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El proceso de sulfito produce pulpa de madera que es fibras de celulosa casi puras mediante el tratamiento de virutas de madera con soluciones de iones sulfito y bisulfito. Estos productos químicos rompen los enlaces entre los componentes de celulosa y lignina de la lignocelulosa. Se utiliza una variedad de sales de sulfito / bisulfito, que incluyen sodio (Na + ), calcio (Ca 2+ ), potasio (K + ), magnesio (Mg 2+ ) y amonio (NH 4 + ). La lignina se convierte en lignosulfonatos., que son solubles y se pueden separar de las fibras de celulosa. Para la producción de celulosa, el proceso al sulfito compite con el proceso Kraft , que produce fibras más fuertes y es menos costoso para el medio ambiente.

esquema idealizado para la despolimerización de la lignina mediante el proceso de sulfito.

Historia [ editar ]

El uso de madera para fabricar 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 . Procesos químicos seguido rápidamente, primero con Julius Roth 'uso s de ácido sulfuroso a la madera delicia en 1857, seguido por Benjamin Chew Tilghman ' s patente de Estados Unidos sobre el uso de bisulfito de calcio , Ca (HSO 3 ) 2 , a la pulpa de madera en 1867. [3] Casi una década después, en 1874, se construyó la primera planta comercial de celulosa al sulfito enSuecia . Utilizaba magnesio como contraión y se basó en el trabajo de Carl Daniel Ekman .

Hacia 1900, la pulpa al sulfito se había convertido en el medio dominante de producción de pulpa de madera, superando los métodos mecánicos de pulpa. El proceso de fabricación de pasta química que compite, el proceso de sulfato o kraft fue desarrollado por Carl F. Dahl en 1879 y la primera fábrica de papel kraft comenzó (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 de papel kraft reciclar casi todos sus productos químicos para la fabricación de pasta. Esto, junto con la capacidad del proceso kraft para aceptar una variedad más amplia de tipos de madera y producir fibras más fuertes [4] hizo del proceso kraft 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 plantas de sulfito sigue disminuyendo. [5] [6] [7]

El magnesio fue el contraión estándar hasta que el calcio lo reemplazó en la década de 1950.

Preparación de licor para despulpar [ editar ]

El licor de pulpa para la mayoría de las plantas de sulfito es tratar varias 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

Reacciones similares se efectúan con cationes divalentes (Mg2 +, Ca2 +) y usando 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 primer proceso utilizaba calcio, obtenido como carbonato cálcico económico , y había pocos incentivos para recuperar los materiales inorgánicos. Al menos en Suecia, el licor marrón de este proceso se utilizaba anteriormente con frecuencia para producir etanol, mientras que con otros licores marrones se deja que los azúcares de hexosa fermentables contribuyan 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 a base de calcio requieren condiciones ácidas.

A base de amoniaco

Los procesos a base de amoníaco no permiten la recuperación de los productos químicos para la fabricación de pasta, 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 + H 2 O → Mg (OH) 2

Esta suspensión de hidróxido de magnesio se usa luego en otro depurador para absorber dióxido de azufre de los gases de combustión produciendo una solución de bisulfito de magnesio que se clarifica, filtra y usa como licor de pulpa.

Mg (OH) 2 + 2 SO 2 → Mg (HSO 3 ) 2
A base de sodio

Los procesos basados ​​en sodio utilizan un sistema de recuperación similar al utilizado en el proceso de recuperación de papel kraft , excepto que no existe un "ciclo de la cal".

Procesos involucrados en la pulpa de sulfito [ editar ]

El proceso se lleva a cabo en grandes recipientes a presión llamados digestores. La pulpa con sulfito se lleva a cabo entre pH 1,5 y 5. La pulpa está en contacto con los productos químicos de la fabricación de pulpa durante 4 a 14 horas ya temperaturas que oscilan entre 130 y 160 ° C (266 a 320 ° F ), nuevamente dependiendo de los productos químicos utilizados.

La mayoría de los intermediarios implicados en la deslignificación en la pulpa con sulfito son carbocationes estabilizados por resonancia formados por protonación de dobles enlaces carbono-carbono o escisión ácida de enlaces éter que conectan muchos de los constituyentes de la lignina. Es la última reacción la responsable de la mayor parte de la degradación de la lignina en el proceso de sulfito. [2] Los carbocationes electrofílicos reaccionan con iones bisulfito (HSO 3 - ) para dar sulfonatos.

ROR '+ H + → R + + R'OH
R + + HSO 3 - → R-SO 3 H

El proceso al sulfito no degrada la lignina en la misma medida que lo hace el proceso kraft y los lignosulfonatos del proceso al sulfito son subproductos útiles .

Recuperación química [ editar ]

El licor de cocción usado de la pulpa de sulfito generalmente se llama licor marrón, pero también se usan los términos licor rojo, licor espeso y licor de sulfito (en comparación con licor negro en el proceso kraft ). Las lavadoras de pulpa, que utilizan flujo a contracorriente , eliminan los productos químicos de cocción gastados y la lignina y hemicelulosa degradadas. El licor marrón extraído se concentra, en evaporadores de efecto múltiple . El licor marrón concentrado se puede quemar en la caldera de recuperación para generar vapor y recuperar los productos químicos inorgánicos para su reutilización en el proceso de pulpa o se puede neutralizar para recuperar los subproductos útiles de la pulpa. Desarrollos recientes en la gasificación de licor negro de ChemrecEl proceso, adaptando la tecnología para usar en el proceso de pulpa al sulfito, podría hacer de la producción de biocombustibles de segunda generación una alternativa a la tecnología de caldera de recuperación convencional. [9] Alrededor de 1906, Gösta Ekström, un ingeniero sueco, patentó un proceso de generación de etanol a partir del 2-2,5% de azúcares de hexosa fermentables residuales en el licor residual . [10]

El proceso de sulfito puede utilizar calcio , amonio , magnesio o sodio como base.

