ES2207263T3 - Metodo para precipitar hemicelulosa sobre fibras para rendimiento y susceptibilidad de batido mejorados. - Google Patents
Metodo para precipitar hemicelulosa sobre fibras para rendimiento y susceptibilidad de batido mejorados.Info
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Abstract
Un método para la cocción continua de un material de fibras lignocelulósico, que comprende sucesivamente los pasos de (a) en una primera etapa, impregnar el material de fibras en un líquido de impregnación que comprende hidróxido de metal alcalino, y después de ello retirar (14, 514) un líquido de impregnación agotado, (b) en una segunda etapa, cocer el material de fibras en una lejía de cocción que contiene hidróxido de metal alcalino, (c) en una tercera etapa, añadir (A), a dicho material de fibras, un líquido que es rico en hemicelulosa, comprendiendo preferiblemente dicho líquido al menos una parte (14a, 514a) de dicho líquido de impregnación agotado retirado, caracterizado por (d) en una cuarta etapa, cocer el material de fibras en una lejía de cocción que comprende el líquido añadido en la tercera etapa, sometiendo el material de fibras a un tiempo de retención de al menos 1 hora en dicha cuarta etapa.
Description
Método para precipitar hemicelulosa sobre fibras
para rendimiento y susceptibilidad de batido mejorados.
La presente invención se refiere a un método para
la cocción continua de material de fibras lignocelulósico, que
comprende sucesivamente los pasos de impregnar en una primera etapa
el material de fibras en un líquido de impregnación que comprende
hidróxido de metal alcalino, y retirar después de ello un líquido
de impregnación agotado; en una segunda etapa, cocer el material de
fibras en una lejía de cocción que comprende hidróxido de metal
alcalino; en una tercera etapa, añadir a dicho material de fibras
un líquido que es rico en hemicelulosa, comprendiendo dicho líquido
preferiblemente al menos una parte de dicho líquido de impregnación
agotado retirado.
El objeto del método de acuerdo con la invención
es reintroducir hemicelulosa, especialmente xilano, que está
presente (disuelto) en el líquido de impregnación agotado, en
contacto con el material de fibras, a fin de que la hemicelulosa se
precipite sobre las fibras para rendimiento y susceptibilidad de
batido mejorados de la pasta de papel que se produce por el
método.
Además de celulosa, el material bruto de fibras
lignocelulósico comprende lignina y hemicelulosa. El propósito
esencial del proceso de digestión química convencional del material
de fibras es eliminar la lignina del material de fibras para
producir una pasta de celulosa. Sin embargo, es beneficioso retener
en gran proporción la hemicelulosa en la pasta, dado que la
presencia de hemicelulosa mejora el rendimiento y la
susceptibilidad de batido. Especialmente la presencia de xilano
mejora la susceptibilidad de batido. El xilano es la hemicelulosa
principal en la madera de frondosas, es decir aproximadamente 30%
del material de madera seco, en tanto que la madera de coníferas
contiene sólo aproximadamente 10% de xilano. Contrariamente a la
celulosa, el xilano no exhibe una estructura cristalina, pero está
ramificado, lo que significa que es en principio soluble en agua.
El xilano se disuelve especialmente en una solución que contenga
iones hidróxido, debido a sus grupos de ácido carboxílico. Estos
grupos de ácido carboxílico se escindirán sin embargo sucesivamente
durante la digestión, lo que conduce a una disminución de la
solubilidad, especialmente si la concentración de iones hidróxido
en la solución se reduce también durante el proceso de
digestión.
Por el documento
US-A-3.617.431 se conoce un proceso
para preparar pasta de celulosa por digestión alcalina al mismo
tiempo que se inhibe la extracción de la hemicelulosa por empleo de
una lejía de cocción alcalina que tiene una concentración elevada
de hemicelulosa sustancialmente no degradada. En el proceso, dicha
lejía de cocción alcalina se retira de un punto situado en la
parte superior del digestor, después de lo cual se enfría y se
introduce en el extremo superior del digestor.
El documento
US-A-3.802.956 presenta un método
para impregnación de un material de fibras celulósico, en el cual
el material de fibras se somete a preimpregnación en un recipiente
de preimpregnación que incluye dos secciones de tamices con una
zona de impregnación en contracorriente entre ellas y extracción del
líquido de impregnación agotado en la sección de tamices superior.
El método incluye la posibilidad de introducir una parte de este
líquido de impregnación agotado en un punto que corresponde al
tamiz de extracción en un digestor continuo subsiguiente a fin de
utilizar un posible contenido alcalino del mismo. El método no
tiene relación con el problema de retención de la hemicelulosa en
la pasta de papel y, además, no tendrá este efecto. Esto se
comprende por el hecho de que la etapa que precede al tamiz de
extracción del digestor es una etapa en paralelo y la etapa que
sucede al tamiz de extracción del digestor es una etapa de lavado
en contracorriente, lo cual significa que el líquido de
impregnación agotado que se introduce en el punto del tamiz de
extracción del digestor debe abandonar el digestor a través de este
tamiz y por consiguiente no tendrá un tiempo de retención digno de
mención en el digestor.
Los documentos
SE-B-317250 (correspondiente a
US-A-3.354.029) y
SE-A-222020 dan a conocer un método
para la cocción de material de fibras lignocelulósico, en cuyo
método un líquido agotado, rico en hemicelulosa, se retira en una
frase precoz del paso de cocción. El líquido retirado se añade al
material de fibras en la etapa final de la cocción, a fin de
precipitar hemicelulosa sobre las fibras de la pasta, y el material
se cuece durante como máximo 20 minutos más. Véase, v.g. página 2,
línea 5-14, ejemplos y fig. en el documento
SE-B-317250 y columna 2, líneas
25-38 y ejemplos en el documento
SE-A-222020.
