Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
-
Upload
kevin-traynor -
Category
Documents
-
view
226 -
download
0
Transcript of Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
1/23
Industrias de Papel y Celulosa
Final 1
1.
Mencionar los 3 principales componentes químicos de la madera e indicar los
correspondientes destinos a través de los procesos de pulpado (sin blanqueo)
a. Químico Kraft
b. Mecánico
Los tres principales componentes químicos de la madera son:
Celulosa: es un polímero presente en la pared de las fibras, alrededor de un 40-
50% de la composición total
Hemicelulosa: también es un polímero presente en la pared de las fibras. Su
porcentaje es de 25 a 30%. Las hemicelulosas son fácilmente degradadas y
disueltas (en comparación con la celulosa), por lo que su porcentaje es siempre
menor en la pulpa que en la madera original.Lignina: es un polímero en red. Alrededor del 30% en pino, en otras maderas 20%.
Su papel principal es formar la lámina media (en el exterior de las fibras) que une
las fibras entre sí. Una parte adicional de la lignina está contenida también en la
pared de la fibra junto con la celulosa.
En síntesis:
Celulosa (40-50%) y hemicelulosa (25-30%) Pared de las fibras
Lignina (20-30%) Exterior de la pared y espacio entre fibras
Destinos a través de los siguientes procesos de pulpado:
Químico Kraft: el ataque alcalino que se realiza en la cocción de las astillas de
madera causa una rotura de la molécula de lignina en fragmentos más pequeños
(disolución masiva de lignina), cuyas sales de sodio son solubles en licor de
cocción. Este ataque apunta a disolver la lignina pero protegiendo la celulosa. Por
lo general se elimina alrededor del 80% de la lignina, 20% de la celulosa y 50% de
hemicelulosa.
Madera: 1tn Pulpa remanente (seca)
Lignina 30% 300kg 60kg
Celulosa 40% 400kg 320kg
Hemicelulosa 30% 300kg 150kg
Los 470kg que se perdieron quedaron en el licor negro (además de los reactivos).
Los mismos van como combustible a una caldera.
Mecánico: en el proceso mecánico no se produce la deslignificación, sino que lo
que se producen son trozos de fibras. Este método tiene un rendimiento
aproximado del 90%, mientras que el anterior (Kraft) ronda el 40-50%
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
2/23
2.
Indicar el tipo de unión existente entre las fibras que constituyen la estructura de los
papeles. Mencionar las etapas del proceso de fabricación en las cuales comienzan a
desarrollarse y se consolidan.
El tipo de unión entre las fibras es mediante puentes de hidrógeno. A continuación se
presenta un gráfico mostrando dichas uniones:
Etapas del proceso de fabricación en las cuales comienzan a desarrollarse y se consolidan
las uniones:
Refinado: El refinado es la operación en la preparación de la pasta por la cual,
mediante la acción de un trabajo mecánico y en presencia de un medio acuoso
(agua), se modifica la morfología de las fibras y su estructura físico-química. El
objetivo es desarrollar o modificar las fibras de una forma óptima para los
requerimientos específicos de cada papel.
Hinchamiento Hidratación Refinación
Refinación independiente de FL y FC Mezcla de FL y FC después del refino
refinación final de ajuste (FC Fibra corta, FL fibra larga)
Los efectos del refinado se resumen en:
o
Eliminación de la pared primaria, formación de partículas de fibras o
“finos”
o Penetración de agua en la pared celular
o Rotura de algunos enlaces de puente de hidrógeno intra-fibra;
reemplazamiento por enlaces de puente de hidrógeno fibra-aguao Aumento de la flexibilidad de la fibra
o Fibrilación externa y defollación
o Acortamiento de fibras
Luego de la mezcla y antes de la depuración fina, se agrega agua clarificada
(disolución)
3.
Describir los procesos utilizados para el blanqueo de pulpas
a.
Químicas Kraft
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
3/23
b.
Mecánicas
Justificar las diferencias
Para las pulpas obtenidas en el proceso Kraft (pulpa química) se realiza un blanqueo que
remueva la lignina residual en las fibras y la oxidación de los grupos cromóferos
remanentes en las fibras. Se obtiene así una alta blancura y bajos niveles de reversión deblancura. Las etapas pueden ser O-D-E-P (oxígeno - preblanqueo, dióxido de cloro,
extracción alcalina y peróxido de hidrógeno).
