1
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TECNOLOGÍA DE LAS INDUSTRIAS DE LA
TECNOLOGÍA DE LAS INDUSTRIAS DE LA
CELULOSA Y EL PAPEL
CELULOSA Y EL PAPEL
TEMA
el Papel
el Papel
Autores
Autores
María Paz Arraiza
María Paz Arraiza
José Vicente López Álvarez
José Vicente López Álvarez
Universidad Politécnica de Madrid
Universidad Politécnica de Madrid
Ciudad Universitaria s/n (ETSI Montes)
Ciudad Universitaria s/n (ETSI Montes)
28040 - Madrid
28040 - Madrid
Spain
Spain
Tabla de Contenidos
Tabla de Contenidos
1
1
DEFINICIONES BÁSICAS
DEFINICIONES BÁSICAS
2
2
ANÁLISIS DEL LICOR KRAFT
ANÁLISIS DEL LICOR KRAFT
3
3
EQUIPOS DE COCCIÓN
EQUIPOS DE COCCIÓN
4
4
TRATAMIENTOS DE LA PASTA
TRATAMIENTOS DE LA PASTA
5
1
1
DEFINICIONES BÁSICAS
DEFINICIONES BÁSICAS
En este capítulo se dan breves definiciones sobre los distintos aspectos de la pasta y los licores. Las En este capítulo se dan breves definiciones sobre los distintos aspectos de la pasta y los licores. Las definiciones básicas que se emplean en el proceso de la pasta al sulfato son las siguientes:
definiciones básicas que se emplean en el proceso de la pasta al sulfato son las siguientes: A.
A. DEFINICIONES EMPLEADAS EN LA PREPARACIÓN DE LA MADERADEFINICIONES EMPLEADAS EN LA PREPARACIÓN DE LA MADERA
Densidad a granelDensidad a granel
Contenido en humedad y densidad de la maderaContenido en humedad y densidad de la madera
Contenido de sólidosContenido de sólidos
Punto de saturación de la fibraPunto de saturación de la fibra
Gravedad específica de la maderaGravedad específica de la madera
CordCord
CunitCunit
B.
B. DEFINICIONES EMPLEADAS EN LA COCCIÓN DE LA MADERADEFINICIONES EMPLEADAS EN LA COCCIÓN DE LA MADERA
Concentración química.Concentración química.
Carga química.Carga química.
Relación Licor : Madera (Hidromódulo)Relación Licor : Madera (Hidromódulo)
Químicos totales.Químicos totales.
Álcali Total.Álcali Total.
Álcali Total Valorable (ATT)Álcali Total Valorable (ATT)
Álcali activo.Álcali activo.
Álcali efectivo.Álcali efectivo. Actividad.Actividad. Causticidad.Causticidad. Sulfidez.Sulfidez.
Eficiencia de la causticidad.Eficiencia de la causticidad.
Reducción.Reducción.
Torta de sal no reducida.Torta de sal no reducida.
Consumo de químicos.Consumo de químicos.
Recuperación de químicos.Recuperación de químicos.
Pérdida química.Pérdida química.
1
1
.
.
1
1
DEFINICIONES UTILIZADAS EN PREPARACIÓN DE LA MADERA
DEFINICIONES UTILIZADAS EN PREPARACIÓN DE LA MADERA
1.1.1
1.1.1
Densidad a granel
Densidad a granel
La densidad a granel es el peso seco en estufa de las astillas (o serrines u otro residuo maderero) La densidad a granel es el peso seco en estufa de las astillas (o serrines u otro residuo maderero)
contenido en un determinado volumen de espacio. Depende de la gravedad específica de la contenido en un determinado volumen de espacio. Depende de la gravedad específica de la madera, de la geometría y de la distribución de tamaño de las astillas.
madera, de la geometría y de la distribución de tamaño de las astillas.
Por ejemplo, las astillas de abeto Douglas de rollos tienen típicamente 192 kg/m
Por ejemplo, las astillas de abeto Douglas de rollos tienen típicamente 192 kg/m33 (12 lb/ft (12 lb/ft33) (peso) (peso
de madera seca), mientras que las de la misma especie provenientes de paneles tienen 184 kg/m de madera seca), mientras que las de la misma especie provenientes de paneles tienen 184 kg/m33
(11.5 lb/ft (11.5 lb/ft33).).
Independientemente, la regla aplicable es que 1 m
Independientemente, la regla aplicable es que 1 m33 de madera rinde 2.6 m de madera rinde 2.6 m33 de astillas (1 ft de astillas (1 ft33 rinde rinde
2.6 ft 2.6 ft33).).
1.1.2
1.1.2
Contenido de humedad y densidad de la madera
Contenido de humedad y densidad de la madera
El contenido de humedad de la madera es una medida del contenido de agua relativo al peso El contenido de humedad de la madera es una medida del contenido de agua relativo al peso húmedo total del mate
húmedo total del material (peso verde de la rial (peso verde de la madera) madera) o al peso seco o al peso seco de la madera (pde la madera (peso seco eneso seco en estufa). El peso seco en estufa se determina secando la madera a peso constante a 103-105 °C. La estufa). El peso seco en estufa se determina secando la madera a peso constante a 103-105 °C. La industria de la pulpa
industria de la pulpa y el papel reporta y el papel reporta el contenido de humedad el contenido de humedad de la madera y de la madera y otros materialesotros materiales en término del peso total del material.
en término del peso total del material.
Las otras industrias de productos forestales casi invariablemente refieren al contenido de humedad Las otras industrias de productos forestales casi invariablemente refieren al contenido de humedad en términos de peso seco en estufa. El peso de agua en la madera puede definirse como:
en términos de peso seco en estufa. El peso de agua en la madera puede definirse como: Peso de agua en la madera = peso húmedo de la madera
Peso de agua en la madera = peso húmedo de la madera – – peso seco de la madera peso seco de la madera
EJEMPLO 1. El contenido de humedad de la madera (base verde) es típicamente de 50% pero varía EJEMPLO 1. El contenido de humedad de la madera (base verde) es típicamente de 50% pero varía entre 30 y 60%. A cuántos kg agua/kg madera seca corresponde?
entre 30 y 60%. A cuántos kg agua/kg madera seca corresponde? RESPUESTA: 30/70 = 0.43 y 60/40 = 1.5.
RESPUESTA: 30/70 = 0.43 y 60/40 = 1.5.
Los 2 contenidos de humedad son intercambiables como se muestran en las siguientes ecuaciones: Los 2 contenidos de humedad son intercambiables como se muestran en las siguientes ecuaciones:
1.1.3
1.1.3
Contenido de sólidos
Contenido de sólidos
La densidad de la madera sólida es una medida del peso seco de la madera por unidad de La densidad de la madera sólida es una medida del peso seco de la madera por unidad de volumen de madera verde. Como la madera se contrae alrededor de 8-15% en volumen a medida volumen de madera verde. Como la madera se contrae alrededor de 8-15% en volumen a medida que se seca debajo de 30 % de humedad, es importante especificar el contenido de humedad al que se seca debajo de 30 % de humedad, es importante especificar el contenido de humedad al cual se mide el volumen. Unidades típicas son lb/ft
cual se mide el volumen. Unidades típicas son lb/ft33, g/cm, g/cm33 o kg/m o kg/m33..
1.1.4
1.1.4
Punto de saturación de la fibra (fsp)
Punto de saturación de la fibra (fsp)
Por debajo de 25% de contenido de humedad base verde, el agua libre desaparece y el agua Por debajo de 25% de contenido de humedad base verde, el agua libre desaparece y el agua remanente se encuentra químicamente adsorbida en la madera mediante enlace puente de remanente se encuentra químicamente adsorbida en la madera mediante enlace puente de hidrógeno con los grupos hidroxilo de la celulosa y hemicelulosas. El contenido de humedad hidrógeno con los grupos hidroxilo de la celulosa y hemicelulosas. El contenido de humedad correspondiente a la desaparición de agua libre se llama punto de saturación de la fibra (FSP). A correspondiente a la desaparición de agua libre se llama punto de saturación de la fibra (FSP). A medida que el contenido de humedad de la madera disminuye de 25% a 0% la energía requerida medida que el contenido de humedad de la madera disminuye de 25% a 0% la energía requerida para extraer una alícuota de agua se incrementa de 540 cal/g (calor de vaporización del agua) a para extraer una alícuota de agua se incrementa de 540 cal/g (calor de vaporización del agua) a 700 cal/g (125%)
700 cal/g (125%) y hasta 1100 y hasta 1100 cal/g cal/g (200%) cerca de (200%) cerca de 0%.0%.
