Transcript del pulper y despastillador

Recuperación de papel y
destintado
Juan Carlos Villar Gutiérrez
 [email protected]
El reciclado de papel comienza a cobrar importancia en la
segunda mitad del siglo XX, en las décadas de 1950 y
1960 su uso en embalajes empieza a ser importante.
En la década de 1970 se incorpora a papeles
impresión/escritura e higiénicos.
En los 80 y 90, el destintado aumentó el uso de papel
viejo, que aumenta su importancia en la fabricación de
papeles tissue y prensa.
Ventajas del Papel Reciclado como Materia Prima
Menor consumo de energía
Menores inversiones en instalaciones
Reducción de residuos (papel viejo)
Valorización del papel viejo
PARQUE DE MATERIAS PRIMAS EN HOLMEN PAPER
FUENLABRADA. MADRID. 2008
Gran disponibilidad en áreas muy pobladas
PULPER EN HOLMEN PAPER. FUENLABRADA.
MADRID. 2008
Definiciones
Tasa de utilización (%) = consumo de papel recuperado como materia prima /
producción de papel y cartón.
índice del esfuerzo de la industria para utilizar la fibra reciclada como materia prima.
Tasa de recogida (%) = papel recuperado que se recoge / consumo de papel y
cartón.
índice del esfuerzo de una sociedad para reutilizar el papel
Tasa de reciclaje (%) = consumo de papel recuperado como materia prima
/ consumo de papel y cartón.
índice del esfuerzo del mercado para introducir la fibra reciclada en sus productos.
Papeles No Reciclables
Debido a su uso
Libros, archivos, papeles de uso higiénico y sanitario, papel de cigarrillo,
envases de productos químicos,...
Debido a causas técnicas
Papeles de difícil recuperación.
Debido a causas económicas
Los generados en áreas apartadas, poco pobladas.
TOTAL: . . . 20 % de la producción
Las fuentes de papel recuperado son:
Hogares y comercios
Industrias, grandes supermercados, oficinas, ...
Sectores relacionados con papel: imprentas,
transformadoras de papel y cartón, editoriales,...
Rendimiento en Pasta Según Clases
Embalaje
Impresión/Escritura
Higiénicos
Especiales
90%-95%
65%-85%
60%-75%
70%-95%
Paper Recycling ABTCP. São Paulo, 2007
European grade lists
- Confederation of European Paper Industries (CEPI)
- Bureau International de la Récupération (B.I.R.)
- European Organization on Standardization (CEN), European Standard EN 6434.
1999, CEPI and B.I.R. : "European List of Standard Grades of Recovered Paper and Board".
2001, CEN’s Management Centre in Brussels adopted the new version of The European
Standard EN 643 – The European List of Standard Grades of Recovered Paper and Board.
Recovered paper and board grades:
• Group 1: Ordinary grades
• Group 2: Medium grades
• Group 3: High grades
• Group 4: Kraft grades
• Group 5: Special grades
EN 643 Definitions
Unusable materials = Nonpaper components + Paper and board
detrimental to production.
Nonpaper components (Metal, Plastic, String, Glass, Textiles, Wood,
Sand, Synthetic materials,… )
Paper and board detrimental to production (.. for a basic or standard
level of equipment, are unsuitable as raw material for the
manufacture of paper and board)
Moisture (Where the moisture content is higher than 10% the
additional weight in excess of 10% may be claimed back…)
Quality Control of Recovered Paper
Visual Control
Weight
Humidity
Cause:
Raw material loss
Cost of transportation
Low quality paper (cellulose /hemicelluloses degradation by
fungi and bacteria)
Methods:
Sampling and exact measure in furnace/microwaves (slow)
Blade (quicker method but with less precision)
Composición del papel viejo
Aditivos del papel: cargas, tintes, aditivos, estuco,...
Sustancias añadidas en la fabricación: tintas, adhesivos, ...
Impurezas: cuerdas, metales, tierra, piedras,...
Fibras
Métodos de Depuración
Tamizado: actúa según tamaño y forma de las partículas
Lavado: actúa según tamaño y forma de las partículas
Centrifugado: actúa según densidad y tamaño de las partículas
Flotación: actúa según las propiedades superficiales y tamaño de las
partículas
Desintegración y despastillado
Pulper
Depósito cilíndrico de acero inoxidable con
una hélice que provoca desintegración del
papel.
Geometría del depósito y de la hélice y
velocidad son responsables de un
funcionamiento adecuado.
