ES2877201T3 - Producción optimizada de un cartón para embalaje para ser utilizado como medio corrugado - Google Patents
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Abstract
Un método para producir un cartón para embalaje para utilizar como medio corrugado, que comprende las etapas de: - formar una telilla a partir de una pulpa que tenga, en la caja de entrada, un valor Schopper-Riegler (SR) de 16,0- 19,0 cuando se mide de acuerdo con la norma ISO 5267-1:1999, en donde al menos 70% en peso seco de la pulpa es pulpa NSSC; - prensar la telilla en una sección de prensado que comprende una prensa de zapata, en donde la carga de línea en la prensa de zapata está en el rango de 1200-2000 kN/m; y - secar la telilla de la sección de prensado en una sección de secado para obtener dicho cartón para embalaje, en donde la pulpa es sometida a un refinado de baja consistencia (LC) entre el proceso de producción de pulpa de NSSC y la caja de entrada para obtener el valor SR.
Description
DESCRIPCIÓN
Producción optimizada de un cartón para embalaje para ser utilizado como medio corrugado
Campo técnico
La invención se refiere a un método para producir un cartón para embalaje para ser utilizado como medio corrugado (fluting).
ANTECEDENTES
El proceso semiquímico al sulfito neutro (NSSC, por sus siglas en inglés) es un proceso viejo que es bien conocido en el campo de la fabricación de pulpa de papel y en uso en muchas fábricas de pulpa alrededor del mundo. Una de las razones para usar el proceso de fabricación de pulpa NSSC es el alto rendimiento.
En la producción de pulpa a través de NSSC, el licor de cocción comprende sulfito, tal como Na2SO3 o (NH^SO3 y una base, tal como NaOH o Na2CO3. "Neutro" significa que el pH del licor de cocción del NSSC suele estar entre 6 y 10. Normalmente, el tiempo de cocción es de 0,5 a 3 horas y la temperatura de cocción es de 160-185 °C. Sin embargo, el tiempo de cocción puede ser tan corto como 15 minutos, especialmente en caso de una temperatura relativamente alta, tal como > 180 °C. La pulpa del NSSC comprende cantidades comparativamente altas de lignina residual, tal como 15-20 %, que hacen que las fibras de la pulpa del NSSC sean rígidas. El proceso de producción de pulpa NSSC es “semiquímico” en el sentido de que comprende el tratamiento mecánico/molienda (después de la etapa química (cocción)).
La pulpa del NSSC se utiliza, por ejemplo, para producir cartón para embalaje que posteriormente es corrugado para formar el medio corrugado del cartón corrugado.
Los ejemplos de molinos que utilizan el método de fabricación de pulpa de NSSC son: Las fábricas de BillerudKorsnas' en Gruvon (PM 6) y Skarblacka (PM4), Suecia; la fábrica Mondi Swiecie S.A. en Swiecie (PM4), Polonia; la fábrica de Mondi (Powerflute's) en Koupio, Finlandia; la fábrica de Stora Enso Oyj en Heinola, Finlandia (Heinola Fluting Mill); S.C. Fábrica de Celrom S.A. en Drobeta, Rumania; la fábrica de Packaging Corp. of America en Filer City (PM1, PM2 & PM3), Tomahawk (PM2 & PM4) y Wallula (PM2), Estados Unidos; las fábricas de Ilim Group (PM1 y PM3) en Korjazma, Rusia; la fábrica de Permsky Karton (PM2) en Perm, Rusia; las fábricas de WestRock en Longview (PM10) y Stevenson (PM1 & PM2), Estados Unidos; las fábricas de International Paper en Mansfield (PM2) y Pine Hill (PM2), Estados Unidos; las fábricas de Georgia-Pacific LLC en Big Island (PM1 & Pm 3) y Cedar Springs, Estados Unidos; la fábrica de Cascades Containerboard Packaging en Trenton, Canadá; la fábrica de Sappi's Tugela (PM2) en Sudáfrica; la fábrica de Irving Lake Utopia Paper en St. George, Canadá; la fábrica de Graphic Packaging International en West Monroe, Estados Unidos; la fábrica de Greif Bros Corp en Riverville, Estados Unidos; la fábrica de Hood Container Corp en New Johnsonville, Estados Unidos; y la fábrica de Sonoco en Hartsville (PM10), Estados Unidos.
