Ingeniería del papel

International Paper: Kraft paper mill

Ingeniería del papel es una rama de la ingeniería que se ocupa del uso de las ciencias físicas (p. ej., química y física) y ciencias de la vida (p. ej., biología y bioquímica) junto con las matemáticas aplicadas a la conversión de materias primas en útiles productos y coproductos de papel. El campo aplica varios principios en ingeniería de procesos y operaciones unitarias para la fabricación de papel, productos químicos, energía y materiales relacionados. La siguiente línea de tiempo muestra algunos de los pasos clave en el desarrollo de la ciencia de la ingeniería química y de bioprocesos:

Desde una perspectiva patrimonial, el campo abarca el diseño y análisis de una amplia variedad de operaciones unitarias térmicas, químicas y bioquímicas empleadas en la fabricación de pulpa y papel, y aborda la preparación de sus materias primas a partir de árboles u otros recursos naturales. a través de un proceso de fabricación de pulpa, pretratamiento químico y mecánico de estas fibras de biopolímero recuperadas (p. ej., principalmente, aunque no exclusivamente, a base de celulosa) en una suspensión fluida, la formación a alta velocidad y deshidratación inicial de una tela no tejida, el desarrollo de fibras a granel propiedades de la hoja mediante el control de las operaciones de transferencia de energía y masa, así como el tratamiento posterior de la hoja con revestimiento, calandrado y otros procesos químicos y mecánicos.

Aplicaciones

Hoy en día, el campo del papel y la ingeniería química se aplica a la fabricación de una amplia variedad de productos. El ámbito de la silvicultura y la biología, la ciencia química y la industria (bio)química fabrica productos orgánicos y agroquímicos (fertilizantes, insecticidas, herbicidas), productos oleoquímicos, fragancias y sabores, alimentos, piensos, productos farmacéuticos, nutracéuticos, productos químicos, polímeros y energía a partir de materiales biológicos.

Los productos resultantes de la ingeniería del papel, incluidos el papel, el cartón y varios derivados del papel, se utilizan ampliamente en la vida cotidiana. Además de ser un subconjunto de la ingeniería química, el campo de la ingeniería del papel está estrechamente relacionado con la gestión forestal, el reciclaje de productos y la producción en masa de medios a base de papel.

Métodos

Despulpado mecánico

En el proceso de despulpado mecánico, "molienda" y "refinación" son los dos métodos principales utilizados para crear la pulpa. La molienda es el método de prensar troncos y astillas contra una piedra giratoria para producir fibras. La fabricación de pulpa de refinador consiste en tratar astillas de madera con productos químicos o calor y luego triturar los objetos entre dos discos, uno de los cuales o ambos giran. Hay cuatro tipos principales de pulpado de refinador, que incluyen pulpado mecánico de refinador, pulpado termomecánico, pulpado químico-mecánico y pulpado quimiotermomecánico. Más descripciones de cada proceso se encuentran en este enlace: La fabricación de pulpa mecánica, en comparación con la fabricación de pulpa química, es relativamente económica y tiene un alto rendimiento de pulpa (85–95%). Sin embargo, el papel creado es generalmente débil ya que retiene la lignina.

Despulpado químico

El proceso de pulpado químico se utiliza para disolver químicamente la lignina que se encuentra en las paredes celulares del material que se somete al proceso. Una vez que las fibras de celulosa se separan de la lignina, se crea una pulpa que luego se puede tratar para crear papel, cajas y cartón corrugado duraderos. La fabricación de pasta química se puede caracterizar por dos métodos principales: fabricación de pasta al sulfato (proceso Kraft) y fabricación de pasta al sulfito, y estos dos métodos tienen beneficios diferentes. La pulpa al sulfato se puede realizar en una amplia gama de variedades de árboles y da como resultado la creación de un tipo de papel resistente. Por el contrario, la pulpa al sulfito da como resultado un mayor volumen de pulpa que es más fácil de blanquear y procesar. Sin embargo, la fabricación de pulpa al sulfato se usa más ampliamente ya que el producto es más duradero y los productos químicos utilizados en el proceso se pueden recuperar, lo que da como resultado una contaminación ambiental mínima.

Más procesamiento de pulpa

La pulpa luego se procesa a través de un aparato que convierte la pulpa en una malla de fibras. Luego, esta red de fibras se prensa para eliminar todo el contenido de agua y, posteriormente, el papel se seca para eliminar todos los rastros de humedad.

Acabado

Después de completar los procesos anteriores, el papel resultante se recubre con una cantidad minúscula de caolín o carbonato de calcio para modificar la superficie y luego se cambia el tamaño del papel según el propósito previsto.

Reciclado de productos

Por lo general, el material que se va a reciclar primero se somete a pulpa mecánica o química para convertirlo en pulpa. La pulpa resultante se procesa luego de la misma manera que se procesa la pulpa normal; sin embargo, a veces se agrega fibra original para mejorar la calidad y apariencia del producto.

Campos y temas relacionados

Hoy en día, el campo de la ingeniería del papel y los bioprocesos es diverso y abarca áreas que van desde la biotecnología y la nanotecnología hasta la generación de electricidad.

Ingenieros de papel diseñan, construyen y operan plantas

La celulosa es un biopolímero natural

Colegios y universidades

Generalmente se ofrece como una especialización dentro de la ingeniería química:

• Estados Unidos
  • Universidad de Auburn
  • Georgia Institute of Technology
  • Miami University
  • North Carolina State University
  • SUNY ESF
  • University of Maine
  • University of Minnesota
  • University of Washington
  • University of Wisconsin - Stevens Point
  • Western Michigan University
• Canadá
  • École Polytechnique de Montréal
  • McGill University
  • McMaster University
  • University of British Columbia
  • University of New Brunswick
  • Université du Québec à Trois-Rivières
  • University of Toronto
• Europa
  • Universitat Politècnica de Catalunya, España
  • Darmstadt University of Technology, Germany
  • Dresden University of Technology, Germany
  • Grenoble INP, France
  • Helsinki University of Technology, Finland
  • Lund Institute of Technology, Sweden
  • Tampere University of Technology, Finland
  • Technische Universitat Graz, Austria
  • Universidad Tecnológica Estatal de San Petersburgo, Polimeros de Plantas, Rusia
  • Technical University of Łódź, Poland
  • University of Manchester, UK
  • Åbo Akademi University, Finland
• Asia y el Pacífico
  • Akademi Teknologi Pulp dan Kertas
  • Monash University
  • Indian Institute of Technology, Roorkee
  • South China University of Technology