Funciones (del pulper y despastillador)
Individualizar fibras
Separar otras sustancias de las fibras
Mezcla de reactivos
Eliminación de contaminantes
Fuente: Papermaking Science and Technology
Pulper
Continuo/Discontinuo
Baja Consistencia <6%
Media Consistencia 6-8%
Alta Consistencia 10-18%
Aceleración y viscosidad causan la
separación de las fibras.
La hélice, que gira a una velocidad
periférica de 12-20 m/s, provoca las
fuerzas de desintegración.
La resistencia en húmedo del papel es
el parámetro crítico que predice la
individualización de las fibras.
Fuente: Papermaking Science and Technology
10-20 Kwh/t
40-80ºC
Pérdida de resistencia por mojado
Fuente: Papermaking Science and Technology
Pulper
Fuente: Papermaking Science and Technology
Pulper
Fuente: Papermaking Science and Technology
Despastillador
Similar a un refinador
Con guarniciones más bastas
Más separadas, 20 divisiones
Consumo de 15-30 Kwh/t
Consistencia 4-5%
Fuente: Papermaking Science and Technology
Despastillador
Papeles de difícil desintegración
Combinación de pulper /despastillador
puede ahorrar energía.
Otra solución: tamizado de la fracción de
salida del pulper y del despastillador.
Fuente: Papermaking Science and Technology
Aplicable a papeles encolados, estucados y
con agentes de resistencia en húmedo.
En el procesado de roturas en papeles con
resistencia en húmedo.
En papeles de difícil desintegración, se
puede recurrir al calentamiento (75°C) y a
la adición de reactivos.
Despastillador
El límite que aconseja tratamientos
térmicos y mecánicos en el despastillador
puede fijarse en una resistencia a la
tracción de 600 m (húmedo).
Fuente: Papermaking Science and Technology
Pulper de tambor “Drum pulper”
Fuente: Papermaking Science and Technology
Para papel sin resistencia en húmedo:
prensa, magazine...
Consistencia 14-20% en zona de desfibrado
Las fuerzas a que someten a la suspensión
son suaves, los contaminantes permanecen
sin desintegrarse
PULPER DE TAMBOR “DRUM PULPER” EN HOLMEN PAPER
FUENLABRADA. MADRID. 2008
Depuración por tamizado
Elimina partículas indeseadas y suciedad de la suspensión fibrosa.
Las partículas se rechazan/aceptan por su tamaño, forma y
deformabilidad.
El depurador centrífugo puede ser de agujeros o de ranuras con
tamaño adecuado para permitir el paso de las fibras y retener las
impurezas. Pueden ser presurizados y atmosféricos
Los depuradores centrífugos fraccionan las fibras con mayor o
menor grado de pureza, según exigencias de calidad.
Depuración por tamizado
Exigencias de calidad en la depuración
Una depuración fina, se lleva a cabo a menor consistencia y en depuradores
centrífugos de ranuras, es más eficaz pero consume mas energía.
La depuración grosera se realiza a mayor consistencia y puede emplear
depuradores de agujeros.
La selección del tamiz y sus condiciones de operación son un compromiso
entre: limpieza, rendimiento y coste.
Depuración por tamizado
Las partículas deformables, tales
como stickies, pueden deformarse
por efectos de fuerzas o presión y
atravesar las aperturas del tamiz.
Fuente: Papermaking Science and Technology
Depuración centrífuga (Hidrociclón)
Fuente: Papermaking Science and Technology
Depuración centrífuga (Hidrociclón)
La separación obedece a diferencias de
Densidad
Pesados: metales, vidrio, arena
Ligeros: plásticos
Tamaños
Agregados de fibras, cargas, …Pueden eliminar partículas
de menor tamaño que en los tamices 10 micras
Stickies
Eliminables si tienen suficiente diferencia de densidad
Destintado por Flotación
Proceso de separación que, mediante burbujas de aire, arrastra las
partículas a eliminar hacia la superficie.
Adecuado para eliminar partículas hidrófobas de un determinado
tamaño: tintas, stickies, cargas y pigmentos. Los stickies, con amplios
intervalos de tamaño y naturaleza, no siempre pueden ser flotados.
La flotación elimina partículas en el intervalo 10-250 micras y llegan hasta
500 micras en algunos sistemas. El lavado, otro procedimiento de
destintado, retira tintas, cargas y stickies y puede eliminar finos y cargas
de menos de 30 micras.
Flotación
Fuente: Papermaking Science and Technology
Amplio intervalo de tamaños en las tintas.
Flotación eficiente entre 10-250 micras.
