ES2244228T3 - Viruta y procedimiento para la produccion de pulpa de madera. - Google Patents

Viruta y procedimiento para la produccion de pulpa de madera.

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Abstract

Procedimiento para formar una viruta de madera para la producción de pulpa de celulosa, presentando la viruta un grano que se extiende a lo largo de la dirección del grano, presentando la viruta (16) unos primeros (s5, s6), unos segundos (s1, s2) y unos terceros (s3, s4) pares de caras paralelas, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes: escindir la viruta (16) a lo largo de la dirección del grano para formar una primera cara (s5); cortar la viruta (16) para formar una segunda cara (s1); cortar la viruta (16) para formar la tercera cara (s3) de manera que la tercera cara (s3) sea substancialmente perpendicular a la segunda cara (s1); cortar la viruta (16) para formar una cuarta cara (s2) substancialmente paralela a la segunda cara (s1) y separada de la misma substancialmente entre 2 y 8 mm; cortar la viruta (16) para formar una quinta cara (s4), substancialmente paralela a la tercera cara (s3) y separada de la misma en una distancia substancialmente mayor que la que la cuarta cara (s2) está separada de la segunda cara (s1); y escindir la viruta (16) para formar una sexta cara (s6) separada de la primera cara (s5) en una distancia substancialmente mayor que la que la cuarta cara (s2) está separada de la segunda cara (s1).

Description

Viruta y procedimiento para la producción de pulpa de madera.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una viruta y a un procedimiento para la producción de pulpa de madera, particularmente para la producción de papel.
Técnica anterior
Hace años que se producen virutas de madera para la industria de la pulpa y del papel mediante máquinas conocidas en la técnica como "virutadoras" o en ocasiones "troceadoras". Estas máquinas utilizan una cuchilla para cortar de forma repetida en un tronco o en otra pieza de madera en bruto para producir unas virutas que tienen unas dimensiones relativamente pequeñas de longitud, anchura y espesor.
Las virutas son tratadas "cociéndolas" en un digestor a unas temperaturas comprendidas entre aproximadamente 170 y 180 grados centígrados en un "licor" de hidróxido sódico o de bisulfito sódico para disolver la lignina y otros aglutinantes de las virutas y dejar sueltas las fibras de celulosa. El licor penetra en las virutas a una velocidad determinada.
Se ha estimado que un incremento en el rendimiento del digestor de sólo un 1%, proporciona unos ahorros de aproximadamente 1 millón de dólares por año y por digestor. Este rendimiento se establece por medio de un cierto número de factores. Uno de ellos es la uniformidad de las virutas. Las virutas uniformes en forma y tamaño proporcionan una mayor densidad de compactado. En el digestor esto se convierte en una mayor cantidad de celulosa para un determinado lote de virutas. El espesor uniforme de las virutas resulta particularmente importante para el rendimiento del digestor. Esta dimensión (el espesor), es menor que la longitud y la anchura de las virutas y regula el tiempo requerido para que el licor penetre suficientemente en la viruta y disuelva la lignina. Las virutas más gruesas que el espesor previsto pasan demasiado poco tiempo en el digestor para la eliminación de toda la lignina, y las virutas más delgadas que el espesor previsto son cocidas en exceso en el digestor, de manera que el licor ataca y degrada las propias fibras de
celulosa.
La forma adecuada y las dimensiones de las virutas son también factores importantes para la eficiente conversión de las virutas de madera en celulosa. Resulta deseable que las virutas sean delgadas para reducir al mínimo las diferencias de tiempo en el que las fibras del interior de la viruta y las fibras del exterior de la viruta se cuecen. Por otra parte, la conversión de la madera en virutas de manera que se produzcan virutas muy delgadas de forma mecánica, daña un mayor porcentaje del total de la fibra de las virutas. De acuerdo con ello, se ha establecido en la industria de la pulpa un espesor aceptable de las virutas está comprendido entre 1 mm y aproximadamente entre 8 y 10 mm, con un espesor óptimo de las virutas comprendido aproximadamente entre 4 y 5 mm.