Para las pulpas mecánicas se realiza solamente la oxidación de los grupos cromóferos en
las fibras, sin remoción significativa de la lignina. Se obtiene menor grado de blancura, y
puede haber reversión de blancura. El aspecto óptico del papel se mejora en 2 etapas: la
primera con peróxido y la segunda con hidrosulfito de sodio.
La diferencia básicamente se encuentra en que en un proceso es necesario remover toda o
casi toda la lignina para obtener una alta blancura permanente, mientras en otros casos
esto no es necesario pues incrementaría altamente los costos y también puede cambiar las
propiedades del papel.
4.
Indicar los objetivos y el principio de operación del equipamiento conocido como
“caldera de recuperación” en el proceso de pulpado químico Kraft
El horno/caldera de recuperación constituye el corazón del proceso de recuperación Kraft
y tiene las siguientes funciones esenciales:
Evaporación de la humedad residual de los sólidos del licor
Quemar los constituyentes orgánicos con una eficiencia máxima de combustión
Suministrar calor para la generación de vapor
Reducir los compuestos oxidados de azufre a sulfuro
Recuperar los productos químicos orgánicos del salino fundido
Acondicionar los productos de combustión para minimizar los arrastres de
productos químicos
Principio de operación: El licor negro recogido del digestor y el “papel pardo” de los
lavaderos contienen sustancias orgánicas disueltas cuya composición química exacta
depende de las características de la especie de la madera y de las condiciones de la
cocción. El licor se concentra por evaporación hasta que su contenido en agua es inferior
al 40 %, y se pulveriza en la caldera de recuperación. La parte orgánica se consume como
combustible, generando calor que se recupera en la parte superior del horno en forma de
vapor a elevada temperatura. La parte inorgánica no quemada se recoge en el fondo de la
caldera como una mezcla fundida. El fundido fluye fuera del horno y se disuelve en una
solución cáustica débil, obteniéndose un “licor verde” que contiene principalmente Na2S
disuelto y carbonato sódico (Na2CO3). Este licor se bombea a una planta de
recaustificación, donde se clarifica y entonces reacciona con cal apagada (Ca(OH)2),
formando NaOH y carbonato cálcico (CaCO3). El licor blanco se filtra y se almacena para su
ulterior uso. El CaCO3 se envía a un horno de cal, donde se calienta para regenerar cal viva
(CaO).
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
4/23
La caldera de recuperación, además de contener las principales secciones de recuperación
de calor, puede considerarse que está formada por tres zonas distintas: una zona de
secado donde el licor se quema, una zona de reducción en el fondo, y una zona de
oxidación en la zona superior en la que hay una alta turbulencia.
5. Mencionar 2 tipos de pulpa, en cuanto a madera y proceso de pulpado de c/u,
adecuadas para la producción de papel para diarios con dos componentes de materia
prima fibrosa en relaciones 90% y 10% en peso. Justificar la selección en cada caso.
Los requerimientos funcionales del papel periódico son un buen comportamiento en
máquina, imprimabilidad, buen aspecto general y bajo precio.
La composición del papel periódico es una mezcla de pulpa mecánica (90%) y pulpa
química ligeramente refinada (10%). El único aditivo general es el colorante azul-violeta
para matizar el color amarillo natural de la mayoría de las pulpas mecánicas. Se utilizan
fibras largas (por lo general de pino).
La pulpa mecánica aporta propiedades valiosas al papel periódico, todas relacionadas con
la imprimabilidad por ejemplo absorbencia, mano, compresibilidad, opacidad,
formación.
Las propiedades de resistencia de la pulpa mecánica son normalmente insuficientes para
producir una hoja que se comporte bien en las prensas de impresión. Cuando la única
pulpa mecánica usada es pulpa mecánica de muela, el papel se refuerza normalmente con
hasta el 30% de pulpa química, sulfito o crudo, o Kraft semiblanqueada. Aunque da al
papel periódico mayor resistencia, la pulpa química también afecta adversamente a las
características de impresión.
El principal factor que afecta a la rentabilidad de la máquina de papel periódico es la
proporción relativa de pulpas mecánicas y químicas en la composición. La pulpa Kraftsemiblanqueada es aproximadamente dos veces más costosa que la pulpa mecánica de
muela.
6.
En un proceso de fabricación de papel para corrugado a partir de material recuperado
(reciclado) es necesario incrementar la resistencia mecánica a la tracción del producto
final. Mencionar dos medios diferentes que es posible aplicar en la sección de
preparación de pasta sin modificar el tipo de reciclado en uso para lograr dicho
aumento. Justificar las opciones elegidas.
