1.1.
Principio del proceso de obtención de pulpas semiquimicas En la fabricación de pulpas se emplean varias operaciones unitarias como absorción, evaporación, extracción y filtración (Libby, 1976 citado por Rojas.E y Gomez.D 2004). El proceso de obtención de pulpas semiquimicas es un método clásico de fabricación de pasta mecánica y de pulpa química que consta de dos etapas: un tratamiento quimico moderado de la materia prima fibrosa para separarla parcialmente o en cierto modo degradar o afectar las uniones entre las fibras seguido de un tratamiento mecánico denominado desfibración. La experiencia a demostrado que los materiales fibrosos utilizados para pulpas semiquimicas se pueden clasificar en orden de su empleo, de
acuerdo
con
sus
características
botánicas,
como
sigue
(LIBBY;1976;D.ALMEIDA,1998 citado por Rojas.E y Gomez:D 2004) : Dicotiledoneas o angiosperas: arboles de hojas caducas-maderas duras Gimnospermas: arboles de hojas perennes- maderas suaves Monocotiledoneas: cañas, gramíneas y carrizos Los factores que se deben tener en cuenta en los procesos son principalmente: Propiedades físicas y características químicas del material fibroso Composición y concentración del licor de cocción(cantidad de reactivos) Temperatura y tiempo de cocción Presión Ph(para los licores alcalinos la relación sulfito de sodio y NAOH puedes variar sin afectar el ph) La primera etapa o etapa química de los procesos semiquimicos en la cual el material fibroso es sometido a la acción de reactivos con o sin aplicación de calor tiene como objeto principal el debilitamiento químico del complejo lignina-carbohidrato de la unión entre as fibras. Las variables que se estudian en esta etapa corresponden a:
Propiedades químicas del material fibroso( el contenido de acelulosa o celulosa verdadera en el material no altera directamente su facilidad de cocción pero mientras mayor sea su valor mayor será
el
rendimiento
de
la
pulpa
semiquimica
blanqueda
completamente deslignificada Disminución o aumente en el rendimiento de la pulpa (debido al grado de des lignificación) Condiciones de operación (una aumento de temperatura acelera las reacciones semiquimicas alcalinas) En la segunda etapa o etapa mecánica el material fibroso parcialmente convertido en pulpa, es sometido a un proceso de separación de fibras (desfibrarían) para obtener una pulpa que posteriormente es batido quedando asi con unas propiedades adecuadas para el desarrollo de etapas posteriores en la fabricación de papel por medio de una acción mecánica desfibradora-refinadora Las acciones mecánicas de la etapa de desfibrarían son principalmente las de fricción entre las fibras y haces de fibras, contra las placas del molino y de compresión del material fibroso en suspensión a medida que este es forzado entre las placas por efecto de la fuerza centrifuga del disco o discos rotatorios. La primera acción corresponde a aun calentamiento de la unión entre fibras y su posterior debilitamiento hasta el punto de astilla ; posteriormente ocurre una desintegración real de los agregados de fibras y su separación en fibras individuales; finalmente, la refinación individual de las fibras permite el acondicionamiento del material para la formación de papel. Existen varios factores que deben tenerse en cuenta durante la etapa mecánica. Tamaño de astilla o de partícula. Las astillas o particulas pequeñas de tamaño uniforme pueden alimentarse y desfibrarse mas homogéneamente que el material grande o de tamaño variable. El contenido de humedad del material fibroso. Los materiales secos
o con poca humedad dan pulpas voluminosas de baja resistencia y el consumo de energía es relativamente alto. El claro entre placas. Mientras más cerca estén las placas en un molino de discos mayores serán las acciones de desfibrarían y de refinación. Con una disminución del claro entre las mismas se aumenta el consumo de energía y la resistencia a la explosión; pero disminuyen la resistencia al rasgado y el freeness. El número de pasos. Hay un aumento en la resistencia y una disminución simultánea en el número de freeness cuando el material fibroso se desfibra en una sucesión de pasos. Las pulpas semiquimicas tienen propiedades específicas que las hacen utilizables en productos