Estudi del refinament del paper

Estudi del refinament del paper
Albert Aguilera
CFGM de Pasta i Paper
Index
1.Introducció al refí................4
1.1 Introducció,aspectes generals...................................................5
1.2 Principi d'actuació del material utilitzat......................................7
1.3 Paràmetres de control del refí...................................................
1.4 Efectes que intervenen en el refí..............................................
2. Productes químics.........................................................................
3. Nous Productes .Els enzims..........................................................
4. Maquinària.....................................................................................
4.1 Producció de polpa amb refinador mecànic i termomecànic.....
4.2 Refí de doble disc.......................................................................
4.3 Refí cònic..................................................................................
4.4 refí de laboratori......................................................................
5.Bibliografia....................................................................................
−3−
Introducció al refí
−4−
Introducció , aspectes generals
El refí podria ser definit com una operació de la preparació de la pasta per la
que es modifica, mitjançant l'acció d'un treball mecànic i en presència d'un medi aquós , la morfologia de les
fibres i la seva estructura fisicoquímica .
Aquesta definició , encara que sembli massa general, conté els dos termes bàsics que caracteritzen la operació
: la necessitat de dispersar energia a les fibres i que aquestes tenen que estar dissoltes en aigua.
1
En les pastes de cel·lulosa , les fibres casi intactes estan aglomerades en feixos o manats ; per aconseguir
poder formar una fulla de paper primerament és necessari separar o disgregar aquets feixos ( despastillat ) que
es troben fortament comprimits , després desfibrar−los amb l'objectiu de separar les fibril·les elementals
(fibril·lació , raspallat) i finalment s'ha de donar a les fibres un tractament especial , el Refí , que modifiqui
l'aspecte de les fibres tan sota el punt de vista físic (escurçament de la fibra) com químic , (hidratació ,
hidració , i engreix ) per obtenir una pasta de paper adequada i susceptible d'enfeltrar−se en la màquina i
donar un paper amb les característiques desitjades .
Principi d'actuació del material utilitzat en el refí
En la operació del refí la suspensió de pasta a refinar passa entre dos superfícies sobre les que existeixen unes
cuchilles . De les dos superfícies una es fixa , l'estator, , mentres que l'altre que es desplaça amb un moviment
perpendicular al eix de les cuchilles , de manera que les fibres situades enmig pateixen un efecte de tall,
aixafament i fricció entre si contra les guarnicions de l'aparell . La acció conjunta de tots aquests esforços
mecànics produirà el refinat de la pasta .
El flux en l'interior dels canals formats per les guarnicions en moviment complex , però sembla estar format ,
bàsicament , per tres components :
− Un flux primari que va des dels centre fins l'exterior per el rotor i del exterior al centre (retorn) de l'estator .
− Un flux secundari , de tipus vèrtex , en l'interior dels canals formats per cuchilles , que estan induïdes per el
moviment de les mateixes i que amb el flux primari provoca un moviment en espiral.
− I per últim un flux terciari al llarg de les parets de l'estator induït pel flux primari, doncs al ser més
important el flux en el rotor que en l'estator existirà una pressió de l'estator cap al rotor.
La combinació d'aquests tres fluxos imposa el posicionament de les fibres en el refinador i la seva acumulació
sobre les arestes del rotor, punt on se li transfereix energia de refí durant l'impacte de les dues guarnicions.
Cal recordar que , encara que amb diferències estructura−les , la pràctica de la
−7−
totalitat dels refinadors industrials descansen en el mateix principi d'actuació dela tricentenaria pila holandesa
, que les primeres patents de refinadors cònics i de disc daten de 1850 i que amb una configuració molt similar
a la actual ja existien en la dècada de 1940.
−8−
Paràmetres de control
En el refí existeixen una sèrie de factors que afecten al mateix i que no estan
lligats a la pròpia tecnologia del refinador . Entre ells destaquem els següents :
Aptitud de la pasta al refi
La aptitud de la pasta al refí sol caracteritzar−se per la energia específica (o el
temps) necessària per arribar a un determinat grau de refí , emplenant un material determinat .
2
El grau de refí pot ser avaluat mitjançant mesures sobre la suspensió fibrosa (el ºSR, I.R.A.,..) característiques
físiques de la pasta (per ex. Superfície específica de la pasta) , propietats mecàniques del paper,...
La aptitud de una pasta al refí ve condicionada per diversos paràmetres , tals com el procés d'obtenció , la
naturalesa de les fibres o la seva constitució química.
En el referent a la morfologia cal destacar que les fibres de paret fina i flexible , refinen millor que les de paret
gruixuda.
La constitució química de la fibra afecta a la seva aptitud al refí . Mentrestant que la cel·lulosa pura , altament
polimeritzada i amb poca fracció amorfa , es poc sensible al refí , la presència d'hemicel·luloses tendeix a
facilitar el mateix . LA lignina , de caràcter hidrofòbic , dificulta la accessibilitat dels components
holocel·lulòsics per tant a major contingut de lignina en una pasta , major serà la dificultat per al refí.
Un altre factor que afecta a la aptitud de la pasta al refí , és l'assecat previ de la pasta abans de posar−la en
suspensió . S'ha observat que les pastes que no
−9−
han estat sotmeses a l'assecat refinen millor que les pastes seques . Això es degut al canvi sofert per la fibra en
el procés d'assecat a alta temperatura , i que afecten parcialment a la seva aptitud de hidratació i inflament .
El pH
Com a idea general es pot indicar:
El pH àcid perjudica el refí perquè:
− disminueix el potencial electrocinètic
− disminueix la tensió superficial
− augmenta el nombre de cations
Per el contrari , un pH alcalí afavoreix el refí perquè :
− Augmenta el potencial electrocinètic
− augmenta la tensió superficial
− disminueix el nombre de cations
No obstant , les variacions de pH s'han d'obtenir mitjançant algun electròlit
El pH en l'operació de refí afecta a la possibilitat d'inflament de la fibra , per lo que els valors de pH àcids o
fortament alcalins poden ocasionar disminuicions en les propietats mecàniques respecte als valors trobats en
pH lleugerament alcalí . D'altra banda , el requeriment energètic de la operació és superior quan es treballa a
valors baixos (pH 4−5) que a pH 7 (14)
Presencia d'additius
Els diferents productes que , en forma d'additius , solen estar presents en la suspensió fibrosa en el moment
3
del refí exerceixen un efecte sobre el mateix,
−10−
podent ser aquest favorable o desfavorable . Els diversos treballs realitzats per caracteritzar els efectes dels
additius solen estar referits a mesures de desgotament (ºSR) o el desenvolupament d'alguna propietat física del
paper , però avui en dia no existeix ninguna teoria global clara respecte als seus mecanismes d'actuació .