EP3026173 revela un método de producción de un cartón para embalaje (para ser utilizado como medio corrugado) de mayor resistencia SCT de pulpa que comprende pulpa de NSSC. De acuerdo con el método, una telilla formada a partir de la pulpa que comprende la pulpa NSSC es prensada en una prensa de zapata, en la que la carga de la línea es al menos 1200 kN/m.
Además, en el estado de la técnica se reconoce generalmente que la resistencia SCT del cartón para embalaje basado en NSSC que se utilizará como medio corrugado aumenta cuando la pulpa del NSSC se somete a más refinado. Como ejemplo, la reconstrucción de PM4 en Swiecie en 2015 implicó una reconstrucción del sistema de refinado para permitir un mayor refinado de la pulpa del NSSC a fin de aumentar la resistencia SCT Con el mismo fin, Billerud AB (actualmente BillerudKorsnas AB) aumentó la capacidad de refinado en la fábrica de NSSC (PM 6) en Gruvon, Suecia, en 2005. La fábrica de NSSC de Powerflute y la fábrica de Stora Enso en Heinola mejoraron su capacidad de refinado en 2010 y 2011, respectivamente.
SUMARIO
El objetivo de la presente divulgación es optimizar la producción de cartón para embalaje basados en NSSC destinado a utilizarse como medio corrugado.
Para lograr el objetivo antes mencionado, se proporciona un método de producción de un cartón para embalaje para su uso como medio corrugado, que comprende las etapas de:
- formar una telilla a partir de una pulpa que tenga, en la caja de entrada, un valor Schopper-Riegler (SR) de 16,0 19,0 cuando se mide de acuerdo con ISO 5267-1:1999, en donde al menos 70% en peso seco de la pulpa es pulpa NSSC;
- prensar la telilla en una sección de prensado que comprende una prensa de zapata, en donde la carga de línea en la prensa de zapata está en el rango de 1200-2000 kN/m; y
- secar la telilla de la sección de prensado en una sección de secado para obtener dicho cartón para embalaje, en donde la pulpa es sometida a un refinado de baja consistencia (LC) entre el proceso de producción de pulpa NSSC y la caja de entrada para obtener el valor SR.
El rango antes mencionado para el valor SR de la pulpa (16,0-19,0) refleja un grado muy bajo de refinado, lo que significa bajo consumo de energía en esa etapa del proceso de fabricación de papel. Los inventores han demostrado que una reducción de la energía de refinado da como resultado un consumo de energía drásticamente reducido (es decir, el consumo de vapor) en la sección de secado. Aun así, el cartón para embalaje producido mediante el método de la presente divulgación es sorprendentemente fuerte. Los inventores han identificado así un óptimo en el cual se produce un cartón para embalaje fuerte con bajo consumo de energía.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 muestra el índice SCT al 50% y 90% de humedad relativa (HR) de las láminas de laboratorio formadas a partir de pulpa NSSC que se había sometido a diferentes grados de refinado de LC.
La Figura 2 muestra el índice CCT al 50% y 90% de humedad relativa (HR) de las láminas de laboratorio formadas a partir de pulpa NSSC que se había sometido a diferentes grados de refinado de LC.
La Figura 3 muestra el índice CMT al 50% y 90% de humedad relativa (HR) de las láminas de laboratorio formadas a partir de pulpa NSSC que se había sometido a diferentes grados de refinado de LC.
La Figura 4 muestra el índice de rigidez a la tracción al 50% y 90% de humedad relativa (HR) de las láminas de laboratorio formadas a partir de pulpa NSSC que se había sometido a diferentes grados de refinado de LC.
