ES2558707T3 - Un procedimiento para reducir la formación de costras en la industria de la pasta papelera y del papel, y el uso de dióxido de carbono para esto - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para reducir la formación de costras en la industria de la pasta papelera y del papel, caracterizado por - proporcionar un fluido de proceso acuoso alcalino en un procedimiento para fabricar papel, cartón o pasta papelera, conteniendo dicho fluido iones de calcio e iones de carbonato que proporcionan una tendencia a la formación de costras con carbonato de calcio, - hacer que dicho fluido pase a través de un equipo que tiene unas partes en las que dicho fluido es sometido a un cambio de energía por un cambio de presión y/o de velocidad, y - impedir la precipitación de dichos iones de calcio e iones de carbonato y la formación de costras sobre dicho equipo por introducción de dióxido de carbono dentro de dicho fluido antes del paso de dicho fluido a través de dicho equipo.
Description
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existencia de material de un dióxido de carbono procedente del aire aumenta el riesgo de precipitación por proporcionar un aumento de iones de carbonato.
La precipitación tiene lugar preferentemente en un equipo en el que la corriente de la existencia de material pasa a través de una multitud de pequeños orificios, en donde las altas diferencias de presión y la alta velocidad aumentan el riesgo de una precipitación. La caída de presión a lo largo de la caja de cabeza está típicamente por encima de 200 kPa (2 bares) y consiguientemente es grande el riesgo de precipitación en la caja de cabeza. La velocidad de la existencia de material que circula a través de los orificios de la caja de cabeza está situada típicamente entre 5 y 30 m/s. Sobre la tela, el agua blanca es prensada a través de una multitud de pequeños orificios y aunque la caída de presión no es tan alta como en la caja de cabeza, tienden a tener lugar unas precipitaciones también en los orificios de la tela o en su vecindad, especialmente junto al lado inferior de la tela, bloqueando de esta manera a los orificios.
De acuerdo con el invento, se alimenta dióxido de carbono dentro del fluido de proceso alcalino, es decir dentro de la existencia de material para reducir o impedir una precipitación. Puesto que el dióxido de carbono es una de las razones para la precipitación, se hubiera creído que el hecho de añadir activamente dióxido de carbono empeoraría la situación. Además, el dióxido de carbono proporciona un ácido y se sabe que los ácidos aumentan la disolución de carbonato de calcio y aumentan la acumulación de iones de calcio y de iones de carbonato. Sin embargo, de acuerdo con el invento, se ha encontrado que el hecho de añadir dióxido de carbono al fluido de proceso alcalino, p.ej. a la existencia de material, reduce la precipitación sin causar una disolución adicional significativa de carbonato de calcio.
Típicamente el dióxido de carbono es introducido directamente en el fluido de proceso acuoso alcalino. El dióxido de carbono es introducido preferiblemente en forma gaseosa, aunque en principio es posible añadir el dióxido de carbono como un material líquido o sólido. El dióxido de carbono puede también ser introducido en el fluido de proceso acuoso alcalino por alimentación inicial de dióxido de carbono dentro de otro fluido, que subsiguientemente es añadido a dicho fluido de proceso.
Cuando el fluido de proceso acuoso alcalino comprende un fluido de la circulación corta tal como la existencia de material o el agua blanca, dicho otro fluido puede ser seleccionado entre el conjunto que se compone de un agua fresca, un material filtrado transparente, un aditivo para papel y una existencia de material de pasta papelera en la preparación de la existencia de material del procedimiento de fabricación de papel o cartón.
