qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklz

PRODUCCIÓN DE PAPEL

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

Escuela de Ingeniería Química Laboratorio de procesos

2010

PRODUCCIÓN DE PAPEL A PARTIR DE COGOLLOS DE PIÑA

ZAID RINCÓN VIDES 2053498EVER JAMES ORTIZ OROZCO 2053483MARLY JULIETH MOGOLLÓN SARMIENTO 2053269

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE PROCESOSBUCARAMANGA

2010

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Producir papel a partir de fibras de celulosa presentes en los cogollos de la piña.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Proporcionar al estudiante el conocimiento básico y la comprensión del proceso de fabricación del papel.

Estudiar y discutir la estructura, variedad y propiedades de papel con sus respectivas técnicas de fabricación.

Realizar las tareas de seguimiento y control de los diversos procesos de fabricación de papel.

Interactuar con los equipos usados en la fabricación de papel tipo artesanal y analizar las operaciones unitarias involucradas en el proceso de producción de papel.

INTRODUCCIÓN

El papel se ha convertido en uno de los productos más emblemáticos de nuestra cultura, elaborándose no sólo de trapos viejos o algodón sino también de gran variedad de fibras vegetales; además la creciente invención de colorantes a permitido una generosa oferta de colores y texturas.

El papel ahora puede ser sustituido para ciertos usos por materiales sintéticos, sin embargo sigue conservando una gran importancia en nuestra vida y en el entorno diario, haciéndolo un artículo personal y por ende difícilmente sustituible.

Pero la aparición y rápido auge de la informática y los nuevos sistemas de telecomunicación, permiten la escritura, almacenamiento, procesamiento, transporte y lectura de textos con medios electrónicos más ventajosos, relegando los soportes tradicionales, como el papel, a un segundo plano.

MARCO TEÓRICO

EL PAPEL

El papel es una estructura obtenida en base a fibras vegetales de celulosa, las cuales se entrecruzan formando una hoja resistente y flexible. Estas fibras provienen de material vegetal fibroso, según su longitud, se habla de fibras largas de aproximadamente 3 mm (generalmente obtenidas de pino insigne u otras coníferas), o de fibras cortas de 1 a 2 mm (obtenidas principalmente del eucalipto).

Dependiendo del uso final que se le dará al papel, en su fabricación se utiliza una mezcla de los diferentes tipos de fibras, las que aportarán sus características específicas al producto final. Así, un papel para fabricar sacos de cemento en que su resistencia es muy importante, se fabrica con fibras largas; en cambio un papel para escribir, en que su resistencia no es un atributo clave, pero si su formación, textura y opacidad, se fabrica principalmente con fibras cortas.

El reciclaje de papeles tiene una importancia preponderante para el desarrollo sostenible de la industria. Es así como los últimos proyectos de papel para periódicos, tissue, papeles para corrugar e incluso papel para sacos, utilizan papel reciclado como materia prima, logrando valores semejantes a los papeles basados en fibras vírgenes.

PROPIEDADES DEL PAPEL

Las propiedades del papel se pueden agrupar en propiedades mecánicas o de resistencia y propiedades visuales o de presentación.

Una de las principales propiedades mecánicas es la rigidez. Ésta depende de las fibras que forman el papel, ya que un papel producido con mayor contenido de fibra larga será más rígido que aquél fabricado con mayor cantidad de fibra corta. También el tipo de pulpa de celulosa usado afecta la rigidez que tendrá el papel. En este caso, la pulpa mecánica aporta más rigidez que la pulpa química.

Otras propiedades mecánicas son la resistencia al rasgado, la resistencia superficial y la resistencia a la absorción de agua.

Respecto a las propiedades visuales, se distinguen principalmente la blancura, brillo, tersura y opacidad del papel.

Por último, otras propiedades importantes son el gramaje, que indica el peso en gramos por metro cuadrado de papel, la estabilidad dimensional que es la capacidad del papel de mantener sus dimensiones originales al variar las condiciones ambientales o al verse sometido a esfuerzos, y la humedad, que es el contenido de agua como porcentaje del peso total del papel.

