Avaluació del procés de desintegració de papers recuperats

Abstract

La desintegració és una etapa important en la recuperació de paper vell, ja que té importants conseqüències en consum d'energia i en el comportament de les etapes posteriors.<br/>Per això els objectius es centren en analitzar la desintegració des del punt de vista del temps de desintegració, els aspectes energètics, modelització de la màquina de desintegració utilitzada i anàlisi dels factors de cisallament calculats com a mesura global de les forces implicades en la desintegració. Els autors que hi han treballat donen diferents explicacions a aquestes forces. Fins avui només s'ha pogut avaluar qualitativament la influència que tenen cada un dels mecanismes en el temps necessari per a desintegrar i en el consum energètic. <br/>Les característiques reològiques de les suspensions papereres, i el seu comportament no newtonià tenen una clara influència en el consum energètic i les forces de desfibrat en el desintegrador.<br/>Els experiments de desintegració s'han realitzat en un púlper convencional, amb tres tipus de paper recuperat: paper estucat d'alta qualitat imprès offset (PQ), paper revista estucat imprès en color (PR), paper blanc imprès en impresora làsser (PF).<br/>Anàlisi del temps de desintegració<br/>Per cada un del papers estudiats (PQ, PR i PF), les fraccions màssiques des de 0.06 fins a la màxima que estat possible per cada paper (de 0.14 a 0.18), i a dues velocitats d'agitació diferents, s'ha determinat el temps de desintegració (tD) fins a aconseguir un índex de Sommerville de 0.01%. S'obté que en augmentar la fracció màssica disminueix potencialment el temps de desintegració. <br/>S'ha estudiat la velocitat de desintegració, la producció teòrica del púlper en cada cas, i la seva relació amb les forces d'impacte i de fregament que produeixen la desintegració.<br/>Aspectes energètics<br/>El consum específic d'energia (SEC), definit com l'energia consumida per a desintegrar 1 kg de paper recuperat, disminueix molt en augmentar Xm, ja que a més de disminuir l'energia consumida en cada desintegració, el contingut en paper és més elevat. <br/>Pel disseny de desintegradors, cal tenir en compte que en augmentar Xm i en augmentar la velocitat, sempre augmenta la potència consumida. Però així com els beneficis de treballar a Xm alt són de 10 vegades en termes de SEC i de producció, l'augment de potència és només de l'ordre de 2 vegades la necessària respecte de la Xm baixa. <br/>Viscositat aparent i energia de fluidització<br/>S'estudia la relació entre el temps de desintegració, les forces de fregament i els valors de viscositat aparent de la bibliografia. Per cada paper i velocitat s'ha observat que el consum específic d'energia disminueix en funció de la viscositat aparent.<br/>Reologia del púlper<br/>Utilitzant el mètode de Metzner i Otto (1957) per determinar la viscositat aparent mitjana de les suspensions papereres, modificat per Roustan, s'ha caracteritzat el pulper mitjançant el model: Np= K· Rex·Fry <br/>S'han utilitzat dissolucions de glicerina com a fluid newtonià per a calcular les constants d'ajust, i a partir d'aquí, aïllar la viscositat aparent en funció de la potència neta i els paràmetres d'agitació.<br/>La viscositat aparent, d'acord amb Fabry (1999) es substitueix pel concepte de factor de cisallament.<br/>Factor de cisallament<br/>Calculat el factor de cisallament per a cada paperot i condicions d'agitació, s'ha relacionat amb Xm, SEC, tD, consum de potència, potència instal·lada i fracció cel·lulòsica. El factor de cisallament és un paràmetre útil per a quantificar les forces globals implicades en la desintegració.

Disintegration is an important stage in paper recovery and it has important consequences in energy consumption and in the following stages.<br/>The objectives of this thesis are focussed in analyzing disintegration considering disintegration time, power aspects, modelisation of the disintegration machine and analysis of the calculated shear factors as a global measurement of the forces implied in the disintegration.<br/>Until now, it has only been possible a qualitative evaluation of the influence of every mechanism in the time necessary to disintegrate the pulp, and in the power consumption.<br/>Rheological characteristics of suspensions and their non-Newtonian behaviour it is known that clearly influence power consumption and defibering forces acting during repulping. Disintegration experiments have been made in a conventional pulper, with three types of recovered paper: high quality coated printed offset paper, magazine coated colour printed paper and white laser printed paper.<br/>Analysis of disintegration time<br/>Time necessary to achieve a Somerville index of 0.01%, was determined for each paper studied, at mass fractions ranging from 0,06 until the maximum possible for each type of paper (0,14 or 0,18) and at two different agitation speeds. It has been found that when increasing the mass fraction, disintegration time decreases potentially. Disintegration speed and theoretical production of pulp have been studied in each case, and they have been related with friction and impact forces.<br/>Power aspects <br/>Specific energy consumption (SEC) defined as the energy consumed during disintegration of 1 kg of recovered paper, was reduced with increasing mass fraction (Xm), because the energy consumed during disintegration decreases and the pulp contend in the pulper is higher. And increase of Xm and pulper agitation speed always increases the power consumed. An increase of only 2 times of power consumption (due to working at high Xm) produces benefits in SEC and production of 10 times.<br/>Apparent Viscosity and fluidisation energy <br/>Relation between disintegration time, friction forces and apparent viscosity were studied. For each paper and speed it has been observed that SEC was reduced when increasing apparent viscosity.<br/>Rheology of pulper <br/>Using Metzner and Otto methodology to determine average apparent viscosity of suspensions, modified by Roustan, pulper was characterized by means of model Np=K·Rex·Fry. Glycerine dissolutions have been used as Newtonian fluid to calculate constants of adjustment, and from here, apparent viscosity was determined from net power and agitation parameters. Apparent viscosity, in agreement with Fabry, is replaced by the concept of shear factor.<br/>Shear Factor<br/>Once calculated the shear factor for each type of paper and conditions of agitation, the values obtained have been related to Xm, SEC, td, power consumption, installed power and cellulose fraction. Shear factor is a useful parameter to quantify the global forces acting in disintegration process.