Processo de Produção de Polpa e Papel RESUMO Processos Químicos Industriais II

Celulose Lignocelulósicos são materiais de origem vegetal de características fibrosas, constituídos de celulose, hemicelulose e lignina. Composição Celulose 40-50% Hemicelulose 25-35% Lignina 15-25 %

Celulose Fibra longa Pinus 2 – 5 mm Fibra curta Eucalipto 0,5 – 1,5 mm Grupos cromóforos Absorção de luz Compostos insaturados Fonte: www.tecnicaindustrial.net

Processos de separação dos materiais lignocelulósicos Mecânico – apenas energia mecânica, baixo custo, alta eficiência, baixa qualidade Físico – vapor, vapor + explosão, raios gama Semi químico – poucos químicos, qualidade maior em relação ao mecânico Químico – quimicamente desenvolvida com ou sem processos de branqueamentos Biotecnológico – em estudo de viabilidade

Licor branco – Solução contendo hidróxido de sódio ( NaOH ) e sulfeto de sódio ( Na2S ) Licor negro residual – Solução contendo produtos dissolvidos de reação

Licor de cozimento Kraft

Processo de obtenção de polpa de celulose e recuperação de reagentes BRANQUEAMENTO SECAGEM DE CELULOSE PILHA DE CAVACOS LAVAGEM DIGESTOR CAUSTIFICAÇÃO CALDEIRA DE FORÇA FORNO DE CAL CALDEIRA DE RECUPERAÇÃO LINHA DE PRODUÇÃO LINHA DE RECUPERAÇÃO TRATAMENTO DE EFLUENTES EVAPORAÇÃO

130°C 170°C 135°C Separador de topo – provoca a recirculação de licor b para sistemas anteriores e concentra os cavacos para dentro do digestor. é parecido com um depurador, com rosca e filtro peneira Impregnação – promove a introdução do licor nos interstícios do cavaco, melhorando a eficiência do cozimento Cozimento – reação exotérmica onde ocorre a deslignificação – variações: tempo de cozimento, temperatura, sufidez do licor, químicos da madeira, concentração Lavagem – promove a retirada por lavagem e filtragem do licor negro resfriamento – promove o desaquecimento da polpa e também ajusta a diluição na saída do digestor. Número Kappa como controle de cozinhamento 70°C

Ciclo de recuperação de reagentes - Kraft

Branqueamento Oxidação ou redução de compostos cromóforos, lignina e outros. Alvura: Brancura de um produto. Papéis de alta alvura produzem maior contraste de tintas gráficas  Número Kappa: obtido pela retrotitulação, em meio ácido, do volume restante do excesso de uma solução de permanganato de potássio 0,1 N para deslignificação de 1 g de pasta de celulose. N Kappa ≥ 35 Kraft DEPURADOR N Kappa ≤ 20 Branqueamento

Classificações do branqueamento Com cloro elementar: cloro elementar (gasoso) juntamente com outros reagentes; Elemental Chlorine Free (ECF): substitui o cloro elementar como reagente pelo dióxido de cloro e/ou hipoclorito de sódio, mais seletivos para a remoção de lignina. Totally Chlorine Free (TCF): não emprega quaisquer compostos clorados como reagentes, mas pode consumir 10% a mais de madeira para o mesmo de volume de produção de polpa. Cl2 + lignina cloroligninas (tóxico, mutagênico, carcinogênico

Compostos para branqueamento ESTÁGIOS CÓDIGO PRODUTO QUÍMICO Cloração C Cloro gasoso X Extração alcalina E Soda cáustica Hipocloração H Hipoclorito de Na ou Ca Dióxido de cloro D Dióxido de cloro (maior afinidade) Peróxido P Peróxido de hidrogênio Oxigênio O Oxigênio (poco específico) Ozônio Z Ozônio (degrada celulose) xtração oxidativa NaOH e Oxigênio Extração alcalina com peróxido Soda cáustica e peróxido de hidrogênio

OC/DEOPD; CEDED; CEHDP; ODEOD CEHEDP ; CEDED; C/DEDED; OC/DEODD Sequência de branqueamento Siglas, como ZPO, informam a sequência combinada do uso de reagentes (no exemplo: ozônio – peróxido de hidrogênio – oxigênio), sempre considerando uma lavagem da polpa entre os estágios. A presença de uma barra entre dois estágios de uma sigla indica que a polpa não é lavada entre ambos (exemplo: C/DEDED). Alvura Sequência Até 75% CEH De 75% a 80% CEHH; CED De 80% a 85% CHEH; CEHEH; CED; EHD De 85% a 90% OC/DEOPD; CEDED; CEHDP; ODEOD Acima de 90% CEHEDP ; CEDED; C/DEDED; OC/DEODD