Le agregaría un aditivo para resistencia en seco como ser el almidón. Parece ser que
también se le agrega latex. Luego le haría un refinado para aumentar la resistencia
mecánica.
7. Mencionar y describir el principio de funcionamiento de dos elementos diferentes
utilizados normalmente para la remoción de agua en sistemas de formación de papel de
“mesa plana” (tipo Fourdrinier)
En los primeros metros de la mesa, el agua se elimina pasando libremente a través de la
tela por efecto de su propio peso (fuerza de gravedad) y por la pequeña depresión que
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
5/23
crean algunos elementos de la mesa denominados foils. Las fibras quedan retenidas en la
parte superior de la tela.
Cuando ya no es posible eliminar más agua por medio de la fuerza de gravedad, se utilizan
elementos de vacio que, mediante el efecto de una fuerza aspirante, eliminan el agua que
hubiera quedado entre las fibras. Dichos elementos son los “vacumfoils”.
8.
Indicar de qué se trata y cómo se originan las características de los papeles conocidascomo
a.
Doble cara
Hay dos opciones de ver este punto. Una es que el papel tiene dos caras que son
distintas, debido a que la malla o tela succiona el agua desde abajo, produciendo
en esa cara una superficie más rugosa al llevarse los finos. Por ende la cara
superior y la inferior tendrían distintas rugosidades.
La otra opción de ver esta pregunta es que se quiera lograr que ambas caras sean
iguales o por lo menos más uniformes. Para este caso, la suspensión fibrosa se
descarga entre dos mallas que la sujetan; se extrae agua por ambas telas y se
reduce la diferencia entre cada cara. Es decir, las hace más parejas.
Se utiliza una máquina de doble tela (en vez de la mesa tradicional de Fourdrinier).
En este tipo de mesa, las dos caras de la hoja están en contacto con la tela. En este
caso es posible dirigir el desagote del agua tanto hacia arriba como hacia abajo con
ayuda de cajas aspirantes. De esta forma se obtiene una hoja más simétrica y con
las dos caras más igualadas.
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
6/23
b.
Dirección de fibras - MD
El papel tiene mayor resistencia en el sentido del largo de la bobina que en el del
ancho, debido a que sus fibras toman en la máquina continua la dirección de la
bobina. El sentido o dirección de la fibra es un detalle importantísimo que hay que
considerar siempre en el papel destinado a ediciones, sobre todo si se ha de
imprimir en offset. Las fibras se entrecruzan formando la estructura del papel y
toman la dirección de la cinta continua, lo que impide una formación regular de
esa trama. Entonces sucede que el papel adquiere más resistencia en el sentido de
la dirección de la fibra.
9.
Para el sistema de prensado en húmedo de una máquina de papel convencional
a.
Describir objetivos y principio de funcionamiento
Los principales objetivos del prensado son eliminar el agua y consolidar la hoja.
Otros objetivos pueden ser suministrar lisura superficial, reducir la mano, y
promover mayor resistencia de la hoja húmeda para una mejor conducción en la
sequería. Es una extensión del proceso de eliminación de agua que comenzó en lamesa. Es mucho más económico eliminar agua por medios mecánicos que
mediante evaporación.
Las fibras son forzadas a un contacto íntimo para que durante el secado se
desarrolle buenos enlaces entre las fibras. El prensado húmedo de la hoja de papel
se realiza en contacto con un fieltro entre dos rodillos en la zona de prensado. La
hoja y el fieltro son prensados entre dos rodillos giratorios.
Primero se realiza la compresión: el aire sale de la hoja y del fieltro hasta que la
hoja está saturada. Luego, el aumento de la presión hidráulica provoca un
movimiento del agua del papel al fieltro. En la siguiente fase, la zona de prensado
se expande hasta que la presión del fluido en el papel se anula; esto corresponde
al punto de máxima sequedad del papel en la zona de prensado.
El requisito más importante en el diseño de una prensa es facilitar el camino más
corto al agua que sale de la zona de prensado.
b. Dibujar un croquis indicando los elementos principales del dispositivo y el
movimiento del papel a través de él
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
7/23
10.
Para el sistema de secado con cilindros de una máquina de papel convencional
a.
Describir objetivos y principio de funcionamiento
El objetivo de la sequería es evaporar la humedad residual de la hoja prensada de
un modo eficiente y con un bajo consumo de vapor.