de papel y de cartón debido a las propiedades químicas que poseen, tales como altos contenidos de lignina y hemicelulosa; factor que afecta directamente el rendimiento de la pulpa como se mencionó anteriormente (teóricamente el rendimiento del proceso semiquimico se encuentra entre los puramente químicos y puramente mecánicos del 55 al 92%) Producción semiquímica de pulpa Los procesos de producción de pulpa de papel por medios semiquímicosimplican aquellos procedimientos donde se utilizan etapas de tratamientosquímicos y etapas de procesado mecánico. Los dos tipos de tratamientos soncomplementarios, y aúnan en la pasta final las ventajas de las pastas químicasy de las mecánicas.En la producción sólo mecánica y en la termomecánica de pulpa, las maderassuaves tienden a quebrarse para producir fibrillas con buenas propiedades encuanto a al formación de enlace de las hojas. Sin embargo, las maderas duras,por razón de su estructura fibrosa más rígida, no forman dichas fibrillas, sinoque se rompen en desperdicios cortos no fibrilares, que contribuyen muy pocoa las propiedades de enlace, lo que no se mejora ni siquiera sometiendo a lasastillas a vaporización por debajo del punto de transición vítrea antes delrefinado. Es por ello que el tratamiento termomecánico de maderas duras nologra una buena resistencia de la fibra. Es por ello que para el procesadomecánico de maderas duras es imprescindible recurrir a métodos depretratamiento químico que mejoren las propiedades de las fibras,sometiéndolas posteriormente a un refinado mecánico.Proceso a la sosa fríaDe los proceso semiquímicos (o qumicomecánicos) el proceso a la sosa fría esel más antiguo. Consiste en el refinado mecánico de las astillas una vezremojadas en una disolución de sosa, durante un período de tiempo de entre30 y 120 min, dependiendo del tipo de madera y a temperatura ambiente. Deesta forma, las astillas se ablandan
debido a la absorción acelerada queexperimenta la hemicelulosa y las zonas amorfas de la estructura celulósica(las más fácilmente accesibles), produciendo una hinchazón de las mismas quedebilita la estructura de la madera.La temperatura de aplicación de este proceso no puede ser superior a 25ºC sino se quieren obtener pulpas oscurecidas (válidas sólo para la fabricación decartón), pero a esta temperatura la velocidad de impregnación de la maderapor la sosa, sobre todo en maderas duras y densas es lenta, por lo que a vecesse lleva a cabo bajo presiones de hasta 10 atm.El rendimiento de madera a pasta es de entre el 87 y el 92% para maderasduras, y el consumo de sosa, aunque variable en función de la madera, estáalrededor de 60 kg de sosa cáustica por tonelada de pulpa para la producciónde papel de periódico. El costo de este procesado es menor que el de la pastamecánica, pues aunque es necesario contar con el gasto en productosquímicos, éste se compensa ampliamente con el ahorro energético de ladesfibración, que está entre 630 y 900 kWh por tonelada de pulpa seca. El licorutilizado en la impregnación puede volver a ser utilizado de nuevo,
añadiéndole la cantidad adecuada de sosa, hasta un máximo de 15 o 20 ciclos,ya que más usos supondrían un oscurecimiento de la pasta. Las característicasdel papel obtenido por este método son muy similares a las de los obtenidospor métodos mecánicos, y sus aplicaciones son las mismas, aunque estemétodo está casi en desuso debido a las mejores propiedades obtenidas porotros métodos similares.Proceso al sulfito básicoEste proceso se lleva a cabo en el tratamiento de maderas suaves o maderasduras de baja densidad (como el álamo y el eucalipto). El licor empleado parala extracción está compuesto de sulfito sódico (Na2SO3) y por una serie deproductos que consigan regular el pH del medio a valores de entre 9 y 12;estos compuestos son carbonato de sodio (Na2CO3), hidróxido de sodio (NaOH)y sulfuro de sodio (Na2S). La acción del sulfito en medio básico es similar a lade la sosa, es decir, acelera el proceso de hidratación de la celulosa, y porconsiguiente ablanda la madera, pero presenta la ventaja frente a ésta deproducir pulpas más blancas y generar papeles más resistentes.Las condiciones de operación son más severas que en el proceso a la sosa,pues se lleva a cabo a alta temperatura (proceso quimicotermomecánico),entre 130 y 170ºC, temperatura a la cual la impregnación de las astillas demadera es muy efectiva, lo que acelera la velocidad del proceso y facilita elposterior refinado. La energía consumida en la etapa de digestión química aalta temperatura se estima que resulta 1000 KWh por tonelada de pulpa seca,y la energía consumida en el proceso de refinado es de 800 KWh por toneladade pulpa seca. El rendimiento del proceso, expresado en porcentaje de pulpaobtenido por cantidad de madera empleada, se sitúa entorno al 60%.La elección de este sistema en relación con el proceso exclusivamentemecánico habrá de ser evaluado en términos de economía de proceso ybeneficios de los productos. Por una parte, el consumo energético total esligeramente superior al del proceso mecánico, estimado en 1600 KWh, y elrendimiento es inferior (60% frente a 90%), pero por el contrario, la calidad dela pulpa obtenida es muy superior, ya que puede ser empleada en laproducción de papeles de altas exigencias de resistencia mecánica, encontraposición con la debilidad de la pasta mecánica. Es por ello quedependiendo del producto que se desee obtener, se empleará uno u
otrométodo.Proceso al bisulfitoEn este proceso se emplea bisulfito sódico para promover la separación de lalignina de las fibras celulósicas en una etapa previa al refinado mecánico final.
La acción del bisulfito sobre la lignina produce la sulfonación de las moléculasde lignina, generando ácidos lignosulfónicos más hidrofílicos, de manera que lafibra puede hincharse y absorber agua. Para producir una pulpaquimicomecánica de alta resistencia aplicando maderas duras de elevadadensidad resulta necesario un alto grado de sulfonado, debiendo cocerse lasastillas para obtener un rendimiento elevado (de hasta el 85%).Durante el proceso es importante mantener los valores de pH entre 4 y 6, puesen ese rango se obtienen las pulpas más resistentes y más blancas, lo que esimportante a la hora de fabricar el papel. Además, para conseguir un buenimpregnado de las astillas en reactivos, este proceso se lleva a cabo bajopresiones de entre 5 y 10 kg/cm2 y en ausencia de aire. También esimportante tener en cuenta los problemas producidos cuando se supera latemperatura de transición vítrea de la lignina, fenómeno que tiene lugar en elprocesado termomecánico, donde la lignina termina por adherirse a la fibra,reduciendo su cohesividad a la hora de confeccionar el papel. Pues bien, si latemperatura habitual de transición vítrea es de 120 a 150ºC, en las astillastratadas previamente por el procedimiento del bisulfito, ésta se rebaja hasta70 a 90ºC, debido al cambio en la estructura química ocasionado. Es por elloque deben controlarse las temperaturas alcanzadas en la etapa derefinamiento mecánico, a fin de no superar dichos límites, que perjudicaríanconsiderablemente la calidad de la pulpa.Con el proceso al bisulfito se puede regular el rendimiento y la calidad de lapulpa obtenida, pues tiempos altos de impregnación supondrán bajosrendimientos (45 a 60%), pero calidades similares a la de las pastas químicas(alta calidad y resistencia mecánica); si el tiempo de impregnación es bajo, elrendimiento aumenta (80 a 85%), pero la calidad de la pulpa es similar a laspastas mecánicas (poca resistencia mecánica y deteriorabilidad).Proceso al sulfito ácidoEn este proceso se emplea una disolución de sulfito sódico a la que se leagrega cierta cantidad de dióxido de azufre (SO2). La acción de este licor sobrelas astillas de madera es la de sulfonar intensamente las moléculas de lignina,produciendo entonces que ésta sea más soluble en agua y pueda ser extraídafácilmente.Las etapas que componen este proceso son, en primer lugar la impregnación apresión atmosférica de las astillas con el licor, cuyo pH se ajusta a valoresentre 1.5 y 2. La impregnación dura alrededor de 60 min, y es seguida por lavaporización en un digestor de vapor a unos 120ºC, el cual puede estar o nodirectamente acoplado al refinador mecánico.La velocidad global del proceso es aproximadamente tres veces superior altratamiento al bisulfito, y el grado de blancura de la pasta es elevado. El
rendimiento obtenido está entre el 60 y el 70%, según los tiempos relativos encada una de las etapas
