Este documento resume un estudio sobre la presión de vapor y la elevación del punto de ebullición del licor negro del proceso Kraft de eucalipto. El estudio midió la presión de vapor y el punto de ebullición de muestras de licor negro con diferentes contenidos de sólidos usando dos técnicas. Los resultados mostraron que la presión de vapor disminuye y el punto de ebullición aumenta con mayor contenido de sólidos. Se desarrollaron modelos cuantitativos para describir estas relaciones. El estudio concluye que la precipit

1. UNIVERSIDAD DE SONORA
Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia
Presión de vapor y la elevación del punto de ebullición del licor
negro del proceso Kraft de eucalipto
Libertad Ulloa Álvarez
Operaciones Unitarias II
Marco Antonio Núñez Esquer
03 de Mayo del 2018

2. Presión de vapor y la elevación del punto de ebullición del
licor negro de kraft de eucalipto
Abel Ferreira, Ana Egas, Ana Domingue, Carla Fernandes y
Lélio Lobo
Universidad de Coimbra. Departamento de Ingeniería Química. Portugal.
Silva Lusitana
2011, vol.19, n.1, pp.13-22. ISSN 0870-6352.

3. Índice
Introducción
o ¿Qué es el licor negro?
o Planteamiento
o Objetivos de la investigación
Experimento
o Metodología
o Técnica A
o Técnica B
Resultados y discusión
o Presión de Vapor
o Elevación del punto de ebullición
Conclusiones

4. INTRODUCCIÓN

5. ¿Qué es el Licor Negro?
Son las sustancias orgánicas restantes después del
proceso Kraft (cuando se convierte madera en
pulpa de celulosa).
Este al salir del digestor se concentra por
evaporación y se quema en una caldera de
recuperación para generar vapor de alta presión.

6. Planteamiento
Se ha observado las plantas de pasta kraft modernas, que
cambio de la presión de vapor de licor negro y la elevación del
punto de ebullición tiene relación con el contenido de sólidos,
que puede llegar hasta el 79%. Esto es de importancia crítica
ya que se necesitan más etapas de evaporación para alcanzar
la concentración del licor.

7. Objetivos de la investigación
(i) El estudio de VLE y BPE con un contenido de sólidos en
aumento, especialmente a altas concentraciones donde se
excede el límite de solubilidad de algunos de los
componentes BL.
(ii)Desarrollar modelos cuantitativos que involucren todas las
variables.
(iii)Optimizar las técnicas instrumentales para la medición de
VLE y BPE.

8. EXPERIMENTO

9. Metodología
Datos obtenidos:
◦ Tabla 1 - Composición de muestras originales y preparadas
Se prepararon
suspensiones de licor
negro con diferente
contenido de sólidos
a partir de muestras
originales.
El contenido de
sólidos de licor negro
se midió usando el
método TAPPI T650
OM-89.
Licor negro
Muestras originales.
Contenido de sólidos (%)
Muestras preparadas.
Contenido de sólidos (%) Técnica
BLSPA 50 12.3, 18.9, 24.5, 30.6, 36.2, 41.4, 48.4, 61.4, 63.4 A
BLSPB 65
11.5, 15.6, 20.1, 25.5, 32.0, 37.7, 42.0, 47.3, 62.4,
62.7, 64.9, 66.9
A
BLSPC 72 10.0, 19.7, 29.2, 39.0, 49.7, 60.9, 64.9, 69.0, 72.3 A
BLSPD 70 19.8, 30.5, 39.4, 49.2 B
BLSPE 70 10.0, 24.0 B
BLSPA, BLSPB y BLSPC. Aumento del punto de ebullición.
Técnica A.
BLSPD y BLSPE. Equilibrio de vapor y punto de ebullición.
Técnica B.