Temperatura
És un fet comprovat que a més alta temperatures necessita més temps de refí per aconseguir el mateix grau de
SR i per tant superior el consum d'energia ., a més el paper perd resistència .
LA influència de la temperatura sobre el refí de les pastes ha estat molt discutit, i els resultats han estat
freqüentment contradictoris .
El cert es que per un mateix refí a baixa temperatura s'obté un valor més elevat del grau SR , o sigui que per
una mateixa duració de refí els graus de la pasta són més baixos quan la temperatura augmenta .
En ell sembla que influeix la qualitat de les pastes , doncs com a demostrat Stephansen , pastes amb elevat
contingut d'hemicel·luloses i les especials per obtenir el símil−sulfuritzat , son més sensibles a les variacions
de temperatura que altres com les del tipus rayó .També les característiques del cilindre poden tenir certa
acció ; cilindres amb cuchilles amples o de basalt acusen més la temperatura que aquells de efecte tallant .
La millor resistència s'obté a una temperatura d'uns 40º C , sent a temperatura molt elevada inferior que les
baixes .
Un altre efecte es el que per a un mateix ºSr , la formació de fibril·les es molt important a baixa temperatura ,
a pesar de que el temps de refí sigui més breu
−11−
que a temperatura elevada .
L'anomenada Malaltia de l'estiu en les fàbriques de papers fins, , té com a explicació el que es fibres es
dispersen millor en aigua freda , sent llavors el degotament més lent , però s'obté un enfeltrat més homogeni
de la fulla , que és el que passa al hivern .
Consistèencia o densitat
La consistència de la suspensió fibrosa sotmesa al refí és un paràmetre que l'afecta considerablement . Així ,
s'ha constatat pràcticament que les baixes consistències afavoreixen l'acció de tall . Al anar augmentant la
consistència l'efecte de tall disminueix i augmenta la fibril·lació . L'interval més usual de consistència en
l'operació de refinament és de 3,5 a 6 % , menys quan es realitza a alta consistència ( 20 a 40 % ) .
El tractament a consistència elevada sembla comportar una interacció considerable entre fibres , per lo que la
deformació soferta per les mateixes es menor que en el refinament a baixa concentració , el que es tradueix en
una major longitud de la fibra tractada. Una altra característica es que les fibres refinades a alta consistència es
presenten plegades , ondulades i tortes , lo que li confereix un augment de l'allargament en el paper .
El grau Schopper−Riegler
4
Es tracte d'un índex basat en l'aparell dissenyat per Riegler i construït per Schopper l'any 1913 . En l'actualitat
està normalitzat en majoria dels països desenvolupats .
El principi d'actuació del mètode consisteix en fer degotar una suspensió fibrosa sobre una malla metàl·lica i
mesurar el volum d'aigua que cau en un
−12−
con previst d'un forat calibrat m, tal com es pot veure's en la següent dibuix.
El forat calibrat , que actua a mode de viscosímetre empíric es l'element més delicat ,juntament amb la tela de
l'aparell .
L'assaig consisteix en tirar una suspensió de 2 grams de fibres en 1 litre d'aigua en el cos cilíndric ,1 ; Al obrir
la vàlvula , 2 L'aigua degota a través de la tela metàl·lica , 3, formant−se una massa espessa de fibres . El forat
calibrat,
−13−
5 , no pot sonar sortida a tota l'aigua que escorreguda que vessa pel desaigua lateral i es recull en una proveta
graduada , 6 . Aquesta proveta graduada en centilitres , amb el zero en la part superior i el 100 en el fons (al
revés del habitual ) i mesura directament el ºSr ja que aquest es
ºSR = 100 − Volum recullit ( en centilitres)
Una vegada degotada tota l'aigua , es recull la massa formada , es prensa i es col·loca en una estufa fins que el
seu pes constant per verificar la concentració de la suspensió .
La duració de l'assaig pròpiament dit es d'uns pocs segons per pastes poc refinades , si bé que l'assaig complet
( preparació + assaig + recollida de massa fibrosa + neteja ) pot durar 4 o 5 minuts . La seva precisió és de
l'ordre de +− 0,5 ºSR .
En aquest assaig es primordial controlar :
−la concentració de la suspensió fibrosa
− La temperatura de l'assaig ( l'aparell ve calibrat a 20 ºC )
La neteja de l'aparell i la qualitat de l'aigua empleada ,
El ºCanadian Standard Freeness
Es tracte de una variant del Schoper−Riegler realitzada per Campbell en el Forest Laboratory de Montreal (
Canadà) l'any 1926 . Està descrit en la norma Tappi T 227 i emplea una suspensió de pasta de 3g per litre
d'aigua . La proveta de recollida de l'aigua degotada és una proveta convencional , per el que el ºCSF
evoluciona de forma inversa al ºSR ( el ºCSF disminueix a mesura que el refí augmenta ) , existint taules de
conversió entre ambdues mesures .
−14−
Efectes del refí
5
A partir dels anys 50 , l'estudi del procés de refí ha estat objecte de nombrosíssimes publicacions entre les que
cal citar les presentades en el Simposi de Cambridge de 1957 per Steenberg , Van den Akker , Nordman entre
altres .
