Sensores de medición para el control de procesos en la producción de pasta y papel

En qué consiste la producción de pasta de papel

Desde la invención del papel de pasta de madera y los llamados procesos de sulfato y sulfito a mediados del siglo XIX, ha sido posible producir papel a base de madera. Durante los procesos de sulfato y sulfito, la madera desfibrada mecánicamente se descompone químicamente hirviéndola en soluciones que contienen hidróxido de sodio y sulfuro de sodio o dióxido de azufre para separar los componentes no deseados de las fibras de celulosa contenidas. Esto incluye, en particular, las ligninas que forman la madera, junto con polisacáridos denominados "hermicelulosas", así como resinas y minerales. Mientras que las fibras de celulosa en forma de soluciones acuosas se limpian y blanquean en diversos procesos de varias etapas, las resinas separadas se utilizan para producir tall oil, que se refina y luego se utiliza en la fabricación de productos como jabones y lacas.

Procesos de producción de pasta y papel

La calidad del producto acabado depende no sólo de las propiedades de la materia prima, sino también de los diversos procedimientos de limpieza y mezcla utilizados para procesarla. Estos incluyen esencialmente la ebullición de la pasta en licor blanco utilizado en el proceso del sulfato, la posterior filtración y lavado de la materia hervida en líneas de filtrado, y el blanqueo en torre de varias etapas, en el que la pasta se trata alternativamente con diversos oxidantes. La pasta, denominada "stock" en esta fase, pasa a la fase de preparación del stock. Allí se mezcla y se tritura con diversos materiales fibrosos en la cuba de mezcla, dependiendo de la receta. Se añaden cargas como caolín, carbonato cálcico, cola y tintas para conseguir las propiedades deseadas de lo que más tarde se convertirá en papel. A continuación, en la caja de salida, la pasta se aplica uniformemente a las cribas mediante finas boquillas para su deshidratación y aireación. A continuación, éstas la transportan a la sección de prensado y secado de la fábrica de papel.

Puntos de medición cruciales en el proceso de producción

Numerosos sensores de pH y conductividad deben garantizar la calidad del proceso en las distintas fases de producción durante la fabricación de la pasta. Una fabricación de pasta química demasiado intensiva, o unas dosis de agentes blanqueadores y residuos que no se hayan controlado lo suficiente, pueden dañar fácilmente las fibras y reducir su resistencia, especialmente durante la ebullición o el blanqueo. Estos daños sólo pueden detectarse en los controles de calidad finales, en los que se comprueba la longitud de desgarro, la resistencia al desgarro y la resistencia al estallido del cartón o el papel. Por lo tanto, es necesario controlar y regular la intensidad del despulpado químico. Para ello se utilizan mediciones de conductividad, en las que se controla la concentración de licor blanco en las calderas de pasta. Dado que el medio caliente del proceso es altamente alcalino y está extremadamente contaminado, el sensor inductivo de conductividad SE655 ha demostrado su eficacia gracias a su robusto diseño fabricado en PEEK resistente a la corrosión. Los electrodos del sensor, que ha sido diseñado para medir la concentración de ácidos y álcalis en medios muy sucios e incrustados, no tienen contacto directo con el medio. En su lugar, el SE655 tiene una gran abertura toroidal para el sensor, lo que reduce al mínimo el riesgo de contaminación. El SE655 está diseñado para un amplio rango de medición de 0,002 a 2000 mS/cm a temperaturas de -20 a 110 °C y soporta presiones de hasta 20 bar.

Mediciones de pH y redox durante el blanqueo en torre

Las mediciones de redox y pH desempeñan un papel fundamental en el blanqueo en torre. El proceso de blanqueo sirve para eliminar residuos como la lignina residual. En contenedores en forma de torre y en varias etapas, la pasta se trata alternativamente con dióxido de cloro e hidróxido de sodio o, en procesos más modernos y respetuosos con el medio ambiente, con peróxido de hidrógeno, oxígeno y ozono. Los procesos de blanqueo se basan en un intercambio de electrones entre los agentes blanqueadores y las sustancias blanqueadas. La eficacia de los agentes blanqueadores depende de la magnitud de su potencial de oxidación, que puede determinarse mediante mediciones de ORP.

