Post on 25-Aug-2020
REFINACIÓN DE MEZCLAS DE
CELULOSA FIBRA CORTA-FIBRA
LARGA EN REFINADOR PILOTO
ESCHER WYSS José Soza y Raúl González M.
Gerencia Técnica, CMPC Celulosa S.A.
ANTECEDENTES
¿Qué es la Refinación?
La refinación es un tratamiento mecánico de las fibras de pulpa, mediante el cual éstas logran características óptimas para ser utilizadas en papeles y cartones.
ANTECEDENTES ¿Qué efectos se produce en la fibra?
Básicamente se producen dos tipos de efectos
a) Los efectos primarios, que corresponden a la fibrilación
externa, fibrilación interna, formación de finos y acortamiento de fibras.
b) Los efectos secundarios, que corresponden a los cambios producidos como consecuencia de los efectos primarios, como por ejemplo flexibilidad, volumen específico y resistencia mecánica.
ANTECEDENTES ¿ Que tipo de refinadores hay?
En el ámbito industrial podemos diferenciar los refinadores de
discos y los cónicos. Algunos equipos favorecen más la fibrilación
que el corte, mientras otros, por ejemplo los cónicos, más el corte
que la fibrilación.
¿Cuales son los parámetros mas relevantes?
Los parámetros más relevantes en el proceso de refinación son: Tipo de refinador, potencia del refinador, potencia en vacío, tipo de cuchillos del refinador, velocidad de rotación, consistencia y flujo volumétrico.
Estas variables permiten determinar la Carga Específica de Borde (CEB), parámetro que permite predecir el comportamiento de las fibras sometidas al refino
ANTECEDENTES Refinador Escher – Wyss de Laboratorio
Tipo : Cónico
Marca : Escher Wyss
Modelo : R1L
Características Físicas
Material de las barras : Acero Cr Ni
Ancho de las barras : 6 mm
Velocidad periférica : 0.7 km/s
Características del Cono
Rotor : R6/0.35/8
Estator : S6/0.35/8
Ángulo de las barras : 8°
Superficie de refinación : 27 cm2
DESARROLLO DEL TRABAJO
•El objetivo principal de este trabajo es determinar :
Las condiciones de refinación mas apropiadas para la pulpa de eucalipto sola y en mezclas con pulpa fibra larga (F.L.) de Pino Radiata manteniendo buenos niveles de resistencia mecánica de la pulpa.
METODO EXPERIMENTAL
Las muestras de pulpas para los ensayos fueron:
• Celulosa F.C. Blanqueada de Eucalipto.
• Celulosa F.L. Blanqueada de Pino Radiata.
Las variables de diseño utilizadas fueron:
- % de celulosa en mezclas de F.C. y F.L.
- CEB.
Se utilizó un diseño experimental tipo rotacional
para 2 variables.
ACTIVIDADES I) Determinación CEB óptima para la refinación de
F.C.
II) Determinación CEB en refinación mezclas F.C. y F.L.
III) Evaluación efecto de aumentar el % F.C. (55, 60, 70 y
85% en peso) en mezclas con F.L.
IV)Refinación mixta o co-refinación y separada para
obtener un producto 60% F.C. – 40% F.L.
RESULTADOS
I Determinación CEB óptima para la refinación de F.C.
Comparar el efecto sobre las propiedades de distintas CEB y
encontrar la carga óptima de refinación para la F.C en
el rango de CEB = 0,4; 0,6 y 0,8 [J/m].
Drenabilidad
Biometría
Prop Estructura
Prop Resistencia
RESULTADOS
II Determinación CEB en refinación 60% F.C. y 40% F.L
Para la mezcla 60% en peso de FC y 40% de FL , se
varió la CEB en el rango 0,8 ; 1,2 y 1,6 [J/m]
Drenabilidad Prop Resistencia
RESULTADOS
III Evaluación efecto de aumentar el % F.C. (55, 60, 70
y 85% en peso) en mezclas con F.L
Se evaluó el efecto sobre las propiedades de la
pulpa al aumentar el % de FC en mezclas con FL
Drenabilidad
Biometría
Prop Estructura
Prop Resistencia
Par IT-IR
RESULTADOS
IV Evaluación de co-refinación contra refinación
independiente en mezcla 60% F.C. y 40% F.L
Drenabilidad
Biometría
Prop Estructura
Prop Resistencia –
Par IT-IR
CONCLUSIONES
1) La refinación de pulpa F.C. desarrolla buenos
niveles de propiedades de resistencia mecánica
(I.T.xI.R.) si la intensidad de refino es del orden de
CEB=0,6 [J/m], y para lograr el I.T.~70 el consumo
efectivo de energía es significativamente menor que la
refinación con CEB=0,8 [J/m]
CONCLUSIONES
2) La refinación de la mezcla de F.C. y F.L. en
proporción 60/40 desarrolla adecuados niveles de
propiedades de resistencia mecánica (par I.T.xI.R.) si
la intensidad de refino es del orden de CEB =1,2 [J/m],
y para lograr un I.T.~70 el CEE es significativamente
menor que la refinación con CEB=1,6 [J/m].