La Figura 5 muestra el grado de refinado de la pulpa NSSC y el consumo específico de vapor en la sección de secado durante un ensayo a escala real en la máquina de papel PM 6. Como se muestra en la figura, el grado de refinado se mantuvo primero en 60 kWh/tonelada, luego aumentó gradualmente a 115 kWh/ tonelada y finalmente disminuyó gradualmente de nuevo a 60 kWh/tonelada. El eje X muestra el tiempo.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Por lo tanto, se proporciona un método para producir un cartón para embalaje. El cartón para embalaje tiene el propósito de ser utilizado como medio corrugado (es decir, fluting) en cartón corrugado. Tal como entiende el experto en la técnica, el método está destinado a utilizarse en una máquina de papel a escala real, es decir, una máquina adaptada para producir al menos 50.000 toneladas de cartón para embalaje al año, normalmente al menos 100.000 toneladas de cartón para embalaje al año. El gramaje del cartón para embalaje puede estar en el rango de 100-240 g/m2, tal como 110-240 g/m2, tal como 120-240 g/m2, tal como 120-200 g/m2 o 140-230 g/m2, tal como 150-230 g/m2 El gramaje se mide de acuerdo con la norma ISO 536:2012.
La presente invención puede tener un valor particular cuando el gramaje es relativamente alto, por ejemplo, 140-230 g/m2.
Preferentemente, el índice SCT geométrico (medido de acuerdo con la norma ISO 9895:2008) del cartón para embalaje es 37,0-43,0 Nm/g, tal como 37,0-42,0 Nm/g, tal como 38,0-42,0 Nm/g, tal como 38,0-41,0 Nm/g.
Para obtener el índice SCT geométrico, se mide, en primer lugar, la resistencia a la compresión en la dirección de la máquina (MD) y la dirección transversal (CD) del cartón para embalaje utilizando un compresómetro (SCT) medido de acuerdo con la norma ISO 9895:2008. Para calcular el índice de resistencia a la compresión, la resistencia a la compresión (N/m) se divide por el gramaje. La unidad del índice SCT es, por tanto, Nm/g. El índice SCT geométrico se calcula como la raíz cuadrada del producto del índice SCT en la MD y la CD:
índice SCT geométrico = V (índice SCT (M D ) * índice SCT (C D )) La resistencia a la compresión es considerada más importante en la EC que en la MD. El índice SCT en la CD del cartón para embalaje puede, por ejemplo, ser superior a 28 Nm/g, tal como al menos 29 Nm/g. Un límite superior para el índice SCT en CD puede ser, por ejemplo, 32 Nm/g.
El método comprende la etapa de:
- formar una telilla a partir de una pulpa que tenga un valor Schopper-Riegler (SR) de 16,0-19,0 cuando se mide de acuerdo con la norma ISO 5267-1:1999, en donde al menos 70% en peso seco de la pulpa es pulpa NSSC, típicamente en una sección de alambre (como es convencional en la fabricación de papel).
El valor SR mencionado anteriormente (y en las reivindicaciones) es el valor de SR que la pulpa tiene en la caja de entrada (es decir, la cámara desde la que la pulpa fluye hacia el alambre de la sección de alambre). Para obtener este valor SR, la pulpa de la presente divulgación es sometida a un refinado de baja consistencia (LC) entre el proceso de producción de pulpa de NSSC y la caja de entrada. La entrada de energía de dicho refinado de LC puede ser, por ejemplo, de 40-65 kWh/tonelada, tal como 40-60 kWh/tonelada. La "entrada de energía" que tiene la unidad kWh/tonelada significa, en el contexto de la presente divulgación, la entrada de energía neta, que excluye la potencia sin carga. La "tonelada" de la unidad significa tonelada de fibra seca.
En una realización preferida, el valor SR es 16,0-18,5.
