ES2708216T3 - Uso de ditionito de sodio en el proceso de despulpado de celulosa - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de celulosa a partir de material que tiene lignocelulosa, mediante descomposición con sulfito o descomposición con sulfato en presencia de una sal del ácido ditionoso, caracterizado porque se usa la sal del ácido ditionoso en una cantidad en el intervalo de 0,1 a 4,0 % en peso en el caso de la descomposición con sulfito y en una cantidad en el intervalo de 1,0 a 2,0 % en peso en el caso de la descomposición con sulfato, referidas en cada caso a la cantidad de material que tiene lignocelulosa seco en horno y en el que en la descomposición con sulfito se añade la sal del ácido ditionoso, una vez la mezcla de licor de cocción y material que tiene lignocelulosa que va a ser descompuesto por calentamiento han alcanzado una temperatura en el intervalo de 60 a 110°C y la mezcla así obtenida es dejada a una temperatura en el intervalo de 100 a 110°C por 30 a 90 minutos (fase de impregnación) y en el que en la descomposición con sulfato se añade la sal del ácido ditionoso en la fase final de la descomposición.
Description
DESCRIPCION
Uso de ditionito de sodio en el proceso de despulpado de celulosa
La presente invencion se refiere a un procedimiento para la fabricacion de celulosa a partir de material que tiene lignocelulosa, mediante descomposicion con sulfito o descomposicion con sulfato, como se define en las reivindicaciones.
Los procedimientos para la obtencion de celulosa (aqui y entre los expertos denominada tambien "pulpa") a partir de material que tiene lignocelulosa, como madera, son conocidos y descritos por ejemplo en Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie, 4a edicion, volumen 17, "Papier, Faserrohstoffe", pp. 531-576, editorial Chemie Weinheim, Nueva York (1979). Comunmente, la celulosa es obtenida mediante procesos quimicos de descomposicion a partir de material que tiene lignocelulosa, por ejemplo madera. Tales procesos quimicos de descomposicion son por ejemplo la descomposicion con sulfito o la asi mismo conocida descomposicion con sulfato, aplicados para este proposito. Por ejemplo en la literatura de Ullmann citada anteriormente se describen la descomposicion con sulfito y la descomposicion con sulfato.
Dicho de manera simple, en los dos procesos mencionados anteriormente, se trata como sigue el material que tiene lignocelulosa, para obtener celulosa.
En el proceso de sulfito (denominado aqui tambien "descomposicion con sulfito") se trata material que tiene lignocelulosa, usualmente madera, en un medio acido o neutro en presencia de sulfitos (sales del acido sulfuroso H2SO3) con un acido denominado licor de coccion, en el que usualmente se sulfona la lignina y se transforma en soluble en agua y con ello puede separarse de las fibras abandonando las pulpas.
El documento DE-C-912 169 describe la sobrecoccion de virutas de madera de abeto rojo con lejia de sulfato. La lejia de sulfato puede contener ditionito de sodio (Na2S2O4). A las virutas de madera se anade la lejia de sulfato y se las somete a ebullicion. Es decir que el ditionito de sodio esta presente desde el principio en la lejia de coccion y es calentado con esta.
El documento US-A-2012/0168102 se refiere al tratamiento previo de material de lignocelulosa mediante extraccion con agua y subsiguiente impregnacion con agentes oxidantes o reductores ("agente reductor"), antes de que el material de lignocelulosa asi tratado sea alimentado a un "proceso de despulpado de Kraft", es decir descomposicion con sulfato. Como “agente reductor, puede usarse un "ditionito (hidrosulfito) de metal alcalino".
Existen diversos tipos de proceso de descomposicion con sulfito, que se diferencian entre otros por el valor de pH de su solucion de coccion. Estos son por ejemplo:
a) la descomposicion acida con bisulfito, con dihidrogenosulfito de magnesio (a continuacion tambien "Mg(HSO3)2") y dioxido de azufre, SO2 asi como agua como componente del licor de coccion,
b) la descomposicion con bisulfito con Mg(HSO3)2, como componente del licor de coccion,
c) la descomposicion con sulfito neutro, con sulfito de disodio (a continuacion tambien "Na2SO3") y carbonato de sodio (a continuacion tambien "Na2CO3"), como componente del licor de coccion y
d) la descomposicion con sulfito alcalino con Na2SO3 e hidroxido de sodio (a continuacion tambien "NaOH") asi como agua como componente del licor de coccion.