Consecuentemente, madera seca al aire no está realmente seca ya que la madera es un material Consecuentemente, madera seca al aire no está realmente seca ya que la madera es un material higroscópico (como la pulpa y el papel). Esto significa que la madera absorbe o cede humedad higroscópico (como la pulpa y el papel). Esto significa que la madera absorbe o cede humedad dependiendo de las condiciones atmosféricas hasta un contenido de humedad de equilibrio (EMC). dependiendo de las condiciones atmosféricas hasta un contenido de humedad de equilibrio (EMC). La técnica TAPPI T 402 especifica que el papel debe colocarse en un ambiente cálido y seco antes La técnica TAPPI T 402 especifica que el papel debe colocarse en un ambiente cálido y seco antes de acondicionarse en las condiciones estándar de muestreo.
de acondicionarse en las condiciones estándar de muestreo.
1.1.5
1.1.5
Gravedad específica de la madera
Gravedad específica de la madera
La gravedad específica de la madera es el peso seco en estufa de la madera dividido el peso del La gravedad específica de la madera es el peso seco en estufa de la madera dividido el peso del volumen de agua desplazada. Se puede expresar también como la relación entre la densidad volumen de agua desplazada. Se puede expresar también como la relación entre la densidad sólida de la madera y la densidad del agua a la misma temperatura. Este cociente produce un sólida de la madera y la densidad del agua a la misma temperatura. Este cociente produce un número adimensional. El volumen de agua desplazada puede medirse calculando el volumen de la número adimensional. El volumen de agua desplazada puede medirse calculando el volumen de la madera, en el caso de formas regulares como un bloque rectangular. Si la madera es de forma madera, en el caso de formas regulares como un bloque rectangular. Si la madera es de forma irregular, puede cubrirse con una capa de cera, midiéndose el agua desplazada. Aunque casi irregular, puede cubrirse con una capa de cera, midiéndose el agua desplazada. Aunque casi siempre se utiliza el peso seco de la madera, es posible utilizar un volumen correspondiente a siempre se utiliza el peso seco de la madera, es posible utilizar un volumen correspondiente a cualquier contenido de humedad; sin embargo el volumen verde es el mas comúnmente usado dando cualquier contenido de humedad; sin embargo el volumen verde es el mas comúnmente usado dando lugar a la gravedad específica básica. La gravedad específica básica de la madera se encuentra lugar a la gravedad específica básica. La gravedad específica básica de la madera se encuentra entre 0.35 y 0.60, pero puede variar entre 0.2 y 0.7. La densidad del material se define como la entre 0.35 y 0.60, pero puede variar entre 0.2 y 0.7. La densidad del material se define como la masa por unidad de volumen, masa/volumen. Para la madera es costumbre tomar la masa total (o masa por unidad de volumen, masa/volumen. Para la madera es costumbre tomar la masa total (o peso) dividida por el volumen ambos al mismo contenido de humedad.
peso) dividida por el volumen ambos al mismo contenido de humedad. Gravedad específica de la madera
1.1.6
1.1.6
Cord
Cord
Un cord es madera en forma de tronco apilada que ocupa un volumen total de 4 ft x 8 ft x 4 ft. Un cord es madera en forma de tronco apilada que ocupa un volumen total de 4 ft x 8 ft x 4 ft. Típicamente, un cord de madera apilada contiene 80-90 ft
Típicamente, un cord de madera apilada contiene 80-90 ft33 (2,55 m (2,55 m33) de madera sólida, aunque) de madera sólida, aunque
puede variar ampliamente y rinde alrededor de 500 bd. ft (1,18 m
puede variar ampliamente y rinde alrededor de 500 bd. ft (1,18 m33) de madera o 1.2 BDU de) de madera o 1.2 BDU de
chips. chips.
1.1.7
1.1.7
Cunit
Cunit
Un cunit representa 100 ft
Un cunit representa 100 ft33 (2,83 m (2,83 m33) de madera sólida en rollizos apilados. Se utiliza para) de madera sólida en rollizos apilados. Se utiliza para
determinar el contenido de madera de los troncos. determinar el contenido de madera de los troncos.
Bone-dry ton (BDT). Pasta de madera o residuo que pesa 2.000 lb (907,19 kg) a 0% de humedad. Bone-dry ton (BDT). Pasta de madera o residuo que pesa 2.000 lb (907,19 kg) a 0% de humedad. Bone-dry unit (BDU). Cantidad de madera o residuo que pesa 2.400 lb (1088,62 kg) a 0% de Bone-dry unit (BDU). Cantidad de madera o residuo que pesa 2.400 lb (1088,62 kg) a 0% de contenido de humedad.
contenido de humedad.
1
1
.
.
2
2
DEFINICIONES UTILIZADAS EN LA COCCIÓN DE LA MADERA
DEFINICIONES UTILIZADAS EN LA COCCIÓN DE LA MADERA
1.2.1
1.2.1
Concentración de químicos.
Concentración de químicos.
La concentración de químicos es la medida de la concentración de los reactivos químicos en el licor. La concentración de químicos es la medida de la concentración de los reactivos químicos en el licor. Por ejemplo, en el pasteado al sulfito el licor puede ser 6% SO
Por ejemplo, en el pasteado al sulfito el licor puede ser 6% SO22, indicando 6 gramos de sulfito (en, indicando 6 gramos de sulfito (en
base SO
base SO22) por 100 ml de licor. Si el ratio licor : madera es 4:1, el % de químicos en la madera es) por 100 ml de licor. Si el ratio licor : madera es 4:1, el % de químicos en la madera es
del 24%. del 24%.
1.2.2
1.2.2
Carga química.
Carga química.
La carga química en un proceso, porcentaje de reactivos (en madera o papel) es la medida del peso La carga química en un proceso, porcentaje de reactivos (en madera o papel) es la medida del peso de los productos químicos empleados en el proceso (por ejemplo pasteado o blanqueo) de un de los productos químicos empleados en el proceso (por ejemplo pasteado o blanqueo) de un material.
material.
Por ejemplo, el pasteado Kraft se lleva a cabo con un 25% de álcali total en la madera. Esto Por ejemplo, el pasteado Kraft se lleva a cabo con un 25% de álcali total en la madera. Esto indicaría 250 kg de álcali por 1000 kg de madera seca. Los reactivos en el proceso al sulfito se indicaría 250 kg de álcali por 1000 kg de madera seca. Los reactivos en el proceso al sulfito se expresan en base SO
expresan en base SO22. Cuando se blanquea la pasta mecánica, se puede hablar de 0,5% de. Cuando se blanquea la pasta mecánica, se puede hablar de 0,5% de
peróxido sódico en pasta. peróxido sódico en pasta.
1.2.3
1.2.3
Relación licor : madera.
Relación licor : madera.
La relación entre licor y madera se expresa como ratio y no como porcentaje normalmente. La relación entre licor y madera se expresa como ratio y no como porcentaje normalmente. Normalmente es 3:1 ó 4:1 en el pasteado químico total. El numerador puede incluir o no el peso del Normalmente es 3:1 ó 4:1 en el pasteado químico total. El numerador puede incluir o no el peso del agua en las astillas, lo que se debe especificar para evitar errores de cálculo.
agua en las astillas, lo que se debe especificar para evitar errores de cálculo.
1.2.4
1.2.4
Químicos totales.
Químicos totales.
