ES2260014T3 - Equipo y procedimiento para desacidificacion en masa, eliminacion de la acidez libre de materiales celulosicos. - Google Patents
Equipo y procedimiento para desacidificacion en masa, eliminacion de la acidez libre de materiales celulosicos.Info
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Abstract
El equipo está formado por un autoclave (1), una bombona o depósito de disolvente (2), un depósito (3) de recogida por gravedad y enfriamiento de la disolución residual procedente del autoclave (1), para su posterior recuperación, un depósito dosificador de reactivo concentrado (4), dosificado en función del peso de material celulósico a tratar, una bombona (5) acoplable mediante enchufes rápidos al sistema para recargar el depósito (2), un grupo compresor (C), un sistema de refrigeración (R) y una bomba de vacío (8). El conjunto descrito está gobernado por un autómata programable asistido por una pantalla desde la que se seleccionan los pasos del proceso y el tipo del mismo, según la cantidad de materiales celulósicos a tratar, constituyendo un conjunto transportable y en cierta medida "portátil".
Description
Equipo y procedimiento para desacidificación en
masa, eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos.
La presente invención se refiere a un equipo y
un procedimiento para la desacidificación en masa de materiales
celulósicos, con eliminación paralela de la acidez libre del
material tratado, ha sido especialmente concebido para la
preservación y tratamiento de los libros, documentos, prensa, mapas
tejidos celulósicos y obras gráficas sobre papel, con los que se
consiguen una máxima eficacia tanto desde el punto de vista de
seguridad, como de calidad, así como un ahorro energético
significativo y un mayor grado de automatismo al incorporarse un
autómata que gobierna el proceso y una pantalla que permite
visualizar el desarrollo del mismo.
El equipo y procedimiento de la invención
resultan especialmente idóneos para resolver la problemática de los
archivos y bibliotecas con fondos documentales de cierta antigüedad,
pero preferentemente desde finales del siglo XVIII hasta 1960,
concretamente en orden a la conservación y preservación de los
mismos, con el objetivo final de lograr una permanencia y
durabilidad adecuadas en el tiempo.
Los problemas de los archivos y bibliotecas con
fondos documentales antiguos, se centran actualmente en la
conservación y preservación de los mismos, con el objetivo final de
lograr una permanencia y durabilidad adecuadas en el tiempo; estas
condiciones no se cumplen en casi la totalidad de las bibliotecas y
archivos, por lo que se precisan actuaciones más expeditivas en la
dirección de una restauración adecuada.
Dado que la mayor parte de los procedimientos de
restauración son manuales, ésta resulta muy cara y lenta. El coste
de restauración de libros y documentos deteriorados resulta
prohibitivo, a no ser que se trate de incunables o ejemplares muy
escasos y de valor incalculable desde el punto de vista documental,
estético o histórico.
Uno de los problemas más acuciantes que se
plantean en la conservación del papel de los libros y otros
materiales celulósicos (tejidos, documentos, periódicos, etc.) es
la acidez del papel, fenómeno debido a la propia naturaleza del
papel que ha sido obtenido a partir de fibras celulósicas
procedentes de la madera con aditivos como el alumbre o la
colofonia, y a factores externos, tales como: calor, contaminantes
ácidos, ozono, humedad elevada y temperaturas excesivas. La acidez
es una de las causas de la destrucción del papel. Por ello, desde
hace una década, se investiga en el desarrollo de tratamientos de
desacidificación en masa para salvar los grandes fondos
documentales, en grave riesgo de destrucción por el problema del
papel ácido procedente fundamentalmente de los siglos XVIII
(finales), XIX y XX.
Los diferentes sistemas de desacidificación en
masa ensayados, coinciden en el objetivo de abaratar costes en la
restauración con resultados distintos a los que se obtienen por
procedimientos manuales. El coste por hora de trabajo de un
restaurador se sitúa entre 1.800 y 2.000 ptas. en España en centros
de restauración oficiales, empleando los sistemas convencionales,
con los que un libro de 500 páginas exige un tiempo aproximado de
70 horas, más 15 horas para el cosido y encuadernación. Por lo
tanto, un restaurador-encuadernador, que trabaje
1.750 horas al año aprovechando tiempos muertos para encuadernar,
podrá restaurar unos 20 libros/año (entre
175.000-158.000 pta./libro). Estos datos hacen
prohibitivo una política global de restauración.
Se han desarrollado algunos procesos de
desacidificación en masa, pero se puede afirmar que ninguna de las
tecnologías ofertadas cumple al 100% con todos los criterios de
calidad recomendados, tales como la preselección del material a
restaurar, presecado, duración del tratamiento, efecto sobre las
tintas, colores, cubiertas, neutralización de la acidez del papel,
pH final, reserva alcalina, riesgos para la salud de los operadores
y lectores, impacto ambiental, coste del equipo y coste del
tratamiento.
El estado actual de la técnica se describe,
entre otros documentos, en la solicitud de patente WO 90/03466 de
la firma Lithium Corporation Of America, que describe un método de
tratamiento en masa de material celulósico, que comprende la
desacidificación del papel, por el hecho de poner el papel en
contacto con soluciones en hidrocarburos o haloclorocarburos de
ciertos metoxi y butoxi polietileglicoles de magnesio, que han sido
tratados con dióxido de carbono para proporcionar soluciones de baja
viscosidad y más estables frente a la humedad.
En el artículo del Dr. Robert S. Wedinger,
Restaurator, Vol.12, pág 1-17 (Año1991), se describe
una tecnología de desacidificación en masa que consiste en
desarrollar una serie de compuestos para desacidificación y
fortalecimiento del papel de forma simultánea. El compuesto
específico utilizado es el butoxitriglicolato de magnesio
carbonatado (MG-3), que neutraliza los componentes
ácidos del papel. Este proceso ha sido abandonado en 1997 debido
entre otras causas a lenta difusión del reactivo y a las
interacciones que se producen entre los glicoles y la celulosa (R.
Areal, J.M. Gibert y J.M. Dagá AThe Effect of Aqueous Solutions of
Alkoxypolyethylen glycols on the Mechanical Properties of Paper.
Comunicación en el Intering Meeting of the ICOM-CC
Working Groups 20-22 April 1998. Graphic Documents.
Stugard. Ludwisgsburg, Germany y R. Areal, J.M. Gibert y J.M. Dagá
AThe Effect of Aqueous Solutions of Alkoxypolyethylen glycols on the
Mechanical Properties of Paper en la revista Restaurator,
19,187-211,(1998). Estos reactivos no tienen
relación con la patente de invención que se describirá a
continuación, han sido ensayados en nuestro Laboratorio y se ha
demostrado que se produce un aumento de volumen de la celulosa por
eliminación de puentes de hidrógeno en el material celulósico y un
hinchamiento de las páginas, con un aumento del grosor por medida
con un micrómetro. La resistencia a tracción disminuye con el
envejecimiento acelerado del papel, por lo que los resultados por
empleo de los reactivos son poco fiables.
En el artículo de Peter Schwerdt en Sauvegarde
et Conservation-Actes des Journées Internationales
d'Études de l'ARSAC, París 30 Septiembre-4 Octubre
1991, págs. 213-216, se describe un sistema de
desacidificación en masa para la Deutsche Bibliothek de Leipzig,
que comprende las siguientes fases de tratamiento para libros y
papeles ácidos: presecado, desacidificación, secado.
La solicitud de patente PCT WO 91/04800 (FMC
Corporation); y la patente de los Estados Unidos 5282320 (Wedinggwe
y col.), describen una máquina cuyas dimensiones indican que es un
sistema inamovible tipo fábrica de restauración de libros, sin
métodos de dosificación eficaces y dobles autoclaves de
tratamiento.
En la patente USA nº 5.120.500 del Instituto
Batelle, se describe un proceso para la desacidificación en masa no
contaminante de libros y otros productos de papel e impresos, de
dimensiones semejantes a la diseñada por FMC en relación con su
tamaño, es por tanto una fábrica de restauración compuesta por los
procesos de presecado de estos productos mediante radiaciones de
alta frecuencia al vacío, tratamiento con soluciones para la
desacidificación, y eliminación posterior de los disolventes
utilizados también mediante secado al vacío con radiaciones de alta
frecuencia. Este último tipo de presecado y el secado final han sido
sustituidos por los métodos convencionales utilizando calor y
vacío, debido a las alteraciones que presentaban la acción de las
microondas sobre las hojas de los libros, debido a la movilidad de
las partículas metálicas existentes adheridas a la superficie de
las hojas. Emplea como disolvente hexametildisiloxano y un aducto
formado por etóxido de magnesio y etóxido de titanio como agentes
desacidificantes. No indican el tiempo de presecado. El sistema
globalmente no está relacionado con nuestra invención.
En la Patente GB nº 1.582.265 de Batelle
Ingenieurtechnik, se describe un procedimiento por el cual el papel
envejecido, dañado y frágil es tratado con una solución conteniendo
isocianato o con vapor de isocianato empleando preferentemente el
isocianato con dos o más grupos isocianato. Este sistema no está
relacionado con nuestra invención.