Por regla general, en la descomposicion acida con bisulfito, como base se usa magnesio en forma de oxido de magnesio (MgO), el cual reacciona entonces hasta dihidrogenosulfito. En lugar del magnesio (Mg), en la descomposicion acida con bisulfito pueden usarse tambien calcio (Ca), sodio (Na) o amonio (NH4+), como base para la solucion de coccion, el cual es usado entonces de manera analoga al magnesio como el correspondiente oxido o hidroxido. Asi mismo, pueden usarse de manera analoga estos metales comunmente, excepto calcio, tambien en la descomposicion con bisulfito.
Hoy en el procedimiento de sulfito, el procedimiento acido de bisulfito de magnesio es el mas frecuentemente usado.
Para el procedimiento de sulfito, como material que tiene lignocelulosa entran en consideracion por regla general maderas de coniferas, madera de abeto rojo, ademas madera de abeto y la madera de cicuta. Ademas son adecuados algunos tipos de madera de arboles de fronda como hayas, alamos y abedules. En el procedimiento de sulfito se prefiere la madera de abeto rojo.
Los diferentes tipos de procesos mencionados anteriormente del procedimiento de sulfito trabajan comunmente en cada caso a presiones en el intervalo de 0,1 a 10 bar y en general a determinados intervalos de valor de pH. La
descomposicion a) acida con bisulfito comunmente en un valor de pH en el intervalo de 2 a 3, la descomposicion b) con bisulfito comunmente en un valor de pH en el intervalo de 3 a 5, la descomposicion c) con sulfito neutro comunmente en un valor de pH en el intervalo de 6 a 9 y la descomposicion d) con sulfito alcalino comunmente en un valor de pH del 1.
De manera correspondiente al intervalo de pH, en el proceso de sulfito se diferencian las temperaturas de descomposicion. De este modo, el intervalo de temperatura de la descomposicion a) acida con bisulfito esta por regla general en 120 a 150°C, el de la descomposicion b) con bisulfito esta por regla general en 150 a 160°C y el de la descomposicion c) con sulfito de sodio o tambien el de la descomposicion d) con sulfito alcalino esta por regla general en 160 a 180°C.
El licor de coccion del procedimiento de sulfito contiene usualmente el denominado dioxido de azufre libre (SO2), que esta presente como SO2 y acido sulfuroso (a continuacion tambien "H2SO3") y SO2 unido, que esta unido a un cation (base). Por regla general el SO2 libre y SO2 unido son indicados como SO2 total. El licor de coccion del procedimiento de sulfito se compone en general de la siguiente manera:
M2SO3 + H2SO3 + SO2 + H2O,
de ellos el H2SO3 y el SO2 son asignados al SO2 y el M2SO3 al SO2 unido. M es aqui la denominada base en cada caso, por ejemplo magnesio.
La fraccion de la base y del SO2 en el licor de coccion es indicada al respecto en porcentaje en peso. asi, por ejemplo un licor de coccion con un contenido total de SO2 de 80 g de por litro contiene en total 8% de SO2. La fraccion de base es representada como su respectiva forma de oxido, como MgO, CaO, Na2O.
La fabricacion de un licor de coccion ocurre comunmente mediante una absorcion de SO2 en agua y vehiculo basico. La siguiente igualdad deberia servir como ejemplo para el principio de fabricacion del licor de coccion de la descomposicion con bisulfito con magnesio como base (bisulfito de magnesio).
Mg(OH)2 + 2 SO2 ^ Mg(HSO3)2
En el procedimiento de sulfato (tambien denominado como "descomposicion de Kraft" o "descomposicion de sulfato" entre los expertos) se obtiene celulosa comunmente a partir de material que tiene lignocelulosa, por ejemplo de la madera de arboles o tambien de plantas anuales, por ejemplo canas, cereales (paja), cana de azucar (bagazo), maiz.
Comunmente, en el procedimiento de sulfato se calientan astillas de madera del material que tiene lignocelulosa, por ejemplo madera o tallos vegetales desmenuzados, en recipientes a presion por varias horas, por ejemplo 3 a 6 horas, a presion elevada, por ejemplo en el intervalo de 7 a 10 bar, comunmente en una mezcla de soda caustica (NaOH acuoso), sulfuro de sodio (Na2S), y sulfato de sodio (a continuacion tambien "Na2SO4") y dado el caso carbonato de sodio (a continuacion tambien "Na2CO3").
