ES2303383T3 - Blanqueo de una pulpa de consistencia media con ozono sin mezcla con cizallamiento elevado. - Google Patents

Abstract

.Procedimiento para blanquear pulpa de celulosa que tiene una consistencia de 7-16% sin usar mezcladoras de alto cizallamiento, que comprende la introducción en la corriente de pulpa por dispositivos de inyección dispuestos radialmente de una corriente de gas que contiene ozono generado a partir de oxígeno a presión o una mezcla de oxígeno a presión con al menos un gas o líquido que tiene una concentración de ozono de como mínimo 20% en peso.

Description

Blanqueo de una pulpa de consistencia media con ozono sin mezcla con cizallamiento elevado.

Campo de la invención

La invención se refiere a un procedimiento para blanquear pulpa de consistencia media con un gas que contiene ozono. En particular, la invención se refiere al uso apropiado de la reacción muy rápida del ozono mezclando eficientemente de forma inmediata, pero preservando la pulpa, al introducir una cantidad sustancial de ozono en la pulpa.

Antecedentes de la invención

En la técnica son conocidos varios procedimientos para blanquear la pulpa con ozono. Estos procedimientos se han desarrollado hacia la realización de la etapa de blanqueo con pulpa de consistencia media, esto es, pulpa que tiene una consistencia de 7-16%.

Generalmente, el blanqueo con ozono de pulpa de consistencia media (MC) de acuerdo con la práctica habitual se puede describir como generación de ozono seguida de compresión antes de introducir el gas que contiene ozono en la corriente de pulpa de MC. La suspensión de gas-líquido-fibras se trata vigorosamente en una o varias mezcladoras de alto cizallamiento antes de conducir la suspensión a una torre de blanqueo. El ozono se puede introducir en varios puntos a lo largo de la corriente de pulpa. Se deben tratar los gases de purga a causa del exceso de ozono sobrante.

El principio descrito puede ser resultado de la aplicación de los procedimientos de blanqueo con oxígeno. El oxígeno, sin embargo, actúa a una velocidad mucho más lenta y las temperaturas usadas son significativamente más altas que las empleadas en el blanqueo con ozono.

Los problemas típicos y frecuentes se deben a la dificultad de mantener uniforme la suspensión. Se produce fácilmente una segregación en una corriente de dos fases y la velocidad de ozonización cae significativamente (a 1 o incluso 0,1% de la velocidad óptima). Este es un problema dominante que se puede reducir usando ozono de mayor calidad, lo que da por resultado un vacío menor en el gas y, consecuentemente, una menor necesidad de mezclar vigorosamente. Una solución típica en el estado actual de la técnica es el uso de más de una mezcladora. Esto, sin embargo, no elimina el problema y la aplicación de más fuerzas de cizallamiento a la pulpa afecta severamente a las propiedades de resistencia mecánica del producto resultante.

Un problema básico con tales mezcladoras es su corto tiempo de permanencia y, si se alarga el tiempo de mezcla, puede producirse una retromezcla no deseable.

Después de salir de las mezcladoras, la suspensión de gas-pulpa segrega rápidamente en una corriente bifásica que tiene una interfaz gas-líquido relativamente pequeña por unidad de volumen. Las consecuencias químicas de ello son una capacidad baja y un resultado no uniforme del blanqueo. Una evidencia obvia de este fenómeno es el significativo exceso de ozono que frecuentemente queda después de la etapa de blanqueo, lo que representa un riesgo y una pérdida económica.

Descripción de la técnica anterior

Se describe en, por ejemplo, el documento EP-A 511.433, un procedimiento de blanqueo de pulpa que comprende la introducción en una corriente de pulpa de ozono a alta presión en un gas vehículo mezclando vigorosamente, y la posterior eliminación del gas vehículo. La cuestión principal en este documento es la eliminación del gas de la pulpa después de la inyección en la mezcladora; se dice que la reacción se realiza esencialmente en no más de 10 segundos en un reactor vertical situado inmediatamente después de la mezcladora fluidizante. Se usa gas a aproximadamente 10-13 bar que contiene 3-10% de ozono en peso (6,8% en volumen). Preferiblemente, la mezcla de gas-pulpa se conduce en un tramo horizontal después de la etapa de reacción en vertical para efectuar la separación de la gran cantidad de gas vehículo involucrado.

La patente austriaca 2203/92 describe un procedimiento en el que pulpa de consistencia media se trata con un gas que comprende más de 120 g de O_{3}/m^{3} normales de gas (5,6% en volumen) en el que el gas se introduce como burbujas finas con una presión diferencial baja (preferiblemente inferior a 1 bar). Se considera que usando gas con un contenido alto de ozono se puede poner en la suspensión de gas una cantidad suficiente de ozono para conseguir el blanqueo deseado. Además, la patente AT 2203/92 describe el uso de mezcladoras con efectos o sin efectos de fluidización, y de una etapa de reacción con ozono seguidamente a la etapa de mezcla, así como de etapas adicionales de adición de ozono con etapas intermedias de desgasificación. Es característico que el ozono muy concentrado se introduce en las mezcladoras estáticas en diferentes puntos, eliminando posiblemente el gas vehículo inerte (normalmente oxígeno) entre las etapas, y que la reacción final entre el ozono y las fibras tiene lugar en un reactor de blanqueo, típicamente del tipo tradicional de torres de flujo ascendente.