Los medios contaminados por sólidos suelen bloquear el sistema de referencia de los sensores convencionales, pero aquí se utiliza el sensor de ORP SE564 Memosens, que elimina este riesgo mediante una unión abierta de doble perforación. El sistema de referencia con electrolito polimérico moderno garantiza una medición de potencial con estabilidad a largo plazo de -1500 mV a 1500 mV. Después de cada proceso de blanqueo, la pulpa se lava y debe comprobarse la presencia de residuos de blanqueo mediante mediciones de pH antes de que entre en contacto con otros productos químicos en la siguiente torre. De bajo mantenimiento y desarrollado para medios con altas cargas de residuos y extrema fuerza iónica, Memosens SE571 se utiliza para la monitorización del pH después de cada lavado. Su sistema de referencia está en contacto con el medio de proceso a través de una unión anular de PTFE, lo que minimiza el riesgo de contaminación u obstrucción. El sensor también está protegido de la lixiviación por su propio depósito de sal. Un elemento de referencia de cartucho especial con trampa de iones de plata evita el envenenamiento del sistema de referencia.

Recuperación de los productos químicos utilizados

La recuperación de los productos químicos utilizados es crucial para un funcionamiento rentable de las fábricas de pasta de papel. Por esta razón, una gran parte de las plantas de pasta y papel se utiliza para procesar el licor negro resultante de la filtración y lavado de las fibras de madera hervidas y separadas. Inicialmente, el licor negro tiene un contenido de sólidos de hasta el 20%. Mediante la evaporación, este contenido se incrementa hasta aproximadamente el 80%, de modo que el licor espeso que se produce ahora puede incinerarse tras la adición de sulfato sódico. Al convertir la energía liberada en electricidad y calor de proceso, las fábricas de pasta pueden cubrir una gran parte de sus necesidades energéticas totales. Al mismo tiempo, queda una fundición formada por carbonato sódico y sulfuro sódico, que se disuelve en el licor verde. La posterior caustificación del licor verde con lechada de cal produce hidróxido de sodio y lodos de cal, que se separan por filtración o sedimentación. Mientras que el licor blanco así obtenido a partir del licor verde se reutiliza en el proceso de cocción, la cal separada tras el secado y la cocción se utiliza para producir de nuevo licor blanco. Los sensores Memosens SE630 se utilizan para medir la conductividad, necesaria no sólo en diferentes secciones del proceso de lavado de la pasta, sino también en diferentes estaciones del circuito de licor negro. Los sensores de conductividad con un rango de medición de 10 µS/cm a 20 mS/cm están diseñados para una alta presión de hasta 16 bar y temperaturas de hasta 135 °C. Son bastante flexibles en su uso debido a su alta resistencia química, térmica y mecánica, así como a su fácil limpieza. En el ciclo de recuperación química, también sirven para controlar el avance de las calderas de licor negro y para controlar la eficacia de la recaustificación del licor verde, por ejemplo.

La seguridad del personal técnico

Muchos puntos de medición en la producción de pasta de papel están situados en entornos en los que la presencia de personal técnico debe restringirse al mínimo. Debido a los medios de proceso agresivos con alto contenido en sólidos, los sensores presentados anteriormente también están sujetos a una vida útil limitada a pesar de su diseño muy robusto. Sin embargo, reducen considerablemente el mantenimiento y, por tanto, el tiempo que el personal permanece en los puntos de medición. El uso de sensores Memosens precalibrados elimina por completo la necesidad de calibración in situ. Además, los sensores Memosens -a diferencia de los electrodos cableados- pueden enchufarse y desenchufarse rápidamente gracias a sus acoplamientos rápidos de bayoneta. Estos acoplamientos, que transmiten los datos del sensor y suministran tensión de forma inductiva, son completamente insensibles a la humedad y a los depósitos, por lo que no es necesario ningún tipo de gestión de cables, algo necesario cuando se cambian los productos convencionales. Para la medición en línea con sensores Memosens, también hay disponibles racores retráctiles de la serie SensoGate, que pueden extender, limpiar, calibrar y reintroducir el sensor en el proceso a intervalos y de forma totalmente automática. La cámara de lavado de estos accesorios retráctiles sella perfectamente contra el proceso, por lo que el mantenimiento del sensor puede llevarse a cabo a plena presión del proceso. El racor retráctil de accionamiento manual SensoGate WA131M ofrece una solución especialmente económica para la sustitución rápida de sensores en línea.