La forma de las virutas contribuye también de forma importante a una producción eficiente de celulosa. Las formas convencionales de las virutas son el resultado de un proceso de formación que magulla y daña las fibras de madera. Como respuesta a este problema, Altosaar con la patente US nº 3.304.970 propone una viruta y un procedimiento para la formación de la viruta en el cual las caras mayores o principales de la viruta son producidas realizando un corte de forma substancialmente paralela al grano, mientras que las dos caras laterales son cortadas al través y en un ángulo con respecto al grano, estando las restantes superficies extremas formadas por ruptura o escisión a lo largo del grano. No obstante, al cortar la madera a través del grano y con un ángulo para formar los bordes laterales, da como resultado un área mayor de superficie cortada. En contraste con la escisión de la madera a lo largo del grano, el corte de las fibras daña los extremos de las mismas y cortarlas con un ángulo expone más fibras a dicho daño.
La magnitud y la variación del espesor de las virutas, es de primordial importancia para el rendimiento del digestor, mientras que la variación en la longitud de las virutas tiene menos importancia, y la magnitud y la variación en la anchura de las virutas, se considera generalmente que tiene una importancia menor o despreciable.
La característica que define los equipos de obtención de virutas, es que están adaptados para cortar la madera principalmente a través del grano. Las virutas producidas de esta forma tienen una longitud que está relativamente bien controlada por la profundidad de penetración de la cuchilla en la madera. Por otra parte, tienen un espesor y una anchura que no quedan bien controlados. Particularmente, el espesor depende de un cierto número de factores que incluyen el tipo de madera y su contenido en humedad, de si la madera está helada y de la forma del corte. El espesor de la viruta puede ser controlado de alguna forma controlando la longitud de la viruta; no obstante, las virutas resultantes están distribuidas alrededor de la media deseada de espesor de la viruta, de modo que una gran cantidad de virutas supera los márgenes tolerables. De acuerdo con ello, se precisa un procedimiento costoso e ineficiente de selección de las virutas rechazadas y un nuevo reprocesado de las mismas para conseguir una forma aceptable.
Otro tipo de equipos, conocido como de corte en láminas o de desfibrado ha sido utilizado para producir láminas, fibras o partículas de madera ("partículas") para la producción de tableros de láminas o de tableros de fibras orientadas ("OSB"). El aparato para producir láminas es similar en principio al aparato para producir virutas, excepto en que corta la madera de forma substancialmente paralela al grano para producir unas partículas que presentan un espesor muy pequeño, es decir, de aproximadamente 0,635 mm (0,025'') y unas longitudes relativamente grandes entre 102 mm (4'') y 127 mm (5''). En el aparato de corte en láminas, el espesor se corresponde a la magnitud del corte del aparato en la madera. Dado que este espesor tiene una magnitud relativamente pequeña en el aparato de corte de láminas en comparación con el aparato para producir virutas, el aparato de corte de láminas dispone de una potencia relativamente baja, de manera que las realizaciones prácticas no son adecuadas para producir virutas para pulpa.
De acuerdo con ello, existe la necesidad de una viruta y de un procedimiento para la producción de pulpa de madera que optimice el rendimiento del digestor y, de acuerdo con ello, el rendimiento y la eficiencia de todo el proceso de producción de pulpa, mejorando el control de las variaciones en la anchura y en la longitud de las virutas mediante la optimización de la forma de las virutas.
Descripción de la invención
Una viruta y un procedimiento para la producción de pulpa de madera según la presente invención, resuelven los problemas mencionados anteriormente y satisfacen las necesidades mencionadas anteriormente conformando los primeros, segundos y terceros pares de caras substancialmente paralelos mediante escisión, corte y corte, respectivamente. En un aspecto de la invención, el segundo par de caras es cortado por una primera cuchilla de forma que las caras quedan separadas substancialmente entre 2 y 8 mm para su adecuación a las normas de la industria. El tercer par de caras es escindido mediante una segunda cuchilla, de manera que quedan separadas a una distancia mayor que la del primer par. El primer par de caras es escindido substancialmente a lo largo de la dirección del grano, de manera que las caras quedan también separadas a una distancia mayor que la del primer par.