Un rasgo común de otras varias publicaciones que describen procedimientos de blanqueo con ozono para pulpa de consistencia media es el uso de mezcladoras de fluidización en conexión con la inyección del gas portador de ozono y el uso de posteriores etapas de reacción y separación del gas relativamente prolongadas.

En términos de un proceso químico, la ozonización MC se puede describir como moléculas de ozono en una fase gas que se deben transportar a la proximidad de la fibra y que reaccionan con la fibra u otros sustratos. El ozono debe difundirse a través de la interfaz gas-líquido, a través del líquido a la fibra. La mezcladura aplicada afecta al tamaño y la velocidad relativa de las burbujas de gas y también a la cuantía de la interfaz fibra-líquido. La etapa que limita la velocidad, que domina completamente la interacción del ozono con el material de la fibra, es el transporte del ozono a través de la interfaz gas-líquido. La velocidad de transferencia de gas a líquido en un volumen dado depende mucho del tamaño de la burbuja, esto es, m^{2} desuperficie gas-líquido/m^{3} de la suspensión, y de la presión parcial del ozono. Otras etapas que limitan la velocidad, como la difusión en el propio material de la fibra, están determinadas por la naturaleza y la consistencia de la pulpa, que esta afectada dominantemente por la temperatura.

Debido a su dependencia de la transferencia de masas, la velocidad de reacción del ozono es, teóricamente y empíricamente, de primer orden.

Consecuentemente, las soluciones eficientes para el procedimiento se deben caracterizar porque:

-

la distribución del tiempo de permanencia (RTD) debe seguir un modelo de flujo-retención (a diferencia, comúnmente, en las mezcladoras hay una retromezcladura), que requiere una geometría especial del reactor para evitar la retromezcladura, por ejemplo, turbinas y pantallas apropiadas;

-

el tiempo de permanencia medio en las etapas de transferencia/mezcladora/reactor debe casar con los tiempos de transporte y reacción para la conversión completa del ozono; consecuentemente, el diámetro del reactor, la forma y la velocidad de rotación de una posible turbina deben casar con el caudal;

-

todo el ozono se debe introducir en una etapa.

\vskip1.000000\baselineskip

El vacío grande del gas, esto es, la baja concentración de ozono generado por la mayor parte de los generadores actuales de ozono, limita las posibilidades de mejorar la situación. Una reducción del vacío gas en las posteriores generaciones de generadores de ozono reducirá la necesidad de mezclar y reducir los requerimientos de energía así como el tamaño del equipo. Unas concentraciones más altas de ozono aumentarán también la velocidad de ozonización.

Descripción de la invención

De acuerdo con el procedimiento de la presente invención, se introduce ozono a una concentración alta y a alta presión en la tubería de pulpa, con lo que se logran condiciones próximas a flujo con retención, se alcanza una concentración alta de ozono con una superficie de transferencia de masa en la suspensión que es suficiente para una deslignificación eficaz.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, el ozono se introduce usando boquillas de inyección eficaces que proporcionan la dispersión eficaz necesaria para obtener una distribución uniforme así como una superficie de transferencia de masa suficiente para salvar el umbral de transferencia de masa que limita la velocidad presente en los procedimientos de la técnica anterior. Así, se elimina la necesidad de mezcladoras de fluidización de alto cizallamiento que destruyen las fibras.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se coloca una mezcladora dinámica de una intensidad baja-media en la corriente de pulpa inmediatamente corriente abajo del sitio de inyección del ozono. Tal mezcladora suministra a la corriente de pulpa energía en cuantías que son claramente inferiores a las energías de fluidización y no afecta mecánicamente a la fibra.

Con ayuda de tecnología reciente descrita en, por ejemplo, la solicitud de patente sueca 9502339-6, se puede generar ozono con una concentración de hasta 18-20% en volumen. En publicaciones de la técnica anterior (por ejemplo, el documento EP-A 426 652, prioridad de 30.10.1989) hay referencias de concentraciones tan altas como de 300 g de O_{3}/m^{3}N, pero tales concentraciones no han sido factibles hasta recientemente. Usando una concentración alta de ozono (300 g por m^{3} o más alta) y a gran presión (10 bars o más) junto con una técnica de inyección apropiada, la reacción entre el ozono y la fibra se puede realizar a una velocidad tal que no es necesario usar luego una torre de blanqueo de flujo ascendente. La presión de gas se obtiene usando oxígeno no comprimido opcionalmente mezclado con otros gases o líquidos (por ejemplo argón) para mantener una conductividad adecuada para la generación de ozono.

