Papel y celulosa

Materiales. Fabricación. Proceso. Bagazo de caña. Sosa. Fraccionamiento. Blanqueo

  • Enviado por: Rafael Rivas
  • Idioma: castellano
  • País: México México
  • 12 páginas
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CELULOSA Y PAPEL

EL PAPEL Y SU HISTORIA

La fabricación de la pulpa para el papel es por decirlo así, una de las industrias más antiguas y grande del mundo; debido a los múltiples usos dados tanto a la pulpa como al mismo papel. Antes de que se inventara el papel, el hombre esculpía sus anotaciones en piedras, y escribía en lapidas de arcilla, papiro y pergamino. El papiro fue por decirlo así el precursor del papel y antes sé hacia en Egipto desde épocas muy remotas. La fabricación de papiro sé hacia descortezando las fibras gruesas de la planta de papiro y dejándolas entrecruzadas sobre una superficie dura y lisa, y comprimiéndolas hasta formar una hoja. La superficie de dicho papel o papiro se alisaba frotándolo con un marfil o con una piedra. En la actualidad existen muchos manuscritos hechos en papiro o como fue llamada la primera forma del papel. Como también en pergaminos a los cuales se hacían de la piel de animales, y el cual en la actualidad encuentran algún uso.

El descubrimiento del arte de fabricación del papel, según se cuenta pertenece a los chinos; aunque no se conoce la fecha exacta de este descubrimiento. Muchos historiadores aproximan la fecha exacta al año 105 de la era cristiana, ya que en este año cuando Tsai Jo Lui informo de este a su emperador. Los primeros papeles se hicieron hasta cierto punto de la corteza de la madera del papel, y en mayor escala a partir del bambú.

El método utilizado por los chinos para la fabricación del papel, tiene gran similitud con el utilizado en nuestros días. Ellos para la fabricación de su papel, cortaban los tallos de bambú cerca del suelo, los cuales se escogían en lotes de acuerdo a su edad, y luego los recogían en pequeños atados. Mientras más joven era la planta de bambú, mejor resultaba la calidad del papel que de ella se obtenía. Dichos atados se arrojaban dentro de un recipiente con cieno y agua y se enterraban en el fango durante unas dos semanas; esto sé hacia con el objeto de ablandarlos, luego se sacaban y se cortaban en trozos de un largo apropiado y se colocaban dentro de un recipiente con un poco de agua, para después machacarlos con grandes piezas de madera hasta convertirlos en pulpa. Esta masa semifluida, después que le sacaban las partes mas gruesas, se pasaba a un gran cubo con agua, a la cual se le sigue agregando material fibroso hasta que la masa adquiera la consistencia suficiente para la formación de la hoja de papel. Para hacer la figura de la hoja de papel, se utiliza un molde o marco de dimensiones adecuadas, el cual esta constituido de pequeñas tiras de bambú aisladas y redondeadas como alambres; lo cual permitía que el agua drenara, dejando una hoja de fibras entrecruzadas.

La hoja se colocaba sobre el horno para que se secara y así terminar el papel, esta operación se repetía para cada hoja. Luego a la hoja terminada, se le pasaba una ligera capa de solución de cola de pescado o de alumbre, con la cual se obtenía un papel más liso. Los papeles finos de escritura se pulían frotándolos con piedras lisas.

Fue entonces cuando los chinos establecieron una fabrica de papel, la cual fue capturada por los árabes. Estos aprendieron el arte de hacer papel y bajo su protección floreció y la ciudad fue reconocida por muchos años como el lugar de origen de la elaboración del papel.

La primera maquina de papel, la cual producía papel de mayores longitudes que las alcanzadas con la de la fabricación del papel hecho a mano.

Esta maquina a sufrido grandes desarrollos y modificaciones ya que con el correr del tiempo se han utilizado diferentes materias primas para la elaboración del papel, y la cual presenta diferentes características las cuales han hecho necesario la modificación de algunas partes de dicha maquina.

OBJETIVOS

Conocer el proceso de fabricación de pinturas de manera practica.

Conocer la importancia y el desarrollo de esta industria.

Reconocer cada uno de los pasos para la elaboración del papel.

Identificar cada una de las operaciones unitarias de este proceso.

