La ingeniería del papel es una rama de la ingeniería que se ocupa del uso de las ciencias físicas (por ejemplo, la química y la física) y las ciencias de la vida (por ejemplo, la biología y la 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 de ingeniería de procesos y operaciones unitarias a la fabricación de papel , productos químicos , energía y materiales relacionados. La siguiente cronología muestra algunos de los pasos clave en el desarrollo de la ciencia de la ingeniería química y de bioprocesos: [2]
Desde una perspectiva hereditaria, 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 un proceso de pulpa , pretratamiento químico y mecánico de estas fibras de biopolímeros recuperados (por ejemplo, principalmente, aunque no exclusivamente, a base de celulosa ) en una suspensión fluida, la formación a alta velocidad y la deshidratación inicial de una banda no tejida, el desarrollo de propiedades de láminas a granel mediante el control de operaciones de transferencia de energía y masa, así como el postratamiento de la lámina con recubrimiento, calandrado y otros procesos químicos y mecánicos. [1]
En la actualidad, el campo de la ingeniería química y del papel 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), 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, que incluyen papel, 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 vinculado a la gestión forestal , el reciclaje de productos y la producción en masa de medios basados en papel.
En el proceso de fabricación de pulpa mecánica, la "molienda" y la "refinación" son los dos métodos principales que se utilizan 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 refinadora consiste en tratar las astillas de madera con productos químicos o calor y luego triturar los objetos entre dos discos, uno o ambos de los cuales giran. Existen cuatro tipos principales de fabricación de pulpa refinadora, que incluyen la fabricación de pulpa mecánica refinadora, la fabricación de pulpa termomecánica, la fabricación de pulpa químico-mecánica y la fabricación de pulpa químico-termomecánica. [3] En este enlace se incluyen descripciones adicionales 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 que se somete al proceso. Después de 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 pulpa química se puede caracterizar por dos métodos principales: pulpa al sulfato ( proceso Kraft ) y pulpa al 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 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 porque el producto es más duradero y los químicos utilizados en el proceso se pueden recuperar, lo que da como resultado una contaminación ambiental mínima. [5]
La pulpa se procesa luego a través de un aparato que la convierte en una malla de fibras. 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.
Una vez completados 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 redimensiona según el propósito previsto.
Generalmente, el material que se va a reciclar se somete primero a un despulpe mecánico o químico para convertirlo en pulpa. La pulpa resultante se procesa luego de la misma manera que la pulpa normal; sin embargo, a veces se agrega fibra original para mejorar la calidad y el aspecto del producto.
Hoy en día, el campo de la ingeniería del papel y de los bioprocesos es diverso y abarca áreas que van desde la biotecnología y la nanotecnología hasta la generación de electricidad .
Generalmente se ofrece como una especialización dentro de la ingeniería química: [6]
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