El oxígeno es el gas vehículo más comúnmente usado para el ozono. Usualmente se considera que el ozono muy concentrado tiene peligro de explosión. A medida que se ha desarrollado tecnología para generar ozono, el límite aceptado para las mezclas estables de oxígeno-ozono se ha desplazando repetidamente hacia arriba, y parece que todavía no se ha establecido una concentración límite absoluta para un manejo seguro de ozono. Así, es posible el uso de concentraciones muy altas de oxígeno, lo que facilita el uso de los procedimientos de acuerdo con la presente invención. De acuerdo con la presente invención, la concentración de ozono en el gas introducido para la corriente de pulpa es suficiente para blanquear sin impacto mecánico alguno que destruya la fibra.

La distribución inicial del ozono muy concentrado es importante para la selectividad, ya que el componente carbohidrato en sí puede ser atacado por el ozono si se expone durante un tiempo prolongado. La ausencia de retromezcla, como puede producirse en mezcladoras de alto cizallamiento, y la presencia de condiciones de flujo con retención contrarrestan este fenómeno.

Descripción de realizaciones preferentes

La Figura 1 presenta una comparación entre los cambios en las velocidades de reacción frente al tiempo en un procedimiento de blanqueo de pulpa con ozono de la técnica anterior usando una mezcladora de consistencia media y un procedimiento de acuerdo con la presente invención.

Ejemplo 1

Se introdujo un gas portador de ozono que tenía una presión de aproximadamente 15 bar y una concentración de ozono de 14% en volumen en una tubería de pulpa de consistencia media que transportaba 100 toneladas/día a través de un cuello de boquillas dispuestas radialmente. Preferiblemente, las boquillas están dispuestas para dirigir el gas radialmente a la corriente de pulpa, esencialmente en una dirección perpendicular a la corriente de pulpa. Se debe usar un número de boquillas suficiente para distribuir uniformemente el gas. A esta escala de producción se pueden usar 186 boquillas con un diámetro de entrada de 1 mm como máximo. Debe permitirse un tiempo de residencia medio suficiente (10-40 segundos) antes de cualquier acción perturbadora sobre la pulpa.

Ejemplo 2

A la corriente de pulpa del ejemplo anterior se adapta una mezcladora de intensidad media (de bajo cizallamiento) preferiblemente inmediatamente después del sitio de inyección del gas. Preferiblemente, la turbina de la mezcladora es de eje doble o múltiple con ángulos de los álabes y una velocidad de rotación equilibrados para mantener la distribución del tiempo de residencia de flujo con retención (RTD) y obtener una buena eficiencia de mezcladura radial. El álabe del centro tiene un ángulo más agudo que el álabe del tornillo exterior. Alternativamente, periféricamente o sobre la turbina se pueden colocar dispositivos inyectores porosos de metal para la introducción de ozono.

La Figura 1 presenta una comparación entre un sistema que emplea una mezcladora tradicional de consistencia media con una capacidad muy alta para un intervalo corto de caída rápida a cero, en comparación con un sistema de acuerdo con la invención con una capacidad moderadamente alta mantenida constante durante un período largo. La línea a puntos representa la tecnología tradicional del estado de la técnica de mezcladora de consistencia media. La primera parte, abrupta, muestra el efecto de la mezcladora con una reacción alta y una distribución uniforme. La parte de velocidad baja muestra el efecto de la alteración de la interfaz gas-suspensión. La reacción tiene lugar con una distribución no uniforme y la pulpa se tensiona mecánicamente por mezcladura a alto cizallamiento.

La línea continua representa un sistema de acuerdo con la invención. A lo largo del proceso se realiza la reacción a una velocidad moderadamente rápida en una pulpa suavemente tensionada y con una distribución uniforme del ozono.

La Tabla 1 presenta una comparación numérica entre un sistema convencional típico de blanqueo de MC, un sistema del estado de la técnica y un sistema de acuerdo con la presente invención.

\vskip1.000000\baselineskip

\vskip1.000000\baselineskip

\vskip1.000000\baselineskip

(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 1

1

Claims (6)

1. Procedimiento para blanquear pulpa de celulosa que tiene una consistencia de 7-16% sin usar mezcladoras de alto cizallamiento, que comprende la introducción en la corriente de pulpa por dispositivos de inyección dispuestos radialmente de una corriente de gas que contiene ozono generado a partir de oxígeno a presión o una mezcla de oxígeno a presión con al menos un gas o líquido que tiene una concentración de ozono de como mínimo 20% en peso.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la introducción de ozono se hace a una presión de como mínimo 10 bar.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el mencionado gas que contiene ozono se introduce por como mínimo dos boquillas adaptadas para dirigir el gas a la corriente de pulpa.

4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que las mencionadas boquillas están adaptadas para dirigir el gas en una dirección esencialmente perpendicular a la corriente de pulpa.

5. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación 1-4, en el que, después de la inyección de gas, se suministra la corriente de pulpa a una mezcladora dinámica de intensidad de baja a media.

6. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación 1-4, en el que el gas que porta oxígeno se introduce por medio de miembros inyectores porosos de metal.