Un dels treballs de major influència en l'assentament dels principis del procés de refí va ser el de Emerton que
senyalava que :
durant el refí ... les capes exteriors de les fibres ... són dislocats i , en part , eliminades , el que permet que la
fibra s'infli ... En part com a resultat d'aquest inflament i en part com a resultat de les flexions repetides els
enllaços entre les làmines coaxials successives de la paret secundària mitja són tallats en certa mesura . Això
permet una major penetració d'aigua entre les fibrilles que exerceix un efecte plastificant sobre la estructura de
la cel·lulosa que m per lo tant , es deforma més fàcilment ; les làmines coaxials patinen unes sobre les altres
durant la eliminació d'aigua i adopten posicions en gran part exemtes de tensions , en on es tornen a formar
enllaços laterals .
Més endavant Higgins i de Yong van presentar també a Cambridge un extens treball en que revisaven les
teories i investigacions sobre el refí . En aquest treball , els autors van proposar una distinció entre EFECTES
PRIMARIS i EFECTES SECUNDARIS .
S'entén per efecte primari el produït sobre la fibra que la distingeix d'una altra no refinada ,( tenint en compte ,
no obstant , que cap procés de refí tracte totes les fibres de la mateixa forma i que , per tant , algunes fibres
presentaran
−15−
certa disposició cap a un o altre efecte primari). Les mesures de modificació d'una propietat concreta de la
fibra − la seva superfície específica , per exemple − ha d'estar considerada com a una propietat de la pasta −
en el sentit quantitatiu . més que la de la fibra individual .
Per efectes secundaris entenem la resta de canvies i modificacions soferts per la pasta , per la dispersió de
fibres o per la fulla de paper degut al refí i que poden relacionar−se tan sols d'una forma complexa amb els
canvis en les fibres individuals .
D'acord amb la terminologia de Higgins i de Yong , els efectes primaris del refí són :
1− Trencament dels enllaços d'hidrogen intrafibra i substitució pals enllaços d'hidrogen fibra−aigua .
2− fibril·lació externa
3− Formació de fins
4− Escurçament de la fibra.
En el trencament dels enllaços d'hidrogen intrafibra i substitució per enllaços fibra−aigua se li acostuma a
anomenar fibril·lació interna .
−16−
−17−
Productes
6
Químics
−18−
Durant el refinament es produeixen importants variacions físiques : inflament , fibril·lació i tall , poques
variacions químiques : degradació dels enllaços acetats , provocades totes per un procés fisico−químic .
L'inflament ve provocat per la penetració de l'aigua, la qual es restringida per la fibra en un procés d'hidratació
.
L'inflament es més gran quan més polar és el líquid o els productes dissolts o que estan en la interfase . les
hemicel·luloses compleixen aquestes condicions i podem dir que quantes més n'hi ha més gran serà el grau
d'inflament.
Però a més a més , les hemicel·luloses de llarga cadena no actuen igual que les hemicel·luloses de cadena
curta (més solubles i de més penetració que les primeres ) i així s'ha pogut comprovar , en la pràctica , que una
pasta al sulfat amb major quantitat d'hemicel·luloses amb cadenes més llargues es refina més lentament que
una altra al bisulfit amb menor quantitat però amb cadenes més curtes .
La presència d'ions Al +3 o Ca +2 en la pasta abans de refinar tendeixen a disminuir i per tant a deixar les
fibres en estat floculat .
Esquema químic del refí
Enllaç per ponts d'hidrogen entre dues molècules de cel·lulosa
−19−
Primera intercepció de molècules d'aigua , moment en què és necessària molta energia mecànica.
Inflament i Fibril·lació . Moment en que les variacions de pH i tensió superficial , poden arribar a ser més
importants que el propi refí mecànic,
Així doncs coma a productes ajudants del refí tenim:
Carboximetilcel·lulosa (CMC)
Abans he explicat de que les hemicel·luloses milloraven l'inflamen de les fibres
degut a la seva naturalesa química i condició de soluble , podríem dir que la
−20−
carboximetilcel·lulosa és una hemicel·lulosa molt millorada , doncs és soluble pesos moleculars alts ( té per
tant un poder lligant m,és gram en el paper acabat) però a més a més ajuda a individualitzar les fibres actuant
com a defloculant quan s'utilitza en dosis del 0,5 a 1% calculat sobre pasta seca , degut a la presència de grups
carboxílics en la seva molècula.
Cel·lulosa sintètica presentada comercialment en la seva forma de sal sòdica i coneguda també com a CMC .
Es presenta en forma de pólvores higroscòpiques , incolors inodors i no tòxiques , fàcilment dispersables tant
en aigua calenta com freda , i que formen dispersions col·loïdals am diferent grau de viscositat.
7
Hidroxietilcel·lulosa / Metilcel·lulosa
Podem considerar−les de la classe de les carboximetilcel·luloses , però amb certes avantatges : tenen una
acció semblant a la hora del refí . però el CMC té l'avantatge de que al variar el pH es precipitada pel ions
`alumini , millorant degut a ell mateix , cosa que resulta més complicat per la Hidroxietilcel·lulosa i el
metilcel·lulosa.
Aluminat sòdic
És un agent alcalinitzant que a més a més te altres efectes com són : eliminar els ions positius de l'alumini per
pujada del pH , precipitar el ions de calci presents evitant la seva acció negativa del refí .
Al proporcionar ions negatius entre el pH's 8−9 augmenta la dispersió ; al tenir
−21−
el mateix caràcter negatiu que la cel·lulosa no reacciona amb ella i s'uniforma al màxim de manera que quan
en cap de màquina baixen el pH es transforma en un poderós ajudant d'encolat a més de disminuir nomes el
SS , degut a la seva transformació en ions d'alumini positius. L'acció de l'eó està molt lligada al pH , doncs
aquest últim , aquell que serà molt catiònic, poc o gens catiònic
Sosa càustica
Amb aquest producte hi ha molta confusió en la literatura, perquè es parla de que no es pot sobrepassar de
8−8,5 doncs és llavor el resultat negatiu degut a que es produeix degradació (hidròlisis alcalina) de la
cel·lulosa , però la seva acció està directament relacionada amb el temps , o sigui , si es refina una pasta na pH
10−11 i aquesta tarda unes 20 hores en arribar a màquina llavors si que pot ser negatiu , però si tarda 2 o 4
hores en arribar al circuit de capçalera on amb SO4H se li ha neutralitzat la seva alcalinitat només ens
millorarà el refí i no li haurem donat temps a que es produeixi la degradació .