La presente invención se refiere al problema de
conseguir un rendimiento y susceptibilidad de batido satisfactorios
manteniendo un contenido elevado de hemicelulosa, especialmente
xilano, en la pasta. Sería especialmente beneficioso conseguir que
el xilano se mantuviera en el exterior de las fibras, dado que las
moléculas de xilano sobre fibras diferentes podrían ser de este
modo capaces de cooperar unas con otras para dar una
susceptibilidad de batido satisfactoria. Sería deseable también
conseguir un método eficaz en costes para producir una pasta de
papel con un número kappa bajo al tiempo que se conservasen
propiedades de resistencia satisfactorias, en tanto que, si fuera
posible, se excluyera la etapa de lavado en contracorriente que
está combinada convencionalmente con la denominada cocción continua
modificada, cocción continua modificada extendida o cocción
isotérmica (ITC™).
El problema anterior se resuelve permitiendo que
la hemicelulosa que se disuelve durante la impregnación del
material de fibras precipite sobre las fibras en una etapa
subsiguiente del proceso de digestión. Esto se consigue por un
método para la cocción continua de un material de fibras
lignocelulósico, que comprende sucesivamente los pasos de
(a) en una primera etapa, impregnar el material
de fibras en un líquido de impregnación que comprende hidróxido de
metal alcalino, y después de ello retirar (14, 514) un líquido de
impregnación agotado,
(b) en una segunda etapa, cocer el material de
fibras en una lejía de cocción que contiene hidróxido de metal
alcalino,
(c) en una tercera etapa, añadir (A), a dicho
material de fibras, un líquido de es rico en hemicelulosa,
comprendiendo preferiblemente dicho líquido al menos una parte
(14a, 514a) de dicho líquido de impregnación agotado retirado,
caracterizado por
(d) en una cuarta etapa, cocer el material de
fibras en una lejía de cocción que comprende el líquido añadido en
la tercera etapa, sometiendo el material de fibras a un tiempo de
retención de al menos 1 hora en dicha cuarta etapa.
De acuerdo con un aspecto de la invención, dicho
líquido de impregnación en dicha primera etapa (a) está
constituido esencialmente por lejía de cocción agotada.
De acuerdo con otro aspecto de la invención,
dicha cuarta etapa (d) se realiza con un tiempo de retención de al
menos 1,5 horas.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, un
líquido reciente que comprende hidróxido de metal alcalino,
preferiblemente una lejía blanca, se añade a dicha segunda etapa
(b), de tal modo que dicha lejía de cocción en la tapa (b) obtiene
una concentración de álcali efectivo, calculado como NaOH, de al
menos 20 g/l, preferiblemente 30-50 g/l y de modo
más preferible aproximadamente 40 g/l, para madera de coníferas, o
al menos 10 g/l, preferiblemente 12-25 g/l y de
modo más preferible aproximadamente 15 g/l para madera de
frondosas. Asimismo, un líquido reciente que comprende hidróxido de
metal alcalino, preferiblemente una lejía blanca, puede añadirse al
material de fibras junto con dicho líquido rico en hemicelulosa en
la etapa (c).
De acuerdo con otro aspecto adicional de la
invención, se retira una primera lejía de cocción agotada de dicha
segunda etapa (b) y una parte sustancial de esta primera lejía de
cocción agotada, preferiblemente al menos 80%, más preferiblemente
al menos 90% y como proporción óptima aproximadamente 100%, se
suministra a la impregnación en dicha primera etapa (a),
preferiblemente al comienzo de dicha primera etapa (a).
Posiblemente, el líquido de impregnación agotado que se añade a la
primera etapa (a) puede proporcionar todo el hidróxido de metal
alcalino necesario para dicha etapa, no habiendo necesidad de
adición alguna, o posiblemente sólo con la necesidad de una adición
secundaria, de hidróxido de metal alcalino reciente a la primera
etapa (a).
De acuerdo con otro aspecto de la invención,
dicho líquido rico en hemicelulosa, que constituye una parte de la
lejía de cocción en la cuarta etapa (d) del método, puede
transferirse desde una etapa de impregnación en una línea de fibras
para la digestión de material de fibras de madera de frondosas, a
un sistema de línea de fibras para la digestión de material de
fibras de madera de coníferas. Aunque las realizaciones que se
describen en conexión con los dibujos muestran una sola línea de
fibras, debe entenderse que las características preferidas en
relación por ejemplo por los tiempos de retención, temperaturas,
caudales, etc. serían aplicables también en el caso de dos líneas
de fibras.
De acuerdo con otro aspecto adicional de la
invención, el método puede realizarse en conexión con una digestión
química continua, preferiblemente un proceso de digestión de pasta
kraft, que emplea un denominado sistema de un solo recipiente o un
denominado sistema de dos recipientes, sistemas que pueden ser de
tipo de llenado hidráulicamente con líquido o tipo de fases
vapor/líquido. Además, el recipiente de impregnación en un sistema
de dos recipientes opera preferiblemente en modalidad de paralelo,
es decir que tanto el material de tales fibras como el líquido
fluyen en la misma dirección, si bien posiblemente con velocidad
algo diferente. El digestor, por otra parte, puede operar,
independientemente del tipo, con ciertas zonas en paralelo y otras
zonas en contracorriente, en cuyo caso se prefiere que el digestor
entero, aparte de la última de todas las etapas de lavado, que tiene
un tiempo de retención de cómo máximo aproximadamente 60 minutos,
pero con preferencia al menos aproximadamente 10 minutos, opere en
una modalidad de paralelo. Esto significa que el diseño que ha sido
utilizado durante las últimas décadas, con inclusión de una zona
en contracorriente, denominada a menudo cocción continua
modificada, cocción continua o modificada extendida o ITC™, por
debajo de los tamices de extracción, puede abandonarse en algunos
casos.
