PT91128B

PT91128B - Processo de fabricacao de pastas de celulose quimicotermomecanicas branqueadas

Info

Publication number: PT91128B
Application number: PT91128A
Authority: PT
Inventors: Michel Devic
Original assignee: Atochem
Priority date: 1988-07-12
Filing date: 1989-07-11
Publication date: 1994-12-30
Also published as: DE351330T1; DE68928822T2; AU616541B2; NO176726B; EP0351330A1; FR2634233B1; PT91128A; ES2012324T3; AU3799989A; FI96522B; FR2634233A1; NZ229902A; DE68928822D1; ES2012324A4; JPH0268377A; CA1335406C; NO892805L; FI96522C; ATE171741T1; NO176726C

Description

PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE PASTAS DE CELULOSE QUIMICOTERMOMECANICAS BRANQUEADAS

A invenção diz respeito à fabricaçao de pastas quimicotermomecânicas branqueadas.

Por pastas quimicotermomecânicas , designadas na presente ine moria descritiva como pastas CTMP, entendem-se as pastas que re sultam da aplicaçao a um amterial lignocelulósico , geralmente madeira sob a forma de aparas, de um tratamento com o auxílio de um ou vários agentes químicos combinado com operaçoes de aquecimento e de desfibragem mecânica.

As pastas CTMP têm um verdadeiro interesse industrial porque realizam um compromisso interessante entre as pastas mecânicas e as pastas químicas propriamente ditas.

Por exemplo, elas sao obtidas com um rendimento, peso de pas^ ta no estado seco em relaçao ao peso da materia-prima no estado seco, geralmente superior a 85%, na maior parte das vezes pelo menos igual a 90%, o que as torna por isso muito próximas d© pas2 .

fi tas de origem puramente mecânica.

Na combinação aquecimento, tratamento, desfibragem mencionada antes, o tratamento pode ter lugar antes, durante ou depois da desfibragem.

Por tratamento entende-se, na presente memória descritiva, a operaçao no decurso da qual a matéria lignocelulósica está em contacto com um sulfito'i na prática o sulfito de sódio Na2S0^, ou um bissulfito, na prática o bissulfito de sódio NaHSO^, ou mais geralmente com uma mistura de dióxido de enxofre SC^ θ hidróxido de sodio NaOH a uma temperatura igual ou superior a 100°C, sob pressão de vapor de água saturado, sendo os referidos sulfito, bi_s sulfito ou mistura indiferentemente designados por sulfito na presente memória descritiva. 0 tratamento compreende, caso isso aconteça, uma impregnação clássica da matéria lignocelulósica com o auxílio de uma solução dos reagentes escolhidos.

A temperatura à qual se realiza o tratamento nao ultrapassa em geral 200°C e está compreendida, preferivelmente, entre cerca de 120° e 160°C.

meio de tratamento tem um valor do pH inicial geralmente es colhido, de preferência, entre 6 e 12,5.

A consistência, concentração ponderai em pasta expressa no estado seco no meio, está no tratamento, compreendida, por exemplo, entre 10 e 40%, na maior parte dos casos entre 15 e 30%.

3.

A duraçao do tratamento depende da escolha dos outros parâme^E tros, mas nao excede, em geral, uma hora

Expressa em SO^, a quantidade de sulfito está compreendida, por exemplo, entre cerca de 0,1 e 10%, na maior parte dos casos entre 0,5 e 3%; sendo as percentagens expressas em peso em relaçao ao peso da matéria lignocelulósica considerada no estado seco, co mo sera o caso, salvo indicaçao ou evidência, para as percentagens de matéria em tudo o que se segue.

Podem ser empregados agentes químicos no tratamento ao mesmo tempo que o sulfito como, por exemplo, agentes complexantes ou sequestrantes, tais como os ácidos dietileno-triamino-pentacético (DTPA) ou etileno-triamino-tetracético (EDTA), empregados sob a forma de sais de sódio, numa quantidade geralmente compreendida entre cerca de 0,1 e 1%.

A combinação, como se disse antes, do tratamento com as opera çoes de aquecimento e de refinaçao é geralmente concluída, na prjã tica, por duas operaçoes de refinaçao sucessivas, para tornar a pasta utilizável de maneira segura na indústria do papel.

