7/30/2019 Cintica reaccin kraft
1/40
Universidad de ConcepcinFacultad de Ingeniera
Depto. Ingeniera Civil Qumica
Proceso de pulpaje y
blanqueo de madera.
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
2/40
CINTICA DEL PROCESO KRAFT.
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
3/40
1. Introduccin
2. Fundamentos tericos
3. Trabajo experimental4. Resultados y discusiones
5. Conclusin
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
4/40
1. INTRODUCCINPino insigne en Chile muy favorecido:
Rpido crecimiento Bajo costo de cultivo
Caractersticas estructurales de sus fibras
Proceso kraft: Reactor continuo Reactor discontinuo
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
5/40
Cintica de deslignificacinDepende de :
TemperaturaConcentracin de reactivos
L: % lignina presente (no removida)K: constante de velocidad aparente
LkdtdL
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
6/40
Para el estudio de la cintica:
Velocidad integrada predice tiempo total Sulfidez constante
Medicin exacta de las variables tiempo total
de coccin Bajo 140C no existe reaccin apreciable
deslignificacin
Calidad de la pulpa uniforme: rendimiento (40-50%)
ndice kappa (30-40)
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
7/40
2. FUNDAMENTOS TERICOS
Composicin licor de coccin: Alcalinidad Sulfidez
Alcalinidad (%): Alcalinidad total, bmsAlcali Activo = NaOH + Na2S
Sulfidez = Na2S * 100
NaOH + Na2S
(expresado como Na2O)
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
8/40
Etapas proceso coccin kraft:
1. Transporte de reactivo al interior de la astillaa) Penetracin capilar
b) Difusin molecular
2. Transporte de los reactivos hasta la superficie donde seadsorben.
3. Reaccin qumica con los componentes de la madera.
4. Desorcin de productos de reaccin.5. Transporte de los productosal exterior de la astilla.
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
9/40
2.2 Reacciones en el proceso kraft
Licor blanco NaOH + Na2S fuertemente alcalino
Sulfuro se hidroliza segn:
H2S se ioniza en 2 etapas:
OHHSOHS 2
OHSHOHHS22
SHHSHSH 22
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
10/40
Alcalinidad coccin kraft
Alcali baja durante la coccin (pH baja)
Ms formacin de (reactivo activo con
respecto a la lignina)A sulfidez normal se consume un 20-35%
del sulfuro cargado en reacciones con lignina.
In es catalizador de la reaccin.
14 pH
HS
HS
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
11/40
2.3 Reacciones con la lignina
4 tipos de enlace sulfuro-lignina
Bajo 100 C se disuelve poca cantidad de lignina y
carbohidratos .140 C lignina comienza a disolverse
170 C se ha removido entre un 50 70% de lignina
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
12/40
2.4 Factores que influyen en lavelocidad de reaccin.
a) Tamao de astilla
b) Razn licor/madera
c) Razn reactivos/madera y concentracin dereactivos
d) Temperatura y tiempo
e) Tiempo de calentamientof) Sulfidez
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
13/40
a) Tamao de astilla
Por efecto de hinchamiento, licor alcalino penetra entodas direcciones.
Espesordimensin crtica.
Espesor entre 2 4 mm 1 2 mmal centro
de la astilla
Si tamao de la astilla, concentracin de licor
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
14/40
Espesor:
1 mm desfavorece selectividadde reaccin
3 mm velocidad de transportede reactivos y
productos hacia y desde el interior de la astilla esde mayorimportancia en la velocidad total.
Lignina residual tamao de astilla
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
15/40
b) Razn licor/madera
Se recomienda una razn alta de licor de 4:1 5:1Para evitar que baje el pH del licor durante
la coccin originando una reprecipitacin de: Lignina Componentes orgnicos del licor
Carbohidratos
(Afecta las propiedades de la pulpa)
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
16/40
c) Razn reactivos/madera yconcentracin de reactivos
Hiptesis:
C: concentracin de lcali activoL: % lignina presente en la pasta , bms.
