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  • Aspectos do

    Branqueamento da

    celulose

    Beatriz Vera Pozzi Redko - Maro 1999

  • BIBLIOGRAFIA

    * Pulp Bleaching - Principles and Practices - Carlton W.Dence and Douglas Reeve- Editors - Tappi Press -Atlanta - Georgia - EUA - 1996

    * Douglas Reeve - Pulp Bleaching Practices and Issues-Short Course, March 7, 1996 - Tappi, New Orleans L.A.1996

    * Sven Rydholm - Pulping Processes - Wiley Interscience1967

    * Eero Sjostrom - Wood Chemistry - Fundamentals andApplications - Academic Press -1981

    * Alkaline Pulping - Volume 5 - Technical Section CPPA1989.

  • Aspectos do Branqueamento da celulose

    O negcio do branqueamento

    Propriedades da celulose

    Sistemas de branqueamento

    Branqueamento com cloro e ECF

    Branqueamentos baseados em oxignio

    Branqueamentos TCF

    O futuro de branqueamento ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • O negcio do branqueamento

    Produtores e produtos

    Mercados

    Custos e preos

    As foras da mudana

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • O negcio do branqueamento

    ESTIMATIVA DA PRODUO MUNDIAL

    Milhes de toneladas por ano1991 2010

    Produo total depapel e papelo 240 440Fibras recuperadas 90 170Fibras virgens 150 260

    FAO, 1994

  • O negcio do branqueamentoCAPACIDADE GLOBAL DE PRODUODE FIBRA BRANQUEADA EM 1994

    Milhes de toneladasMercado Total

    Kraft 32,2 74,8Sulfito 1,9 5,9BCTMP 2,3 2,3Celulose destintada 1,1 10,3

    _____ _____

    Total 37,5 93,3

    Papermaker Int., 1995

  • O negcio do branqueamentoPRODUO DE CELULOSE E PAPEL EM1997, EM MILHES DE TONELADAS

    Amrica do NorteEstados Unidos Canada

    Papel e papelo 82,1 19total Celulose kraft 29,8 11branqueadaCelulose kraft 19,4 1,4no branqueadaPasta mecnica 5,4 11,4Celulose de mercado 7,6 10,1

    Pulp and Paper Int., 1998

  • O negcio do branqueamentoPRODUO DE CELULOSE E PAPEL EM1997, EM MILHES DE TONELADAS

    EuropaFinlndia Sucia Alemanha Frana

    Papel e papelo 12,1 9,8 16,0 9,1totalCelulose kraft 6,0 4,6 0 1,1branqueadaCelulose kraft 0,7 2,0 0 0,5no branqueadaPasta mecnica 4,5 3,0 1,2 0,8Celulose demercado 1,7 3,4 0,2 1,0

    Pulp and Paper Int., 1998

  • O negcio do branqueamentoPRODUO DE CELULOSE E PAPEL EM

    1997, EM MILHES DE TONELADASsia Amrica do Sul

    Japo China Indonsia Brasil ChilePapel e papelo 31,0 27,4 4,9 6,5 0,7totalCelulose kraft 7,9 2,5 4,4 1,5branqueadaCelulose kraft 1,6 0,1 1,4 0,3no branqueadaPasta mecnica 1,7 0,4 Celulose demercado 0,8 1,0 2,9 1,9

    Pulp and Paper Int., 1998

  • O negcio do branqueamento

    3 5 0

    4 0 0

    4 5 0

    5 0 0

    5 5 0

    6 0 0

    6 5 0

    7 0 0

    7 5 0

    8 0 0

    8 5 0

    9 0 0

    9 5 0

    1 0 0 0

    1 0 5 0

    1 1 0 0

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 4 0 4 1 4 2

    U S $ /T o n

    56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97

    U$ 700,00/ton

    1956=U$7281975=U$ 1074

    1989=U$9611995=U$908

    VARIAO DO PREO DA CELULOSE DE FIBRA CURTABRANQUEADA DE 1956 A 1997

    1993=U$406

    Fonte: Jari Celulose S.A.