Pelo que diz respeito à obtenção de pas.tas de CTMP, indica-se, por exemplo, a obra de James P. Casey, Pulp & Paper Chemistry & Chemical Technology, 3^a Edição, Vol. I, 1980, em particular as paginas 241 - 245, 213 - 219 - 229 e a obra Pulp & Paper Manufaç ture, Vol. 2, 1987 - Mechanical Pulping - em particular os capítulos VIII D e XI, ou ainda a patente de invenção norte-americana número 4718980, em particular a Figura 1.

ΆPor pastas CTMP branqueadas entende-se, na presente memória descritiva, as pastas CTMP como se definiu antes depois de terem sido branqueadas com o auxílio de peróxido de hidrogénio ^02 em meio alcalino.

Na técnica conhecida de fabricaçao de pastas CTMP branqueadas, a pasta , antes de ser branqueada com auxílio de peróxido de hidr_o génio, deve ser o mais possível desembaraçada de outros agentes químicos, tais como os ioes sulfito, que se sabe devem provocar um consumo de ^02 prejudicial ao branqueamento, como é assinalado, por exemplo, por H. Kruger, H. U. Suss, em Tappi Proceedings, 1982, International Sulfite Pulping Conference, 143 - 148.

Na pratica, a pasta e lavada cuidadosamente antes de ser braji queada e esta lavagem efectua-se classicamente, por exemplo, graças a uma sequência repetida ou nao de diluição e de reconcentração da pasta.

Quando se efectua uma operaçao de c1assificaçao de pasta refinada, o que e praticamente o caso geral, a diluição deve originar uma consistência com valores compreendidos em limites tao pequenos como 0,5 a 2%, aproximadamente. Pode-se consultar, no que diz respeito a lavagem e à classificaçao, a obra de James P. Casey, já referida, páginas 228 - 231, 363 - 365, 447 - 452 ou a obra tani bem ja citada Pulp & Paper Manufacture, em particular os capítulos XIII - XVIII.

A reconcentração da pasta a branquear ate uma consistência p_e

Io menos igual a cerca de 10Z, a partir de valores que sao muito fracos, e uma operaçao que a técnica conhecida exige, nao somente

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para eliminar de maneira eficaz o agente ou os agentes químicos considerados indesejáveis no branqueamento, mas também para que o peróxido de hidrogénio, mesmo na ausência desses compostos, tenha uma eficácia satisfatória.

branqueamento da pasta CTMP com o auxilio de peroxido de hidrogénio em meio alcalino realiza-se usualmente empregando uma quantidade de peróxido de hidrogénio compreendida entre cerca de 0,5 e 10%, na presença de cerca de 1 a 67 de uma solução de silicato de sódio de densidade igual a 1,33,a um valor de pH compreen dido entre cerca de 9 e 11, a uma temperatura compreendida entre cerca de 40 e 100°C, durante cerca de meia hora a duas horas, com uma consistência compreendida entre cerca de 10 e 307. 0 banho de branqueamento pode conter aditivos tais como, principalmente, um ou vários agentes sequestrantes ou complexantes, como, por exeni pio, DTPA, numa quantidade geralmente compreendida entre cerca de 0,1 e 17.

Depois do branqueamento, a pasta é tratada, de preferência, com um ácido como, por exemplo, SO^, para estabilizar a brancura, antes de ser diluída com água até uma consistência muito pequena, por exemplo da ordem de 17, para permitir a sua transferência, a_r mazenagem e utilização na fabricaçao de papel,

A técnica actual de fabricaçao de pastas CTMP branqueadas acima descrita e considerada em ligaçao com a fabricaçao de papel apresenta inconvenientes importantes do ponto de vista económico e/ou do ponto de vista da poluição:

de efluentes de papel;

branqueamenϊ

- a produção de uma quantidade muito importante aquosos, cerca de 100 toneladas por tonelada

- a reconcentração necessária da pasta antes do to, o que implica a utilização de uma aparelhagem dispen diosa, filtro da pasta ou prensa, por exemplo, por meio do qual é no entanto difícil atingir uma consistência elevada de que se sabe favorece a acçao do peróxido de hidrogénio.

Os efluentes aquosos, provenientes essencialmente das operações de lavagem, de classificaçao, de separaçao da água de diluição final antes ou durante a fabricação do papel, conforme esta fabricaçao estiver integrada ou não na fabricaçao de pasta, que nao contém praticamente já sulfito, mas uma carga poluente ainda elevada, sao necessariamente reciclados e servem particularmente como agentes de lavagem da pasta para eliminar dela o sulfito antes do branqueamento com o peróxido de hidrogénio.

