informe proceso de blanqueo
DESCRIPTION
breve descripcion del proceso de blanqueo en la celulosaTRANSCRIPT
UNIVERSIDAD DE TARAPACÁ
ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA
INDUSTRIAL, INFORMÁTICA Y DE SISTEMAS
Ingeniería Civil Industrial
PROCESO DE BLANQUEO
Asignatura : Taller de integración de conocimientos
Alumna : Soledad Ignacio Flores
Profesor : Diego Villagra
Arica-Chile
2015
Escuela Universitaria de Ingeniería Civil IndustrialUniversidad de Tarapacá
INDICE
INTRODUCCION.............................................................................................................................3
DESARROLLO................................................................................................................................4
1. Definición de Celulosa.....................................................................................................4
2. Proceso de la celulosa.....................................................................................................4
3. Blanqueo de la celulosa: Proceso clave......................................................................5
CONCLUSION...............................................................................................................................11
BIBLIOGRAFIA..................................................................................................................................12
2
Escuela Universitaria de Ingeniería Civil IndustrialUniversidad de Tarapacá
INTRODUCCION
La industria de la celulosa se sitúan dentro de las más grandes del mundo, esto incluye
la fabricación de pasta, papel, cartones y derivados.
La materia prima indispensable de la producción de papel es la madera que procede
de los bosques, pero últimamente, a lo largo de los años ha aumentado la utilización de
bosques tropicales y selvas.
La composición química de la madera es muy variada. Principalmente se compone de
celulosa, lignina, hemicelulosa, y de un 5% a un 10% de otros materiales.
La lignina es un complejo polímero aromático asociado a los polisacáridos de la pared
celular vegetal, su estructura estéreo-irregular y amorfa hacen de ella una molécula muy
particular y difícil de degradar
En la naturaleza existen diferentes microorganismos asociados a la descomposición de
la madera, pero hasta ahora los únicos que son capaces de degradar la lignina en forma
eficiente son los hongos basidiomicetes llamados de pudrición blanca.
Parte del proceso básico necesario es poder eliminar la lignina de la madera para
hacer el papel u otros productos derivados. Este compuesto, constituyente de la madera y
que actúa como cemento en su estructura, es el principal obstáculo para poder obtener
celulosa y papel de buena calidad.
Industrialmente la pulpa de celulosa blanqueada se obtiene a través de un proceso de
dos etapas: el pulpaje y el blanqueo, que será presentado a lo largo del informe.
3
Escuela Universitaria de Ingeniería Civil IndustrialUniversidad de Tarapacá
DESARROLLO
1. Definición de Celulosa
La celulosa o fibra es el elemento constitutivo de la madera. Desde el punto de vista
químico, la celulosa es un polímero natural formado por unidades de glucosa. Las fibras
se encuentran en la madera unidas entre sí por un compuesto químico complejo llamado
lignina que le da la rigidez. La fabricación de la celulosa consiste en separar la fibra de la
lignina mediante procesos industriales químicos o mecánicos.
En el mercado mundial se distinguen básicamente dos tipos de celulosa según la materia
prima que le dio origen: la celulosa de fibra larga y la celulosa de fibra corta, según
provengan de maderas de especies coníferas o de latifoliadas, respectivamente.
2. Proceso de la celulosa.
El proceso químico de fabricación que utiliza ARAUCO es el denominado kraft o al sulfato.
En este proceso, se separan las fibras de la lignina que las une a través de un ataque
químico de la madera, previamente convertida en astillas.
El proceso kraft permite obtener una pulpa de alta resistencia, ya que la separación de las
fibras se produce sin mayor daño a ellas. Por otra parte, mediante procesos auxiliares y
complementarios se pueden recuperar los productos químicos que intervienen en la
producción de la pulpa y volver a usarse en un ciclo siguiente. Cabe destacar que las
plantas productoras de celulosa constituyen un elemento esencial para el desarrollo del
sector forestal, por cuanto están concebidas para procesar residuos industriales, tales
como astillas provenientes de aserraderos y trozos de árboles que no tienen una
aplicación industrial alternativa.
