Impregnacióneditar
Las astillas de madera comunes utilizadas en la producción de pulpa tienen 12-25 milímetros (0,47–0,98 pulgadas) de largo y 2-10 milímetros (0,079–0,394 pulgadas) de espesor. Las virutas normalmente entran por primera vez en el pre-secado, donde se humedecen y precalientan con vapor. Las cavidades dentro de las astillas de madera fresca están parcialmente llenas de líquido y parcialmente de aire. El tratamiento con vapor hace que el aire se expanda y aproximadamente el 25% del aire sea expulsado de las virutas. El siguiente paso es saturar los chips con licor blanco y negro. El aire que queda en las virutas al comienzo de la impregnación del licor queda atrapado dentro de las virutas. La impregnación se puede hacer antes o después de que las virutas entren en el digestor y normalmente se realiza por debajo de 100 °C (212 °F). Los licores de cocción consisten en una mezcla de licor blanco, agua en chips, vapor condensado y licor negro débil. En la impregnación, el licor de cocción penetra en la estructura capilar de las virutas y comienzan las reacciones químicas a baja temperatura con la madera. Una buena impregnación es importante para conseguir una cocción homogénea y bajos rechazos. Alrededor del 40-60% de todo el consumo de álcalis, en el proceso continuo, se produce en la zona de impregnación.
Cocinaeditar
Las astillas de madera se cocinan en recipientes a presión llamados digestores. Algunos digestores funcionan por lotes y otros en un proceso continuo. Hay varias variaciones de los procesos de cocción tanto para el lote como para los digestores continuos. Los digestores que producen 1.000 toneladas o más de pulpa por día son comunes, y el mayor produce más de 3.500 toneladas por día.En un digestor continuo, los materiales se alimentan a una velocidad que permite que la reacción de pulpa se complete en el momento en que los materiales salen del reactor. Por lo general, la deslignificación requiere varias horas (1,5 horas) a 170 a 176 °C (338 a 349 °F). En estas condiciones, la lignina y la hemicelulosa se degradan para dar fragmentos solubles en el líquido fuertemente básico. La pulpa sólida (aproximadamente el 50% en peso de las astillas de madera seca) se recoge y lava. En este punto, la pulpa se conoce como caldo marrón debido a su color. Los líquidos combinados, conocidos como licor negro (debido a su color), contienen fragmentos de lignina, carbohidratos de la descomposición de la hemicelulosa, carbonato de sodio, sulfato de sodio y otras sales inorgánicas.
Una de las principales reacciones químicas que sustentan el proceso kraft es la escisión de enlaces éter por los iones sulfuro nucleofílico (S2−) o bisulfuro (HS−).
Proceso de recuperacióneditar
El exceso de licor negro contiene aproximadamente un 15% de sólidos y se concentra en un evaporador de efecto múltiple. Después del primer paso, el licor negro tiene aproximadamente 20-30% de sólidos. A esta concentración, el jabón de colofonia sube a la superficie y se despega. El jabón recogido se procesa posteriormente para convertirlo en tall oil. La eliminación del jabón mejora la operación de evaporación de los efectos posteriores.
El licor negro débil se evapora aún más a 65% o incluso 80% de sólidos («licor negro pesado») y se quema en la caldera de recuperación para recuperar los productos químicos inorgánicos para reutilizarlos en el proceso de pulpa. Los sólidos más altos en el licor negro concentrado aumentan la eficiencia energética y química del ciclo de recuperación, pero también dan una mayor viscosidad y precipitación de sólidos (taponamiento y ensuciamiento de equipos). Durante la combustión, el sulfato de sodio se reduce a sulfuro de sodio por el carbono orgánico de la mezcla:
1. Na2SO4 + 2 C → Na2S + 2 CO2
Esta reacción es similar a la reducción de sulfato termoquímico en geoquímica.
Las sales fundidas («fundidas») de la caldera de recuperación se disuelven en un agua de proceso conocida como»lavado débil». Esta agua de proceso, también conocida como «licor blanco débil», se compone de todos los licores utilizados para lavar lodo de cal y precipitados de licor verde. La solución resultante de carbonato de sodio y sulfuro de sodio se conoce como»licor verde». El color verde del mismo nombre del licor verde surge de la presencia de sulfuro de hierro coloidal. Este líquido se mezcla con óxido de calcio, que se convierte en hidróxido de calcio en solución, para regenerar el licor blanco utilizado en el proceso de pulpa a través de una reacción de equilibrio (se muestra Na2S ya que es parte del licor verde, pero no participa en la reacción):
2. Na2CO3 + Ca(OH)2 ←→ 2 NaOH + CaCO3
El carbonato de calcio precipita del licor blanco y se recupera y calienta en un horno de cal donde se convierte en óxido de calcio (cal).
3. CaCO3 → CaO + CO2
El óxido de calcio (cal) se hace reaccionar con agua para regenerar el hidróxido de calcio utilizado en la reacción 2:
4. CaO + H2O → Ca (OH) 2
La combinación de reacciones 1 a 4 forma un ciclo cerrado con respecto al sodio, azufre y calcio y es el concepto principal del llamado proceso de recaustización donde el carbonato de sodio reacciona para regenerar el hidróxido de sodio.