Todas las sales de Na expresadas como Na Todas las sales de Na expresadas como Na22OO
1.2.5
1.2.5
Reactivos Totales o Álcali Total (AT)
Reactivos Totales o Álcali Total (AT)
El Álcali Total es la suma de todas las sales de Na en los licores, (como Na
El Álcali Total es la suma de todas las sales de Na en los licores, (como Na22O) que contribuyen alO) que contribuyen al
Álcali Activo (AA) o pueden convertirse en el ciclo Kraft, NaOH, Na
Álcali Activo (AA) o pueden convertirse en el ciclo Kraft, NaOH, Na22S, NaS, Na22COCO33, y Na, y Na22SSxxOOyy
(expresados como Na
(expresados como Na22O). Todas las concentraciones se pueden expresar como g/L o como elO). Todas las concentraciones se pueden expresar como g/L o como el
porcentaje relativo sobre peso seco de madera. porcentaje relativo sobre peso seco de madera.
AT = NaOH + Na
AT = NaOH + Na22S + NaS + Na22COCO33 + Na + Na22SSxxOOyy (como Na (como Na22O)O)
1.2.6
1.2.6
Álcali total valorable
Álcali total valorable
(A
(A
TT)
TT)
El Álcali Total Valorable o Titrable (ATT) es la suma de todas las bases en el licor blanco que se El Álcali Total Valorable o Titrable (ATT) es la suma de todas las bases en el licor blanco que se pueden valorar con un ácido fuerte. Generalmente, se consideran NaOH, Na
pueden valorar con un ácido fuerte. Generalmente, se consideran NaOH, Na22S, y NaS, y Na22COCO33
(expresados como Na
(expresados como Na22O), aunque pequeñas cantidades de NaO), aunque pequeñas cantidades de Na22SOSO33 y otros ácidos pueden estar y otros ácidos pueden estar
presentes. presentes.
ATT = NaOH + Na
ATT = NaOH + Na22S + NaS + Na22COCO33 (como Na (como Na22O)O)
1.2.7
1.2.7
Álcali Activo (AA)
Álcali Activo (AA)
La suma de todos los ingredientes químicamente activos en el proceso de pasteado se conoce como La suma de todos los ingredientes químicamente activos en el proceso de pasteado se conoce como Álcali Áctivo (AA).
Álcali Áctivo (AA).
AA = NaOH + Na
AA = NaOH + Na22S (como NaS (como Na22O)O)
1.2.8
1.2.8
Álcali Efectivo (AE)
Álcali Efectivo (AE)
El Álcali Efectivo son la suma de todos los reactivos que producirán OH durante el pasteado Kraft. El Álcali Efectivo son la suma de todos los reactivos que producirán OH durante el pasteado Kraft.
El NaOH está totalmente ionizado y por cada 2 átomos de Na
El NaOH está totalmente ionizado y por cada 2 átomos de Na22S se producirá 1 átomo de NaOH.S se producirá 1 átomo de NaOH.
Na
Na22S + HS + H22O O NaOH + NaOH + NaSHNaSH
AE = NaOH + 1/2Na
AE = NaOH + 1/2Na22S (como NaS (como Na22O)O)
A menudo, se tiene el dato de AA y AE siendo necesario determinar la concentración de cada A menudo, se tiene el dato de AA y AE siendo necesario determinar la concentración de cada especie química individualmente. Una relación muy útil a tal efecto es la siguiente:
especie química individualmente. Una relación muy útil a tal efecto es la siguiente: Na
Na22S = 2 (AA - EA); (todas las especies químicas expresadas como NaS = 2 (AA - EA); (todas las especies químicas expresadas como Na22O).O).
Ambos, AA y AE se pueden expresar como porcentaje sobre peso de madera seca. En ese caso se Ambos, AA y AE se pueden expresar como porcentaje sobre peso de madera seca. En ese caso se denominan carga de álcali activo o carga de álcali efectivo. La carga de álcali efectivo en madera denominan carga de álcali activo o carga de álcali efectivo. La carga de álcali efectivo en madera seca al horno suele ser del 10 al 15%.
seca al horno suele ser del 10 al 15%.
1.2.9
1.2.9
Actividad
Actividad
El cociente en % de
El cociente en % de Álcali Activo / Álcali EfectivoÁlcali Activo / Álcali Efectivo
1.2.10
1.2.10
Sulfidez
Sulfidez
En el licor blanco, la sulfidez es la relación entre Na
En el licor blanco, la sulfidez es la relación entre Na22S y Álcali Activo, expresado en porcentaje.S y Álcali Activo, expresado en porcentaje.
Típicamente, una fábrica funciona con un 25-30% de sulfidez, dependiendo mucho de la especie Típicamente, una fábrica funciona con un 25-30% de sulfidez, dependiendo mucho de la especie madereras.
madereras.
La sulfidez incrementa el grado de deslignificación, que ocurre por la acción nucleofílica del anión La sulfidez incrementa el grado de deslignificación, que ocurre por la acción nucleofílica del anión sulfhídrico SH, que parece proteger la celulosa de la degradación.
sulfhídrico SH, que parece proteger la celulosa de la degradación.
(como (como NaNa22O)O)
1.2.11
1.2.11
Causticidad
Causticidad
La causticidad es elLa causticidad es el ratio entre NaOH y ratio entre NaOH y Álcali Activo, expresado en tanto por ciento. Álcali Activo, expresado en tanto por ciento. Por tanto,Por tanto,
El término sulfidez se usa mucho más que el de causticidad, y ambos dan la misma información. El término sulfidez se usa mucho más que el de causticidad, y ambos dan la misma información.
1.2.12
1.2.12
Eficiencia de la Caustificación
Eficiencia de la Caustificación
Es el ratio entre NaOH y la suma de (NaOH + Na
Es el ratio entre NaOH y la suma de (NaOH + Na22COCO33). Es una medida de cómo es de eficiente la). Es una medida de cómo es de eficiente la
caustificación. Representa el porcentaje de Na
caustificación. Representa el porcentaje de Na22COCO33 de la caldera de recuperación que es de la caldera de recuperación que es
reconvertido en NaOH útil. Un valor típico es 77
reconvertido en NaOH útil. Un valor típico es 77 – – 80%. 80%.
(como (como NaNa22O)O)
1.2.13
1.2.13
Eficiencia de la Reducción
Eficiencia de la Reducción
Es el ratio entre Na
Es el ratio entre Na22S y la suma deS y la suma de (Na(Na22S + NaS + Na22COCO33) en el licor verde expresado en tanto por) en el licor verde expresado en tanto por
ciento. Es una medida de la eficiencia de la reducción en la caldera de recuperación. Este valor ciento. Es una medida de la eficiencia de la reducción en la caldera de recuperación. Este valor debería ser elevado, normalmente 95%, y no se mide de forma rutinaria en la fábrica. Además de debería ser elevado, normalmente 95%, y no se mide de forma rutinaria en la fábrica. Además de sulfato sódico, están presentes otras formas de azufre oxidado, como sulfito sódico o tiosulfato sulfato sódico, están presentes otras formas de azufre oxidado, como sulfito sódico o tiosulfato sódico, que tendrían que tenerse en consideración.
sódico, que tendrían que tenerse en consideración.
(como (como NaNa22O)O)
Es conveniente establecer una tabla de factores de conversión (Tabla 1). Es conveniente establecer una tabla de factores de conversión (Tabla 1).