Estes efluentes aquosos sao designados, na parte da memória descritiva que se segue, por água clara industrial.

Nao obstante a lavagem eficaz da pasta com o auxilio desta água clara industrial o nível de brancura da pasta CTMP branqueada que é fabricada mantém-se sensivelmente inferior ao que se podia atin gir com utilização de água de origem natural desmineralizada e nao reciclada, utilização infelizmente que nao se pode conside rar do ponto de vista economico.

A presente invenção permite evitar os inconvenientes acima referidos da técnica industrial conhecida de maneira a fabricarem-se pastas CTMP branqueadas sem que o nível de brancura destas .

pastas se ressinta, antes pelo contrário.

Baseia-se na constataçao inesperada de que se obtem um nível de brancura pelo menos igual ao que se atinge trabalhando de acordo com a técnica industrial conhecida quando a pasta nao é desembaraçada antes do branqueamento do agente ou dos agentes químicos que se pensava prejudicarem o branqueamento com o auxílio de per/ xido de hidrogénio.

Ela consiste em primeiro lugar num processo de fabricaçao de pastas CTMP branqueadas que compreende um tratamento no qual a ma téria lignocelulósica está em contacto com o sulfito a uma temperatura igual ou superior a 100°C, sob a pressão de vapor de água saturado, e um branqueamento com o auxilio de peroxi-do de hidrogénio em meio alcalino, caracterizado pelo facto de não se eliminarem nem matérias sólidas nem líquidas da pasta depois do princípio do referido tratamento até ao fim do mencionado branqueamento.

Tudo o que se disse antes aplica-se à definição da invenção, com a excepção de que, depois da refinaçao, se refere, a montante do branqueamento, às operaçoes de lavagem, de classificaçao e de reconcentração da pasta que deixam de fazer-se. Quando o tratamento se efectua durante a operação de refinaçao, um tempo le residência com uma duraçao compreendida entre cerca de cinco e trinta minutos à temperatura de saída do refinador permite realizar o tratamento.

Só o vapor de água, por exemplo, à saída de uma operaçao de desfibragem pode ser separado da pasta entre o início do tratameji to e o fim do branqueamento, por exemplo , de maneira conhecida

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por meio de um ciclone. *

A Requerente descobriu que a vantagem conseguida pela utilização de um processo de acordo com a presente invenção é ainda observada e mesmo incrementada de maneira surpreendente quando um agente químico mais electronegativo do que o iao sulfito SO^ e designado seguidamente, em toda a presente memória descritiva, por redutor, actua ao mesmo tempo que o sulfito no tratamento, É esse mesmo o modo de realizaçao de tratamento preferido no processo de acordo com a presente invenção.

redutor e escolhido na maior parte dos casos entre o dióxido de tio-ureia ou ácido formamidino-sulfínico, o hidrogenossu1fito de sódio ou ditionite, ou o boro-hidreto de sódio.

A quantidade de agente redutor utilizada pode variar de acor do com a natureza deste ultimo. Em geral, está compreendida, no caso dos dois primeiros citados, entre cerca de 0,1 e 5%, e entre cerca de 0,01 e 0,5%, para o terceiro que, comodamente, e utiliz_a do sob a forma de uma solução aquosa, como, por exemplo, uma sol_u çao que contém 12% em peso de boro-hidreto de sódio e é comercia - (r) lizada sob a designação de BOROL/-'' pela firma VENTRON Corporation.

A invenção tem ainda o seu interesse na prática quando se v i_ sa a obtenção de pastas CTMP branqueadas até um elevado grau de brancura, por exemplo 80 graus e mais quando se mede da maneira hoje em dia usual ao comprimento de onda de 457 nm com oxido de magnésio como padrao de referência, com o auxílio de um espectrofotómetro do tipo General Electric ou Elrepho. A quantidade de

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sulfito expressa em SC^ esta então compreendida de preferencia en tre cerca de 0,5 e 3% e a quantidade de peróxido de hidrogénio es tá compreendida , de preferência, entre 3 e 10%, na maior parte dos casos entre 4 e 6%.

Um outro objecto da presente invenção é um processo de acordo com a presente invenção de acordo com o qual a pasta CTMP bran. queada é refinada directamente à saída do branqueamento. Esta refinação realiza-se à pressão atmosférica. A vantagem referida na patente de invenção norte-americana número 4718980 no caso unicamente das pastas mecânicas e das pastas termomecânicas é assim corp servada no caso das pastas CTMP branqueadas sem se ter de proceder então a um espessamento da pasta.

