Optimización del proceso Kraft de celulosa para minimizar la generación de Dregs y Grits

Abstract

El presente trabajo tiene como propósito proponer medidas para minimizar la generación de residuos de una planta de producción de celulosa. Estas medidas están enfocadas en variaciones en flujos y concentraciones del ciclo de recuperación de licor, buscando disminuir los flujos de dregs y grits, que corresponden a residuos que actualmente se disponen en áreas controladas. Para lograrlo se opta por la medida con más alta jerarquía entre las disponibles para gestionar residuos: la prevención. Se relacionan los flujos del proceso mediante distintas ecuaciones, principalmente a partir de los balances de masa por especie. La mayoría de los equipos del proceso no poseen reacciones químicas, excepto la caldera recuperadora, apagador de cal, caustificadores y horno de cal, que están relacionados directamente con la generación de dregs y grits. Ya que la aparición de estos residuos en el proceso depende de una reacción, se requieren expresiones cinéticas sensibles a los cambios en el proceso (concentraciones). Se estableció que las reacciones en los equipos mencionados son de primer orden, determinándose los parámetros cinéticos que permitieran minimizar la diferencia entre los datos del año 2016 y el modelo planteado, mediante un ajuste de parámetros. Se validaron los ajustes con información del año 2016 y 2017, obteniéndose errores cuadráticos medios (R^2) entre los datos experimentales y del modelo en un rango de 0,52 y 0,95, que se aceptaron válidos en este trabajo, aunque presentan un margen de mejora. Las medidas propuestas para mejorar los ajustes planteados están asociadas al uso de otro orden de reacción, utilización de un mayor espectro de datos para los ajustes y para bajos tiempos de residencia, entre otras. Sin embargo, se destaca que una mayor complejidad en las ecuaciones podría dificultar la obtención de la solución del problema de optimización, que resulta ser el resultado principal de este trabajo. El problema de optimización para minimizar dregs y grits es no lineal (NLP) y se resolvió mediante el uso del solver global BARON, obteniéndose que en el escenario óptimo el flujo de dregs y grits disminuye en un 93%. Específicamente, en ese caso no se generan grits. Para lograrlo, la configuración óptima sugiere que la mayoría de las líneas del proceso que comunican operaciones unitarias disminuyan su caudal, mientras que los flujos de alimentación externa deben aumentar, supliendo los requerimientos del proceso. Se destaca que con este trabajo se ha podido relacionar la optimización matemática al proceso productivo de la industria de celulosa, aportando una herramienta de toma de decisiones para la disminución de los residuos que se generan en el proceso.