  • O negcio do branqueamentoDISTRIBUIO DE PRODUO PARACELULOSE BRANQUEADA ECF E TCF

    Milhes de toneladas por ano ECF TCF

    1990 1995 1990 1995 Escandinvia 2,3 8 0,2 3,1Estados Unidos

  • O negcio do branqueamento

    A EQUAO DO NEGCIO

    Preo de venda da celulose

    menos

    Custo de produo da celulose

    igual

    LucroADAPTADO DE REEVE, 1996

  • O negcio do branqueamento

    O VALOR DA CELULOSE

    Qualidades ticas- Alvura elevada- Estabilidade de alvura- Limpeza- Opacidade

    Resistncia Qualidades Ambientais

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • O negcio do branqueamento

    CUSTOS DO BRANQUEAMENTO DA CELULOSE Reagentes qumicos

    Energia

    Manuteno

    Depreciao

    RendimentoADAPTADO DE REEVE, 199

  • O negcio do branqueamento

    OBJETIVOS DO BRANQUEAMENTO:MELHORIA DO PRODUTO

    Alvejamento- Pela remoo da lignina- Pela descolorao

    Limpeza- Pelo branqueamento das fibras e

    da sujeira

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • O negcio do branqueamento

    FORAS DA MUDANA

    Meio ambiente

    Meio ambiente

    Meio ambienteADAPTADO DE REEVE, 1996

  • O negcio do branqueamento

    AS FORAS DA MUDANA

    Reagentes txicos - A questo do cloro

    Rejeitos slidos - Reciclagem

    As florestas

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • O negcio do branqueamentoA DIREO DA MUDANA

    Deslignificao extendida Deslignificao com

    oxignio Diminuio do uso de cloro Aumento do uso de dixido de

    cloro Aumento do uso de perxidos Desenvolvimento de sistemas

    fechadosADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celulose

    Caractersticas qumicas

    Alvura

    Contaminantes

    Resistncia

    VariabilidadeADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celulose

    COMPONENTES DA CELULOSE KRAFT

    No branqueada Branqueada

    Celulose 79-82% 82-85%

    Hemicelulose 16-20% 18-21%

    Lignina 1-4% 0

    Extrativos

  • Propriedades da celulose

    PROPRIEDADES DO POLMERO CELULOSE

    Frmula (C6H10O5)nPolmero linearGrau de polimerizao at 10.000 vezes

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celulose

    PROPRIEDADES DO POLMERO CELULOSE

    Hidrolizavel por cidos fortes para D-glicose Para-cristalino com algumas regies amorfas Incolor \ branco Estrutura qumica idntica em todos os vegetais

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celulose

    PROPRIEDADES DO POLMERO CELULOSE

    Solvel em agentes de inchamentoForma compostos de adio com H2O, NaOHOxidvel por Cl2, NaOCl, O2, e outros.Grande capacidade de formao de pontes de hidrognio

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celulose

    HO

    OHO

    HO

    OH OH

    OH

    OHO

    OHO

    HO

    OH OH

    OH

    O

    O

    nA frmula estrutural da celulose, umacadeia polimrica de 1,4-glicose. A unidadede repetio,celobiose,est entre parntesis

  • 5,4 Angstroms

    HO

    HOHO

    HO

    OH OH

    OH

    OHO

    OHO

    HO

    OH OH

    OH

    O

    O

    HO

    HOHO

    HO

    OH OH

    OH

    OHO

    OHO

    HO

    OH OH

    OH

    O

    O

    6 Angstroms

    A macromelcula de celulose uma cadeia de unidades de glicose. O grau depolimerizao mdio depende da fonte, mas pode variar entre 3.000-12.000.Celulose j processada (pasta celulsica) tem DP menor. A distncia entreas molculas individuais de glicose crca de 6 Angstroms e a distncia entre as cadeiais individuais de 5,4 Angstroms.