10. ◦ Técnica A: Medir la Elevación del punto de ebullición (BPE).
Consideraciones y
mediciones.
Las condiciones de
operación del para
reducir el
sobrecalentamiento.
Mediciones del punto
de ebullición normal.
El punto de ebullición
normal experimental
coincide con el de la
literatura.
Evaporador agitado
que funciona a presión
atmosférica.
Celda se calienta
con una manta
eléctrica.
Condensador
Graham es
enfriado por
agua.
Termómetro de
inmersión de
mercurio graduado
de 50 a 150ºC.
El volumen de licor
negro utilizado100
ml.
Figura 1 - Sistema de medición de punto de ebullición (A) para licor negro.

11. ◦ Técnica B: Medir la presión de vapor (y el aumento del punto de
ebullición)
Consideraciones y
mediciones.
Salidas de celda:
sensor de Pt 100,
condensador Graham y
agitador.
El sistema se probó
previamente con agua
tridestilada y
soluciones de cloruro
de sodio.
El punto de ebullición
coincidieron con los
valores de la literatura.
Figura 2 - Sistema de medición B para el punto de ebullición del licor negro.
Celda de
vidrio
Lastre Manómetro
de mercurio
Bombas de vacío
Motor
eléctrico
500 mL
Dos vías para
liberar los gases
no condensables
Temperatura del
vapor del
evaporador
Válvula de
tres vías en
el extremo

12. RESULTADOS Y
DISCUSIÓN

13. Presión de Vapor
Se ha estudiado el comportamiento de la presión de
vapor en función de la temperatura y la composición
de los licores negros BLSPD y BLSPE estudiado en la
técnica B, en la figura 3.

14. Figura 3. Se trazó
la presión de
vapor en función
de la temperatura
para
concentraciones
de 20% a 50% de
sólidos contenido
junto con la
presión de vapor
de agua.
La presión de
vapor disminuye
con el aumento
del contenido de
sólidos.
Figura 3 - Presión de vapor de licores negros, P, en función de la temperatura, T y
contenido de sólidos, S: (○) agua;
BLSPD: S = 19.8%; (●), S = 30.5%; (■), S = 39,4%; (▲)

15. Modelo cuantitativo
Si se eliminan los compuestos orgánicos volátiles antes de las mediciones de presión de
vapor, se utiliza la ecuación de Wrede
ln P = A −
B
T
la cual al aplicarse, se ajusta con éxito a los datos de presión y temperatura
experimentales (P, T) expresados en la figura 3.
Si tratamos al licor negro como una solución binaria (componentes orgánicos +
inorgánicos en agua) en condiciones de equilibrio, donde el licor y el agua los vapores
están en equilibrio entre sí a temperatura, T, y presión, P, se aplica la ecuación de
Clapeyron:
dP
dT
=
∆L
G
H
T∆L
G
V
(1)
(2)

16. dP
dT
=
∆L
G
H
T∆L
G
V
Donde
∆L
G
H = Entalpía de la vaporización
∆L
G
V = Aumento de volumen en la vaporización
Si suponemos que la fase de vapor es un gas perfecto y considerando la entalpía
de la vaporización constante, la integración de la ecuación (2) da la ecuación (1),
donde B =
∆L
G
H
R
y el cálculo de la entalpía de la vaporización sigue de la ecuación
(1). Los valores de los parámetros A y B y el calor calculado de vaporización se dan
en la Tabla 2.
Si el calor de vaporización fue constante, no debería haber ninguna variación en
los valores de B, para un licor dado, cuando la concentración de sólidos cambia.

17. Análisis
Para el licor BLSPD el
parámetro B no
cambia
apreciablemente.
La entalpía de
vaporización muestra
pequeñas variaciones
para el licor BLSPD.
Se tiene que tener en
cuenta los factores
que causan la
variación de B.
Tabla 2. Parámetros estimados A, B y entalpía de vaporización de la ecuación (1), y
coeficientes de correlación relacionados.
Muestra S (%) A B (K)
∆L
G
H
(kJ mol-1) R2
BLSPD 19.8
30.5
39.4
49.2
23.85
24.45
25.02
23.67
6469.5
6716.5
6971.5
6502.2
53.8
55.8
58.0
54.1
0.997
0.996
0.997
0.996
BLSPE 24.0 19.90 4979.0 41.4 0.998
Agua - 20.23 5062.2 42.1 0.999

18. Elevación del punto de ebullición
Para los licores negros la elevación del punto de ebullición se
define como la diferencia entre el punto de ebullición de la
solución de licor negro y el del agua pura a la misma presión.