Mistura adequada com oxidantes é importante para reduzir custos Este agente oxidante tem que ter duas qualidades principais: Seletividade: ataca a lignina preservando a celulose. Custo: O valor proibitivo inviabiliza o processo. Segurança: toxidade controlável e, se possível, nula, facilidade de manuseio, etc. Mistura adequada com oxidantes é importante para reduzir custos Propriedades inicias como Kappa, consistência e viscosidade devem ser controladas Estabilidade de fluxo nos processos

Papel Caraterização física do papel formado Resistência à tração e ao alongamento Resistência ao arrebentamento Estabilidade dimensional Absorção de água Teor de umidade Gramatura Espessura Densidade aparente (inclui o volume dos poros) Densidade real Porosidade

Ciclone alta densidade Caixa de Nível Turbo separado Criva vibratória Tanque mistura Depuradores Desarenador Despastilhador Hidrapulper Malha circular Refinador Centrífuga Caixa de entrada Fourdrinier Prensagem Secadores Bobinadeira

CargasPropriedades específicas Caulim, talco, carbonato de calcio e dióxido de titânio melhoram as propriedades físicas, lisura, óticas e de impressão do papel. Preenchem espaços (recheio) entre fibras para obter uma folha densa, branca, lisa e opaca. De forma geral, os papeis contêm 10% do peso em cargas. Agentes de Colagem Confere ao papel características de resistência à água A resistência à água nos papéis é muito importante quanto a impressão offset ao produto acabado, onde se exige uma resistência à água muito mais alta Existem dois tipos de colagem: Ácida e Alcalina

Amidos  resistência interna, lisura, rigidez, resistência a líquidos, aumenta características mecânicas. Corantes e Pigmentos Tingimento das fibras com corantes, que são adicionados à massa (celulose) no pulper ou tanques de mistura Outros Retentores de carga Antiespumante Microbicidas Controladores de pH Amaciante

Refinação Fonte: www.tecnicaindustrial.net

Refinação - Função 1- Abrir as paredes da fibra de modo a romper as cadeias de polímeros, 2- A refinação também causa o corte das fibras, 3-  A hidratação, é a absorção de água através das fissuras causadas pela fibrilação

Refinador Pasta deve chegar como consistência 3-4% Móvel Fixo Pasta deve chegar como consistência 3-4% Hidratação, Corte e Fibrilação Aumenta a superfície da fibra em contato com o meio O grau de refinação varia em função das características do papel que se deseja fabricar (0,2 a 1,5 mm de luz)

Visão geral da mesa formadora de papel

Irregularidades vindas de preparação da polpa Pulsações Ar Espuma Variação de consistência Fibras floculadas Redemoinhos

Fatores que influenciam na formação, retenção e drenagem Tipo de fibra Ângulo de incidência do Jato Relação velocidade de jato/velocidade tela Refinação (°SR) Consistência na caixa de entrada (0,5 – 0,8 %, p/v) Grau de dispersão das fibras Tipo de tela formadora

Porcentagem de água durante a formação de papel 96% 83% 65% 20% 6% Pope Formação Prensado Secado

Prensagem Início: 80 a 85 % de água  retirar parte da água É formado por 2 rolos cilíndricos Inferior  borracha ou ebonite Superior  granito (material mais duro) Feltro  Extrai água por absorção Término: 60 a 65 % de água

Estágios de Secagem Primeiro: Há aquecimento da folha Curta duração Quase não há evaporação Segundo: Há o contato da folha entre a superfície quente do secador e o feltro A folha aquece Estabelecimento de uma diferença de temperatura entre as duas superfícies A transferência de calor é feita por condução A água da folha começa a vaporizar e o vapor entra em contato com as regiões mais frias e condensa

Estágios de Secagem Terceiro: O feltro deixa de envolver a folha e o vapor é liberado A velocidade de evaporação diminui Quarto: A folha se destaca da superfície Há decréscimo brusco da evaporação

Gramatura do papel: 40 a 800 g/m2 Velocidade > 2000 m/min Diâmetro canudo: até 300 Mm Operação pneumática ou hidráulica