    Propriedades da celulose

  • Propriedades das hemiceluloses

    Heterosacardeos - poli-sacardeos formadospor mais de um tipo de molcula na cadeia celular

    Hemiceluloses de folhosas tem composio eformao diferente das hemiceluloses de conferas

    Grau de polimerizao at 200

    Xiloses podem se re-depositar na celulose aps o cozimento.

  • OHO

    OH OH

    OH

    O

    O

    HO

    OH OHO

    O

    HO

    OH

    OH

    O

    Me

    7

    Frmula abreviada da glucouronoxilose, ocorrente nas folhosas,com-D-xilopiranose e cido 4-O-metil-a-D-urnicoglucopiransico.

    SJOSTROM-1981

    A xilose pode chegar a30% em peso da madeirasca. DP at 200.

    Propriedades das hemiceluloses

  • HO

    HO

    HOOH OR2

    OH

    OCH2OH

    OCH2OH

    ROOH OR2ROO

    O

    HO

    OH

    CH2O

    CH2OHHO

    Propriedades das hemiceluloses

    Estrutura das galactglucomanoses,hemiceluloses comuns em pinceas.DP ao redor de 200.

    SJOSTROM, 1981

  • Propriedades da lignina

    Frmula - nenhuma No possui estrutura uniforme

    Composio tpica

    C9H8.83O2,37(OCH3)0,96

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da lignina

    Molcula tri-dimensional

    aleatriaPrincipal bloco de construo:

    fenil-propanoADAPTADO DE REEVE, 1996

  • HO- CH=CHCH2OH LCOOL TRANSCONIFERLICO GUAIACIL OMe

    OMe

    OMe

    Propriedades da lignina

    Base estrutural da macromolcula da lignina

    HO- CH=CHCH2OH LCOOL TRANS-P-CUMARLICO FENIL

    HO- CH=CHCH2OH LCOOL TRANSINAPLICO SIRINGIL

  • Propriedades da lignina

    Amorfa

    = sem cristalinidade

    Cor: varivel

    entre esbranquiada at marrom

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da lignina

    Insolvel - sem que haja degradao para um peso

    molecular mais baixo

    No hidrolisvel at os seus blocos de formao

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da lignina

    Algumas de suas ligaes so hidrolisveis porNaOH, NaHS

    Oxidavel por

    Cl2, ClO2, NaOCl, H2O2, O2, O3

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades dos extrativos

    Extrativos so misturas complexas de vrios compostos

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades dos extrativos

    Nas pinceas ocorrem tres categorias: cidos graxos, cidos resinosos e neutros

    Nas folhosas (eucaliptos) ocorremmais extrativos neutros.

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades dos extrativos

    Os extrativos saponificveis:cidos graxos e cidos resinosos

    so extrados pela lixvia durante

    o cozimento da madeira.

  • Propriedades dos extrativos

    Na celulose marrom, que vaiser branqueada, s esto

    presentes os

    extrativos neutros

  • Propriedades dos extrativos

    Os extrativos so:

    Muito insolveis em gua. Um pouco solveis em lcalis. Clorinveis (reagem com cloro)

    Formam pitchADAPTADO DE REEVE, 1996

  • # Fibras

    Propriedades dos extrativos Localizao nos elementas componentes da madeira/celuloseFolhosas:

    DIFUSO NAS PAREDES DASFIBRAS EM PEQUENA

    QUANTIDADE

  • # Vasos

    Propriedades dos extrativos Localizao nos elementas componentes da madeira/celulose Folhosas:

    DEPOSITADOS NO INTERIOR OUNA SUPERFCIE

  • DEPOSITADOS NO INTERIOR OU NASUPERFCIE

    # Raios (encontrados nos finos)

    Propriedades dos extrativos Localizao nos elementas componentes da madeira/celulose Folhosas:

  • Propriedades dos extrativos Localizao nos elementas componentes da madeira/celulose Conferas:

    # Fibras

    DIFUSOS NAS PAREDES DAS FIBRASEM PEQUENA QUANTIDADE

  • Propriedades dos extrativos Localizao nos elementas componentes da madeira/celulose Conferas:

    # Raios e parnquimas resinosos

    DEPOSITADOS NO INTERIOR OUNA SUPERFCIE

  • Propriedades da celulose

    BRANQUEABILIDADE(CONTEDO DE LIGNINA)

    Nmero de permanganato= n K

    Nmero Kappa = n Kappa

    n K = 2/3 n Kappa

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celulosePROPRIEDADES TICAS IDEAIS DO PAPEL

    Alvo Branco Opaco Homogeneo Fosco Sem direo principal Estvel No fluorescente

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseA CORAlgumas substncias aparecem coloridas porque elas contem grupos funcionais que so capazesde absorver a radiao de certos comprimentos de onda. Os outros componentes da luz branca sotransmitidos, difundidos e refletidos para dar a sensao de cor ao observador.

  • Propriedades da celulose

    A CORUma substncia parece azul a luz do dia, de comprimento de onda entre 4.000 e 8.000 A, porque ela tem um grupo ou grupos funcionais que absorvem as radiaes de comprimento de onda entre 5.700 e 5.900 A (luz amarela), e as converte em calor.

  • Propriedades da celulose

    A CORA luz transmitida, que agora est deficiente na luz amarela, d o efeito da cor azul para o olho.

  • Propriedades da celuloseA COROs grupos funcionais que conferem cor as substncias so chamados degrupos cromforos (cromo=cor).

    Grupos cromforos causam a absoro da luz

  • Propriedades da celuloseA COR

    A maioria dos cromforos possue ligaes insaturadas como C=O, C=C, ou N=N, em sistemas de ligaes conjugadas.

  • Propriedades da celuloseA COR

    Os polisacardeos no absorvem luz no espectro visvel. Uma pasta composta apenas de celulose e hemicelulosesdeveria ser branca

  • Propriedades da celuloseA COR

    O escurecimento dacelulose causado pela lignina, porcompostos de degradaoda lignina e por gruposcromforos formadosdurante o processo.

  • Luz refletida

    Luz incidente Luz absorvida

    Luz difundida

    Luz transmitida

    Propriedades da celuloseLUZ ATINGINDO FOLHAS DE PAPEL

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseAVALIAO DA REFLECTNCIA

    A correlao entre k/s e reflectncia dada pela equao deKUBELKA - MUNK:

    _____________/ 2

    R = 1 + (k/s) - V (k/s) + 2 ( k / s )

    onde

    R = refletividade de uma pilha infinita de folhas

    por exemplo, a alvurak = coeficiente de absoro, m2/kgs = coeficiente de difuso, m2/kg

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celulose

    DEFINIO DE ALVURA

    Alvura a reflectncia da luz azulcom um pico a 457 nm que ocorre emuma superfcie opaca de folhas de celulose comparada com uma superfcie padro refletora e difusora.

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • DIAGRAMA ILUSTRANDO SISTEMA DEILUMINAOUSADO PARAMEDIR AALVURADIFUSAISO

    Propriedades da celuloseDetector

    Filtros

    Absorvedor de brilhopreto fosco

    Cavidade esfricapintada de branco

    PapelDence & Reeve, 1996

  • Propriedades da celuloseDetector

    Filtros

    Papel

    ngulo 45

    DIAGRAMA ESQUEMTICOILUSTRANDO O SISTEMADE ILUMINAO USADOPARA MEDIR A ALVURA DIRECIONAL TAPPI

    Dence & Reeve, 1996

  • Propriedades da celuloseA COR

    A celulose branqueada temvalores de alvura entre86 e 94.Celulose no branqueadaentre 20 e 30.Papel jornal cerca de 55.

  • Propriedades da celuloseSUJEIRA

    ASPECTOS IMPORTANTES

    O que sujeira? Porque a sujeira cria um problema? De onde vem a sujeira? Como a sujeira pode ser controlada e avaliada? Quais os tipos mais comuns de sujeira? Como a sujeira pode ser identificada? Quais as medidas corretivas que podem ser tomadas? Que processo de seguimento necessrio?