Goma de Guar−Algarroba
Producte compost per galactosa i manosa em el cas del primer compost és de 35%de galactosa , 63% manosa i
el 5% restant de proteïnes . És un producte molt polar sense ser iònic , per tant augmenta el refí i millora la
resistència del paper per la seva acció lligant en el moment en de l`assecatge , però és un producte que crea
confusió degut al seu poder espessant , de sis a 8 vegades el del midó i m as les solucions altament viscoses
que forma ; amb lo que pot en certs casos falsejar el resultat de l'assaig del refí am l'aparell Schopper Riegler .
−22−
Els enzims
INTRODUCCIO
Els organismes vius es constitueixen d'una enorme quantitat de molècules complexes que participen en
processos curosament controlats, que van des de la transmissió de l'impuls nerviós, la digestió d'un aliment o
la coagulació sanguínia. Aquests processos consisteixen en sèries de reaccions químiques altament ordenades,
executades a velocitats vertiginoses. El motor d'aquestes reaccions (la vida mateixa) és un grup de
micromáquines cridades enzims. Els enzims, sintetitzades per cèl·lules actives, són un grup especial de
proteïnes que controlen milers de transformacions bioquímiques en el món viu. Es diu que l'especialització
d'òrgans i sistemes en microbis, animals i plantes està íntimament lligada pel cap alt exquisit dels enzims, la
seva especificitat. Aquesta característica es refereix a la capacitat que tenen d'interactuar en forma íntima amb
una molècula determinada i generar el producte desitjat. Treballs rellevants d'investigació han ajudat a
8
conèixer els secrets dels enzims lligats a la seva estructura i funció. Actualment, com a conseqüència del
progrés en la investigació i desenvolupament biotecnològic, s'ha aconseguit un major enteniment del paper
que juguen els enzims en múltiples processos industrials, ja sigui en forma lliure, immobilitzada o
cristal·litzada, confirmant àmpliament el fi i exquisit de les propietats catalítiques associades a aquestes
micromáquines. L'ocupació d'enzims en la indústria no és nou: ha estat implicat en molts processos
tradicionals relativament poc coneguts. Aquests processos
−23−
es caracteritzaven per velocitats baixes. La Biotecnologia deu superar els problemes econòmics que comporta
el seu desenvolupament aprofitant els avantatges que presenti cada procés en particular.
Els enzims i bio−dispersants han guanyat atenció en els últims anys, però no són components nous en el
procés de fabricació de paper. Les amilases han estat llargament utilitzades per a de polimeritzar midons de
premsa encoladora. Els dispersants d'ús general en màquines de paper, ara sovint denominats com
bio−dispersants, s'han estat usant per molts anys. L'ús de detergents i surfactants per a control del lama
mitjançant dispersió data des de 1950 i va ser introduït per el Dr. Stanley Buckman. Molt del renovat interès
en enzims i bio−dispersants s'ha originat per dos factors .Primer, un desig per millorar l'acceptabilitat
ambiental del control convencional ha impulsat la avaluació dels bio−dispersants. Segon, s'ha percebut un
benefici ambiental i de riscos personals en l'ús de productes naturals basats en enzims .
*BIO−*DISPERSANTS
Els Bio−dispersants estan formulats els quals són usats sols o amb enzimes per a impedir la formació de
biofilm. Ells treballen disminuint o evitant la formació i adhesió de micro−colònies bacterianes a les
superfícies. Poden ser compostos mico moleculars, polímers, o formulacions altament especialitzades que
contenen surfactants , dispersants orgànics, penetrants, quelats i estabili−zadors
AVANTATGES/DESAVANTATGES DELS BIO−DISPERSANTES
Las avantatges dels bio−dispersants són:
−24−
−Dispersió de biofilms.
−Reducció en l'ús de biocides .
−Bio−degradabilidad
−Funcionalitat sobre un ampli rang de composicions de polpes i condicions de fàbriques
Las desavantatges dels bio−dispersants són:
−Sovint no poden ser usats sols per al control total de biofilm
− Un us excessiu pot causar problemes amb les propietats del paper
DEFINICIONS de ENZIMS
Les enzims són catalitzadors solubles, coloides, produïts per organismes vius. Químicament, els enzims son
proteïnes i són solubles en algun grau en aigua, glicerina i etanol diluït. Poden ser desactivades per canvis en
9
pH o temperatura; això pot ser reversible . La grandària física dels enzims varia considerablement. Amb
l'objectiu que els enzims puguin funcionar, les seves xarxes de proteïnes necessiten ser mantingudes en
trajectòries bastant rígides. Aquestes cadenes de polipèptids o unió de cadenes posseeixen centres actius, els
quals consisteixen de tots els residus d'aminoàcids, com també de cadenes laterals, necessàries per a una
manera particular de l'enllaç al substrat .En un model de proteïna, cada gir d'una hèlix−*alfade Pauling amb
3.7 residus de aminoàcids representa un pes molecular de voltant de 500. Per a prevenir la destrucció ràpida
de la cadena es necessiten almenys 5girs de la cadena helicoïdal per a permetre la unió a un substrat i almenys
3 cadenes fixes amb enllaços hidrogen i ponts sofre. Això dóna un pes calculat mínim de al voltant de 7000
daltons perquè un enzim funcioni com a catalitzador estable per a la degradació de
−25−
substrats estables comunes..
