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ELABORACIÓN DE PAPEL CON PULPA MECÁNICA Y QUÍMICA DE Pinus radiata

I. OBJETIVOS 1.1.

Objetivo General

 Elaborar papel utilizando pulpa de Pinus radiata extraída mediante método mecánico y químico. 1.2.

Objetivos Específicos

 Obtener pulpa mecánica del Pinus radiata.  Obtener pulpa química del Pinus radiata.  Realizar el proceso de blanqueamiento de las pulpas obtenidas en ambos procesos.

 Elaborar papel de la pulpa química y mecánica obtenida.

III. MARCO TEÓRICO 3.1. PULPA DE CELULOSA O PASTA DE CELULOSA La pulpa de celulosa o pasta de celulosa es el material hecho a base de madera más utilizado para la fabricación de papel. Las maderas utilizadas para este fin son conocidas como maderas pulpables, que generalmente son maderas blandas como la picea, el pino, el abeto y el alerce, pero también maderas duras como el eucalipto y el abedul. La pasta de papel es la masa utilizada como “input” en el proceso de producción de las industrias papeleras. La entrada de la pasta en la producción del papel depende de si la fábrica de pasta y la de papel están integradas en unas mismas instalaciones. Si lo están, la pasta entra en producción en forma líquida; si no, se presenta en forma de masa seca que habrá que diluir.

3.1.1. Historia 3.1.2. Manufactura. 3.1.3. Cómo se obtiene la Pulpa Celulósica Existen diversos procedimientos para obtener pasta mecánica. El primer sistema que surgió consistía en frotar directamente troncos

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contra unas grandes muelas que van desastillando la madera. Con este sistema se consigue una pasta de escasa finura y blancura. Posteriormente aparecieron los discos desfibradores que trabajan a partir de astillas en lugar de troncos enteros, con lo cual se consigue mejorar las propiedades físicas de la pasta resultante.

La pasta química permite obtener papeles más blancos y de menor volumen. Básicamente, lo que se hace es cocer a 170º bajo determinada presión y durante varias horas las astillas de madera, en presencia de un reactivo (sosa). Este procedimiento elimina totalmente la lignina, permitiendo conseguir papeles que no amarillean tanto con el paso del tiempo. Además, permite obtener papeles más finos (con menor “mano”) para un gramaje determinado en comparación con los papeles de pasta mecánica.

3.1.4. Diferencia entre La Pulpa Mecánica Y Química La diferencia entre ambas es que la pasta mecánica se obtiene por procesos de frotación (desastillado) de la madera, los cuales eliminan parte de la lignina en presencia de agua para disminuir el calor producido por la fricción. En cambio, en el proceso de obtención de la pasta química se utilizan productos químicos para eliminar una mayor cantidad de lignina, obteniéndose así una pasta de mayor calidad. La lignina es el causante del fenómeno del “amurallamiento del papel”, es por esta razón que los papeles procedentes de pasta mecánica, con mayor cantidad de lignina, suelen dedicarse a usos que no requieren una gran durabilidad, como es el caso del papel de periódico.

3.1.5. Materia Prima Los árboles utilizados para producir celulosa se clasifican en dos grandes grupos dependiendo de las características de su madera: Las coníferas o árboles de fibra larga (Softwood) y las latifoliadas, o árboles con maderas de fibra corta (Hardwood). Entre las coníferas destacan diferentes especies de pinos y abetos, y en las maderas de fibra corta encontramos a las diversas variedades de eucaliptos, los abedules, álamos, acacias y varias otras especies tropicales.

3.2. PULPA MECÁNICA

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Es un proceso mecánico de trituración que da como resultado una pasta de celulosa, que se usa para producir papel poco resistente, tal como el que encontramos en los diarios periodísticos. Si se utiliza vapor para acompañar este paso, entonces se puede obtener pulpa termomecánica y si esto se combina con el uso de ciertas sustancias químicas, el resultado es la pulpa quimotermomecánica. Entre las razones de su vigencia debe mencionarse: -

Método económico si la energía eléctrica es barata y disponible. Alto rendimiento (superiores al 80 %). No produce contaminación mayor. Posee propiedades específicas que las hacen irremplazables para algunos usos.

3.2.2. Características de la Pulpa Mecánica La observación microscópica de una pulpa mecánica y del papel obtenido a partir de ella muestra claras diferencias en comparación con una pulpa química. Señalamos las siguientes particularidades de una pulpa mecánica: a) A pesar de que en el proceso de pulpado mecánico se logra cierta flexibilización de las fibras, estas por su carácter de lignificadas, resultan rígidas, no colapsan en la formación del papel, y por lo tanto logran una reducida superficie de contacto interfibrilar. b) La presencia de lignina inhibe la formación de los enlaces interfibrilares dado que son los carbohidratos los componentes capaces de establecer estos enlaces. Por la mayor concentración de lignina en las capas exteriores de la fibra esta inhibición será mucho mayor cuando el plano de fractura que se ha dado en la separación de las fibras en el proceso ha sido por LM o Pared Primaria con relación a cuando la separación se ha dado por capas más interiores. c) Muchas de las fibras resultan dañadas en el proceso de pulpado, algunos extremos resultan cortados y/o fibrilados. d) Una pulpa mecánica contiene una alta proporción de finos que llega a ser de hasta un 50 % en las pulpas puramente mecánicas. Estos finos cumplen un importante rol ya que tienen alta superficie específica y cuando son del tipo fibrilar tienen la capacidad de establecer puentes entre las fibras, siendo así esenciales para el logro de una resistencia aceptable.

