Método combinado para la minimización de agua y energía en procesos de pulpa para papel

Resumen

Esta tesis presenta una metodología para el diseño de redes de transferencia combinada de calor y masa que busca minimizar de forma conjunta el consumo de agua y energía. Asimismo, se presenta un procedimiento y se establece un protocolo de actuación para disminuir el consumo de agua y energía en procesos reales ya existentes. En ambos casos, el desarrollo de estas técnicas se enfoca a procesos de producción de pulpa para papel. Agua y energía están profundamente interrelacionados entre sí, puesto que la obtención, distribución y tratamiento del agua requiere cantidades signi`ficativas de energía. Y a la inversa, la obtención de productos energéticos requiere en general, un consumo y suministro importante de agua. En este trabajo se muestra cómo en los procesos industriales es de vital importancia comprender la interacción entre el agua y la energía para reducir el consumo de estos dos factores. La premisa central de esta tesis es mostrar cómo a través de un análisis combinado de los procesos que requieren agua y energía se consigue una mayor integración de los mismos, con una reducción mayor del consumo de ambos recursos con respecto al análisis separado de cada uno de ellos. - Se realiza un análisis detallado de una red de transferencia simultánea de calor y masa sobre sus objetivos de eliminación de contaminantes y de intercambio de calor para llevar a la temperatura adecuada a los flujos que entran a cada una de las operaciones. Esta particular red está integrada por: una subred de intercambio de calor directo (que se realiza por medio de mezclas de corrientes), una subred de intercambio de calor indirecto (red de intercambiadores de calor) y una subred de transferencia simultánea de calor y masa. Se estudian diferentes escenarios en lo referente a: consumo de agua, maneras de distribuír flujos de agua dentro de la subred de intercambio de calor y masa, distribución de agua fresca con un flujo superior al mínimo requerido y por último se analizan esquemas con diferente nivel de recuperación de calor. A partir del análisis de las interacciones que se presentan en una red de intercambio simultáneo de masa y calor se ha estructurado una nueva metodología para el diseño de este tipo de sistemas. Como resultado de la experiencia que el autor de esta tesis obtuvo en una estancia industrial en una planta de pulpa para papel, se desarrollaron las bases para plantear una metodología integral práctica encaminada a la reducción tanto de agua como de energía en procesos reales, que en esta tesis se denomina metodología de readecuación o retrofit. Esta técnica se basa en el concepto de la jerarquización de las etapas principales que deben considerarse en un estudio de esta naturaleza. Se presenta la aplicación de esta técnica en un caso real en una planta de pulpa para papel.