriente descendente contiene menos DOM, puesto que se transporta menos DOM con la pasta. Las líneas del gráfico 170, 171 y parte de la línea 168 y 169 indican que, en la zona de cocción a contracorriente, se incrementa siempre el DOM en la dirección del flujo del licor. Es decir, el flujo a contracorriente es objeto de cocción y se acumula DOM a medida que pasa a través de la masa de virutas en flujo descendente.

Las Figuras 14 y 15 ilustran, por lo tanto, el fuerte impacto de solamente una extracción-dilución única sobre el perfil de DOM en un digestor continuo, cuya reducción de DOM puede tener un efecto brusco correspondiente sobre la resistencia de la pasta resultante.

La Figura 16 ilustra otra variante de fábrica que implanta técnicas según la invención. Se ilustra también un digestor 134 que es parte de un digestor hidráulico de dos vasijas. Puesto que muchos componentes ilustrados en las Figuras 14 y 16 son los mismos, se indican por la misma referencia numérica. Solamente las modificaciones de una respecto a la otra se describirán en detalle.

En la realización de la Figura 16, se producirá una reducción de DOM todavía más importante. En esta realización, las cribas 140, 143 están invertidas en comparación con la realización de la Figura 14 y también se proporciona otro conjunto de cribas 173 entre los conjuntos de cribas 138, 143. El conjunto de cribas 173 es un conjunto de cribas rebordeadas; según la invención, el conducto de retirada 174 proporciona extracción para el tanque separado
142.

En la realización de la Figura 16, como un ejemplo operativo particular, se extrajeron dos toneladas de licor por tonelada de pasta en la línea 174 y cuatro toneladas de licor por tonelada de pasta en la línea 141. Se añadirá licor de dilución en la línea 162 y licor blanco prácticamente libre de DOM en la línea 164. Esto dará lugar a los flujos 176, 177 ilustrados en la Figura 16, estando así el digestor 134 caracterizado como flujo cocorriente, a contracorriente, cocorriente y contracorriente (que puede denominarse cocción continua de flujos alternados).

La figura 17 ilustra otro sistema de digestor 179 según la presente invención. En este sistema de vasija doble, la vasija de impregnación 180 es ilustrada, presentando una entrada 181 en la parte superior de la misma y una salida en la parte inferior. El líquido retirado en 183 se hace circular de nuevo al alimentador a alta presión convencional, mientras se añade licor blanco a 184. El licor retirado en 185 puede hacerse pasar a un punto de introducción entre el primer tanque separador 186 y el segundo tanque separador 187. El lodo de la línea 182 se introduce en 188 en la parte superior del digestor 189, que presenta una disposición de "pozo de amortiguación" 190, de la que se retira el licor en 191 y se hace circular de nuevo hasta la parte inferior de la vasija de impregnación 180. El licor es calentado en el calentador 193 cuando circula de nuevo.

El digestor 189 presenta asimismo un conjunto de cribas redondeadas 194 con la retirada 195 del mismo en este caso confluyendo con el líquido de recirculación en la línea 191. El conjunto de cribas de cocción 196 está previsto por debajo del conjunto de cribas redondeadas 194, con el líquido retirado en la línea 197 que pasa a través de la válvula 198 en una línea 199, y siendo opcionalmente dirigido algo del líquido que pasa de la válvula 198 en la línea 200 hasta el tanque separador 186. El líquido en la línea 199 es diluido con licor de DOM inferior, como el licor blanco sustancialmente libre de DOM 201 y el filtrado 202, antes de pasar a través del calentador 203 y ser reintroducido en el digestor 189 por el conducto 204 a aproximadamente el nivel del conjunto de cribas. El conjunto de cribas de extracción 206 presenta una línea de retirada 207 del mismo que se dirige al tanque separador 186. El conjunto de cribas de lavado 208 comprende la línea de recirculación 209 a la que puede añadirse licor blanco en 210 antes de que el licor pase a través del calentador 211, y es a continuación reintroducido por un conducto 212 a aproximadamente el nivel del conjunto de cribas de lavado 208. El filtrado que proporciona el licor de lavado es añadido en 213, mientras que la pasta de papel producida es retirada en la línea 193.