LA CELULOSA

La celulosa es el principal componente de las paredes celulares de las fibras que constituyen los árboles y otras plantas. La fibra vegetal al ser observada en el microscopio es similar a un cabello humano, cuya longitud y espesor varía según el tipo de árbol o planta. Las fibras de algodón, por ejemplo, tienen una longitud de 20-25 mm, las de pino 2-3 mm y las de eucalipto 0,6-0,9 mm. De igual manera, el contenido de celulosa varía según el tipo de árbol o planta que se considere.

A continuación se muestra la composición de distintos árboles y plantas:

Celulosa Pentosanos Hemicelulosa LigninaPinos 40-50 4-14 15-34 1Otros árboles 38-51 9-26 21-17 1Bagazo de caña de azúcar 32-44 37-32 2-5Bambú 26-43 15-26 2-5Pelusa de algodón 80-85 1-2Paja de trigo 28-36 23-28 25 15-20Paja de arroz 29-40 26-32 26 4-11

Según el proceso de elaboración de la pulpa de celulosa, ésta se clasifica en mecánica o química, cada una de las cuales da origen a diferentes tipos de papel en cuanto a rigidez y blancura.

La pulpa química se obtiene a partir de un proceso de cocción de las partículas del material vegetal con agua y productos químicos, hidróxido de sodio (NaOH) y sulfuro de sodio (Na2S), a altas temperaturas y presiones. La anterior solución recibe el nombre de licor blanco. La pulpa producida se lava con agua, se clasifica para eliminarlas impurezas y sustancias químicas residuales de la cocción y se envía a la etapa de blanqueo.

La pulpa mecánica es una mezcla de celulosa y lignina, que se obtiene desfibrando lel material vegetal por meedio de un triturado del material vegetal. El proceso no es muy eficaz, el papel obtenido a partir de el tratamiento mecánico de la fibra para obtención de pulpa, tiende a ser débil, y a decolorarse fácilmente cuando se expone a la luz. Ello se debe

a la presencia de residuos de lignina, componente de la madera, que mantiene juntas las fibras de celulosa.

La celulosa resultante de estos procesos tiene la forma de una pasta (tiene un alto contenido de agua) y tiene aún un contenido importante de lignina, que le da una tonalidad color café, similar al color natural de la madera.

Celulosa cruda Celulosa blanqueada o química

PROCESO PRODUCTIVO CELULOSA KRAFT – Pulpa Química

La celulosa es elaborada mediante el proceso denominado Kraft, a través del cual las astillas de madera son cocidas en una solución alcalina basada en sulfuro de sodio y soda cáustica para extraerles la lignina. Estos compuestos químicos son posteriormente recuperados para su reutilización, en un proceso de ciclo cerrado.

Los rollizos de madera son descortezados y transformados en astillas; estas son enviadas a una pila de acopio para su homogenización. Desde allí, las astillas son extraídas, clasificadas y conducidas al proceso de cocción con licor blanco, una solución alcalina de soda cáustica y sulfuro de sodio. Resultante del proceso de cocción es la pasta de celulosa, que se clasifica, se lava y se blanquea. Una vez blanqueada, se procede a su secado y embalado final en forma de fardos de 250 kgs.

En el proceso de cocción, el licor blanco junto con la lignina disuelta, se convierte en un licor negro, el cual se concentra para luego ser quemado en unos equipos denominados calderas recuperadoras. La parte orgánica del licor negro (lignina y otros compuestos de la madera) produce energía en el proceso de combustión, generando el vapor que se utiliza en la producción de energía eléctrica y, posteriormente, para calefaccionar diferentes procesos dentro de la misma planta industrial. La parte inorgánica -sales minerales (cenizas)- se recupera después del proceso de combustión y es usada en la etapa de caustificación para regenerar el licor blanco usado en la cocción.

La corteza de los rollizos de madera, recuperada en los descortezadores, se quema en calderas de poder para producir vapor y energía eléctrica, usados para los diversos procesos de la planta.

PROCESO PRODUCTIVO PULPA MECÁNICA

La materia prima para la fabricación de pulpa mecánica está constituida por rollizos de maderas, astillas de aserradero y lampazos (residuos de rollizos aserrables). El proceso se inicia cuando los rollizos de madera son cargados en los descortezadores, que son tambores de grandes dimensiones que rotan a una velocidad de 6 a 10 revoluciones por minuto.