19. Figura 4 - Elevación del punto de ebullición, ΔT, como una función del contenido de
sólidos, S, a presión atmosférica: (●) BLSPA; (○) BLSPB; (+) BLSPC y (Δ) BLSPD. La línea
representa el comportamiento global teniendo en cuenta los licores BLSPA, BLSPB y
BLSPC
Figura 4. Se presenta
el BPE como una
función del
contenido de sólidos
para los licores
BLSPA, BLSPB, BLSPC
y BLSPD a presión
atmosférica.

20. Análisis de figura 4
La variación de la elevación del punto de ebullición con el contenido de
sólidos del licor para BLSPA, BLSPB y BLSPC es similar.
El BPE aumenta a medida que aumenta el contenido de sólidos.
El licor BLSPD muestra valores de BPE más altos que los de otros licores.
Las variaciones pueden explicarse por las diferencias en la composición y
por el hecho de que los valores de la elevación del punto de ebullición
(BLSPD) se calculan a partir de la ecuación de Wrede (1).

21. Modelo cuantitativo
Si se considera que las soluciones de licor negro son mezclas binarias, BPE se puede
describir como una función de la molalidad, m, como
∆T = Kmm
donde Km es una constante dependiente de disolvente.
Como la molalidad es proporcional a la relación ecuación solido/agua (3) se puede
escribir como
∆T = K
S
100 − S
Para licores negros de madera blanda, la ecuación (4) aplica hasta aproximadamente el
50% de los sólidos.
(3)
(4)

22. Figura 5 - Elevación del
punto de ebullición, ΔT,
como una función de la
relación de contenido de
sólidos a agua, S / (100-S) a
presión atmosférica: (●)
BLSPA; (○) BLSPB; (+) BLSPC
y (Δ) BLSPD. Las líneas
continuas representan el
comportamiento global
teniendo en cuenta los
licores BLSPA, BLSPB y
BLSPC. Las líneas
discontinuas largas
representan el
comportamiento de los
licores negros de madera
blanda (pino Slash)
En la Figura 5, se
muestra la
dependencia de ΔT
en S/(100-S). El
parámetro K (=
7.454) se encontró
ajustando BPE de
los licores BLSPA,
BLSPB y BLSPC.

23. Análisis de figura 5
Cuando S es mayor que 43%, se observa un cambio en la pendiente de la
línea recta, este ocurre al 40%, 57% y 45% para los licores BLSPA, BLSPB y
BLSPC, respectivamente. Esta alteración de la pendiente está causada por
el límite de solubilidad del sulfato de sodio y el carbonato de sodio en el
licor.
El comportamiento de un licor negro de madera blanda (pino Slash),
muestra que la precipitación de burkeita (Na6(CO3)(SO4)2) ocurre más
tarde, casi al 64% de los sólidos. Sin embargo, la pendiente inicial es muy
similar a Eucalyptus (madera dura) y pino (madera blanda).

24. CONCLUSIONES

25. La burkeita comienza a precipitar a un valor de casi el 45% del contenido
de sólidos: este valor es menor que el que normalmente se encuentra en
las especies de madera blanda.
Por futuro trabajo, se planifica:
(i) mejorar la instalación de las mediciones de equilibrios de vapor
líquido;
(ii) estudiar el efecto de las condiciones de despulpado, como el
tiempo de cocción, la temperatura y la composición;
(iii) desarrollar ecuaciones válidas para las condiciones industriales
del proceso de recuperación de productos químicos kraft.

26. Gracias por su atención