Design of a production pilot plant of cellulose fiber from the delignification of the african oil palm empty fruit bunch

Abstract

El raquis de palma africana, es actualmente un desecho del proceso de extracción de aceite de palma que representa cerca del 50% de la masa total de frutos recolectada. Este desecho representa un problema para la empresa productora debido a la complejidad de su disposición final, ya que genera deslizamientos en los rellenos sanitarios, además suele estar cargado con metales pesados, producto del proceso de fumigación de la palma, lo que contamina los suelos y las aguas subterráneas. Con el fin de disminuir los problemas de contaminación asociados a la actual disposición del raquis en rellenos sanitarios, se propone una planta deslignificadora, para producir pasta celulósica a partir de éste. En este proyecto se presentará el diseño del proceso de deslignificación, partiendo del raquis seco y cortado a 5 mm, hasta el proceso de secado de la pasta obtenida, enfocándose en el diseño detallado de los reactores y los lazos de control asociados a estos. El objetivo principal de esta planta es producir una tonelada de pasta celulósica por día, para lo cual es necesario llevar el raquis seco y cortado a 5mm a las condiciones de operación. Para esto, luego de haber cargado el raquis en el reactor, se debe hacer reaccionar con una solución de NaOH al 8%, a una temperatura de 175°C durante 30 minutos. De este proceso se obtiene la pasta celulósica y un licor negro como subproducto, dicho licor posee propiedades termo físicas muy similares a las del agua por lo cual se pretende utilizarlo en el precalentamiento de la solución. El producto final de este proceso tiene un valor comercial de aproximadamente 900 dólares por tonelada, debido a sus diversas aplicaciones, las cuales incluyen la producción de papel, envoltorios de dulces, filtros para cigarrillos, lacas, espesantes en las industrias farmacéutica, alimentaria y textil, entre otros. Además de esto, este proceso contribuye a disminuir la contaminación de los terrenos aledaños a la planta de producción de aceite.

Currently the African oil palm empty fruit bunch is considered as a waste material of the extraction process of oil from the African oil palm, which is around the 50% of the total fruit mass collected. This material is a problem due to it is full of heavy metals which causes soil and water pollution, furthermore it causes sliding in the landfills. In order to minimize the problems associated with the current treatment of the empty fruit bunch, a production plant of cellulose fiber from the delignification of the EFB is proposed. This project includes the delignification process design, starting with the EFB dry and cut at a length of 5mm, ending with the drying process of the cellulose fiber and focusing on the detailed design of the reactors and the control strategy associated with them. The objective of this plant is the production of a ton of cellulose fiber per day, to achieve this is required to take the EFB to reaction conditions. The EFB will react with a NaOH solution at 8% and a temperature of 175°C during 30 minutes. From this reaction is obtained the cellulose fiber and a black liquor, which thermo-physical properties are alike to the water’s, because of this it will be used in the preheating of the NaOH solution. The commercial value of the cellulose fiber is around the 900 dollars per ton, due to its several applications, which include paper production, candy wrappers, cigarette filters, thickeners in the pharmaceutical industry, among others.