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseSUJEIRA

    DEFINIO DE SUJEIRA

    Norma TAPPI T 213 om-85

    Sujeira definida como qualquer materialestranho, que tenha uma cor marcadamente contrastante com o resto da folha e que tenha uma rea preta equivalente de 0,04 mm2 ou mais.

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseSUJEIRA

    CALCULANDO O CONTEDO DE SUJEIRA

    Examinar os dois lados da folha Observar a folha em um ngulo reto com a superfcie. Registrar qualquer rea de sujeira maior que 0,04 mm2. Calcular a rea total de sujeira dos dois lados. Registrar a sujeira mdia em termos de milmetros quadrados da rea preta de sujeira por metro quadrado de superfcie.

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseSUJEIRA

    SUJEIRA PROVENIENTE DA MADEIRA

    * Casca

    * Material resinoso

    * Areia e terra

    * Shives (fibras sem branquear)

    * Esclerides e elementos de vasos

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseSUJEIRA

    SUJEIRA DO PROCESSO DE PRODUO# Partculas de carbono

    # Areia

    # Ferrugem

    # Borracha

    # Aglomerados de fibras

    # PITCHADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseSUJEIRA

    SUJEIRA DE FONTES EXTERNAS

    # Plsticos

    # Graxa ou leo

    # Depsitos de clcio ou alumnio

    # Cinzas

    # Madeira no cozida

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseSUJEIRA

    IDENTIFICAO DA SUJEIRAObservao visual e microscpica

    # Ferrugem: Torna-se azul quando tratada comCl 10% e ferrocianato de potssio

    # Shives: De cor marrom, fibrosos, fceis de identificar visualmente

    # Pitch: Amolece ou dissolve em diclorometano

    # Casca: Resulta em teste positivo comfloroglucinol

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseSUJEIRA

    ELIMINANDO O PROBLEMA# Ferrugem: Trocar \ reformar as

    tubulaes ou equipamentos enferrujados, checar a gua de alimentao e os equipamentos.

    # Shives: Checar a operao de peneiragemda massa marrom, checar a operao dos estgios de dixido de cloro.

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseSUJEIRA

    ELIMINANDO O PROBLEMA

    # Pitch: Minimizar os choques no sistema, usar agentes para controle de pitch.

    No pinho, verificar o tempo de estocagem.

    # Casca: Diminuir a casca que entra no sistema, aumentar o dixido de cloro.

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseSUJEIRA

    CONTAMINAO POR PLSTICOIDENTIFICAO

    Observar microscpicamente por forma e dureza.

    Comparar a cor, o ponto de fuso, a resistnciaqumica, a densidade e os resultados daqueima com outros plsticos conhecidos.

    Usar mtodos instrumentais, infravermelhoou cromatografia de gases.

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseSUJEIRA

    CONTAMINAO POR PLSTICOAO CORRETIVA

    Tomar todas as precauespara que a gua branca e as fibras contaminadas no estejam retornando para o sistema de circulao.

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseSUJEIRA

    CONTAMINAO POR PLSTICOAO CORRETIVA

    Certificar-se que os rejeitos das peneiras esto sendo retirados como rejeito slido.

    Checar operao dos sistemasde peneiragem

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseSUJEIRA

    CONTAMINAO POR PLSTICOAO CORRETIVA

    Reavaliar treinamento de conscientizao dosfuncionrios e os programasde limpeza e conservao dafbrica.