Caracteres y aspectos adicionales de la invención
se deducen evidentemente de las reivindicaciones adjuntas y de la
descripción detallada siguiente que hace referencia a los dibujos,
de los cuales:
Fig. 1 muestra un sistema de dos recipientes, de
fases vapor/lejía, comprendiendo el digestor dos etapas de cocción
en paralelo y una etapa ITC™ en contracorriente,
Fig. 2 muestra un sistema de dos recipientes, de
fases vapor/lejía, comprendiendo el digestor una etapa de cocción
en paralelo, una etapa de cocción en contracorriente y una etapa
ITC™ en contracorriente,
Fig. 3 muestra un sistema preferido de dos
recipientes, de fases vapor/lejía, comprendiendo el digestor dos
etapas de cocción en paralelo,
Fig.4 muestra un sistema de dos recipientes, de
fases vapor/lejía, comprendiendo el digestor una etapa de cocción
en paralelo y una etapa de cocción en contracorriente,
Fig. 5 muestra un sistema de un solo recipiente,
de tipo hidráulico, comprendiendo el digestor una etapa de
impregnación en paralelo, dos etapas de cocción en paralelo y una
etapa de ITC™ en contracorriente,
Fig. 6 muestra un sistema de un solo recipiente,
de tipo hidráulico, comprendiendo el digestor una etapa de
impregnación en paralelo, una etapa de cocción en paralelo, una
etapa de cocción en contracorriente y una etapa de ITC™ en
contracorriente,
Fig. 7 muestra un sistema de un solo recipiente,
de fases vapor/lejía, comprendiendo el digestor una etapa de
impregnación en paralelo, una etapa de cocción en paralelo y una
etapa de cocción en contracorriente (que incluye ITC™),
Fig. 8 muestra un sistema preferido de un solo
recipiente, de fases vapor/lejía, comprendiendo el digestor una
etapa de impregnación en paralelo y dos etapas de cocción en
paralelo,
Fig. 9 es un diagrama que muestra el rendimiento
mejorado en ensayos de laboratorio de acuerdo con la presente
invención.
Común para todas las alternativas de acuerdo con
los dibujos es que el digestor comprende también una etapa de
lavado breve en su parte más baja. La dirección de flujo del
material de fibras en los recipientes de impregnación y digestores
representados es siempre descendente. La dirección del flujo de
líquido en los recipientes de preimpregnación y en las diferentes
etapas de los digestores se ha indicado por flechas
"onduladas". El punto de adición del líquido rico en
hemicelulosa, preferiblemente líquido de impregnación agotado, en
el digestor, se ha indicado por la letra "A". Adicionalmente,
es un aspecto general de una realización preferida de la invención
que el digestor comprende al menos dos etapas de cocción, en las
cuales la primera opera con un contenido relativamente alto de
álcali efectivo, y la subsiguiente, que por conveniencia tiene
lugar inmediatamente después de la primera, opera con un contenido
relativamente alto de hemicelulosa, especialmente xilano. De
acuerdo con otro aspecto de la invención, dicha primera etapa de
cocción puede operar con un contenido inferior de álcali efectivo,
mientras que la segunda etapa de cocción opera con un contenido
relativamente alto de hemicelulosa, especialmente xilano. La segunda
etapa de cocción debería tener un tiempo de retención
considerable, a fin de que el xilano contenido en la lejía
precipite sobre las fibras, debido a la escisión de los grupos
ácido carboxílico y, debido al consumo por el material de fibras,
una concentración reducida de hidróxido de metal alcalino.
Volviendo ahora a la Fig. 1, que muestra un
sistema de dos recipientes, con fases vapor/lejía para producir
pasta de papel de acuerdo con la invención, los componentes
principales están constituidos por un recipiente de
preimpregnación 1 y un digestor de fases vapor/lejía 2.
El recipiente de impregnación 1, que por lo
general está totalmente lleno de líquido, presenta un dispositivo
de entrada de alimentación 3 de tipo convencional en la parte
superior, y un dispositivo de salida de alimentación 4, que
comprende un rascador de fondo (no representado), en el fondo.
Además de esto, hay un conducto 5 para adición de una lejía de
cocción agotada caliente, preferiblemente a la porción superior del
recipiente de impregnación 1. En contraste con los recipientes de
preimpregnación convencionales, el recipiente no incluye un tamiz
de extracción. Adicionalmente, tanto el material de fibras como el
líquido fluyen en dirección descendente a través de todo el
recipiente de preimpregnación. El material de fibras, es decir las
astillas, se alimenta desde la tolva de astillas X, a través de la
rampa de astillas Y, y es transportado ulteriormente en un conducto
6 hasta el extremo superior del recipiente de preimpregnación 1
con ayuda del alimentador de alta presión Z, que puede estar
lubricado por una cantidad comparativamente pequeña de lejía blanca
11. En el extremo superior del recipiente de preimpregnación, existe
un dispositivo separador superior que separa una parte del líquido
en el cual se arrastró el material de fibras en el conducto 6, para
su devolución 23 al alimentador de alta presión Z. En el recipiente
de preimpregnación, el material de fibras, como primera etapa del
presente método, se somete a preimpregnación en una modalidad de
paralelo, con lejía de cocción agotada caliente, suministrada a
través del conducto 5. Asimismo, una parte de la lejía de cocción
agotada caliente en el conducto 5 puede suministrarse al conducto
de retorno 23 a través de un conducto de bifurcación 5a que incluye
un refrigerante 5b, a fin de prevenir temperaturas elevadas
indeseables en el sistema de alimentación. La relación de lejía a
madera en el recipiente de preimpregnación debería estar
comprendida entre 4:1 y 10:1, preferiblemente entre 5:1 y 9:1, y de
modo más preferible entre 6:1 y 8:1.