Con ello se forma la denominada "lejia negra" (lignina soluble en alcali), que mediante fijacion es separada de la pulpa.
Con los denominados procedimientos de sulfito y sulfato se separa la celulosa de la lignina, aunque todavia es deseable elevar el rendimiento de pulpa y esto en particular con simultaneo bajo contenido de lignina de la pulpa.
Se sabe que por ejemplo en la descomposicion de madera hasta pulpa existe una correlacion entre el denominado “grado de descomposicion", expresado por ejemplo mediante el "numero Kappa", y el rendimiento de pulpa.
El numero Kappa es una medida del contenido de lignina de la pulpa.
Un numero Kappa muy bajo, por consiguiente contenido muy bajo de lignina en la pulpa, tiene correlacion usualmente con un bajo rendimiento de pulpa. Es decir, usualmente en la descomposicion en progreso no solo se elimina la lignina mas y mas, sino que de manera creciente tambien se disuelven (componentes de) pulpa (predominantemente hemicelulosas) de la madera hacia el licor de coccion o lejia de coccion. De ello se tiene como resultado una cantidad mas baja de pulpa aislada, respecto a la madera usada.
Una desventaja de la descomposicion de pulpa de acuerdo con el procedimiento de sulfato es la aparicion de sustancias de mal olor como los mercaptanos, en particular metilmercaptano.
La adicion de ditionito de sodio (en lo sucesivo tambien "Na2S2O4") en el proceso de fabricacion de pulpa es conocida basicamente a partir de la siguiente literatura.
G. Jayme y G. Worner describen una descomposicion alcalina con sulfito de madera de abeto rojo a 170°C, 24
horas, en la que en 100 cm3 de la solucion de descomposicion estaban presentes 3 g de NaOH, 1,56 g de ditionito de sodio (Na2S2O4) y 4,69 g de Na2SO3. (G. Jayme, G. Worner, Papier, 6a entrega anual, cuaderno 11, pp. 220-222 (1952)). Alli se describen cantidades relativamente grandes de ditionito de sodio, referidas a la madera que va a ser tratada, indirectamente mediante la asignacion de cantidades de las sustancias quimicas asi como la "relacion de lejias" (p. 221, columna izquierda de la tabla numerica y el parrafo que le sigue).
Ademas Jayme y Worner en Holz als Roh- und Werkstoff 10 (1952) 6, pp. 244-249, describen el uso de cantidades relativamente grandes de ditionito de sodio (Na2S2O4) en una lejia de sulfato (65% de NaOH, 25% de Na2S y 10% de Na2CO3) en la descomposicion con sulfato de madera de abeto rojo. La cantidad de ditionito de sodio, referida a la madera que va a ser tratada es tambien aqui descrita de manera indirecta mediante la asignacion de cantidades de sustancias quimicas asi como de la “relacion de lejia " (p. 246, columna izquierda desde "Wirkung des Natriumhypodisulfits in Sulfat-Aufschlusslosungen" hasta la tabla 2). La "relacion de lejias" alli descrita de 1:7,5 dice que en 1 parte en masa de madera se usaron 7,5 partes en masa de lejia de coccion.
Fue objetivo de la presente invencion obtener un elevado rendimiento de pulpa con simultaneo contenido bajo de lignina en la pulpa en la descomposicion de material que tiene lignocelulosa, en la que en particular en el procedimiento de sulfato deberia reducirse la formacion de emisiones de mal olor.
El objetivo fue logrado mediante adicion de bajas cantidades de una sal del acido ditionoso (este en lo sucesivo tambien "H2S2O4") en la descomposicion con sulfito o descomposicion con sulfato y como se describe en el resto de las reivindicaciones.
La celulosa es conocida y es descrita por ejemplo en "Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie, 4a edicion, volumen 17, "Papier, Faserrohstoffe", editorial Chemie Weinheim, Nueva York (1979) pp. 531 -532 en capitulo 1.E El material que tiene lignocelulosa es aqui cualquier material, preferiblemente de la naturaleza, que contiene lignina y celulosa.
Los materiales que tienen lignocelulosa preferidos son maderas, incluyendo maderas desmenuzadas, como segmentos de madera de aserraderos.
Son maderas bien adecuadas las maderas de coniferas, preferiblemente abeto o pino o madera de hoja caduca como hayas.