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e) En comparación a los finos de pulpa química, los finos fibrilares de pulpa mecánica son menos flexibles y en el secado se adhieren en menor grado a las fibras y por lo tanto los finos fibrilares de una pulpa mecánica retienen una parte importante de su superficie específica. Esto implica una alta proporción de interfase fibra-aire en el papel (superficies ópticamente activas) que produce dispersión interna de luz y así favorece su opacidad. f) Pueden diferenciarse finos del tipo fibrilar y fino no fibrilares. La Figura 3 muestra la fracción de finos de una pulpa mecánica de piedra de buena calidad. Estos finos presentan casi todos ellos una característica del tipo fibrilar. Esta característica deseable de los finos no siempre puede lograrse. La figura muestra también elementos no fibrilares denominados frecuentemente como “harinosos”. Los finos no fibrilares (trozos cortos de fibras, trozos de pared no fibrilares, células pequeñas como las parenquimáticas, etc.) no aportan a la resistencia del papel pudiendo aportar sólo a su opacidad. Para el logro de una pulpa mecánica de calidad aceptable (resistencia y opacidad) se necesita entonces lo siguiente: - Una fracción importante de fibras individualizadas lo más íntegras posibles. - Una fracción de finos del tipo fibrilar. Además de la alta opacidad señalada, las características mencionadas para las fibras y los finos dan lugar a las siguientes propiedades particulares de un papel obtenido a partir de pulpa mecánica: -

Alto volumen específico y compresibilidad. Alta capacidad de absorción de líquido. Buenas características de formación. Características favorables para la impresión.

3.2.3. Procesos de Producción Actualmente se producen comercialmente los siguientes tipos de pulpas de muy alto rendimiento: a) Pulpa Mecánica de Piedra o “Ground Wood Pulp”(GWP) Fue el proceso inicial de pulpado mecánico. Utiliza como materia prima troncos que son mantenidos a presión contra la superficie periférica de la piedra cilíndrica rotativa de gran tamaño. Los ejes de los troncos se ubican paralelos al de la piedra. Abundante agua se rocía sobre la piedra para desprender la porción separada. INDUSTRIAS FORESTALES II – INGENIERIA FORESTAL – IX CICLO - 2018

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Un dispositivo de bolsillos trabaja en forma alternada para dar un funcionamiento continuo sobre la piedra. El exceso de pulpa diluida producida vuelca de la batea. Además de fibras individuales y finas, se desprenden trozos de la madera (haces fibrosos) que deben luego ser separados de la pulpa en un proceso de depuración que es común a todos los procesos mecánicos e incluye: - Zarandas presurizadas. - Hidrociclones

a.1) Fundamentos del pulpado de piedra: El paso de los granos a presión produce un efecto de compresión y cizallamiento reiterado y realiza el trabajo de fatiga sobre las tres o cinco primeras capas de fibras. En la superficie las fibras se van desprendiendo después de haber sufrido una acción flexibilizante. La energía absorbida resulta muy alta (1200 a 1400 kwh/t) y se disipa en trabajos de fricción y se transforma prácticamente toda en calor. Esta fricción no es superficial sino fricción interna en esas dos o tres hileras superficiales de la madera. Luego de haber sido separadas tanto las fibras y los finos no son inmediatamente liberados a la batea ya que pueden quedar adheridos a la piedra y entrar así nuevamente a la zona de molienda, resultando adicionalmente tratados antes de ser finalmente liberados. Esta acción es denominada “regrinding”. a.2) Efectos de las variables presión mecánica y temperatura El aumento de temperatura ablanda la pared fibrosa facilitando los efectos mecánicos deseados. La temperatura que tiene influencia es la de las dos o tres capas de fibras superficiales de la madera donde se produce la deformación localizada con el paso de los granos. Es conveniente que se alcance en la superficie, temperaturas cercanas a 100 °C (lo cual corresponde niveles mayores en el interior de la madera). Una humedad insuficiente o un exceso de presión conducen al inicio de la carbonización de la madera en su interior. La temperatura de operación se controla con la temperatura y caudal del agua de las regaderas. En la batea normalmente se opera a 80 °C. A mayor temperatura operan los molinos presurizados (pulpa PGW) que, trabajando bajo una cámara cerrada sobre cada