En una forma de realización del invento, se introduce dióxido de carbono en un fluido de la circulación corta, especialmente dentro de una existencia de material diluida situada corriente arriba de la caja de cabeza de una máquina papelera. El dióxido de carbono puede también ser introducido en la existencia de material de la circulación corta que está situada corriente abajo de una bomba, que alimenta a uno o más ciclón(es) que está(n) situado(s) corriente arriba de la caja de cabeza. Otra posición apropiada para introducir dióxido de carbono está en cualquiera de los lados de un aparato desaireador que está colocado justamente corriente arriba de la caja de cabeza. Puesto que el dióxido de carbono se disolverá con mucha rapidez en el fluido alcalino de la circulación corta, el dióxido de carbono puede ser añadido cercanamente al aparato desaireador o a la caja de cabeza. Un tiempo apropiado para permitir que el dióxido de carbono se disuelva y reaccione es de 1 a 10 segundos.
La existencia de material es introducida con frecuencia en la circulación corta pasando por la fosa situada debajo de la tela y el dióxido de carbono puede ser introducido dentro de la existencia de material justamente delante de la fosa situada debajo de la tela. El dióxido de carbono puede también ser introducido dentro de la corriente de agua blanca de la circulación corta. Cuando el dióxido de carbono es añadido al agua blanca, la cantidad añadida debería ser tal que proporcione un efecto apropiado contra la formación de costras en la existencia de material después de una dilución.
El pH del fluido de proceso alcalino está preferiblemente en el intervalo comprendido entre 7,8 y 8,5 antes de la introducción de dióxido de carbono. Es también posible que el fluido de proceso acuoso tenga un pH que no se encuentre dentro de dicho intervalo, pero que éste podría tener un pH situado dentro de dicho intervalo en el caso de que no se hiciera ninguna adición de dióxido de carbono. Esto se puede dar el caso, por ejemplo, cuando el dióxido de carbono se añade al fluido de proceso acuoso antes de la adición de carbonato de calcio a dicho fluido.
El pH del fluido de proceso acuoso alcalino debería preferiblemente haber sido ajustado por a adición de dióxido de carbono a un pH situado por debajo de 7,8, en el momento en que dicho fluido pase a través de cualquier equipo que tenga un riesgo aumentado de precipitación. Más preferiblemente, el pH del fluido al efectuar el paso a través del equipo debería ser un pH de 7,7 o menos. Si se desean unas condiciones neutras o débilmente ácidas, el pH puede, desde luego, ser ajustado a un pH más cercano a 7 e incluso más bajo, tal como entre 6 y 7, con una cantidad adicional de dióxido de carbono.
La cantidad de dióxido de carbono que se debería introducir con el fin de que sea eficaz para impedir la precipitación varía dependiendo de las condiciones y las concentraciones de los diversos iones en el fluido de proceso acuoso.
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Sin embargo, se pueden obtener buenos resultados introduciendo dióxido de carbono en una cantidad entre 0,5 y 10 kg por tonelada completamente seca (BDT acrónimo de bone-dry ton) de papel, cartón o pasta papelera que se ha producido en dicho procedimiento. Preferiblemente, la cantidad de dióxido de carbono está situada entre 1 y 7 kg por tonelada completamente seca.
El dióxido de carbono debería preferiblemente haber sido introducido en una cantidad suficiente para reducir el pH de dicho fluido de proceso acuoso. El dióxido de carbono se puede introducir también de una manera tal que se impida que el pH suba. La meta es mantener al pH por debajo de 7,8 y típicamente en alrededor de 7,5 al efectuarse el paso del fluido de proceso acuoso a través del equipo en cuestión.
En una forma preferida de realización del invento, el fluido de proceso acuoso alcalino comprende una existencia de material diluida o un agua blanca en la circulación corta y el pH de dicho fluido es reducido por al menos 0,1 unidades de pH, de manera preferible 0,2 unidades de pH o más, mediante la introducción de dióxido de carbono.
