La ingeniería del papel es una rama de la ingeniería que se ocupa del uso de las ciencias físicas (por ejemplo, química y física) y las ciencias de la vida (por ejemplo, biología y bioquímica ) junto con las matemáticas aplicadas a la conversión de materias primas en productos y coproductos de papel útiles. . [1] 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: [2]
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 mediante una pulpa. proceso, pretratamiento químico y mecánico de estas fibras de biopolímero recuperadas (por ejemplo, principalmente, aunque no exclusivamente, a base de celulosa ) en una suspensión fluida, la formación a alta velocidad y deshidratación inicial de una red no tejida, el desarrollo de propiedades de la hoja a granel a través de control de las operaciones de transferencia de energía y masa, así como el postratamiento de la chapa con recubrimiento, calandrado y otros procesos químicos y mecánicos. [1]
Hoy en día, el campo de la ingeniería química y del papel se aplica a la fabricación de una amplia variedad de productos. El ámbito de la industria forestal y biológica, química, (bio) química fabrica productos orgánicos y agroquímicos (fertilizantes, insecticidas, herbicidas), 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 diversos 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 soportes basados en papel.
En el proceso de fabricación de pulpa mecánica, la "molienda" y el "refinado" son los dos métodos principales utilizados para crear la pulpa. La molienda es el método de presionar troncos y astillas contra una piedra giratoria para producir fibras. La pulpa con refinador consiste en tratar astillas de madera con productos químicos o calor y luego triturar los objetos entre dos discos, uno o ambos de los cuales están girando. Hay cuatro tipos principales de fabricación de pulpa con refinador, que incluyen la fabricación de pulpa mecánica con refinador, la fabricación de pulpa termomecánica, la fabricación de pulpa químico-mecánica y la fabricación de pulpa quimiotermomecánica. [3] En este enlace se encuentran más descripciones de cada proceso: [4] 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. [1]
El proceso de pulpa química se utiliza para disolver químicamente la lignina que se encuentra en las paredes celulares del material sometido 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 pulpa química se puede caracterizar por dos métodos principales: pulpa con sulfato ( proceso Kraft ) y pulpa con sulfito, y estos dos métodos tienen diferentes beneficios. 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 fabricación de pulpa al sulfito da como resultado un mayor volumen de pulpa que es más fácil de blanquear y procesar. Sin embargo, la pulpa al sulfato se usa más ampliamente ya que el producto es más duradero y los químicos utilizados en el proceso se pueden recuperar, lo que resulta en una contaminación ambiental mínima. [5]
Luego, la pulpa se procesa a través de un aparato que convierte la pulpa en una malla de fibras. A continuación se prensa esta red de fibras para eliminar todo el contenido de agua y posteriormente se seca el papel para eliminar todos los restos de humedad.
Una vez completados los procesos anteriores, el papel resultante se recubre con una cantidad minúscula de arcilla china o carbonato de calcio para modificar la superficie y luego se cambia el tamaño del papel según su propósito previsto.
Generalmente, el material a reciclar se somete primero a una transformación en pulpa mecánica o química para convertirlo en pulpa. Luego, la pulpa resultante se procesa 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.
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 .
Generalmente se ofrece como especialización dentro de la ingeniería química: [6]
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