Mecanismo y velocidad de impregnación alcalina de maderas

Abstract

Se estudia la impregnación alcalina de astillas de madera de latifoliada, aspecto de gran importancia en el pulpado alcalino. Se analiza el fenómeno unidireccional transversal isotérmico donde el álcali que difunde, reacciona y modifica química y físicamente a la madera. Se evalúan la importancia relativa de la difusión, reacciones químicas e hinchamiento. Se determina la velocidad de deacetilación (reacción principal) para eucalipto en condiciones cercanas y extrapolables a las industriales. Esta muestra depencia con la temperatura, las concentraciones de acetilos y álcali y la fuerza iónica del medio. Para el análisis de la difusión se utiliza la capilaridad efectiva, propiedad intrínseca de la madera y se determina su dependencia con la temperatura, fuerza iónica, pH, y grado de acción química, encontrándose mayor influencia del ataque químico que de las demás variables. Se obtienen experimentalmente los perfiles de concentración de iones y grado de avance de reacciones en la impregnación de madera sólida bajo diferentes condiciones, similares a las del proceso industrial. Se considera el balance de masa para las principales especies involucradas. El estudio considera las reacciones químicas más relevantes y los cambios temporales, físicos y químicos, en cada posición de la madera debido a la acción del álcali. La resolución numérica se realiza mediante el programa gPROMS (general PROcess Modeling System). Los perfiles encontraron en la simulación del fenómeno están de acuerdo con los resultados experimentales. El efecto de las principales variables de proceso se puede analizar a través del modelo propuesto.

The alkaline wood chip impregnation, aspect of great importance in the Kraft pulping, is studied. The phenomenon is analyzed as isothermal and unidirectional, where the alkali reacts and modifies the wood chemically and physically. The relative importance of the diffusion, chemical reactions and swelling are evaluated. The deacetilation kinetic (main reaction) is determined for eucalyptus in conditions near and comparable to the industrial ones. It shows be dependent on the temperature, the concentrations of acetyl group and alkali and the solution ionic strength. The effective capillarity, intrinsic property of the wood, is used for the diffusion analysis. Its dependency with the temperature, ionic strength, pH, and degree of chemical action is determined, being the influence of the chemical attack the most important one. The ion concentration profiles and advance degree of reactions in the solid impregnated wood are experimentally obtained under different conditions, similar to those of the industrial process. A mass balance for the main species involved is considered. The study takes into account the relevant chemical reactions involved and the temporal changes of the wood properties at each position of the chip due to the alkali action. The numerical resolution is made using the program gPROMS (general PROcess Modeling System). The general patterns found for the simulation of the alkali impregnation phenomenon are in acceptably good agreement with experimental results. The effect of the main process variables (external alkali concentration, temperature, time, and chip thickness) can be analyzed through the proposed model.