La sequería es la parte más costosa de la máquina de papel respecto a costos de
inversión y funcionamiento. Es importante prestar atención a tres criterios: tasa de
evaporación, economía de vapor y uniformidad de evaporación en la dirección
transversal de la máquina.
La hoja de papel húmeda que sale de la sección de prensas conteniendo 60% de
humedad se pasa sobre una serie de cilindros calentados con vapor (1,5-1,8m de
diámetro), donde se evapora el agua y es llevada al exterior mediante aire de
ventilación. La hoja húmeda se mantiene ajustada contra los cilindros mediante
una tela sintética y permeable denominada tela (o fieltro) secadora. Al estar seco
se espera que el papel contenga aproximadamente 6% de agua, o 94% de fibra
seca.
El secado del papel se produce en dos fases: en la primera, la hoja toma calor
sensible mientras está en contacto con el secador. En la segunda, la hoja
desprende vapor en el tiro abierto entre los secadores superiores e inferiores, loque produce un enfriamiento espontáneo de la hoja y le permite volver a tomar
calor sensible de nuevo.
El calor para la evaporación de humedad proviene del vapor que condensa en el
interior de los cilindros secadores. El calor liberado por el vapor que condensa es
denominado “calor latente”.
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
8/23
En síntesis, el secado consiste en una batería de cilindros huecos herméticos de
acero, calefaccionados por vapor. OJO! No entra en contacto con la hoja. El vapor
calefacciona las paredes de los cilindros. Los cilindros no son perforados.
b. Dibujar un croquis indicando los elementos principales del dispositivo y el
movimiento del papel a través de él (cubrir cuatro unidades consecutivas de una
batería convencional)
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
9/23
Final 2
1.
Describir en forma comparativa los procesos de pulpado químico Kraft, semiquímico (al
Sulfito Neutro o “NSSC”) y mecánico, incluyendo:
Características de la acción sobre la madera
Reactivos
Equipamiento principal
Proceso de blanqueo
Indicar en forma comparativa y justificando en cada caso:
Rendimiento de pulpado
Propiedades de las pulpas
Costos de las pulpas
Kraft Semiquímico/NSSC Mecánico
Características de la
acción sobre la
madera
-Descortezado
-Chipeado
-Clasificación de
chips
-Digestión: proceso
químico que
provoca disolución
masiva de lignina
pero protegiendo la
celulosa
-Lavado
-Descortezado
-Parcial
ablandamiento de
las astillas con
productos químicos
(sulfonación,
hidrólisis)
-Refinado mecánico
-Descortezado
-Las astillas se
obtienen por
medios
mecánicos, por
ejemplo
comprimiendo los
troncos de madera
contra una piedra
desfibradora en
rotación
Reactivos NaOH; Na2S -Sulfito de sodio
(Na2SO3)
-Carbonato obicarbonato de sodio
----------------
Equipamiento
principal
-Descortezadora de
tambor
-Astilladora de
volante
-Digestor Kamyr
-Recuperadora de
reactivos (en
caldera de
recuperación)
-Lavadora a vacio detambor rotatorio
-Descortezadora de
tambor
-Incorporación de
químicos para
ablandamiento
-Acción mecánica en
refinadores de disco
-Descortezadora
-Muela
desfibradora /
refinadora de
discos
Proceso de
blanqueo
O-D-E-P
Deslignificación y
oxidación de los
grupos cromóferos
remanentes
Oxidación de los grupos cromóferos.
Posibilidad de mejorar aspecto óptico con
aditivos
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
10/23
Rendimiento de
pulpado
50%
Pierde lignina, parte
de la celulosa y
hemicelulosa
70-80%
Pierde material
inicial pero en menor
cantidad que el
químico
Aprox 90%
No pierde lignina
ni otros
componentes en
gran cantidad
Propiedades de las
pulpas
-Papeles resistentes
-Pulpa color marron
-Baja lignina
-Fibras más flexibles
-Mayor desarrollo
de uniones
La calidad de la
pulpa es muy
superior a la
mecánica, puede ser
empleada en la
producción de
papeles de altas
exigencias de
resistencia mecánica
-Buena resistencia a
la tracción y al
reventamiento-Muy buena rigidez
-Mayor lignina
-Más lignina
-Más opacidad
- Mayor
imprimabilidad
-Menor resistencia
mecánica
-Menor desarrollo
de uniones
-Menor calidad de
papel (astillas)
-Fibras más rígidas
Costos de las pulpas Menor rendimiento
pues extraigo
químicamente la
sustancia que
mantiene unidas las
fibras (lignina)
+complejidad de
instalaciones
+costoUso de químicos
Alto
El consumo
energético total es
ligeramente superior
al del proceso
mecánico y el
rendimiento es
inferior 70% vs 90%
Es necesario gastar
en químicosSe necesita
maquinaria más
compleja
Medio
Mayor
rendimiento
Menor costo
Menor
complejidad de
instalaciones
Bajo
2.