En otro aspecto de la invención, el tercer par de caras está cortado de manera que quede substancialmente perpendicular al primer par de caras.
Preferentemente, las virutas así producidas presentan una longitud predeterminada establecida por la separación entre pares de cuchillas de rayado adaptadas para cortar la madera contra el grano para formar las superficies del extremo que son perpendiculares a las superficies principales definidas como las que tienen la mayor área.
Por consiguiente, un objetivo principal de la presente invención es dar a conocer una viruta nueva y mejorada y un procedimiento para la producción de pulpa de madera.
Otro objetivo de la presente invención es dar a conocer dicha viruta y un procedimiento que incrementa la velocidad de producción de celulosa.
Todavía otro objetivo de la presente invención es dar a conocer dicha viruta y un procedimiento que incrementa la velocidad de producción de celulosa en un digestor.
Todavía otro objetivo de la presente invención es dar a conocer dicha viruta y un procedimiento que proporciona un control mejorado de las dimensiones más importantes de la viruta para mejorar la velocidad de producción de celulosa en el digestor.
Un objetivo adicional de la presente invención es dar a conocer dicha viruta y dicho procedimiento que proporciona un mejor compactado de una cierta cantidad de virutas en el digestor.
Los objetivos anteriores y otros objetivos, características y ventajas de la presente invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la siguiente descripción detallada de la invención, haciendo referencia a los siguientes dibujos.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una vista en sección transversal de un aparato para la obtención de virutas de la técnica anterior.
La Figura 2 es una vista en sección transversal de un aparato para el corte en láminas de la técnica anterior.
La Figura 3 es una vista en alzado del aparato para el corte en láminas de la Figura 2 tomada a lo largo de una línea 3-3 de la misma,
La Figura 4 es una vista en planta de una viruta según la presente invención.
La Figura 5 es un alzado lateral de la viruta de la Figura 4, tomada a lo largo de una línea 5-5 de la misma.
Mejor modo de poner en práctica la invención
En la Figura 1, aparece en sección transversal el aparato para el corte de virutas de la técnica anterior. El aparato de corte incluye una cuchilla 10 que sobresale de una superficie de trabajo 12a en una magnitud predeterminada "d". Una pieza de madera en bruto 14, tal como un tronco, un tablero o una plancha son situados contra la superficie de trabajo 12 y se prolonga con un ángulo de alimentación \varepsilon desde la superficie de trabajo, normalmente a aproximadamente entre 30 y 40 grados. La madera tiene una dirección "g" del grano que corre a lo largo del eje alargado de la misma. La dirección del grano indica la dirección de alineación de las fibras alargadas de celulosa 15 en la madera, que en última instancia se desean extraer intactas. El corte de las fibras de celulosa "paralelas al grano" se define a continuación como el corte en un plano de manera que substancialmente separe las fibras una de otra sin cortar substancialmente a través de las fibras, es decir, en un plano que incluya líneas paralelas a la dirección "g" del grano. La escisión es entonces, por definición "paralela al grano".
Cuando la cuchilla 10 se desplaza con respecto a la madera 14 en una dirección de corte "c", se van cortando una serie de virutas de la madera. Las virutas tienen un espesor "t" y una longitud "l" con una anchura "w" (no representada) que se prolonga en sentido perpendicular al plano de la figura.
La longitud "l" se determina en principio por la profundidad de penetración "d" de la cuchilla en la madera. Ésta es normalmente de 19 mm (3/4'') para las virutas utilizadas para producir celulosa o pulpa de madera. Los extremos 18 de las virutas quedan deformados y machacados durante el corte, de manera que no siempre vuelven a su configuración en ángulo vivo idealizada en 16b. Incluso cuando los extremos vuelven a su configuración en ángulo vivo, tienen una mayor susceptibilidad a daños durante el posterior compactado, manipulación y procesado, que la que tienen los extremos rectos.