Tabla 1. Factores de conversión de los reactivos de cocción (Handbook of Pulp and Paper). Tabla 1. Factores de conversión de los reactivos de cocción (Handbook of Pulp and Paper). Convertir
Convertir de de Nombre Nombre Peso Peso molecular molecular Factor (NaFactor (Na22O) O) Factor Factor (NaOH)(NaOH)
Na
Na22O O Óxido Óxido de de sodio sodio 1 1 61,98 61,98 1,2911,291
NaOH
NaOH Hidróxido Hidróxido de de sodio sodio 40,00 40,00 0,775 0,775 11 Na
Na22S S Sulfuro Sulfuro de de sodio sodio 78,04 78,04 0,794 0,794 0,9760,976
Na
Na22COCO33 Carbonato de Carbonato de sodio sodio 105,99 105,99 0,585 0,585 2,0752,075
Na
Na22SOSO44 Sulfato de Sulfato de sodio sodio 142,04 142,04 0,436 0,436 1,5761,576
Na
Na22SOSO33 Sulfito de Sulfito de sodio sodio 142,01 142,01 0,492 0,492 1,7761,776
EJERCICIOS PROPUESTOS. EJERCICIOS PROPUESTOS.
El ejercicio 1 muestra el factor de conversión gravimétrico de NaOH a NaEl ejercicio 1 muestra el factor de conversión gravimétrico de NaOH a Na22O. Mientras que elO. Mientras que el
Na
Na22O es una especie química hipotética en disolución acuosa, es un modo conveniente paraO es una especie química hipotética en disolución acuosa, es un modo conveniente para
expresar los reactivos de cocción en base peso, pero al mismo tiempo en una base molar expresar los reactivos de cocción en base peso, pero al mismo tiempo en una base molar equivalente.
equivalente.
El ejercicio 2 muestra cómo calcular el la concentración real de especies químicas basadas enEl ejercicio 2 muestra cómo calcular el la concentración real de especies químicas basadas en
parámetros de cocción del licor. parámetros de cocción del licor.
El ejercicio 3 es un problema detallado de pasteado.El ejercicio 3 es un problema detallado de pasteado.
1.2.14
1.2.14
T
T
orta de sal no
orta de sal no
reducida.
reducida.
Na
Na22SOSO44 en el licor verde expresada como Na en el licor verde expresada como Na22SOSO4.4.
1.2.15
1.2.15
Consumo de químicos.
Consumo de químicos.
Kg de Na
Kg de Na22SOSO44 u otros compuestos de Na, expresados como Na u otros compuestos de Na, expresados como Na22SOSO44 que se añaden como reactivos que se añaden como reactivos
nuevos por cada tonelada de pasta secada al aire que se produce. nuevos por cada tonelada de pasta secada al aire que se produce.
1.2.16
1.2.16
Recupe
Recupe
ración de
ración de
químicos.
químicos.
El porcentaje de químicos totales que van al digestor menos los reactivos nuevos que van al digestor. El porcentaje de químicos totales que van al digestor menos los reactivos nuevos que van al digestor.
1.2.17
1.2.17
Pérdida química.
Pérdida química.
El cociente entre químicos totales en los
El cociente entre químicos totales en los reactivos nuevos y químicos totales al reactivos nuevos y químicos totales al digestor.digestor. EJERCICIO 5 PROPUESTO.
EJERCICIO 5 PROPUESTO.
2
2
ANÁLISIS DEL LICOR KRAFT
ANÁLISIS DEL LICOR KRAFT
El análisis cuantitativo de los licores del proceso Kraft es vital para un adecuado control del proceso. El análisis cuantitativo de los licores del proceso Kraft es vital para un adecuado control del proceso. Debido a los diversos compuestos presentes, el análisis es relativamente complejo. Muchos de los Debido a los diversos compuestos presentes, el análisis es relativamente complejo. Muchos de los métodos se basan en el análisis químico tradicional; aunque existen métodos más modernos, como métodos se basan en el análisis químico tradicional; aunque existen métodos más modernos, como cromatografía iónica, conviene conocer los principios del análisis químico tradicional, en el que se cromatografía iónica, conviene conocer los principios del análisis químico tradicional, en el que se basa el resto.
basa el resto.
2
2
.
.
1
1
COMPOSICIÓN TÍPICA DEL LICOR KRAFT.
COMPOSICIÓN TÍPICA DEL LICOR KRAFT.
Las siguientes concentraciones típicas se encuentran en los licores Kraft (Fuente: Kraft Pulping, A. Las siguientes concentraciones típicas se encuentran en los licores Kraft (Fuente: Kraft Pulping, A. Mimms, M.
Mimms, M. J. Kocurek, J. A. PyatteJ. Kocurek, J. A. Pyatte, and , and E. E. Wright E. E. Wright 1997)1997) Reactivo
Reactivo Rango Rango de de ConcentracionesConcentraciones (g/L como Na
(g/L como Na22O)O)
Clase Fuente
Clase Fuente
NaOH
NaOH 81 81 a a 120 120 Activo Activo Licor Licor blancoblanco Na
Na22S S 30 30 a a 40 40 Activo Activo Licor Licor blancoblanco
Na
Na22COCO33 11 11 a a 44 44 Inactivo Inactivo Caustificación Caustificación IncompletaIncompleta
Na
Na22S2O3 S2O3 2,0 2,0 a a 6,9 6,9 Inactivo Inactivo Oxidación Oxidación de de sulfurosulfuro
Na
Na22SOSO44 4,4 4,4 a a 18 18 Inactivo Inactivo Reduccción Reduccción IncompletaIncompleta
Na
Los únicos compuestos activos en la cocción son NaOH y Na2S. El resto no tienen acción directa en el Los únicos compuestos activos en la cocción son NaOH y Na2S. El resto no tienen acción directa en el
proceso, y por tanto, son reactivos de “carga muerta”.
proceso, y por tanto, son reactivos de “carga muerta”. Aún así, no conviene que lleguen a altosAún así, no conviene que lleguen a altos niveles en el licor, ya que causan decapado en el digestor y aumentan la carga en la caldera de niveles en el licor, ya que causan decapado en el digestor y aumentan la carga en la caldera de recuperación.
recuperación.
2
2
.
.
2
2
EL CICLO DE COCCIÓN.
EL CICLO DE COCCIÓN.
2.2.1
2.2.1
Prevaporización.
Prevaporización.
Antes de que las astillas se impregnen con el licor blanco, se suelen someter a vapor. Las razones Antes de que las astillas se impregnen con el licor blanco, se suelen someter a vapor. Las razones para ello son:
para ello son:
Para eliminar el aire del interior y reemplazarlo con vapor o agua. Si quedan huecos en lasPara eliminar el aire del interior y reemplazarlo con vapor o agua. Si quedan huecos en las
astillas, el licor no penetra y la cocción es desigual. astillas, el licor no penetra y la cocción es desigual.
PPara calentarlas.ara calentarlas.
Cuando se lleva a cabo en digestores discontinuos, se suele hacer en el momento de la carga de las Cuando se lleva a cabo en digestores discontinuos, se suele hacer en el momento de la carga de las astillas. En digestión continua
astillas. En digestión continua hay un recipiente de pre-vaporización antes hay un recipiente de pre-vaporización antes de la entrada al digestor.de la entrada al digestor.
2.2.2
2.2.2
Impregnación de las astillas.
Impregnación de las astillas.
Tras la vaporización, se añade el licor blanco a las astillas y comienza la impregnación. El objetivo Tras la vaporización, se añade el licor blanco a las astillas y comienza la impregnación. El objetivo de la misma es distribuir el licor de cocción uniformemente en las astillas. La impregnación consiste en de la misma es distribuir el licor de cocción uniformemente en las astillas. La impregnación consiste en dos procesos.
dos procesos.
Penetración: el licor se mueve a través de los poros de la madera. Penetración: el licor se mueve a través de los poros de la madera.
Difusión: los iones y moléculas se mueven de un área de alta concentración a zonas de menor Difusión: los iones y moléculas se mueven de un área de alta concentración a zonas de menor concentración a fin de equilibrar la diferencia. La difusión solo ocurre, por tanto, si los poros están concentración a fin de equilibrar la diferencia. La difusión solo ocurre, por tanto, si los poros están llenos de licor blanco.
llenos de licor blanco.