Debe apreciarse que el sistema 179 presenta el potencial de extraer desde la línea 197, a través de la válvula 198 en el conducto 200. El líquido en dilución en forma de filtrado se añade asimismo preferentemente en 214 a la línea 182, mientras el licor blanco sustancialmente libre de DOM se añade en 214'.

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La Figura 18 ilustra un digestor hidráulico de una vasija que se modifica según las enseñanzas de la presente invención, incluyendo también esta modificación dos juegos de cribas de cocción, como es convencional. Esto incrementa el potencial para la introducción de extracción/dilución en otros dos lugares más.

El sistema de digestor hidráulico de una sola vasija 215 incluye los componentes convencionales de depósito de virutas 216, vasija de vapor 217, dispositivo de transferencia a alta presión (alimentador) 218, línea 219 para añadir lodo de material fibroso celulósico en la parte superior 220 del digestor continuo 221 y una línea de retirada 222 para la pasta obtenida en la parte inferior del digestor 221. Parte del líquido ha sido retirado en la línea 223 y recirculado de nuevo al alimentador a alta presión 218. Las cribas de cocción están por debajo de la línea 223, por ejemplo, el primer conjunto de cribas de cocción 224 y el segundo conjunto de cribas de cocción 225.

Asociado con el primer conjunto de cribas de cocción 224 hay un primer medio para recircular la primera parte del líquido retirado desde el conjunto de cribas de cocción 224 al interior del digestor 221, incluyendo la línea 226, la bomba 227 y el calentador 228, con un conducto de reintroducción 229 a aproximadamente el nivel del conjunto de cribas 224. Puede proporcionarse una válvula 230 para la extracción antes del calentador 228 en la línea 231, mientras que el líquido de dilución, tal como licor blanco (p.e., 10% del licor blanco total utilizado) se añade por un conducto 232 inmediatamente antes del calentador 228.

Unos segundos medios para recircular parte del licor retirado y extraer otro licor retirado se proporcionan para el segundo conjunto de cribas de cocción 225. Este segundo sistema comprende el conducto 235, la bomba 236, el calentador 237, la válvula 238 y el conducto de reintroducción 239. Una parte del líquido es aumentada con líquido de dilución en el conducto 242 mientras que el líquido de dilución, en la forma de licor blanco, se añade en la línea 241 y mientras se extrae algún licor en la línea 240. De esta manera la concentración de DOM se reduce, en gran medida, en la zona de cocción adyacente a los conjuntos de cribas 224, 225.

Situado debajo del segundo conjunto de cribas de cocción 225 está el conjunto de cribas de extracción 245 que tiene un conducto 246 que se extiende desde dicho conjunto a una válvula 247. Desde la válvula 247, una bifurcación 248 va al primer tanque separador 249 de un sistema de recuperación que suele incluir un segundo tanque separador 250. Parte del licor en la línea 246 puede recirculares dirigiendo la válvula 247 hacia la línea 251.

Asimismo, el digestor 221 comprende un tercer conjunto de cribas 253 situado debajo del conjunto de cribas de extracción 245 e incluyendo una válvula 254 que se bifurca en un conducto de retirada 255 y un conjunto de extracción 256. Es decir, dependiendo de las posiciones de la válvula 247, 254, el líquido puede fluir desde la línea 246 a la línea 255 o desde la línea 256 a la línea 248.

La línea 255 está conectada por la bomba 257 al calentador 260 y al conducto de retorno 261 a aproximadamente el nivel del conjunto de cribas 253. Se añade licor de dilución a la línea 255 antes del calentador 260, añadiéndose licor blanco (p.e., aproximadamente un 15% del licor blanco usado para cocción) a través de la línea 258 y líquido de dilución, tal como filtrado de lavado, desde la fuente 243 siendo añadido a través de la línea 259.

