Fabricación del papel Industrias de Transformación Química Curso 2015.

Presentación del tema: "Fabricación del papel Industrias de Transformación Química Curso 2015."— Transcripción de la presentación:

1 Fabricación del papel Industrias de Transformación Química Curso 2015

2

3 Preparación de pulpas Las fábricas de papel pueden obtener por sí mismas la pasta papelera (“Fábricas Integradas”), o utilizar la pasta que reciben de otras fabricas (“Fabricas no integradas”). - Fábricas no integradas: reciben la pulpa en forma de hoja prensada, que debe desintegrarse y disolverse en solución. - Este tratamiento de la pulpa se realiza en estructuras denominadas PULPERs.

4 Preparación de pulpas Acondicionamiento de Materias Primas
Abarca las siguientes operaciones: Desintegración Despastillado Refino Mezcla de los diferentes aditivos Depuración

5 Preparación de pulpas

6 Preparación de pulpas Desintegración
Tipos de pulper: - Discontínuo: con sogas o rastrillos. - Contínuo: Horizontal Vertical

7 Horizontal Vertical Consistencias: Baja: menor a 4 % Media: 4-6%
Alta: 6-10%

8 Preparación de pulpas: Despastillado
La última fase de la desintegración a veces se realiza con un despastillador (máquina compuesta por 3 discos, 2 exteriores con púas y salientes, y 1 central con movimiento giratorio a gran velocidad). - El movimiento de los discos hace que los choques violentos y el pasaje por conductos estrechos deshaga los haces de fibras, y las libere individualmente.

9 Preparación de pulpa Refinación
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, se modifica la morfología de las fibras y su estructura fisicoquímica.

10 Preparación de pulpa Refinación

11 Tamizado y depuración Se puede decir que el tamizado de una pulpa es la operación que elimina de la misma los elementos homogéneos de geometría anormal, mientras que la depuración elimina los elementos heterogéneos.

12 Tamizado y depuración (cont.)
El papel se realiza generalmente con una mezcla de pulpas: el tamizado se realiza sobre cada tipo de pulpa que integrará a la composición del papel. Este tamizado generalmente está seguido por una depuración en hidrociclones. Luego de la mezcla de pulpas, y antes de la caja cabeza, el tamizado y la depuración son las operaciones que nos dan la última oportunidad de eliminar los elementos indeseables.

13 Impurezas en pulpas químicas
Los tipos principales de impurezas que se encuentran en un stock de pulpa marrón son: nudos: incocidos provenientes de madera densa. falsos nudos, provenientes de astillas cocidas insuficientemente. haces fibrosos: manojos de fibras unidas que no fueron suficientemente cocidas para separarse completamente. partículas de corteza, como resultado de una mala eliminación de las misma antes de la cocción. aún pulpas de muy buena calidad pueden contener trazas de metal o plástico y arena.

14 Impurezas en pulpas mecánicas
Haces fibrosos: manojos de fibras unidas que no se separaron durante el pulpado mecánico. Tajada: grupo de fibras similar a un haz fibroso, pero mucho más corto. Arena y piedras de las muelas: que tienden a pasar a través de agujeros, pero que pueden ser rechazados en ranuras delgadas.

15 Impurezas en pulpas recicladas
Pastillas: pedazos de papel no desfibrados. Plásticos: en forma de hojas o películas. Adhesivos: comúnmente para cerrar cajas. Ceras, asfalto, tintas y encolantes.

16 Existen dos grandes tipos de aparatos utilizados:
a) De tipo probabilístico (género tamices) Depuradores probabilísticos o de ranuras y perforaciones: para impurezas voluminosas. Se utilizan mallas o tamices perforados. Hay 2 subtipos: planos vibrantes, o cerrados bajo presión, etc.