En la digestión discontinua, la difusión ocurre durante el aumento lineal de temperatura de cocción. Es En la digestión discontinua, la difusión ocurre durante el aumento lineal de temperatura de cocción. Es importante que se complete antes de que la temperatura alcance los 130ºC ya que a partir de ahí importante que se complete antes de que la temperatura alcance los 130ºC ya que a partir de ahí reacciones no deseadas pueden ocurrir en ausencia de álcali.
reacciones no deseadas pueden ocurrir en ausencia de álcali.
Además, un calentamiento demasiado rápido conllevará una distribución no uniforme de licor y Además, un calentamiento demasiado rápido conllevará una distribución no uniforme de licor y temperatura, que hará que la cocción no sea uniforme y exista un alto grado de rechazos.
temperatura, que hará que la cocción no sea uniforme y exista un alto grado de rechazos.
En la digestión en continuo la impregnación tiene lugar a temperatura constante por debajo del nivel En la digestión en continuo la impregnación tiene lugar a temperatura constante por debajo del nivel al cual ocurre una deslignificación significativa, normalmente sobre los 120ºC.
al cual ocurre una deslignificación significativa, normalmente sobre los 120ºC. En ambos casos, la mayor parte del álcali se consume durante la impregnación. En ambos casos, la mayor parte del álcali se consume durante la impregnación.
2.2.3
2.2.3
Cocción.
Cocción.
Cuando se completa la impregnación, es el
Cuando se completa la impregnación, es el momento para la fase de momento para la fase de cocción.cocción. En ambos casos, tieneEn ambos casos, tiene lugar a temperatura constante de unos
lugar a temperatura constante de unos 170170 – – 180ºC durante 1 ó 2 ho 180ºC durante 1 ó 2 horas. La mayor parte de laras. La mayor parte de la deslignificación tiene lugar en esta etapa.
deslignificación tiene lugar en esta etapa.
En la digestión en continuo las reacciones se detienen al desplazar el licor de cocción caliente con En la digestión en continuo las reacciones se detienen al desplazar el licor de cocción caliente con licor de lavado. Suele haber
licor de lavado. Suele haber una etapa de lavado previa al una etapa de lavado previa al soplado.soplado.
En la cocción discontinua se detiene mediante una bajada de presión y temperatura y en subsecuente En la cocción discontinua se detiene mediante una bajada de presión y temperatura y en subsecuente soplado.
soplado.
2.2.4
2.2.4
Soplado.
Soplado.
Durante todo el proceso de cocción las astillas mantienen su estructura, hasta que en el proceso de Durante todo el proceso de cocción las astillas mantienen su estructura, hasta que en el proceso de soplado se separan en fibras, si
soplado se separan en fibras, si ha bajado lo suficiente el número Kappa. Durante el ha bajado lo suficiente el número Kappa. Durante el soplado, la presiónsoplado, la presión y temperatura se bajan rápidamente. El resultado es que el licor dentro de
y temperatura se bajan rápidamente. El resultado es que el licor dentro de las astillas entra en ebulliciónlas astillas entra en ebullición y la presión resultante es suficiente para separar las fibras
y la presión resultante es suficiente para separar las fibras de las astillas.de las astillas.
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VARIABLES QUE AFECTAN A LA COCCIÓN
VARIABLES QUE AFECTAN A LA COCCIÓN
Las variables que afectan al proceso de cocción se pueden dividir en 3 categorías. Las variables que afectan al proceso de cocción se pueden dividir en 3 categorías.
Calidad de las astillas.Calidad de las astillas.
Propiedades del licor blanco.Propiedades del licor blanco.
Variables de control de la cocción.Variables de control de la cocción.
De ellas, el operador tiene capacidad de actuación solo s
De ellas, el operador tiene capacidad de actuación solo sobre las variables de obre las variables de control de cocción, yacontrol de cocción, ya que en este punto, la calidad de las astillas y propiedades del licor blanco están ya definidas.
que en este punto, la calidad de las astillas y propiedades del licor blanco están ya definidas. Las principales variables de control son:
Las principales variables de control son:
Tiempo y temperaturaTiempo y temperatura
Carga alcalinaCarga alcalina
Relación licor : maderaRelación licor : madera
2.3.1
2.3.1
Tiempo y temperatura.
Tiempo y temperatura.
Las reacciones de deslignificación son muy dependientes de la temperatura. Un pequeño aumento de Las reacciones de deslignificación son muy dependientes de la temperatura. Un pequeño aumento de temperatura de 10ºC (de 160 a 170ºC) puede duplicar el grado de deslignificación. Hasta 175ºC temperatura de 10ºC (de 160 a 170ºC) puede duplicar el grado de deslignificación. Hasta 175ºC la temperatura no afecta a nada más que a la velocidad de deslignificación. Cuando se emplean la temperatura no afecta a nada más que a la velocidad de deslignificación. Cuando se emplean
temperaturas más elevadas, el proceso se hace menos selectivo para la lignina y se degrada más temperaturas más elevadas, el proceso se hace menos selectivo para la lignina y se degrada más celulosa, lo que conlleva una pérdida de rendimiento. Por encima de 190ºC, la pérdida en celulosa, lo que conlleva una pérdida de rendimiento. Por encima de 190ºC, la pérdida en rendimiento y resistencia puede ser muy significativa por la excesiva degradación de la celulosa. rendimiento y resistencia puede ser muy significativa por la excesiva degradación de la celulosa. El tiempo de cocción es también muy importante, ya que las reacciones de degradación son muy El tiempo de cocción es también muy importante, ya que las reacciones de degradación son muy rápidas a altas temperaturas. Unos minutos de más en la impregnación no afectarán a la calidad rápidas a altas temperaturas. Unos minutos de más en la impregnación no afectarán a la calidad final de la pasta, pero sí lo harán unos minutos de más durante la cocción.
final de la pasta, pero sí lo harán unos minutos de más durante la cocción.
Para ello se ha desarrollado un método que trata tiempo y temperatura como una sola variable, el Para ello se ha desarrollado un método que trata tiempo y temperatura como una sola variable, el Factor H.
Factor H.
El factor H es una variable simple que se usa en el proceso de cocción Kraft para combinar las El factor H es una variable simple que se usa en el proceso de cocción Kraft para combinar las variables tiempo y temperatura en una sola variable que representa la duración de la cocción. Es la variables tiempo y temperatura en una sola variable que representa la duración de la cocción. Es la integral del ratio de la reacción relativa con respecto al tiempo.
integral del ratio de la reacción relativa con respecto al tiempo.
En realidad, la lignina no es un compuesto puro que sufre una única reacción química para la En realidad, la lignina no es un compuesto puro que sufre una única reacción química para la deslignificación, sino que es una molécula compleja con muchos tipos de reacciones durante el deslignificación, sino que es una molécula compleja con muchos tipos de reacciones durante el proceso de deslignificación.
proceso de deslignificación.
El grado de deslignificación durante el proceso Kraft aumenta en un factor de 2 con cada aumento El grado de deslignificación durante el proceso Kraft aumenta en un factor de 2 con cada aumento de 8ºC de temperatura. El Factor-H-factor es una variable de pasteado que combina la temperatura de 8ºC de temperatura. El Factor-H-factor es una variable de pasteado que combina la temperatura de cocción y el tiempo en una variable única que indica el alcance de la reacción.
de cocción y el tiempo en una variable única que indica el alcance de la reacción.
Mediante este método, se puede estimar el grado de cocción siempre que otras variables (álcali Mediante este método, se puede estimar el grado de cocción siempre que otras variables (álcali activo, sulfidez, ratio licor:madera) permanezcan constantes.
activo, sulfidez, ratio licor:madera) permanezcan constantes.
El grado de deslignificación se multiplica por 2 por cada 8ºC. Para obtener una pasta kraft El grado de deslignificación se multiplica por 2 por cada 8ºC. Para obtener una pasta kraft blanqueable de maderas blandas con un 5% de lignina, una cocción típica sería 1,5 horas a 170ºC. blanqueable de maderas blandas con un 5% de lignina, una cocción típica sería 1,5 horas a 170ºC. Esto corresponde a 0,75 horas a 178ºC o 3 horas a 162ºC. Mediante el Factor-H, se pueden Esto corresponde a 0,75 horas a 178ºC o 3 horas a 162ºC. Mediante el Factor-H, se pueden comparar cocciones de distintas temperatura y tiempos.
comparar cocciones de distintas temperatura y tiempos.