La caldera de recuperación también genera vapor de alta presión que se alimenta a los turbogeneradores, reduciendo la presión de vapor para el uso del molino y generando electricidad. Una fábrica de pulpa kraft moderna es más que autosuficiente en su generación eléctrica y normalmente proporcionará un flujo neto de energía que puede ser utilizada por una fábrica de papel asociada o vendida a industrias o comunidades vecinas a través de la red eléctrica local. Además, los residuos de corteza y madera a menudo se queman en una caldera eléctrica separada para generar vapor.
Aunque las calderas de recuperación que utilizan la invención de G. H. Tomlinson han sido de uso general desde principios de la década de 1930, se han hecho intentos para encontrar un proceso más eficiente para la recuperación de productos químicos para cocinar. Weyerhaeuser ha operado con éxito un gasificador de flujo arrastrado por licor negro de primera generación Chemrec en su planta de New Bern en Carolina del Norte, mientras que una planta de segunda generación se ejecuta a escala piloto en la planta de Smurfit Kappa en Piteå, Suecia.
Sopladoeditar
Las astillas de madera cocidas terminadas se soplan a un tanque de recolección llamado tanque de soplado que funciona a presión atmosférica. Esto libera una gran cantidad de vapor y volátiles. Los volátiles se condensan y recogen; en el caso de las maderas blandas del norte, se trata principalmente de trementina cruda.
CribadoedItar
El cribado de la pulpa después del despulpado es un proceso mediante el cual la pulpa se separa de cortezas grandes, nudos, suciedad y otros desechos. La aceptación es la pulpa. El material separado de la pulpa se llama rechazo.
La sección de cribado consta de diferentes tipos de tamices (cribas) y limpieza centrífuga. Los tamices se instalan normalmente en una operación en cascada de varias etapas, ya que cantidades considerables de fibras buenas pueden ir a la corriente de rechazo cuando se trata de lograr la máxima pureza en el flujo de aceptación.
La fibra que contiene cizallas y nudos se separa del resto del rechazo y se vuelve a procesar en un refinador o se envía de vuelta al digestor. El contenido de nudos es típicamente de 0,5 a 3,0% de la salida del digestor, mientras que el contenido de shives es de aproximadamente 0,1 a 1,0%.
Lavadoeditar
El brownstock del soplado va a las etapas de lavado donde los licores de cocción usados se separan de las fibras de celulosa. Normalmente, una fábrica de pulpa tiene 3-5 etapas de lavado en serie. Las etapas de lavado también se colocan después de la deslignificación con oxígeno y también entre las etapas de blanqueo. Las lavadoras de pulpa utilizan un flujo de contracorriente entre las etapas de manera que la pulpa se mueve en la dirección opuesta al flujo de las aguas de lavado. Varios procesos están involucrados: espesamiento / dilución, desplazamiento y difusión. El factor de dilución es la medida de la cantidad de agua utilizada en el lavado en comparación con la cantidad teórica necesaria para desplazar el licor de la pulpa espesada. Un factor de dilución más bajo reduce el consumo de energía, mientras que un factor de dilución más alto normalmente da pulpa más limpia. El lavado a fondo de la pulpa reduce la demanda química de oxígeno (DQO).
Se utilizan varios tipos de equipos de lavado:
- Difusores de presión
- Difusores atmosféricos
- Arandelas de tambor al vacío
- Desplazadores de tambor
- Prensas de lavado
Blanqueadoeditar
En un molino moderno, fibras de celulosa que contienen aproximadamente un 5% de lignina residual) producidas por el despulpado, primero se lavan para eliminar parte del material orgánico disuelto y luego se deslignifican mediante una variedad de etapas de blanqueo.
En el caso de una planta destinada a producir pulpa para fabricar papel para sacos de color marrón o cartón para cajas y envases, la pulpa no siempre necesita blanquearse hasta alcanzar un alto brillo. El blanqueo disminuye la masa de pulpa producida en aproximadamente un 5%, disminuye la resistencia de las fibras y aumenta el costo de fabricación.
Productos químicos de procesoedItar
Se agregan productos químicos de proceso para mejorar el proceso de producción:
- Ayudas de impregnación. Se pueden utilizar surfactantes para mejorar la impregnación de las astillas de madera con los licores de cocción.
- La antraquinona se utiliza como aditivo digestor. Actúa como catalizador redox oxidando la celulosa y reduciendo la lignina. Esto protege la celulosa de la degradación y hace que la lignina sea más soluble en agua.
- Se puede agregar un triturador de emulsiones en la separación de jabón para acelerar y mejorar la separación del jabón de los licores de cocción usados por floculación.
- Los antiespumantes eliminan la espuma y aceleran el proceso de producción. El drenaje de los equipos de lavado se mejora y proporciona pulpa más limpia.
- Los agentes dispersantes, desmaquillantes y agentes complejantes mantienen el sistema más limpio y reducen la necesidad de paradas de mantenimiento.
- Los agentes de fijación fijan depósitos de potencial finamente dispersos a las fibras y, por lo tanto, los transportan fuera del proceso.