El digestor 221 incluye también un conjunto de criba de lavado 263 que presenta un conducto de retirada 264 al que puede añadirse licor blanco desde la fuente 233 (por ejemplo, un 15% del licor blanco total para el proceso) a través de la línea 265. También se dispone de una bomba 266, un calentador 267 y un conducto de retorno 268 para reintroducir el líquido retirado a aproximadamente el nivel del conjunto de cribas 263. El filtrado de lavado se añade también por debajo del conjunto de cribas 263 por el conducto 269 conectado a la fuente de filtrado de lavado 243.

En un funcionamiento ejemplificativo según la invención, un 55% del licor blanco utilizado para tratamiento de la pasta se añade en la línea 271 para impregnar las virutas cuando se manipulan por el dispositivo de transferencia a alta presión 218 y se trocean en la línea 219, con la adición de un 5% al alimentador de alta presión 218 a través de la línea 272, añadiendo un 10%, de manera colectiva, en las líneas 232, 241 (p.e., 5% en cada una) y se añade un 15% en cada una de las líneas 258, 265.

Utilizando el conjunto del digestor continuo hidráulico de una sola vasija 215 de la Figura 18, se mantendrá un nivel bajo de DOM y además, existen numerosos modos de funcionamiento. Por ejemplo, puede proporcionarse por lo menos cada uno de los tres modos de funcionamiento siguientes:

(A)

Cocción continua modificada extendida con extracción/dilución en las cribas de cocción más bajas; en este modo operativo, el digestor 221 funciona con extracción convencional en la línea 246 y con la cocción continua modificada extendida, se añade licor blanco en 232, 258 y 265. La extracción se produce también en la línea 240 con un licor de dilución correspondiente añadido en la línea 242 desde el filtrado de lavado 243, que resulta en un flujo de licor con DOM reducido a contracorriente o cocorriente entre el conjunto de cribas de extracción 245 y el conjunto de cribas de cocción más bajo 225. El hecho de que el flujo sea a contracorriente o cocorriente depende de los valores de las extracciones en las líneas 240, 246.

(B)

Cocción continua modificada con extracción/dilución en circulación de cocción continua modificada. En este modo, todos los flujos que se acaban de describir con respecto a (A) son utilizados y además, se produce una extracción en la línea 256, controlándose las válvulas 247 y 254 para permitir que una parte del líquido procedente del tercer conjunto de cribas 253 (el conjunto de cribas de cocción continua modificada) pase a la línea 248. El líquido de dilución para la reposición de esta extracción se añade en la línea 259, dando lugar a otro flujo de líquido a contracorriente de DOM reducido entre los conjuntos de cribas 245 y 253.

(C)

Impregnación de desplazamiento y dilución de extracción en cribas de cocción superiores: este modo operativo puede utilizarse sólo o con un proceso de cocción continua modificado convencional o en adición a los modos (A) y (B) anteriores. Este modo operativo incluye la extracción en el conjunto de criba superior 224, según se indica por una línea 231, bajo el control de la válvula 230 y la dilución con licor blanco en la línea 232. Puede proporcionarse una dilución adicional desde la línea 259 (no mostrada en la Figura 20). Esto da lugar impregnación de desplazamiento, que se produce cuando un flujo a contracorriente a la entrada del digestor es inducido no por una extracción, sino por el contenido en licor de las virutas entrantes. El bajo contenido en licor de las virutas hará que el digestor hidráulicamente rellenado 221 fuerce el flujo de dilución de retorno a la entrada 220 que da lugar a un flujo a contracorriente del licor DOM reducido.

El sistema 215, ilustrado en la Figura 18, no está limitado a los modos operativos A-C anteriormente descritos, sino que dichos modos son solamente ejemplos de las numerosas formas modificadas que puede adoptar el flujo para utilizar los principios de DOM bajo según la presente invención para obtener una pasta con mayor resistencia mecánica.