Ciclos de cocción con el mismo Factor H producen pastas de rendimiento y contenido en lignina Ciclos de cocción con el mismo Factor H producen pastas de rendimiento y contenido en lignina equivalentes cuando otras condiciones son idénticas. La combinación de tiempo y temperatura no equivalentes cuando otras condiciones son idénticas. La combinación de tiempo y temperatura no tiene ningún efecto, mientras que el Factor H se mantenga constante, el rendimiento y contenido en tiene ningún efecto, mientras que el Factor H se mantenga constante, el rendimiento y contenido en lignina será el mismo.
lignina será el mismo.
El Factor H representa pues el área bajo una curva en la que la reacción relativa se representa El Factor H representa pues el área bajo una curva en la que la reacción relativa se representa frente al tiempo. Cuando se conoce la temperatura del ciclo, es muy fácil de representar (Figura 1) frente al tiempo. Cuando se conoce la temperatura del ciclo, es muy fácil de representar (Figura 1) La contribución del tiempo de calentamiento al Factor H es muy pequeña en comparación con el La contribución del tiempo de calentamiento al Factor H es muy pequeña en comparación con el tiempo de cocción a temperaturas elevadas. Los digestores modernos controlan automáticamente el tiempo de cocción a temperaturas elevadas. Los digestores modernos controlan automáticamente el Factor H durante la cocción y compensan sus desviaciones.
2.3.2
2.3.2
Carga Alcalina
Carga Alcalina
El rango de carga de álcali efectiva normal es del 10 al 16% (como Na
El rango de carga de álcali efectiva normal es del 10 al 16% (como Na22O en madera seca). VaríaO en madera seca). Varía
dependiendo de la especie de madera, condiciones de cocción y grado de deslignificación deseado, dependiendo de la especie de madera, condiciones de cocción y grado de deslignificación deseado, como se puede ver en la tabla:
como se puede ver en la tabla:
Materia prima
Materia prima Número KappaNúmero Kappa Carga de Álcali Activo (%)Carga de Álcali Activo (%)
Maderas duras blanqueables
Maderas duras blanqueables 13 13 a a 15 15 13,5 13,5 a a 16,016,0 Maderas blandas blanqueables
Maderas blandas blanqueables 28 28 a a 35 35 14,0 14,0 a a 17,017,0 Cartón Kraft de maderas blandas
Cartón Kraft de maderas blandas 75 75 a a 100 100 11,0 11,0 a a 13,013,0
Para completar la cocción en un tiempo razonable, se emplea un pequeño exceso de reactivos de Para completar la cocción en un tiempo razonable, se emplea un pequeño exceso de reactivos de cocción, como un 10% más de lo que se consume. Este exceso de álcali asegura que el pH no baja cocción, como un 10% más de lo que se consume. Este exceso de álcali asegura que el pH no baja del nivel donde la lignina disuelta se deposita sobre las fibras. Una carga de álcali mayor aumenta del nivel donde la lignina disuelta se deposita sobre las fibras. Una carga de álcali mayor aumenta el grado de deslignificación. Por tanto, al aumentar el álcali efectivo (AE) se puede realizar la el grado de deslignificación. Por tanto, al aumentar el álcali efectivo (AE) se puede realizar la cocción a un Factor H menor y alcanzar el mismo número Kappa. Sin embargo, un aumento del AE cocción a un Factor H menor y alcanzar el mismo número Kappa. Sin embargo, un aumento del AE afecta al rendimiento, al aumentar la cantidad de hemicelulosa disuelta.
afecta al rendimiento, al aumentar la cantidad de hemicelulosa disuelta. Figura 1. Ilustración del Factor H.
2.3.3
2.3.3
Relación Licor:Madera
Relación Licor:Madera
En la cocción discontinua, el licor blanco que se requiere para alcanzar la carga alcalina efectiva es En la cocción discontinua, el licor blanco que se requiere para alcanzar la carga alcalina efectiva es normalmente mucho menor que el volumen que se requiere para cubrir las astillas completamente. normalmente mucho menor que el volumen que se requiere para cubrir las astillas completamente. Para compensar la diferencia se añade licor negro. Cuanto más licor se añade a una cantidad dada Para compensar la diferencia se añade licor negro. Cuanto más licor se añade a una cantidad dada de astillas, mayor es el ratio licor:madera. El rango normal es de 3 a 5.
de astillas, mayor es el ratio licor:madera. El rango normal es de 3 a 5.
En general, se intenta minimizar el ratio licor:madera mediante algún modo de compactación de las En general, se intenta minimizar el ratio licor:madera mediante algún modo de compactación de las astillas, que cuanto más compactadas estén, tendrán menos espacios entre y necesitarán menos licor astillas, que cuanto más compactadas estén, tendrán menos espacios entre y necesitarán menos licor para estar totalmente sumergidas. Las ventajas de esto son:
para estar totalmente sumergidas. Las ventajas de esto son:
Mayor productividad al aumentar la carga de astillas por cocción.Mayor productividad al aumentar la carga de astillas por cocción.
Menores costes de calentamiento del licor.Menores costes de calentamiento del licor.
Menores costes de recuperación del licor al ser necesaria menos agua para ser evaporada.Menores costes de recuperación del licor al ser necesaria menos agua para ser evaporada.
En digestores continuos no se añade licor negro y el ratio licor:madera es aparentemente bajo. El En digestores continuos no se añade licor negro y el ratio licor:madera es aparentemente bajo. El tiempo de residencia del licor de cocción es menor que el de las astillas, y se añade agua de lavado tiempo de residencia del licor de cocción es menor que el de las astillas, y se añade agua de lavado que tiene el mismo efecto que la adición de licor negro en la cocción en discontinuo. El ratio que tiene el mismo efecto que la adición de licor negro en la cocción en discontinuo. El ratio licor:madera efectivo en la zona de cocción es de hecho mayor.
licor:madera efectivo en la zona de cocción es de hecho mayor.
2.3.4
2.3.4
Sulfidez
Sulfidez
Aunque no es una variable controlada por el operador, el efecto de la sulfidez se menciona en este Aunque no es una variable controlada por el operador, el efecto de la sulfidez se menciona en este punto. La presencia de sulfuro sódico Na
punto. La presencia de sulfuro sódico Na22S en el licor de cocción acelera la deslignificación, mientrasS en el licor de cocción acelera la deslignificación, mientras
que la disolución de carbohidratos no se ve afectada. que la disolución de carbohidratos no se ve afectada.
Esto quiere decir que la pasta resultante va a ser más resistente. Estos efectos positivos se dan hasta Esto quiere decir que la pasta resultante va a ser más resistente. Estos efectos positivos se dan hasta una sulfidez del 15%, pero a partir de ahí, el rendimiento y resistencia empiezan a disminuir.
una sulfidez del 15%, pero a partir de ahí, el rendimiento y resistencia empiezan a disminuir.
La sulfidez óptima depende de muchos factores, como la especie de madera, carga alcalina, La sulfidez óptima depende de muchos factores, como la especie de madera, carga alcalina, temperatura de cocción y propiedades deseadas en el producto final. El rango normal es del 15 al temperatura de cocción y propiedades deseadas en el producto final. El rango normal es del 15 al 35%.
35%.
En general es más baja en maderas duras que blandas (20 frente a 25%). Para la producción de En general es más baja en maderas duras que blandas (20 frente a 25%). Para la producción de grados más bastos, como cartón corrugado, una sulfidez del 20% es suficiente. Cuando la sulfidez grados más bastos, como cartón corrugado, una sulfidez del 20% es suficiente. Cuando la sulfidez sobrepasa el 25%, el olor que emana de la fábrica aumenta mucho, y este factor es el que suele sobrepasa el 25%, el olor que emana de la fábrica aumenta mucho, y este factor es el que suele determinar el grado de sulfidez empleado.
determinar el grado de sulfidez empleado.
