Hispanopedia WikiEl proceso de sulfito produce pulpa de madera compuesta casi exclusivamente de fibras de celulosa mediante el tratamiento de astillas de madera con soluciones de iones sulfito y bisulfito. Estos compuestos químicos rompen los enlaces entre la celulosa y la lignina, componentes de la lignocelulosa. Se utilizan diversas sales de sulfito/bisulfito, como sodio (Na + ), calcio (Ca2 + ), potasio (K + ), magnesio (Mg2 + ) y amonio (NH4 + ) . La lignina se transforma en lignosulfonatos , que son solubles y pueden separarse de las fibras de celulosa. En la producción de celulosa, el proceso de sulfito compite con el proceso Kraft , que produce fibras más resistentes y es menos perjudicial para el medio ambiente.
Historia
El uso de la madera para hacer pulpa para papel comenzó con el desarrollo de la pulpa mecánica en la década de 1840 por Charles Fenerty en Nueva Escocia [ 1 ] y por FG Keller [ 2 ] en Alemania . Los procesos químicos siguieron rápidamente, primero con el uso de ácido sulfuroso por Julius Roth para tratar la madera en 1857, seguido por la patente estadounidense de Benjamin Chew Tilghman sobre el uso de bisulfito de calcio , Ca(HSO 3 ) 2 , para hacer pulpa de madera en 1867. [ 3 ] Casi una década después, en 1874, se construyó en Suecia la primera fábrica comercial de pulpa de sulfito . Utilizaba magnesio como contraión y se basaba en el trabajo de Carl Daniel Ekman .
Hacia 1900, la pulpa de sulfito se había convertido en el método dominante para producir pulpa de madera, superando a los métodos de pulpa mecánica. El proceso de pulpa química competidor, el proceso de sulfato o kraft, fue desarrollado por Carl F. Dahl en 1879 y la primera fábrica kraft comenzó a operar (en Suecia) en 1890. [ 3 ] La primera fábrica de sulfito en los Estados Unidos fue la Richmond Paper Company en Rumford, Rhode Island, a mediados de la década de 1880. La invención de la caldera de recuperación por GH Tomlinson a principios de la década de 1930 [ 2 ] permitió a las fábricas kraft reciclar casi todos sus productos químicos de pulpa. Esto, junto con la capacidad del proceso kraft para aceptar una mayor variedad de tipos de madera y producir fibras más resistentes [ 4 ] convirtió al proceso kraft en el proceso de pulpa dominante a partir de la década de 1940. [ 3 ] Las pulpas de sulfito ahora representan menos del 10% de la producción total de pulpa química [ 3 ] y el número de fábricas de sulfito continúa disminuyendo. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
El magnesio fue el contraión estándar hasta que el calcio lo reemplazó en la década de 1950.
Preparación del licor de pulpado
El licor de pulpa para la mayoría de las fábricas de sulfito se genera tratando diversas bases (hidróxidos de metales alcalinos o alcalinotérreos) con dióxido de azufre:
- SO 2 + MOH → MHSO 3
- MHSO 3 + MOH → M 2 SO 3 + H 2 O
Se producen reacciones similares con cationes divalentes (Mg2+, Ca2+) y utilizando carbonatos en lugar de hidróxido.
La proporción de sulfito a bisulfito depende del pH; por encima de pH=7, predomina el sulfito.
- A base de calcio
El proceso inicial utilizaba calcio, obtenido como carbonato de calcio económico , y había pocos incentivos para recuperar los materiales inorgánicos. Al menos en Suecia, el licor marrón resultante de este proceso se utilizaba con frecuencia para producir etanol, mientras que en otros licores marrones, los azúcares hexosas fermentables se dejan para contribuir a la energía necesaria en el proceso de recuperación. El sulfito de calcio, que es poco soluble, se convierte en bisulfito de calcio solo a pH bajo. Por lo tanto, los procesos de sulfito basados en calcio requieren condiciones ácidas.
- A base de amoníaco
Los procesos basados en amoníaco no permiten la recuperación de los productos químicos utilizados en la fabricación de la pulpa, ya que el amoníaco o las sales de amonio se oxidan a nitrógeno y óxidos de nitrógeno cuando se queman.