Una circulación de transferencia 7, 8 está
dispuesta para transportar el material de fibras desde el fondo del
recipiente de preimpregnación al extremo superior del digestor 2,
incluyendo un dispositivo separador superior en el extremo
superior del digestor. El líquido separado se devuelve al
dispositivo de salida de alimentación 4 del recipiente de
preimpregnación 1 por el conducto 8. La lejía rechazada 26
procedente del tamiz de fibras se conduce a la circulación de
transferencia 7, 8. Al extremo superior del digestor se añade
también vapor de agua 9, mostrando la figura un digestor de fases
vapor/lejía. En el fondo del digestor existe un dispositivo de
salida de alimentación 10 que incluye un elemento rascador.
Preferiblemente, la salida de alimentación se efectúa como
"soplado frío", lo que significa que la temperatura del
material de fibras se está enfriando en el fondo del digestor con
ayuda de líquido de lavado relativamente frío (preferiblemente
70-90ºC) que se añade por medio del elemento
rascador y/u otras entradas 22 al fondo del digestor, y se conduce
luego subsiguientemente hacia arriba en contracorriente con el
material de fibras.
El digestor presenta también tres secciones de
tamices, que dividen el digestor en cuatro zonas. La zona o etapa
situada más arriba es por consiguiente una etapa de cocción en
paralelo que constituye una segunda etapa del presente método de la
invención, y que se opera a un nivel relativamente alto de álcali
efectivo. El álcali efectivo, calculado como NaOH, debería ser al
menos 20 g/l, preferiblemente 30-50 g/l y de modo
más preferible aproximadamente 40 g/l, para madera de coníferas, o
al menos 10 g/l, preferiblemente 12-25 g/l y de
modo más preferible aproximadamente 15 g/l, para madera de
frondosas. Esto se consigue por medio del suministro 12 de un
líquido que comprende hidróxido de metal alcalino reciente,
preferiblemente una lejía blanca, al extremo superior del
digestor. Preferiblemente, más del 60% de la cantidad total de
lejía blanca añadida al sistema total se añade al extremo superior
del digestor en el caso de la cocción de madera de coníferas y
preferiblemente más del 30% en el caso de cocción de madera de
frondosas. Esta cocción de segunda etapa se efectúa ulteriormente a
una temperatura de cocción relativamente baja, a saber comprendida
entre 130 y 160ºC, de modo preferible entre aproximadamente 140 y
150ºC, estando situada la temperatura convenientemente cerca del
límite superior para la madera de coníferas y cerca del límite
inferior para la madera de frondosas. Si los tiempos de retención
son cortos, la temperatura puede ser, sin embargo, más alta. El
tiempo de retención debería ser, no obstante, al menos 20 minutos,
preferiblemente al menos 30 minutos y de modo más preferible al
menos 40 minutos. La relación de lejía a madera debería estar
comprendida entre 2:1 y 7:1, preferiblemente entre 3:1 y 5,5:1, y
de modo más preferible entre 3,5:1 y 5:1. Al final de esta segunda
etapa del método, se retira una primera lejía de cocción agotada
16, de la cual, debido a su contenido relativamente alto de álcali
residual, una parte sustancial se transporta por 5 a la parte
superior del recipiente de preimpregnación 1 para constituir al
menos una parte del líquido de preimpregnación. Preferiblemente, al
menos 80%, más preferiblemente al menos 90%, y como proporción
óptima aproximadamente 100% (lo que normalmente es aproximadamente
8-12 m^{3}/ADMT) de la lejía retirada en el
conducto 16 se envía al recipiente de preimpregnación.
Opcionalmente, aunque no se representa, la parte recirculada 5 de
la primera lejía de cocción agotada puede enfriarse, v.g. con ayuda
de un tanque de evaporación súbita, refrigerante o cambiador de
calor, antes de ser introducida en el recipiente de preimpregnación
1.
Asimismo, al final de la etapa superior (segunda
etapa del método), se añade un líquido de impregnación agotado
(tercera etapa del método), por medio de un tubo central colgante,
en un punto "A". Este líquido de impregnación agotado
constituye al menos una parte 14a de un líquido de impregnación
agotado que se retira de la etapa de impregnación por medio de un
conducto de bifurcación 14 desde el conducto de retorno 8 de la
circulación de transferencia 7, 8. La parte 14a del líquido de
impregnación agotado que se añade al digestor en el punto "A"
se calienta convenientemente por medio de un cambiador de calor 15,
antes de la adición, con lo cual se mantiene aproximadamente a la
misma temperatura en la zona de cocción en paralelo subsiguiente
(cuarta etapa del método de acuerdo con la invención) que en la
zona de cocción en paralelo precedente. Asimismo, preferiblemente
se mantiene la misma relación de lejía a madera, aunque la relación
de lejía a madera puede ser algo más baja o en algunos casos
incluso más alta. El propósito de la adición, de acuerdo con la
invención, es suministrar un líquido que es rico en hemicelulosa,
especialmente xilano, al material de fibras en un punto y en una
etapa, en que una cantidad considerable de la hemicelulosa
(xilano), debido a las condiciones de la etapa, precipitará sobre
el material de fibras para proporcionar rendimiento y propiedades
de susceptibilidad de batido mejorados. A fin de que tenga lugar la
precipitación, la cuarta etapa del método de acuerdo con la
invención debería tener un tiempo de retención de al menos 1 hora,
preferiblemente al menos 1,5 horas, con lo cual la escisión de los
grupos ácido carboxílico en el xilano causará una solubilidad
reducida del xilano, especialmente debido a que el nivel de álcali
efectivo y por consiguiente el de iones hidróxido se reduce hacia el
final de la etapa debido al consumo por el material de fibras.