El espesor "t" de las virutas está establecido principalmente por la proporción entre la resistencia al cizallado y la resistencia a la escisión de la madera. Esta relación es en parte función de la longitud de la viruta, pero también varía substancialmente dependiendo del tipo de madera y de su estado, es decir de su contenido en humedad y de si está helada. Normalmente, la longitud de la viruta se regula de manera que el espesor "t" de una gran cantidad de virutas 16 se ajuste a una distribución normal o en forma de campana sobre una media de 4 a 5 mm que como se ha mencionado, se considera que es el óptimo. Sin embargo, la desviación típica de la distribución es suficientemente amplia para que solamente entre 85 y 90% de las virutas están dentro del intervalo aceptable de la norma de la industria, que está comprendido entre 2 y 8 mm.
Volviendo a la Figura 2, en ella aparece un aparato para cortar en láminas de la técnica anterior. El cortador de láminas en principio es similar al aparato para la obtención de virutas excepto en que la madera 14 se coloca contra la superficie de trabajo 12 con un ángulo de alimentación \varepsilon de unos 0 grados, de manera que la cuchilla 10 corta la madera de una forma substancialmente paralela al grano para obtener las láminas 20. Este cambio en el ángulo de alimentación de la madera proporciona unas diferencias substanciales e importantes en la dependencia de las dimensiones en longitud y espesor de la lámina. En particular, ahora la distancia que la cuchilla sobresale de la superficie de trabajo determina el espesor "t" en vez de la longitud "l".
Las láminas producidas en un aparato clásico de cortar láminas, tienen un espesor de aproximadamente 0,635 mm (0,025''). Esto se corresponde como se ha mencionado anteriormente a la cantidad que la cuchilla 10 corta la madera 14. Como el espesor deseado de la viruta para pulpa es de 6 a 8 veces mayor, la energía requerida para producir la lámina es aproximadamente 6 a 8 veces menor que la energía requerida para producir la viruta para pulpa.
Según la presente invención, la cuchilla 10 está adaptada para cortar la madera 14 de forma substancialmente paralela al grano, como se describe a continuación. Preferentemente, esto se lleva a cabo utilizando un aparato para cortar láminas, pero puede realizarse usando cualquier otro aparato adecuado.
Haciendo referencia a la Figura 3, en la forma de realización preferida de un aparato para cortar láminas de la invención, un cierto número de cuchillas 10 dispuestas radialmente sobre un disco para la obtención de virutas 11, sobresalen del plano del disco. El disco gira sobre un eje central 13. Un canalón de alimentación 17 está dispuesto horizontalmente y se prolonga a lo largo del eje central "cl" del disco 11. El canalón de alimentación soporta normalmente una pila vertical de maderas 14 en las cuales la dirección del grano "g" está situada paralelamente al canalón. Las cuchillas 10 giran contra los lados de la madera 14 y sobre los mismos, realizando varios ángulos con respecto a la horizontal y a la dirección "g" del grano, dependiendo de la elevación de la madera sobre el canalón 17. Sin embargo, puede verse que las cuchillas 10 cortan siempre de forma substancialmente paralela al grano, es decir como antes se ha comentado, de manera que separan las fibras paralelas 15 que forman el grano, más que cortando a través de las mismas. Esta característica del corte disminuye los daños a las fibras.
Una ventaja destacable de la invención es que proporciona un control excepcional del espesor crítico de las virutas. Volviendo a referirnos a la Figura 2, la cuchilla 10 está adaptada para sobresalir de la superficie de trabajo 12 una distancia "d" aproximadamente igual al espesor "t" de la viruta 16 producida por ella. Esto produce un corte en la madera que tiene una profundidad muy próxima al espesor "t". En la práctica, queda virtualmente eliminada la variación del espesor.
Haciendo referencia a la Figura 3, la dimensión de la longitud además del espesor, está también muy controlada empleando cuchillas con un dentado espaciado o cuchillas de rayado 22, tanto antes como después de la cuchilla 10. Una distancia "l" entre las cuchillas de rayado determina la longitud "l" de la lámina. Las cuchillas de rayado están adaptadas para cortar a lo largo de líneas perpendiculares al corte realizado por la cuchilla 10 y están dispuestas a intervalos con una separación "l".