: % de lignina de dificil remocin
)-(L 1Ck
dt
dL
1
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
17/40
Relacin entre concentracin de soda y el porcentajede lignina disuelta
C : concentracin de AA (g/l)
Ci : concentracin inicialde AA (g/l)
Cw: % AA sobre madera seca: constantes empricas relacionadas con
concentracin de reactivos
LLC
CCC i
w
ii 54
654 ,,
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
18/40
Suposicin:L = L
f= cte. Contenido de lignina final
Luego
Aplicable en un rango limitado de ndice kappa,donde es pequeo.
w
i
C
C6i
i
CC
cteL)(L
5
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
19/40
d) Temperatura y tiempo
Con un aumento de temperatura, viscosidad yrendimiento de la pulpa disminuyen
En coccin kraft, una elevacin lenta de temperatura
produce pulpas ms resistentes.
Rendimiento es funcin de temperatura mxima de
coccin.
Tiempo de coccin depende principalmente de la Ci
de reactivos y Tmax .
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
20/40
Para pulpaje kraft se tiene:
a: depende de la naturaleza de la materia prima,porcentaje de sulfidez, y tiempo a Tmx
4,07*
10075
taT
C
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
21/40
Tiempo y temperatura se relacionan con:factor H: rea bajo la curva de veloc. relativa
vs tiempo de coccinLn k= B A/T
Con k=1 y T=373 KA= E/R = energa de activacin aparente/ R
B y A:ctes. para la reaccin dadaLuego se determina que para cualquier temperatura:
Tk
113,162,43log 1
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
22/40
T
k113,16
2,43log 1
Velocidad relativa pulpaje kraft vs
Temperatura
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
100 120 140 160 180 200 220
Temperatura (C)
V
elocidad
relativa
de
pulpaje
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
23/40
e) Tiempo de calentamiento
Para aumentar velocidad de calentamiento ,se necesita un menor tamao de astilla ,
para lograr un mismo grado de impregnacincon el licor y as pulpas uniformes.
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
24/40
f) Sulfidez
Aumento de Na2S en licor blanco, mejora :Rendimiento de pulpaResistencia capacidadViscosidad de disolver lignina
El licor blanco contiene NaOH y Na2S segn:
NaOHNaHSOHSNa 22
NaOHSHOHNaHS 22
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
25/40
Funcin NaOH:Promover la hidrlisis de los enlaces eter-fenlicos
de la ligninaneutralizar los cidos formados por degradacinalcalina de lignina y carbohidratos
Funcin H2S:Facilita la deslignificacinProduce descomposicin de la lignina sulfidizada ,regenerndose la mayor parte de hidrosulfuro
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
26/40
Velocidad de deslignificacin:
En presencia de sulfuro sin hidrlisis:
En presencia de sulfuro con hidrlisis:
LkdtdL
0,687n
Lk
dt
dL n21
SkOH
Lkdt
dL21
OHHSSkOH
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
27/40
Cintica que se complica an ms alconsiderar: Naturaleza polimrica y
topoqumica de los componentes de lamadera.