Aunque se desea un nivel relativamente bajo de álcali efectivo, con
preferencia aproximadamente 2-10 g/l al final de la
etapa (observada desde el punto de vista del flujo del material de
fibras), el método incluye la posibilidad de añadir un líquido 13
que comprende hidróxido de metal alcalino recién preparado,
preferiblemente lejía blanca, a la cuarta etapa del método, a fin
de que el proceso de digestión continúe y para evitación de la
precipitación de lignina.
Al final de la etapa de cocción en paralelo que
comprende un nivel alto de hemicelulosa, se retira una segunda
lejía de cocción agotada 17, de la cual al menos una parte 17b, que
tiene un nivel de álcali residual de aproximadamente
2-10 g/l, se conduce a la recuperación por la vía
de un tanque de evaporación súbita 18. La parte restante 17a, en su
caso, puede ser conducida al recipiente de preimpregnación junto con
el líquido del conducto 5. Una parte restante 14b del líquido de
impregnación agotado que se retira del conducto de retorno 8 por
el conducto de bifurcación 14 se conduce también a la recuperación
por la vía del tanque de evaporación súbita 18. El líquido de
impregnación agotado retirado en el conducto de bifurcación 14 se
divide de tal manera que al menos 20%, preferiblemente al menos
30%, y más preferiblemente al menos 40% del líquido se suministra,
por la vía del conducto 14a, al digestor, mientras que la parte
restante 14b se conduce a la recuperación. Adicionalmente, una parte
restante, comparativamente pequeña 16b de la primera lejía de
cocción agotada 16 puede conducirse a la recuperación por la vía
del tanque de evaporación súbita 18.
Por debajo del punto, es decir la sección de
tamices, para la retirada de dicha segunda lejía de cocción agotada
17 existe una etapa convencional ITC™, que es una etapa en
contracorriente para cocción isotérmica y lavado combinados. El
concepto de ITC™ se describe en el documento WO 94/11566 y está
basado en el principio de mantener aproximadamente la misma
temperatura (relativamente baja en comparación con la técnica
anterior) en todas las etapas de cocción en combinación con niveles
moderados de álcali efectivo. Así, la temperatura se mantiene en la
parte inferior del digestor (con exclusión de la etapa de lavado
final) por una configuración de circulación que incluye un conducto
19 para retirada de lejía procedente de una sección de tamices más
baja un cambiador de calor 20 y una tubería central colgante 21
para reintroducción de la lejía en el digestor. La lejía blanca,
con preferencia aproximadamente 10-15% de la
cantidad total de lejía blanca, se añade a la etapa ITC™ por la vía
del conducto 12a. Dado que la lejía fluye en contracorriente con el
material de fibras en la etapa ITC™, la segunda lejía de cocción
agotada retirada en 17 contará también lejía agotada procedente de
la etapa ITC™.
Como una alternativa a una etapa ITC™
convencional, la etapa en contracorriente puede efectuarse con una
temperatura que es algo más alta (por ejemplo
5-10ºC más alta que la temperatura en las etapas de
paralelo).
La etapa final del digestor 2 es una etapa de
lavado en contracorriente, dispuesta preferiblemente para permitir
"el soplado frío" de la pasta de papel como se ha descrito
anteriormente.
En la descripción siguiente de realizaciones de
acuerdo con las figuras 2-4, se utilizan los mismos
números de referencia para detalles que corresponden directamente a
los detalles que tienen los mismos números de referencia en la Fig.
1. Además, el principio general de operación, en lo que concierne al
método de la invención, es esencialmente el mismo, por lo cual las
Figs. 2-4 no se describirán en detalle. Únicamente
se describen a continuación las características esenciales que
difieren.
La Fig. 2 muestra un sistema de dos recipiente,
con fases vapor/lejía, comprendiendo el digestor una etapa de
cocción en paralelo, una etapa de cocción en contracorriente y una
etapa ITC™ en contracorriente. En este sistema, la etapa de cocción
en contracorriente constituye la cuarta etapa de acuerdo con el
método de la invención, es decir la etapa de cocción con un
contenido alto de hemicelulosa (xilano). Debido a que la etapa
tiene lugar en contracorriente, la parte 14a del líquido de
impregnación agotado 14, se añade "A" al final de la etapa,
observada desde el punto de vista del material de fibras, que por
supuesto es el comienzo de la etapa, observada desde el punto de
vista del líquido. Esto significará, a su vez, que la primera lejía
de cocción agotada 16 se retira del digestor en el mismo punto en
que, y por consiguiente junto con, la segunda lejía de cocción
agotada 17'. De acuerdo con la invención, una parte principal de
esta lejía combinada 16, 17' se transporta por 5 al recipiente de
preimpregnación 1, y otra parte 16b se conduce a la recuperación
por la vía del tanque de evaporación súbita 18. La lejía agotada
17'' procedente de la etapa ITC™ se conduce también a la
recuperación por la vía del tanque de evaporación súbita 18.