En la publicación de. James Stroud, The Paper
Conservator, Vol 18, 57-70(1994), se detalla
un proceso de desacidificación con dietilzinc (DEZ) que requiere un
tratamiento de cinco etapas: deshidratación, impregnación,
estabilización, rehidratación y post-tratamiento a 1
atm. Los dos primeros pasos tienen lugar en una cámara al vacío; el
tratamiento posterior tiene lugar a presión atmosférica, y todo el
proceso puede durar hasta cinco días. En la actualidad el proyecto
del DEZ no está en servicio y aunque se trabaja en buscarle
soluciones a los problemas que presenta, los encargados del
proyecto indican que no estará en funcionamiento hasta el año
2003.
En el libro BOOK PRESERVATION TECHNOLOGIES, U.S.
Congress, Office of Technology Assessment. Washington, DC :U.S.
Government Printing Office, Mayo 1988; se describen distintos
problemas y soluciones relacionados con el tema que nos ocupa.
Otro proceso con ciertas garantías es el
Bookkeeper de la firma Preservation Technologies, Inc., que emplea
óxido de magnesio de tamaño de partícula comprendido entre
0.2-0.9 micrones y un surfactante que actúa como
dispersante del óxido de magnesio en el disolvente y utiliza como
disolvente perfluoroheptano. El proceso consiste en un
pretratamiento, impregnación y postratamiento. Este último
procedimiento es sin duda uno de los más prometedores en la
actualidad debido a las sucesivas evaluaciones y revisiones
efectuadas sobre el mismo; nuestras experiencias demuestran que
dicho procedimiento al emplear una microdispersión de óxido de
magnesio cuya penetración transversal en el papel, depende del
número de mallas del óxido de magnesio, las partículas de óxido en
papeles satinados quedan en la superficie del papel con escasa
penetración hacia el interior, como se indica en ejemplos de
aplicación del método que proponemos en la solicitud de patente PCT
WO 00/08250. La preparación del óxido de magnesio y su aplicación se
describen en la Patente US Nº 4.522.843.
El proceso pionero es el canadiense Wei T´o, que
da buenos resultados de pH, pero no así en cuanto a la homogeneidad
de la reserva alcalina, que debido a la baja solubilidad de los
reactivos en metanol, producen efectos laterales sobre las tintas;
la reserva alcalina remanente en el papel después del proceso es
relativamente baja con lo que es necesario al cabo de un cierto
tiempo, por lo general corto volver a desacidificar.
El procedimiento Sablé es una variante del
proceso Wei T´o, los inconvenientes de este proceso es que se corren
las tintas de impresión y además se deposita polvo blanco sobre las
cubiertas. La reserva alcalina total y su distribución no es
satisfactoria.
Entre los antecedentes del estado de la técnica
figura también la patente española Nº 2.125.792, a nombre del
solicitante, y consistente en un equipo y procedimiento para
desacidificación, desinfestación y desinfección en masa de
documentos y libros, y en la que se utiliza una disolución de un
reactivo y un disolvente adecuado HFC R134a, los reactivos son
carbonatos de metoxi y butoxi polietilenglicolatos de magnesio,
reactivos estos últimos que son muy parecidos a los de la compañía
Lithium Co, pero que se ha visto que no daban los resultados
apetecibles y con posterioridad fueron abandonados en su aplicación
en el equipo patentado y sustituidos por otros productos. La
solicitud de patente española P9700964 a nombre del solicitante es
una modificación de la patente española ES 2.125.792.
El procedimiento anterior presenta dificultades
en la etapa de impregnación debidas a un tiempo de impregnación de
3 horas, pero puesto que la etapa de destilación del disolvente se
produce en el mismo autoclave, durante dicha destilación se produce
una ampliación del tiempo del orden de 4 a 6 horas dependiendo de la
cantidad de disolvente; este defecto se puede corregir con este
procedimiento.
Un objetivo de la invención es proporcionar un
proceso de desacidificación en masa, eliminación de la acidez
libre, que respete los factores medioambientales, es decir, que
funcione en circuito cerrado con reactivos y disolventes no
contaminantes, que cumplan con el Protocolo de Montreal y con el
mayor número de condiciones de una adecuada desacidificación en
masa.
Para alcanzar estos objetivo, el dispositivo
representado comprende las características indicadas en la
reivindicación 22.
Además el procedimiento representado por la
invención incluye las etapas mencionadas en la reivindicación
1.
Figura 1.- Muestra vista en alzado frontal, en
alzado lateral y en planta superior, de una la máquina que contiene
el dispositivo objeto de la invención.
Figura 2.- Muestra una realización específica de
un equipo según la invención con sus componentes.
Figura 3.- Muestra una realización específica de
un equipo según la invención con sus componentes identificados con
las normas DIN e ISO de los componentes (filtros,
electroválvulas...).
Figura 4.- Muestra una realización específica de
un equipo según la invención con sus componentes similar al de la
figura 2, pero con una realización diferente.
Figura 5.- Muestra el diagrama de flujo de los
ciclos de vacío/entrada de aire.
Figura 6.- Muestra el diagrama de flujo de los
ciclos entrada de reactivo concentrado.
Figura 7.- Muestra el diagrama de flujo de la
dilución del reactivo con el disolvente.
Figura 8.- Muestra el diagrama de flujo de la
recogida de la disolución sobrante.
Figura 9.- Muestra el diagrama de flujo de la
destilación de los disolventes del depósito (3).
Figura 10.- Muestra el diagrama de flujo de la
recarga cuando hay pérdidas de disolvente de la bombona (2).
En primer lugar, la invención proporciona el
equipo para la desacidificación en masa de materiales celulósicos,
con eliminación de la acidez libre y la desinfestación de los
materiales celulósicos; a continuación, el equipo de la invención
que comprende un autoclave (1) con control de presión y de
temperatura en cuyo interior se introducen los materiales
celulósicos a tratar. Se lleva a cabo una serie de procesos químicos
y físicos que producen cambios químicos y físicos en el substrato
de los materiales celulósicos anteriormente mencionados; una
bombona de disolvente (2) conectada al autoclave (1), una célula de
carga (13) sobre la cual se sitúa la bombona de disolvente para
programar la cantidad de disolvente en cada proceso en particular,
un depósito (8) de dosificación del reactivo concentrado para poner
la cantidad apropiada de reactivo según el peso del material a
tratar caracterizado porque tiene un recipiente de recocida por
gravedad (3) para la disolución residual que procede del autoclave
(1) para su posterior recupera-
ción.
ción.
En una realización específica, el autoclave (1)
comprende un cuerpo, por ejemplo, cilíndrico y a tapa con una junta
hermética, un sensor de presión, una válvula de seguridad un
termopar de control de temperatura en el interior del autoclave
(1), un sistema para medir la presión y el vacío, un control de
temperatura externa y bandas calefactantes en la pared exterior del
autoclave (1).
La bombona (2) de disolvente contiene el
disolvente y tiene un sistema de refrigeración externo, que, en una
realización específica, consiste en una unidad de refrigeración
constituida por un compresor hermético (C), un condensador y una
camisa refrigerada que envuelve la sección superior de la bombona
(2) de disolvente. En este caso, el equipo de la invención podría
incluir un sistema de desescarchado para eliminar el hielo que se
forma sobre la camisa que cubre la bombona (2) de disolvente que se
forma durante el proceso de destilación. En una realización
específica, este sistema de desescarchado consiste en un ventilador
(V) accionado por un motor (M) y una resistencia térmica(R).
La camisa de refrigeración anteriormente mencionada que se envuelve
alrededor de la parte superior de la bombona (2) de disolvente puede
tener una válvula para la salida de condensados de forma
automática.
La bombona (2) de disolvente tiene también un
sistema calefactor (10).
El depósito (8) de dosificación para reactivo
concentrado es un recipiente que mantiene el reactivo de
desacidificación concentrado y está conectado al autoclave (1) de
tal manera que la cantidad apropiada del reactivo concentrado pueda
pasar directamente al autoclave (1), donde alcanzará más tarde la
concentración final deseada vertiendo el disolvente directamente
desde la bombona (2) de disolvente en el interior del autoclave (1).
En este caso, el autoclave (1) tiene una línea de entrada de
disolvente y reactivo concentrado que está, o bien conectada al
depósito (8) de dosificación de reactivo concentrado o binen a la
bombona (8) de disolvente.
El depósito (3) de recogida por gravedad para la
disolución residual que procede del autoclave (1) permite la
recogida de esta disolución residual para una posterior
recuperación. Este depósito (3) tiene un sistema (14) de
refrigeración que se emplea durante el vaciado del autoclave
(1).
El tanque (3) de recogida de la disolución
residual tiene también un sistema calefactor (14) usado para
destilar el disolvente contenido en la disolución residual.