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molino a 120-130 °C, permiten obtener fibras más íntegras, menor contenido de finos y mayor resistencia de la pasta, aunque con un requerimiento energético algo superior. a.3) Calidad de las pulpas mecánicas de piedra El proceso es aplicable a muchas coníferas obteniéndose pulpas de baja resistencia, pero con excelentes propiedades para la impresión (papeles de alto volumen y alta superficie específica). A partir de latifoliadas se obtienen una muy baja calidad de pulpa con muchas fibras cortadas y finos del tipo harinosos y como consecuencias muy bajas resistencias. b) Pulpa Mecánica de Piedra Presurizada o “Pressurized Ground Wood”(PGW) En este proceso, los rollizos de madera son presionados contra un cilindro de piedra recubierto con una sustancia abrasiva, el cual gira a gran velocidad, actuando como una lima. La fricción del cilindro contra los rollizos produce el aumento de la temperatura, que permite separar las fibras. c) Pulpa Mecánica de Refinador o “Refiner Mechanical Pulp” (RMP) Se emplean molinos de discos de barras partiendo desde madera en forma de astillas. Estos equipos pueden llegar a tener un diámetro de hasta 1,7 m y pueden llegar a aplicar una potencia de hasta 20.000 HP. Pudiendo disponerse varios en forma paralela. Se opera normalmente en dos etapas denominadas desfibradas y refinadas. Las astillas son llevadas a haces fibrosos y estos progresivamente a fibras y finos. Los discos pueden tener distinto patrón desde el centro hacia la periferia. El diseño de la alimentación y/o el patrón de los discos debe permitir el flujo, hacia atrás en el ojo del refinador o hacia adelante junto con la pasta, de una importante cantidad de vapor que es generado en el proceso. Los haces fibrosos y las fibras se ubican entre los discos preferentemente en dirección tangencial o sea perpendicular a las barras siendo sometidas a una acción preferencial en la dirección de las fibras. Surge aquí una diferencia sustancial con la acción de los granos en un pulpado de piedra que, como ya señalamos tiene una dirección transversal a las fibras. El pulpado de refinador permite obtener un número mayor de fibras enteras y dando lugar a la formación de cintas. La pulpa INDUSTRIAS FORESTALES II – INGENIERIA FORESTAL – IX CICLO - 2018

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presenta mayor resistencia con relación a la mecánica de piedra, aunque con un requerimiento de energía algo mayor (1400-1800 kwh/t). Las mayores diferencias con relación a la mecánica de piedra se obtienen con maderas de latifoliadas. Para algunas de las cuales es posible obtener una sustancial mejora en el contenido de fibras de la pasta que permite su aplicación a usos de bajo requerimiento de resistencia. Ventajas: -

Uso de troncos deformados. Uso de residuos de aserradero Menor mano de obra. Operación más estable y controlable.

El proceso sin embargo no ha desplazado totalmente al pulpado mecánico de piedra debido a que este brinda pulpas más voluminosas y con mayor contenido de finos y así mejor comportamiento en cierto tipo de impresiones. Variables de operación de: - Diseño de discos. - Consistencia (15-60 % sobre pulpa). - Temperatura; esta depende de la consistencia de operación, pero la generación de vapor limita las temperaturas máximas alcanzadas. - Latencia: Un mecanismo inherente al pulpado en refinador es un efecto de enrulado de las fibras que se mantiene al enfriarse a la salida del molino por efecto de la termoplasticidad de la lignina. Este efecto denominado “latencia” reduce la resistencia de la pulpa y puede eliminarse manteniendo la pulpa en temperatura (a 80-90 °C durante 1520 minutos) en una pileta de stock a baja consistencia como para permitir a las fibras enderezarse. d) Pulpa Termomecánica o “Thermo Mechanical Pulp” (TMP) Empleando molinos de discos se opera en este caso a mayor temperatura bajo presión. Las astillas son precalentadas a 120130 °C con vapor y el refinador actúa bajo presión. Se opera clásicamente en dos etapas, la primera presurizada y la segunda atmosférica y a menor temperatura. Modernamente y para equipos grandes se opera en una única etapa presurizada. Se inicia con el lavado de chips necesario en todo pulpado mecánico de refinador para preservar la vida útil de los discos. INDUSTRIAS FORESTALES II – INGENIERIA FORESTAL – IX CICLO - 2018

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Luego de la etapa inicial presurizada la pulpa es soplada hacia un ciclón para ser alimentada por un tornillo único a la batería de refinadores de la segunda etapa (en este caso dos refinadores). A la salida de esta existe una pileta (pileta de latencia) desde donde la pulpa se envía a depuración (zaranda presurizada e hidrociclones). Los rechazos de ambas etapas de depuración son espesados (dewatered) y recirculados a la segunda etapa de refinación. Con relación a la pulpa RMP aumenta en la TMP la proporción de fibras intactas y bien separadas. La separación de las fibras en gran parte por LM o S1, genera pocos finos y deja pocos carbohidratos expuestos, lo cual hace necesaria una la acción mecánica adicional intensa sobre las fibras que conduzca al desprendimiento de las capas exteriores. El requerimiento global de energía aumenta con relación a la RMP alcanzando 1800-2100 kwh/t. En su observación microscópica se detecta más claramente que en RMP o GWP las evidencias del mecanismo de desenrollado que conduce a la generación de cintas y finos fibrilares desde la pared. Estos finos se suman a los finos generados desde las capas exteriores de las fibras. El proceso TMP no es aplicado a latifoliadas ya que para estas materias primas no muestra ventajas con relación a la RMP.  En los desfibradores de muelas, los troncos se cargan en el almacén de un molino en el que se prensan contra una rueda moledora. La abrasión separa los haces de fibras dando lugar a hilos individuales, y excepto por un porcentaje relativamente pequeño de materia orgánica extraída durante la operación de molienda, la lignina que mantiene unidas las fibras se conserva en la pulpa terminada, por lo que el rendimiento en pulpa es bastante alto. El rendimiento varía según el tipo de madera que se muela, pero en general es del orden de 90%; esto es, 90% del peso de madera alimentada al molino se vuelve pulpa disponible para la manufactura de papel.  En los refinadores de discos, aparecidos después de la Segunda Guerra Mundial, la madera transformada en viruta, después de haber sido mezclada con un gran volumen de agua, se introduce entre los discos, uno de los cuales es fijo. El rendimiento no es tan elevado pero la pasta obtenida es de calidad superior.