Durante el proceso se pierde azufre, en los gases del proceso de cocción, en los evaporadores, y en Durante el proceso se pierde azufre, en los gases del proceso de cocción, en los evaporadores, y en la caldera de recuperación. Se pierde sobre todo en forma de gases como SO
la caldera de recuperación. Se pierde sobre todo en forma de gases como SO22, , HH22S, metilS, metil
mercaptano, y otros mercaptanos. mercaptano, y otros mercaptanos.
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P
P
ARÁMETROS DE C
ARÁMETROS DE C
ONTROL
ONTROL
El objetivo de la cocción Kraft es disolver toda la lignina que se pueda durante la cocción a fin de El objetivo de la cocción Kraft es disolver toda la lignina que se pueda durante la cocción a fin de disminuir el contenido de lignina hasta el valor establecido en la pasta resultante. También se puede disminuir el contenido de lignina hasta el valor establecido en la pasta resultante. También se puede decir hasta el valor de Número Kappa diana. El número kappa es una medida de la lignina que queda decir hasta el valor de Número Kappa diana. El número kappa es una medida de la lignina que queda en la pastas. Hasta hace
en la pastas. Hasta hace poco, no existían métodos para determinar el número kappa durante la cocción,poco, no existían métodos para determinar el número kappa durante la cocción, y tenía que ser estimado en función de las condiciones de cocción.
y tenía que ser estimado en función de las condiciones de cocción.
El mencionado Factor H se controla en la cocción y algunas modificaciones del mismo afectan también a El mencionado Factor H se controla en la cocción y algunas modificaciones del mismo afectan también a la carga alcalina y la sulfidez.
la carga alcalina y la sulfidez.
También la calidad y estructura de la madera afectará a la cocción y dará variaciones incluso para un También la calidad y estructura de la madera afectará a la cocción y dará variaciones incluso para un Factor H idéntico, ya que nunca es homogénea, puede variar entre especies, composición, cantidad de Factor H idéntico, ya que nunca es homogénea, puede variar entre especies, composición, cantidad de corteza, humedad, distribución de los tamaños de
corteza, humedad, distribución de los tamaños de astillas, y grado de astillas, y grado de pudrición.pudrición.
Las variaciones en la calidad de la madera y carga alcalina influirán en la concentración del álcali Las variaciones en la calidad de la madera y carga alcalina influirán en la concentración del álcali durante la cocción. Lagunas fábricas miden el álcali residual, que es la concentración de álcali al final de durante la cocción. Lagunas fábricas miden el álcali residual, que es la concentración de álcali al final de la cocción. Esto hace posible compensar las variaciones del Factor H en la
la cocción. Esto hace posible compensar las variaciones del Factor H en la calidad de la madera y cargacalidad de la madera y carga alcalina.
alcalina.
La concentración de álcali se mide en analizadores online, generalmente localizados en la corriente de La concentración de álcali se mide en analizadores online, generalmente localizados en la corriente de circulación del licor. Hay diversos métodos de medida. Conductividad, índice de refracción, y el
circulación del licor. Hay diversos métodos de medida. Conductividad, índice de refracción, y el color soncolor son algunos de ellos, que pueden dar una idea de la concentración del álcali.
algunos de ellos, que pueden dar una idea de la concentración del álcali.
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EQUIPOS DE COCCIÓN
EQUIPOS DE COCCIÓN
En este apartado se verán los equipos utilizados para la cocción alcalina, pero los principios son En este apartado se verán los equipos utilizados para la cocción alcalina, pero los principios son aplicables a todos los métodos químicos de cocción.
aplicables a todos los métodos químicos de cocción.
Existen digestores continuos y discontinuos, ambos pueden producir pasta de calidad teniendo en Existen digestores continuos y discontinuos, ambos pueden producir pasta de calidad teniendo en cuenta ciertos factores.
cuenta ciertos factores.
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Digestores
Digestores
Una de las etapas de mayor importancia en este método es la cocción, la cual puede llevarse a Una de las etapas de mayor importancia en este método es la cocción, la cual puede llevarse a cabo en dos tipos de digestores, digestores discontinuos y digestores continuos.
cabo en dos tipos de digestores, digestores discontinuos y digestores continuos.
Un digestor discontinuo es cargado de chips por medio de una abertura en la parte superior del Un digestor discontinuo es cargado de chips por medio de una abertura en la parte superior del mismo, luego es mezclado con los agentes químicos comúnmente llamado licor blanco, y es calentado mismo, luego es mezclado con los agentes químicos comúnmente llamado licor blanco, y es calentado por medio de vapor a una temperatura inicial de alrededor de 100° y es presurizado, se mantiene por medio de vapor a una temperatura inicial de alrededor de 100° y es presurizado, se mantiene una presión de 1.5 atm, para lograr una aceleración en la cocción, los gases escapan por la parte una presión de 1.5 atm, para lograr una aceleración en la cocción, los gases escapan por la parte superior del digestor mediante una válvula que controla la presión. Terminado el tiempo de superior del digestor mediante una válvula que controla la presión. Terminado el tiempo de
impregnación la temperatura sufre una elevación que oscila entre los 160°C y los 170°C. A esta impregnación la temperatura sufre una elevación que oscila entre los 160°C y los 170°C. A esta temperatura es en donde se produce la digestión del proceso. Luego es enfriado y pasa al tanque temperatura es en donde se produce la digestión del proceso. Luego es enfriado y pasa al tanque de soplado junto al licor negro por medio de una válvula de soplado, generalmente las astillas se de soplado junto al licor negro por medio de una válvula de soplado, generalmente las astillas se desintegran debido al cambio brusco de presión. La pulpa se diluye en el licor negro, pasa a los desintegran debido al cambio brusco de presión. La pulpa se diluye en el licor negro, pasa a los separadores y posteriormente a los lavadores en donde se separan las fibras del licor negro. Una separadores y posteriormente a los lavadores en donde se separan las fibras del licor negro. Una de sus ventajas es la posibilidad de digerir diferentes especies al mismo tiempo.
de sus ventajas es la posibilidad de digerir diferentes especies al mismo tiempo.
En el digestor continuo las astillas o chips son sometidas a vapor de agua con el objetivo de eliminar En el digestor continuo las astillas o chips son sometidas a vapor de agua con el objetivo de eliminar su contenido de aire, para una completa penetración del licor blanco en los chips, de no lograr una su contenido de aire, para una completa penetración del licor blanco en los chips, de no lograr una eliminación correcta el nivel de cocción de la pasta sería inferior.
eliminación correcta el nivel de cocción de la pasta sería inferior.
A continuación ingresan a un vaso impregnador de alta presión en el cual se agrega el licor blanco, A continuación ingresan a un vaso impregnador de alta presión en el cual se agrega el licor blanco, esta mezcla ingresa al digestor continuo.
esta mezcla ingresa al digestor continuo.
Una vez dentro del digestor comienza la etapa de cocción entre las astillas y el licor blanco a altas Una vez dentro del digestor comienza la etapa de cocción entre las astillas y el licor blanco a altas temperaturas y presiones, las temperaturas son alcanzadas por medio de vaporización directa para temperaturas y presiones, las temperaturas son alcanzadas por medio de vaporización directa para alcanzar una temperatura de entre 160°C y 180°C. Durante la etapa de cocción se produce la alcanzar una temperatura de entre 160°C y 180°C. Durante la etapa de cocción se produce la liberación de las fibras de celulosa mediante la disolución de la lignina, que es el cemento que liberación de las fibras de celulosa mediante la disolución de la lignina, que es el cemento que mantiene unidas a las fibras.
mantiene unidas a las fibras.
