CPCPlanta celulosa

TEMARIO• ETAPA I

– Madera, Digestor y Lavado.

• ETAPA II– Planta H2O, Blanqueo y Maquina.

• ETAPA III– Caldera de Poder , Caldera Recuperadora,

Caustificación y Horno de Cal.

• ETAPA IV– Evaporadores, Química y Efluentes.

ETAPA I

• Integrantes : Ronald Bravo A.• Marcelo Carrion

G.• Eric Orellana R.• Javier San Martín

H.

IntroducciónClasificación de la madera: Se dividen en dos grandes grupos según el tipo de fibra de celulosa que poseen.

Coníferas : Es madera que posee celulosa de fibra larga, es más resistente, por lo que es utilizada para la construcción de sacos de papel, cajas de cartón, etc. El PINO RADIATA entra en esta clasificación.

Latifoliadas: Es madera que posee celulosa de fibra corta, al ser menos resistente es más fácil su manipulación, por lo que es utilizada para la elaboración de papel de impresión y escritura. El EUCALIPTUS es parte de esta clasificación.

IntroducciónCelulosa: Es la estructura básica de la madera. La fibra de celulosa es una estructura muy firme y poco sensible a la degradación. Además no es una sustancia soluble en los sistemas de solventes usuales. Con ella se crea la PASTA DE CELULOSA, componente principal en la elaboración de papel.

Lignina: Es otra sustancia de importancia en la pared celular vegetal. Es un polímero amorfo y su función es unir las micro fibras de celulosa. Puede ser disuelta por reactivos sódicos o por el cloro, convirtiéndola en un subproducto soluble en agua.

Area de madera

Especificación Area de Madera

Descortezador

Area digestor

Area lavado

Temario

DigestorLicor Blanco:

Hidróxido de Sodio : NaOHSulfuro de Sodio : Na2S

Na2S + H2O <==> NaOH + NaSH

Sulfuro de sodio

  Agua  Hidróxido de sodio

 Sulfidrato de Sodio

DigestorLas condiciones de temperatura y presión deben obedecer a un horario predeterminado controlado manual o automáticamente. La máxima presión es de 90 a 110 lb/pulg2 y el rango de temperatura es de 125 a 160C con un tiempo total de cocimiento de 6 a 12 horas con unas 2 o 3 horas para alcanzar la máxima temperatura de cocimiento.

DifusorLa pasta café, luego de ser procesada en el digestor es sometida a un lavado.

Este lavado tiene como propósito eliminar los residuos de acido para impedir que sigan reaccionando con la pasta de celulosa.

En este proceso se eliminan ácidos y lignina.

DeslignificaciónLuego del proceso de

difusión la pasta de celulosa es sometida a un proceso de pre – blanqueo, se mezcla en un tubo presurizado con oxigeno lo que produce que la lignina se oxide y sea separada de la pasta.

Este proceso disminuye la cantidad de cloro usada en el proceso de blanqueo y permite que la lignina removida sea procesada y se reciclen los solventes utilizados en el proceso.

ETAPA IIIntegrantes : Richard

Sepúlveda.

Diego Marchand.

Carlos Valenzuela.

Lexon Monsalve.

Planta de Agua

En la planta de agua se trata el agua proveniente del Rio Carampangue agregando floculantes y utilizando procesos físicos de separación de material en suspensión, para limpiarla y utilizarla

Sensores

En este proceso ocupamos sensores:

• Electroquímicos(Para medir el potencial de hidrógeno)

• Sensores electrodos de ph

• Sensores de nivel

Diagrama de Flujo

Proceso Clarificador

• Encargado de eliminar los sólidos gruesos

Area Blanqueo

En esta área se tiene por objetivo remover una fracción de la lignina residual en la pulpa y decolorar el remanente, obteniendo una pulpa con blancura comercial. Esto se realiza usando un proceso libre de cloro (ECF).

La madera está compuesta principalmente de celulosa y hemicelulosas unidos por lignina y pequeñas cantidades de materiales orgánicos de bajo peso molecular.