Analizar y conocer la problemática que sufre este proceso.

PROCESOS UTILIZADOS PARA LA ELABORACIÓN DEL PAPEL A PARTIR DEL BAGAZO DE CAÑA

Los principales procesos para la fabricación de pulpa y papel, han sido desarrollados para ser aplicados a la madera. Sin embargo, también han sido utilizados con el bagazo de caña de azúcar.

Entre los diferentes procesos utilizados para la fabricación de pulpa están; el proceso al sulfato, el proceso al sulfito, el de la sosa, el proceso mecánico, etc.

FABRICACIÓN DEL PAPEL A PARTIR DEL BAGAZO DE CAÑA POR EL PROCESO DE LA SOSA

El proceso de la fabricación del papel, a partir del bagazo de caña, se inicia por decirlo así a la salida del bagazo del ingenio azucarero, ya que después que el bagazo sale del tren de molienda del ingenio es transportado, ya sea en granel o en pacas, a la fabrica de pulpa y papel, donde será almacenado y posteriormente procesado.

Almacenamiento: el almacenamiento del bagazo de caña, es de mucha importancia para la industria papelera, debido a que la zafra no es en forma continua, y con el almacenamiento del bagazo se puede asegurar las operaciones de la planta de celulosa en forma continua, durante el tiempo que no este trabajando el ingenio azucarero.

Básicamente existen dos formas de almacenamiento de bagazo de caña de azúcar, que son: en pacas, sueltos o a granel, pero el tipo de almacenamiento que nos interesa en esta oportunidad, es el almacenado en formas de pacas.

Almacenamiento en pacas: este almacenamiento consiste en acomodar el bagazo que sale del ingenio con una humedad de un 50% en forma de pacas, utilizando para esto una empacadora mecánica, la cual forma las pacas del tamaño promedio de 45 X 50 x 75 CMS, y de un peso aproximado de 100kg, en húmedo lo mismo que seco.

Las pacas almacenadas forman estivas de un numero variable de pacas que pueden ser de 10000 a 20000 con un peso de 500 a 1000 toneladas de gabazo por estibas. Un factor importante de la constitución de estibas son las reglas de seguridad que deben seguirse para asegurar una buena ventilación y protección contra los incendios.

Debido al proceso de fermentación de la sacarosa residual del bagazo, se presenta en la etapa inicial del almacenamiento un incremento de temperatura del interior de las pacas, los cuales pueden alcanzar valores de 60° a 70° centígrados.

Posteriormente el bagazo después de ser almacenado es transportado por medio de carretones desde estibas hasta la planta de celulosa donde las pacas son descargadas sobre una banda transportadora, la cual lleva a estas a una maquina rompe pacas, y ahí es transportado el bagazo suelto; hacia el sistema de desmenuzado.

Impregnación: en donde el procedimiento de impregnación bajo condiciones de operaciones definidas, se lleva a cabo la absorción de la solución de sosa por la s fibras de bagazo de caña.

El transportador de bandas tiene instalada una bascula de medición continua, la cual marca la cantidad de fibras con la cual se alimentan a un tanque de retención. Se debe agregar cierta cantidad de agua para obtener una consistencia del 4%. Esta mezcla de fibras con agua es bombeada a una prensa de dos cilindros.

La operación de este sistema de dilución y prensado tiene como finalidad la homogenización de las fibras antes de la impregnación, ya que las fibras comprimidas por los cilindros de la prensa al momento de expandirse tiene la facultad de absorber la solución de sosa.

En un sistema de mezclado se agrega vapor a baja presión para obtener una temperatura de mezcla de aproximadamente 90°C. Luego la mezcla se alimenta por medio de una bomba de alta consistencia, de 7.5%. El tiempo de retención de las dos torres de impregnación es de aproximadamente 25 minutos.

Durante el paso de esta mezcla por las torres, la consistencia de las fibras y el licor de impregnación permanecen constantes.

Posteriormente al proceso de impregnación, las fibras pasan por medio de canales, hacia una prensa de dos rodillos, donde se elimina la lejía negra y se obtiene una consistencia del 28%. Esta condición es necesaria para el funcionamiento de la prensa cónica(alimentador del digestor).