En una realización específica de l equipo de la
invención, el tanque (3) de recogida de la disolución residual
tiene una entrada para un producto de limpieza, por ejemplo
n-propanol anhidro, o aire.
El tanque (3) de recogida de disolución residual
tiene también una válvula (VM7) de evacuación para la suspensión
formada después del proceso de destilación.
La conexión entre el autoclave (1) y el tanque
(3) de recogida de disolución residual se abre o cierra mediante
una válvula manual o automática (NV5, VM6).
El equipo de la invención puede también incluir
una bomba de vacío conectada al autoclave (1), una célula de carga
(11) sobre la cual está situado el depósito (8) de dosificación para
el reactivo concentrado, un autómata programable para el control
automático de los procesos del equipo y una pantalla táctil a partir
de la cual se pueden seleccionar el tipo y las etapas del proceso
que hay que ejecutar, según la cantidad de material a tratar.
El equipo de la invención puede incluir
diferentes tipos de válvulas, por ejemplo:
- -
- una serie de válvulas neumáticas, en una realización específica, podrían estar controladas por el autómata y accionadas a través de la pantalla táctil conectada al autómata;
- -
- un conjunto de electroválvulas que abren o cierran el paso en diferentes etapas del proceso; y
- -
- una serie de válvulas manuales relacionadas con el mantenimiento, reposición de líquidos, o entrada de reactivos y disolvente.
El equipo de la invención tiene también la
posibilidad de disponer de una bombona (12) de recarga acoplada al
sistema para recargar la bombona (2) de disolvente en caso de
pérdidas que se pueden producir durante el proceso.
El equipo de la invención puede tener, como
precaución de seguridad, una válvula de seguridad en la sección
superior de la bombona (2) de disolvente, una válvula de seguridad
en la parte superior del tanque (3) de recogida de disolución
residual, y opcionalmente, una válvula de seguridad en la sección
superior del autoclave (1).
El equipo de la invención puede incluir también
un filtro con un indicador de absorción de humedad en el tubo (2)
de conexión de las bombonas de disolvente con el resto del sistema,
y comprende un intercambiador (6) de calor que optimiza la
refrigeración de la bombona (2) de disolvente y aprovecha el calor
producido para calentar el tanque (3) de recogida de disolución
residual.
En otro aspecto, la invención proporciona un
procedimiento para la desacidificación en mas, la eliminación de la
acidez libre y la desinfestación de materiales celulósicos. A
continuación se describe el procedimiento de la invención usando el
equipo de la invención, que tiene las siguientes etapas:
- -
- secado y deshidratación del material celulósico en la cámara del autoclave;
- -
- dosificación de un producto activo de desacidificación en la cámara del autoclave;
- -
- vaciado se realiza por vertido por gravedad de la disolución residual del autoclave hacia el tanque de disolución residual; y
- -
- recuperación de disolvente por destilación de la disolución residual con la trasiego del disolvente destilado desde el tanque de disolución residual a la bombona de disolvente.
El secado o deshidratación del material
celulósico a tratar se lleva a cabo en la cámara del autoclave
mediante ciclos intermitentes de evacuación y la entrada de
preferiblemente aire caliente. Para llevar a cabo esta etapa se
deja penetrar el aire dentro de la cámara del autoclave y, una vez
introducido, se calienta durante el periodo de tiempo necesario
para alcanzar una temperatura determinada, 50ºC como máximo, para no
dañar el material en tratamiento, incrementándose la presión en el
interior del autoclave debido al incremento de temperatura y el
cierre de la válvula de la bomba de vacío. El ciclo de evacuación se
realiza mediante una bomba de vacío y un sensor de presión hasta
que se alcanza un vacío de 30-40 milibares. Este
último ciclo en una serie de ciclo de secado o deshidratación es un
ciclo de vacío que deja el autoclave al vacío, usado para forzar la
entrada de los reactivos durante la fase de dosificación.
El número de ciclo de entrada y de vacío es una
función de la masa del material celulósico. En general, en un
autoclave con un volumen de aproximadamente 80 litros (1),
preferiblemente 10 y 50 ciclo de vacío yde entrada de aire caliente
se pueden producir en aproximadamente 8 minutos para secar o
deshidratar una masa de aproximadamente 20 a 60 kilogramos (kg) de
material celulósico.
Una vez terminado la etapa de secado o
deshidratación, la humedad del material celulósico debe encontrarse
entre el 2% y el 2,5%.
El procedimiento de secado o de deshidratación
usado en el proceso de la invención es más rápido cualquier otro de
los usados en cualquiera de los utilizados, ya que a la presión
atmosférica e incluso a presiones inferiores, del orden de 30
milibares, la conductividad térmica del vapor de agua es mucho mayor
que a vacíos elevados, con los que trabajan los sistemas
convencionales. Este tipo de proceso de deshidratación basado en
ciclos intermitentes de vacío/entrada de aire también tienen unas
diferencias claras con los sistemas convencionales, puesto que
algunos de ellos utilizan corrientes de altas frecuencias que han
tenido que ser abandonadas debido al daño que provocan las
partículas metálicas existentes en el material celulósico o incluso
por causa de los materiales utilizados en la construcción de las
máquinas.
La etapa de dosificación del producto activo de
desacidificación está dividida en dos sub-etapas,
(i) una etapa de estrada del reactivo concentrada, en una cantidad
específica, desde el tanque de dosificación a la parte inferior del
autoclave, bajo la acción de un vacío generado en el autoclave en el
último ciclo de secado, de tal manera que el activo concentrado no
entra en contacto con el material celulósico; y (ii) una etapa de
dilución del reactivo concentrado a una concentración determinada.
El producto activo de desacidificación puede ser cualquier
sustancia apropiada para desacidificar el material celulósico,
opcionalmente acompañada por un vehículo apropiado. En una
realización específica, el producto activo de desacidificación es el
carbonato de di-n.propilato de magnesio, diluido en
HFC 227 y una pequeña cantidad de n-propanol.
La concentración de reactivo en el tanque de
dosificación puede variar ampliamente entre preferiblemente el 50 y
el 70% en peso de reactivo puro.
La etapa de entrada de reactivo concentrado en
el autoclave consiste en hacer pasar una cantidad específica del
reactivo concentrado mencionado anteriormente desde el tanque de
dosificación a la parte inferior del autoclave.
La etapa de dilución de reactivo consiste en
dejar que una cantidad específica de disolvente pase desde la
bombona de disolvente al autoclave. En una realización específica,
el trasiego del disolvente desde la bombona de disolvente al
autoclave se realiza con la asistencia del calentamiento de la
bombona mediante un sistema calefactor, con el objetivo de
favorecer el flujo del disolvente hacia el autoclave.
Las cantidades reactivo concentrado y de
disolvente añadidas al autoclave se determinan en función de la
concentración final del reactivo requerido, y se añaden
automáticamente mediante pasadas de la célula de carga, sobre la
cual se encuentra los tanques de reactivo concentrado y disolvente,
respectivamente. En una realización específica, la concentración en
peso del reactivo puro después de la dosificación debería estar
entre el 2,0% y el 4,5%, según el pH del material celulósico en
tratamiento. La disolución de reactivo se puede programar mediante
células de carga accionadas por el autómata a partir del reactivo
concentrado, con el fin de obtener las concentraciones
anteriormente establecidas, que son las más apropiadas para
proporcionar el papel con reservas alcalinas que deberían estar
entre el 1% y el 1,5%.
La programación se lleva a cabo en función de la cantidad (kg) y la acidez del material celulósico en tratamiento.
La programación se lleva a cabo en función de la cantidad (kg) y la acidez del material celulósico en tratamiento.
Una vez que se han añadido los reactivos
necesarios al autoclave, empieza la impregnación del material
celulósico bajo la etapa de tratamiento, en contacto con una
disolución del producto activo desacidificante en la cámara del
autoclave. En general, la etapa de impregnación dura tres horas,
según el peso del material celulósico. En este periodo de tiempo se
consigue una distribución homogénea en el interior del material
celulósico en tratamiento, en particular, en las páginas de los
libros.
La gran duración de esta etapa de impregnación
es debida al hecho de que el carbonato de
di-n-propilato de magnesio usado es
menos reactivo que el di-n-propilato
de magnesio, pero esta pérdida de tiempo aparentemente
inconveniente está compensada por la ventaja de que puesto que es
una reacción más lenta, la difusión es más homogénea y no se
producen marcas blancas sobre las tapas, como ocurre en los procesos
que usan reactivos más potentes.
La etapa de evacuación de la solución residual
se lleva a cabo a la conclusión de la etapa de impregnación
vertiendo desde el autoclave al tanque de disolución residual no
sólo por gravedad sino también por enfriamiento del tanque de
disolución residual. La evacuación del autoclave está también
favorecida por su calentamiento.