17 TAMICES ROTATIVOS

18 TAMICES PRESURIZADOS

19 Depuradores b) De tipo dinámico (género hidrociclones)
Elimina las partículas mas pesadas: se utiliza la fuerza centrífuga y la diferencia de peso específico de los contaminantes. Son también llamados depuradores ciclónicos o cleaners. Por la salida superior sale la pasta aceptada, y por la boquilla inferior salen las partículas de rechazo.

20 DEPURADORES CICLÓNICOS
Pulpas consistencia baja y contaminantes pesados Contaminantes livianos

21 DEPURADORES CICLÓNICOS
El primer tipo permite separar los elementos que tienen una geometría definida. No distingue dos elementos de dimensiones semejantes pero de peso o superficie específica diferente: esta distinción se realiza en los aparatos del segundo tipo.

22 MESA PLANA O FOURDRINIER
Fabricación de la hoja MESA PLANA O FOURDRINIER

23 Formación de la Hoja Una vez que se han dado las propiedades necesarias a la pasta de papel, y se ha preparado convenientemente la mezcla de materias primas, se da paso a la etapa de formación de la hoja. Implica transformar un caudal de pasta diluida en una lamina delgada, ancha y uniforme con todos los componentes perfectamente distribuidos (la hoja de papel).

24 Componentes básicos de la Mesa Plana

25 Componentes básicos de la Mesa Plana
1) Entrada de pulpa: tubería de entrada para repartir las fibras uniformemente a lo ancho de la máquina. 2) Caja de entrada. 3) Tela. 4) Sección de prensas. 5) Sequería. 6) Lisa. 7) Enrolladora.

26 Circuito Cabeza de Máquina

27 Cabeza de Máquina Se refiere específicamente al circuito de la bomba de dilución en el que la mezcla de pulpa es medida, diluida, mezclada con los aditivos necesarios y sometida a depuración (tamaño y densidad) antes de ser descargada sobre la mesa plana. Se extiende hasta el labio de la caja de entrada.

28 Aditivos y Auxiliares Generalmente, se agregan a las fibras una serie de productos no fibrosos que modifican sus propiedades y las del papel obtenido de ellas. Dos tipos: - Aditivos - Auxiliares.

29 Aditivos y Auxiliares (cont.)
Aditivos: Son productos que se añaden en el proceso de fabricación para modificar las características del papel. - Cargas: partículas minerales de color blanco que rellenan los espacios entre fibras, mejorando propiedades como la opacidad y la blancura, y aumentando la calidad de impresión. - Pigmentos: También mejoran blancura, opacidad y aptitud para impresión. Normalmente, se utilizan en superficie (estucado).

30

31 Aditivos y Auxiliares (cont.)
- Colorantes: para modificar el color y mejorar el matiz. - Agentes de blanqueo óptico: compuestos que emiten luminosidad azulada frente a luz UV, siendo ópticamente mas blancos. - Resinas para resistencia en húmedo: forman enlaces químicos entre las fibras y la resina, que impiden las uniones entre fibra y agua.

32 Aditivos y Auxiliares Aditivos:
- Ligantes: “pegamentos” durante la operación de estucado para que los pigmentos queden unidos entre si y a la superficie del papel. - Productos de encolado: Ofrecen resistencia a la penetración de líquidos en el papel (mayor impermeabilidad) - Productos para resistencia en seco: mejoran la fuerza de uniones fibra-fibra creando puentes hidrógenos adicionales.

33 Aditivos y Auxiliares Auxiliares:
- Antiespumantes: impiden la formación de espuma en la maquina de papel. - Microbicidas: Evitan la formación de colonias bacterianas u otros microorganismos, - Retentivos: mejoran la fijación de los diferentes aditivos y cargas.

34 Caja de entrada Objetivos:
Extender la pulpa uniformemente a lo ancho de la máquina. Igualar las variaciones de consistencia. Crear una turbulencia controlada para evitar la floculación de la fibra. Descargar un flujo constante por la abertura del labio y que choque con la tela en un lugar y con un ángulo correcto.