Indicar los objetivos, principio de funcionamiento (incluir transformaciones que se
producen) y esquema detallando el ingreso y salida de materiales, para los siguientes
equipos / operaciones:
Refinación de pulpa (en fabricación de papel)
Refinado: El refinado es la operación en la preparación de la pasta por la cual,
mediante la acción de un trabajo mecánico y en presencia de un medio acuoso
(agua), se modifica la morfología de las fibras y su estructura físico-química. El
objetivo es desarrollar o modificar las fibras de una forma óptima para los
requerimientos específicos de cada papel.
Hinchamiento Hidratación Refinación
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
11/23
Refinación independiente de FL y FC Mezcla de FL y FC después del refino
refinación final de ajuste (FC Fibra corta, FL fibra larga)
Los efectos del refinado se resumen en:
i.
Eliminación de la pared primaria, formación de partículas de fibras o
“finos”
ii.
Penetración de agua en la pared celular
iii.
Rotura de algunos enlaces de puente de hidrógeno intra-fibra;
reemplazamiento por enlaces de puente de hidrógeno fibra-agua
iv.
Aumento de la flexibilidad de la fibra
v.
Fibrilación externa y defollación
vi.
Acortamiento de fibras
Tipos de refinadores:
Refinadores cónicos: el cono rotativo (rotor) y su carcasa (estator) están
provistos de cuchillas metálicas orientadas en sentido longitudinal. Las
fibras fluyen paralelamente a las cuchillas. La posición del cono determinael entrehierro entre las cuchillas y controla la cantidad de trabajo
suministrada a las fibras
Refinadores de disco: Se componen de discos giratorios entre los cuales
discurre la pulpa. Sus ventajas son: menores requerimientos de energía,
permiten uso de mayores consistencias, y de mayores cargas aplicadas;
tienen diseño más compacto, requieren menos espacio, tienen menor
mantenimiento y requieren menor inversión de capital
Prensas húmedas (fabricación de papel)
Los principales objetivos del prensado son eliminar el agua y consolidar la hoja.
Otros objetivos pueden ser suministrar lisura superficial, reducir la mano, ypromover mayor resistencia de la hoja húmeda para una mejor conducción en la
sequería. Es una extensión del proceso de eliminación de agua que comenzó en la
mesa. Es mucho más económico eliminar agua por medios mecánicos que
mediante evaporación.
Las fibras son forzadas a un contacto íntimo para que durante el secado se
desarrolle buenos enlaces entre las fibras. El prensado húmedo de la hoja de papel
se realiza en contacto con un fieltro entre dos rodillos en la zona de prensado. La
hoja y el fieltro son prensados entre dos rodillos giratorios.
Primero se realiza la compresión: el aire sale de la hoja y del fieltro hasta que la
hoja está saturada. Luego, el aumento de la presión hidráulica provoca un
movimiento del agua del papel al fieltro. En la siguiente fase, la zona de prensado
se expande hasta que la presión del fluido en el papel se anula; esto corresponde
al punto de máxima sequedad del papel en la zona de prensado.
El requisito más importante en el diseño de una prensa es facilitar el camino más
corto al agua que sale de la zona de prensado.
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
12/23
Secado de hoja húmeda en máquina de papel
El objetivo de la sequería es evaporar la humedad residual de la hoja prensada de
un modo eficiente y con un bajo consumo de vapor.
La sequería es la parte más costosa de la máquina de papel respecto a costos de
inversión y funcionamiento. Es importante prestar atención a tres criterios: tasa de
evaporación, economía de vapor y uniformidad de evaporación en la dirección
transversal de la máquina.
La hoja de papel húmeda que sale de la sección de prensas conteniendo 60% dehumedad se pasa sobre una serie de cilindros calentados con vapor (1,5-1,8m de
diámetro), donde se evapora el agua y es llevada al exterior mediante aire de
ventilación. La hoja húmeda se mantiene ajustada contra los cilindros mediante
una tela sintética y permeable denominada tela (o fieltro) secadora. Al estar seco
se espera que el papel contenga aproximadamente 6% de agua, o 94% de fibra
seca.