AVANTATGES / DESAVANTATGES DE LES ENZIMS
Las avantatges dels enzims inclouen especificitat, *bio−*degradabilidad, més una habilitat per a funcionar a
molt baixes concentracions a temperatures mitges. Un exemple és la catalasa la qual funciona bé encara en
concentra−cions de monocapa. Sovint la inhibició o destrucció de la catalasa és necessària en fàbriques que
usen peroxido d'hidrogen per a blanqueig de fibres secundàries,ja que la *catalasa és molt eficient en la
degradació de peròxid d'hidrogen.2 H 2 O 2 > 2 H 2 O + O 2Els desavantatges dels enzims poden incloure la
necessitat de purificació per a eliminar llocs actius no desitjats a velocitats de reacció menors que les
desitjades,estabilitat pobra a llarg termini, desactivació per *certs metalls i funcionalitat sobre un reduït rang
de *pH,resistència iònica i temperatura
PRINCIPALS CLASSES D'ENZIMS INDUSTRIALS
Las principals classes d'enzims industrials útils en processos de pulpatge i de fabricació de paper
són:Amilases , Cel·lulases, Lipases, Proteases,, Xilanases
USOS TÍPICS DE ENZIMS
Las amilases són molt eficients per a neteja d'éstancs de midó cuit, sistemes d'encolat de midó que inclouen
fulles encoladores, sistemes d'adhesiu per a
−26−
corrugat i premses d'encolat, com *també en la conversió de perles de midons per a encolado en massa o
premsa *encoladora. Aquest tipus d'aplicacions continua guanyant acceptació i és molt popular en fabriques
que busquen evitar l'ús de soda càustica en les netejar peces. S'ha demostrat que les cel·lulases milloren el
destintat de fibres secundàries. En el refí els enzims són utilitzats per millores en el drenatge de pastes de
fibres secundàries mitjançant l'ús de cel·lulasa en lloc de refinació addicional.
−27−
Maquinària
−28−
Producció de polpa amb refinador mecànic i termomecànic
En aquesta secció explicaré les diferents maneres que es pot refinar la cel·lulosa , que estan interrelacionats
10
entre ells , però diferents . Són bàsicament processos mecànics , i se'ls coneix amb el nom de expressions ;
producció de polpa amb refinador mecànic , producció de polpa termodinàmica , producció de polpa
termodinàmica , producció de polpa quimicomecànica i producció de polpa quimicotermomecànica .
Produccio de polpa amb refinador mecanic
La molta de la fusta utilitzant un queixal per produir polpa , resultat que es coneixia amb el nom de producció
de pasta mecànica molta amb pedra , era l'únic medi per la producció de pasta mecànica fins l'aparició del
procés amb refinador mecànic durant el període de 1948−1956 .
La producció de polpa amb refinador mecànic implica la reducció mecànica de les estelles de fusta mitjançant
un molí de discs de fricció construït amb precisió , que es denomina refinador . La producció per refinador
mecànic es va popularitzar perquè produïa una polpa més resistent que la obtinguda per el procés de molta
amb pedra, ampliava els tipus de matèries primes que podien
utilitzar−se per produir polpes acceptables , i oferia la possibilitat de reduir la quantitat costoses fibres
químiques requerides com matèria prima per al paper de diari . El desenvolupament de la producció amb
refinador mecànic ha donat
−29−
com a resultat la creació de refinadors més grans i de diferents dissenys . Els diàmetres dels disc ha augmentat
fins a arribar a 137 cm. Amb capacitat impulsora instal·lada de 10.500 kW i a velocitats del disc de 1200 a
1800 rpm. La acceptació de la polpa aconseguida amb refinador mecànic va ser relativament lenta , degut al
nombrosos problemes i limitacions . La polpa de refinador mecànic es més voluminosa que la produïda pel
molí , el que dona per resultat un calibre més alt de la fulla . No obstant el satinat addicional en la màquina de
paper reduirà el volum fins a nivell desitjables . Encara quan la polpa està relativament lliura de estelles ,
conté una quantitat considerable de material curt i gruixut .
Etapes en la produccio de polpa amb refinador mecanic
En la producció de polpes amb refinador s'envien les estelles al disc refinador mitjançant un alimentador de
cinta operat a grans velocitats . En alguns dels refinadors mes grans , l'alimentador gira a la vegada que l'eix
principal . Les estelles es porten cap a l'ull del refinador , i el vapor , generat en el procés de refí , escapa de la
zona de refí al llarg de l'eix per el centre de l'alimentador . Aquesta separació del vapor generat i de les
estelles que entren , permeten una alimentació més continua al refinador.
La producció de polpa en el refinador mecànic es realitza en dos etapes bàsiques . La primera etapa ,
denominada desfibrat converteix la estructura
−30−
original de la fusta en fibres simples . La segona etapa , denominada fibril·lació , redueix una gran part de les
fibres fragmentades de la paret cel·lular . L'objectiu de la primera etapa es produir fibres simples i llargues
amb el mínim de desperdici . Aquesta separació requereix poca energia específica . En un procés de refí amb
etapes múltiples , el desfibrat ha de realitzar−se en la etapa primària . Per aconseguir el desfibrat sense reduir
el llarg de la fibra es requereix una alta consistència ien la placa del refinador . En la pràctica es necessari un
elevat grau de refinació fibra a fibra i la separació de la fibra mitjançant una acció de fregament . El contacte
de fibra a placa ha de mantenir−se al mínim , a fi d'evitar l'escurçament en el llarg de la fibra La polpa
produïda en la etapa primària ha de comptar amb pocs manats de fibra , poques estelles i talls , perquè aquests
es poden eliminar en la etapa secundària del refí . la segona etapa en la que la producció mecànica de polpa ,
denominada fibril·lació , inclou la conversió d'una part de les fibres senceres en fibril·les i fragments de paret
11
cel·lular . La fibril·lació requereix una refinament amb elevat consum d'energia específica . s'ha d'efectuar la
refinació a elevada consistència , per tal d'evitar consum d'energia específica . S'ha d'efectuar el refí a alta
consistència , per evitar escurçament de les fires .
L'èxit de qualsevol instal·lació per refinar depèn en gran part del maneig de l'equip que aliment al matèria
prima . Sense una taxa uniforma d'alimentació els refinadors no poden carregar−se adequadament , el que farà
impossible aconseguir una polpa de bona i uniforme qualitat , Si s'utilitza un alimentador de banda per
entregar les estelles , part del vapor pot escapar únicament al voltant de la perifèria de la placa refinadora .
Això es difícil una vegada les
−31−
plaques s'han desgastat , reduint−ne la altura de les barres .