35 Caja de entrada

36 Caja de entrada Con rodillos giratorios perforados que dan turbulencia e igualan los gradientes de velocidad de salida

37 Clasificación: Caja de entrada abierta Caja de entrada presurizada
Antiguamente en la caja de entrada abierta, la altura del nivel de pulpa se usaba para dar la velocidad de descarga correcta, a medida que estás fueron aumentando resultó impracticable aumentar la altura de la pulpa, por este motivo se crearon las cajas de entradas presurizadas.

38 Componentes de la caja de entrada:
Repartidores

39 Caja de entrada Rodillos perforados: rodillos huecos perforados que sirven para eliminar las irregularidades del caudal y crear turbulencias para mantener las fibras desfloculadas. Labio: orificio rectangular o boquilla con una abertura a todo lo ancho de la máquina, completamente ajustable para obtener el caudal necesario.

40 Caja de entrada La formación de presión da como resultado una excesiva descarga en el rodillo cabecero con poca retención de finos y peor estructura de la hoja.

41 Formación de la hoja La mesa de fabricación es la encargada de formar la hoja y reducir parte del agua que contiene la pasta. La zona crítica va desde la entrada de la caja hasta los primeros metros de la mesa, donde la hoja queda prácticamente constituida fijando su estructura y características principales.

42 Procesos básicos de formación de la hoja
Conjunto de tres procesos hidrodinámicos básicos: drenado, esfuerzos orientados y turbulencias.

43 Formación de la hoja Características de formación:
Distribución de las fibras: debe ser lo mas uniforme posible. Orientación de las fibras en sentido longitudinal (sentido de marcha de la maquina) Distribución homogénea de las cargas y finos.

44 Procesos básicos de formación de la hoja
El más importante es el drenado: las fibras libres para moverse independientemente unas de otras dan capas discretas y el drenado es por filtración. Cuando las fibras en suspensión son inmovilizadas, floculan en redes por lo tanto el drenado se produce por espesamiento dando una estructura más afieltrada.

45 Mesa Plana Velocidad normal de máquina : 1.000 m/min
Velocidad alta de máquina: m/min Velocidad baja de máquina: 350 m/min

46 Mesa Plana Tela: cinta sin fin finamente tejida (antiguamente metálicas, hoy en día reemplazadas por la sintéticas por su mayor vida útil). A lo largo del recorrido, la hoja se consolida, realizando el efecto de desgote (se realiza en 2 etapas): 1) Por gravedad: el agua se elimina en los primeros metros por su propio peso y por la pequeña depresión que crean algunos elementos de la mesa (foils o rodillos desgotadores). 2) Por vacío: Se utiliza el efecto de una fuerza aspirante (vacio), por medio de los vacuofoils, cajas aspirantes y cilindros aspirantes.

47 Mesa Plana El primer elemento estático debajo de la tela es el mármol, que sirve para retardar el desgote inicial evitando la excesiva pérdida de finos y cargas. Foils (“rodillos desgotadores” ): la succión es debida a la separación de la superficie del rodillo y la tela (ambas están en movimiento). Hacia el final de la mesa se encuentran los foils asistidos o cajas húmedas. Y por último antes del cilindro aspirante están las cajas de alto vacío: las cajas secas.

48 Mesa Plana

49 Clasificación de las mesas de fabricación
• Mesa Plana Convencional: La cara inferior de la lámina de pasta (cara tela) está apoyada sobre la tela, mientras la cara superior (cara fieltro) queda libre. • Mesa de Doble Tela: Las dos caras de la hoja están en contacto con la tela. En este caso es posible dirigir el desgote del agua tanto hacia arriba como hacia abajo con ayuda de cajas aspirantes. Se obtiene una hoja mas simétrica y con las dos caras más igualadas.