La Fig. 3 muestra un sistema preferido de dos
recipientes, con fases vapor/lejía, comprendiendo el digestor dos
etapas de cocción en paralelo. Este sistema difiere principalmente
del sistema mostrado en Fig. 1 por no tener una etapa ITC™. En su
lugar, el digestor presenta únicamente dos secciones de tamices,
que lo dividen en tres etapas, siendo la más baja una etapa de
lavado convencional breve en contracorriente. La etapa más alta es
la segunda etapa de cocción (en paralelo) del método de acuerdo con
la invención, y la etapa intermedia es la cuarta etapa de cocción
(en paralelo). El punto de adición "A" de la lejía de
impregnación agotada 14a está localizado al mismo nivel que la
sección de tamices más alta y la lejía 16 que se retira de esta
sección de tamices constituirá la primera lejía de cocción agotada
de acuerdo con el método. La lejía 17''' que se retira de la
sección de tamices más baja que se conduce a la recuperación, será
una combinación de la segunda lejía de cocción agotada, procedente
de la cuarta etapa del método, y un líquido de lavado agotado
procedente de la etapa de lavado final en contracorriente. La etapa
de lavado final proporcionará, en esta realización preferida,
suficiente capacidad de lavado de tal manera que puede prescindirse
de una etapa que combina lavado en contracorriente con cocción
continua modificada, cocción continua modificada extendida o ITC™,
y que convencionalmente está localizada inmediatamente por encima
de la etapa de lavado breve final.
La Fig. 4 muestra un sistema de dos recipientes,
con fases vapor/lejía, comprendiendo el digestor una etapa de
cocción en paralelo y una etapa de cocción en contracorriente. Esta
realización es esencialmente similar a la que se muestra en Fig. 3,
siendo la diferencia principal que la cuarta etapa del método se
realiza como una etapa en contracorriente. Las lejías de cocción
agotadas primera y segunda se combinan en 16, 17', siendo
transportada una parte 5 al recipiente de preimpregnación 1 y
siendo conducida la parte restante 16b a la recuperación por la
vía del tanque de evaporación súbita 18. La sección de tamices más
baja incluye un sistema de circulación 19, 20 y 21 para
mantenimiento de la temperatura en la cuarta etapa, y también un
conducto de retirada 17'''' que conduce a la recuperación.
Pasando ahora a las Figuras 5-8,
que muestran sistemas de un solo recipiente, las figuras difieren
principalmente de los sistemas de dos recipientes de las Figuras
1-4 en que la etapa de impregnación está incluida
en el digestor, como una etapa adicional por debajo del separador
superior. Por ello no es necesario ningún recipiente de
preimpregnación separado. Aparte de esta diferencia principal, el
principio general de operación, en lo que concierne al método de
la invención, es esencialmente el mismo, por lo cual las Figs.
5-8 no se describirán en detalle. Únicamente se
describen a continuación las características esenciales que
difieren. Se han utilizado los números de referencia
correspondientes a los representados en las Figs.
1-4, con la adición de "5" como prefijo.
La Fig. 5 muestra un sistema de un solo
recipiente, de tipo hidráulico, comprendiendo el digestor 52 una
etapa de impregnación en paralelo 51, dos etapas de cocción en
paralelo y una etapa ITC™ en contracorriente. En esta realización,
el sistema de entrada de alimentación comprende también un
recipiente de tratamiento con vapor X'. El material de fibras se
alimenta directamente desde el alimentador de alta presión al
extremo superior del digestor, con ayuda de la circulación superior
57', 58'. El digestor está lleno hidráulicamente con líquido, y por
consiguiente no se añade cantidad alguna de vapor al extremo
superior del digestor. En su lugar, el calentamiento se realiza por
las dos secciones de tamices más altas que están provistas de
dispositivos de circulación, incluyendo cambiadores de calor 524,
525, para calentamiento de un líquido que se retira de las secciones
de tamices y se reintroduce en el digestor mediante tubos
centrales colgantes. La etapa de impregnación 51 está localizada
entre estas dos secciones de tamices más altas e incluye
impregnación con lejía de cocción agotada (lejía negra) que se
retira preferiblemente del tanque de evaporación súbita 518 y se
introduce, 526, por la vía de la circulación de transferencia 57',
58'. El líquido de impregnación agotado se retira a través del
conducto 514 y se reintroduce en parte 514a en el digestor en un
punto A correspondiente a la sección de tamices subsiguiente, por
medio de un tubo colgante central, para ser utilizado en la cuarta
etapa del método, que es una etapa en paralelo. La segunda etapa
del método de acuerdo con la invención está localizada por encima
del punto de adición A para líquido de impregnación agotado, e
incluye la adición de lejía blanca 512. Una primera lejía de
cocción agotada se retira de la segunda etapa del método por el
conducto 516, y se conduce a la recuperación por la vía de un
primer tanque de evaporación súbita 518. Asimismo, aunque no se
representa, una parte principal de la primera lejía de cocción
agotada retirada puede transportarse en su lugar al extremo
superior del digestor (por debajo del separador superior) y/o al
sistema de alimentación. Una segunda parte 514b del líquido de
impregnación agotado procedente de la etapa de impregnación se
conduce también a la recuperación, por la vía de un segundo tanque
de evaporación súbita 518'. Una lejía agotada, que es una segunda
lejía de cocción agotada combinada procedente de la cuarta etapa y
lejía agotada procedente de una etapa ITC™ en contracorriente, se
conduce a la recuperación a través del conducto 517, por la vía del
tanque de evaporación súbita 518. La etapa ITC™ puede incluir
adición de lejía blanca 512, con preferencia aproximadamente
10-15% de la cantidad total de lejía blanca
añadida, por la vía de la circulación 519, 520, 521 (tubería de
regulación).