• El objetivo del blanqueo para dichos procesos de pulpaje es convertir los grupos cromóforos generadores de color en especies relativamente menos coloreadas. Todos los procesos de blanqueo que preservan la lignina están basados en un sistema oxidativo, en un sistema reductivo o en una combinación de ambos.

• La celulosa, está formada por la repetición sucesiva de una unidad individual de celobiosa, la cual a su vez está constituida por dos unidades de un polisacárido denominado glucosa. Así, la fórmula molecular de la celulosa se puede expresar como (C6H10O5)n

• La estructura química de la lignina es extremadamente complicada, pero se basa en la unión tridimensional de unidades de fenilpropano, cuyos sustituyentes varían en función de la planta considerada.

Estructura generalizada de la Lignina

Reacción química

lignina + ClO2 lignina oxidada + HClO/HClO2

 

Sensores Área Blanqueo

• Muestras de pulpa(KPM PULP SAMPLERS)

• Consistencia: El LQ500

mide fibras y rellenos para

control de consecuencia

total y reducción de la

variabilidad de peso de base

Elementos de control

• Actuadores para control transversal

(autoslice system)

• Sistema de optimización de drenaje

(spectrafoil)

• Sistema de inspección de hoja

(WIS)

• Sistema de monitoreo de vibraciones y pulsaciones

( machine sentinel)

• Sistema de monitoreo de hoja (PM video) : es un sistema de cámaras múltiples de última generación, que monitorea su máquina papelera para capturar eventos en grabadores de video.

Características: - Cuadros a color para mayor claridad.- Fácil instalación y operación. - Captura automática de eventos.- Capacidad de revisión de datos históricos.

Diagrama del Proceso de Blanqueo

Etapa D0 – Etapa D1 – Etapa D2

Estas 3 etapas del proceso de blanqueo cumplen la misma función que es remover la lignina que se encuentra en la pulpa proveniente del área de lavado. Se utiliza como reactivo el dióxido de cloro (ClO2), que oxida y degrada la lignina haciéndola soluble, permitiendo de esta forma su eliminación.

Etapa E0p – Etapa E2

Ambas etapas corresponden ala denominada extracción alcalina en que se utiliza como reactivo hidróxido de sodio (soda),que es reforzado con agente oxidantes, oxigeno y peróxido. El objetivo es solubilizar la lignina.

Modelo Empírico del proceso de blanqueo

El modelo empírico describe el comportamiento de la respuesta (Y) en función de las variables independientes consideradas : carga de dióxido de cloro y tiempo de retención.

Y = F0 + F1*D + F2*t + F3*D^2 + F4*t^2 + F5*D*t

Y: Celulosa blanqueada (kg/min)

F0: Celulosa cruda (kg)

D : Carga de Dióxido de cloro (%bps).

t : Tiempo de retención (min).

Fi: Celulosa a la salida de cada cilindro en Etapa de Blanqueo

con i = 1, 2, 3, 4, 5.

Area Maquina

• Esta Área es la parte final del proceso de preparación de celulosa.

• Su objetivo principal es filtrarle el agua a la pasta blanca proveniente del área de blanqueo.

• Se desea como producto final una pasta blanca con un secado del 98%, para una fácil manipulación en el almacenamiento y transporte.

Diagrama de bloques del Area de Maquina

Cajón de Cabeza y Fourdrinier

El Fourdrinier es la maquina que recibe la pulpa blanqueada para drenarla, extraerle el agua en forma gradual, pasando por diversos sistema de vacio, y formar una hoja continua. El seco de salida es cercano a 27%.

Diagrama de bloques del Área de Maquina

Prensas

Su función es eliminar el agua restante en la hoja, de manera que llegue lo mas seca posible a la zona de secado. El valor de seco a la salida de las prensas es cercano a 48%.

Diagrama de Bloques del Area de Máquina

Secadora

Es una de las ultimas etapas en la formación de la hoja, en ella se seca la hoja utilizando aire caliente y posteriormente se enfría antes de enviarla a la cortadora y al embalaje final. El vapor de seco a la salida es de aproximadamente 97% a 98%.