A invenção refere-se também, portanto, a um processo de fabri^ caçao de pastas CTMP branqueadas, de acordo com o que foi referido na mencionada invenção, caracterizado pelo facto de a pasta CTMP branqueada ser refinada directamente depois do branqueamento e, portanto, nao se eliminar nem matéria solida nem líquida da pasta desde o inicio do tratamento até ao fim da refinaçao depois do branqueamento.

A c1assificaçao pode realizar-se sobre a pasta branqueada e refinada. A diluição com auxílio da água clara industrial e a reciclagem dos resíduos da classificaçao do refinador de pasta brapp queada faz-se então sem quaisquer inconvenientes.

processo de acordo com a presente invenção, de acordo com o qual nao se tem que aquecer a pasta, permite evitar o fornecimen to de calorias proveniente de uma fonte exterior ao sistema desde

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que a conservação das calorias do sistema seja suficientemente bem garantida.

processo de acordo com a presente invenção, em relaçao às técnicas conhecidas, permite portanto economizar energia mecânica e igualmente energia térmica.

A invenção aplica-se às madeiras macias ou às madeiras de re sinosas, assim como âs madeiras duras ou madeiras de árvores folhosas .

As diferentes operaçoes que se encadeiam de acordo com a pre? sente invenção realizam-se cada uma em partes de equipamento convencionais quanto à sua estrutura e à sua função respectiva.

A Figura 1 representa um esquema de um conjunto de tais operaçoes de acordo com um modo de realizaçao que se pode considerar como preferido.

A Figura 2 é um esquema que ilustra um exemplo da técnica conhecida tal como é vulgarmente adoptada.

Fazendo referência à Figura 1, as aparas de madeira, habitual, mente lavadas, sao transportadas da tremonha de alimentaçao 101 a 102, para a câmara de pré-aquecimento das aparas com vapor de agua introduzido através de 103, da qual saem para passar com a solução dos reagentes introduzida por 104, no refinador 105 e depois no ciclone 106, no qual se separa o vapor de água por 107. Ã saída de 106, a pasta passa pela zona de retenção 108, antes de ser intimamente misturada com os reagentes de branqueamento introduzidos

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através de 109, para ser branqueada na torre de branqueamento 110. A pasta branqueada que sai de 110 é directamente transportada para o refinador à pressão atmosférica 111 de onde sai para ser clag sificada em 112, após diluição com água límpida industrial introduzida por 113. Os refugos da classificaçao, suficientemente re concentrados, sao refinados separadamente (circuito nao representado no esquema) ou reciclados por 114 para a entrada do refinador 111. Depois de 112, a pasta é acidulada de maneira conhecida e enviada para a armazenagem 115 e/ou para a fabricaçao de papel por intermédio de 116.

Fazendo agora referência à Figura 2, os meios designados por números que começam por duas centenas correspondem em estrutura e em função aos da Figura 1, que começam com uma centena. 0 meio s_u plementar 217 é um equipamento de espessamento, de reconcentração da pasta entre a sua classificaçao em 212 e o seu branqueamento em 210. 0 efluente aquoso recolhido a partir de 217 por 218 contri bui para formar a água límpida industrial que é introduzida por intermédio de 213 para servir como agente de lavagem da pasta.

Os exemplos seguintes sao descritos a título indicativo, mas nao limitativo, com o fim de ilustrar a invenção e se poder apreciar o seu interesse.

Nestes Exemplos:

- as quantidades, como já se assinalou, sao expressas em pe_r centagem em peso em relaçao a matéria lignocelulósica considerada no estado seco, salvo indicaçao em contrario:

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- por DTPA, designa-se uma solução aquosa a 40% em peso de sal de sódio do ácido dietilenotriaminopentacético e a quajn tidade de DTPA é a desta solução;

- por lavagem, designa-se a operaçao que combina a diluição e a prensagem da pasta;

(d)

- o boro-hidreto de sódio é aplicado sob a forma de BOROL⁴^ e a quantidade indicada é a desta apresentaçao;

- por silicato, designa-se uma solução aquosa de silicato de sódio de densidade igual a 1,33;

- o grau de brancura é medido ao comprimento de onda de 457 nm com óxido de magnésio como padrao de referência, com o auxílio de um espectrofotómetro do tipo Elrepho, fabricado por Karl Zeiss.