Preferentemente, al menos 80% en peso seco de la pulpa es pulpa NSSC. En un ejemplo, al menos 85% o 88% en peso seco de la pulpa es pulpa NSSC.
La pulpa NSSC puede comprender pulpa de madera dura del NSSC. Preferentemente, al menos 70% en peso seco de la pulpa NSSC es pulpa NSSC de madera dura, tal como pulpa NSSC de abedul. En un ejemplo, al menos 80% en peso seco de la pulpa NSSC es pulpa NSSC de madera dura, tal como pulpa NSSC de abedul.
Se ha informado en el estado de la técnica que un rendimiento relativamente bajo de la pulpa NSSC es necesario para obtener un gran aumento en la resistencia. Sin embargo, los resultados presentados en la sección de ejemplos se obtienen utilizando una pulpa NSSC de un rendimiento relativamente alto, más precisamente alrededor del 82 %. El rendimiento de la pulpa NSSC de la presente divulgación puede ser, por lo tanto, del 75% al 85%, preferentemente del 79% al 85%, tal como del 80% al 84%.
Además de la pulpa NSSC, la pulpa puede comprender fibras recicladas, pulpa rechazada y/o recortes (normalmente recortes de plantas de cajas de cartón corrugado). El refinado de LC antes mencionado puede llevarse a cabo antes o después de la mezcla con dichas otras fibras.
La "pulpa NSSC" se obtiene a partir de la "pulpado de NSSC", que a su vez se define en la sección de antecedentes. La pulpa NSSC de la presente divulgación puede, por ejemplo, ser pulpa NSSC a base de sodio, lo que significa que el licor de cocción de la cocción del NSSC comprendía Na2SO3.
En el método, la consistencia de la caja de entrada puede por ejemplo ser 0,50%-1,20%, tal como 0,80%-1,20%, tal como 0,90%-1,15%. Las consistencias más altas son particularmente relevantes cuando una gran proporción (por ejemplo, al menos el 80%) de la pulpa NSSC es derivada de madera dura.
En una realización, la consistencia de la caja de entrada es de 1,05%-1,20%, y el gramaje del cartón para embalaje es de 140-240 g/m2, tal como 140-200 g/m2
El método comprende además la etapa de:
- prensar la telilla en una sección de prensa que comprende una prensa de zapata.
La longitud de las mordientes en la prensa de zapata puede ser, por ejemplo, de 200-330 mm, tal como 250-300 mm. La prensa de zapata es típicamente una prensa de zapata de fieltro doble.
La prensa de zapata puede comprender una correa de prensa de zapata con acanaladuras discontinuas. Este tipo de correa de prensa de zapata está disponible en el mercado. Un ejemplo es el BlackBelt G DG comercializado por Valmet. Otro ejemplo es Valmet Black Belt H DG comercializado por Valmet. La dureza del elastómero en la correa de la prensa de zapata puede ser, por ejemplo, 93-95 Shore A.
La carga de línea en la prensa de zapata está en el rango de 1200-2000 kN/m, preferentemente 1300-2000 kN/m. Una mayor carga de línea de la prensa de zapata se correlaciona normalmente con un índice SCT geométrico más alto.
En la prensa de zapata, la telilla puede estar sometida a un impulso de presión de 105-280 kPa*s, tal como 105-190 kPa*s, tal como 105-135 kPa*s. Los mayores impulsos de la prensa se obtienen cuando la carga de la línea es relativamente alta y la velocidad de la telilla es relativamente baja (debido a un alto gramaje del cartón para embalaje producido).
La sección de prensa puede comprender otra prensa dispuesta antes de la prensa de zapata. La otra prensa es normalmente de doble fieltro y puede ser por ejemplo una prensa jumbo o una prensa de zapata. La carga de la
línea de la otra prensa puede ser de 100-300 kN/m, tal como 150-250 kN/m, en particular en el caso de una prensa jumbo.