El movimiento de los descortezadores provoca que los rollizos choquen entre sí, lográndose el desprendimiento de su corteza. La corteza se quema en las calderas, con el objeto de generar vapor que será utilizado en el proceso industrial de la fabricación de papel de diario.

Tanto los rollizos descortezados como los lampazos, son introducidos en los chipeadores, equipos que constan de discos rotatorios provistos de cuchillos, que transforman la materia prima en astillas.

Posteriormente, las astillas procedentes del chipeador y aquéllas procedentes de aserraderos son clasificadas en equipos llamados harneros, cuya función consiste en rechazar las astillas de tamaño mayor a la medida requerida, para ser devueltas al chipeador, y eliminar las astillas de menor medida, las que se trasladan a las calderas de poder para ser utilizadas como combustible del proceso industrial.

Una vez clasificadas, las astillas son depositadas en unas pilas de acopio cuya función consiste en homogeneizar las mezclas de astillas de diferentes fuentes. Este proceso de

homogeneización de las astillas es importante, ya que de él dependen las propiedades finales de la pulpa mecánica.

Las astillas generadas en el proceso anterior se precalientan con vapor y se inyectan a presión entre dos discos ranurados, conectados a grandes motores eléctricos, que por efecto de velocidad y de su geometría transforman las astillas en fibras individuales. Estas fibras, una vez clasificadas, pasan a alimentar las máquinas papeleras. Las fibras que no pasan esta clasificación sufren un nuevo proceso de refinación que las dejará aptas para ser utilizadas en la máquina papelera.

Formación de la lámina de papel de diarioLa pulpa mecánica se vierte al cajón de entrada para iniciar su laminado en el fourdrinier o mesa formadora de lámina, allí se le extrae el agua a la pulpa. Finalmente la pulpa es prensada y posteriormente secada al pasar por rodillos calentados con vapor.

Embobinado y corte en rollos pequeñosEl papel que sale de la maquina papelera se enrolla en grandes bobinas en el “pope”. Estas bobinas pueden llegar a pesar mas de 30 toneladas. El papel que sale del pope en grandes rollos es pasado a una bobinadora que transforma estos grandes rollos en bobinas de menor tamaño, de acuerdo a los requerimientos del mercado.

DIAGRAMA DEL PROCESO A NIVEL INDUSTRIAL

En las fabricas modernas de papel, la madera picada se hierve con soda caústica o algún otro químico para ablandarla y dejar sólo las fibras largas de celulosa. La pulpa se extiende sobre una banda transportadora para secarla con aire a presión y estirarla entre rodillos.

PRÁCTICA DE LABORATORIO

MATERIAS PRIMAS Y EQUIPOS

Materias Primas: - 3976 g Cogollos de piña- 10 L Agua- 400 g Hidróxido de Sodio- 150 ml Hipoclorito de Sodio

Equipos: - Tabla picadora- Cuchillos- Balanza- Embudo- Digestor- Tamiz- Molde- Prensa- Recipientes de plástico- Plancha de secado- Equipo de seguridad

PROCEDIMIENTO

1. Preparación de la materia prima: Los cogollos o coronas de la piña pasan por un proceso de reducción de tamaño en el cual son cortados en trozos pequeños no mayores a una pulgada, y posteriormente se toma nota de su peso.

2. Proceso de digestión: Los cogollos de piña ya picados junto con la solución de hidróxido de sodio son introducidos en un digestor o reactor batch, el cual se cierra herméticamente para dar paso al inicio del proceso. Una vez se enciende el reactor, se aumenta la temperatura con la adición de vapor saturado al sistema de calentamiento, hasta alcanzar

los 160ºC manteniéndose ahí durante 2 horas. Transcurrido este tiempo se deja enfriar hasta aproximadamente 60ºC y se extraer el producto.

3. Lavado de la pulpa: La pulpa extraída pasa a una etapa de lavado con agua para eliminar la lignina y soda adherida a la pulpa.