Tamaño de particula:
Pigmentos, negro de humo 0.02-0.1 micras
Flexográficas con base agua 1-5 micras
Tintas offset pueden llegar a 100 micras
Tintas oxidadas se adhieren fuertemente a la fibra,
llegan a alcanzar más de 500 micras
Partículas mayores precisan reducción (dispersión).
Partículas menores precisan aglomeración.
Partículas planas son difíciles de flotar que las cúbicas de igual tamaño.
En algunos casos se requiere más de una etapa de flotación
Los jabones de calcio aglomeran partículas pequeñas y cambian la naturaleza de las cargas
haciéndolas flotables.
Flotación
Las partículas deben estar separadas de
las fibras.
Deben tener un tamaño adecuado.
Comparación flotacion vs. lavado
recupera fibras más eficazmente
mayor rendimiento
menor consumo de agua
peor eliminación de las cargas
peor comportamiento con tintas
base agua.
Flotación
Mecanismo no totalmente esclarecido
Se cree que incluye:
Hinchamiento de las fibras durante la desintegración.
Rotura de las uniones fibra-partícula.
El hinchamiento separa la tinta, al igual que sucede durante la dispersión.
La fricción entre fibras también contribuye. Algunas tintas ya oxidadas
requieren mayores esfuerzos.
Flotación
Flotación trabaja a:
Consistencia de 0.8%-1.5%
Temperatura de 40°C-70°C
pH 7-9
Entrada de aire 300% - 1 000% sobre volumen a flotar.
Una segunda etapa de flotación reduce las pérdidas en fibras, finos,
cargas y pigmentos.
La segunda etapa trabaja a menor consistencia. La alimentación es
muy diferente (rechazos de la primera etapa) con menos fibras y más
finos y cargas. La calidad del aceptado en esta segunda etapa deberá
ser mayor que la alimentación en la primera.
Flotación
Fuente: Papermaking Science and Technology
Flotación
El mecanismo de la flotación consta
de tres etapas:
•Separación de la tinta de las fibras
•Adherencia de la tinta a las
burbujas
•Extracción de la espuma y tintas de
la superficie de la célula de flotación
B.M. Johansson, Surface and colloid chemistry of flotation de-inking, in: Dept. Pulp
and Paper Chemistry and Technology, Royal Institute of Technology, Stockholm,
1999, p. 75.
Las burbujas se forman por inyección de aire en la
base de la célula de flotación.
A ellas se adhieren las partículas hidrofóbicas.
Flotación
Las burbujas se mueven hacia la superficie y forman
allí una espuma que se extrae mecánicamente.
Las partículas deben ser hidrofóbicas o ser
convertidas en hidrofóbicas mediante surfactantes.
Partículas y burbuja deben colisionar y unirse,
entonces las burbujas arrastrarán a las partículas
hacia la superficie de donde serán eliminadas.
Se precisa un número elevado de burbujas y con un
intervalo amplio de tamaños.
Fuente: Papermaking Science and Technology
Flotación. Reactivos Químicos
NaOH: hinchamiento de la fibra, rotura enlaces fibra tinta,
saponificación
Na2SiO3: dispersante, álcali, estabilizante del H2O2
H2O2: blanqueante
Quelante: estabilizante del H2O2
Surfactantes: dispersantes, colectores, espumantes
Surfactantes: modo de actuación
durante la flotación
a) Dispersante para separar la tinta de las fibras y evitar su
redeposición
Surfactantes no iónicos (ethoxylated linear alcohols, ethoxylated
alkyl phenols, ethoxylated fatty acids, oligoethylene-oxide alkyl
ether, and polyethyleneoxide alkyl ether)
b) Colector para aglomerar partículas de tinta en otras
mayores y hacer la superficie hidrofóbica
jabones de ácido grasos C16 y C18
c) Espumante para generar espuma y retirar la tinta de la
célula
Surfactantes no iónicos
Tintas “Especiales”
Flexo: base agua, pequeño tamaño <5, hidrofílicas,
forman suspensiones coloidales muy estables, propuesta
de flotación en dos etapas: neutra+alcalina
Toner: hidrófobas, partículas planas difíciles de eliminar
por flotación o lavado, se adhiere con fuerza a las fibras,
se proponen condiciones especiales de destintado para su
eliminación: lavado + flotación
Espesado
Su propósito es retirar agua de la suspensión para elevar su consistencia.
Se precisa para:
Llevar a cabo la dispersión (22%-30%)
Hacer menos costosos los procesos, como en el blanqueo (5%, 15%, or 30%)
donde los gastos en reactivos y energía y el espacio juegan un papel
importante.