Ademas, aqui bajo material que tiene lignocelulosa se entienden aun pastos y plantas anuales, por ejemplo paja, canas, esparto, bambu y bagazo, en los que usualmente estos no se descomponen con el procedimiento de sulfito, sino preferiblemente con el procedimiento de descomposicion alcalina o el procedimiento de sulfito neutro.
La descomposicion con sulfito y la descomposicion con sulfato para la obtencion de celulosa son conocidas y son descritas en el comienzo y de manera mas detallada en Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie, 4a edicion, volumen 17, "Papier, Faserrohstoffe", editorial Chemie Weinheim, Nueva York (1979) pp. 535-549 en capitulo 1.4].
Las sales del acido ditionoso (H2S2O4) son aqui todas las sales metalicas o sales de amonio sustituido (NR4+) o no sustituido (NH4+) de este acido.
Son sales bien adecuadas del acido ditionoso las sales de metales alcalinos, sales de metales alcalinoterreos, sales de los metales del grupo 12 del Sistema Periodico de Elementos, asi como sales de amonio (NH4+).
Las sales preferidas del acido ditionoso son ditionito de sodio (Na2S2O4), ditionito de potasio (K2S2O4), ditionito de calcio (CaS2O4), ditionito de zinc (ZnS2O4), ditionito de amonio ((NH4)2S2O4).
Las sales del acido ditionoso, incluyendo las preferidas anteriores, comprenden evidentemente tambien aquellos individuos que contienen agua de cristalizacion y/o aditivos, estos ultimos por ejemplo para estabilizar.
Una sal bien adecuada del acido ditionoso es el producto ditionito de sodio, de BASF SE que esta en el mercado como Blankit® o Blankit®S.
Para el procedimiento de acuerdo con la invencion son adecuadas basicamente todas las variantes de descomposicion con sulfito, como se describen al principio y en Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie, 4a edicion, volumen 17, "Papier, Faserrohstoffe", S. 531-576, editorial Chemie Weinheim, Nueva York (1979).
La temperatura de descomposicion en la descomposicion con sulfito esta usualmente en el intervalo de 100 a 160°C.
Una descomposicion con sulfito bien adecuada para el procedimiento de acuerdo con la invencion es el procedimiento de bisulfito con Mg(HSO3)2 como componente del licor de coccion, que es descrito con mas detalle a
continuacion.
Como material que tiene lignocelulosa se usan maderas de conifera, preferiblemente madera de abeto rojo, preferiblemente como virutas de madera. Las virutas de madera son usadas comunmente recien cortadas (por consiguiente con un contenido seco de aproximadamente 50 % en peso). La cantidad de uso es calculada como sustancia seca (otro), para poder determinar entonces por ejemplo el rendimiento de pulpa.
El licor de coccion puede ser fabricado mediante suspension de carbonato de magnesio (en lo sucesivo tambien "MgCC>3") en el agua y subsiguiente introduccion de SO2. La introduccion de SO2 ocurre por regla general hasta que surge una solucion clara, que exhibe un valor de pH por ejemplo de aproximadamente 3,8. Al respecto, casi la totalidad de la sustancia disuelta esta presente usualmente como Mg(HSO3)2. Para introduccion adicional de SO2 se reduciria mas el valor de pH con cantidad creciente de acido sulfuroso.
La coccion del denominado material que tiene lignocelulosa con el licor de coccion tiene lugar en los digestores comunes, de manera continua o tambien discontinua. El tiempo total de coccion esta en el intervalo de 400 a 600 minutos.
Preferiblemente para la coccion en el procedimiento aqui mencionado de bisulfito, preferiblemente el procedimiento de bisulfito con Mg(HSO3)2 como componente del licor de coccion, se usa un perfil de temperatura.
Un perfil de temperatura bien adecuado es como sigue.
1a fase: calentamiento de una temperatura en el intervalo de 15 a 30°C a una temperatura en el intervalo de 100 a 110°C, en un periodo de 60 a 120 minutos.
2a fase (fase de impregnacion): mantenimiento por 60 a 90 minutos a una temperatura en el intervalo de 100 a 110°C.
3a fase: elevacion de una temperatura en el intervalo de 100 a 110°C, hasta una temperatura en el intervalo de 150 a 160°C, en un periodo de 45 a 90 minutos.
4 a fase (tiempo de coccion final): mantenimiento por 150 a 250 minutos a una temperatura en el intervalo de 150 a 160°C
5 a fase: enfriamiento una temperatura en el intervalo de 100 a 90°C.