CONCLUSIONES
3) Bajo las condiciones de ensayos definidas y éstas
muestras de pulpas industriales es factible sustituir
hasta un 10% de F.L. por F.C. en mezclas de F.C y F.L.,
manteniendo similares niveles de propiedades de
resistencia mecánica con mejores propiedades
ópticas y de estructura y con una oportunidad de
reducir CEE dependiendo del nivel de refino deseado
o I.T. objetivo.
CONCLUSIONES 4) Para la refinación mixta (o co-refinación) de una mezcla de
pulpa 60% F.C. y un 40% F.L. y la refinación independiente se
tiene
•Para aplicaciones con moderada demanda de I.T.(I.T.<50) la co-
refinación desarrolla mejores propiedades de resistencia
mecánica (par I.T.xI.R.). Para demandas de I.T. superiores a
I.T.=70[kNm/kg] la refinación independiente logra mejor
resistencia mecánica de la pulpa con un menor consumo de
energía
•La refinación independiente permite preservar y obtener mejores
propiedades de estructura (Porosidad y Volumen Específico) y a
un nivel de refino equivalente (igual CEE) la refinación
independiente y mixta presentan similares valores de Opacidad.
FIN
A mayor CEB los valores de Drenabilidad (°CSF) de la
pulpa son mayores, para lograr freeness del orden de
300°CSF (~36°SR) las diferencias no son
significativas entre CEB=0,6 y 0,8 [J/m].
Gráfico n°1: Drenabilidad versus CEE
PSF a distintas CEB
50
100
150
200
250
300
350
400
0 10 20 30 40 50 60 70
CEE (kWh/ton)
Dre
nabi
lidad
(°C
SF)
CSF - CEB 0,4
CSF - CEB 0,6
CSF- CEB 0,8
Drenabilidad
A lo largo del proceso de refinación la longitud media
de las fibras disminuye y se observa una
consecuentemente mayor proporción de finos,
aunque en el rango de intensidad de refino estudiado
(CEB=0,4 a 0,8[J/m]) no presentó influencia
significativa en estos resultados
Biometría
Gráfico n°2: Long. de fibra versus Consumo
de Energía PSF a distintas CEB
0,62
0,63
0,64
0,65
0,66
0,67
0,68
0,69
0 10 20 30 40 50 60 70CEE (kWh/ton)
Lo
ng
. de
fib
ra (
mm
)
Ll - CEB 0,4
Ll - CEB 0,6
Ll - CEB 0,8
Gráfico n°3: %Finos versus Consumo
de Energía PSF a distintas CEB
2,6
2,8
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8
4,0
4,2
0 10 20 30 40 50 60 70CEE (kWh/ton)
Fin
os
(%
)
Finos- CEB 0,4
Finos- CEB 0,6
Finos - CEB 0,8
A CEB= 0,6 [J/m] obtiene mejor I.T.xI.R. Para lograr el
I.T.~70 el CEE es significativamente menor que la
refinación
Prop. Resistencia
Gráfico n°6: I.Tensión versus I.Rasgado
PSF a distintas CEB
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
9,0
9,5
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
I.Tensión (kNm/kg)
I.Ra
sg
ad
o (
mN
m2
/kg
)
CEB 0,4
CEB 0,6
CEB 0,8
A CEB= En propiedades de estructura a CEB=0,6 y 0,8 no
hay diferencias significativas en Porosidad y V.Específico.