Esta tiene que alimentar continuamente el bagazo en forma de tapón para mantener la presión del digestor. La formación del tapón exige una consistencia que puede variar entre 30% a 32%.

DIGESTIÓN

El cocimiento del bagazo que procede de la etapa de impregnación se efectúa en fase de vapor y bajo las siguientes condiciones.

  • Presión del vapor. 7kg/cm

  • Temperatura. 160°C

  • Tiempo de retención. 20 minutos

Dicho conocimiento se lleva a cabo en un digestor, el cual es en realidad un tubo de 500mm. De diámetro aproximadamente, y 10 metros de longitud. Dentro de este tubo se encuentra un transportador helicoidal. El bagazo todavía esta impregnado de sosa, pasa dentro del tubo y bajo la influencia tanto de la temperatura como de la sosa, hacen que este se descomponga.

La descarga se efectúa por medio de una válvula especial. En el tubo de descarga se alimenta a un nivel determinado, para proteger la fibra contra la destrucción.

Luego la masa cocida es descargada en un tanque (blow tank), el cual funciona también como almacén de pulpa café. Posteriormente estas fibras son diluidas con lejía negra de las lavadoras y es bombeada en un fraccionador.

FRACCIONAMIENTO

La función del fraccionador es separar las fibras, cuyas características físicas-mecánicas son diferentes. Como ha sido mencionado anteriormente el bagazo de caña de azúcar se descompone en tres tipos de fibras, y de los cuales cada uno de ellos necesita un tratamiento adecuado.

Para nuestro caso se hará la separación de las fibras cortas (fibras A), como también las fibras largas (fibras B), las fibras b o las fibras mal cocidas, necesitan un tratamiento adicional para uniformarlas y juntarlas posteriormente con las fibras A.

La relación entre el consumo de sosa, él numero de permanganato de las fibras A y las fibras B, se representan en el fraccionamiento de las fibras de bagazo de caña de azúcar cocidas.

Las fibras B después del fraccionado pasan por unas prensas y posteriormente por un calentador donde son sometidas otra vez a un tratamiento térmico o sistema de cocimiento o digestión.

Lavado: el lavado de la pulpa es otro de los pasos que se siguen para la fabricación de la pulpa a partir de bagazo.

Este proceso de lavado de la pulpa de bagazo de caña por medio de filtración y difusión se eliminan todos los componentes orgánicos, como también residuos de los procesos de impregnación y cocimiento.

El proceso se efectúa sobre los filtros o lavadoras de tambor o también llamados filtros al vació. La mezcla de las fibras y él liquido se lleva a la caja de entrada de la lavadora. El tambor esta dividido en cinco partes o secciones:

  • En la primera zona bajo el efecto del vació se forma la hoja sobre el tambor.

  • La segunda zona es el desagüe de las fibras.

  • La tercera zona es la parte donde la pulpa se lava con lejía débil o agua.

  • La cuarta zona, en esta se lleva a cabo la filtración.

  • La quinta zona, en la cual se rompe él vació y la hoja se descarga a un repulpeador.

El sistema más actual es el de contracorriente, eso es que él ultimo paso de la lavadora se alimenta con agua fría y agua caliente.

DEPURACIÓN Y LIMPIEZA

La depuración y la limpieza de la pulpa es otro de los procesos utilizados para la fabricación de pulpas a partir de bagazo de caña de azúcar.

En la depuración se eliminan las impurezas(fibras mal cocidas, arena objetos extraños y otros). Este proceso se lleva a cabo en una serie de Cribas rotatorias o vibratorias.

Las cribas rotatorias se componen de:

  • Caja de alimentación.

  • Cilindro.

Las fibras buenas cuyo tamaño corresponden al diámetro de las perforaciones, se consideran como aceptado, mientras, que las otras fibras mal cocidas o más grandes se desplazan hacia la canasta perforada, para darles salida, posteriormente como rechazo.

Por lo general los rechazos de las Cribas vibratorias son de tamaño elevado o sea las fibras mal cocidas. Utilizando para estos un refinador de discos, las fibras refinadas regresan otra vez al circuito, este arreglo puede usarse únicamente para la fabricación de papeles de una calidad no muy elevada, en el caso de la fabricación del papel de alta calidad se agrega un sistema de limpieza por medio de hidrociclones.