La producció de pastes mecàniques per refinador i amb alta qualitat , amb valors elevats de separació i de
trencament requereix consistències altes entre les plaques , habitualment del 20 al 30% . Consistències
inferiors al 18 % disminuiran la resistència de la polpa de forma evident . La alta consistència en la etapa
primària del refí es somament important , ja que la producció de desperdicis i d'estelles en aquets punt no es
poden corregir a continuació . al consistència en el refí és una de les variables més importants en el procés de
refí , ja que afecta al trencament , la separació , el contingut d'estelles .
REFI D'UNA ETAPA VERSUS ETAPES MÚLTIPLES
Les sistemes més populars inclouen el refí en dos etapes, també s'utilitza una etapa única , en tant que altres
n'utilitzen de vàries . El refí en una sen una sola etapa requereix una elevada energia d'entrada a cada un dels
refinadors individuals . Aquesta elevada energia d'entrada sotmet a un esforç excessiu a l'equip , i requereix
dissenys especials . D'altra banda , el refí amb una sola etapa dona com a conseqüència taxes de pas més
reduïdes , a la vegada que es ma més difícil mantenir un flux uniforme ; com a conseqüència resulta encara
més important a l'alimentació , La poca separació entre plaques , requerida en el refinador d'una sola etapa ,
presenta el perill constant de que xoquin entre sí les plaques del refinador , el que dona per resultat la detenció
del sistema . No obstant , hi ha casos en que la refinació d'una sola etapa produeix una pasta mecànica
d'elevada qualitat .
En algunes instal·lacions de dos etapes s'utilitzaven dos refinadors en paral·lel en l'etapa primària , per
alimentar un refinador simple com a etapa secundaria .
−32−
La elevada massa de la matèria prima en l'etapa primària fa possible utilitzar separacions relativament grans
entre plaques . Després del refí primari augmenta la densitat de la massa , i es requereix una separació
considerablement menor entre les plaques a fi de que aquestes realitzin una tasca satisfactòria de refí els dos
refinadors primaris operant en paral·lel subministraran una sortida suficient per carga adequadament la unitat
de la segona etapa , la que opera amb una taxa de sortida igual al doble . Instal·lar un refinador primari simple
amb més potència aconseguirà resultats anàlegs , encara quan per ells es requereix en ocasions disposar amb
discs refinadors de major diàmetre . En general s'usa el doble d'energia per al refí en l'etapa primària , en
comparació amb el refinador de la segona etapa .
−33−
PRODUCCIO DE POLPA TERMOMECANICA
La producció de polpa termomecànica és un procés mecànic per produir polpa , resultat d'una combinació del
12
procés de producció de polpa en refinador mecànic i el procés Asplund , utilitzant per la manufactura de cartró
de fibra . Requereix el vaporitzat de les estelles de fusta que constitueixen la matèria prima durant un breu
període , amb pressió relativament baixa , refinant−les després que s'estovi la lignina .
−34−
PROCES ASPLUND A ALTA TEMPERATURA
El refí a pressió , que s'obté vapor , va ser ideat a principis de la dècada de 1930 per A. Asplund . En aquest
procés les estelles de fusta es preescalefen en un recipient de vapor a pressió de 6 a 10 kg/cm² de pressió en el
manòmetre , el que correspon a 165−185ºC . El refinament es porta a terme a aquestes altes temperatures
acoplant estretament el refinador al recipient vaporitzador . A aquesta temperatura s'estova la lignina fins a
l'extrem que les fibres queden quasi totalment separades , i sense resultar perjudicades encara aplicant molta
poca energia de refí . Les fustes suaus necessiten temperatures més elevades que les fustes dures abans de que
tingui lloc la fàcil separació de fibres . Les fibres separades a aquestes elevades temperatures no solament no
sofreixen danys , si no que queden recobertes amb una prima capa de lignina que les endureix . Aquest
recobriment crea una superfície suau en la fibra , aconseguint qualsevol intent de fibril·lació resulti difícil.
Aquest fenomen s'explica perquè quan es porta a terme el refí a altes temperatures , la lignina experimenta un
estovament tèrmic de transició a vidre , reversible . Les fibres produïdes per sobre de 690 kPA , son separades
en la interfase de la paret primària i la lamina intermèdia
−35−
EFECTE DE LA TEMPERATURA EN LA PRODUCCÍO TERMOMECÀNCIA DE LA POLPA
Quan s'utilitza la producció termomecànica de la polpa per obtenir polpes per fabricar paper , aquest mètode
constitueix un compromís . La refinació separa la fibra en el seu punt més dèbil de la capa S1 .
En els primers dies de la producció de polpa termomecànica es considerava que el refí a temperatures
elevades era el causant de la qualitats millorades de la pola . Avui se sap que la producció termomecànica
constitueix un procés que consta de dos passos separats . El primer d'ells consisteix a preescalfar les estelles ,
amb al propòsit d'estovar la lignina. D'aquesta manera les estelles es fan menys trencadís , de manera que es
redueixen en grandària en la secció de la barra trencadora del refinador , el que permet una separació més fàcil
de les fibres sense que aquestes es trenquin o s'estellin , es creen fibres més llargues , menys desperdicis i
menys estelles . Si aquesta reducció de fibres es porta a terme sense prevaporitzat , la producció correspon a la
del refinador mecànic comú , i en aquest cas les estelles son trencadisses i tendeixen a trencar−se sota
l'impacta .El prevaporitzat a no produeix per si una sola polpa mecànica d'alta qualitat . No n'hi ha prou amb
separar els manats de fibres m, sinó que també es necessari fracturar la paret secundària de les fibres
individuals . Aquest segon pas requereix que s'apliqui energia mecànica mitjançant un refinador a
consistències .
−36−
Refí de doble disc
Distribucio de presio en el DSR−CP
El Nou refí de doble disc , tipus DSR−CP, està equipat amb dos sistemes pneumàtics , els quals consideren
per separat les proporcions de pressió de la màquina . Les desavantatges conegudes com Variacions de carga
en el refí degut al canvi de la pressió d'entrada de la pasta , es van poder evitar mitjançant l'adopció d'aquest .
13
El dibuix de sota mostra el nou concepte de refí . A l'est`tor mòbil se li aplica en la part posterior una pressió
d'aire . Aquesta pressió correctora compensa la pressió d'entrada de la pasta i es constantment equilibrada per
un relé amplificador .