Sensores en Área MaquinaSecado suave y efectivo y Medición de presión en los cilindros de secado con VEGABAR 52

Mediante la medición de la diferencia de presión entre la entrada y la salida con el VEGABAR 52 se controla la efectividad del cilindro de secado. Con ayuda de un conducto de agua se reduce la temperatura del vapor de 160°C (320°F) a menos de 120°C (248°F) para el VEGABAR 52.

- Alta resistencia a la sobrepresión- Especial resistencia a las vibraciones- Estabilidad a largo plazo mejor que el 0,1% / 2 años

Sensor de Humedad, Model 4205-1 de Hoenywell

Sensores de Espesor, Model 2213 de Honeywell

Limite de Carrera C/PALAI y RODI D/ACERO 17MM 1NA+1NC

Limite de Carrera C/PORTA. Y VARILLA C/RESORTE 1NA+1NC

La Robocoiler es una máquina automática para remover los alambres de los fardos de pulpa.

El RollMover™ permite mover grandes rollos de papel, fibra de vidrio o rollos de corrugado. Este aparato mueve un peso de hasta 20,000 libras.

Maquinas en Área Final

Diagrama de bloques del Área de Maquina

Luego, esta lámina pasa por la unidad cortadora, que la deja en forma de pliegos, los que se apilan, se prensan y se embalan en una unidad denominada fardo, con un peso de 250 kg. Finalmente agrupando ocho fardos en dos columnas de cuatro se forman los “units”, los que se pesan antes de almacenarlos en las bodegas.

Area Final Temario

ETAPA IIIIntegrantes : Victor Espinoza.

Carlos Herrera.

Francisco Correa.

Rodolfo Duran.

Caldera Poder

• La función principal es producir vapor para el proceso , el que previamente se pasa a través de un turbogenerador generando energía para la planta

• Utiliza como combustible una mezcla de aserrín y corteza

• Los gases de combustión pasan en un precipitador electroestático , el que capta las cenizas en suspensión

Disminuyendo las emisiones hacia la atmosfera

Caldera Poder

Diagrama interno ,domo de vapor y cañerías

Turbogenerador

• El vapor producido en la caldera poder y en la caldera recuperadora , es enviado a la turbina de vapor donde su energía es convertida en energía eléctrica

Turbogenerador Celulosa Santa Fe

Produce 42 MW a partir de vapor de alta presión que entregan las calderas de la planta. Esta energía es consumida en los procesos internos y el excedente es vendido al SIC.

Caldera de recuperación

• Función principal: recuperar compuestos químicos del proceso de digestión.

• Entregar rentabilidad a un planta.

• Sus partes son: hogar de la caldera, evaporador de ciclón y precipitadores electroestáticos

Estructura general

Hogar de la caldera

• Se quema licor negro concentrado.

• Fundido de compuestos químicos.

• Entrega calor y produce vapor.

• Gases se van al evaporador de ciclón.

Evaporador de ciclón

• Gases entran en contacto con el licor negro.

• Agua del licor negro es evaporada.

• Gases salen del evaporador y son conducidos al precipitador electroestático.

Precipitadores electroestáticos

• Reducir contaminantes al aire.

• Mejorar la recuperación de reactivos valiosos.

• Partículas se atraen eléctricamente para poder separarlo de los gases

Diagrama de caldera recuperadora

Caustificación • En la sección de caldera de recuperación se produce un fundido

residual que al disolverse en agua de lavado forma el licor verde

• La función de una planta de caustificación es convertir los

compuestos de sodio gastados (cenizas de sodio, sulfuro de sodio), en hidróxido de sodio activo y sulfuro de sodio , para ser reutilizado en la cocción de astillas del proceso

Las reacciones de caustificación son:

1.- oxido de calcio reacciona con agua formando hidróxido de calcio

2.- Hidróxido de calcio resultante y el carbonato de sodio del licor verde forman hidróxido de sodio mas carbonato de calcio