Segn experimentos previos se tiene :
0
1
2
3
4
5
6
0 10 20 30 40 50 60 70
% Sulfidez
Veloc
idad
relativa
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
28/40
Desligninficacin ocurre en 3 fases:
1 Rpida inicial (removida pequea cantidad de lignina)2 Fase de deslignificacin principal3 Final (deslignificacin residual lenta)
Se har el estudio:Para pino radiata con Li=26,7 % y
en un rango rendimiento 40 - 50%ndice kappa 25 - 45
%15,11
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
29/40
2.5 Conclusiones para el estudio decintica kraft
Variables a procesarSulfidez (Na2S/AA)Concentracin inicial de alcali activo
Alcalinidad (razn inicial AA/bms)Razn licor/maderaTemperatura mximaTemperatura inicialTiempo total de coccinTiempo de elevacin de temperatura
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
30/40
Forma expresin cintica
Con k=constante de velocidad segn ecuacinde Arrhenius
)-(L 1Ckdt
dL
)-(L 1Cdtk
dL
T
ek/'
1 3
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
31/40
Reemplazando se tiene:
Para la curva de coccin se tiene:
)-(L/'
1
1
3 CdtedL T
tu
u00
ttt
tt0/)(
m
um
TT
tTTtTT
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
tiempo (min)
Temperatura(C)
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
32/40
Para que sea integrable, se deben hacer algunasaproximaciones:
Pero
w
ii
C
CCC 6
constanteL
1gms/lt
gAA/gms
gAA/lt
C
C
ww
i
'
2C iC
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
33/40
De este modo se tiene:
Integrando:
Lf = 0,15 *KappaLi = 26,7 %
=1,15 %
dtTexpdttTt
-expC)-(L
dL u t
u
t
0
t
t m
3
0u0
u3'
2i
'
1
1
tTTm
0m3
2
mu/T'
2i
'
1
1
1
tTT
T1t
eC
ln
tm3
i
f
LL
1
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
34/40
Evaluacin de constantes
Energa de activacin (E): 32400 cal/mol
Lignina de dificil remocin ( ): 1,15 % bms
Lignina inicial (Li) : 26,7 % bms
Tiempo hasta Tmx : 90 min.Temperatura mxima : 170 C
Sulfidez (S) : 29,0 %
Variables: T0 , Ci (AA), Lf (% bms.)
1
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
35/40
3. TRABAJO EXPERIMENTAL
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
36/40
4. RESULTADOS Y DISCUSIONES
Para determinar los tiempos tericossereemplaza en la ec. Integrada los valoresconstantes, as:
0m
2
mu
T
100.1743
i
5
1
1
tTT100.71
T1t
e97,32C10*981,-
ln
t
m
i
f
LL
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
37/40
4.1 Resumen resultados experimentales
N A% S % T i (C) tu (min) tt (min) % rend. Kappa Lf % C i (gAA / lt) t t terico D tt1 17,06 29,25 28 101 192 45,5 36,15 5,42 34,12 195 2,9
2 19,05 28,85 19 95 165 46,6 36,37 5,45 38,1 164,1 -0,8
3 21,9 30,4 20 93 155 42,9 24,7 3,71 43,8 158 3
4 22,9 28,8 15 93 146 42,9 25,97 3,89 45,8 149,6 3,65 25,45 28,8 15 93 138 42,6 28,5 4,27 50,5 135,3 -2,7
6 26,03 29,08 21 93,5 132 43,5 25,4 3,81 52,06 135,8 3,8
7 27,06 28,6 20 94 120 45,1 36,65 5,5 54,12 122,4 2,4
8 30,5 28,88 20 90 114 43,3 38,71 5,81 61 114,4 0,4
9 33,4 28,83 18 93 109 46,2 53,9 8,09 66,8 - -
10 36,26 28,83 21 93 108 42,97 42,76 6,41 72,52 106 -211 16,4 28,88 18 93 192 46,8 40,7 6,11 32,8 201,3 9,3
E-5 23,49 28,89 17 93 138 45,07 34,98 5,25 46,98 135,4 -2,6
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
38/40
5. CONCLUSIONES
Cintica de deslignificacin kraft de pinoradiata es de 1er orden, con respecto a lalignina no removida.
La ecuacin de velocidad tiene la formasiguiente:
0m
2
mu
T
100.1743
i
5
1
1
tTT100.71
T1t
e97,32C10*981,-
lnt
m
i
f
L
L
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
39/40
La ecuacin es aplicable sobre 34 g/l AA. Si la concentracin es menor la ecuacin no sirve para
calcular tiempo total de reaccin.
Tiempo total de coccin se puede determinar a
travs de esta ecuacin, con un error de 3 min.
La ecuacin integrada es aplicable para una
elevacin de temperatura uniforme en eltiempo.
7/30/2019 Cintica reaccin kraft
40/40
Top Related