Diseño y prefactibilidad de un proceso de recuperación de peryodato de sodio en síntesis de celulosa dialdehído

Abstract

En la presente Habilitación Profesional se realizó el diseño conceptual de un proceso de recuperación y regeneración de peryodato y se evaluó se prefactibilidad técnica y económica para la síntesis de celulosa dialdehído (DAC). Para su diseño, se consideró el procesamiento de 11.000 toneladas anuales de pulpa textil y 7330 toneladas anuales de peryodato de sodio, en un tiempo de operación de la planta de 7920 horas. Esto dio como resultado modelos de balances de materia por corriente que permite especificar los requerimientos de cada operación unitaria para su diseño mediante el escalamiento de los resultados experimentales reportados en literatura por varios autores. El proceso inicia con la síntesis de DAC, en un reactor de 46 m3 donde la carga de pulpa de celulosa con una consistencia del 10% tiene un tiempo de residencia de 3 horas para alcanzar un rendimiento del 14%, a 55°C. Luego, para separar el reactivo peryodato y el yodato generado en la reacción se pensó en una etapa de lavado multietapa a contracorriente, en donde utilizando un factor de dilución de 2 es posible alcanzar una eficiencia de Norden de 15, valor recomendado por literatura. El filtrado cuya concentración de reactivos alcanza el 99% de la inicial, ingresa a una etapa de electrodiálisis, en donde concentra el 95% del peryodato y yodato, y recupera un el 50% del caudal. Para esto, se estimó un área de membrana de 915,5 m2 y un consumo específico de 1,36 kWh/m3. El concentrado de electrodiálisis es enviado a un tanque de ozonización, en donde el yodato es oxidado a peryodato mediante el burbujeo de ozono a 20°C. Se estimó un volumen de reactor de 9 m3 con un tiempo de residencia de 1 hora y una concentración de ozono disuelto de 5 mg/L. Un 2% de la corriente regenerada ingresa a un electrodializador que permite producir álcali (NaOH) y ácido peryódico (HIO4) los cuales se recirculan a la etapa de ozonización y síntesis, respectivamente. Para esto se requiere un área de membrana de 18 m2 y un consumo específico de 451,4 kWh/m3 de producto (álcali). La corriente de diluido de la etapa de electrodiálisis ingresa a 14 bar a un sistema de membrana de osmosis inversa de 200 m2 y un consumo específico por bombeo de 0,76 kWh/m3, en donde el rechazo concentra el 99% de las sales y recupera un flujo de permeado de 3 m3 con un contenido total de sólidos disueltos (TDS) de 40 ppm que es recirculado a la etapa de lavado, disminuyendo en un 27% caudal necesario para el lavado. Este proceso logra recircular a la etapa de síntesis el 96,8% del peryodato inicial, con una casi nula generación de efluentes en un rango de condiciones de operación muy suaves. El proceso, según lo reportado en literatura y en manuales, sería técnicamente factible, ya que no ocurre una acumulación de sólidos residuales (cationes multivalentes y yodato) en el tiempo, y no se exceden los límites de solubilidad de peryodato, uno de los principales inconvenientes reportados en literatura. Sin embargo, se debe comprobar que no exista degradación de las membranas mediante caracterización debido a la naturaleza fuertemente oxidante del peryodato. Económicamente, el costo capital (CAPEX) estimado asciende a USD 3.821.068±1.528.427 considerando un margen de error del 40%, y un costo operacional (OPEX) de 1747 USD/ADt. La recuperación del reactivo NaIO4 y producción del ácido y álcali por BMED implican un ahorro del 92,9% del costo químico inicial, lo que permite dilucidar una buena rentabilidad del proceso