Fabricación del papel Industrias de Transformación Química Curso 2019

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”).

Máquina de Papel

Preparación de pulpas

Preparación de pulpas Desintegración Pulper Horizontal Vertical Consistencias: Baja: menor a 4 % Media: 4-6% Alta: 6-10%

PULPER

Preparación de pulpas

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.

Preparación de pulpas

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.

Preparación de pulpas

Tamizado y depuración 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. Antes de la caja cabeza, el tamizado y la depuración son las operaciones que nos dan la última oportunidad de eliminar los elementos indeseables.

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.

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.

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.

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. b) De tipo dinámico (género hidrociclones) Elimina las partículas mas pesadas

TAMICES ROTATIVOS

TAMICES PRESURIZADOS

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.

DEPURADORES CICLÓNICOS Pulpas consistencia baja y contaminantes pesados Contaminantes livianos

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

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).

Componentes básicos de la Máquina de Papel tipo Mesa Plana Repartidor Sequería Lisa Sección de Prensas Caja de entrada Tela Enrolladora

Circuito 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.

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: cargas / pigmentos / colorantes / Agentes de blanqueo óptico/ Resinas para resistencia en húmedo / Ligantes / Productos de encolado / Productos para resistencia en seco - Auxiliares: Antiespumantes / Microbicidas / Retentivos

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.

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

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 estas fueron aumentando resultó impracticable aumentar la altura de la pulpa, por este motivo se crearon las cajas de entradas presurizadas.

Componentes de la caja de entrada: Repartidores Rodillos igualadores de velocidad Garganta de medición ajustable Cámara de explosión Entrada desde el repartidor perfilado Repartidor perfilado

Caja de entrada Labio: orificio rectangular o boquilla con una abertura a todo lo ancho de la máquina, completamente ajustable para obtener el caudal necesario. 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.

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.

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.

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

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.

Mesa Plana TELA: cinta sin fin finamente tejida (antiguamente metálicas, hoy en día reemplazadas por la sintéticas por su mayor vida útil). Velocidad normal de máquina : 1.000 m/min Velocidad alta de máquina: 2.000 m/min Velocidad baja de máquina: 350 m/min

Mesa Plana 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.

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.

Mesa Plana

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.

Formadoras doble tela

Prensado

Prensado • Etapa intermedia entre la formación y el secado de la hoja. 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. 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 de 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.

Transferencia de la hoja desde la sección formación a la sección prensas La operación de prensado consiste en exprimir la hoja en contacto con el fieltro en la zona de contacto de las dos prensas: NIP.

Prensado

Escurrimiento longitudinal

Escurrimiento transversal

Etapas del escurrimiento transversal

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.

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.

Tipos de prensas Prensas llenas

Prensa aspirante

Prensa ranurada

Prensa de NIP extendido

Secado La hoja de papel húmeda entra a esta sección con un 60% de humedad, saldrá con un 5 %, deseable en la composición final para mantener su elasticidad. 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. •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.

Secado

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.

FASES DEL SECADO DEL PAPEL

Primer dispositivo de ventilación de las bolsas de aire Rodillo de ventilación Primer dispositivo de ventilación de las bolsas de aire

Conductos de ventilación perforados

Otro método de secado Secador de hoja transportada

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.

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

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.

Calandras Duras Ventajas: Costo eficiente. Influencia efectiva sobre el perfil de espesor. 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. Calandras Duras

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.

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.

Proceso de calandrado

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

Calandras especiales Calandras de realce

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 metálicos.

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).

Bobinado

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