MECANISMO Y VELOCIDAD DE IMPREGNACION ALCALINA DE MADERAS

Tesis

Resumen *

En esta Tesis se estudian los mecanismos involucrados en la impregnación de astillas de madera de latifoliada, debido a la importancia que posee el fenómeno en el pulpado alcalino. La impregnación inadecuada de las astillas trae como consecuencia, problemas tecnológicos frecuentes de heterogeneidad en las pulpas obtenidas y sus respectivos efectos económicos en el proceso global de pulpado y/o blanqueo. Se analiza en profundidad el fenómeno de impregnación unidireccional transversal isotérmico. Este es un proceso complejo donde el álcali, que difunde hacia el interior, reacciona consumiéndose en una proporción considerable y modificando química y físicamente a la madera. Durante la impregnación se establece un frente de reacción moderadamente definido que avanza hacia el centro de la astilla con diferentes velocidades según las condiciones. Es por ello que se evalúan los sucesos más relevantes que tienen lugar durante la impregnación y se analiza la importancia relativa de la difusión, reacciones químicas e hinchamiento para el caso de madera adecuadamente impregnada en líquido. Por ser la reacción principal, se determina la velocidad de deacetilación para madera de eucalipto en condiciones cercanas y extrapolables a las de la impregnación industrial. Esta velocidad, muestra ser función de la temperatura, las concentraciones de acetilos y álcali y la fuerza iónica del medio. Para el análisis teórico de la difusión de especies químicas en la madera, partiendo de la base de los antecedentes en el tema, se discuten las diferentes posibilidades de abordar el estudio del fenómeno. La expresión del coeficiente de difusión en la madera como producto del coeficiente de difusión en solución y la conocida ?capilaridad efectiva?, propiedad intrínseca de la madera, permite diferenciar los efectos de las diferentes variables y facilita el estudio dinámico del fenómeno. Se determina la capilaridad efectiva en madera de álamo y eucalipto, y su dependencia con la temperatura, la fuerza iónica, el pH, y el grado de acción química. Se encuentra que la influencia del ataque químico sobre esta propiedad es mucho mayor que el de las demás variables que intervienen. Se muestra que los cambios de la capilaridad efectiva poseen una influencia mayor que los cambios del coeficiente de difusión en solución. Se obtienen experimentalmente los perfiles de concentración de iones y grado de avance de las reacciones en la impregnación de madera sólida bajo diferentes condiciones, todas similares a las del proceso industrial. El modelado incluye el planteo de las ecuaciones de continuidad de cada una de las especies involucradas en el fenómeno. Se propone dos formas de estudio: a) considerar las especies como moléculas, b) un estudio más detallado de las especies iónicas que permite tener en cuenta, además del flujo difusivo, el efecto migracional que se produce debido a la presencia y difusión de varias especies diferentes. Este último involucra el planteo del potencial químico y eléctrico, que se resuelve bajo la condición de circulación nula de corriente eléctrica. La resolución numérica, mediante el programa gPROMS (general PROcess Modeling System) permite la predicción de los perfiles dinámicos en la impregnación transversal de madera. Tanto el modelo molecular como el modelo que considera los iones individualmente muestran un aceptable ajuste de los perfiles de la concentración de acetilos y de álcali. Las correcciones por no idealidad de la solución no muestra efectos en la predicción de estos perfiles. El análisis y modelado realizado permite comprender mejor el proceso, ponderar la importancia relativa de los distintos factores según las condiciones y constituye la base de una herramienta útil para la optimización. Información suministrada por el agente en SIGEVA