La sal del acido ditionoso, preferiblemente ditionito de sodio (Na2S2O4), ditionito de calcio (CaS2O4), ditionito de zinc (ZnS2O4), de modo particular preferiblemente ditionito de sodio, es anadida a la mezcla de material que tiene lignocelulosa, preferiblemente las virutas de madera de abeto rojo, y el licor de coccion, como se describio anteriormente, en una cantidad en el intervalo de 0,1 a 4,0 % en peso, preferiblemente 1,0 a 2,0 % en peso, referido en cada caso al material que tiene lignocelulosa seco en horno, preferiblemente las virutas de madera de madera de abeto rojo secas en horno.
Basicamente, la dosificacion de la sal del acido ditionoso puede suceder en cualquier momento durante el proceso de coccion o tambien antes de el. Sin embargo, se prefieren las siguientes variables de dosificacion:
a) al comienzo de la 2a fase
b) al comienzo de la 4a fase
c) en aproximadamente la mitad de la 4 a fase
Preferiblemente la sal del acido ditionoso es dosificada al comienzo de la 2a fase, por consiguiente la fase de impregnacion.
A continuacion se describe una descomposicion con sulfato bien adecuada para el procedimiento de acuerdo con la invencion.
Como materiales que tienen lignocelulosa se usan maderas, como maderas de hoja caduca o preferiblemente madera de conifera, de modo particular preferiblemente madera de abeto rojo, preferiblemente, virutas de madera.
Basicamente, como lejia de coccion puede usarse la mezcla conocida para el procedimiento de sulfato, de soda caustica (NaOH acuoso), sulfuro de sodio (Na2S) y sulfato de sodio (en lo sucesivo tambien "Na2SO4") y dado el caso carbonato de sodio (en lo sucesivo tambien "Na2CO3"), a la cual se anadio la sal del acido ditionoso, elegida preferiblemente de entre el grupo consistente en ditionito de sodio, ditionito de zinc, ditionito de calcio, en una cantidad en el intervalo de 0,1 a 4 % en peso referida a la cantidad de material que tiene lignocelulosa, seco en
horno.
A continuacion se describe una lejia de coccion bien adecuada para el procedimiento de sulfato de acuerdo con la invencion: la lejia de coccion para la descomposicion con sulfato contiene usualmente como sustancias quimicas de coccion eficaces NaOH y sulfuro de sodio (Na2S). La suma de ambas sustancias (expresada como NaOH) respecto al material que tiene lignocelulosa, preferiblemente madera (calculada por secado en horno (otro)), es la relacion alcalina. Esta relacion esta comunmente en el intervalo de 20 a 24 % en peso.
La concentracion necesaria de estas sustancias en la lejia de coccion depende usualmente de la denominada "relacion de lejias". Por ella, el experto entiende las fracciones de masa de lejia de coccion en relacion con las fracciones de masa de material que tiene lignocelulosa, preferiblemente madera (calculada por secado en horno (otro)). Para maderas de coniferas, por ejemplo abeto y pino, esta relacion de lejias esta comunmente en funcion de la densidad de llenado de madera en el digestor, en general en el intervalo de 4:1 a 4,5:1, por ejemplo 4,2:1. Con ello, la concentracion de alcali eficaz en la lejia de coccion esta por ejemplo en el intervalo de 45 a 60 g/l.
La fraccion de sulfuro de sodio (Na2S) en la totalidad del alcali eficaz es la sulfididad (indicada en %). Esta esta por regla general en el intervalo de 30 a 38%, por ejemplo 30%.
La lejia de coccion para el procedimiento de sulfato de acuerdo con la invencion contiene una sal del acido ditionoso, elegida preferiblemente de entre el grupo consistente en ditionito de sodio, ditionito de zinc, ditionito de calcio, en una cantidad en el intervalo de 0,1 a 4 % en peso, referida a la cantidad de material que tiene lignocelulosa seco en horno.
El valor de pH de la lejia de coccion para el procedimiento de sulfato de acuerdo con la invencion esta al inicio del proceso de coccion, usualmente en aproximadamente 14.
La coccion del material que tiene lignocelulosa con la lejia de coccion para el procedimiento de sulfato de acuerdo con la invencion, tiene lugar de manera continua o discontinua en los digestores corrientes.