Asimismo, todas las plantas productoras de celulosa blanqueada de ARAUCO han
adoptado la tecnología ECF (sigla que en inglés significa "libre de cloro elemental"), que
es universalmente reconocida como de mínimo impacto medioambiental y que permite
maximizar el rendimiento de madera minimizando, a la vez, el consumo de agua y las
emisiones gaseosas.
4
Escuela Universitaria de Ingeniería Civil IndustrialUniversidad de Tarapacá
Por otra parte, puede afirmarse en forma categórica que los efluentes líquidos
provenientes de plantas de celulosa que utilizan la tecnología ECF en el proceso de
blanqueo, no tienen efectos negativos en los ecosistemas acuáticos. Por estas razones se
ha conferido la denominación BAT (sigla en inglés para "mejor tecnología disponible") al
proceso de blanqueo ECF y constituye la opción obvia para una empresa como ARAUCO
comprometida a minimizar el impacto ambiental de su actividad industrial.
Anualmente se transan en el mundo aproximadamente 48 millones de toneladas métricas
de celulosa, tratándose de un mercado altamente competitivo en el cual Chile tiene una
participación de 6%, aproximadamente.
3. Blanqueo de la celulosa: Proceso clave
El blanqueamiento de la pulpa es la etapa más importante en la producción de celulosa,
donde intervienen la mayor cantidad de químicos y se pueden generar altos niveles de
contaminación. Sin embargo, la industria de la celulosa ha asumido el desafío de fabricar
un producto de la mejor calidad posible con procesos eficientes e insumos más inocuos
que se recuperan para evitar la contaminación ambiental.
De todas las etapas que tiene el largo proceso de fabricación de la celulosa ninguno es
tan importante como el blanqueo, ya que debido a la lignina –la sustancia que mantiene
unidas a las fibras de madera- la pasta puede presentar un color amarillento o café, más
intenso según el porcentaje de lignina presente.
Si bien la celulosa puede usarse cruda y sin blanquear para fabricar papeles altamente
resistentes como el liner y productos de embalaje–para los cuales se utiliza
exclusivamente madera de fibra larga de pino- cuando se la utiliza para fabricar papel de
impresión, tissue, fotográfico, entre otros. La pasta debe ser blanqueada. Lo que
determina el blanqueo el índice Kappa, que consiste en usar permanganato de potasio
(KMnO4) sobre la pasta para determinar la cantidad de lignina residual (1,1 a 1,8%),
dependiendo de la especie.; los valores obtenidos para eucalipto pueden variar entre 18 y
21 y para pino entre 27 y 30. Mientras más alto es el IK, más se necesita blanquear el
producto.
El propósito del proceso de blanqueo es cumplir ciertos criterios de calidad, asociados al
nivel y estabilidad de la blancura, limpieza y propiedades de resistencia de la celulosa
5
Escuela Universitaria de Ingeniería Civil IndustrialUniversidad de Tarapacá
producida. “Este proceso se lleva a cabo para cubrir la demanda de consumidores que
quieren papeles blancos para múltiples usos, desde los productos de impresión y
escritura, hasta productos de embalajes y papeles higiénicos, entre otros”, explica Charles
Kimber, gerente de Asuntos Corporativos de Arauco.
El proceso de remoción de la lignina de las astillas de madera se puede llevar a cabo
transformando su estructura molecular con diferentes tipos de pulpaje, que tienen
rendimientos distintos y generan pulpas de diversas propiedades y calidades. El más
utilizado es el pulpaje químico, también llamado sulfato o método Kraft, en el que se
remueven casi totalmente la lignina y todos los compuestos no-celulósicos, obteniéndose
una pulpa de intensa blancura.