La Fig. 6 muestra un sistema de un solo
recipiente, de tipo hidráulico, comprendiendo el digestor una etapa
de impregnación en paralelo, una etapa de cocción en paralelo, una
etapa de cocción en contracorriente y una etapa ITC™ en
contracorriente. La realización se asemeja a la representada en la
Fig. 5, siendo la diferencia principal que la cuarta etapa del
método es una etapa en contracorriente. El líquido de impregnación
agotado 514a, que es rico en hemicelulosa, se añade por
consiguiente, A, al final de la cuarta etapa, observada desde el
punto de vista del flujo del material de fibras. Una lejía de
cocción agotada primera y segunda combinada se retira del digestor
por el conducto 516, 517' y se conduce a la recuperación por la vía
de un primer tanque de evaporación súbita 518 y, aunque no se
representa, al extremo superior del digestor y/o al sistema de
alimentación. Una lejía agotada procedente de la etapa ITC™,
retirada por el conducto 517'', se conduce también al primer tanque
de evaporación súbita 518.
La Fig. 7 muestra un sistema de solo recipiente,
con fases vapor/lejía, comprendiendo el digestor una etapa de
impregnación en paralelo, una etapa de cocción en paralelo y una
etapa de cocción en contracorriente (que incluye ITC™). La
realización se asemeja a la representada en la Fig. 6, siendo la
diferencia principal que la cuarta etapa del método, que incluye el
líquido de impregnación agotado que es rico en hemicelulosa, se
efectúa en una etapa en contracorriente que está combinada con una
etapa ITC™. Esto significa que el líquido de impregnación agotado
514a se añade, A, al digestor junto con la circulación inferior
519, 520, 521, a la cual puede añadirse también lejía blanca 512.
La lejía agotada que se retira del digestor por el conducto 516,
517''' es por consiguiente una combinación de las lejías de cocción
agotadas primera y segunda junto con una lejía ITC™ agotada y se
recircula en parte 55' (preferiblemente por la vía de un
refrigerante no representado) a la etapa de impregnación y se
conduce en parte 516b a la recuperación por la vía del primer
tanque de evaporación súbita 518. Una parte de la lejía que se ha
enfriado en el tanque de evaporación súbita 518 puede transportarse
también al sistema de alimentación a través del conducto 526, que
puede incluir también un refrigerante no representado. Además, una
lejía de lavado agotada se retira, 517'''', desde la sección de
tamices más baja del digestor y se conduce a la recuperación por la
vía de un segundo tanque de evaporación súbita 518'.
La Fig. 8 muestra un sistema preferido de un solo
recipiente, con fases vapor/lejía, comprendiendo el digestor una
etapa de impregnación en paralelo y dos etapas de cocción en
paralelo. En esta realización, el líquido de impregnación agotado
514a se añade, A, a la cuarta etapa del método, en el digestor, en
asociación con una segunda lejía agotada y lejía de lavado agotada
combinadas que se retira en la sección de tamices más baja por el
conducto 517''' y se devuelve a la sección de tamices situada más
arriba por la vía del cambiador de calor 520' y el tubo colgante
central 521'. Asimismo, puede añadirse una lejía blanca 512 en el
mismo punto A. Una parte de las lejías agotadas combinadas se
separa, antes de la adición del líquido de impregnación agotado
514a y la lejía blanca, y se conduce a la recuperación por la vía
del segundo tanque de evaporación súbita 518'. La primera lejía de
cocción agotada 516 se divide una parte 55' que (preferiblemente
por la vía de un refrigerante no representado) se recicla a la
etapa de impregnación y una parte 516b que se conduce al sistema de
alimentación y/o a la recuperación por la vía del primer tanque de
evaporación súbita 518. Preferiblemente, una parte principal de la
lejía que se encuentra en el primer tanque de evaporación súbita 518
se conduce al sistema de alimentación a través del conducto 526
que, aunque no se representa, puede incluir un refrigerante. En
esta realización preferida, la etapa de lavado final proporcionará
suficiente capacidad de lavado, de tal modo que puede prescindirse
de una etapa que combina lavado en contracorriente con cocción
continua modificada, cocción continua modificada extendida o ITC™,
y que convencionalmente está localizada inmediatamente por encima
de la etapa de lavado breve final.
La Fig. 9 es un diagrama que representa los
resultados de los ensayos como rendimiento tamizado frente a número
kappa para una pasta papelera de madera de coníferas cocida. Se
realizaron tres series de ensayos:
- 1.
- Referencia, sin adición alguna de lejía rica en hemicelulosa a la cocción.
- 2.
- Adición de un líquido de impregnación agotado de madera de coníferas, rico en hemicelulosa, a la cocción de madera de coníferas.
- 3.
- Adición de un líquido de impregnación agotado de madera de frondosas, aún más rico en hemicelulosa, a la cocción de madera de coníferas.
Los resultados muestran un pequeño aumento de
rendimiento para la serie de ensayos 2 en relación con la
referencia 1. Para la serie de ensayos 3, existía un aumento
unitario de rendimiento de 1% que, para un proceso a escala de
fábrica de papel, constituiría un aumento considerable.
Se realizaron también ensayos de susceptibilidad
de batido, midiendo cuántas revoluciones PFI se precisarían para
alcanzar una resistencia a la tracción de 80 kNm/kg para tres
pastas que se habían cocido de acuerdo con las tres series de
ensayos anteriores. Los resultados de cada serie de ensayos se
interpolaron y mostraron que se precisaban 950 revoluciones PFI
para la pasta de referencia (1) en tanto que se precisaban 750
revoluciones PFI para la pasta 2 (una disminución del 20% en la
demanda de batido) y solamente 700 para la pasta 3 (una disminución
de 25% en la demanda de batido).