El tiempo total de coccion para el procedimiento de sulfato de acuerdo con la invencion esta usualmente en el intervalo de 200 a 400 minutos, preferiblemente 240 a 300 minutos.
La temperatura de coccion para el procedimiento de sulfato de acuerdo con la invencion esta en el intervalo de 160 a 185°C, por ejemplo en 170°C.
La sal del acido ditionoso, elegida preferiblemente de entre el grupo consistente en ditionito de sodio, ditionito de zinc, ditionito de calcio, de modo particular preferiblemente ditionito de sodio, es anadida en el procedimiento de sulfato de acuerdo con la invencion, a la mezcla del material que tiene lignocelulosa y la lejia de coccion, en una cantidad en el intervalo de 0,1 a 4,0 % en peso, preferiblemente 1,0 a 2,0 % en peso, referida en cada caso al material que tiene lignocelulosa seco en horno. La sal del acido ditionoso es anadida en la fase final del procedimiento de sulfato de descomposicion de acuerdo con la invencion.
El procedimiento de acuerdo con la invencion para la fabricacion de celulosa a partir de material que tiene lignocelulosa, por medio de descomposicion con sulfito o descomposicion con sulfato, suministra pulpa en buen rendimiento con buena deslignificacion de material que tiene lignocelulosa. Mejora el grado de blancura de la pulpa no blanqueada.
La adicion de una sal del acido ditionoso en el procedimiento de sulfato de acuerdo con la invencion disminuye la concentracion de sustancias con olor desagradable, preferiblemente mercaptanos en el gas de escape del proceso de coccion con sulfato.
Ejemplos
(I) Descomposicion con sulfito de acuerdo con el procedimiento de bisulfito con Mg(HSO3)2 como componente del licor de coccion
A) Material que contiene lignocelulosa:
Astillas de madera de abeto rojo clasificadas previamente y secadas al aire previamente por 2 a 3 dias antes de la coccion, contenido de agua en el intervalo de 23,4 a 33,2 % en peso, en promedio aproximadamente 30 % en peso B) Licor de coccion:
2,7 % en peso MgO por litro, calculado. Valor de pH antes de la coccion (valor inicial de pH) 3,8. Se suspendieron 1100 g de MgCO3 en 17 litros de agua desionizada, para obtener una concentracion calculada de MgO de aproximadamente 2,7 % en peso. Se introdujo en la suspension dioxido de azufre (SO2) gaseoso hasta que el valor
de pH fue de 3,8.
C) Coccion
Se colocaron 3200 g (calculados por secado en horno (otro)) de astillas de abeto rojo con un contenido original de agua como se describio en A) y 16 litros del licor de coccion de B) en el digestor discontinuo con una capacidad de 25 litros, correspondientes a una relacion de cantidad de licor de coccion:madera secada en horno de 5:1. El digestor disponia de una circulacion de acido y calentamiento con chaqueta electrica asi como un regulador de temperatura, manometro, sensor de temperatura y electrodo de pH, asi como sistema EDV unido.
Se ejecuto el siguiente programa de calentamiento:
1 a fase: 105 min de tiempo de calentamiento desde temperatura ambiente (23°C) hasta 105°C
2a fase: 90 min de tiempo de retencion (fase de impregnacion) a 105°C
3a fase: 60 min tiempo de calentamiento de 105°C hasta temperatura de coccion final 155°C
4a fase: 195 min tiempo de coccion final a temperatura de coccion final de 155°C
5a fase: aproximadamente 60 min de tiempo para escape de gas (despues de alcanzar la duracion de coccion, calentamiento desde) hasta que la temperatura cayo por debajo de 100°C.
El tiempo total de descomposicion fue de 510 min (8 h 30 min). Al termino del tiempo de coccion final, la presion en el digestor era de 8 a 9 bar.
Se anadio a la mezcla en el digestor, ditionito de sodio (Blankit®S de la compania BASF SE) disuelto en agua, mediante bomba de dosificacion en un periodo de 10 min y concretamente 32 g de Na2S2O4 puro (1 % en peso de Na2S2O4 referido a la madera calculada por secado en horno usada) o 64 g de Na2S2O4 puro (2 % en peso de Na en S2O4 referido a la madera calculada por secado en horno usada).