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3.2.3.1. Limitaciones del Pulpeo Mecánico Alto requerimiento energético (1000 a 2500 kwh/t). Aplicable a ciertas materias primas. Baja resistencia en relación a las pulpas químicas y semiquímicas. - Menor permanencia (amarilleo y rigidización por efecto del tiempo).

-

3.2.3.2. Calidad de una pulpa mecánica  Análisis Cualitativo: Observación visual de un ojo experto de pulpa diluida colocada sobre un vidrio azulado. Las características deseadas de individualización de las fibras y presencia mayoritaria de finos fibrilares pueden apreciarse, la primera de ellas, por la ausencia de haces y la segunda por un aspecto nuboso en oposición al aspecto granular de los finos harinosos. La presencia de finos fibrilares y ausencia de haces indica que pueden predecirse buenas propiedades físicas de la pasta.  Análisis cuantitativo: drenabilidad de la pasta. Nos indica el nivel de tratamiento mecánico aplicado. La drenabilidad en una pulpa mecánica es dependiente de la cantidad y características de los finos, ya que la fracción de fibras no presenta mayor resistencia al drenaje. Una forma de determinar la drenabilidad (Freeness) es según "mL CSF" como hacemos en el ITC. Su valor, para una pulpa mecánica bien refinada, se encuentra normalmente entre 200 y 80 ml CSF. Si bien para muchos usos se requiere una pulpa bien refinada, debe tenerse en cuenta que una baja drenabilidad puede ser un limitante en la formación del papel.

3.3. PULPA QUÍMICA Se procesan normalmente para obtener productos que tienen altos estándares de calidad o que requieren propiedades especiales. El pulpeo químico degrada la madera disolviendo los enlaces de lignina que mantienen juntas a las fibras de celulosa. Generalmente, este proceso involucra la cocción/digestión de las astillas de madera en soluciones químicas acuosas a elevadas temperaturas y presiones.

3.3.1. Proceso de celulosa

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La celulosa es elaborada mediante el proceso denominado "Kraft", a través del cual los chips de maderas son cocidos en una solución alcalina basada en sulfatos 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, transformados en astillas (chipeados), las que después son enviadas a una pila de acopio para su homogeneización. Las que después son enviadas a una pila de acopio para su homogeneización. Las cinco primeras fases corresponden al proceso productivo tradicional, que a partir de un conjunto de insumos básicos (madera, agua, productos químicos y energía) da origen a la celulosa. Las siguientes 4 fases tienen como objetivo asegurar que el proceso productivo se desarrolle en armonía con el medio ambiente. Especial mención merece la fase de monitoreo de las condiciones ambientales. A continuación, se describen estas fases, mostrándolas en un esquema gráfico y explicándolas a través de una relación escrita

 Fase 1: Preparación de la madera. La madera, principal materia prima para la fabricación de la celulosa, llega a la Planta generalmente en la forma de troncos de dimensiones estandarizadas, denominados rollizos. El proceso se inicia cuando los rollizos de madera son cargados en los descortezadores, que son tambores rotatorios de grandes dimensiones que giran a una velocidad de 6 a 10 revoluciones por minuto. La corteza no se desperdicia, sino que es llevada a través de una cinta transportadora para ser quemada en una caldera, denominada caldera de biomasa. Los troncos descortezados son transformados en astillas (chips), las cuales luego de ser acopiadas para su homogeneización en grandes pilas, pasan a continuación por un proceso de clasificación por tamaño. Como se observa en el diagrama, los lampazos siguen el mismo tratamiento que los rollizos de madera y las astillas de aserradero se incorporan directamente a la pila de astillas.

 Fase 2: Cocción Las astillas procedentes de la pila de acopio son conducidas hacia la tolva de astillas, donde son impregnadas con vapor de agua para

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eliminar su contenido de aire. Para asegurar una mayor uniformidad de la cocción en el digestor, las astillas pasan por un tanque a alta presión donde son pre-impregnadas con licor blanco. En el digestor las astillas son literalmente cocidas con una sustancia denominada Licor Blanco, a alta temperatura y presión. El Licor Blanco es una solución acuosa compuesta por sulfuro de sodio (Na2S) e hidróxido de sodio (NaOH). Su función es romper las uniones de lignina y liberar las fibras de celulosa. El rango de temperatura de cocción varía entre 130º C y 170° C, siendo más alta en la parte superior del digestor (etapa inicial). Esto explica por qué el proceso de cocción opera en forma continua. Al final de la cocción, además de la pasta de celulosa, se genera un residuo denominado Licor Negro, que está compuesto por el Licor Blanco mezclado con la lignina y otras sustancias de la madera. La celulosa cruda es el principal insumo en la producción de los papeles y cartones de color café que se usan para embalaje o para producir envases como los sacos, saquitos y cajas de cartón corrugado.