EXEMPLOS

Exemplo 1

Refinam-se aparas de madeira de resinosas sob pressão de vapor de água saturado, a 120° C, com 2,75% de Na^SO^, para se obter uma pasta cujo grau de brancura é igual a 57°.

Esta pasta é branqueada, sem que dela se elimine nem matéria líquida nem sólida, com o auxílio de ^2^2 ⁼ NaOH = 2%; silicja to = 4%; DTPA = 0,5%, durante duas horas a 90°C e a uma consistêji cia de 15%.

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A pasta branqueada assim obtida tem um grau de brancura de

77,9

Se, antes de ser branqueada nas condiçoes antes mencionadas a pasta fosse lavada por diluição até uma consistência de 1,25% com o auxílio de água branca industrial retirada de uma instalaçao industrial de reconcentração por prensagem até uma consistência de 20%, de maneira que 95% do sulfito de sódio fosse eliminado antes da adiçao dos reagentes de branqueamento em solução aquo sa, o seu grau de brancura após branqueamento seria de 77,4°. É portanto inferior ao que se atinge trabalhando de acordo com a pre^ , sente invenção.

Quando a lavagem mencionada anteriormente se realiza com o auxílio de água pura desmineralizada em vez de água branca industrial, o grau de brancura da pasta branqueada, admitindo que seja o mais elevado possível nas condiçoes de branqueamento adoptadas, e apenas superior a 1,5 graus em relaçao ao valor atingido procedendo de acordo com a presente invenção.

Exemplo 2

Uma pasta mecânica de serradura de madeira de resinosas, cujo grau de brancura é igual a 53,7°, sofre um tratamento sob pressão de vapor de água saturado, a 120° C, com 2,75% de Na^SO^ e 0,5% de DTPA durante trinta minutos com uma consistência de 20%, antes de ser branqueada directamente, sem eliminação de matéria sólida ou líquida, como no Exemplo 1.

fl / **

A pasta branqueada obtida tem um grau de brancura igual a

78,7° .

Se a pasta for branqueada apos lavagem por meio de água braji ca industrial, como no Exemplo 1, o seu grau de brancura é igual a 78,6° e é ainda inferior, quando muito igual, ao atingido trabalhando de acordo com a presente invenção.

Exemplo 3

Repete-se o Exemplo 2 e a comparaçao que ele inclui, com a diferença de, juntamente com o sulfito, se encontrar presente qua se 1% de BOROL®.

Procedendo de acordo com a presente invenção, o grau de brajn cura da pasta branqueada e igual a 82,2 graus, enquanto é apenas de 80,9° na comparaçao.

Quando, neste último caso, se emprega água pura desmineralizada em vez de água branca industrial, o grau de brancura da pasta branqueada é apenas superior em 1° ao atingido procedendo de acordo com a presente invenção.

Claims

1. - Processo de fabricação de pastas de celulose quimicotermomecânicas branqueadas que compreende um tratamento no qual a matéria lignocelulósica é contactada com sulfito a uma temperatura igual ou superior a 100°C sob pressão de vapor de água saturado e um branqueamento com peróxido de hidrogénio em meio alcalino, caracterizado pelo facto de não se eliminar matéria sólida nem líquida da pasta desde o início do referido tratamento até ao fim do mencionado branqueamento.

2. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a quantidade de sulfito estar compreendida entre 0,5% e 3%, expressa em dióxido de enxofre.

3. - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de, no tratamento, simultaneamente com o sulfito se encontrar presente um agente mais electronegativo do

-16que o sulfito.

4. - Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de o agente mais electronegativo que o ião sulfito ser escolhido de entre o dióxido de tio-ureia, o boro-hidreto de sódio e o ditionito de sódio.

5. - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de a quantidade de dióxido de tio-ureia ou de ditionito de sódio estar compreendida entre 0,1 % e 5 %.

6.- Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de a quantidade de boro-hidreto de sódio estar compreendida entre 0,01 % e 0,5 %.

7. - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo facto de, no tratamento, o pH inicial estar compreendido entre 6 e 12,5.

8. - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo facto de a quantidade de peróxido de hidrogénio no branqueamento estar compreendida entre 3 % e 10 %.

9. - Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo facto de a quantidade de peróxido de hidrogénio estar

-17/ compreendida entre 4 % e 6 %.

10.- Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo facto de, directamente depois do branqueamento, se refinar a pasta sem eliminação de matéria sólida ou líquida da pasta desde o fim do branqueamento até ao fim da refinação deoois do branqueamento,