Haciendo referencia a las Figuras 4 y 5, en ellas aparece una viruta 16 realizada de acuerdo con la presente invención. La forma de la viruta varía de romboédrica (como está ilustrada) a ortorrómbica, dependiendo de la posición original de la viruta dentro de la madera 14. Volviendo a hacer referencia a la Figura 3, esta consideración está ilustrada en una de las dimensiones con lo cual se comprenderá que puede aplicarse una consideración similar a la dimensión ortogonal. En la Figura 3, dos piezas de madera 14, que aparecen como dos troncos una encima de la otra, descansan sobre la superficie de trabajo 12. Las piezas de madera son forzadas contra el disco 11, como se indica en la Figura 2. Mientras gira el disco sobre el eje central 13, las cuchillas 10 cortan por los lados de las piezas de madera. No obstante, debido al ángulo que cada cuchilla tiene con la dirección "g" del grano, las virutas escindidas de la madera en el punto "a" de la Figura 3 son más romboédricas que las virutas escindidas en el punto "b". Por otra parte, las virutas formadas en cualquiera de los puntos "e" o "f" son casi ortorrómbicas porque las cuchillas 10 están casi alineadas con la línea del eje "cl".
Volviendo a las Figuras 4 y 5, la viruta 16 presenta seis caras "s1"-"s6" que pueden identificarse como tres pares de caras de lados substancialmente paralelos. La cuchilla 10 corta las caras mayores "s1" y "s2" definidas por las dimensiones "l" y "w" de longitud y anchura respectivamente. Las cuchillas de rayado 22 cortan las caras "s3" y "s4" a través de la dimensión en anchura y en espesor "t". La textura superficial de las caras "s1"-"s4" puede mostrar algo de escisión, pero primordialmente es relativamente lisa como resultado del corte o del rayado. Las caras "s3" y "s4" son especialmente lisas ya que están cortadas a través del grano. Las caras restantes "s5" y "s6" están escindidas por rotura, por unos medios bien conocidos en la técnica que no son particularmente significativos para la invención y que no es necesario describir. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que al romper las caras "s5" y "s6" la madera se escinde a lo largo de la dirección "g" del grano, de modo que la fibras de madera quedan relativamente sin indemnes, siendo por consiguiente la textura superficial de las caras relativamente irregular comparada con las caras "s1"-"s4".
Debido a que las cuchillas 10 están montadas sobre el disco circular 11, las caras "s3" y "s4" cortadas por las cuchillas de rayado 22, varían desde estar perpendiculares a la dirección "g" del grano, a estar en un ángulo agudo con respecto a la dirección "g" del grano. No obstante, las caras "s3" y "s4" son de una superficie mínima respecto a un determinado espesor "t", es decir, son perpendiculares a las caras "s1" y "s2". Esto proporciona ventajas respecto de la forma geométrica de la viruta propuesta por Altosaar, por ejemplo, en la que las caras correspondientes forman ángulos agudos y obtusos. Una primera ventaja es que la invención deseablemente reduce a un mínimo la superficie sobre la cual pueden producirse daños a las fibras de madera debido al corte. Esto resulta particularmente importante en virutas en las que las fibras están cortadas al través en ángulos, de manera que unas mayores porciones de la misma son susceptibles de recibir daños. Una ventaja adicional es que, como se ha mencionado anteriormente, las esquinas cuadradas proporcionadas por la presente invención son más robustas que las esquinas formadas por ángulos agudos; por consiguiente, las virutas son menos susceptibles a recibir daños durante la posterior compactación, manipulación y procesado.
La variabilidad en el espesor de las virutas que se ha encontrado hasta ahora en los procedimientos de la técnica anterior en la formación de virutas para pulpa, se ha eliminado substancialmente disponiendo que la cuchilla 10 corte directamente el espesor. Además, la variabilidad en la longitud de las virutas se mantiene a niveles iguales o inferiores que en la técnica anterior empleando las cuchillas de rayado 22. El grado de control dimensional alcanzado por el procedimiento se considera que proporciona un 30% de aumento en el rendimiento de la celulosa utilizable en el digestor.