CaustificaciónClarificador licor verde: desde el área de recuperación es bombeado a dos estanques de clarificador verde donde se almacena el licor no clarificado, separando las impurezas por medio de sedimentación de sólidos suspendidos, para acelerar el proceso se agrega un producto químico floculante que les da mayor peso a las partículas

Apagador• Es un estanque de mezclado el cual dispone de bafles y de un

agitador q realiza la mezcla entre licor verde y el cal. Acá es donde se produce la reacción química entre el agua de licor verde y el oxido de calcio formando hidróxido de calcio

• El hidróxido de calcio reacciona con el carbonato de sodio produciendo por medio de fenómenos físicos la separación de hidróxido de sodio el cual forma parte del licor blanco en el proceso de cocción y carbonato de calcio que es enviado al horno de cal convirtiéndose nuevamente en oxido de calcio

Filtrado

• Los sólidos retirados por medios de bombas y por el mecanismo de rastrillo desde el área del apagador de cal son enviados al filtro de impurezas para recuperar las sales de sodio disueltas en el liquido.

• Las solución de filtrado con el producto químico recuperado, es retirado y retornado al estanque clarificador

Horno de Cal• La recuperación de los lodos de cal de la planta caustificadora, que están

constituidos principalmente por carbonato de calcio son convertidos en oxido de calcio o cal pura en el horno de cal la que es usada en la fabricación de licor blanco

• la reacción de calcinación es:El lodo cae desde el filtro de lodo al extremo de alimentación del horno, con el propósito de compensar las perdidas del materia del sistemaEl lodo pasa por tres zonas :

zona de secado : Equipada con cadenas de intercambio de calor.

zona de calor : Se conserva el calor que pasa a la sección de cadenas.

zona de calcinación : Donde el proceso bien controlado producirá de un 90% a 94 % de purezas altamente reactiva.

Caldera de Cal• Proceso de ionización: Las cenizas de los gases son atrapadas

por el precipitador electroestático, disminuyendo la emisión por medio de duchas de agua calentada y contaminada, las que ingresan al eliminador de gases por acción centrifuga.

• El gas limpio sale del precipitador electrostático directo a una chimenea que descarga los gases a la atmosfera.

Proceso de caustificación y horno de cal

Modelación caldera de recuperación

• El modelado de cada unidad está basado en leyes de conservación de materia, energía y cantidad de movimiento.

• Balance de materia:

• Balance de energía:

• Transmisión de calor:

• Balance cantidad de movimiento:

• Temperatura de la llama:

• Paredes del hogar:

• Gases de combustión:

• Tubos de la Sección Radiante:

• Agua que se evapora:

Balance de materia y energía hogar de la caldera

CALDERÍN DE VAPOR

• Balances de Materia:

• Flujo de agua en el evaporador:

• Balances de energía:Temario

Elementos de control en Calderas

Esquema básico de control de una caldera

Control de nivel CN4

FUNCIONES• Controlar el nivel de agua de una caldera,

utilizando una columna de cuatro electrodos : inferior, superior, extremo y masa.• Realizar el control de encendido y apagado de

la bomba.• Supervisar la existencia de agua.

Control de nivel CN4

• OPERACIÓN

Con la señal de los electrodos inferior y superior el CN4 comanda la salida de tensión que habilita el contactor de la bomba de agua. Con ambos electrodos mojados la bomba esta apagada. Con la señal del electrodo extremo controla las salidas de tensión que habilitan el resto

de los circuitos, (SALIDA 1 y SALIDA 2), y las salidas de alarma, (ALARMA 1 y ALARMA 2). Si el agua moja el electrodo extremo las salidas están habilitadas. Si el nivel del agua deja seco este electrodo, se deshabilitan las salidas y se activan las salidas de alarma, en caso de reposición del nivel, debe oprimirse el pulsador. El CN4 interrumpe ambos polos de tensión para el resto de los circuitos.