El secado del papel se produce en dos fases: en la primera, la hoja toma calor
sensible mientras está en contacto con el secador. En la segunda, la hoja
desprende vapor en el tiro abierto entre los secadores superiores e inferiores, lo
que produce un enfriamiento espontáneo de la hoja y le permite volver a tomarcalor sensible de nuevo.
El calor para la evaporación de humedad proviene del vapor que condensa en el
interior de los cilindros secadores. El calor liberado por el vapor que condensa es
denominado “calor latente”.
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
13/23
En síntesis, el secado consiste en una batería de cilindros huecos herméticos de
acero, calefaccionados por vapor. OJO! No entra en contacto con la hoja. El vapor
calefacciona las paredes de los cilindros. Los cilindros no son perforados.
3.
Mencionar las materias primas fibrosas (tipo de fibra y proceso) y no fibrosas y los
tratamientos especiales necesarios a utilizar en la fabricación de los siguientes tipos de
papel, con altos niveles para las propiedades que se indican:
Papel obra para impresión: opacidad, resistencia al desprendimiento superficial,
lisura
Utilizo pulpa química blanqueada
Fibras cortas en su mayoría 80%
Fibras largas de 10 a 20% (10% si proviene de caña de azúcar)
Para la opacidad: le agrego cargas minerales, 10%. CaCO3
Para la lisura le hago un prensado o alisado y si es necesario un estucado para una
lisura superior (le da mayor lisura, mejor imprimabilidad y mejora las propiedades
ópticas)
Para el desprendimiento superficial le hago un encolado superficial (reduce el
arranque superficial y la formación de pelusa y polvo)
Papeles para bolsas, a partir de reciclado: resistencia mecánica, resistencia a laabsorción de agua
Tipo de pulpa: Reciclado
Para la resistencia mecánica le agrego un aditivo para resistencia en seco
(almidón) y le hago un refinado
Para la resistencia a la absorción de agua le agrego encolante.
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
14/23
Final 3
1.
Operaciones: Para cada una de las operaciones detalladas a continuación indicar:
Objetivo
Equipamiento principal utilizado (descripción somera, esquema, ingreso y salida
de materiales)
Mecanismos principales que intervienen para alcanzar el objetivo
En fabricación de pulpa (proceso químico Kraft)
Digestión continua
Objetivo: disolver químicamente la lignina a través de la cocción de las astillas y los
reactivos en solución acuosa en un reactor que puede funcionar por lotes o de
forma continua
Principio de operación: Para la digestión continua se utiliza el Digestor Kamyr (de
flujo vertical). Es el más ampliamente utilizado. Las astillas de madera son
alimentadas desde una tolva a través de un medidor de astillas volumétrico y unalimentador rotativo de baja presión a un recipiente de prevaporizado. Un tornillo
que gira lentamente conduce las astillas a través del recipiente de vaporizado
horizontal, en donde el vapor precalienta las astillas y elimina el aire y los
incondensables. Las astillas caen en un conducto conectado al alimentador de alta
presión. El alimentador consiste en un elemento rotativo con una serie de bolsas
alternadas que recogen las astillas; cuando una bolsa cargada se ha desplazado
90º, las astillas son recogidas por el licor de cocción y transportadas a la entrada
del digestor. Cuando las astillas entran en el digestor, han absorbido una cantidad
suficiente de álcali que les permite moverse hacia abajo por gravedad a través del
espacio lleno de licor en la parte superior del digestor, hasta que sedimentan
sobre la masa de astillas, la cual se mueve hacia abajo.
La primera zona, en la parte superior del digestor, permite la impregnación de las
astillas durante alrededor de 45 minutos a temperaturas que van de 105 a 130ºC.
En la zona de calentamiento la temperatura se eleva aún más. Cuando toda la
masa está a la temperatura de cocción, la tercera zona suministra un tiempo de
retención suficiente para que se completen las reacciones de pulpeado.
La reacción de pulpeado es parada por desplazamiento del licor residual caliente
con licor diluido de “lavado” introducido más abajo, que se mueve a
contracorriente del flujo de astillas con objeto de efectuar un lavado por difusión.
En el fondo, la pulpa es dispersada continuamente mediante palas que giran
lentamente.
La velocidad de producción en el digestor Kamyr es controlada por el medidor de
astillas volumétrico.