La fibra limpia o mejor dicho uniformizada pasa a un espesor, donde elimina agua y la consistencia aumenta a un valor de 12%, para luego pasar al área de blanqueo.

BLANQUEO

El blanqueo de le bagazo de la caña de azúcar obtenida por diferentes métodos son susceptibles, a ser blanqueadas por una serie de etapas, como son coloración, extracción cáustica, e hipoclorito.

Para obtener la blancura deseada en le producto final, ya sea papel periódico o papel de escritura e impresión, se necesita blanquear la pulpa. De los productos para blanquear la pulpa más accesible y económico se utiliza el cloro y sus componentes, como son la sosa y la cal.

Para nuestro caso se utilizara el blanqueo con hipoclorito de calcio en dos pasos. La pulpa de alta consistencia 12%, se mezcal con una solución de hipoclorito de calcio en un mezclador y se calienta a una temperatura de 50°C con vapor directo, la pulpa del mezclador se bombea por medio de una bomba de alta consistencia a la torre de blanqueo, el tiempo aproximado es de 100 minutos, otro factor muy importante es el pH, ya que su valor puede bajar de 9,5 ni subir de 11.

El hiplocorito de calcio ataca los componentes colorantes de la pulpa y esta pasan como solubles o insolubles en agua.

La pulpa de consistencia de 12% pasa a un segundo paso de blanqueo. Este paso de blanqueo es semejante al primero, únicamente que el tiempo de retención en la torre de blanqueo #2 es mas largo.

RECUPERACION DE CALOR Y REACTIVOS

Los reactivos químicos, consumidos durante los procesos de impregnación y cocimiento, pueden recuperarse en un sistema de evaporadores y generadores de vapor. Juntos con ellos se pueden recuperar el poder calorífico de las materias orgánicas disueltas en lejía negra.

Evaporación de la lejía negra: la lejía negra tal como se obtiene de la lavadora #1 del sistema de lavado de pulpa, contiene aproximadamente 6% de sólidos inorgánicos y orgánicos. Los cuales en el sistema de evaporadores de múltiples efectos se aumenta hasta un 30% de sólidos. El sistema de evaporación trabaja contra corriente.

Sin embargo, para obtener una combustión correcta y una elevada eficiencia es necesario tener una concentración de sólidos de 55% aproximadamente, por esta razón la evaporación de agua de lejía se sigue en un evaporador ciclónico; y para aumentar la temperatura de la lejía se usan los mismos gases de combustión.

Generadores de vapor: en la caldera de recuperación se aprovecha el poder calorífico de los compuestos orgánicos, para generar vapor y al mismo tiempo recuperar los compuestos inorgánicos de la lejía negra.

La lejía negra concentrada es alimentada a los quemadores y bajo el calor generado durante el arranque de la caldera de recuperación, por medio de combustible, se queman las materias orgánicas, estas se funden y fluyen en el fondo de la caldera hacia el tanque de fundido.

El componente básico del fundido es el carbonato de sodio, este se diluye con lejía blanca débil, que viene del área de caustificacion. La solución del fundido tiene un color verde y de aquí viene su nombre de lejía verde.

Los gases de combustión pasan al evaporador ciclónico, donde se calienta la lejía negra y aumenta la concentración de sólidos; para evitar el arrastre de la materia orgánica, se instalo después del evaporador ciclónico un precipitador electrostático. En donde se recuperan todos los componentes del sodio, hasta un 98%. El vapor generado por la caldera de recuperación de 40kg/cm2 como mínimo, y el cual pasa al cabezal de vapor de alta presión de la caldera de fuerza, de aquí se usa para alimentar las turbinas de contrapresion.

Caustificacion y horno de cal: la lejía verde de la caldera de recuperación pasa a un clarificador, en el cual se eliminan los componentes inorgánicos, los cuales no intervienen en el proceso de la caustificacion, la lejía clarificada alimenta al apagador de cal, donde se agrega cal viva.

En el clarificador de lejía blanca se elimina el carbonato de calcio y se manda al filtro de lodos, localizado cerca del horno de cal, la lejía blanca se bombea a los tanques de almacenamiento y de aquí para la impregnación del bagazo.