4. Blanqueamiento: Al final de la etapa de lavado, la pulpa lavada se deja en un balde con agua al cual se le agrega una solución de hipoclorito de sodio para realizar el blanqueamiento de la pulpa. Esta mezcla se deja reposar un día, y transcurrido este se procede a un segundo lavado con el fin de retirar el hipoclorito de sodio.

5. Moldeo: En un recipiente grande lleno de agua hasta 2/3 de su volumen, se adiciona un poco de pulpa de tal forma que no quede ni muy diluida, ni muy concentrada. Esta solución se agita manualmente para lograr una dispersión homogénea de la pulpa en todo el recipiente. Con la ayuda de un molde especial para la fabricación de papel se procede a realizar el moldeo de las hojas. Esto se hace introduciendo el molde hasta el fondo del recipiente y retirándolo de allí con mucha sutileza, tratando de que la pulpa retenida en el molde se encuentre lo más homogénea posible.

Al retirar el molde del recipiente se retira la contratapa, dejando expuesta la capa de pulpa que posteriormente será la hoja de papel. Sobre esta se coloca un papel fieltro y con el uso de una espuma se retira el exceso de humedad. Como la pulpa queda adherida al papel fieltro, esta es separada del molde y trasladada a un lugar seco para dar comienzo al proceso de secado.

6. Prensado, Aireado y Secado: Una vez culminado el proceso de moldeo, se recogen todas las hojas elaboradas y se prensan para eliminar en su mayor parte el agua retenida. Allí se deja aproximadamente un día.

Transcurrido este tiempo se retiran las hojas de la prensa y se airean durante 20-30 minutos, se separan las hojas del fieltro y nuevamente se lleva al prensado por 24 horas.

Por último, las hojas con contenido mínimo de humedad pasan por un último proceso, que consta de un secado rápido a 50°C con el fin de eliminar el resto de humedad y darle una mejor textura al papel obtenido.

RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

VARIABLE CANTIDADCogollo de piña 3.976kg

Pulpa obtenida con 15% humedad 0.786KgHojas de papel obtenidas 25 hojas

Rendimiento= 25hojas de papel3.976Kgdecogollo de piña

Rendimiento≈6hojas de papel

Kgde cogollode piña

El papel obtenido es de superficie rugosa y delgada, mostrando leves transparencias en algunas zonas debido al proceso de fabricación el cual es muy artesanal, trayendo con el muchas deficiencias en las que se encuentra la homogenización de la fibra al momento de moldear las hojas.

La agitación constante de la pulpa en la tina juega un papel importante al momento de realizar el proceso de moldeo de las hojas.

CONCLUSIONES

Al igual que la utilización de materias primas puras, el control adecuado de las variables de operación, resultaron fundamentales para obtener una buena eficiencia al final del proceso.

Debido a que la etapa de moldeo del papel fue totalmente artesanal las propiedades de las hojas son muy variables de una a otra, siendo muy notoria la calidad de las hojas con respecto a su espesor, cuando la concentración de la pulpa era mayor en el momento de obtener el molde.

La contaminación producida por proceso de fabricación de papel se noto debido a los desechos que son vertidos en los alcantarillados como fueron la soda caústica y el hipoclorito de sodio que representan gran contaminación para los efluentes.

La cantidad del agua consumida en el lavado de la pulpa es muy importante y aunque no se puso realizar dicha cuantificación se observa el gran desperdicio de este recurso natural.

RECOMENDACIONES

El uso adecuado de los implementos de seguridad son prioridad al momento de manipular el hidróxido de sodio y el hipoclorito cuyas fichas de seguridad industrial resaltan la precaución que se debe tener con ellos.

Para lograr un proceso eficiente sin importar que se esté realizando a escala de laboratorio se debe tener en cuenta los siguientes criterios: preocupación por el medio ambiente, análisis de seguridad, flexibilidad y control del proceso.

El lavado y blanqueamiento de la pulpa es un conjunto de procesos que deben ser optimizados debido a que estas etapas del proceso son fundamentales en la elaboración de un producto final que pueda ser comercializado, preparando planes a largo plazo y escenarios para el desarrollo y prueba de tecnologías convergentes.