Mediante que la mezcla va descendiendo en el digestor las astillas se van transformando en una Mediante que la mezcla va descendiendo en el digestor las astillas se van transformando en una pasta la cual es nada más que lignina y licor de cocción. En esta parte del proceso un gran pasta la cual es nada más que lignina y licor de cocción. En esta parte del proceso un gran porcentaje de la lignina se disuelve en el líquido de cocción, llamado licor negro, que es básicamente porcentaje de la lignina se disuelve en el líquido de cocción, llamado licor negro, que es básicamente la mezcla entre la lignina disuelta y el licor blanco. Al término de la cocción la pulpa es sometida a la mezcla entre la lignina disuelta y el licor blanco. Al término de la cocción la pulpa es sometida a un lavado a alta temperatura, en el cual el flujo de agua es el encargado de eliminar el licor negro. un lavado a alta temperatura, en el cual el flujo de agua es el encargado de eliminar el licor negro. Una de sus ventajas es que se adapta a la cocción cualquier especie.
Una de sus ventajas es que se adapta a la cocción cualquier especie. Factores que favorecen el empleo de digestores continuos.
Factores que favorecen el empleo de digestores continuos.
Menor requerimiento de vapor (menor demanda de energía)Menor requerimiento de vapor (menor demanda de energía)
Demanda de vapor más constanteDemanda de vapor más constante
Instalación más compacta (menor demanda de espacio)Instalación más compacta (menor demanda de espacio)
Cargas constantes (astillas, etc.)Cargas constantes (astillas, etc.)
Adaptable a todo tipo de maderas.Adaptable a todo tipo de maderas.
Factores que favorecen el empleo de digestores discontinuos. Factores que favorecen el empleo de digestores discontinuos.
Fiabilidad e la producciónFiabilidad e la producción
Flexibilidad en la operaciónFlexibilidad en la operación
o
o Capacidad de cambio de la calidadCapacidad de cambio de la calidad o
o
o Facilidad de puesta en marcha y paroFacilidad de puesta en marcha y paro
Recuperación más eficiente de la trementinaRecuperación más eficiente de la trementina
Menores requerimientos en mantenimientoMenores requerimientos en mantenimiento
Factores que favorecen indistintamente ambos tipos de digestores. Factores que favorecen indistintamente ambos tipos de digestores.
Costos de capitalCostos de capital
Mano de obraMano de obra
Figura 1. Digestores
Figura 1. Digestores Continuos. http://www.kraftpulping.com/Continuos. http://www.kraftpulping.com/
Figura 2. Digestores Disco
Figura 2. Digestores Discontinuos. http://www.kraftpulpingntinuos. http://www.kraftpulping.com/.com/
3.1.1
3.1.1
Digestor Continuo
Digestor Continuo
Un digestor continuo de pulpa es un reactor tubular presurizado, de uno o más cuerpos verticales, en Un digestor continuo de pulpa es un reactor tubular presurizado, de uno o más cuerpos verticales, en el que las astillas de madera, previamente saturadas en agua, reaccionan con una solución acuosa el que las astillas de madera, previamente saturadas en agua, reaccionan con una solución acuosa de hidróxido de sodio y sulfuro de sodio
de hidróxido de sodio y sulfuro de sodio – – llamada licor blanco llamada licor blanco – – para liberar las fibras de celulosa para liberar las fibras de celulosa al remover la lignina ligante.
al remover la lignina ligante.
El producto del proceso de digestión es pulpa de celulosa, que se usa en la fabricación de papel y El producto del proceso de digestión es pulpa de celulosa, que se usa en la fabricación de papel y derivados, y una mezcla de reactivos agotados llamada licor negro. Las astillas y el licor se cargan derivados, y una mezcla de reactivos agotados llamada licor negro. Las astillas y el licor se cargan en el tope
en el tope del digestordel digestor, y la , y la pulpa se descarga por el pulpa se descarga por el fondo.fondo.
Las astillas forman una columna empacada que se desliza por gravedad, cuya velocidad depende Las astillas forman una columna empacada que se desliza por gravedad, cuya velocidad depende de la alimentación de astillas y de la compactación del lecho que llega a reducirse en un orden del de la alimentación de astillas y de la compactación del lecho que llega a reducirse en un orden del
50%. El espacio vacío entre astillas es ocupado por el licor que se mueve en paralelo o en 50%. El espacio vacío entre astillas es ocupado por el licor que se mueve en paralelo o en contracorriente con el lecho de astillas, aunque a distinta velocidad.
contracorriente con el lecho de astillas, aunque a distinta velocidad. Un digestor continuo convencional presenta varias zonas distintivas: Un digestor continuo convencional presenta varias zonas distintivas:
La zona de impregnación, en que los reactivos químicos difunden y penetran en los poros deLa zona de impregnación, en que los reactivos químicos difunden y penetran en los poros de
las astillas, con escasas reacciones químicas; las astillas, con escasas reacciones químicas;
Las zonas de calentamiento superior, de calentamiento inferior, y de cocción, en que seLas zonas de calentamiento superior, de calentamiento inferior, y de cocción, en que se
aumenta la temperatura hasta las condiciones de la reacción de deslignificación, mediante aumenta la temperatura hasta las condiciones de la reacción de deslignificación, mediante calentamiento externo de licor que se extrae y se reinyecta; la zona de extracción en que se calentamiento externo de licor que se extrae y se reinyecta; la zona de extracción en que se retira el licor negro agotado;
retira el licor negro agotado;
La zona de lavado, en que una corriente de licor arrastra los productos degradados de laLa zona de lavado, en que una corriente de licor arrastra los productos degradados de la
pulpa y los reactivos no consumidos, lava y enfría la pulpa para apagar la reacción de pulpa y los reactivos no consumidos, lava y enfría la pulpa para apagar la reacción de deslignificación;
deslignificación;
La zona de soplado, en que lLa zona de soplado, en que la pulpa es expelida al exterior.a pulpa es expelida al exterior.
La eficiencia del proceso de digestión está relacionada con el contenido residual de lignina en la La eficiencia del proceso de digestión está relacionada con el contenido residual de lignina en la pulpa producto, medido a través del número kappa, que es un indicador directo de la calidad de la pulpa producto, medido a través del número kappa, que es un indicador directo de la calidad de la pulpa.
pulpa.
La otra variable de interés es el rendimiento, expresado como el porcentaje de astillas que se La otra variable de interés es el rendimiento, expresado como el porcentaje de astillas que se convierte en pulpa. Para conseguir una pulpa en cantidad y calidad uniformes es necesario reducir convierte en pulpa. Para conseguir una pulpa en cantidad y calidad uniformes es necesario reducir las variaciones del número kappa y del rendimiento.
las variaciones del número kappa y del rendimiento.
La principal perturbación al proceso es la calidad de las astillas cargadas al digestor, por la La principal perturbación al proceso es la calidad de las astillas cargadas al digestor, por la heterogeneidad de sus características (variantes típicas de una misma especie, tamaño, contenido de heterogeneidad de sus características (variantes típicas de una misma especie, tamaño, contenido de lignina, humedad, densidad, etc.).
lignina, humedad, densidad, etc.).
Las variables manipuladas para el control de la operación pueden ser: las temperaturas de los Las variables manipuladas para el control de la operación pueden ser: las temperaturas de los calentadores superior e inferior, el flujo de licor blanco, el flujo de extracción, siendo las calentadores superior e inferior, el flujo de licor blanco, el flujo de extracción, siendo las temperaturas las más empleadas en regular el proceso, por tener la mayor incidencia y por la temperaturas las más empleadas en regular el proceso, por tener la mayor incidencia y por la facilidad de implementarlas mediante calentadores laterales externos al equipo.
facilidad de implementarlas mediante calentadores laterales externos al equipo.
Actualmente el número kappa se puede medir en línea, o bien inferir a partir de mediciones Actualmente el número kappa se puede medir en línea, o bien inferir a partir de mediciones secundarias de temperatura y concentración de álcali en el licor.
Figura 3. Digestor dual continuo EMCC. http://ietek.net/ Figura 3. Digestor dual continuo EMCC. http://ietek.net/
EMCC (extended modified continuous cooking); MCC (modified continuous c