- A base de magnesio
El proceso de recuperación utilizado en la pulpa de sulfito a base de magnesio, el proceso "Magnefite", está bien desarrollado. [ 8 ] El licor marrón concentrado se quema en una caldera de recuperación, produciendo óxido de magnesio y dióxido de azufre , los cuales se recuperan de los gases de combustión. El óxido de magnesio se recupera en un lavador húmedo para dar una suspensión de hidróxido de magnesio .
- MgO + H₂O → Mg(OH) ₂
Esta suspensión de hidróxido de magnesio se utiliza luego en otro depurador para absorber el dióxido de azufre de los gases de combustión, produciendo una solución de bisulfito de magnesio que se clarifica, filtra y utiliza como licor de pulpa.
- Mg(OH) ₂ + 2 SO₂ → Mg( HSO₃ ) ₂
- A base de sodio
Los procesos basados en sodio utilizan un sistema de recuperación similar al utilizado en el proceso de recuperación kraft , con la excepción de que no existe un "ciclo de cal".
Procesos involucrados en la producción de pulpa de sulfito
El proceso se lleva a cabo en grandes recipientes a presión llamados digestores. La pulpa de sulfito se realiza a un pH entre 1,5 y 5. La pulpa permanece en contacto con los productos químicos de pulpado durante 4 a 14 horas y a temperaturas que oscilan entre 130 y 160 °C (266 y 320 °F ), dependiendo de los productos químicos utilizados.
La mayoría de los intermediarios involucrados en la deslignificación en la pulpa de sulfito son carbocationes estabilizados por resonancia, formados ya sea por protonación de enlaces dobles carbono-carbono o por ruptura ácida de enlaces éter que conectan muchos de los constituyentes de la lignina. Es esta última reacción la responsable de la mayor parte de la degradación de la lignina en el proceso de sulfito. [ 2 ] Los carbocationes electrófilos reaccionan con iones bisulfito (HSO 3 − ) para dar sulfonatos.
- ROR' + H + → R + + R'OH
- R + + HSO 3 − → R-SO 3 H
El proceso de sulfito no degrada la lignina en la misma medida que el proceso kraft , y los lignosulfonatos del proceso de sulfito son subproductos útiles .
Recuperación química
El licor residual de cocción del proceso de pulpeo con sulfito se suele denominar licor marrón, aunque también se utilizan los términos licor rojo, licor espeso y licor de sulfito (en comparación con el licor negro del proceso Kraft ). Las lavadoras de pulpa, mediante flujo a contracorriente , eliminan los productos químicos de cocción residuales y la lignina y hemicelulosa degradadas. El licor marrón extraído se concentra en evaporadores de múltiple efecto . El licor marrón concentrado puede quemarse en la caldera de recuperación para generar vapor y recuperar los productos químicos inorgánicos para su reutilización en el proceso de pulpeo, o bien puede neutralizarse para recuperar los subproductos útiles del proceso. Los recientes avances en el proceso de gasificación de licor negro de Chemrec , adaptando la tecnología para su uso en el proceso de pulpeo con sulfito, podrían convertir la producción de biocombustibles de segunda generación en una alternativa a la tecnología convencional de caldera de recuperación. [ 9 ] Alrededor de 1906, Gösta Ekström, un ingeniero sueco, patentó un proceso de generación de etanol a partir del 2-2,5% residual de azúcares hexosas fermentables en el licor usado. [ 10 ]
El proceso de sulfito puede utilizar calcio , amonio , magnesio o sodio como base.
Aplicaciones
El proceso de sulfito es ácido y uno de sus inconvenientes es que las condiciones ácidas hidrolizan parte de la celulosa, lo que significa que las fibras de pulpa de sulfito no son tan resistentes como las de pulpa kraft. El rendimiento de pulpa (en función de la madera utilizada) es mayor que en el proceso kraft y la pulpa de sulfito es más fácil de blanquear .
Producto
La pulpa de sulfito sigue siendo una materia prima importante , especialmente para papeles especiales y como fuente de celulosa para aplicaciones no papeleras. Se utiliza para fabricar papel fino , papel tisú , papel glassine , [ 11 ] y para dar resistencia al papel de periódico .
Pulpa disolvente
Un grado especial de pulpa de sulfito blanqueada se conoce como pulpa disolvente [ 12 ] , que es la materia prima para una amplia variedad de derivados de celulosa, por ejemplo rayón , celofán , acetato de celulosa y metilcelulosa .
