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Incrustaciones de
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CARBONATOS c é T
en el Sistema de Pulpa Kraft
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CARACTERISTICAS
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En el circuito de pulpa kraft (digestor e intercambia dores de calor) las deposiciones de carbonatos son las más frecuentes y comunes de los problemas originados por las incrustaciones de origen inorgánica. El área de pulpa puede ser considerada un ambiente con característica ideales para la formación de las incrustaciones de los carbonatos, por contener la presencia de iones bivalentes (como Calcio, Magnesio, Aluminio y Manganeso), elevada alcalinidad y consecuentemente la formación de los carbonatos en función de las altas temperaturas del proceso.
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Palabras-clave: pulpa kraft, antiincrustante, carbonato de calcio
[ Reginaldo de Souza Hurga Siderquímica Indústria e Comércio de Produtos Químicos S.A., Rodovia BR 376, km 22,5 s/no.Caixa Postal 218, Curitiba - Paraná - Brasil té
[email protected]; siderq siderquim uimica ica@s @side iderqu rquimi imica. ca.com com.br .br
INTRODUCCION Existen básicamente dos tipos de incrustaciones en función de su composición: depósitos depósitos orgánicos con origen en los sólidos del licor negro; y depósitos inorgánicos, que consisten principalmente de los carbonatos y una pequeña fracción de sales de sulfato. Los depósitos orgánicos son frecuentemente encontrados atrás de los harneros de extracciones, resultado de la evaporación de agua causada causada por la caída de presión y la pasada del licor a través de los harneros y tubos.
Figura 1. Harneros de extracción del Digestor (ranuras obstruidas por incrustaciones)
20 REVISTA Celulosa y Papel
[Artículo Técnico]
Figura 2:
Tubos de Extracción del Digestor (Incrustación en las paredes)
CARACTERÍSTICAS DE LOS CARBONATOS (CO3=) Las incrustaciones de los carbonatos son formadas por las precipitaciones de los iones bivalentes presentes en el licor. Adoptando como ejemplo el ion Calcio (Ca ++), el proceso se torna bastante complejo, o sea:
Control del proceso: Las estrategias para el control de los problemas relacionados a las incr ustaciones, tradicionalmente son divididas en dos categorías, siendo: * Métodos de Remoción
Entre los métodos de remoción están la utilización de los «quelantes», «complexantes» y lavados ácidos, así como el lavado a alta presión. Estos métodos implican la necesidad de paradas de los equipamientos lo que compromete la producción de las unidades industriales.
1. El carbonato de calcio es una sal de baja solubilidad; pero, en licores de pulpa, se observa una mayor solubilidad y esto puede tener como explicación el hecho que el calcio interactúa químicamente con los compuestos orgánicos derivados de la lignina existentes en el licor negro;
Figura 5: Solubilidad del CaC O 3= en agua pura en función del pH
Figura 3: Digestor - Recirculación del Licor Figura 4: Digestor - Harneros del Colector
* Métodos Preventivos
Los métodos de prevención se muestran interesantes, pues pueden reducir significativamente la necesidad de paradas de los sistemas de producción para remoción de las incrustaciones. El término prevención debe ser efectivamente entendido como reducción de la tasa de formación de las incrustaciones resultando en mayores intervalos de tiempo entre paradas para limpieza de los sistemas de pulpa y no como metodologías para eliminar definitivamente la formación de los depósitos. Los métodos de prevención de las incrustaciones de carbonato de calcio envuelven las variables del proceso de pulpa, así como el uso de agentes químicos que actúan sobre la cinética de formación de incrustaciones. La utilización de los Auxiliares químicos antiincrustantes son bien conocidos, así como el hecho que el proceso kraft reúne características drásticas a la formación de las i ncrustaciones que deben ser llevadas en consideración al desarrollo de estos auxiliares, o sea; * Elevadas temperaturas, * Presión, * Alcalinidad, * Concentracion de los sólidos, * Características de formación.