La disolución residual que permanece después del
tratamiento del material celulósico contiene lodos y disolventes,
principalmente HFC 227. Esta solución residual puede contener una
pequeña cantidad de colas de espina de pescado, particularmente las
posteriores a 1960, ya que son sales de magnesio sintéticas, así
como sulfatos, cloruros y nitratos y pequeñas cantidades de
n-propanol, además de la suciedad de los libros que
se extrae mediante el disolvente, por ejemplo el HFC 227. Estos
productos se depositan en el fondo o se disuelven.
Los líquidos bajo presión van al tanque de
recogida por gravedad y enfriamiento del sistema con el compresor
del sistema mediante el intercambiador de calor abriendo la
correspondiente válvula neumática. Debido a esto, el tanque
anteriormente mencionado está situado en la parte inferior de la
máquina, que incluye el equipo de la invención.
Una vez vaciado el autoclave, se cierra la
válvula neumática correspondiente para que el vapor del depósito no
revierta de nuevo hacia el autoclave, mientras que el tanque
colector de residuos se refrigera mediante el intercambiador de
calor con el grupo compresor.
Una vez que el vertido de la disolución residual
se realiza en su tanque, se recoge el material celulósico de la
cámara del autoclave.
A continuación, se sigue con la recuperación del
disolvente por la destilación de la disolución residual evacuada
desde el autoclave durante la etapa de evacuación, con el trasiego
del disolvente destilado desde el tanque de disolución residual a
la bombona de disolvente. La destilación se lleva a cabo calentando
el tanque de disolución residual y conduciendo el vapor al tanque
de disolvente y enfriando el tanque para recuperar el
disolvente.
Para que el proceso de destilación sea más
eficaz, recuperando casi todo el disolvente usado como diluyente,
el recipiente de recogida de líquido residual se calienta mediante
un intercambiador de calor, una vez que el grupo
compresor-enfriador que enfría el tanque de
recepción de destilados se pone en marcha [es decir, la bombona (2)
de disolvente]. Cuando se inicia la destilación, los libros tratados
se retiran de la cámara del autoclave y una nueva partida de libros
puede ser puesta en la misma para su deshidratación y su
tratamiento. Ambos procesos son simultáneos, siendo la duración de
la destilación de entre 4 y 6 horas, dependiendo del volumen de
disolvente usado. La operación de secado del material celulósico
tarda entre 4 y 6 horas, también según la cantidad/kg) de libros a
tratar, un tiempo que es igual al del proceso de destilación. Esto
implica una reducción del tiempo total del procedimiento de la
invención, puesto que ambas operaciones se pueden ejecutar
simultáneamente. Esto significa que el tiempo total del proceso de
la invención es del orden de 9-10 horas en el caso
del mayor volumen de disolvente y la mayor cantidad de libros. En
resumen, en una realización específica, el proceso de destilación
se lleva a cabo simultáneamente con el procedimiento de secado o
deshidratación de una nueva partida de material celulósico a
tratar.
En segundo lugar, para efectuar la recuperación
de disolvente después del tratamiento, usando la condensación en el
recipiente correspondiente [bombona (2) de disolvente], se somete al
enfriamiento exterior mediante la unidad del sistema de
refrigeración y al calentamiento del tanque de recogida de residuos
de disolución para recuperar totalmente el disolvente HFC 227. Esto
se puede conseguir, por ejemplo, cuando las presiones absolutas de
estos tanques son iguales a 1,5 bar.
Periódicamente, es necesario limpiar el tanque
de recogida de disolución residual, donde se acumulan los productos
no volátiles que permanecen entonces después del proceso de
destilación. Entre estos productos, el n-propanol
es el que tiene una presión de vapor más lenta en relación con el
HFC 227, por lo cual no se puede destilar, pero una pequeña
cantidad es arrastrada en el proceso de destilación sin que ello
perjudique en operaciones posteriores, pues la mayor parte queda
retenido en los cartuchos del filtro (F1), que son intercambiables.
Para la limpieza de dicho depósito se ha previsto la apertura de la
válvula manual de entrada al mismo e introducción de producto d
limpieza, por ejemplo, n-propanol, y a continuación
se hace borbotear aire como medio de agitación para dispersar el
material sólido del fondo del recipiente dando lugar a una
suspensión, que se elimina a través de la válvula manual en el fondo
del depósito.
El proceso de la invención contempla la
posibilidad de verificar posibles pérdidas de peso en la bombona de
disolvente, después de llevar a cabo una serie de procesos, y la
posibilidad de recargar el disolvente si fuese necesario, usando un
depósito exterior que está conectado a la mencionada bombona, en
lugares previamente concebidos para este fin.
La posibilidad de comprobar la funcionalidad del
sistema proporcionado por la invención también ha sido prevista.
Para esto, en una realización específica el proceso de la invención
tiene una etapa de control de resultados al final del
procedimiento. El control de resultado se puede llevar a cabo
mediante la determinación de la distribución del magnesio
(carbonato de magnesio) en el material tratado antes y después del
tratamiento. Se pueden efectuar cortes transversales para ver la
distribución de las partículas de magnesia a lo largo del corte,
por microscopía electrónica de barrido (SEM) y por determinación e
identificación cuantitativa por detección de barrido por
microscopía electrónica y la determinación del pH usando un
electrodo plano sobre diferentes partes de la página usando una
muestra aleatoria. En una realización específica, por evaluación,
se ha determinado que las reservas alcalinas alcanzadas en
diferentes secciones de un libro podrían estar entre el 1% y el
1.5%.
El proceso de la invención contempla la
posibilidad de un control automático mediante un autómata.
De acuerdo con otra de las características de la
invención, se ha previsto que la cámara de autoclave donde se lleva
a cabo la deshidratación, sea usada para recuperar los libros de
biblioteca o los legajos de archivos, que han experimentado
desastres por agua o fuego produciendo adherencia entre las
hojas.
La invención proporciona también un
procedimiento de secado del material celulósico que utiliza el
equipo de la invención, y en el cual el secado del material
celulósico se lleva a cabo mediante ciclos intermitentes de
evacuación y entrada de aire caliente. Para esto, después de la
entrada de aire, éste se calienta durante el periodo de tiempo
necesario para alcanzar una temperatura de 50ºC como máximo.,
aumentando la presión dentro del autoclave debido al aumento de
temperatura. El ciclo de evacuación se puede ejecutar usando una
bomba de vacío y un sensor de presión hasta alcanzar un vacío de
entre 30 y 40 milibares. El números de ciclos de vacío y entradas
de aire dependen de material celulósico. A secar.
En otro aspecto, la invención se refiere al uso
del equipo de la invención y al procedimiento de la invención para
el tratamiento de material celulósico, en general, y en particular,
libros o cualquier otro tipo de publicación en papel.
Para observar algunas de las realizaciones
específicas del equipo de la invención descritas, se hace referencia
a las figuras anexas a la descripción. La figura 1 presenta una
máquina que incluye un equipo de la invención, que cubre. un
autoclave (1)
Una bombona (2) de disolvente
refrigerada/calentada, provista con una camisa en la cual se
almacena el disolvente, por ejemplo HFC 227; el calentamiento se
realiza mediante elementos calefactores con alimentación eléctrica,
mientras que la refrigeración se lleva a cabo usando un grupo
compresor-enfriador;
Un tanque (3) de recogida de disolución residual
(3) de los materiales procedentes del autoclave (1) por gravedad,
para la recuperación de los disolventes mediante la apertura de la
válvula neumática (NV5), activada por aire comprimido y por un
programa automatizado; El líquido y los ácidos libres neutralizados,
así como el disolvente y el reactivo no consumido caen del
autoclave;
un grupo compresor (4) constituido por un grupo
compresor-enfriador con el objetivo de conducir el
disolvente por destilación desde el tanque (3) a la bombona (2) de
disolvente, a través del enfriamiento de la camisa de refrigeración
por la acción de un condensador;
una placa eléctrica (5);
un condensador (6);
una bomba de vacío (7) para crear el vacío para
secar los libros; debido a la baja conductividad térmica producida
en el autoclave (1) a vacíos elevados y al hecho de que las placas
calefactoras no se usan en el interior del autoclave, se recurre a
ciclos de evacuación y entrada de aire, lo cual permite su
calentamiento al entrar en contacto con la superficie caliente
(40-50ºC) del autoclave (1), lo cual efectúa un
vacío de entre 30 y 40 milibares, consiguiendo una deshidratación
más rápida del material celulósico, del orden de 4 horas para 20 kg
de libros en 30 ciclos; 5 horas y media para 30 kg de libros en 40
ciclos y 6 horas y media para 50 kg de libros en 50 ciclos; los
ciclos están regulados mediante un programa del autómata incorporado
en el sistema;
un tanque (8) de dosificación que contiene el
reactivo desacidificante concentrado, situado sobre una célula 11)
de carga para obtener una dosificación adecuada para el
programa.
Las figuras 2-4 muestran algunas
de las realizaciones específicas del equipo proporcionado por la
invención con los componentes del equipo en sus posiciones
ensambladas, con los símbolos que siguen las normas ISO y DIN para
la identificación de los componentes de la máquina. Dichos símbolos
se adjuntan como adenda de la figura 4.