En Porosidad si hay por sobre un CEE de 35 [kWh/ton]
Prop. de Estructura
Gráfico n°7: Porosidad versus Consumo de
Energía PSF a distintas CEB
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 10 20 30 40 50 60 70 80
CEE (kWh/ton)
Po
ros
iad
(s
/10
0m
l)
PORO- CEB 0,4
PORO - CEB 0,6
PORO - CEB 0,8
Gráfico n°9:Vol. específico versus
Consumo de Energía PSF a distintas CEB
1,30
1,35
1,40
1,45
1,50
1,55
1,60
1,65
1,70
0 10 20 30 40 50 60 70 80CEE (kWh/ton)
Vo
l. E
sp
ec
ífic
o (
cm
3/g
)
VE - CEB 0,4
VE - CEB 0,6
VE - CEB 0,8
A mayor intensidad de refino (mayor CEB) los valores
de Drenabilidad (°CSF) de la pulpa son mayores para
igual CEE.
Drenabilidad
Grafico n°10: Drenabilidad vs CEE a distintas
CEB en Mezcla 60%FC-40%FL
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
CEE (kWh/ton)
Dre
na
bili
da
d (
C.S
.F.)
CEB 1,6
CEB 1,2
CEB 0,8
Exponencial
(CEB 1,6)
•A baja intensidad de refino (CEB 0,8 [J/m]) la mezcla
desarrolla bajos valores de I.T .
•Para lograr el I.T.~70 el CEE con CEB=1,2 [J/m] es
significativamente menor que la refinación con
CEB=1,6 [J/m].
Prop. Resistencia
Gráfico n°12: I.Tensión versus I.Rasgado
a distintas CEB en Mezcla 60%FC-40%FL
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80I.Tensión (kNm/kg)
I.Ra
sg
ad
o (
mN
m2
/kg
)
I.R CEB=1,6
I.R CEB=1,2
I.R CEB=0,8
Sobre los 40 [kWh/ton] los valores de Drenabilidad a
un CEE fijo no difieren significativamente para
mezclas con 55% a 85% de F.C
Drenabilidad
Gráfico n°13: Drenabilidad versus CEE variando
% de f.corta en la mezcla - CEB= 1,2 (J/m)
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
CEE (kW h/ton)
Dre
na
bil
ida
d (
CS
F)
Drenabilidad 55% FC
Drenabilidad 60% FC
Drenabilidad 70% FC
Drenabilidad 85% FC
La longitud media de las fibras disminuye
proporcionalmente con el aumento de F.C. en la
mezcla, y consecuentemente el contenido de finos
aumenta con la mayor proporción de F.C. en la
mezcla.
Biometría
Gráfico n°14: Long. de fibra versus CEE
variando % f.corta en la mezcla -CEB=1,2 (J/m)
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
1,05
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
CEE (kWh/ton)
L.F
ibra
(m
m)
Ll 55%FC
Ll 60%FC
Ll 70%FC
Ll 85%FC
- Las mezclas de 55% a 70% FC tienen I.T.=70 dentro de 60-70
[kWh/ton]. Con 85% no logra I.T=70 dentro de 60-70 [kWh/ton].
- Los CEE para I.T.=70 en las mezclas 55, 60 y 70% de F.C., son
aprox. 42, 65 y 75 [kWh/ton] respectiv.
- Para una refinación mayor a 50 [kWh/ton] con % de F.C. entre
55% y 70% se obtienen valores de I.R. entre 8 a 9 [mNm2/g]
Prop. Resistencia
Gráfico n°16: I.T versus CEE variando %
f.corta en la mezcla - CEB=1,2 (J/m)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 10 20 30 40 50 60 70 80
CEE (kWh/ton)
I.Te
ns
ión
(k
Nm
/kg
)
I.Tensión 55%FC
I.Tensión 60%FC
I.Tensión 70%FC
I.Tensión 85%FC
Gráfico n°17: I.R versus CEE variando %
f.corta en la mezcla - CEB=1,2 (J/m)
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
CEE (kWh/ton)
I.Ra
sg
ad
o (
mN
m2
/g)
I.R 55%FC
I.R 60%FC
I.R 70%FC
I.R 85%FC
A I.T.=70 las mezclas 60 y 70% de F.C. presentan
similar valor del par I.T.xI.R.
Valores menores de I.T=70, el par I.T.xI.R. a 70%
F.C. es menor al de 60% F.C.