Aplicaciones [ editar ]

El proceso al sulfito es ácido y uno de los inconvenientes es que las condiciones ácidas hidrolizan parte de la celulosa, lo que significa que las fibras de pulpa al sulfito no son tan fuertes como las fibras de pulpa kraft. El rendimiento de la pulpa (basado en la madera utilizada) es más alto que para la pulpa kraft y la pulpa al sulfito es más fácil de blanquear .

Mercancía [ editar ]

La pulpa de sulfito sigue siendo un producto importante , especialmente para papeles especiales y como fuente de celulosa para aplicaciones que no son de papel. Se utiliza para fabricar papel fino , tisú , glassine . [11] y para añadir fuerza al papel de periódico .

Disolver la pulpa [ editar ]

Artículo principal: Disolver la pulpa

Un grado especial de pulpa de sulfito blanqueada se conoce como pulpa de disolución [12], que es la materia prima de 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 de celulosa reconstituida transparente que se utiliza para envolver y ventanas en sobres.

El acetato de celulosa se utilizó para fabricar películas flexibles para uso fotográfico, cintas de ordenador, etc., y también para fabricar fibras.

La metilcelulosa y otros derivados de éteres de celulosa se utilizan en una amplia gama de productos de uso diario de los adhesivos para productos horneados para productos farmacéuticos . [13]

Subproductos [ editar ]

La pulpa con sulfito es generalmente menos destructiva que la pulpa kraft, por lo que hay más subproductos utilizables.

Lignosulfonatos [ editar ]

Los principales subproductos del proceso de sulfito son los lignosulfonatos , que encuentran una amplia variedad de usos donde se necesita un agente relativamente económico para hacer una dispersión en agua de un material insoluble en agua. Los lignosulfonatos se utilizan en el curtido de cuero, la fabricación de hormigón , lodo de perforación , paneles de yeso , etc. [14]

La oxidación de lignosulfonatos se utilizó 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 [ editar ]

La hidrólisis ácida de las hemicelulosas durante la pulpa de sulfito produce monosacáridos , predominantemente manosa para maderas blandas y xilosa para maderas duras, [2] que pueden fermentarse para producir etanol .

Ver también [ editar ]

  • Planta de celulosa

Referencias [ editar ]

  1. ^ Burger, Peter Charles Fenerty y su invención de papel . Toronto: Peter Burger, 2007. ISBN  978-0-9783318-1-8 págs. 25-30
  2. ↑ a b c d E. Sjöström (1993). Química de la madera: fundamentos y aplicaciones . Prensa académica . ISBN 0-12-647480-X.
  3. ↑ a b c d Biermann, Christopher J. (1993). Fundamentos de la fabricación de pasta y papel . San Diego: Academic Press, Inc. ISBN 0-12-097360-X.
  4. ^ "Historia del papel" . Archivado desde el original el 8 de diciembre de 2006 . Consultado el 8 de octubre de 2007 .
  5. ^ "Los molinos suecos y alemanes eliminan el sulfito" . Pulpa y Papel . Enero de 1997 . Consultado el 8 de octubre de 2007 .
  6. ^ "El molino de sulfito de Wisconsin cierra 2005" . Consultado el 7 de octubre de 2007 .
  7. ^ Friederich, Steven (25 de septiembre de 2006). "Vivir en tiempo prestado toda su vida (molino de sulfito Weyerhauser)" . El mundo cotidiano . Consultado el 8 de octubre de 2007 .[ enlace muerto ]
  8. ^ "Proceso de Magnefite" . Archivado desde el original el 17 de diciembre de 2007 . Consultado el 11 de octubre de 2007 .
  9. ^ Sitio web de Chemrec
  10. ^ Kaukoranta, Antti (1981). Industria del alcohol de sulfito en Finlandia en 1918-1978 . Finlandia: Paino Polar OY. pag. 7. ISBN 951-9479-25-2.
  11. ^ "Grados y usos del papel" . Archivado desde el original el 19 de septiembre de 2012 . Consultado el 12 de octubre de 2007 .
  12. ^ "Disolver la pulpa por el proceso de sulfito" . Consultado el 12 de octubre de 2007 .
  13. ^ "Aplicaciones para éteres de celulosa de Methocel de Dow Chemical" . Archivado desde el original el 24 de diciembre de 2008 . Consultado el 12 de octubre de 2007 .
  14. ^ "Usos de los lignosulfonatos" . Archivado desde el original el 9 de octubre de 2007 . Consultado el 7 de octubre de 2007 .
  15. ^ Hocking, Martin B. (septiembre de 1997). "Vainillina: aromatizante sintético de licor de sulfito gastado" (PDF) . Revista de educación química . 74 (9): 1055. Código bibliográfico : 1997JChEd..74.1055H . doi : 10.1021 / ed074p1055 . Consultado el 9 de septiembre de 2006 .