En una realización específica, el equipo de la
invención incluye un autoclave (1) cuya cámara está unida a una
electroválvula (9) de seguridad con una válvula de salida a la
atmósfera. Enuna realización específica, la cámara es de forma
cilíndrica, con unas dimensiones de 540 x 360 (83 litros de
capacidad), y es apta para soportar una presión máxima de 10 bar,
pudiéndose variar las dimensiones según diseño y necesidades de
volumen. La cámara del autoclave dispone de un sistema de
calefacción formado por una bandas calefactantes que cubren parte
de la pared del autoclave (1). Asimismo lleva un sensor externo de
control de temperatura programable (TS). En su interior hay otro
termopar (TC), para controlar que la temperatura de los libros no
supere los 40ºC-50ºC. También dispone de un sensor
de presión y vacío PI. El autoclave (1) posee una la válvula de
seguridad (VS), que se dispara cuando la presión interior supera los
6 bar absolutos.
Una bomba de vacío (7) rotatoria de doble
efecto, con un caudal estimado de 8 m^{3}/h, para lograr una
deshidratación más rápida del material celulósico antes del
tratamiento.
En una realización específica la bombona (12) de
recarga del disolvente para restituir posibles pérdidas del mismo,
con capacidad 60 litros de HFC 227, disolvente fluorocarbonado
calificado como ecológico, al no contener cloro no altera la capa
de ozono, así como carece de toxicidad, pues el HFC 227 se utiliza
en los nebulizadores de los asmáticos.
La bombona (2) de disolvente está rodeada por
una camisa de refrigeración sobre la cual actúa un grupo (4)
frigorífico compresor unido a una válvula accionada a mano. En el
conducto de conexión de la bombona con el resto del sistema está
intercalado un filtro con indicador de absorción de humedad, para
purificar el HFC 227 recuperado.
Un sistema con una banda (10) de calefacción
rodea el recipiente para producir el calentamiento del líquido
disolvente (2) y facilitar el trasvase hacia el autoclave.
Un grupo frigorífico de una potencia de 0,750
CV, con un rendimiento de 865 Kcal/h a –10ºC, formado por un
compresor hermético y un condensador (6) y una camisa refrigeradora
que envuelve la bombona que contiene el HFC 227 alrededor de su
parte superior, para condensar el disolvente.
La bombona (2) de disolvente está situada sobre
una célula (13) de carga que mediante programa permite una
dosificación del mismo según las diferentes recetas elaboradas en
función del peso en libros y del reactivo desacidificante añadido a
partir del deposito dosificador. La dosificación del disolvente se
controla por pesada.
La cámara de desacidificación va unida a un
recipiente (3) de almacenamiento del disolvente y residuos y a
partir del mismo se destila el diluyente al recipiente (2) de
recuperación para iniciar otro ciclo de trabajo. En una realización
específica, este recipiente (3) posee una capacidad de 90 litros,
conectado al fondo del autoclave (1) mediante una válvula manual,
para operaciones de limpieza; una electroválvula abre el circuito
de vaciado desde la cámara de desacidificación hasta el recipiente
de destilación cuando termina el tiempo de impregnación con el
reactivo de los libros contenidos el la cámara de desacidificación,
permitiendo abril la cámara después del tratamiento y vaciado
después del tratamiento y efectuar así un rápido secado de los
libros tratados.
- Un recipiente de dosificación (8), situado
sobre una célula de carga (11), permite mediante apertura de
válvulas manuales y una electrovávula por programa dosificar el
reactivo, que está valorado en su composición en dicho recipiente.
A continuación después de la entrada del reactivo en la cámara, se
efectúa la disolución con el disolvente que va directamente a la
cámara a partir del recipiente (2).
Lista de componentes del equipo de la invención
según la Figura 4:
- -
- Autoclave (1).
- -
- Bombona (2) de disolvente con camisa, válvula de seguridad, VS y unida una banda calefactora y serpentín de refrigeración conectado al grupo compresor y con indicador de presión PI y montada sobre una células (13) de carga.
- -
- Tanque (3) de disolución residual con capacidad para 90 litros, provisto de serpentín de enfriamiento y calefacción, válvula de seguridad VS e indicador de presión PI, conectado al sistema de calefacción y refrigeración. Va provisto de las válvulas manuales VM6 y VM10.
- -
- Tanque (8) de dosificación del reactivo concentrado para alimentar el autoclave (1) con reactivo activo concentrado, situada sobre una célula de carga conectada al autómata para dosificar el reactivo según el volumen de libros; las válvulas manuales VM3 y VM4 están unidas a tubos flexibles.
- -
- El tanque de reserva (12) HFC 227 para sustituir pérdidas que se une mediante enchufes rápidos y mediante el circuito adecuado envía HFC 227 a la bombona (2).
- -
- Sistema formado por el compresor (4) y condensador. Este grupo proporciona frío y, por inversión, generado calor. Con él se logra el enfriamiento de los distintas partes del proceso de tratamiento de los libros. Lleva incorporado un ventilador accionado por un motor (M), que enfría un sistema de cable flexible de gran superficie para optimizar el enfriamiento de los serpentines.
- -
- El sistema va provisto de una serie de válvulas neumáticas gobernadas por el autómata y activadas mediante la pantalla táctil unida al autómata. También lleva una serie de electroválvulas (figura 4), que cierran o abren el paso en diferentes etapas del proceso. También el sistema lleva incorporadas una serie de válvulas manuales, relacionadas con el mantenimiento, reposición de líquidos, entrada de reactivos y disolvente.
- -
- El sistema en diferentes partes del mismo lleva sensores de presión PS e indicadores de presión PI. También existe un controlador de presión PIC.
- -
- En diferentes puntos del proceso se intercalan reguladores de temperatura TS. E indicadores de la misma.
- -
- El sistema en la totalidad de los recipientes que tienen que soportar presión va provisto de un sistema de válvulas de seguridad situadas en una presión de 6 bars. El equipo está probado por la Delegación de Industria hasta 10 bars absolutos con objeto de alcanzar la seguridad adecuada.
- -
- El sistema tiene un intercambiador de calor para optimizar el ciclo de refrigeración de la bombona (2) que contiene el HFC227 y aprovechar el calor desprendido para calefactar el depósito (3).
- -
- En la figura 4 figuran dos filtros marcados con una F el F1 tiene la función de absorber agua y pequeñas cantidades de n-propanol que se arrastra en la destilación; y el filtro F2 para secar vapor de refrigeración.
En la figura 4 se presenta el nomenclator de los
componentes de la máquina, en la que figuran las válvulas y sus
tipos:
- -
- Las válvulas manuales figuran como VM (válvulas manuales).
- -
- Las electroválvulas son las señaladas como EV (electroválvulas).
- -
- Las válvulas neumáticas están señaladas como NV (válvulas neumáticas).
\vskip1.000000\baselineskip
- E
- representa el sistema de unión mediante tubos macho y hembra relacionados con el trasvase de fluidos.
- B
- Bomba de vacío.
- C
- Grupo compresor para generar frío.
- PS
- Sensores de presión
- PI
- Indicadores de presión.
- VS
- Válvulas de seguridad.
- TS
- Indicadores de temperatura
- TC
- Controladores de temperatura.
- M
- Motor del ventilador para disipar calor
- F
- filtros de absorción de humedad y n-propanol y sustancias sólidas
- \quad
- Célula de carga (8)
- I
- Intercambiador de calor
- \quad
- Calefacción por bandas (10)
- V
- ventilación
- R
- resistencia
- Ri
- sistema de refrigeración.
Las bombonas, recipientes y autoclave están
numerados adecuadamente:
autoclave (1), depósito receptor de la
disolución residual (3), bombona de HFC227 (2), bombona de recarga
de HFC 227 (12).
Con estas asignaciones se interpretan los
diagramas de funcionamiento de la máquina que constituye este
invento. Los números posteriores después de cada válvula se han
asignado para seguir las figuras que explican el funcionamiento de
la máquina.