Hacer más eficaces algunos procesos
Fuente: Papermaking Science and Technology
Espesado
Se realiza por filtración y presión mecánica de la torta si se
precisa mayor consistencia
Se forma una torta sobre la superficie filtrante.
En los inicios, mayores cantidades de sólidos percolan, a
medida que se forma una torta más espesa, los sólidos quedan
retenidos incluso algunos de menor tamaño que hubieran
atravesado en los primeros estadios de la filtración.
Los filtros usados en fabricación de papel superficie filtrante
de malla metálica o son placas perforadas. Materiales
cerámicos y membranas se emplean en la purificación de agua.
Espesado
Fuente: Papermaking Science and Technology
_________Recuperación de papel y destintado
Recycling effects on the morphological structure of fiber
Fibers in paper are bonded by H-bonds between the cellulose
(hemicellulose) chains of adjacent fibers
High bonding is achieved means of fiber swelling
•Water penetrates into the fibers, forms H-bond with
cellulose and swells the fibers
•Swelled fibers are easier to collapse and to conform into a
strip form
•Collapsed fibers show a higher bonding surface than noncollapsed ones
Refining causes internal and external fibrillation making the fibers
more accessible to water penetration
Recycling effects on the morphological structure of fiber
Papermaking creates interfiber bonding by draining off the water, pressing and
evaporation.
After water evaporation in the dry section, the final humidity content in paper is
in the range of 5-10%.
Water between fibers is evaporated and strong interfiber bonds are created
This last stage cause an irreversible loss of quality in fiber. The process is known
as Hornification (Cornification).
Recycling effects on the morphological structure of fiber
The main effect of the Hornification is a loss of the fiber capacity
to swelling again.
Hornified fibers show less Water Retention Value than the never
dried ones
Also the Fiber Saturation Point is reduced by Hornification
Properties which depend of swelling and fiber bonding, burst and
tensile, are affected by hornification
Refining do not recover the initial swelling capacity of the fibers
Recycling effects on the morphological structure of fiber
The reduction in the fiber capacity of swelling is related with the
pore closure.
Average pore diameter were measured by never-dried fibers
(35 A) and hornified fibers (25 A).
Experiments have shown that external and internal pores are
closed during hornification
Refining only is able to reopen external pores. Internal pores
remain closed
Recycling effects on the morphological structure of fiber
From a chemical point of view, the irreversible loss in the fiber
capacity of swelling and pore closure has been explained by:
irreversible formation of hydrogen bonds into the fibers
formation of a covalent lactone-bond
There is no agreement in which is the true reason. Formation of
H-bonds remains as a possibility although no direct evidence is
known
Water-fiber and fiber-fiber H-bonds could be broken easily in the
same process of papermaking (dry section and pulping,
respectively).
Energy of bonds are 20-30 KJ/mol and 200-400 KJ/mol for
Hydrogen and covalent bonds respectively
Recycling effects on the morphological structure of fiber
Hornification does not occur at the same level for all the pulps
Mechanical pulps do not suffer appreciable hornification
Kraft pulps experience hornification and loss of their properties in
each cycle
The cause of this different behaviour is the chemical composition
of the fibers
Delignified fibres also present large pores than the non
delignified. Probable due to the extraction of lignin and
hemicelluloses from the fiber wall. Hornification (pore closure) is
then more intense for kraft fibers
Recycling effects on the morphological structure of fiber
Hemicelluloses also contributes to bonding, flexibility and swell
more than cellulose because of its low polimerization.
Act as a barrier in the formation of cellulose-cellulose bonds
The global effect of hemicelluloses is the prevention against fiber
hornification
Lignin also could act as a “coating” and avoid the cellulosecellulose bonds which cause the pore closure
The combined effect of lignin, hemicelluloses and the lower pore
diameter of the non delignified fibers is the responsibles of the
lower response to hornification
Solutions?
Refining
Do not recovery completely fiber swelling
Energy consumption
Drainage
Chemical Prevention
Treatment with bulking agents (sucrose, glycerol,..)
Alkali treatment at high pressure (USA patent)
Biorefining with cellulases
Quality of the Recycled papers
No big differences between VF and RF if comparison is properly made
Examples:
Record of velocity in a papermachine (corrugated)
SAICA. Zaragoza. Spain
100% Recicled Fibers
Record of velocity in a papermachine (newsprint)
Holmen Paper. Fuenlabrada (Madrid). Spain
100% ONP + Magazine