El método Kraft consiste en introducir la madera en digestores a alta temperatura (170º C
para el caso del pino, y 166º C en eucalipto), donde mediante el uso de una mezcla de
hidróxido, carbonato, sulfato y sulfuro de sodio se disuelve la lignina y se producen
mercaptanos, substancias orgánicas azufradas de olor muy desagradable (ver artículo
“Desafío constante”). Luego se separa la fibra del líquido que contiene sales orgánicas de
sodio y que constituye el licor negro, que se lleva a la caldera recuperadora donde en
base a altas temperaturas sus compuestos orgánicos son transformados en carbonato y
los sulfatos reducidos por el calor a sulfuros. Este proceso permite una alta recuperación
de los desechos y una escasa contaminación ambiental.
“El proceso Kraft se adapta igualmente para pino y para eucalipto, pero el eucalipto es
más fácil de cocer por poseer una menor cantidad de lignina (21% versus 28%,
respectivamente), por lo que en su proceso se usan menos reactivos químicos”, explica
Javier González, profesor titular de la Facultad de Ciencias Forestales y Conservación de
la Naturaleza de la Universidad de Chile.
El proceso de blanqueo demanda la mayor parte del consumo de agua en una planta de
celulosa, y por lo mismo genera efluentes líquidos que son una potencial fuente de
contaminación, ya que en estado bruto contienen lignina, alcoholes, cloratos y metales
pesados. Sin embargo, hoy su impacto ambiental está reducido a su mínima expresión, ya
que las plantas trabajan en ciclo cerrado con los productos químicos, y toda el agua
residual es tratada biológicamente.
Cualquiera sea el proceso utilizado, el blanqueamiento de la celulosa implica,
necesariamente, una reducción de rendimiento de la madera, medido en m3 de madera
por tonelada de celulosa. Normalmente, en todo el proceso se pierde entre un 5 y 9% de
6
Escuela Universitaria de Ingeniería Civil IndustrialUniversidad de Tarapacá
la pasta café, para alcanzar blancura estándar de 87-90%, según la norma ISO-2470
(International Organization for Standardization).
3.1. Menor contaminación
El producto tradicional que se usó durante años para blanquear la celulosa fue el cloro
elemental, en estado molecular o gaseoso, junto con otros químicos con contenido de
cloro como el hipoclorito, pero debido a que su uso generaba subproductos no peligrosos
para las personas y contaminantes del medio ambiente, como las dioxinas y furanos, hace
unos 25 años se lo reemplazó por las tecnologías Libre de Cloro Elemental (Elemental
Chlorine Free, ECF) o Totalmente Libre de Cloro (Totally-Chlorine Free, TCF). El primero
usa dióxido de cloro (ClO2) como agente oxidante más Álcali para la extracción de lignina,
peróxido y óxígeno para reforzamiento en las etapas de extracción. El segundo emplea
peróxido de hidrógeno (H2O2-agua oxigenada) además de oxígeno, ozono, ácido
peracético y Álcali para la extracción de la lignina. Ambos reducen significativamente la
cantidad de compuestos clorados liberados en el ambiente y son más eficientes porque se
logra una mayor blancura a un menor costo de producción.
“El cloro es más barato al ser un subproducto de la producción de soda cáustica, pero es
altamente corrosivo y contaminante ya que produce una serie de toxinas muy difíciles de
tratar”, explica Mario Rubio, gerente comercial de Proquiel Químicos. “Con dióxido de
cloro se implementó una solución parcial, más cara pero menos contaminante; sin
embargo, genera algunos subproductos tóxicos en los efluentes y es un producto de
manejo complicado por ser explosivo. Así se llegó finalmente al peróxido de hidrógeno,
que permite un proceso bastante más limpio a un costo es aceptable; además, si se lo
combina con oxígeno, tiene aún mejores resultados”.
El impacto ambiental que generaba el cloro al ser eliminado por los efluentes líquidos o
gaseosos de a planta era fuerte. El dióxido de cloro, en cambio, gatilla un oxidación que
forma compuestos orgánicos solubles al agua y produce una cantidad mucho menor de
compuestos orgánicos clorados, los que al tener menor peso molecular son fácilmente
biodegradables y no producen dioxinas, lo que disminuye los niveles de contaminación
de sus efluentes y emanaciones atmosféricas.