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
15/23
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
16/23
Lavado
La pulpa cruda procedente de los digestores debe ser lavada para conseguir los
siguientes objetivos: eliminar el licor residual que contaminaría la pulpa en las
etapas subsiguientes del proceso y recuperar la máxima cantidad de productos
químicos gastados en la cocción con la mínima dilución. En síntesis, se espera
separar el licor negro y lavar la pulpa que proviene del tanque de descarga. La
maquinaria más común es el lavador rotativo con vacío.
Principio de operación: Consiste en un cilindro o tambor recubierto de una tela
(metálica o textil) que gira en una tina que contiene la suspensión de pulpa. Se
aplica el vacío a medida que el tambor se sumerge en la pulpa. Se forma un manto
espeso de pulpa que se adhiere a la tela a medida que emerge de la tina. Agua de
lavado es aplicada para desplazar el licor negro de la hoja mientras el tambor
continua su rotación. Finalmente, el vacío se corta y la pulpa lavada se elimina del
tambor. La eficiencia media de estos equipos es de alrededor del 80%: se
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
17/23
requieren tres o cuatro estadios para alcanzar una eliminación satisfactoria de
alrededor del 99% de los sólidos.
Sistema de recuperación de reactivos (objetivos en forma global e indicar el
equipamiento principal utilizado)
El horno/caldera de recuperación constituye el corazón del proceso de
recuperación Kraft y tiene las siguientes funciones esenciales:
Evaporación de la humedad residual de los sólidos del licor
Quemar los constituyentes orgánicos con una eficiencia máxima de
combustión
Suministrar calor para la generación de vapor
Reducir los compuestos oxidados de azufre a sulfuro
Recuperar los productos químicos orgánicos del salino fundido
Acondicionar los productos de combustión para minimizar los arrastres de
productos químicos
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
18/23
Principio de operación: El licor negro recogido del digestor y el “papel pardo” de
los lavaderos contienen sustancias orgánicas disueltas cuya composición química
exacta depende de las características de la especie de la madera y de las
condiciones de la cocción. El licor se concentra por evaporación hasta que su
contenido en agua es inferior al 40 %, y se pulveriza en la caldera de recuperación.
La parte orgánica se consume como combustible, generando calor que se recuperaen la parte superior del horno en forma de vapor a elevada temperatura. La parte
inorgánica no quemada se recoge en el fondo de la caldera como una mezcla
fundida. El fundido fluye fuera del horno y se disuelve en una solución cáustica
débil, obteniéndose un “licor verde” que contiene principalmente Na2S disuelto y
carbonato sódico (Na2CO3). Este licor se bombea a una planta de recaustificación,
donde se clarifica y entonces reacciona con cal apagada (Ca(OH)2), formando
NaOH y carbonato cálcico (CaCO3). El licor blanco se filtra y se almacena para su
ulterior uso. El CaCO3 se envía a un horno de cal, donde se calienta para regenerar
cal viva (CaO).
La caldera de recuperación, además de contener las principales secciones derecuperación de calor, puede considerarse que está formada por tres zonas
distintas: una zona de secado donde el licor se quema, una zona de reducción en el
fondo, y una zona de oxidación en la zona superior en la que hay una alta
turbulencia.
En fabricación de papel
Refinación de pulpa
Refinado: El refinado es la operación en la preparación de la pasta por la cual,
mediante la acción de un trabajo mecánico y en presencia de un medio acuoso
(agua), se modifica la morfología de las fibras y su estructura físico-química. Elobjetivo es desarrollar o modificar las fibras de una forma óptima para los
requerimientos específicos de cada papel.
Hinchamiento Hidratación Refinación
Refinación independiente de FL y FC Mezcla de FL y FC después del refino
refinación final de ajuste (FC Fibra corta, FL fibra larga)
Los efectos del refinado se resumen en:
i.
Eliminación de la pared primaria, formación de partículas de fibras o
“finos”
ii.
Penetración de agua en la pared celulariii.
Rotura de algunos enlaces de puente de hidrógeno intra-fibra;
reemplazamiento por enlaces de puente de hidrógeno fibra-agua
iv.
Aumento de la flexibilidad de la fibra
v.
Fibrilación externa y defollación
vi.
