Propósito del pulpaje
Métodos de desfibrado mecánicos y químico-mecánicos
Procesos de pulpaje con sulfato
Terminología en el pulpaje con sulfato
Químicos de cocción
Control y reacciones de la cocción

Propósito del pulpaje

El propósito de la cocción el la producción de pulpa química es usar químicos y calor para remover la lignina que une las fibras para que las astillas se desfibren fácilmente. Se trata de mantener las fibras conteniendo celulosa tan largas, enteras y fuertes como sea posible. También se trata de remover extractivos de la madera que más adelante pueden ocasionar espuma y precipitantes en el proceso. Hoy en día la cocción con sulfato es el método de producción de pulpa más usado.

En el pulpaje se utilizan químicos que disuelven la mayor cantidad de lignina y la menor cantidad de celulosa posible. El proceso con sulfato utiliza licor blanco; una mezcla de hidróxido de sodio (NaOH) y sulfuro de sodio (Na2S). El hidróxido de sodio degrada la lignina y el sulfuro de sodio acelera las reacciones de cocción y decrece la degradación de la celulosa causada por el hidróxido de sodio. La temperatura en el pulpaje con sulfato se encuentra normalmente entre 150 y 170 °C.

La cantidad de lignina residual en las fibras es expresada con un número kappa . La lignina hace que la pulpa se torne marrón durante la cocción. Debido a que los químicos blanqueadores son mucho más caros que los químicos de cocción, se trata de remover la lignina tanto como sea posible durante el proceso de cocción. Sin embargo, una remoción de lignina extensa causa que la degradación de la celulosa aumente. Esto decrece el rendimiento y la resistencia de la pulpa . Hoy en día, el número kappa típico para pulpa que será blanqueada es de 14 a 20 para pulpa de madera dura y 25 a 30 para pulpa de madera blanda. Si la pulpa no será blanqueada, el número kappa luego de la cocción será mucho más alto, normalmente entre 40 a 100. El rendimiento de la pulpa típicamente se encuentra entre 50 y 53 % para madera dura y entre 46 y 48 % para madera blanda .

Se requiere de un proceso de cocción suave y controlable para tener éxito en las fases siguientes del proceso . Fallas en la planta del digestor se reflejan en otros departamentos y causa alteraciones en las propiedades de la pulpa tales como su resistencia y brillo, afecta su aptitud al refinado, presenta reversión de brillo y suciedades.

Métodos de desfibrado mecánicos y químico-mecánicos

En la producción de pulpa mecánica no se utiliza tratamiento químico. El desfibrado se alcanza utilizando tensión mecánica y calentando la madera . La energía llevada a la madera se transforma en calor y permite la separación de las fibras con trabajo mecánico. La combinación de producción de pulpa mecánica y química se le denomina el método químico-mecánico; CTMP , en el cual las astillas son desfibradas mecánicamente luego de un tratamiento químico corto.

Proceso de pulpaje con sulfato

Los procesos de cocción pueden ser divididos en dos categorías principales. Estas son el método discontinuo y el método continuo . Durante el proceso discontinuo, la pulpa es cocida una fase en cada digestor . Existen varios digestores en un planta de digestores. Durante la cocción continua, las astillas y los químicos de cocción son alimentados continuamente desde la parte superior y removidos por la parte inferior del digestor. El digestor está dividido en zonas en las cuales ocurren las diferentes fases.

Tanto la cocción continua como discontinua tienen varias opciones las cuales usualmente se basan en varios cambios de líquidos durante la cocción. El propósito de cambiar las condiciones de reacción es para mejorar la calidad de la pulpa, para alcanzar un número kappa más bajo en la cocción y para disminuir el consumo de energía.

El número kappa luego de la cocción se ha reducido durante las últimas décadas para minimizar la carga sobre el medio ambiente. Por ejemplo, en los años setenta, el número kappa normal luego de la cocción era 35 para madera blanda. Hoy en día usualmente se encuentra por debajo de 30 . Esto disminuye la cantidad de lignina que es removida durante el blanqueo y el consumo de químicos blanqueadores. Debido a que la lignina va hacia la línea de efluentes del blanqueo, es beneficioso continuar cociendo tanto como sea posible para reducir la carga de efluentes. Sin embargo, no hay razón para reducir el número kappa demasiado durante la cocción ya que las propiedades de resistencia y rendimiento de la pulpa disminuyen considerablemente luego de cierto punto . El rápido desarrollo de la deslignificación con oxígeno ha causado que en vez de tratar de alcanzar números kappa muy bajos en la cocción, más lignina es removida durante la fase con oxígeno .

Terminología en el pulpaje con sulfato

Químicos de cocción

El licor blanco es una mezcla química usada en el pulpaje con sulfato. Los químicos efectivos de este son el hidróxido de sodio (NaOH) y el sulfuro de sodio (Na2S). La concentración de estos compuestos en el licor blanco se expresa como álcali activo o álcali efectivo (g/l):

Con la siguiente calculadora se puede examinar las dependencias entre álcali efectivo y activo .

El contenido de hidróxido de sodio y de sulfuro se expresan en equivalentes de gramos por litro de hidróxido de sodio u óxido de sodio (Na2O). La práctica se basa en el contenido de sodio de los compuestos . El factor de conversión de Na2O a NaOH es 1.29 y 0.775 en dirección inversa .