Debe tenerse en cuenta que la totalidad de las realizaciones de las Figuras 14, 16 y 18 pueden adaptarse a las fábricas existentes y los detalles exactos de cómo se utilizan los diversos equipos dependerá de la fábrica particular en la que se utilice la tecnología. Todo ello dará lugar a las ventajas del DOM reducido anteriormente descritas, por ejemplo, mayor resistencia mecánica, blanqueabilidad mejorada, consumo de álcali efectivo reducido y/o factor H más bajo. Se demuestra mejor para la configuración de la figura 17 con respecto a las figuras 19 a 23.

En la figura 17, 185 es considerada la primera extracción, 200 la segunda extracción, 207 la tercera extracción, 214 la primera dilución, 202 la segunda dilución y 213 la tercera dilución.

La figura 19 muestra una comparación por simulación informática de los perfiles DOM de una cocción EMCC® estándar y una cocción similar de acuerdo con la invención utilizando el sistema de la figura 17 con cocción cocorriente extendida. En una cocción EMCC® estándar, la extracción es desde unas cribas de extracción convencionales y se añade licor blanco a la circulación de lavado y a la circulación de cocción convencionales, siendo el flujo de licor desde la parte superior del digestor hasta las cribas de extracción convencionales cocorriente. De acuerdo con el modo cocorriente prolongado de la figura 19, la tercera extracción 207 es la extracción principal de manera que la cocción cocorriente tiene lugar en todo el trayecto al conjunto de cribas 206. La figura 19 muestra la cocción EMCC® convencional mediante la línea 275 del gráfico, y la cocción según el modo de cocción cocorriente prolongado mediante la línea 276 del gráfico. En el modelo informático que genera la figura 19, la tasa de tonelaje fue de 1.200 ADMT/D y la distribución del licor blanco fue 60% en la impregnación 184, 5% en la línea de BC 214', 15% en la circulación de MCC® 201, y 20% en la circulación de lavado 210. Las 1,5 toneladas que se añadieron en 213 de filtrado de dispositivo de lavado de pasta de papel como contracorriente fueron líquidas.

Como puede apreciarse a partir de la figura 19, aunque la concentración de DOM es reducida inicialmente en la zona de cocción, la concentración de DOM es superior en la etapa de contracorriente. Por lo tanto, se proporciona una pequeña mejora en la concentración de DOM con esta forma de cocción cocorriente extendida (276). Mientras que el modelo informático presenta algunas limitaciones, la figura 19 muestra que la concentración de DOM puede variar a lo largo de la cocción.

La figura 20 ilustra el efecto teórico de añadir licor blanco en 201 y licor de dilución bajo en DOM en 202 en la figura 17. En la figura 20, se añadieron 1,0 toneladas de licor por tonelada de filtrado de dispositivo de lavado de pasta de papel en 202, junto con 0,6 t/tp de licor blanco. Se extrae en 200 un flujo de licor correspondiente de 1,6 t/tp. Como puede apreciarse mediante la línea 277 del gráfico, comparada con la línea 276 del gráfico de la figura 19, la concentración de DOM resultante disminuye radicalmente entre las cribas 196, 206.

La figura 21 muestra el efecto de variar la distribución del filtrado del dispositivo de lavado a la dilución en 202 y 213. En este caso el filtrado del dispositivo de lavado completo de 1,5 + 1,0 = 2,5 t/tp es distribuido en 213 y en 202. La línea 278 del gráfico muestra una simulación para 1/3 del licor de dilución que es añadido en 202; 279, 1/2 en 202; y 208, 2/3 en 202 (el resto en 213 en cada caso). Por lo tanto, resulta evidente que el perfil de DOM varía de manera significativa con la variación del flujo de dilución, y a medida que se añade una mayor dilución a la zona de cocción, más disminuye el DOM en la misma (mediante el aumento en la zona de lavado).