En otra forma de realización, el fluido de proceso acuoso alcalino comprende un agua blanca en la circulación larga de un procedimiento para fabricar papel o cartón. Una pieza d equipo, que es muy sensible a la formación de costras por precipitación de carbonato de calcio, es el filtro de discos, a través del que pasa típicamente el agua blanca antes de ser alimentada como material filtrado transparente dentro de la circulación larga. En el agua blanca los iones de calcio acumulados de la circulación corta plantean un riesgo de formación de costras. El filtro de discos comprende unos discos con una multitud de pequeños orificios, a través de los cuales se prensa el agua mediante aplicación de un vacío, mientras que las fibras y los materiales sólidos se retienen sobre los discos. La caída de presión en los discos tiene una tendencia a causar unas precipitaciones, cuando es alto el contenido de iones de calcio (es decir, la “dureza”) acumulado del agua. El hecho de añadir dióxido de carbono de acuerdo con el invento reduce el riesgo de formación de costras en el filtro de discos.
En otra forma de realización del invento, el fluido alcalino acuoso comprende una pasta papelera o agua que circula en la instalación de fibras de una fábrica de pasta papelera. Pueden producirse problemas de formación de costras en la caja de cabeza de una máquina de desecación de la misma manera que más arriba se ha descrito en relación con la fabricación de papel y cartón.
En el procedimiento de acuerdo con el invento, el dióxido de carbono se puede introducir para formar un tampón amortiguador en el fluido de proceso acuoso alcalino o en otro fluido, que se añade a dicho fluido de proceso acuoso alcalino. El tampón amortiguador debería mantener el pH preferiblemente en un nivel estable por debajo de 7,8 y preferiblemente a un pH de 7,6 a 7,2.
Cuando se añade dióxido de carbono al fluido de proceso acuoso, él influye sobre la concentración de iones de calcio y de esta manera influye sobre las propiedades eléctricas del fluido de proceso acuoso (véase la referencia de Eklund y colaboradores, página 254). Los iones de calcio en la solución están cargados positivamente y los iones de carbonato creados por el dióxido de carbono están cargados negativamente. Estos iones así como también las otras especies iónicas en el fluido, tales como H+, OH-, HCO3-, y las reacciones que se realizan junto a la superficie de las partículas de carbonato de calcio sólidas participan todas ellas en las interacciones eléctricas en el fluido. La misma especie iónica, y especialmente la cantidad de iones de bicarbonato, influyen también sobre la alcalinidad del fluido del proceso acuoso. La alcalinidad es aumentada por medio de la introducción de dióxido de carbono, y el pH del procedimiento es estabilizado.
Tal como más arriba se ha mencionado, los equipos, que son sumamente propensos a adolecer de la formación de costras debido a la precipitación de carbonato de calcio son aquellos en los que una caída de presión en una multitud de pequeños orificios causa repentinamente una liberación de presión. Se ha encontrado que el carbonato de calcio precipita preferentemente en dichas posiciones. Un riesgo aumentado de precipitación es observado en un equipo con una caída de presión mayor que 20 kPa (0,2 bares). Ésta es una típica caída de presión en las telas y en los tambores de lavado. La caída de presión en una caja de cabeza es mucho más grande, típicamente mayor que 100 kPa (1 bar) y de manera sumamente típica está entre 200 y 600 kPa (2 y 6 bares). La caída de presión en un filtro de discos no es tan alta como en una caja de cabeza, pero es típicamente más alta que sobre la tela. La caída de presión en los filtros de discos y en las telas depende del vacío que se aplique para separar el agua. La caída de presión en las bombas, las válvulas y las cajas de succión varía y depende de las condiciones del procedimiento y de la construcción del equipo en cuestión.
En una forma de realización del invento, una pasta papelera que comprende un fluido de proceso acuoso, que ha sido tratado con dióxido de carbono para reducir la precipitación de carbonato de calcio y que ha pasado a través de dicho equipo, es elaborada a la forma de papel, cartón o pasta papelera seca de una manera conocida de por sí. La falta de precipitación y la estabilidad del sistema mejoran la calidad del producto producido, mejoran la aptitud para funcionar de la máquina papelera o de la máquina de desecación, evitan la necesidad de agentes quelantes u otros costosos agentes contra la formación de costras, hacen posible el uso de un agua fresca rica en calcio y reducen el impacto sobre el medio ambiente permitiendo más bucles de agua cerrados en el procedimiento.