Debe reconocerse que mientras que se han descrito como preferidos una viruta específica y un procedimiento para producir pulpa de madera, podrían utilizarse otras configuraciones además de las configuraciones ya mencionadas sin apartarse de los principios de la invención. Por ejemplo, mientras que para ilustrar la invención ha sido empleada una forma de realización de un aparato de cortar láminas y muchas de las consideraciones aquí comentadas son específicamente aplicables a la misma, pueden utilizarse otros aparatos adecuados para conformar la viruta que pueden implicar otras consideraciones, ventajas y desventajas sin apartarse de los principios de la invención.
Los términos y expresiones empleados en la memoria anterior son utilizados en la misma a título descriptivo y no limitativo de la misma, y no hay intención de utilizar dichos términos y expresiones para excluir equivalentes de las características mostradas y descritas, o de partes de las mismas, estando reconocido que el alcance de la invención está definido y limitado únicamente por las reivindicaciones siguientes.

Claims (7)

1. Procedimiento para formar una viruta de madera para la producción de pulpa de celulosa, presentando la viruta un grano que se extiende a lo largo de la dirección del grano, presentando la viruta (16) unos primeros (s5, s6), unos segundos (s1, s2) y unos terceros (s3, s4) pares de caras paralelas, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes:
escindir la viruta (16) a lo largo de la dirección del grano para formar una primera cara (s5);
cortar la viruta (16) para formar una segunda cara (s1);
cortar la viruta (16) para formar la tercera cara (s3) de manera que la tercera cara (s3) sea substancialmente perpendicular a la segunda cara (s1);
cortar la viruta (16) para formar una cuarta cara (s2) substancialmente paralela a la segunda cara (s1) y separada de la misma substancialmente entre 2 y 8 mm;
cortar la viruta (16) para formar una quinta cara (s4), substancialmente paralela a la tercera cara (s3) y separada de la misma en una distancia substancialmente mayor que la que la cuarta cara (s2) está separada de la segunda cara (s1); y
escindir la viruta (16) para formar una sexta cara (s6) separada de la primera cara (s5) en una distancia substancialmente mayor que la que la cuarta cara (s2) está separada de la segunda cara (s1).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho corte de la viruta (16) para formar la segunda cara (s1) se realiza mediante una primera cuchilla (10) y dicho corte de la viruta (16) para formar la tercera cara (s3) se realiza mediante una segunda cuchilla (22).
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que dicho corte de la viruta (16) para formar dicha cuarta cara (s2) se realiza mediante dicha primera cuchilla (10).
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que dicho corte de la viruta (16) para formar dicha quinta cara (s4) se realiza mediante una tercera cuchilla separada de dicha segunda cuchilla (22).
5. Viruta para ser utilizada en la producción de pulpa de madera, comprendiendo la viruta (16) un grano que se extiende a lo largo de la dirección del grano y tres pares de caras substancialmente paralelas, en la que las caras de un primer par de caras (s1, s2) están separadas en una distancia substancialmente comprendida entre 2 y 8 mm, en la que las caras de los segundos (s5, s6) y los terceros pares (s3, s4) de caras están separados por unas magnitudes substancialmente mayores que dichas caras de dicho primer par (s1, s2), y en la que dichas caras de dicho primer par (s1, s2) son substancialmente perpendiculares a dichas caras de dicho tercer par (s3, s4).
6. Viruta según la reivindicación 5, en la que dichas caras (s5, s6) de dicho segundo par de caras presentan unas superficies relativamente irregulares substancialmente alineadas con dicha dirección del grano, en la que dichas caras de dichos primer (s1, s2) y tercer (s3, s4) pares de caras son relativamente lisas comparadas con dichas caras de dicho segundo par (s5, s6).
7. Viruta según la reivindicación 6, en la que dichas caras (s3, s4) de dicho tercer par de caras son relativamente lisas comparadas con dichas caras (s1, s2) de dicho primer par.
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