Los momentos de adicion de ditionito de sodio eran, por ensayo, como sigue: al inicio del tiempo de retencion (fase de impregnacion), aproximadamente 105 min despues del inicio del ensayo o al comienzo del tiempo de coccion final, aproximadamente 255 min despues del inicio del ensayo o en la mitad del tiempo de coccion final, aproximadamente 360 min despues del comienzo del ensayo.
En el ensayo W 16 se impregnaron las virutas de madera inmediatamente antes de la descomposicion con una cantidad tal de solucion acuosa de ditionito de sodio (Blankit®S de la compania BASF SE), correspondiente a 1 % en peso de Na2S2O4 puro referido a la madera calculada por secado en horno usada.
Una vez terminadas las descomposiciones se retiro la pulpa, se le anadio agua y con un aparato con agitacion se desenredaron las fibras. Se coloco en una criba la pulpa con fibras desenredadas, se lavo con agua y se retiro el agua en una centrifuga.
D) Presentacion y evaluacion
La tabla 1 representa los ensayos:
Tabla 1:
En la tabla 2 se compilan los resultados de los ensayos de la tabla 1:
Tabla 2:
Allf, significan:
Rendimiento de pasta significa cantidad de pulpa obtenida (sin material grueso o fraccion de astillas) en relacion con la madera usada; se determino mediante pesaje y medicion del contenido de humedad.
El numero Kappa indica la dureza de la pulpa y fue determinado de acuerdo con ISO 302. Dicho de manera simple, en la determinacion del numero Kappa se mide el consumo de permanganato de potasio (consumo de KMnO4) en una suspension acuosa de pulpa en medio acido, bajo condiciones definidas. Cuanto mas alto es el contenido de lignina en la pulpa, tanto mayor es el consumo de permanganato de potasio y con ello el numero Kappa. Cuanto mayor es el numero Kappa, tanto mayor es el contenido residual de lignina de la pulpa, por regla general tanto mas dura es la pulpa.
Grado de blancura (R457) significa emision R a 457nm y fue determinada en el aparato Datacolor Elrepho® de acuerdo con ISO 2470.
La determinacion de viscosidad fue ejecutada de acuerdo con ISO 5351/1 (norma internacional ISO 5351/1, Cellulose in dilute solutions - Determination of liminting viscosity number, Part 1: Method en cupri-ethylene-diamine (CED) solution, primera edicion 1981 -12-01).
Al respecto, se prepara una solucion de celulosa en solucion de etilendiamina de cobre. Se establece la concentracion del solvente. La concentracion de celulosa va a establecerse en la determinacion, de manera correspondiente a la muestra. Se mide el tiempo de ciclo, tanto para el solvente como tambien para la solucion de celulosa, mediante viscosimetro capilar a 25°C. El calculo del numero limite de viscosidad ocurre a partir de los resultados en la determinacion y la concentracion conocida de la solucion de celulosa, de acuerdo con la ecuacion de Martin.
La medicion fue ejecutada de acuerdo con la alternativa A del metodo de determinacion (norma internacional ISO 5351/1, Cellulose in dilute solutions - Determination of liminting viscosity number, Part 1: Method en cupri-ethylenediamine (CED) solution, primera edicion 1981-12-01). Al respecto, se trabaja a baja concentracion de celulosa y para la medicion de los tiempos de ciclo de solvente y de solucion de celulosa se usan los mismos capilares.
Se sabe que la adicion de la sustancia auxiliar, de manera particularmente ventajosa al comienzo de la fase de impregnacion, da como resultado una mejor combinacion de las propiedades de rendimiento de la pasta /numero Kappa o grado de blancura.
(II) Descomposicion con sulfato
A) Material que tiene lignocelulosa:
Virutas mixtas de abeto rojo-pino con una relacion de mezcla Ab-Pi (7:3) no seco, contenido de agua de 57%.
B) Lejia de coccion:
La lejia de coccion fue preparada mediante introduccion en agua de las sustancias quimicas de laboratorio comunes en el mercado, a partir de soda caustica (NaOH) y sulfuro de sodio (Na2S). La cantidad de uso de sustancias quimicas fue medida de modo que se aplico una relacion de alcalinidad de 23% para una sulfididad de 20%.
C) Coccion:
De manera correspondiente al contenido seco de madera se introdujeron tantas virutas de madera en un digestor de 10 litros, que se usaron 1300 g de sustancia seca de madera (calculada por secado en horno (otro)). Se lleno el digestor con lejia de coccion. Para una relacion deseada de alcalinidad de 23% y una sulfididad de 20%, este contenia 239,2 g de NaOH y 59,8 g de Na2S (calculado como NaOH). A continuacion se calento a 170°C el contenido del digestor y se mantuvo a esta temperatura hasta que se alcanzo la duracion deseada de descomposicion.