 Fase 3: Blanqueo ECF. Dado que la celulosa es el principal insumo en la producción de papeles blancos, es necesario someter a la pulpa de celulosa a un tratamiento con productos químicos en orden a extraer el remanente de lignina, las resinas, iones metálicos y otras sustancias que podrían afectar el proceso de producción del papel. Diferentes productos químicos, como el dióxido de cloro, el oxígeno y el peróxido de hidrógeno (H2O2agua oxigenada) son agregados en forma secuencial a la pasta de celulosa para blanquearla eliminando la lignina. Los productos químicos actualmente en uso en esta fase del proceso han sustituido a otros que fueron eliminados, por cuanto se demostró que generaban componentes nocivos para el medio ambiente. El proceso de blanqueo significa, necesariamente, una reducción de rendimiento de la madera, medido en m3 de madera por tonelada de celulosa. Normalmente, en todo el proceso de blanqueo se pierde entre un 5 y 9% de la pasta café, para alcanzar blancura estándar de 87-90%, según la norma ISO-2470 (International Organization for Standardization). El residuo líquido procedente de la planta de blanqueo, denominado efluente, es conducido a las plantas de tratamiento, con el objeto de

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ser purificado, eliminando todas las sustancias nocivas para el medio ambiente antes de devolverlo a los ríos.

 Fase 4: Secado y embalado La pasta procedente de la planta de blanqueo es preparada para su secado. El porcentaje de fibras contenida en la pasta a la entrada de la máquina secadora (consistencia inicial), es de aproximadamente 1 a 2%, es decir, la pasta tiene un gran contenido de agua. La lámina, que a estas alturas posee una consistencia de aproximadamente un 46%, entra a los pre-secadores, grandes cilindros en cuyo interior circula vapor a altas temperaturas. Luego pasa a los secadores principales, que por dentro están equipados de diversos rodillos calientes que conducen la lámina a través de calentadores por convección y radiadores infrarrojos También existe la posibilidad de bobinar la lámina de celulosa (celulosa en rollos), en cuyo caso se prescinde de su paso por la cortadora.

 Fase 5: Recuperación y energía. El proceso de producción está diseñado y programado para la recuperación y reutilización de los distintos componentes que intervienen en las 4 primeras fases, estructurándose así un sistema de auto alimentación para el funcionamiento de la planta industrial en su conjunto. El Licor Negro proveniente del digestor, generalmente con una concentración de sólidos del 15 al 18% sigue un proceso de concentración mediante evaporadores de múltiples efectos. Además de extraer el agua del Licor Negro, se retiran de la mezcla algunos componentes sulfurados disueltos, denominados TRS. Este Licor Verde es sometido después al proceso de caustificación, el cual en esencia consiste en adicionarle cal viva (CaO) y por medio de varias reacciones químicas y filtros, se producen dos compuestos químicos: Licor Blanco (Na2S + NaOH) que es almacenado en estanques para ser reutilizado en la fase de cocción y cal apagada o caliza (CaCO3) en forma de lodos, a los cuales se les extrae la humedad y son quemados en hornos especiales, denominados Hornos de Cal, para producir nuevamente la cal viva requerida en este proceso de caustificación. Las siguientes son las ecuaciones químicas involucradas: CaO + H2O - Ca (OH)2 + calor INDUSTRIAS FORESTALES II – INGENIERIA FORESTAL – IX CICLO - 2018

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Ca (OH)2 + Na2CO3 + Na2S - 2NaOH + Na2S + CaCO3 (al filtro de lodos)

 Fase 6: Tratamiento de efluentes. Los residuos líquidos provenientes de las distintas fases del proceso de producción deben ser purificados en plantas de tratamiento, con el propósito de eliminar todas las sustancias que puedan producir un impacto adverso en el medio ambiente, antes de devolver el efluente a los ríos. El proceso de purificación del efluente se desarrolla sometiéndolo a una serie de tratamientos en forma secuencial. La primera fase de este proceso se realiza en la planta de tratamiento primario, etapa en la que se retiran los sólidos suspendidos, además de neutralizar (pH), enfriar y homogeneizar el efluente.

La segunda fase de este proceso se realiza en la planta de tratamiento secundario. El objetivo en esta etapa es la remoción del material orgánico del efluente, lo cual se consigue mediante una degradación biológica. La planta de tratamiento secundario consta de dos unidades principales: la piscina de aireación y el clarificador secundario o piscina de sedimentación. En la piscina de aireación, el efluente es tratado mediante una colonia de microorganismos (bacterias) que literalmente devoran la materia orgánica. La eficiencia de las plantas de tratamiento varía dependiendo del tipo de efluente, el diseño de la planta y las condiciones de operación.

 Fase 7: Control de emisiones aéreas y de olor. Las emisiones aéreas son monitoreadas y controladas rigurosamente para evitar la descarga hacia la atmósfera de sustancias dañinas para el medio ambiente o los seres vivos. Las fuentes fijas más importantes en una Planta de celulosa y sus correspondientes equipos para el abatimiento de emisiones son las siguientes: Caldera Recuperadora: Es la principal fuente de emisiones aéreas de la Planta. Como ya se indicó, esta caldera es alimentada con Licor Negro concentrado.