El rayón es una fibra de celulosa reconstituida que se utiliza para fabricar muchos tejidos.
El celofán es una película transparente de celulosa reconstituida que se utiliza para envolver y para las ventanas de los sobres.
El acetato de celulosa se utilizaba para fabricar películas flexibles para uso fotográfico, cintas de ordenador, etc., y también para fabricar fibras.
La metilcelulosa y otros derivados del éter de celulosa se utilizan en una amplia gama de productos cotidianos, desde adhesivos hasta productos horneados y productos farmacéuticos . [ 13 ]
subproductos
El proceso de fabricación de pasta de sulfito es generalmente menos destructivo que el proceso kraft, por lo que se obtienen más subproductos aprovechables.
lignosulfonatos
Entre los principales subproductos del proceso de sulfito se encuentran los lignosulfonatos , que tienen una amplia variedad de usos donde se necesita un agente relativamente económico para hacer una dispersión acuosa de un material insoluble en agua. Los lignosulfonatos se utilizan en el curtido de cuero, la fabricación de hormigón , lodos de perforación , paneles de yeso , etc. [ 14 ]
La oxidación de lignosulfonatos se utilizaba para producir vainillina (vainilla artificial), y este proceso todavía lo utiliza un proveedor ( Borregaard , Noruega), mientras que toda la producción norteamericana por esta vía cesó en la década de 1990. [ 15 ]
Otros subproductos
La hidrólisis ácida de las hemicelulosas durante el proceso de pulpado con sulfito produce monosacáridos , predominantemente manosa para maderas blandas y xilosa para maderas duras, [ 2 ] que pueden fermentarse para producir etanol .
Véase también
Referencias
- ↑ Burger, Peter Charles Fenerty y su invención del papel . Toronto: Peter Burger, 2007. ISBN 978-0-9783318-1-8págs. 25-30
- 1 2 3 4 E. Sjöström (1993). Química de la madera: Fundamentos y aplicaciones . Academic Press . ISBN 0-12-647480-X.
- 1 2 3 4 Biermann, Christopher J. (1993). Fundamentos de la producción de pulpa y papel . San Diego: Academic Press, Inc. ISBN 0-12-097360-X.
- ↑ "Historia del papel" . Archivado del original el 8 de diciembre de 2006. Consultado el 8 de octubre de 2007 .
- ↑ "Fábricas suecas y alemanas eliminan gradualmente el sulfito" . Pulpa y papel . Enero de 1997. Consultado el 8 de octubre de 2007 .
- ↑ "Cierra planta de sulfito de Wisconsin en 2005" . Consultado el 7 de octubre de 2007 .
- ↑ Friederich, Steven (25 de septiembre de 2006). "Viviendo de tiempo prestado durante toda su vida (fábrica de sulfito de Weyerhauser)" . The Daily World . Recuperado el 8 de octubre de 2007 .
- ↑ "Proceso de magnefita" . Archivado del original el 17 de diciembre de 2007. Consultado el 11 de octubre de 2007 .
- ↑ Sitio web de Chemrec
- ^ Kaukoranta, Antti (1981). Industria del alcohol sulfito en Finlandia en 1918-1978 . Finlandia: Paino Polar OY. pag. 7.ISBN 951-9479-25-2.
- ↑ "Grados y usos del papel" . Archivado del original el 16 de octubre de 2012. Consultado el 12 de octubre de 2007 .
- ↑ "Disolución de pulpa mediante el proceso de sulfito" . Consultado el 12 de octubre de 2007 .
- ↑ "Aplicaciones de los éteres de celulosa Methocel de Dow Chemical" . Archivado del original el 24 de diciembre de 2008. Consultado el 12 de octubre de 2007 .
- ↑ "Usos de los lignosulfonatos" . Archivado del original el 9 de octubre de 2007. Consultado el 7 de octubre de 2007 .
- ↑ Hocking, Martin B. (septiembre de 1997). "Vainilla: aromatizante sintético a partir de licor residual de sulfito" (PDF) . Journal of Chemical Education . 74 (9): 1055. Bibcode : 1997JChEd..74.1055H . doi : 10.1021/ed074p1055 . Consultado el 9 de septiembre de 2006 .
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