Control de nivel CN4

• CONEXION

Control de nivel CN4

• SENSORES:• Columna de electrodos. Tensión 17 Vca, aislados.

• Sensibilidad: menor a 10 kohm.

• Distancia máxima: 50 m.

• PULSADOR: normal cerrado (NC).

Control de encendido CC4N

• DESCRIPCION Controla las secuencias de encendido del quemador de una caldera con motor modulante en el registro de aire. FUNCIONAMIENTO Al recibir energía comienza la secuencia de encendido del quemador:

• Verifica motor modulante cerrado, (ordena el cierre si esta abierto) • Realiza un prebarrido de 10 segundos con motor modulante cerrado, 31 segundos con motor modulante abierto y 2 segundos con motor modulante cerrado. • Prende chispero y gas, 3 u 8 segundos según selección.

Supervisa la no existencia de llama durante el prebarrido. Permite realizar una rutina de apagado: cerrar el fuel, apagar el ventilador y cerrar el motor modulante.

Control de encendido CC4N

• CONEXION

Control de encendido CC4N

• SENSOR: Fotocelda Modelo: FDVT, recta o acodada• Pulsadores: Reinicio: PRS, normal abierto Apagado: PA, normal abierto• Extremos motor modulante: Motor modulante abierto: MAB Motor modulante cerrado: MCE

Control de llama Relé RL1

• FUNCION Supervisar la existencia de llama.

• OPERACION Con la llama establecida, los relés están excitados (C y NA unidos). Cuando detecta una falta de llama durante un lapso de tiempo mayor que un segundo, los relés se desactivan. El equipo detecta llama cuando la resistencia de la fotocelda está en el rango de 2,2 k Ohm, a 15 kOhm. La lógica de funcionamiento es positiva y por tanto los relés solo se activan al detectar llama. Ejemplos en que no se activan los relés: • Con el equipo apagado • Con cortocircuito en el cable de la fotocelda • Con circuito de fotocelda abierto

• APLICACIONES TIPICAS Protección de quemadores ante falta de llama.

Control de llama Relé RL1

• CONEXION

Control de llama Relé RL1

• SENSOR: • Fotocelda resistiva• Rango de resistencia: 2,2 a 500 kOhm• Rango de detección de luz: 550 a 650 nm• Temperatura máxima de operación: 45 ºC• Presentación: • Fijación frontal o lateral • Rosca de 3/4” • Largo del cable 2 m

Tablero de Emergencia

• FUNCIÓN

Tablero de botoneras que finalizan la operación de manera instantánea.

Está ubicado en terreno, en lugares estratégicos para que los operadores que realizan labores de mantención y pruebas de motores tengan un control de seguridad del proceso testeado en caso de emergencia.

ETAPA IVIntegrantes : Samuel Catriman.

Juan Carlos Aguilera.

Jorge Duran.

Daniel Guzmán.

Composición de Licor

NaOH

Hemi-celulos

aNa2S

Na2s = Sulfuro de SodioNA2SO4 = Sulfato de Sodio (sódico)NaOH = Hidróxido de Sodio

Tipo de evaporador

• En la celulosa se usan evaporadores flujo descendente múltiple efecto mixto.

• El objetivo es pasar de una concentración de sólidos del licor negro de un 15% a un 75%.

Entorno del Proceso de evaporación

Licor Negro Débil

Licor Negro Fuerte

Vapores contaminados

15% 75%

Filtro

ATMOSFERA

Variables de Control

• Controlar la concentración del licor involucra :

• Control flujo de licor .• Control de nivel de evaporadores.• Control Temperatura – presión - flujo vapor.• Control Temperatura inicial del licor.

Evaporación múltiple efecto

V

F

P,xPq2,x2

H1 H2 H3

q5,x5 q3,x3 q1,x1

q4,x4

VAPOR VIVO ( V en Kg./s)SOLUCION CONCENTRADA ( F,q2,q4,q6 en Kg/s )SOLUCION DILUIDA ( q1,q3,q5 en Kg/s)

Puntos Importantes

• Es parte fundamental del proceso de recuperación de residuos.