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El invento enseña el uso de dióxido de carbono para reducir la formación de costras sobre un equipo en la industria de la pasta papelera y del papel. La reducida formación de costras se proporciona en un fluido que contiene iones de calcio y de carbonato. La cantidad de dichos iones es tal que ella proporciona una tendencia a la formación de costras sobre el equipo, lo que causa un cambio de energía en el fluido. Una forma preferida de realización del invento se refiere a la reducción de la formación de costras que es causada por una precipitación de carbonato de calcio en la circulación corta de un procedimiento de fabricación de papel o cartón.
El siguiente Ejemplo sirve para ilustrar el invento.
EJEMPLO
La circulación corta que se muestra en la Fig. 1 produce papel en un procedimiento de fabricación de papel en condiciones alcalinas. La existencia de material del procedimiento está basada parcialmente (en un 45 %) en un papel reciclado (DIP) que contiene cantidades variables de carbonato de calcio como un material de carga y/o revestimiento y parcialmente sobre una pasta papelera kraft de madera de coníferas (en un 55 %). Una existencia de material con una consistencia de aproximadamente un 3 % se alimenta a la circulación corta de una tina de alimentación (no mostrada) en la preparación de la existencia de material. La existencia de material se diluye con un agua blanca procedente de la fosa 6 situada bajo la tela hasta alcanzar una consistencia de aproximadamente 1,0 %.
Cuando la existencia de material diluida pasa desde la bomba 1 al dispositivo de limpieza 2, la suspensión espesa de carbonato de calcio se alimenta como material de carga dentro de la existencia de material. La existencia de material se limpia en una serie de tamices y luego se alimenta a través de un aparato desaireador 3 y a través de la caja de cabeza 4 sobre la tela 5. La banda continua resultante se desagua y alimenta a una sección de prensado y a una sección de desecación (no mostrada) y se convierte en papel. El agua blanca sacada se recoge en la fosa 6 situada bajo la tela.
La existencia de material que entra en la circulación corta contiene cantidades variables de carbonato de calcio disuelto, que se deriva principalmente del papel reciclado que se usa como existencia de material. El pH de la existencia de material diluida que entra en la caja de cabeza varía entre 7,9 y 8,2. Su concentración de iones de calcio varía entre 100 y 160 mg/ml. De tiempo en tiempo, el procedimiento se encuentra con graves problemas de precipitación de carbonato de calcio en la caja de cabeza y alguna precipitación adicional sobre la tela. Para abordar el problema de la formación de costras, la fábrica ha tenido que parar a la máquina papelera una vez cada tres semanas para limpiar mecánicamente la caja de cabeza.
Para aliviar el problema de formación de costras, el dióxido de carbono de acuerdo con el invento es introducido en la forma de un dióxido de carbono gaseoso de calidad industrial por el lado de presión de la bomba 1. La cantidad de dióxido de carbono es de aproximadamente 2,5 kg por BDT. El pH de la existencia de material que entra en la caja de cabeza es reducido a 7,6. No hay problemas de formación de costras de carbonato de calcio en la caja de cabeza ni sobre la tela. No se observa ninguna pérdida del material de carga de carbonato de calcio.
La concentración de iones de calcio, medida en el agua blanca separada, corresponde sustancialmente a la concentración de iones de calcio en la existencia de material antes de la introducción de dióxido de carbono. Ella todavía varía entre 100 y 160 mg/l. En el agua blanca el contenido de iones de carbonato ha sido reducido significativamente en comparación con el de la existencia de material y el contenido de iones de bicarbonato ha sido aumentado significativamente en comparación con el de la existencia de material. Por lo tanto, el dióxido de carbono mantiene a los iones de calcio en un nivel sustancialmente inalterado, reduce el nivel de iones de carbonato y aumenta el nivel de iones de bicarbonato.
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