Finalmente, el método comprende además la etapa de:
- secar la telilla de la sección de prensa en una sección de secado para obtener dicho cartón para embalaje. El método de la presente divulgación facilita un consumo reducido de vapor en la sección de secado y/o producción a una velocidad relativamente alta, tal como 700-850 m/min o incluso 750-850 m/min. Cuando se lleva a cabo el método de la presente divulgación, el consumo de vapor en la sección de secado puede ser tan bajo como 0,95-1,15 toneladas de vapor por tonelada de papel. Este vapor es normalmente "vapor a presión media", que se refiere a vapor con una presión de 6-11 bares, tal como 6-10 bares, normalmente aproximadamente 8 bares.
Ejemplos
Láminas de laboratorio
La pulpa NSSC se obtuvo a partir de un proceso a escala real de producción de cartón para embalaje de NSSC (destinado a medio corrugado) en la fábrica de Gruvon (PM 6), Suecia.
Se obtuvo una primera muestra de pulpa desde una posición anterior a las dos etapas de refinado de LC del proceso. En consecuencia, esta pulpa había sido sometida a 0 kWh/tonelada de refinado de LC.
Se obtuvieron una segunda y una tercera muestra de pulpa desde una posición entre las dos etapas de refinado de LC del proceso. Estas muestras de pulpa habían sido sometidas a 20 y 40 kWh/tonelada de refinado de LC, respectivamente.
Se obtuvieron cuatro muestras de pulpa más desde una posición posterior a las dos etapas de refinado de LC del proceso. Estas muestras de pulpa habían sido sometidas a un total de 60, 80, 100 y 115 kWh/tonelada de refinado de LC, respectivamente.
La composición de todas las muestras fue de 100% de pulpa NSSC de abedul.
Se midió el valor de Schopper-Riegler (SR) (también denominado "número SR) de todas las muestras de acuerdo con la norma ISO 5267-1:1999. Los resultados de las mediciones se muestran en la tabla 1 a continuación.
Tabla 1
Se produjeron láminas de laboratorio Raphid Kohten con gramajes de aproximadamente 100 g/m2 de las muestras de pulpa de acuerdo con la norma ISO 5269-2:2004. Luego, se midieron los gramajes reales. Se midieron los siguientes parámetros de resistencia de las láminas de laboratorio a una humedad relativa del 50% y del 90%: SCT (ISO 9895:2008); CCT (SCAN P-42); CMT (SS-EN ISO 7263:2011); y rigidez a la tracción (SS-ISO 1924-3:2011). Se indexaron los parámetros de resistencia medidos por los gramajes medidos (dividiendo un valor por el gramaje, se obtiene un valor indexado).
A menudo se considera que el SCT es el parámetro de resistencia más importante.
La Figura 1 muestra los valores del índice SCT, los cuales aumentan con el aumento del refinado hasta 60 kWh/tonelada (correspondiente a un valor SR de 18,50). Entre 60 y 80 kWh/tonelada, no se observó ningún aumento.
Además, al examinar los otros parámetros de resistencia, el beneficio de refinar hasta 80 kWh/tonelada es cuestionable (véanse las figuras 2-4).
Consumo de vapor
Se sometió la pulpa de la cual se obtuvieron las muestras 1-4 a un total de 60 kWh/tonelada de refinado de LC en el proceso a escala real. Para obtener las muestras 5-7, se aumentó sucesivamente el refinado de LC total hasta 115 kWh/tonelada. Después del refinado de LC, se mezcló la pulpa NSSC con pulpa kraft en una relación de peso seco de 90:10.
En el proceso a gran escala, se formó una telilla en una sección de formación. La consistencia de la caja de entrada fue de aproximadamente 0,94%. A continuación, la telilla se prensó en una sección de prensado y se secó en una sección de secado.