El pistó de treball està unit amb l'estàtor mòbil . Aquest pistó rep una pressió de treball , la qual es ajustada
per el regulador de pressió , La força axial resultant
Es transferida del pistó a l'estator , ajustant−se d'aquesta forma una pressió de
−37−
refí entre les guarnicions .
De la mateixa forma que amb el caudal , amb els diferents tipus de pastes i amb les diferents formes de les
guarnicions , s'incrementa quasi sempre la pressió de la pasta entre l'entrada i sortida del refí , degut al qual es
genera un nou component axial . Aquest es compensa modificant lleugerament la prsió de treball . D'aquesta
forma , estan totes les forces equilibrades i la màquina treballa amb una potencia absorbida constant .
Sistema pneumatic de regulacio pel DSR−CP Sew
La figura de més avall mostra l'esquema de regulació corresponent a un ajust pneumàtic .
El refí de doble disc , es posa en marxa sense càrrega i a continuació es connecta a la bomba de pasta . El
transformador de pressió mesura la pressió de l'entrada de pasta i transmet aquest val0or pneumàticament a un
interruptor de pressió i al relé amplificador .
Al aconseguir la pressió de treball , la vàlvula magnètica es portada a la posició carregar per mitjà del
interruptor de pressió . el relé amplificador gradua ara la pressió correctora per la part de darrera de l'estator
de forma que l'estàtor
−38−
mòbil es troba en equilibri de forces .
A continuació s'ajusta amb el regulador de pressió , la pressió de treball per la carga de refí desitjada . Amb
motiu d'aquest , l'estator mòbil es portat a la posició de refí .
Si es canvia la pressió d'entrada de pasta , el relé amplificador iguala immediatament la pressió , mantenint−se
la potència absorbida fixa .
La distancia entre ganivetes del rotor i estator es regula automàticament , a través de la pressió de treball en
funció del desgast , mantenint sempre la mateixa distància . Tenint sempre les mateixes cargues , es suficient
graduar la màquina amb el regulador de pressió ,manual .
Treballant amb un programa de producció múltiple , pot ser considerat una regulació de potència . Amb
aquest fi , s'equipa el regulador de pressió amb un servo−motor, el qual es influenciat per el regulador de
pressió .
Una deficiència de pasta provoca automàticament una separació immediata de la guarnició , per evitar el
contacte de ganivetes . L'impuls arriba des de l'interruptor de pressió commuta la vàlvula magnètica a la
posició carga i l'estator torna seguidament a la posició de refí . Al potencia absorbida es ajustada al consum
exacte anterior .
14
Quan sorgeixen passos de parts pesades , l'estator es desvia elàsticament , el qual s'origina degut a un matalàs
d'aire comprensible que evita danys a la màquina .
Disseny Constructiu
La caixa de coixinets serveix com a base i com a allotjament per la caixa del
−39−
rotor amb dispositiu d'ajustament . Aquesta distribució facilita una òptimaconducció del rotor entre els discs
de l'estator , el qual es una avantatge amb vistes a obtenir un refí uniforme .
Amb l'objectiu d'evitar un desmuntatge de la tubera en el canvi de guarnicions , s'ha instal·lat l'entrada de
pasta al costat dels coixinets .
La distribució de pasta s'efectua dins de la màquina , per aquest fi es va desenvolupar un rotor de radis , el
qual s'ocupa de que les dos zones de refí rebin quantitats iguals de pasta .
El dispositiu d'ajustament pneumàtic està allotjat en la tapa de la carcassa abatible . Mitjançant tres pernos
guia , l'estator axialment mòbil s'allotja exempte d'inlcinacions .
En la carcassa s'ha instal·lat boles de lliscament , per els prenso guia llisquin en el mínim fregament .
Aquesta disposició garantitza un desenvolupament de moviments sense sacsejades , amb el fi de desplaçar
l'estator sotmès a alta carga de pressió .
La màquina pot alimentar−se amb u a pressió d'aire habitual de 6 bars . El pistó de treball es va dimensionar
suficientment gran per aquets fi ., El mateix està unit centralment a l'estator, transmetent així la carga
uniformement a les guarnicions .
En el centre de la tapa de la carcassa es troba instal·lat un equip de medició , el qual indica la posició i l'estat
de desgast de la guarnició .
Amb la finalitat de aconseguir un manteniment amb poques despeses , es va prestar especial atenció a la
empaquetadora de l'eix . La guarnició de la caixa protectora d l'arbre està coberta amb ceràmica , el qual
significa pràcticament
−40−
cap desgast , degut a la seva alta duresa superficial . Instal·lat sota la capa de ceràmica existeix un pont de
subjecció , especial que evita un despreniment en cas d'originar−se un shock tèrmic .
A més a més , la capa de ceràmica es una aportació estudiada per una llarga duració de les empaquetadures .
En vàries instal·lacions es poden obtenir aquesta forma temps de duració de més d'un any .
Al desenvolupar les noves guarnicions de refí , es va millorar notablement la economia de la màquina .
Formacio exterior
La figura següent mostra la forma de la construcció compacte del nou refí de doble disc .
−41−
15
Totes les parts en contacte amb la pasta són de fundició d'acer al crom , evitant així la possibilitat de corrosió .
La màquina està unida al motor d'accionament , mitjançant un acoplament dentat especial , el qual acull la
desviació de l'eix .
El canvi de guarnicions s'efectua de manera particularment fàcil i ràpida , Per aquest fi , s'obre la tapa de la
carcassa i una vegada separat el rotor de l'eix , es treu mitjançant un dispositiu auxil·liar . Les guarnicions
estan de forma accessibles i poden canviar−se en aproximadament una hora.
Resum
La col·locació de un dispositiu d'ajustament pneumàtic amb dos sistemes treballant per separat , t´we les
següents avantatges en el refí de doble disc Suizer − Escher Wiss :
1.− Els canvis en la pressió d'entrada de la pasta són immediatament compensats per la pressió correctora ,
mantenint−se així la carga de refí graduada .
2.− La pressió de treball regula automàticament la distància entre les ganivetes del rotor i estator , en funció
del desgast .