Los lodos de la caustificacion se bombean a un filtro de lodos, para aumentar su concentración a 50-60%, para luego alimentar al horno de cal, bajo la temperatura de 1400°C y a la cual el carbonato de calcio se descompone en bióxido de carbono y oxido de calcio.

La cal viva se enfría y se almacena en un silo de cal, de aquí por medio de u transportador se alimenta al apagado de cal, en el área de caustificacion.

Servicios: para la producción de pulpa de bagazo de caña de azúcar, para la elaboración del papel, se necesitan los siguientes servicios:

  • Agua para el desmedulado, impregnación y lavado para la preparación de los reactivos químicos principalmente.

  • Vapor para la impregnación, cocimiento, calentamiento de la fibra B, lavado y blanqueo.

  • Aire comprimido, para los servicios de equipo neumático e instrumentación.

  • Combustoleo, se necesita para la generación de vapor de arranque de la caldera de recuperación, horno de cal, plante de fuerza de emergencia y para una bomba del sistema contra incendio.

DESCRIPCION BREVE DEL FUNCIONAMIENTO DE LA MAQUINA DE PAPEL

La pulpa después de que es obtenida de los procesos de desmedulado, impregnación, digestión, refinado y blanqueo; es pasada a la etapa de laminado o formación de la hoja, la cual se lleva a cabo en la maquina de papel.

La maquina que describimos a continuación, es la maquina plana de fabricación de papel; ya que es la más usada en la industria de la celulosa para la fabricación del papel.

La pasta que proviene del proceso de blanqueo es depositada en un recipiente que se encuentra antes de la maquina de papel, y a la cual se le denomina tinta de pasta.

Posteriormente la pasta pasa a otra caja pero ahora denominada caja de alimentación(A), y la cual tiene la función de alimentar a la maquina de papel, de la materia fibrosa o pasta, que va a ser laminada.

La maquina plana o maquina de papel, puede ser dividida en tres partes principales; el extremo húmedo, las prensas y la sección de secado.

El extremo húmedo: la pulpa contiene a su entrada un 98% de humedad, y la cual fluye desde la caja de alimentación(A), hacia una fina malla de alambre(C), la cual se encuentra en movimiento y a una cierta velocidad, dependiendo del tipo de papel que se vaya a fabricar. Al llegar a la tela metálica, el agua empieza a caer por efecto de la succión ejercida por los cojines aspirantes(D), como también por la acción de la gravedad. Dejando una blanda capa de fibras, a la cual se le denomina papel y es transportado por una malla, hasta otra cinta, pero esta vez es filtro (F), en donde le es absorbida un poco cantidad de agua, reduciendo así la humedad de dicha capa.

Prensas: Luego esta capa es pasada a una prensa primaria (E) y posteriormente a un juego de tres prensas húmedas (G, H, I), por compresión le extraen las partes de agua.

Seccion de secado: Después del juego de prensas, el papel pasa a un juego de tambores secadores (J), y ahora que el papel contenía solo dos veces más agua que fibras, dejándolo tan solo con una humedad de un 5%. Enseguida el papel es pasado por medio de una calandria (K), la cual le da una superficie suave y le proporciona mas rigidez.

Terminando el calandro la larga e interminable cinta de papel que emerge de la maquina es pasada por un juego de rodillos divisores y posteriormente va enrollado en grandes bobinas(M), algunas de las cuales pueden contener hasta 20km de papel.

Posteriormente, son rebobinados y cortados al tamaño deseado por el cliente, y en algunos casos el papel es cortado formando paquetes o resinas, dando así por terminado el proceso de fabricación del papel.

REPORTE DE VISITA

Visita: Celulosa y papel (Atenquique).

Propósito: Conocer el proceso de celulosa y papel aplicando las operaciones unitarias.

En esta visita conocimos el proceso de la celulosa y papel. Observando primero el patio de finos, que era donde se encontraba la madera en trozos.

Posteriormente nos mostraron el área de cocción por medio de vapor. La pulpa ya cocida era transportada por medio de bandas transportadoras a la maquina de papel, donde llevaba exceso de humedad y por medio de una aplanadora se iba quitando el exceso incluyendo antes un lavado de la pulpa.

Siguió su proceso normal hasta el enrollado y cortado del papel hasta su embarque.