La invención no está limitada por las
realizaciones mostradas, sino que puede modificarse dentro del
alcance de las reivindicaciones. Los expertos en la técnica no
tendrán problema alguno para presentar realizaciones adicionales de
la invención, dada la posibilidad de combinar las diferentes
características que se muestran en las figuras. Por ejemplo, las
realizaciones de Fig. 5 y 6 pueden incluir también un conducto de
bifurcación procedente del conducto 516 para transportar una parte
del primer líquido de cocción agotado al comienzo de la etapa de
impregnación en el extremo superior del digestor, en un punto
situado inmediatamente por debajo del separador superior. Un ejemplo
adicional de una variación que será apreciada fácilmente por los
expertos consiste en llevar a cabo la cuarta etapa del método un
una modalidad de contracorriente en la Fig. 8. Los expertos
apreciarán también la posibilidad de conducir la cuarta etapa del
método de acuerdo con la invención en una etapa separada, después
del digestor y por consiguiente no formando parte verdaderamente de
la cocción, en la cual se añade posiblemente ácido para hacer que
la hemicelulosa, y especialmente el xilano, precipiten sobre el
material de fibras. Adicionalmente, es imaginable añadir una lejía
que es rica en hemicelulosa, especialmente xilano, a la cuarta
etapa del método, pudiendo tener su origen dicha lejía en otra
parte del sistema como se representa en los dibujos, o incluso en
una parte completamente diferente de la fábrica de pasta de
papel.
Claims (13)
1. Un método para la cocción continua de un
material de fibras lignocelulósico, que comprende sucesivamente los
pasos de
(a) en una primera etapa, impregnar el material
de fibras en un líquido de impregnación que comprende hidróxido de
metal alcalino, y después de ello retirar (14, 514) un líquido de
impregnación agotado,
(b) en una segunda etapa, cocer el material de
fibras en una lejía de cocción que contiene hidróxido de metal
alcalino,
(c) en una tercera etapa, añadir (A), a dicho
material de fibras, un líquido que es rico en hemicelulosa,
comprendiendo preferiblemente dicho líquido al menos una parte
(14a, 514a) de dicho líquido de impregnación agotado retirado,
caracterizado por
(d) en una cuarta etapa, cocer el material de
fibras en una lejía de cocción que comprende el líquido añadido en
la tercera etapa, sometiendo el material de fibras a un tiempo de
retención de al menos 1 hora en dicha cuarta etapa.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha cuarta etapa (d) tiene un tiempo
de retención de al menos 1,5 horas.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó
2, caracterizado porque un líquido (12, 512) que comprende
hidróxido de metal alcalino reciente se añade a dicha segunda etapa
(b), de tal modo que dicha lejía de cocción en la etapa (b)
alcanza una concentración de álcali efectivo, calculado como NaOH,
de al menos 20 g/l, preferiblemente 30-50 g/l y de
modo más preferible aproximadamente 40 g/l, para madera de
coníferas, o al menos 10 g/l, preferiblemente 12-25
g/l y de modo más preferible aproximadamente 15 g/l, para madera de
frondosas.
4. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha al
menos una parte (14a, 514a) de dicho líquido de impregnación
agotado retirado que se añade al material de fibras en la etapa (c)
corresponde al menos a 20%, preferiblemente al menos a 30% y aún
más preferiblemente al menos a 40% del líquido de impregnación
agotado que se retira en la etapa (a).
5. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un líquido
(13, 512) que comprende hidróxido de metal alcalino reciente se
añade al material de fibras junto con dicho líquido rico en
hemicelulosa en la etapa (c).
6. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una
primera lejía de cocción agotada (16, 516) se retira de dicha
segunda etapa (b) y porque una parte sustancial (5, 55') de esta
primera lejía de cocción agotada, preferiblemente al menos 80%, más
preferiblemente al menos 90% y como proporción óptima
aproximadamente 100%, se suministra a la impregnación en dicha
primera etapa (a), preferiblemente al comienzo de dicha primera
etapa (a).
7. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se
transporta lejía de cocción agotada a la recuperación,
comprendiendo esencialmente dicha lejía de cocción agotada
preferiblemente hasta al menos 60%, una segunda parte (14b, 514b)
de dicho líquido de impregnación agotado procedente de la etapa de
impregnación (a), y al menos una parte de una segunda lejía de
cocción agotada (17, 17', 17''', 517, 517', 517''', 517''''),
retirándose dicha segunda lejía de cocción agotada de dicha cuarta
etapa.
8. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha
segunda etapa y dicha cuarta etapa son etapas de cocción en
paralelo.
9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8,
caracterizado porque dicha cuarta etapa va seguida por una
quinta etapa, siendo dicha quinta etapa una etapa de lavado final
con un tiempo de retención de 60 minutos como máximo, pero
preferiblemente al menos 10 minutos, y que es una única etapa en
contracorriente en el método.
10. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-7, caracterizado porque
dicha segunda etapa es una etapa de cocción en paralelo, y porque
dicha cuarta etapa es una etapa de cocción en contracorriente.
11. Un método de acuerdo con las reivindicaciones
8 ó 10, caracterizado porque dicha cuarta etapa va seguida
por una etapa de cocción isotérmica en contracorriente, que va
seguida a su vez por una etapa final de lavado en
contracorriente.
12. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el cual dichas etapas (a)-(d) se realizan en una segunda línea
de fibras, siendo dicho material de fibras lignocelulósico un
segundo material de fibras bruto, caracterizado porque al
menos una parte de dicho líquido rico en hemicelulosa, que se añade
en la tercera etapa, se retira de una primera línea de fibras
utilizando un primer material de fibras bruto.
13. Un método de acuerdo con la reivindicación
12, caracterizado porque en dicha primera línea de fibras,
el primer material de fibras se impregna en un líquido de
impregnación que comprende hidróxido de metal alcalino, después de
lo cual se retira un líquido de impregnación agotado, constituyendo
dicho líquido de impregnación agotado el líquido rico en
hemicelulosa retirado de la primera línea de fibras y añadido a la
tercera etapa de la segunda línea de fibras.
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