• Se aumenta la concentración de licor negro para su posterior quemado.

• El objeto de la operación de efectos múltiples consiste en mejorar la economía térmica global del proceso y no en aumentar la capacidad de la planta.

• Necesita de un complejo sistema de control multivariable.

AREA QUIMICA

Funcionamiento General

• Se recepcionan, almacenan y distribuyen los reactivos químicos correspondientes y se genera el Dióxido de Cloro que es utilizado posteriormente en el proceso de blanqueo.

Etapas en el Area Quimica

• Generador de ClO2

• Filtro

• Torre de Absorción

• Scrubber

Generador de ClO2

• Equipo donde se genera el ClO2 para su posterior utilización.

• Reactivos participantes: Metanol, Clorato de Sodio y Ácido Sulfúrico.

• El Clorato de Sodio reacciona junto al Metanol en una solución de Ácido sulfúrico, creándose el Dióxido de Cloro en estado gaseoso.

Filtro

• Realiza la separación de sólidos.• No existe transferencia de materia, existe

una separación de los distintos estados de agregación.

• Es aquí donde se consigue la separación de impurezas del flujo en el cual circulan los elementos en suspensión.

Torre de Absorción

• Recupera el Dióxido de Cloro de la corriente gaseosa que proviene del generador.

• Origina una solución acuosa diluida.• Este proceso permite un almacenamiento de

manera segura.

Scrubber

• Elimina algunas partículas de escape industrial.

• Basado en líquidos para lavar contaminantes no deseados.

Diagrama General del Proceso

Esquema del Proceso Pre Evaporadores

Esquema del Proceso Pre Blanqueo

Sensor Optek AF26

• Sensor de Absorción.• Fabricados con materiales resistentes a la

corrosión.• Asegura un control óptimo de la concentración

de la solución blanqueadora.• Mide la concentración de ClO2 en el flujo del

procesado gaseoso.

Sensor Optek AF26

Partes del Sensor

1) Cuerpo del Sensor

2) Ventanas

3) Divisor de Viga

4) Filtro 2

5) Detector 1

6) Filtro 1

7) Detector 2

8) Módulo óptico

9) Lámpara

Beneficios de Monitoreo del Area Quimica

• Mejora notoriamente el desempeño del generador.

• Dosificación optimizada de ClO2.• Mayor seguridad de la planta• Mejor control en el proceso.

Efluentes en el Proceso

Químico

POA

O3 H2O2 UV

Ozono como oxidante Peróxido de

hidrogeno

Radiaciónultravioleta

Procesos oxidativos avanzados

Tratamientos de Efluentes

Digestión de astillas +

NaOH/Na2SPulpaje Kraft

Solubilizar la lignina

mezcla

Efluentes

Blanqueado

Fenoles clorados

Reacción lignina residual

Mezcla de cloro y dióxido de

cloro

Efluentes 10m3 / ton

pulpaBioacumulables,

tóxicos y con alto potencial carcinogénico

Volumen de efluente generado es menor que en el proceso Kraft, a pesar de eso en esta etapa se forman los compuestos de mayor peligrosidad.

Aspectos positivos y negativos en la utilización de los procesos oxidativos avanzados para el

tratamiento de efluentes

• No transfieren de fase los contaminantes (como ocurre en las técnicas de membranas, carbón activado, entre otras), pero si transforman químicamente los compuestos.

• Pueden formar subproductos de reacciones indeseables en algunos casos.

• Poseen potencial para transformar productos refractarios en compuestos biodegradables.

• Necesitan, en algunos procesos, de tiempos de reacción grandes.

• Usualmente no hay generación de lodo.

• Los costos de inversión y operación pueden ser elevados.

• Pueden proporcionar mineralización completa de algunos contaminantes.

• Es necesario mano de obra especializada.

• En algunos casos, consumen menos energía que otros métodos (por ejemplo, en comparación con la incineración).

Temario