“El blanqueo con peróxido de cloro y reforzado con oxígeno logran una elevada tasa de
blanqueo con menor contaminación”, señala Denise Triviño, gerente de la División
7
Escuela Universitaria de Ingeniería Civil IndustrialUniversidad de Tarapacá
Química y Metalurgia de Linde Gas Chile S.A. “El oxígeno es una alternativa eficiente,
fácil de aplicar y amistosa con el medio ambiente”.
Mario Rubio refuerza la idea de que debido a la alta contaminación producida
antiguamente se ha perfeccionado la búsqueda e instauración de procesos limpios y
eficientes. “También se han logrado más eficiencia por la vía del manejo de temperaturas
y los tiempos de proceso en los digestores, utilizando menor cantidad de productos en el
tratamiento de efluentes”, apunta.
3.2. Desechos recuperados
El blanqueo consta de entre tres y seis etapas o ciclos que se llevan a cabo con
diferentes reactivos químicos que van gradualmente aumentando el grado de blancura de
la pasta, y consiste en mezclar la pasta de celulosa con el agente blanqueador en un
reactor a altas temperaturas y en un ambiente ácido durante el tiempo necesario para que
se lleve a cabo la reacción.
Dado que en este proceso se generan algunos componentes orgánicos que no son
solubles en un ambiente ácido, después de cada una de estas etapas se realiza un lavado
de la pasta con productos químicos que generan un medio alcalino para extraer estos
componentes y restos de lignina en la estación de lavado. Después de la primera mezcla
se usa oxígeno y peróxido de hidrógeno para convertir en solubles los posibles
compuestos clorados que se podrían haber formado durante la primera mezcla.
Finalmente, se vuelve a mezclar la pasta con el agente blanqueador y otros productos
químicos sucesivas veces hasta obtener la blancura deseada en la pasta. La blancura
objetivo es del 90%. Por último se realiza un lavado y se neutraliza el agente blanqueador
con SO2.
“Dependiendo de la planta, las secuencias siguen un orden denominado ODEopDED o
bien OADEopDD, donde O se refiere a la etapa de oxígeno, D a la de dióxido, Eop es una
etapa alcalina reforzada con oxígeno y peróxido de hidrógeno, y A es una etapa ácida
normalmente usada para fibra de eucalipto”, apunta Miguel Pereira, profesor del
Laboratorio de Productos Forestales de la Universidad de Concepción.
El efluente es conducido a las plantas de tratamiento para ser purificado, eliminando todas
las sustancias nocivas antes de devolverlo a los ríos o al mar. En el caso del cxígeno, los
residuos líquidos son llevados a la caldera recuperadora, donde combustionan junto al
8
Escuela Universitaria de Ingeniería Civil IndustrialUniversidad de Tarapacá
licor negro para generar energía y recuperar parte de los reactivos químicos (soda). En el
caso del ClO2 se generan residuos líquidos de bajo pH y carga orgánica, que son tratados
en las plantas de tratamientos de efluentes.
A su vez, para mitigar la emanación de olores se han implementado sistemas de limpieza
de partículas y de recuperación de gases odorosos, que son quemados en las calderas.
Respecto a los sólidos, existen los programas de cero residuos que reciclan los desechos.
“Las medidas de control son cada vez más claves en los procesos de control de plantas y
su certificación. Todos los cambios producidos en las últimas dos décadas apuntan a ser
cada vez menos contaminantes”, indica Javier González.
3.3. Aumento de oxígeno
Para hacer más eficiente el proceso, en el último tiempo las plantas de celulosa han
comenzado a implementar una etapa previa al proceso de blanqueo llamada
deslignificación o pre blanqueo de la madera, en que se aplican altas dosis de oxígeno a
la pasta café para oxidar la lignina y disminuir su concentración antes que la pulpa llega a
la etapa de blanqueado. Con ello se ha conseguido la optimización del proceso mediante
la reducción del uso de reactivos de blanqueante y el reemplazo de reactivos por otros
que contaminan menos.