50 Formadoras doble tela

51 Formadoras doble tela

52 Formadoras doble tela

53 Prensado

54 Prensado • Etapa intermedia entre la formación y el secado de la hoja.
• Objetivo: reducir el contenido en agua de la hoja y consolidar la estructura de la misma. • También se pretende reducir los costos energéticos en la etapa de secado posterior. • La extracción de agua y la compresión de la hoja contribuyen a aumentar la resistencia en el estado seco. • Según el tipo de papel y el tipo de prensas, se puede mejorar la superficie de la hoja (mayor lisura superficial) y reducir su voluminosidad.

55 Transferencia de la hoja desde la sección formación a la sección prensas
Transferencia en tiro abierto

56 Transferencia automática aspirante

57 Prensado

58 Prensado • Un fieltro acompaña la hoja, aún muy frágil, a través de toda la sección de prensas. • La hoja y el fieltro son comprimidos entre dos rodillos comandados, donde generalmente el superior ejerce una carga mecánica sobre el inferior. • La operación de prensado consiste en exprimir la hoja en contacto con el fieltro en la zona de contacto de las dos prensas: NIP. • Al final de la operación de prensado la hoja pasará de 80% de agua al final de la mesa de fabricación a un 60% de agua al final de la sección de prensado.

59 Prensado • El prensado se realiza en varias prensas sucesivas, cuyo número y disposición depende de si se desea acortar el recorrido de la hoja o del fieltro, con el objetivo final de eliminar la mayor cantidad posible de agua en el menor tiempo y a una presión que conserve la estructura de la hoja. • La sequedad de la hoja varía entre 18-25% a la entrada y 36-44% a la salida de las prensas.

60 Prensado

61 Escurrimiento longitudinal

62 Escurrimiento transversal

63 Etapas del escurrimiento transversal

64 Escurrimiento La hoja debe despegarse del fieltro rápidamente.
• El diseño de la prensa debe permitir recoger el agua del fieltro: zonas abiertas. • La eficacia del trabajo de las prensas, para un papel, un gramaje y un fieltro dados, depende de: - la presión ejercida por los rodillos. - la duración de la presión en el NIP. - la cantidad de agua en la hoja y el fieltro al entrar al NIP.

65 Prensado Para obtener el mejor rendimiento de las prensas, el papelero deberá: •Favorecer el escurrimiento transversal utilizando rodillos con zonas abiertas y fieltros con elevado volumen vacío. •Aumentar la carga de compresión teniendo en cuenta las características de la hoja y el ancho de la zona de contacto. •Uniformar la distribución de las presiones corrigiendo el bombeo de los rodillos. • Minimizar la reabsorción de agua por la hoja. • Mantener vacías y limpias las zonas abiertas de los rodillos y los fieltros.

66 Tipos de prensas Prensas llenas

67 Prensa aspirante

68 Prensa ranurada

69 Prensa de NIP extendido

70 Secado La hoja de papel húmeda sale de la sección de prensas conteniendo aproximadamente 40% de sequedad (60% de humedad). A partir de aquí, no es posible eliminar más agua por medios físicos, sino que la única manera de hacerlo es mediante la aplicación de calor. Al final del proceso, se elimina prácticamente la totalidad del agua (queda aprox. 5%, deseable en la composición final para mantener su elasticidad).

71 Secado

72 Secado •El secado es la operación mas costosa dentro de la fabricación del papel. •Durante el secado, la hoja pasa sobre una serie de cilindros calentados con vapor (1,5- 1,8 m de diámetro), donde se evapora el agua. •Distintas secciones: diferentes presiones de vapor o diferentes fieltros. •El vapor de agua es llevado al exterior mediante aire de ventilación.

73 Secado •Con la operación de secado se pretende obtener:
- Una formación homogénea de la hoja - Un perfil homogéneo de secado. - Una distribución regular de la temperatura de la hoja. - Una ventilación eficaz y equilibrada.

