Procesos Químicos Industriales Ingeniero Químico Universidad de Granada

Tema 6. Celulosa y papel

Dr. Rafael Bailón Moreno

Sumario Materias primas  Fabricación de pasta de celulosa: Pasta mecánica y pasta química o Kraft  Fabricación de papel 

Producción industria de la celulosa

Producción total de España en el año 2011 (Instituto Nacional de Estadística)

Pasta Kraft al sulfato: 1.771.973 Tm, 611.124.000 € Pasta Kraft al sulfito: Secreto estadístico Pasta mecánica: 1.073.502 Tm, 80.930.000 € Producción por habitante en España en el año 2011

Pasta Kraft al sulfato: 40 Kg/habitante Pasta mecánica: 24 kg/habitante

Madera 

Corteza externa: es la capa más externa del árbol. Está formada por células muertas del mismo árbol. Esta capa sirve de protección contra los agentes atmosféricos.

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Cámbium: es la capa que sigue a la corteza y da origen a otras dos capas: la capa interior o capa de xilema, que forma la madera, y una capa exterior o capa de floema, que forma parte de la corteza.

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Albura: es la madera de más reciente formación y por ella viajan la mayoría de los compuestos de la savia. Las células transportan la savia, que es una sustancia azucarada con la que algunos insectos se pueden alimentar. Es una capa más blanca porque por ahí viaja más savia que por el resto del tronco.

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Duramen (o corazón): es la madera dura y consistente. Está formada por células fisiológicamente inactivas y se encuentra en el centro del árbol. Es más oscura que la albura y la savia ya no fluye por ella.

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Médula vegetal: es la zona central del tronco, que posee escasa resistencia, por lo que, generalmente no se utiliza.

Celulosa La Celulosa es la principal componente de las paredes celulares de los árboles y otras plantas. Es una fibra vegetal que al ser observada en el microscopio es similar a un cabello humano, cuya longitud y espesor varía según el tipo de árbol o planta. Las fibras de algodón, por ejemplo, tienen una longitud de 20-25 mm., las de Pino 2-3 mm. y las de Eucalipto 0,6-0,8 mm.. De igual manera, el contenido de celulosa varía según el tipo de árbol o planta que se considere.

Desde el punto de vista bioquímico, la celulosa (C6H10O5)n con un valor mínimo de n = 200, es un polímero natural, constituido por una larga cadena de carbohidratos polisacáridos. La estructura de la celulosa se forma por la unión de moléculas de ßglucosa a través de enlaces ß-1,4-glucosídico, lo que hace que sea insoluble en agua. La celulosa tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen múltiples puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa, haciéndolas muy resistentes e insolubles al agua. De esta manera, se originan fibras compactas que constituyen la pared celular de las células vegetales, dándoles así la necesaria rigidez

Hemicelulosa La hemicelulosa es un polímero formado por diversos sacáridos, con estructura ramificada y desordenada.

Es fácilmente atacable por sustancias químicas y es perjudicial para la estructura de la pasta de celulosa y del papel que se obtenga de ella.

Lignina

La lignina es un polímero presente en las paredes celulares de los vegetales. La palabra lignina proviene del término latino lignum, que significa ‘madera’. Las plantas que contienen gran cantidad de lignina se las denomina leñosas. La lignina está formada por la extracción eliminación del agua de los azúcares, creando compuestos aromáticos. Los polímeros de lignina son estructuras interconectadas con un peso molecular de 10.000 uma.

Se caracteriza por ser un complejo aromático (no carbohidrato) del que existen muchos polímeros estructurales (ligninas). Después de los polisacáridos, la lignina es el polímero orgánico más abundante en el mundo vegetal. Es la única fibra no polisacárido que se conoce.

Estructura pared celular de un vegetal

Composición materia prima según fuente vegetal

Proceso Kraft de fabricación de pasta de celulosa 

El proceso utiliza hidróxido de sodio y sulfuro sódico para extraer la lignina de las fibras de la madera, en grandes recipientes a presión llamados digestores.

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El líquido que se separa, llamado licor negro, es concentrado por evaporación y quemado en una caldera de recuperación para generar vapor de alta presión, que puede utilizar para las necesidades de vapor de la planta o para la producción de energía eléctrica. Las plantas modernas son más que autosuficientes en la producción de energía.

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La porción inorgánica del licor es usada para regenerar el hidróxido de sodio y el sulfito de sodio necesario para el pulpeo.

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En el caso de las maderas de coníferas, una sustancia jabonosa se obtiene como subproducto de la evaporación; ese jabón es acidificado para producir aceite de pino, una fuente de resinas, ácidos grasos y otros químicos. También se obtiene aguarrás.

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Los efluentes generados son tratados biológicamente en plantas para tal fin, lo que garantiza que los mismos no son contaminantes para el curso de agua receptor de los mismos.

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La pasta de celulosa no blanqueada es marrón y se utiliza para hacer papel de estraza y para cartonaje.

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La pasta de celulosa blanqueada es para hacer papel blanco y de calidad

Proceso Kraft de fabricación de pasta de celulosa

Desarrollado por el sueco Carl Dahl en 1884 y actualmente se usa para el 80% del papel producido a nivel mundial

Etapas de la cocción Fase inicial Poco selectiva, se elimina entre el 15%-25% de la lignina y el 40% de hemicelulosas

Segunda fase “Bulk” Por encima de 140°C, la deslignificación es más intensa y sigue una cinética de primer orden. Deslignificación residual Cuando se ha eliminado el 90% de la lignina la deslignificación se ralentiza, se empiezan a degradar los polisacáridos

Blanqueo de la pasta • Por razones medioambientales, el cloro se va substituyendo por peróxido de hidrógeno y por ozono

Fabricación de celulosa Video de fabricación de celulosa. Parte (I)

Video de fabricación de celulosa. Parte (II)

Fabricación de papel Pasta mecánica

Pasta química o Kraft

Secado y formación del papel

Hojas del papel

Aditivos papel

Aditivos para el papel

Fabricación de papel

Fabricación de papel (Video de Torraspapel)