Diseño de proceso para producción de cubos de fibras de celulosa a partir de papel para reciclar en Perú

Resumen

En el presente trabajo se realizó el diseño de un proceso batch para la producción de cubos de fibras de celulosa de 40 cm de arista (19.84 kg) a escala industrial a partir de papel de alto grado desechado. Este proceso está compuesto de las siguientes etapas: trituración de papel, calentamiento de agua, preparación de la pulpa, prensado, secado del cubo a convección forzada y recuperación de agua residual para reutilizar en el proceso. Las condiciones de operación para cada etapa del proceso fueron determinadas a partir de los estudios experimentales. De esta manera se realizaron ensayos de preparación de la pulpa de celulosa y posteriormente ensayos a pequeña escala para evaluar la influencia de las variables: concentración del disolvente (ácido acético), temperatura de secado y longitud de arista del producto en las propiedades mecánicas como la compresión elástica (tensión y deformación en límite elástico) y en la cinética de secado (humedad crítica y tiempo de secado), ya que es la etapa más significativa en términos de tiempos y costos. Los mejores resultados (menor tiempo de secado, y mayor deformación y tensión en límite elástico) se observaron usando agua en la preparación de la pulpa, una relación de disolución de 0.08 g de papel triturado por 1 ml de agua, y una temperatura de 80°C en la etapa de secado a convección natural en estufa. En el proceso batch a escala industrial, se seleccionaron como operaciones centrales la etapa de preparación de la pulpa utilizando un agitador ancla, y el secado utilizando un secador de convectivo tipo túnel. También se realizó el balance de materia por lote o cubo; determinando así que, para producir una unidad de producto final, se debe procesar 19.97 kg de papel de alto grado y 0.14 m3 de agua potable. Basados en ello y en el modelado de los fenómenos de transferencia de calor, masa y cantidad de movimiento de los sistemas encontrados en cada etapa, se diseñaron y seleccionaron los equipos del proceso. Se proyectó una producción anual de 1872 unidades que equivale al 11% de la demanda actual del producto a reemplazar. De esta manera, se obtuvieron los tiempos de operación y consumo energético para cada etapa del proceso, concluyendo que anualmente el proceso consume 654.2 MWh de energía de combustión de gas natural y 73.4 MWh de energía eléctrica. Finalmente, a partir del análisis económico del proceso (CAPEX y OPEX de $157316 y $75792), se concluyó que, para obtener la viabilidad económica del proceso y cumplir con las expectativas del inversionista, el precio mínimo al cual se podría comercializar el producto es de $52, que es 4% superior al precio del producto a sustituir en el mercado peruano.

Fecha de lectura	2022
Idioma original	Español (Perú)
Supervisor	Ursula Rodriguez Zuñiga (Asesor)