Para el calculo de la duracion deseada de descomposicion se utilizo el denominado factor H. Al respecto, esta basado en la dependencia con la temperatura de la velocidad relativa de reaccion, para la descomposicion alcalina. Para todas las cocciones se utilizo un factor H de 3500.
Para cocciones elegidas se anadio en cada caso 2 % en peso de ditionito de sodio respecto a la cantidad de madera incorporada (calculada por secado en horno (otro)). Para una coccion, la adicion ocurrio en la fase principal de la descomposicion (ejemplo de comparacion), para otra coccion en la fase final de la descomposicion.
Despues de alcanzar el factor H de 3500 se interrumpieron las cocciones mediante terminacion de calentamiento y enfriamiento en asocio con la reduccion de la presion ("escape de gases"). Mediante agitacion vigorosa se desmenuzaron las fibras de la pulpa y se lavaron.
D) Presentacion y evaluacion
La tabla 3 representa los ensayos:
Tabla 3
Numero de Adicion de Momento de Temperatura en la coccion sustancia auxiliar [1] adicion adicion
1 sin
2 (Comp.) 2% fase principal 170°C
3 2% fase final 170°C
[1] ditionito de sodio Na2S2O4
En la tabla cuatro 4 se presenta el rendimiento de pasta y el numero Kappa.
Tabla 4:
El rendimiento de pasta y el numero Kappa son como se definio anteriormente bajo (I).
Se reconoce que la adicion de ditionito de sodio esta asociada con un claro aumento del rendimiento (3 a 4 puntos porcentuales), en el que incluso el numero Kappa aun se redujo levemente.
E) reduccion de las emisiones de metilmercaptano
Se ejecuto una descomposicion con sulfato de madera de coniferas, como se describio anteriormente.
Durante la liberacion de los gases del digestor ("escape de gases") se tomaron muestras de gas de escape con una bomba de deteccion, en diferentes momentos. Se midio la concentracion de metilmercaptano en estas muestras, con canulas de prueba de gas especificas para metilmercaptano.
La respectiva primera medicion ocurrio inmediatamente despues de terminar la coccion, temperatura en el digestor a 172°C. Las siguientes mediciones ocurrieron a temperaturas de digestor reducidas adicionalmente, vease tabla 5. En la tabla 5 se compilan los resultados.
Tabla 5: Concentraciones de metilmercaptano
Alli significan:
Sulfididad: fraccion de Na2S en el alcali eficaz
Para mayor sulfididad, la concentracion de metilmercaptano es la mas grande. Mediante el uso de Na2S2O4 ocurre una reduccion del metilmercaptano en el gas de escape.
Claims (6)
1. Procedimiento para la fabricacion de celulosa a partir de material que tiene lignocelulosa, mediante descomposicion con sulfito o descomposicion con sulfato en presencia de una sal del acido ditionoso, caracterizado porque se usa la sal del acido ditionoso en una cantidad en el intervalo de 0,1 a 4,0 % en peso en el caso de la descomposicion con sulfito y en una cantidad en el intervalo de 1,0 a 2,0 % en peso en el caso de la descomposicion con sulfato, referidas en cada caso a la cantidad de material que tiene lignocelulosa seco en horno y en el que en la descomposicion con sulfito se anade la sal del acido ditionoso, una vez la mezcla de licor de coccion y material que tiene lignocelulosa que va a ser descompuesto por calentamiento han alcanzado una temperatura en el intervalo de 60 a 110°C y la mezcla asi obtenida es dejada a una temperatura en el intervalo de 100 a 110°C por 30 a 90 minutos (fase de impregnacion) y en el que en la descomposicion con sulfato se anade la sal del acido ditionoso en la fase final de la descomposicion.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la sal del acido ditionoso es elegida de entre el grupo consistente en: ditionito de sodio, ditionito de zinc, ditionito de calcio.
3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 2, en el que la sal del acido ditionoso es ditionito de sodio.
4. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, en el que la descomposicion con sulfato es ejecutada en el intervalo de temperatura de 160 a 185°C.
5. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4, en el que el material que tiene lignocelulosa es madera.
6. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, en el que el procedimiento es ejecutado de manera discontinua.
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