En moltes ocasions i motivat per aquest sistema , es pot prescindir d'una regulació de potència elèctrica .
3.− Al originar−se una deficiència de pasta , la guarnició es sacsejada de la seva posició de refí mitjançant una
descarrega ràpida , e fi d'evitar el contacte entre ganivetes .
4.− Durant el pas de parts pesades , l'estator mòbil es desplaça de forma elàstica , evitant així en el possible
danys en la màquina .
−43−
Refinador cònic
El els refinadors cònics el con rotatiu (rotor) i la seva carcassa (estator) estan previstos de ganivetes
metàl·liques orientades en sentit longitudinal , Les fibres flueixen paral·lelament a les ganivetes.
La posició del con determina el entreferro entre les ganivetes i controla la quantitat de treball subministrat a
les fibres .
M'he basat més en els refinadors de doble disc perquè ofereixen més avantatges que no pas els refinadors
cònics , i és difícil comprendre com encara alguns paperers encarta prefereixen utilitzar els cònics , Les
principals avantatges del de doble disc són
1−menors requeriments d'energia al buit . Aquesta avantatge adquireix una importància relativa major al
continuar augmentant els costos de la energia .
2 − es pot utilitzar una major consistència
3− pot aplicar−se una major càrrega i major velocitat .
−44−
−45−
16
Refí de laboratori
Teòricament , les instal·lacions de refí de laboratori deurien ser una reducció a escala de les instal·lacions
industrials. Això deuria ser així quan el refí industrial es realitzava en piles holandeses discontínues . Però la
evolució dels refinadors industrials ha estat , en general , bastant diferent de la implantació dels aparells de
laboratori , i això per varies raons:
−normalització : apart de poder simular a petita escala les instal·lacions industrials , convé que les dades
obtingudes per diferents laboratoris siguin comparables . D'aquí que mentre que els refinadors industrials
hagin evolucionat de forma notable , adaptant−se a les necessitats de producció d'unes qualitats del paper
determinada els aparells de laboratori han tingut unes transformacions molt més conservadores.
− quantitat de pasta : per alguns aparells de laboratori han estat dissenyats expressament per poder treballar
amb mostres reduïdes de pasta . Això implica que les condicions de treball estan molt allunades de la dels
aparells industrials .
En qualsevol cas , les condicions que ha de satisfer un refinador de laboratori són :
• reproductibilitat d'efectes per una aportació d'energia donada.
• Efectes de refí ( fibril·lació , tall , ... ) semblants als dels refinador industrials.
• Heterogeneïtat d'acció sobre les fibres de forma semblant a la de les instal·lacions productives .
−46−
• −que sigui adequat (per la seva velocitat d'actuació , grandària de mostra , manteniment , etc. ) a les
necessitats del laboratori.
La pila holandesa o Pila Valley
La pila holandesa o cilindre de refí va ser ideada als països Baixos cap a l'any 1670 . A pesar d'haver
transcorregut tres segles, perdura encara la seva concepció original en quant al treball que realitza .
Es tracte del refinador de laboratori més extensament empleat . Les seves característiques i forma de treball
estan normalitzades ( Tappi t200, Afnor q50 008 , UNE 57 017 )
Consisteix en una pila holandesa modificada tal com es pot observar en el dibuix de més avall . La carga
normal es de 350 gr. De pasta seca en 23+− 0,2 litre d'aigua ( el que equival a una consistència del 1,57 % )
Les condiciones de treball son amb un contrapès de 5.5 kg − que equival a una força de 105N entre la platina i
el molón . Un aspecte important de cara a la reproductiviytat dels assajos a la pila valley es la desintegració
prèvia de la pasta que pot fer−se en un desintegrador apart on la pròpia pila valley segons la norma seguida .
Encara que algunes normes indiquin el manteniment di calibrat de la pila , les diferències entre la forma de
treball de les piles provoquen , entre aparells teòricament idèntics , una acció de refí que pot ser bastant
diferent .
Una característica de la pila Valley es la , relativament , important quantitat de pasta que refina, el qual es una
avantatge quan es desitja obtenir una certa quantitat de formetes refinades , però pot ser un inconvenient
important quan la
−47−
quantitat de pasta disponible es limitada − per ex. , en el cas de les coccions blanquejos de laboratori −. Els
17
aparells següents intenten , d'una forma o una altra , esquivar aquest inconvenient .
Moli Lampen
El molí Lampen està constituït per un recipient rotatori (250 rpm ) de forma cilíndrica amb les parets laterals
esbombades en el que s'hi allotja una bola de bronze de 132mm de diàmetre i 10 kg de pes . Les dimensions
de l'aparell així com la seva forma de treball estan normalitzades .
L'efecte de refí que s'obté mitjançant l'acció d'aixafament que la bola produeix sobre les fibres . La taxa de refí
és relativament lenta i les fibres són tractades d'una forma molt més homogènia que en la pràctica , per tan es
pot observar valors irreals d'alta resistència . La microrugositat de la superfície de la bola i de la carcassa
poden tenor una notable influència en la velocitat de refí .
La quantitat de pasta a refinar es de 30 kg a una consistència del 3,6 % si es
−48−
tracte si es tracte de pastes de frondosa i al 3 5 si la pasta es de coníferes.
Molí Jokro
Consisteix en una taula giratòria horitzontal sobre la que estam muntats sis suport cilíndric , animats d'un
moviment planetari al voltant d'un eix central . Les unitats de refí , consistents en un recipient cilíndric en el
que està allotjat un cilindre ranurat , es fixen en els suports .
−49−
Bibliografia
• Ciencia y tecnologia sobre poupa y papel ( tomo II ) . Companyia editorial Continetal .
• . Preparación y refino de pastas . Catedra de Tecnologia Papelera Cipagraf .
• Últimos avances en la teconolgia del refinado . Catedra de Tecnologia Papelera Cipagraf .
− Manual para técnicos de pulpa y papel . G.A. Smook . Tappi Press .
− El papel y otros soportes deimpresión José Manuel Fernández Zapico . Fundació indústries gràfiques .
−50−
Fotos varies
−51−
−52−
−53−
−54−
18