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• David Romero

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23234 Laboratorio de Procesos 2014-I

PRE-INFORME # 7. PRODUCCIÓN DE PAPEL. 1 INTRODUCCIÓN

Cuando se habla de papel, la mayoría de las personas piensa en árboles. Pero sólo recientemente en la historia del papel los árboles han llegado a ser la fuente principal de pulpa para su producción. El papel se puede hacer de varios tipos de plantas, porque la celulosa es la base de todos los tipos de material vegetal. Para hacer el papel, la celulosa es separada en fibras y luego es batida y mezclada en agua. Cuando se escurre el agua, queda una lámina de fibras entretejidas. Por trescientos millones de años ciertas especies de avispas han masticado materia vegetal o la celulosa para hacer papel, hasta que se forma una pulpa y ellas fabrican las colmenas de esta materia.

Para fraseando a Albert Einstein: “Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad. Prof. Liliana Marcela Gómez Ibáñez

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1. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL 

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

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

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.

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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.

2. MARCO TEORICO 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: Celulo sa Pinos 40-50 Otros árboles 38-51 Bagazo de caña de 32-44 azúcar Bambú 26-43 Pelusa de algodón 80-85 Paja de trigo 28-36 Paja de arroz 29-40

Pentosan os 4-14 9-26 37-32

Hemicelul osa 15-34 21-17

15-26 23-28 26-32

25 26

Lignin a 1 1 2-5 2-5 1-2 15-20 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 (Na 2S), 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.

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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 diario La 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 pequeños El 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.

COSTOS DE PRODUCCIÓN DE PAPEL El costo de papel se vió afectado severamente en la producción de los primeros seis meses del año en donde el rendimiento de las tierras en el Valle del Cauca fueron afectadas por el fuerte invierno de 2011, especialmente las asociadas al cultivo de caña de azúcar cuyo bagazo es utilizado para la elaboración de pulpa y papel. Por otra parte, incrementos en fibras recicladas y recursos energéticos (dos de los insumos más importantes en la producción de papel), tuvieron un impacto negativo en la competitividad del sector. El aumento de los precios de gas y carbón por encima de la inflación en los últimos cinco años y un incremento en el presente año cercano al 6% en el precio de las fibras recicladas debido a una combinación de ampliación de capacidad de plantas papeleras con una disminución de oferta debido a una menor consumo de bienes en el mercado nacional fueron las principales causas. La línea de producto que si tuvo crecimiento es la de papeles suaves (de 7.10%), utilizados para la producción de papel higiénico, toallas para manos, pañuelos faciales, donde se aumentó la producción local sustituyendo importaciones, y así evitó que la caída en la producción total de papel y cartón fuera mayor. Por ser un producto básico de la canasta familiar, este es menos sensible a los cambios del ciclo económico.

BIBLIOGRAFÍA  Alvarez, B. Buenas tareas. Obtenido de www.buenastareas.com/ensayos/columnas-empacadas.html  Coro, S. A. MANUAL DE PRODUCCION DE PAPEL. venezuela.  McCabe, W. L., Smith, J., & Harriott, P. (2005). Operaciones básicas de ingeniería química, Vol  S.A, C. CARVAJAL. Obtenido de www.carvajalsa.com/pulpa-y-papel2.html  Asociación Nacional de Empresarios de Colombia. ANDI. Obtenido de http://www.andi.com.co/pages/noticias/noticia_detalle.aspx? IdNews=485