74 Secado

75 FASES DEL SECADO DEL PAPEL

76 Vista en corte de un cilindro secador

77 Primer dispositivo de ventilación de las bolsas de aire

78 Rodillo de ventilación

79 Conductos de ventilación perforados

80 Otros métodos de secado
Secador de hoja transportada

81 Secador por radiación

82 Secador por microondas

83 Calandrado Última oportunidad de modificar las propiedades de varios tipos de papeles. Objetivo: modificar la estructura superficial y/o el espesor, según sea lo necesario en el proceso siguiente. En el caso de mejorar para la impresión, el objetivo final depende del tipo de impresión, pero generalmente es reducir la rugosidad superficial y comprimir la estructura porosa. Principalmente mejora el brillo del papel y las propiedades de impresión.

84 Tipos de Calandras CALANDRA: Serie de rodillos colocados unos sobre otros que giran haciendo pasar la hoja de papel entre ellos. Tipos: Calandras duras Calandras blandas Supercalandras Especiales

85 Calandras Duras Se prensa la hoja entre dos o más rodillos duros (acero). Principios: Densifica la hoja por presión. Copia la superficie de los rodillos a la hoja. Ventajas: Costo eficiente. Influencia efectiva sobre el perfil de espesor.

86 Calandras Duras Desventajas:
En papeles con formación no uniforme, los flóculos pueden transformarse en manchas oscuras o absorber las tintas de impresión de manera desigual. Problemas de runnability debido a un estiramiento a lo largo o a lo ancho de la hoja. El estiramiento puede causar burbujas de aire, arrugas del papel y roturas. Transmisión de vibración de un rodillo al siguiente causando ondas en la superficie de los rodillos. Estas marcas causan más vibración, ruidos y variaciones de espesor en DM.

87 Calandras Duras

88 Calandras blandas Una calandra blanda tiene al menos un rodillo blando entre los dos últimos rodillos. Generalmente, uno de los rodillos tiene una cubierta blanda y el otro rodillo es un rodillo duro calentado, similar a los rodillos de las calandras duras.

89 Proceso de calandrado Tanto la hoja como la cobertura blanda del rodillo se comprimen, lo que resulta en una presión menor en el nip en comparación con los rodillos duros. El nip es más ancho: mejor transferencia de calor y deformación de la hoja. La presión se distribuye mejor en los “picos” y “valles”: calandrado mas uniforme.

90 Proceso de calandrado

91 Proceso de calandrado

92 Supercalandrado Supercalandra: calandra multi-rodillos compuesta por rodillos duros y blandos alternados

93 Calandras especiales Calandras de realce

94 Defectos comunes producidos en el calandrado
Zonas en el papel con mayor espesor Zonas en el papel con mayor humedad Arrugas en el papel (por problemas de tensión). Roturas (puntos débiles del papel). Perdida de características en los rodillos con revestimiento. Oxidación y marcas en los rodillos metalicos.

95 Enrollado o Bobinado

96 Bobinado El papel que sale de la máquina de papel o la calandra se enrolla en forma de bobinas para facilitar su utilización en las demás operaciones. La bobina es un rollo de papel con unas dimensiones (diámetro, ancho, longitud de papel) y unas características determinadas. Cada una de las bobinas iniciales (bobina madre) atraviesan la operación de bobinado, que tiene por misión cortar y rebobinar la bobina de gran diámetro en bobinas de diámetro y anchura mas pequeña (bobinas hijas).

97 Bobinado

98 Tipos de Bobinadoras - Bobinadora de dos tambores
- Bobinadora con bobinado individual, con un solo tambor central (la más utilizada).

99 Calidad y ensayo de bobinas
La bobina terminada debe estar preparada para soportar los tratamientos y esfuerzos a que va a estar sometidos (almacenamiento, transporte, etc). La calidad de su formación depende de 2 factores: El papel base (bobina madre) El desarrollo del bobinado

100 Calidad y ensayo de bobinas
Ensayos sobre bobinas: - Dureza - Diámetro - Densidad - Fuerza de fricción entre capas 100