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 Fase 8: Manejo de residuos sólidos. Los residuos sólidos están constituidos por un grupo heterogéneo de materiales producidos en la Planta de celulosa, los cuales no pueden ser vendidos a terceros, reutilizados o incinerados. Los desechos industriales que se depositan en las ADC de las Plantas contienen tanto elementos orgánicos como inorgánicos, además de una inevitable cantidad de líquido. Las ADC además están expuestas a la lluvia, que percola (se filtra) a través de estos desechos.

3.3.1.1. Pulpeo Ácido El método más generalizado es el “método al sulfito”, que hoy ha sido relegado en parte por el proceso Kraft. La lejía de cocción es una disolución de ácido sulfuroso (H 2SO3) y bisulfito cálcico (Ca (HSO3)2), que se prepara disolviendo dióxido de azufre en H2O y haciéndola reaccionar con CACO3-. La acción solubilizante se debe al SO2 utilizable, que es tanto el que se encuentra en estado libre como combinado, pero entendiendo que éste se libera por sucesivos desplazamientos del equilibrio.

3.3.1.2. Pulpeo alcalino Los dos métodos que existen de este tipo son: el método a la sosa y el método al sulfato o Kraft.

 Método a la sosa Es el más antiguo y es el más simple de todos y está especialmente indicado para madera de frondosas. Produce fibras cortas y fácilmente blanqueables, pero abundantes en pentanosas.

 Proceso Sosa-AQ Es un proceso reciente propuesto por Holton, (1977) que deriva del proceso a la sosa en el cual se añade un catalizador, la antraquinona (AQ). Este aditivo presenta dos efectos fundamentales como son: la aceleración del proceso de deslignificación alcalino y la estabilización de los carbohidratos, mejorando además los rendimientos respecto

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al proceso Kraft o sosa convencional en las mismas condiciones de operación.

II. METODOLOGÍA 2.1.

MATERIALES PARA LA EXTRACCIÓN DE LA PULPA

2.1.1. Material para la extracción de pulpa mecánica - 2 probetas de pino con medidas de 1pulg x 1pulg x 15pulg - 1 tina - Frascos de vidrio para pulpa - Lejía - Tela blanca sintética - 1 balde - Botellas descartables de un litro - Plástico grueso ½ metro - Agua

2.1.2. Material para la extracción de pulpa química - 50 gramos de astillas: 1mm x 1mm x 1cm - Agua San Luis - Erlenmeyer - Cocina eléctrica - Probeta - Fiola - Pipeta – Matraz - Vaso precipitado - Soda cáustica

PARA BLANQUEO DE LA PULPA 2.1.3. Material para el blanqueamiento de pulpa mecánica - Blanqueador Vanish - Lejía - Acetona - Laminillas 2.1.4. Material para el blanqueamiento de pulpa química - Lejía

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PARA ELABORACIÓN DEL PAPEL 2.1.5. Material para la elaboración de papel de ambos procesos 2.2.

6 bloques de vidrio Tela sintética Tubo de 2” Papel absorvente Papel bon

Métodos

2.2.1. Selección de la especie La especie que se usó para la obtención de pulpa y luego elaboración del papel fue Pinus radiata, la cual se seleccionó; teniendo en cuenta sus características fenotípicas, como la altura, diámetro, el número de ramas y su edad (árbol joven). - UBICACIÓN: el lugar de donde se extrajo el pino fue del centro poblado Santa Fe de las Naranjas, ubicado a unas horas de la ciudad de Jaén.

2.2.2. Procedimiento para elaboración de pulpa mecánica - Sacar dos probetas de pino de 1pulg x 1pulg x 15pulg de madera. - Colocar las probetas en agua por 3 días. - Seleccionar las dos mejores probetas que cumplan las condiciones para ser utilizada. - Medir la probeta. - Luego dividir la probeta en dos partes. - Medir ambas probetas. - Marcar la parte de la probeta a ser utilizada para la pulpa mecánica. - Tomar medidas de cada una de las partes de la probeta a ser utilizada para pulpa mecánica. - Colocar la tina debajo de la máquina de piedra. - Colocar el plástico alrededor de la máquina de piedra con la finalidad de evitar que la pulpa salga fuera de la tina. - Pasar la probeta por la máquina de piedra e ir agregando agua para que la pulpa vaya cayendo a la tina.

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 Después de que se haya procesado toda la probeta se procede a realizar lo siguiente: - Colocar una tela blanca sobre un balde. - Ir agregando sobre la tela la pulpa que va saliendo de la tina y esperar hasta que se filtre toda el agua. - Realizar el procedimiento anterior hasta terminar toda la pulpa contenida en la tina. - Después de que se filtra toda el agua se procede a retirar la pulpa, para luego colocarla en los frascos de vidrio.

 Procedimiento de la parte de la probeta que será colocada en la estufa - Medir ancho, largo y espesor. - Pesar la probeta en la balanza eléctrica. - Colocar la probeta en la estufa a por dos días. - Retirar la probeta. - Pesar y medir la probeta.

2.2.3. Procedimiento para elaboración de pulpa química  Extracción de pulpa - Descortezado de la rodaja del pino. - Dimensionado de la rodaja de forma oblicua. - Desastillado de la rodaja, obteniendo astillas de 1mm x 1mm x 1cm - Pesar 100 gramos de astillas húmedo, de los cuáles solo se utilizó 50 gramos. - Pesar 5 gramos de astillas.