La figura 22 ilustra el efecto teórico de modificar la extracción en 200. La línea 281 del gráfico prevé el perfil de DOM cuando la extracción en 200 es 1,35 t/tp; la línea 282, cuando la extracción en 200 es 1,85 t/tp; y la línea 283, cuando la extracción en 200 es 2,6 t/tp. En cada caso la dilución de 2,5 t/tp total es dividida de manera uniforme entre 202 y 213, y 0,6 t/tp de licor blanco adicionales se añaden en 201. La Fig. 22 muestra con claridad que la concentración de DOM teórica en la zona de cocción disminuye con la extracción incrementada en 200, y resulta esencialmente inalterada a través de la zona de contracorriente. Por lo tanto, esta extracción puede ser modificada para alojar el descenso de presión de las cribas de extracción sin afectar al perfil de DOM en exceso.

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La Fig. 23 muestra el efecto de extraer de 185 (la parte superior de la vasija de impregnación 180) para crear una zona de impregnación contracorriente mientras se utiliza la cocción cocorriente extendida con cocción. En este caso los datos de la vasija de impregnación cocorriente de referencia son idénticos a los mostrados en la Fig. 20. El flujo de extracción 185 es de 1,1, t/tp; el licor extraído no es sustituido por el filtrado del dispositivo de lavado, sino por el licor blanco en 184. En los modelos anteriores de las figuras 21 a 24, se añadió 60% del licor blanco añadido en 184 y 5% en 214'; en la figura 23, éstos son invertidos, 5% en 185, y 60% en 214'. La línea 284 del gráfico muestra los resultados para el flujo de vasija de impregnación cocorriente, mientras que la línea 285 muestra los resultados para el flujo contracorriente (60% de licor blanco en 214'). Así, esto demuestra que la concentración de DOM teórica disminuye tanto en la vasija 180 como en la zona de cocción, y es comparable en la zona de cocción contracorriente. Por lo tanto, las concentraciones bajas en DOM son posibles debido a la extracción en la vasija 180 además de a la extracción y la dilución en el digestor 189.

Por consiguiente, se constata que, según la presente invención, se proporciona un método que mejora la resistencia mecánica de la pasta kraft eliminando, reduciendo al mínimo (por ejemplo, por dilución) o pasivando el material DOM durante las etapas de inicio o intermedia de una cocción de pasta kraft.

Claims (5)

1. Procedimiento para la cocción de pasta kraft de material fibroso de celulosa en un digestor continuo, comprendiendo dicho procedimiento en una etapa durante el proceso de cocción, en el inicio de la cocción o durante una etapa intermedia de la cocción:

a)

extraer el licor de las cribas de retirada en el inicio de la cocción o en una etapa intermedia de la cocción;

b)

tratar el licor extraído para eliminar, o neutralizar, los efectos adversos del DOM en el mismo para reducir el nivel de DOM efectivo en el licor extraído, y

c)

aumentar el licor extraído con licor que contiene un nivel de DOM efectivo sustancialmente inferior al licor extraído, y

d)

hacer circular de nuevo el licor resultante al digestor a aproximadamente el nivel de las cribas de retirada en el inicio del a cocción o en la etapa intermedia de la cocción respectivamente con el fin de reducir el nivel de DOM en el digestor y mejorar así la resistencia y la blanqueabilidad de la pasta de papel así producida y reducir el consumo de productos químicos.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa c) se pone en práctica sustituyendo parte o la totalidad del licor extraído con licor seleccionado de entre el grupo constituido esencialmente por agua, licor blanco sustancialmente libre de DOM, licor negro termotratado a presión, filtrado de dispositivo de lavado y combinaciones de los mismos.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa b) se pone en práctica termotratando a presión el licor extraído para pasivar el DOM en el mismo.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el termotratamiento a presión del licor extraído comprende calentar a presión el licor extraído a una presión superatmosférica y a una temperatura de aproximadamente 170ºC a 350ºC, y por lo menos 20ºC por encima de la temperatura de cocción, durante aproximadamente 5 a 90 minutos.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa b) se pone en práctica mediante un procedimiento seleccionado de entre absorción, precipitación, ultrafiltración, destrucción, separación por gravedad, extracción supercrítica, extracción de disolventes, evaporación.