Acortamiento de fibras
Tipos de refinadores:
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
19/23
Refinadores cónicos: el cono rotativo (rotor) y su carcasa (estator) están
provistos de cuchillas metálicas orientadas en sentido longitudinal. Las
fibras fluyen paralelamente a las cuchillas. La posición del cono determina
el entrehierro entre las cuchillas y controla la cantidad de trabajo
suministrada a las fibras
Refinadores de disco: Se componen de discos giratorios entre los cualesdiscurre la pulpa. Sus ventajas son: menores requerimientos de energía,
permiten uso de mayores consistencias, y de mayores cargas aplicadas;
tienen diseño más compacto, requieren menos espacio, tienen menor
mantenimiento y requieren menor inversión de capital
Prensado de hoja húmeda
Los principales objetivos del prensado son eliminar el agua y consolidar la hoja.
Otros objetivos pueden ser suministrar lisura superficial, reducir la mano, y
promover mayor resistencia de la hoja húmeda para una mejor conducción en la
sequería. Es una extensión del proceso de eliminación de agua que comenzó en la
mesa. Es mucho más económico eliminar agua por medios mecánicos quemediante evaporación.
Las fibras son forzadas a un contacto íntimo para que durante el secado se
desarrolle buenos enlaces entre las fibras. El prensado húmedo de la hoja de papel
se realiza en contacto con un fieltro entre dos rodillos en la zona de prensado. La
hoja y el fieltro son prensados entre dos rodillos giratorios.
Primero se realiza la compresión: el aire sale de la hoja y del fieltro hasta que la
hoja está saturada. Luego, el aumento de la presión hidráulica provoca un
movimiento del agua del papel al fieltro. En la siguiente fase, la zona de prensado
se expande hasta que la presión del fluido en el papel se anula; esto corresponde
al punto de máxima sequedad del papel en la zona de prensado.
El requisito más importante en el diseño de una prensa es facilitar el camino más
corto al agua que sale de la zona de prensado.
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
20/23
Secado
El objetivo de la sequería es evaporar la humedad residual de la hoja prensada de
un modo eficiente y con un bajo consumo de vapor.
La sequería es la parte más costosa de la máquina de papel respecto a costos de
inversión y funcionamiento. Es importante prestar atención a tres criterios: tasa de
evaporación, economía de vapor y uniformidad de evaporación en la dirección
transversal de la máquina.
La hoja de papel húmeda que sale de la sección de prensas conteniendo 60% dehumedad se pasa sobre una serie de cilindros calentados con vapor (1,5-1,8m de
diámetro), donde se evapora el agua y es llevada al exterior mediante aire de
ventilación. La hoja húmeda se mantiene ajustada contra los cilindros mediante
una tela sintética y permeable denominada tela (o fieltro) secadora. Al estar seco
se espera que el papel contenga aproximadamente 6% de agua, o 94% de fibra
seca.
El secado del papel se produce en dos fases: en la primera, la hoja toma calor
sensible mientras está en contacto con el secador. En la segunda, la hoja
desprende vapor en el tiro abierto entre los secadores superiores e inferiores, lo
que produce un enfriamiento espontáneo de la hoja y le permite volver a tomarcalor sensible de nuevo.
El calor para la evaporación de humedad proviene del vapor que condensa en el
interior de los cilindros secadores. El calor liberado por el vapor que condensa es
denominado “calor latente”.
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
21/23
En síntesis, el secado consiste en una batería de cilindros huecos herméticos de
acero, calefaccionados por vapor. OJO! No entra en contacto con la hoja. El vapor
calefacciona las paredes de los cilindros. Los cilindros no son perforados.
2.
Dibujar un esquema del sistema de formación del papel en una máquina tipo Fourdrinier
(sólo la mesa), indicando los elementos principales que lo componen, la función y
principio de operación de cada uno.
En la mesa de Fourdrinier se inicia a formar la hoja. En la misma se espera remover el agua
de la suspensión fibrosa y formar un entramado de fibras y partículas pequeñas (“finos”).
Los objetivos de la misma se pueden plantear como:
Remoción de agua Consolidación de la estructura de la hoja (aproximación de partículas
Distribución uniforme de partículas en la hoja
Retención de partículas en la hoja
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
22/23
-
8/18/2019 Resumen Industrias de Papel y Celulosa FIUBA
23/23
Los elementos que la componen son: ver apunte parte 2 máquina de papel
Malla o “tela”
i.
Permeabilidad al líquido (drenaje)
ii.
Retención de partículas
iii.
Soporte de la hoja húmeda
iv.
Transporte de la hoja húmeda
Rodillo de pecho o cabeza
Forming board
Hydrofoils
Rodillos de drenaje
Cajas de vacío
Rodillo de succión
Rodillo de retorno
Rodillos tensores