Procés Kraft: Paràmetres, Cocció i Recuperació Química

Paràmetres a Controlar en el Procés Kraft

• Mida de l'estella
• Sulfidessa: Relació Na₂S / (Na₂S + NaOH).
• Velocitat de cocció: En funció dels dos paràmetres anteriors. Si l'alcalinitat puja, es dissol una part de la cel·lulosa (aproximadament 12-13%).
• Càrrega d'àlcali efectiu: Quantitat de productes químics que reaccionen. Se'n posa de més per mantenir la lignina dissolta.
• Temperatura de cocció: Aproximadament 170ºC. Superior a 190ºC, el rendiment baixa perquè es dissol part de la cel·lulosa.
• Període d'escalfament: Es comença entre 45 i 50ºC (temperatura que ve del licor negre). Puja fins a 170ºC (durada: 1 - 1.5 hores).
• Temps de cocció: 2-3 hores.
• Hidromòdul: Relació entre el volum de líquid i la fusta.
• Factor H: Combina temps i temperatura en la cocció com una sola variable. Representa la velocitat de reacció en relació amb el temps (àrea sota la corba). A 100ºC, la velocitat de cocció és 1. Temps i temperatures amb igual Factor H produeixen pastes similars.
• Índex Kappa: Indica la quantitat de lignina residual que ha reaccionat amb un volum determinat de reactiu (permanganat potàssic). Un índex alt significa una deslignificació deficient.

Sistema de Recuperació de Productes Químics

1. Oxidació del licor negre: Per rebaixar l'olor a la caldera de recuperació.
2. Concentració: En evaporadors de múltiple efecte per produir licor negre concentrat amb un 50-60% de sòlids.
3. Incineració: A la caldera de recuperació, on es crema la matèria orgànica i es recuperen els químics inorgànics com a sòlid fos. S'afegeix sulfat sòdic (Na₂SO₄) per realimentar les pèrdues de productes químics (principalment sofre).
4. Dissolució del sòlid fos: Amb aigua o licor blanc feble per formar el licor verd (principalment Na₂CO₃ i Na₂S).
5. Caustificació: Reacció del licor verd amb calç (CaO) per convertir el carbonat sòdic (Na₂CO₃) en hidròxid sòdic (NaOH), formant el licor blanc (NaOH + Na₂S) que es reutilitza en el cicle de cocció.

Equip de Cocció (Digestor)

Els gasos que surten durant la cocció es porten a un acumulador d'alta pressió. Alguns sistemes de cocció estan formats per una càrrega de vaporitzador. La finalitat de la cambra de vaporització és donar temperatura perquè les estelles obrin els porus i la lignina s'estovi.

Hi ha dues maneres principals de donar temperatura:

Escalfament Directe

S'injecta vapor directament al digestor amb un difusor, amb l'ajuda d'una bomba perquè es treballa a pressió (circulació forçada).

• Avantatges: És econòmic i requereix poc manteniment.
• Inconvenients: El vapor es condensa en aigua i dilueix la concentració del licor de cocció.

Escalfament Indirecte

El licor circula per un intercanviador de calor extern escalfat amb vapor.

• Avantatges: Alt rendiment, cocció uniforme, concentració constant del licor.
• Inconvenients: Manteniment més car.

Gestió de Gasos: Els gasos que surten contenen principalment vapor d'aigua (que es condensa en un acumulador de calor, l'aigua calenta s'aprofita) i gasos no condensables (NCG) amb compostos de sofre volàtils i olorosos. Els gasos no dissolts es guarden temporalment en una esfera de gasos (vaposfera). Per eliminar-los, se'ls tracta amb un reactiu (sovint licor blanc o oxidació). Si això no és suficient, es cremen en un forn de calç o una incineradora específica per evitar que vagin a l'atmosfera.

Descripció del Procés de Cocció

L'objectiu principal és separar les fibres de cel·lulosa mitjançant la dissolució de la lignina (deslignificació). El procés complet dura unes 3 hores.

Quan les estelles entren al digestor, s'hi afegeix licor blanc (reactiu principal) i licor negre feble (per aprofitar la calor residual i els químics). Es deixa un temps perquè les estelles s'impregnin bé.

El procés té dues etapes principals:

Etapa de Temperatura Ascendent (Impregnació i Escalfament)

Aquesta etapa NO és la cocció pròpiament dita. Les estelles s'impregnen de licor blanc. La pressió puja a mesura que augmenta la temperatura. El licor entra per la part inferior i circula cap a la part superior (o viceversa, depenent del disseny) per assegurar una bona impregnació de les estelles. Durada: 1 - 1.5 hores.

Etapa de Temperatura Constant (Cocció)

Aquesta és l'etapa de COCCIÓ. La temperatura es manté constant entre 160-170ºC. La pressió se situa entre 7-11 kg/cm². La major part de la deslignificació ocorre aquí. Durada: 1-2 hores.

Acabament de la Cocció

Hi ha dues maneres principals de finalitzar el cicle:

Bufat (Digestors Discontinus)

La pasta cuita es descarrega ràpidament del digestor a una tina de bufat a pressió atmosfèrica. Aquest canvi brusc de pressió provoca que l'aigua dins les fibres es vaporitzi sobtadament (auto-vaporització), ajudant a separar les fibres de cel·lulosa. Una pressió de bufat massa alta pot danyar les fibres.

Refredament (Digestors Continus)

En sistemes continus, la pasta es refreda gradualment i es renta dins del mateix digestor o en equips posteriors abans de la descàrrega a pressió atmosfèrica.

Característiques del Mètode Kraft

Avantatges

• Flexibilitat en la utilització de diferents tipus de fusta (coníferes, frondoses).
• Temps de cocció relativament curt.
• Permet obtenir pastes amb propietats molt variades.
• Produeix pastes amb alta resistència mecànica.
• Sistema eficient de recuperació dels reactius químics i energia.

Inconvenients

• Requereix una inversió inicial gran.
• Despeses energètiques altes (tot i la recuperació).
• Potencial de contaminació mediambiental (emissions oloroses, efluents).
• Les pastes resultants són fosques i requereixen processos de blanqueig intensius.
• Rendiment relativament baix (45-55%) comparat amb processos mecànics, ja que es dissol la lignina i part de les hemicel·luloses.