La parte del proceso descrito en la Figura 5, se
indica mediante línea continua de trazado más grueso el esquema de
los ciclos de vacío. El funcionamiento es el siguiente: se abre la
electroválvula EV1 (electroválvula), accionada por el autómata
incorporado a la máquina, y a continuación se abre la válvula
neumática NV1, que conecta el vacío al autoclave (1), hasta que se
alcanzan los 30 mbars o en su defecto un tiempo de 4 minutos para
alcanzar un vacío adecuado. Una vez transcurrido dicho tiempo, se
abre la salida del autoclave, para eliminar el vacío mediante la
electroválvula EV1, que deja pasar una corriente de aire del
ambiente hasta el autoclave. El autoclave está a una temperatura de
45-50ºC, el aire una vez abierta la electroválvula
EV1 y cerrada la electrovávula EV2, que desconecta el vacío, se
mantiene durante 4-5 minutos hasta que alcance la
temperatura del autoclave (45-50ºC). Se cierra
automáticamente la electroválvula EV1 cuando han transcurrido los
4-5 minutos y se abre de nuevo la electroválvula EV2
y la válvula neumática NV1, con lo que vuelve a producirse un nuevo
ciclo de vacío. Sucesivas aperturas y cierres, permiten el paso de
una corriente de aire y se logra una presión de 1 bar en el
autoclave (1) de deshidratación, que está a una temperatura de
45ºC. El aire se mantiene en la cámara hasta que alcanza la
temperatura de la misma mediante un tiempo de residencia del aire
de aproximadamente cuatro minutos. A continuación se conecta bomba
de vacío B mediante apertura de la electroválvula EV2, hasta
alcanzar los 30-40 mbars (unos 3 o 4 minutos) y por
la acción del tiempo programado se cierra la EV2 para desconectar
el vacío producido por la bomba y se abre de nuevo la
electroválvula EV1. El tiempo total de la operación de este ciclo es
de aproximadamente 8 minutos. Este ciclo se repite 30 veces para
deshidratar 20 kilogramos de libros (cuatro horas). El número de
ciclos es de 40 para 30 kilogramos de libros 5 horas 20 minutos; y
de 50 para 40 kilogramos de libros 6 horas 40 minutos. De esta
forma se logra una deshidratación del papel, pasando de un contenido
en humedad del 6-7% hasta un 2 -2.5%
aproximadamente.
Cuando finaliza el proceso de deshidratación de
los libros o documentos, el material está preparado para iniciar la
fase de impregnación. Esta fase (véase figura 6), se caracteriza,
por la dosificación del reactivo concentrado procedente de la
bombona (4), situada sobre una célula de carga, las salidas de la
bombona, que son válvulas manuales permanecen abiertas, por
apertura mediante el programa gobernado por el autómata se activa
la válvula neumática NV2, que permite el paso del reactivo
desacidificante hacia el autoclave (1). El reactivo penetra por la
entrada que hay en la parte inferior del autoclave (1), con la
finalidad de que el reactivo concentrado no se ponga inicialmente
en contacto con los materiales a tratar, hasta que se produzca la
disolución con el disolvente HFC 227. La dosificación comienza una
vez terminada la deshidratación de los libros. Las cantidades
añadidas de reactivo están programadas y calculadas previamente
según el peso de los libros a tratar. El cálculo se efectúa a
partir de la concentración de reactivo de desacidificación del
tanque (8), que según las partidas y los análisis previos efectuados
en fábrica son del orden de 50-70% en peso. Si los
kilogramos de libros son por ejemplo 20, y si el reactivo está a una
concentración del 70% en peso, 800 g, de reactivo al 100% que es el
que precisarían los libros para alcanzar una reserva alcalina entre
1-2% y se corresponden con 1150 g de disolución
concentrada, que es lo que se programa en el autómata.
La figura 7, presenta la fase del proceso en la
que la disolución concentrada del reactivo desacidificante, que se
ha depositado en el fondo del autoclave (1) es diluida por el
disolvente contenido en la bombona (2), al pasar al autoclave (1).
En una realización específica, el diluyente es el HFC 227, y el
tanque (2) está situado sobre una célula de carga (13), de forma
tal, que mediante programa, el reactivo es diluido hasta
concentraciones comprendidas entre el 3.9-4.5% según
la acidez (medida del pH) del material, para ello se precisan
añadir 19.650 kilogramos de disolvente. El proceso consiste en la
activación de la célula de carga, calentamiento del tanque (2),
mediante puesta en marcha del sistema calefactor formado por las
bandas calefactantes(10), situadas en la parte inferior del
tanque (2) y alimentadas por la correspondiente fuente de energía,
simultáneamente se abre la válvula neumática NV7, para que fluya el
HFC 227 desde el tanque (2) hasta el autoclave (1); las válvulas
neumáticas NV3, NV8 permanecen cerradas. La fase de impregnación con
el reactivo se efectúa de la siguiente forma: a partir del tanque
(8), con el reactivo valorado (concentración del orden del 70% en
peso/peso de carbonato de
di-n-propilato de magnesio),
disuelto en n-propanol y HFC 227 el 30% restante,
mediante la acción de una célula de carga, se dosifica
automáticamente según los kilogramos de libros colocados en el
autoclave (1) y que previamente han sido deshidratados.
Ejemplos según la capacidad útil del autoclave
(1):
- -
- Para 20 kilos de libros 800 gr de reactivo, es decir, 1.143 g de producto contenido en recipiente de reactivo. A continuación se añaden 19.7 kilogramos de HFC 227 con lo que se alcanza una concentración del 4% en reactivo.
- -
- Cuando la cantidad de libros es 30 kilogramos se añaden 1720 g de reactivo y 29.55 kilogramos de HFC 227, que hacen un total de 21 + 35 + 1,5 litros = 57.5 litros de capacidad con lo que queda una cámara de aire residual de 83-58 = 25 litros.
- -
- Si la cantidad de libros es de 40 kilogramos que es la cantidad más adecuada para trabajar se añaden 2286 gr de producto reactivo y 39,4 kilogramos de HFC 227, que posee una densidad a 20ºC de 1,41 g/ml., lo que da un volumen de 28 litros. Como los libros poseen una densidad media de 0.86 g/ml, el volumen total ocupado por 40 kilogramos de libros y la disolución adecuada de reactivo es de: 28 + 46.5 + 2 = 76,5 litros (la cámara tiene un volumen de 83 litros, quedando un remanente de 6.5 litros de espacio como cámara de seguridad.
Por pesada se introducen las cantidades de
reactivo mediante la acción de una válvula neumática NV2 que abre
el circuito hacia el autoclave, una vez dosificada la cantidad
mediante apertura de la válvula manual del tanque de HFC 227 y
apertura de la válvula neumática NV7, se introduce la cantidad en
kilogramos programada en el autómata. Cuando se alcanza la
concentración deseada en reactivo y que se ha introducido
previamente en el autómata según el peso de libros o documentos y
el pH de los mismos, se cierra automáticamente la válvula neumática
NV7. Se comienza entonces el proceso de impregnación, que dura tres
horas, ya que el reactivo carbonatado es menos activo que el
correspondiente n-propóxido de magnesio sin
carbonatar. La difusión es prácticamente la misma, de esta forma se
asegura la homogeneidad del tratamiento, que es una de las
diferencias existentes con los restantes procesos actuales de
aplicación. Una vez que ha terminado la operación de impregnación se
vacía el autoclave (1) en el depósito (3) por acción de la gravedad
y se recuperan los libros del autoclave (1) y el aparato está
preparado para comenzar otra partida. Tiempos más cortos de
tratamiento no son recomendables por seguridad en el proceso de
impregnación, debido a que no existe selección previa de los
papeles, con los que están editados los libros.
En la figura 8, se presenta el sistema para
evacuar la disolución sobrante del tratamiento, consistente en su
mayor parte en HFC 227, reactivo sobrante, alguna cantidad de colas
disuelta por el HFC 227, suciedad depositada en los libros o
documentos y sales magnésicas formadas a partir de los productos
ácidos extraídos de los materiales celulósicos. El proceso se
produce mediante la apertura de la válvula neumática NV5, y pasa a
través de la válvula manual abierta permanentemente, MV6. Una
característica fundamental de este proceso es que se efectúa de
forma rápida por gravedad y calentamiento simultáneo del autoclave
(1) y enfriamiento por el sistema refrigerador y paso de la
disolución hacia el depósito (3) en donde se almacena hasta que
comience la siguiente fase del proceso consistente en la
recuperación del HFC 227.
El autoclave (1), se puede abrir a continuación
y sacar el material celulósico contenido en el mismo para
introducir una nueva partida y comenzar de nuevo el proceso de
deshidratación indicado en la figura 5, de esta forma se gana
tiempo de proceso, ya que esto representa una variante que se
reivindica, debido a que no hay tiempo de espera en el proceso,
porque la disolución pasa en pocos minutos desde el autoclave (1)
hasta el depósito (3), debido a que la destilación es independiente
del proceso de deshidratación, ya que ambos se producen de forma
simultánea.