 Obtención de extractivos - Armamos el soflex - Llenar la fiola con 150 mm acetona y 150 de alcohol. - Colocar las cápsulas en el soflex. - Lavar las cápsulas por 7 veces. - Después de haber hecho ese proceso con todas las cápsulas, retiramos las astillas y las dejamos secar al aire libre por 4 días. - Destilamos la acetona y finalmente obtuvimos una pequeña cantidad de extractivos.

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2.2.3.1. Proceso a la sosa - Pesamos 17.5 gramos de soda cáustica. - Colocar las astillas en un Erlenmeyer. - Preparamos 1 litro de solución – licor al 1.75 % (agua más 17.5 gramos de soda); sin embargo, pasado dos días se aumentó la concentración de soda al 5%. - Colocar una marca al Erlenmeyer donde coinciden los 330 ml. - Llevar la muestra a la cocina eléctrica. - Calentar la muestra hasta el punto de ebullición, cuando se observe que está por hervir retirar, mover y volver a colocar. - Cuando la muestra esté cierto milímetro bajo la línea marcada, agregar 50 ml de agua y así sucesivamente por 4 días hasta notar que la muestra presente una composición acuosa. - Retirar una astilla y si ésta se deshace presionándola con los dedos dar por terminado el proceso de cocción de las astillas. - Dejar reposar la muestra por media hora. - Extraer el líquido haciendo uso de una jeringa. - Repetir el proceso anterior por 7 veces, cada uno de ellos cada 8 horas. - El líquido extraído se deposita sobre una botella de plástico, no botar.

III. RESULTADOS 3.1. CÁLCULOS DEL RENDIMIENTO (PULPA MECÁNICA) *Datos de las probetas utilizada para la extracción de pulpa mecánica: MEDIDAS DE PROBETA 1 HÚMEDA ANCHO 2.55 ESPESOR 2.4 LARGO 15.04 PESO (gr) 106

MEDIDAS DE PROBETA 2 HÚMEDA ANCHO 2.5 ESPESOR 2.65 LARGO 15.14 PESO (gr) 107.5

PESO TOTAL (gr)

PESO TOTAL (gr)

205.25

225.03

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*Datos de las probetas secas a la estufa: MEDIDAS DE PROBETA 1 SECA ANCHO 2.38 ESPESOR 2.29 LARGO 15.01 PESO (gr) 36.40

MEDIDAS DE PROBETA 2 SECA ANCHO 2.37 ESPESOR 2.53 LARGO 15.09 PESO (gr) 45.72

CÁLCULO DE RESULTADOS * Peso seco de la madera procesada 𝑪𝑯 ) 𝟏𝟎𝟎

𝑷𝑺𝑴𝑷 = (𝑷𝑯 ) (𝟏 −

 𝑷𝑯 = (𝟐𝟐𝟓. 𝟎𝟑 + 𝟐𝟎𝟓. 𝟐𝟓) − (𝟏𝟎𝟕. 𝟓 + 𝟏𝟎𝟔) 𝑷𝑯 = (𝟒𝟑𝟎. 𝟐𝟖) − (𝟐𝟏𝟑. 𝟓) 𝑷𝑯 = 𝟐𝟏𝟔. 𝟕𝟖 

𝑪𝑯 =

(𝟏𝟎𝟕.𝟓 +𝟏𝟎𝟔) − (𝟒𝟓.𝟕𝟐+𝟑𝟔.𝟒𝟎) (𝟏𝟔𝟕.𝟓 +𝟏𝟎𝟔)

𝑪𝑯 =

× 𝟏𝟎𝟎

𝟐𝟏𝟑. 𝟓 − 𝟖𝟐. 𝟏𝟐 = 𝟎. 𝟔𝟏𝟓𝟑 𝟐𝟏𝟑. 𝟓 𝑪𝑯 = 𝟔𝟏. 𝟓𝟑 %

 𝑷𝑺𝑴𝑷 = (𝟐𝟏𝟔. 𝟕𝟖) (𝟏 −

𝟔𝟏.𝟓𝟑 𝟏𝟎𝟎

)

𝑷𝑺𝑴𝑷 = 𝟖𝟑. 𝟑𝟗𝟓𝟐 * Peso seco de la pulpa 𝑃𝑆𝑃 = (𝑃𝐻 𝑝𝑢𝑙𝑝𝑎) (1 −

𝐶𝐻 ) 100

 𝑷𝑯𝒑𝒖𝒍𝒑𝒂 = 𝟒𝟕𝟗. 𝟏𝟒 𝒈𝒓 𝟏𝟖.𝟑𝟕−𝟐.𝟓𝟑

 𝑪𝑯𝒑𝒖𝒍𝒑𝒂 = (

𝟏𝟖.𝟑𝟕

)

𝑪𝑯 = 𝟖𝟓. 𝟒𝟖 %  𝑷𝑺𝒑𝒖𝒍𝒑𝒂 = (𝟒𝟕𝟗. 𝟏𝟒) (𝟏 −

𝟖𝟓.𝟒𝟖 𝟏𝟎𝟎

)

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA – FILIAL JAÉN 𝑷𝑺𝒑𝒖𝒍𝒑𝒂 = 𝟔𝟗. 𝟓𝟕𝟏𝟏 * Rendimiento Masal 𝑹𝑴 =

𝟔𝟗. 𝟓𝟕𝟏𝟏 𝟖𝟑. 𝟑𝟗𝟓𝟐

𝑹𝑴 = 𝟖𝟑. 𝟒𝟐𝟑𝟑 * Rendimiento Volumétrico  Volumen Probeta 1

 Volumen Probeta 2

V = 2.38 x 2.29 x 15.01

V = 2.37 x 2.53 x 15.09

V = 81.81 𝑐𝑚3

V= 90.48 cm3

 Densidad .