Prop. Resistencia – Par IT-IR
Gráfico n°18: I.T versus I.R variando %
f.corta en la mezcla - CEB=1,2 (J/m)
5,0
7,0
9,0
11,0
13,0
15,0
17,0
20 30 40 50 60 70 80
I.Tensión (kNm/kg)
I.Ras
gado
(mN
m2/
g)
55%FC
60%FC
70%FC
85%FC
A partir de 30 [kWh/ton] las mezclas con 70 y 85% F.C. permiten:
a) obtener Porosidades 20 a 100% mayores respecto a mezclas
con menor contenido de F.C
b) obtener Volúmenes Específico al menos 2 % mayor respecto a
mezclas con menor contenido de F.C
En Opacidad las diferencias son de aproximadamente 2 a 4% y
se presentan durante toda la curva de refinación
Prop. de Estructura
Gráfico n°19: Porosidad versus CEE variando
% f.corta en la mezcla - CEB=1,2 (J/m)
0
12
24
36
48
60
72
84
96
0 10 20 30 40 50 60 70 80
CEE (kWh/ton)
Po
ros
ida
d (
s/1
00
ml)
Poro 55%FC
Poro 60%FC
Poro 70%FC
Poro 85%FC
Grafico n°23: Volumen Específico y Opacidad versus CEE para
distintos % de mezcla FC.FL- CEB =1,2 (J/m)
1,30
1,40
1,50
1,60
1,70
1,80
1 11 21 31 41 51 61 71 81
CEE (kWh/t)
Vo
lum
en
Es
pe
cíf
ico
(c
m3/g
)
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
Op
ac
ida
d (
%)
VE 55%FC
VE 60%FC
VE 70%FC
VE 85%FC
OPA 85 % FC
OPA 70 % FC
OPA 60% FC
OPA 55 % FC
A un mismo valor de CEE la refinación independiente
respecto a la co-refinación permite obtener un mayor
valor de Drenabilidad. Entre un CEE de 20 a
70[kWh/ton] las diferencias oscilan entre 20 a 50% de
diferencia aproximadamente
Drenabilidad
Gráfico n°24 Drenabilidad versus CEE
- comparación Ref. ind y Corefinacion
0
100
200
300
400
500
600
700
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Drenabilidad COR
Drenabilidad R.I
Para un mismo valor de CEE la refinación independiente respecto
a la co-refinación presenta una longitud media de fibra superior
Biometría
Gráfico n°25 Long de fibra versus CEE
- comparación Ref. ind y Corefinacion
0,70
0,74
0,78
0,82
0,86
0,90
0,94
0,98
1,02
0 10 20 30 40 50 60 70 80
CEE (kWh/ton)
Long
. de
fibra
(mm
)
Ll -RI
Ll -COR
Para aplicaciones con moderada demanda de I.T. (I.T.
<50) la co-refinación desarrolla mejores propiedades de
resistencia mecánica (par I.T.xI.R.). Para demandas de I.T.
superiores a 70[kNm/kg] la refinación independiente logra
mejor resistencia mecánica de la pulpa
Prop. Resistencia – Par IT-IR
Gráfico n°29: I.Tensión versus I.Rasgado
- comparación Ref. ind y Corefinacion
7
8
9
10
11
12
13
14
15
10 20 30 40 50 60 70 80 90
I.Tensión (kNm/kg)
I.Ra
sg
ad
o (
mN
m2
/g)
I.R - COR
I.R - R.I
La refinación independiente para conformar una mezcla 60% F.C.
y 40% F.L., permite preservar y obtener valores mayores de
propiedades de estructura (Porosidad y Volumen Específico).
A un mismo valor de CEE el uso de la refinación independiente
permite obtener un mayor valor de porosidad. Sobre un CEE de
40[kWh/ton] esta diferencia es 50% o mayor (figura 23).
Prop. de Estructura
Gráfico n°30: Porosidad versus CEE
- comparación Ref. ind y Corefinacion
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
CEE (kWh/ton)
Po
ros
ida
d (
s/1
00
ml)
PORO - RI
PORO - COR
Gráfico n°32 Vol. Específico versus CEE
- comparación Ref. ind y Corefinacion
1,30
1,35
1,40
1,45
1,50
1,55
1,60
1,65
1,70
1,75
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
CEE (kWh/ton)
Vo
l. E
sp
ec
ífic
o (
cm
3/g
)
VE - RI
VE - COR