La concentración del sulfuro de sodio en el licor de cocción se expresa como sulfidez (%) . La sulfidez usualmente se encuentra a un nivel entre el 35 y 45 % en plantas modernas. La reducción (%) muestra que cantidad del sulfato de sodio casi inerte ha sido reducido a sulfuro de sodio útil. La reducción toma lugar en la caldera de recuperación. La causticidad (%) muestra la eficiencia química de la producción de licor blanco (caustificación). Muestra cuánto del carbonato de sodio inerte ha sido transformado en hidróxido de sodio útil.

El álcali efectivo, el álcali activo y la sulfidez son las propiedades más importantes del licor blanco. El álcali efectivo indica la concentración de iones OH-, el álcali activo la cantidad total de iones OH- y HS- y la sulfidez la proporción de HS- y OH-.

La carga de álcali usualmente es expresada en porcentajes de la madera. Esto quiere decir, la cantidad de álcali en relación con la madera completamente seca.

Debido al balance de reacciones durante la producción de licor blanco, la concentración de licor blanco es aproximadamente de 140 a 170 g/l de álcali activo como NaOH. El licor blanco también incluye otras sales de sodio tales como sulfato de sodio (Na2SO4) y carbonato de sodio (Na2CO3) así como cantidades pequeñas de sulfitos y cloruros. Todas las sales de sodio pueden ser expresadas como el álcali total (ATT, álcali titulable, g/l). Todos los compuestos de sodio tales como sulfato de sodio y carbonato son tomados en cuenta. Grandes cantidades de sulfato y carbonato en el licor blanco indican un mal funcionamiento en la caldera recuperadora o en la planta re-caustificadora. El sulfato y el carbonato no participan significativamente en el proceso de cocción por lo que son cargas innecesarias en la circulación de químicos. El licor blanco también contiene otras sustancias que no reaccionan en la cocción tales como compuestos de calcio y cloruros. La cantidad de estos materiales inertes depende grandemente en la circulación química de la planta, por ejemplo, en el resultado de la filtración del licor blanco.

El licor negro es licor blanco que ha reaccionado en el digestor y en el cual se han disuelto compuestos de la madera. El color negro proviene de los compuestos de lignina teñidos por el álcali y disueltos en el licor.

El licor verde es los compuestos inorgánicos restantes en la caldera disueltos en licor blanco débil. En otras palabras, el licor verde es licor negro luego de haberse incinerado los compuestos orgánicos. Otras reacciones también han ocurrido, por ejemplo, el sulfato de sodio se ha transformado en sulfito de sodio. El licor verde es procesado para convertirlo en licor blanco en la planta re-caustificadora.

Antraquinona (AQ) es un compuesto orgánico el cual se ha visto incrementa el resultado de la cocción, especialmente en niveles de sulfidez bajos. En plantas de sulfidez alta, tales como las que funcionan a un 40 %, la diferencia es mucho menor. Los costos altos de la antraquinona han disminuido su uso. Sin embargo, en plantas donde la circulación de químicos crea un cuello de botella, se ha encontrado que su uso es lucrativo.

Control y reacciones de la cocción

El factor H indica la velocidad relativa de la disolución de lignina. Esta depende del tiempo de cocción y de la temperatura. La dependencia del factor H en la temperatura es bastante alta debido a la dependencia en la temperatura de deslignificación. Aún una diferencia de un par de grados en la temperatura de cocción puede hacer una gran diferencia en la calidad de la pulpa. El factor H se ha definido de manera que una hora a 100 °C es equivalente a factor H 1.

La proporción licor/madera indica la cantidad de líquido total comparada con la madera completamente seca. Incluye todos los líquidos involucrados en la cocción; licor de cocción, posible licor suplementario y agua contenida en las astillas luego de una posible pre-vaporización.

La pre-vaporización significa tratar las astillas con vapor antes de la cocción. El tratamiento con vapor remueve el aire de los poros de las astillas y ayuda a la absorción de los químicos de cocción al inicio de la cocción.

Flashing significa que licor negro caliente (130 - 170°C) de un digestor continuo es liberado del digestor a una presión baja. Esto causa que el licor hierva, lo cual forma vapor conteniendo gases malolientes.

Los carbohidratos son compuestos de azúcar los cuales forman la celulosa y la hemicelulosa. La deslignificación quiere decir lignina disolviéndose en licor de cocción. La condensación significa la re-precipitación desde el licor de cocción hacia la superficie de las fibras. El álcali residual indica la cantidad de álcali dentro del licor de cocción luego de la cocción.

Los compuestos COV (compuestos orgánicos volátiles o VOC por sus siglas en inglés) son hidrocarburos no condensables los cuales se forman en la pre-vaporización de astillas, en las reacciones de cocción y en los procesos de tratamiento del licor negro.

Los compuestos TRS (azufre reducido totalmente por sus siglas en inglés) son compuestos de sulfuro reducidos no condensables. Los compuestos TRS se forman en las reacciones de cocción y en cada fase del tratamiento de licor negro. Los compuestos TRS tienen un olor fuerte. Aún en concentraciones bajas estos pueden causar el olor típico de las plantas de pulpa. Sin embargo, los problemas de olores se han reducido considerablemente con tecnología moderna (recolección de gases olorosos y su incineración).