La sección de prensado tenía dos mordientes de fieltro dobles; primero una prensa jumbo (carga de línea = 200 kN/m) y luego una prensa de zapata (carga de línea = 1300 kN/m) con una correa de prensa de zapata con acanaladuras discontinuas (Valmet Black Belt H DG, volumen de vacío = 477 g/m2, área abierta = 42%).
En la figura 5, se grafica el consumo de vapor en la sección de secado luego del refinado de LC incrementado. Se demuestra que el aumento del refinado dio lugar a un consumo de vapor específico drásticamente aumentado. A 115 kWh/tonelada, el consumo de vapor fue aproximadamente 70% superior al de 60 kWh/tonelada. Pruebas de papel del proceso a escala real
El papel producido por el proceso a escala real (descrito más arriba) se obtuvo en 18:26 (véase la figura 5), lo que significa que el papel se formó a partir de pulpa sometida a un total de 60 kWh/tonelada de refinado de LC. Se analizaron muestras del papel. A pesar del nivel moderado de refinado, el índice SCT al 50% de HR (ISO 9895:2008) del papel muestreado era de 56,0 Nm/g en MD y 29,4 Nm/g en CD, lo que daba como resultado un índice SCT geométrico de 40,59 Nm/g. El gramaje fue de 120 g/m2.
Claims (15)
1. Un método para producir un cartón para embalaje para utilizar como medio corrugado, que comprende las etapas de:
- formar una telilla a partir de una pulpa que tenga, en la caja de entrada, un valor Schopper-Riegler (SR) de 16,0 19,0 cuando se mide de acuerdo con la norma ISO 5267-1:1999, en donde al menos 70% en peso seco de la pulpa es pulpa NSSC;
- prensar la telilla en una sección de prensado que comprende una prensa de zapata, en donde la carga de línea en la prensa de zapata está en el rango de 1200-2000 kN/m; y
- secar la telilla de la sección de prensado en una sección de secado para obtener dicho cartón para embalaje, en donde la pulpa es sometida a un refinado de baja consistencia (LC) entre el proceso de producción de pulpa de NSSC y la caja de entrada para obtener el valor SR.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la telilla es sometida a un impulso de prensado de 105 190 kPa*s en la prensa de zapata.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la velocidad de la telilla está en el rango de 700-850 m/min, tal como 750-850 m/min.
4. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el gramaje del cartón para embalaje está en el rango de 100-240 g/m2, tal como 140-230 g/m2, tal como 150-230 g/m2, cuando se mide de acuerdo con la norma ISO 536:2012.
5. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la carga de línea en la prensa de zapata está en el rango de 1300-2000 kN/m.
6. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos 80% en peso seco de la pulpa es pulpa NSSC.
7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos 88% en peso seco de la pulpa es pulpa NSSC.
8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el rendimiento de la pulpa NSSC es del 75-85 %, tal como 79-85 %.
9. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la pulpa de la cual se forma la telilla tiene un valor SR de 16,0-18,5, tal como 16,0-18,0, cuando se mide de acuerdo con la norma ISO 5267-1:1999.
10. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos 70% en peso seco de la pulpa NSSC es pulpa NSSC de madera dura, tal como pulpa NSSC de abedul.
11. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos 80% en peso seco de la pulpa NSSC es pulpa NSSC de madera dura, tal como pulpa NSSC de abedul.
12. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el consumo de vapor en la sección de secado es inferior a 1,20 toneladas de vapor por tonelada de papel, tal como 0,95-1,19 toneladas de vapor por tonelada de papel, tal como 1,00-1,19 toneladas de vapor por tonelada de papel.
13. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la sección de prensado comprende otra prensa, tal como una prensa jumbo o una prensa de zapata, dispuesta antes de la prensa de zapata.
14. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la consistencia de la pulpa en una caja de entrada utilizada para formar la telilla es del 0,50%-1,20%.
15. El método de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, en donde la consistencia de la pulpa en una caja de entrada para formar la telilla es del 0,80%-1,20%, 0,90%-1,20%, tal como 0,90%-1,15%.
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