En la figura (9) se presenta la fase de
destilación de la disolución almacenada en el tanque (3); consiste
en calentar dicho depósito para que la disolución procedente de la
operación anterior, que ha pasado a dicho tanque por calefacción
del autoclave (1) hasta 45ºC y por gravedad debido al diseño en la
situación del depósito, esta última condición es muy importante
para conseguir rapidez en el proceso. Una vez terminada esta
operación, se caliente mediante una resistencia el tanque (3) para
pasar el HFC 227 al depósito del disolvente situado sobre la célula
de carga y lograr una recuperación lo más completa posible del
disolvente, por medio de la refrigeración de la bombona (2). Para
ello, se abren las dos válvulas manuales VM8 y VM10 y la válvula
neumática NV3, para que el HFC 227 del tanque (3) pase al tanque de
disolvente (2) refrigerado por el compresor C, puesto en marcha y
que está conectado a la válvula manual para permitir la
refrigeración de dicho tanque. Las válvulas neumáticas NV6, NV5,
NV7, NV4 NV6 permanecen cerradas así como la válvula manual VM9,
para conducir el HCF 227 al tanque (2). El proceso de destilación
dura unas 6-7 horas y se efectúa de forma
simultánea a la deshidratación de los libros que dura
aproximadamente según el peso de los libros de 4; 5 h.20 minutos; 6
h. 40 minutos respectivamente para 20, 30 y 40 kilogramos de libros.
Cuando se considera que se ha terminado la destilación, el sistema
está preparado para el siguiente paso de proceso.
En el tanque (3) quedan los barros y residuos de
la acidez soluble y suciedad que se ha arrastrado con el HCF 227,
procedente de los libros tratados, además se mantiene el
n-propanol, que posee una presión de vapor muy baja
frente al HFC 227, y por tanto no destila aunque se arrastra alguna
pequeña cantidad, que lo mismo que la humedad es retenida en el
filtro F1. Después de una serie de operaciones de tratamiento de los
materiales celulósicos, entre 4 o 5, que son las que se pueden
efectuar en una semana de uso de la máquina, se procede a la
limpieza del tanque (3), mediante apertura de la válvula manual MV5,
para entrada de n-propanol, manteniendo la válvula
manual MV6 abierta, que es su posición habitual, y se hace pasar
aire para producir un borboteo, que agite los residuos con el
disolvente añadido y a continuación se abre la válvula manual MV7,
según se indica en la figura 10, de esta forma se eliminan los
residuos procedentes de los ciclos de funcionamiento.
Después de una serie de procesos, se comprueba
la pérdida de peso en el tanque de almacenamiento del HFC 227 (2),
tal como se muestra en la figura 10, y si este ha disminuido en una
cantidad apreciable, se recarga a partir de la bombona exterior,
que se conecta al sistema mediante las uniones a tuerca E1 y E2,
permaneciendo cerrada la válvula manual VM1 y abriendo las válvulas
manuales VM2 y la VM8, que son de salida del tanque (12) y entrada
de la bombona (2) de disolvente. El tanque (2) se refrigera como se
indica en el esquema, mediante la puesta en marcha del
compresor-condensador C-R. El
sistema compresor y generador de frío unido a un sistema de
disipación de calor accionado por un motor M que mueve un ventilador
(V). La camisa de recubrimiento aislante, condensa agua y posee una
electroválvula de salida de condensados en un proceso de
desescarchado, que se realiza con posterioridad al enfriamiento del
líquido en el tanque (2).
En el procedimiento complementario del equipo
descrito se efectúan las siguientes operaciones:
I) Secado/deshidratación de los libros en el
autoclave se efectúa por calentamiento 50ºC, y vacío en la figura
5. Esta operación, tiene lugar a mediante una serie de ciclos con
entrada de aire caliente y seco para optimizar el tiempo de
presecado que es del orden de 4-6 horas según el
peso en libros, con un número de ciclos de entre 30 y 50, cada uno
de ellos de unos 8 minutos de esta forma se pasa de un contenido en
agua del 6-8% en los libros a valores entre el
2-2.5%. En este tipo de operación se ha tenido en
cuenta que el agua se elimina en función del vacío y de su
conductividad calorífica. A partir de estos datos se ha llegado a la
conclusión que es más adecuado para acortar los tiempos de
tratamiento de presecado efectuar ciclos cortos de vacío y apertura
de una válvula que permita la entrada de aire, de esta forma la
deshidratación se acorta de 48 horas a 4-6 horas,
la electroválvula se abre cuando se alcanzan presiones del orden de
40-30 mbar, debido a que a vacíos superiores la
conductividad térmica en función del peso de vapor es muy baja y por
tanto el proceso de deshidratación pierde eficacia.
\newpage
II) Tratamiento de desacidificación consta de
dos fases:
- a)
- Dosificación del reactivo concentrado formado por carbonato de di-n-propilato de magnesio 50-70% en peso según valoración previa, y 50-30% de HFC227 y n-propanol (este minoritario para evitar efectos no deseados).
- b.-
- Disolución del reactivo anterior con HFC procedente del tanque (2), de forma que se alcancen concentraciones comprendidas entre el 3,5-4,5% en peso del reactivo puro.
III) Fase de impregnación y recuperación del
disolvente: La disolución de impregnación permanece en contacto con
los libros o documentos durante tres horas para asegurar la
penetración, reacción y distribución de forma homogénea del
reactivo. La disolución remanente se pasa a continuación al depósito
(3) por la ación de la gravedad y enfriamiento del depósito (3). La
disolución recuperada contiene en su mayor parte HFC 227, con otros
productos tales como el n-propanol, producto que no
ha reaccionado, suciedad procedente de los libros, alguna cantidad
cola disuelta por el HFC 227, y por último sales magnésicas
formadoras de acidez libre (sulfato magnésico, y otras sales).
IV) Destilación del disolvente: El disolvente se
destila desde el recipiente (3) al (2) mediante calentamiento del
recipiente (3) y enfriamiento del depósito (2), de esta forma se
recupera la casi totalidad del HFC 227, y quedan en el líquido
viscoso del depósito (3) el n-propanol que posee una
presión de vapor mucho más baja que el HFC 227, aunque algo se
puede arrastrar, pero que no perjudica al ciclo siguiente debido a
la pequeña cantidad que se evapora, las sales quedan en el
depósito, así como la suciedad y las colas. Este depósito cada
cuatro o cinco ciclos se limpia para eliminar los residuos, el
sistema de limpieza viene gobernado por una serie de válvulas
manuales y se describe adecuadamente en el funcionamiento de la
máquina.
IV) Apertura del autoclave y deshidratación: Se
puede comenzar una nueva partida mientras se efectúa el proceso de
destilación, colocando libros de nuevo en el autoclave (1).
V) Determinación de la distribución de la
reserva alcalina, pH y resistencias a tracción en las hojas
tratadas: Una vez abierto el autoclave, se vacía de libros, y
después de un acondicionamiento adecuado se determina la
distribución del tratamiento mediante la medida del pH superficial
en distintos puntos de una hoja interior para comprobar la
distribución homogénea del carbonato de magnesio. También se ha
determinado la reserva alcalina y la resistencia a tracción de los
papeles tratados.
El tratamiento completo de desacidificación de
un libro con hojas de papel ácido se ha efectuado con una disolución
al 4% en reactivo activo[Carbonato
di-n-propilato de magnesio diluido
en HFC 227 y una pequeña cantidad de n-propanol].
Los resultados experimentales del tratamiento se describen en la
Tabla 1 en la que figuran los datos de la reserva alcalina, pH
superficial, y pruebas de resistencia a tracción. Los tipos de papel
tratados son de diferente gramaje y ácidez. El primer papel es de
fotocopias para impresora de choro de tinta (Inapa Multioffice) de
80 g/m^{2} de gramaje, DIN A4 con un espesor 0.11 mm con un pH del
mismo de 7.65; papel de libreta, con un gramaje de 71.3 g/m^{2}
iniciales y un pH ácido de 5.33; el siguiente papel es el del libro
Enciclopedia Catalana con un gramaje inicial de 57.5 g/m^{2} y un
pH del papel sin tratar de 6.29. La cantidad de papel tratado fue
de 25 kilogramos en el autoclave de 83 litros de capacidad.
\vskip1.000000\baselineskip
La reserva alcalina ha sido determinada según
las normas UNE 57.174 e ISO 287:1985.
Las pruebas de resistencia a la
tracción-alargamiento han sido determinadas según
las Normas UNE 57028 e ISO 1924/2.
El pH se determinó metiendo con electrodo plano
según la Norma TAPPI T529 om-88. El pH se calcula
promediando seis valores en diferentes zonas de la página.
DE indica la desviación estándar de las
mediciones que se llevaron a cabo siete veces para cada muestra.
Claims (36)
1. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos, que
comprende las etapas que consisten en:
- -
- secar o deshidratar el material celulósico en un autoclave;
- -
- dosificar un disolvente de una bombona de disolvente (2) y un producto de desacidificación activo para obtener una disolución del producto de desacidificación activo;
- -
- impregnar el material celulósico por contacto con la disolución del producto de desacidificación activo en el autoclave (1), caracterizado por
- -
- vaciar por gravedad vertiendo la disolución residual del autoclave en un tanque de disolución residual (3);
- -
- recuperar el disolvente por destilación de la disolución residual utilizando un intercambiador de calor (6) que optimiza la refrigeración de la bombona de solvente (2) y que utiliza el calor producido para calentar el tanque de disolución residual (3), y transferir el disolvente destilado del tanque de disolución residual (3) a la bombona de disolvente (2).
2. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según la
reivindicación 1, caracterizado porque el secado del material
celulósico es efectuado por ciclos de entrada de aire y de vacío
intermitentes.
3. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según la
reivindicación 2, caracterizado porque después de la admisión
de aire, el aire se calienta durante un periodo necesario para
alcanzar una temperatura dada, como máximo 50ºC, aumentando la
presión en el autoclave tras el aumento de la temperatura.
4. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según la
reivindicación 2, caracterizado porque el ciclo de vacío se
produce mediante una bomba de vacío y un indicador de presión hasta
que se obtiene un vacío de 30 a 40 milibares.
5. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según la
reivindicación 2, caracterizado porque el ciclo de vacío y de
admisión de aire depende de la masa del material celulósico.
6. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según
las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque para un
autoclave de una capacidad de aproximadamente 80 litros, se ejecutan
preferiblemente entre 10 y 50 ciclos de vacío y de admisión de aire
caliente durante aproximadamente 8 minutos para secar una masa de 20
a 60 kg de material celulósico.
7. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según
las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la humedad
del material celulósico después del secado está entre el 2 y el
2,5%
8. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según
las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el último
ciclo de la serie de ciclos de secado es un ciclo de vacío que deja
el autoclave en un estado vacío, utilizado para forzar la entrada de
reactivos durante la etapa de dosificación.
9. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según
las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la etapa de
dosificación comprende una etapa de entrada del reactivo concentrado
en una cantidad establecida de un tanque de dosificación (8) en el
fondo del autoclave (1) bajo el efecto de un vacío producido en el
autoclave durante el último ciclo de secado de manera que el
reactivo concentrado no entra en contacto con el material celulósico
y una etapa de dilución del reactivo concentrado en una
concentración dada.
10. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según
las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el reactivo
utilizado es carbonato de magnesio
di-n-propilato diluido en HFC 227 y
una pequeña cantidad de n-propanol.
11. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según
las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la
concentración del reactivo en el tanque de dosificación (8)
representa preferiblemente del 50% al 70% en peso del reactivo
puro.
12. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según
las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque la etapa de
dilución del reactivo consiste en hacer pasar una cierta cantidad de
disolvente de la bombona de disolvente (2) al autoclave.
13. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según la
reivindicación 12, caracterizado porque la transferencia del
disolvente de la bombona de disolvente (2) al autoclave se alcanza
con la ayuda de un calentamiento de dicha bombona mediante un
sistema de calentamiento
(10).
(10).
14. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según
las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque las
cantidades de reactivo concentrado y de disolvente añadidas al
autoclave (1) están determinadas en función de la concentración
final deseada del reactivo y se dosifican automáticamente por
células de carga correspondientes sobre las cuales se colocan los
tanques de reactivo concentrado y de disolvente.
15. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según
las reivindicaciones 9 a 14, caracterizado porque la
concentración en peso del reactivo puro después de la dosificación
está entre el 2,0% y el 4,5% dependiendo del pH del material
celulósico a tratar.
16. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según la
reivindicación 1 a 15, caracterizado porque la etapa de
impregnación comienza después de que los reactivos necesarios hayan
sido añadidos al autoclave y dura hasta 3 horas en función del peso
del material celulósico.
17. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según
las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque la etapa de
vaciado se produce al final de la etapa de impregnación y porque
después de la transferencia de la disolución residual en su tanque
(3), el material celulósico es retirado de la cámara del
autoclave.
18. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según
las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque el vaciado
del autoclave (1) se facilita, además, calentán-
dolo.
dolo.
19. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según
las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque la
recuperación del disolvente se produce por destilación de la
disolución residual vaciada del autoclave (1) durante la etapa de
vaciado.
20. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según la
reivindicación 19, caracterizado porque dicha destilación se
produce calentando el tanque de disolución residual (3), y haciendo
pasar los vapores en la bombona de disolvente (2), refrigerando
dicha bombona para recuperar el disolvente.
21. Procedimiento de desacidificación en masa y
de eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según
las reivindicaciones 1 a 20, caracterizado porque el
procedimiento de destilación se produce simultáneamente con el
procedimiento de secado de una nueva partida de material
celulósico.
22. Dispositivo de desacidificación en masa y de
eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos que
comprende:
- -
- un autoclave (1) con control de presión y de temperatura, en el interior del cual se colocan los materiales celulósicos a tratar; una bombona de disolvente (2) conectada al autoclave (1);
- -
- una célula de carga (13) sobre la cual se coloca una bombona de disolvente (2) y concebida para ser utilizada para programar la cantidad de disolventes para cada proceso;
- -
- un tanque de dosificación (8) para un reactivo concentrado que comprende un producto de desacidificación activo y un medio parta la introducción en el autoclave (1) de la cantidad correcta de reactivo dependiendo del peso del material a tratar.
caracterizado porque está provisto con un
recipiente (3) de recogida, por gravedad de la disolución residual
que procede del autoclave (1) para su posterior recuperación, porque
el depósito (3) de recogida de la solución residual (3) tiene un
sistema (14) de calentamiento para calentar, adaptado par ser usado
para destilar el disolvente contenido en la disolución residual, y
porque el dispositivo tiene un intercambiador de calor (6) adaptado
para optimizar la refrigeración de la bombona (2) de disolvente
usando el calor generado para calentar el depósito (3) de recogida
de la solución residual.
23. Dispositivo de desacidificación en masa y de
eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según la
reivindicación 22, caracterizado porque la bombona de
disolvente (2) posee un sistema de refrigeración externo.
24. Dispositivo de desacidificación en masa y de
eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según la
reivindicación 23, caracterizado porque el sistema de
refrigeración comprende un compresor hermético (C), un condensador y
una camisa de refrigeración que envuelve la parte superior de la
bombona de disolvente (2).
25. Dispositivo de desacidificación en masa y de
eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según una
de las reivindicaciones 22 a 24, caracterizado porque la
bombona de disolvente (2) posee un sistema de calentamiento
(10).
26. Dispositivo de desacidificación en masa y de
eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según una
de las reivindicaciones 22 a 25, caracterizado porque el
tanque de recogida de disolución residual (3) tiene una entrada para
un fluido de limpieza, en particular n-propanol
anhidro o aire.
27. Dispositivo de desacidificación en masa y de
eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según la
reivindicación 26, caracterizado porque el tanque de recogida
de disolución residual (3) tiene una válvula de evacuación (VM7)
para la suspensión formada después del proceso de destilación.
28. Dispositivo de desacidificación en masa y de
eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según una
de las reivindicaciones 22 a 27, caracterizado porque
comprende una bomba de vacío (B) conectada al autoclave (1).
29. Dispositivo de desacidificación en masa y de
eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según una
de las reivindicaciones 22 a 28, caracterizado porque
comprende una célula de carga (11) sobre la cual se coloca el tanque
de dosificación (8) del reactivo concentrado.
30. Dispositivo de desacidificación en masa y de
eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según una
de las reivindicaciones 22 a 29, caracterizado porque
comprende un autómata programable para controlar automáticamente los
procesos de la unidad.
31. Dispositivo de desacidificación en masa y de
eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según una
de las reivindicaciones 22 a 30, caracterizado porque el
autoclave (1) tiene una tapa con una junta hermética, un indicador
de presión, una válvula de seguridad, un termopar de control de
temperatura en el interior del autoclave (1) un sistema de medición
de presión y de vacío, un indicador de control de temperatura
externo y bandas calefactantes sobre la pared exterior del autoclave
(1).
32. Dispositivo de desacidificación en masa y de
eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según una
de la reivindicación 24, caracterizado porque comprende un
sistema de desescarchado para eliminar el hielo que hay sobre la
camisa que cubre la bombona de disolvente (2) que se forma durante
el proceso de destilación, que comprende un ventilador (V)
arrastrado por un motor (M) y una resistencia eléctrica (R).
33. Dispositivo de desacidificación en masa y de
eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según una
de la reivindicación 32, caracterizado porque comprende una
válvula en dicha camisa para la salida automática de los
condensados.
34. Dispositivo de desacidificación en masa y de
eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según una
de las reivindicaciones 22 a 33, caracterizado porque el
tanque de dosificación (8) del reactivo concentrado está conectada
al autoclave (1) de manera que la cantidad correcta de reactivo
concentrado pasa directamente al autoclave (1), donde la
concentración final deseada se obtendrá más tarde por la conducción
directa del disolvente de la bombona de disolvente (2) a la cámara
interior del autoclave (1).
35. Dispositivo de desacidificación en masa y de
eliminación de la acidez libre de materiales celulósicos según una
de la reivindicación 34, caracterizado porque el autoclave
(1) tiene una entrada para el disolvente y el reactivo concentrado
que está conectada alternativamente al tanque de dosificación (8)
del reactivo concentrado o a la bombona de disolvente puro (2).
36. Uso del dispositivo según una de las
reivindicaciones 22 a 35 para tratar libros u otros materiales
impresos sobre papel.
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