𝑷𝒆𝒔𝒐

𝑫 = 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝟒𝟓.𝟕𝟐

𝑫 = 𝟗𝟎.𝟒𝟖



0.51 gr / cm3

𝑷𝒆𝒔𝒐 𝒔𝒆𝒄𝒐 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒑𝒖𝒍𝒑𝒂 𝒐𝒃𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒂 𝑹𝑽 = 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝑴𝒂𝒅𝒆𝒓𝒂 𝒑𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒂𝒅𝒂

𝑅𝑉 = 43.3801 %

*Volumen procesado: V = Ancho x Espesor x Largo V = 2.54 X 2.54 X 38.1 (2) V = 491.6119 𝑐𝑚 *Peso seco de la pulpa: 𝑷𝑺𝒑𝒖𝒍𝒑𝒂 =

(83.4233)(0.52)(491.6119) 100

𝑷𝑺𝒑𝒖𝒍𝒑𝒂 = 213.2618

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*Rendimiento Volumétrico: 𝑹𝑽 =

213.2618 491.6119

𝑹𝑽 = 43.38 % 3.2. CÁLCULO DEL RENDIMIENTO (PULPA QUÍMICA) RENDIMIENTO 9.41 𝑋 100 41.3

𝑅=

𝑅 = 22 % VOLUMEN HÚMEDO DE LA ASTILLA 𝑉ℎ𝑎 =

41.3 𝑔 0.51 𝑔/𝑐𝑚3

𝑉ℎ𝑎 = 80.98 𝑐𝑚3

RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO 𝑅𝑉 =

9.41 80.98 𝑐𝑚3

𝑅𝑣 = 0.116 𝑔/𝑐𝑚3

3.3. CÁLCULOS DE GRAMAJE PULPA MECÁNICA MUESTRA 1

Antes

Después

Espesor

0.08

0.07

Largo

9.7

9.63

Ancho

2.45

2.43

PESOS

0.73

0.67

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA – FILIAL JAÉN MUESTRA 2

Antes

Después

Espesor

0.08

0.07

Largo

8.8

8.76

Ancho

2.6

2.53

PESOS

0.71

0.64

 DEL PAPEL RECTANGULAR Medidas Ancho Largo Espesor

Cm 9.63 17.83 0.06 𝑉 = 9.63 𝑋 17.83 𝑋 0.06 = 10.302174 𝑐𝑚3 1 𝑐𝑚3 → 0.51 𝑔 10.302174 → 5.25 𝑔𝑟 171.7029 𝑐𝑚2 → 5.25𝑔 10000 𝑐𝑚2 → 𝑥 ×= 305.7607 𝑔𝑟

PULPA QUÍMICA Medidas Ancho Largo Espesor

Cm 8.93 10.1 0.14 𝑉 = 8.93𝑋10.1𝑋0.14 𝑉 = 12.62 𝑐𝑚3 0.51

𝑔 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑚3

1 𝑐𝑚3  0.51 𝑔 12.62 𝑐𝑚3 → 𝑥 𝑥 = 6.4362 𝑔 INDUSTRIAS FORESTALES II – INGENIERIA FORESTAL – IX CICLO - 2018

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90.193 𝑐𝑚2 → 6.4362𝑔 10000𝑐𝑚2 → 𝑋 𝑋 = 713.60 𝑔

IV. CONCLUSIONES  Se determinó que la pulpa mecánica tiene un mayor rendimiento con 𝟖𝟑. 𝟒𝟐𝟑𝟑 % en comparación con la pulpa química que tiene un rendimiento de 22%.

 La consistencia del papel de la pulpa mecánica es mejor que la de la pulpa química.

 El proceso para obtención de la pulpa mecánica es mucho más rápido que el proceso de la pulpa química.

 El gramaje del papel químico (305.7607 𝑔𝑟) es mayor que el papel elaborado a base de pulpa mecánica (713.60 gr.).

V. RECOMENDACIONES PULPA QUÍMICA

 Cuando se hierve la solución no cortar el proceso, debido a que si esto pasa la solución se enfría y el hidróxido de sodio penetra en la fibra lo que provoca que se endure y tengamos que hervir horas adicionales para recuperar el proceso de cocción.

 Al momento de realizar el lavado se recomienda el segundo después de 6 – 8 horas aproximadamente, pues es un tiempo prudente para que se haya asentado la pulpa, de lo contrario se pierde la misma durante el proceso. PULPA MECÁNICA



Tener cuidado al momento de desgastar la madera para evitar la pérdida de pulpa.

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