“La innovación fue reemplazar el Cl2 por dióxido y agregar oxígeno en la primera
extracción y peróxido en la segunda”, señala Javier González. La inclusión del oxígeno ha
permitido disminuir considerablemente el uso de cloro y dióxido de cloro. “Este proceso
reduce el consumo de blanqueadores químicos más costosos y disminuye la carga de
efluentes de la planta de blanqueo”, acota Denisse Triviño. Acota Miguel Pereira: “La
deslignificación con O2 ha y el reemplazo de Cl2 por ClO2 ha permitido disminuir de
manera considerable la generación de los contaminantes más nocivos”.
Estas aplicaciones de oxígeno han sido una de las mejoras más importantes incorporadas
a la industria en la última década, ya que reducen la cantidad de agentes con compuestos
clorados que se usan en el proceso posteriormente, mejoran notablemente la calidad de
los efluentes que se vierten al medio ambiente y posibilita que la lignina removida en la
primera estación de lavado pueda ser reprocesada en el Sistema de Recuperación de
Productos Químicos y Energía. Otros productos como el ozono y el peróxido de hidrogeno
también se usan en el pre blanqueo de la celulosa en lugar del oxígeno, pero tienen
mayor costo de producción y están aún en una etapa muy incipiente.
9
Escuela Universitaria de Ingeniería Civil IndustrialUniversidad de Tarapacá
“El oxígeno actúa deslignificando la pulpa a diferencia del ClO2, que la blanquea. En
general, el uso de oxígeno tiene muchas más ventajas que el ClO2 porque es más barato,
menos riesgosos y menos contaminante, pero no es posible técnicamente usar sólo
oxígeno para blanquear pulpas a los niveles de mercado (88-90 % ISO), por lo que no se
puede reemplazar en su totalidad el uso del dióxido de cloro, que permite alcanzar altas
blancuras”, sostiene Pereira
10
Escuela Universitaria de Ingeniería Civil IndustrialUniversidad de Tarapacá
CONCLUSION
En Chile se están introduciendo técnicas menos contaminantes para el blanqueado de la
pasta de celulosa, pero aún así, la mayor cantidad de celulosa es blanqueada con cloro.
Este método de blanqueo produce elementos altamente tóxicos, lo que ha contribuido a
caracterizar a esta industria como altamente contaminante. Además, al evaluar los
impactos que tiene esta industria sobre el estado de los recursos naturales en su
conjunto, se puede evidenciar una presión sobre el bosque nativo. El Sistema de Cuentas
Nacionales ha sobredimensionado el aporte de esta industria en el crecimiento económico
nacional, ya que, al estimar el PIB Verde, que incorpora los costos de mitigación de la
industria, se puede observar que éste es menor que el PIB tradicional, diferencia que
aumenta cada vez más en el tiempo, dando cuenta del creciente costo que generan estas
emisiones a la sociedad. En las regiones y comunas forestales, la instalación y
funcionamiento de las plantas de celulosa así como la extensión de las plantaciones no
han contribuido al desarrollo económico de las mismas, ni tampoco a reducir los niveles
de pobreza, los que, paradójicamente, son los más altos del país. Es necesario, por lo
tanto, recalcar que el importante desarrollo de la actividad forestal en los últimos años ha
contribuido muy poco a la superación de la pobreza. Y esto se puede explicar,
básicamente, en el hecho de que la actividad forestal, y en este caso el de la celulosa, no
se opera con los principios del desarrollo sustentable.
11
Escuela Universitaria de Ingeniería Civil IndustrialUniversidad de Tarapacá
BIBLIOGRAFIA
Arauco . (2015 ). Arauco, sembremos el futuro. Obtenido de http://www.arauco.cl/informacion.asp?idq=697&parent=688&ca_submenu=3197&tipo=3&idioma=17
LIGNUM. (2015). Blanqueo de la celulosa. Obtenido de http://www.lignum.cl/informes-tecnicos/blanqueo-de-la-celulosa-el-proceso-clave/
12