2. La principal fuente de calcio en el sistema de pulpa es la madera y la intensidad de incrustación está relacionada a sus características. En general, maderas latífoliadas tienden a generar más problemas por incrustaciones de carbonato de calcio que maderas de coníferas. Entretanto, la corteza presenta cantidades de calcio significativamente superiores al de la madera; de esta forma, la cantidad de corteza en las astillas (función de la eficiencia de descortezado) se torna un parámetro riguroso de control, cuidando de evitar los problemas de incrustaciones en el circuito de pulpa; 3. Las condiciones para precipitación del carbonato de calcio son más favorables en la fase inicial de cocción donde la presencia del material orgánico es aun menor, debido a que este materi al orgánico puede actuar como un «agente complexante del calcio»; 4. La materia orgánica presente en el licor negro forma un complejo con los iones de calcio y este complejo es relativamente estable a temperaturas inferiores a 150 oC; sobre ésta, se inicia un proceso de disociación liberando calcio, originando así las incrustaciones; REVISTA Celulosa y Papel
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5. Las incrustaciones de carbonato de calcio ta mbié n oc ur re n en lo s tu bo s de lo s intercambiadores de calor; algunos sistemas de pulpa son proyectados con un intercambiador de calor en stand-by, que permiten paradas para limpieza sin afectar la producción de celulosa; 6. Las incrustaciones de los harneros de extracción representan problemas más serios, pues pueden afectar significativamente el modo de operación de los digestores, impactando tanto la calidad de la pulpa obtenida como la eficiencia del proceso de pulpa.
INFLUENCIAS DE LOS CARBONATOS (CO3=) EN EL PROCESO Entre los carbonatos, se manifiesta en mayor proporción en el circuito de pulpa el Carbonato de Calcio (CaCO3), que es una sal de baja solubilidad (6,9 mg/L agua pura), pero en el licor de cocción kraft esta sal es encontrada en concentraciones superiores a su límite de solubilidad; este hecho recomienda estrategias para su control, y que deban enfocarse no solamente al equilibrio de solubilidad, sino fundamentalmente a su tasa de precipitación. Su solubilidad es afectada tanto por la temperatura, como por el pH. Para el caso del carbonato de calcio, el aumento de la temperatura reduce la solubilidad (3mg/L en agua pura à 180 oC). El aumento del pH también promueve una reducción significativa en la solubilidad del carbonato de calcio conforme puede ser observado en la figura 5. El conocimiento de las etapas de la formación de depósitos de carbonato de calcio es un importante factor para el desarrollo de las estrategias de control. La cinética de incr ustación puede ser simplificada y representada conforme a la figura siguiente. El proceso de formación de las incrustaciones se inicia con la coalición de los iones de calcio y carbonato formando pares; estos pares forman agregados que por su vez crecen formando núcleos particulados de carbonato de calcio. Para la formación de las incrustaciones, los par ticulados son adsorbidos en las superficies de los equipamientos, aglomerando y dando origen a los depósitos. El conocimiento de las etapas de formación de las incrustaciones de carbonato de calcio es de fundamental importancia para el desarrollo de los auxiliares químicos. La reducción de la i ntensidad de una de estas etapas puede contribuir significativamente para la reducción de la intensidad de formación de las incrustaciones. 22 REVISTA Celulosa y Papel
Figura 6.
Representación esquemática de las principales etapas de formación de las incrustaciones de carbonato de calcio.
La nucleación, que es una de las etapas del proceso de formación de la incrustación, es fuer temente dependiente de la súper saturación del sistema y de la temperatura. El crecimiento de los cristales es otra etapa importante en la formación de las incrustaciones de carbonato de calcio; en esta etapa, los cristales presentan regiones con características específicas para permitir el acoplamiento de otros particulados proporcionando el crecimiento del cristal; la ocupación de estas regiones por otros «contaminantes» especialmente desarrollados para este fin reduce la tasa de formación de las incrustaciones; este es un aspecto fundamental para la formulación de los auxiliares antiincrustantes.
CONCLUSION A través de las características e influencias de los carbonatos, se torna completamente posíble y viable su control através de los Auxiliares Químicos en el proceso de pulpa Kraft. Pero, se debe llevar en consideración algunos parámetros importantes al proceso tales como; temperatura, presión, alcalinidad y la característica de formación de los depósitos. La idealización de los auxiliares químicos debe promover el control de las incrustaciones, inhibiendo los sitios de precipitaciones, dispersando o destorciendo los cristales, tornándolos irreversibles al medio. De esta manera y a través de un monitoreo continuo del flujo de las sales en el licor de la pulpa, lograr el éxito de la aplicación. Ilustracion:
Figura 7: Digestor - Recirculación sin incrustaciones.
Figura 9: Digestor - Harneros de extracción sin incrustaciones
Figura 8: Digestor - Extracción.