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celulose

    VISCOSIDADE DA CELULOSE

    # Viscosidade de uma soluo de celulose

    # Solvente- cuproetilenodiamina - CED- cuproamonio - Cuam

    # Devem ser usadas concentraes adequadas de solvente e de celulose.

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celulose

    VISCOSIDADE DA CELULOSE

    # Viscosmetros ;capilar, queda de bola

    # uma medida indireta docomprimento de cadeiada celulose.

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseVISCOSIDADE DA CELULOSE

    UNIDADES

    Tappi T230Concentrao da celulose 0,5%0,5 M CED

    Unidades: centipoise, cpou milipascal segundo,

    mPa s

    1 cp = 1mPa sADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseVISCOSIDADE DA CELULOSE

    UNIDADESViscosidade Intrnseca SCAN

    Concentrao da celulose,C = 0,3 a 0,5g/100cm31,0 CEDDeterminar a viscosidade relativaLimite de viscosidade quando C->0dividido por C0,905

    DP = 0,75*Viscosidade Intrnseca

    Unidades: cm3/g de dm3/g

  • Propriedades da celuloseVISCOSIDADE DA CELULOSE

    Comparao entre unidades de viscosidade de celulose

    0400800

    12001600200024002800

    5,8 9,2 15,8 25 42 54

    Tappi - mPa.s

    SCAN-cm3/g DP

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseInfluncia da viscosidade da celulose na resistncia ao

    rasgo

    8

    10

    12

    14

    16

    18

    20

    600 700 800 900 1000 1100 1200 1300

    Viscosidade , dm3/kg

    ndice de rasgo para indice de trao 90

    Fahey,1992ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Propriedades da celuloseVARIABILIDADE

    # EspcieFolhosasConferas

    # Fonte de madeira# Tipo de digestor# Tipo de controle

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Sistemas de branqueamento

    gua

    Reagentes de branqueamento

    Reaes de branqueamento

    Comparao entre reagentes

    Condies de processo

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Sistemas de branqueamentoO reagente de branqueamento

    mais importante:

    GUA

    transporta a massa dissolve os reagentes reage dissolve os resduos lava a celulose aquece como vapor

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Sistemas de branqueamentoEquipamentos fundamentais

    para o branqueamento

    OS LAVADORES DO DIGESTOR removem por arraste os produtos

    das reaes do interior das fibras. economizam reagentes evitando

    consumo desnecessrio de oxidantes.

  • Sistemas de branqueamento

    QUANDO EMDVIDA:

    COLOQUE UM OUTRO LAVADOR!!!

  • Sistemas de branqueamentoREAGENTES

    C CloroH HipocloritoD Dixido de cloroO OxignioP Perxido de hidrognioE Hidrxido de sdioZ Oznio

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Sistemas de branqueamentoHISTRICO

    Ar + Sol1800 H, HH1900 HEH1930 CEH1950 CEDED1970 OCEDED1980 C (E+O) DED1990 DEDED1992 OZED, OZP

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Sistemas de branqueamento

    DESLIGNIFICAO

    CE(C+D) E(DC) EOCEDEOZE

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Sistemas de branqueamento

    BRANQUEAMENTO

    Tradicionalmente

    at 1970 Hat 1985 D, HDat 1990 DED, D(E+P)D, DND

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Sistemas de branqueamentoSEQUNCIAS DE BRANQUEAMENTO

    CEH

    Sequncia usada para a produo de celulose kraft semibranqueada

    Dence & Reeve,1996

  • Sistemas de branqueamentoSEQUNCIAS DE BRANQUEAMENTO

    CECEHEHEDED

    Sequncia usada para produzir papis de alvuras elevadas sem perda de resistncia

    Dence & Reeve,1996

  • Sistemas de branqueamentoSEQUNCIAS DE BRANQUEAMENTO

    OCEDED

    Sequncia introduzida nadcada de 1970 para diminuir o consumo decloro

    Dence & Reeve,1996

  • Sistemas de branqueamentoSEQUNCIAS DE BRANQUEAMENTO

    C/DEODED

    Sequncia clssica para produo de celulose de mercado na dcada de 1980

    Dence & Reeve,1996

  • Sistemas de branqueamentoSEQUNCIAS DE BRANQUEAMENTO

    D (EO) DED

    Sequncia clssica para aproduo de celulose ECF de mercado. ECF - livre de cloroelementar

    Dence & Reeve, 1996

  • Sistemas de branqueamentoSEQUNCIAS DE BRANQUEAMENTO

    O (DC) (E+O)D

    Sequncia destinada adiminuir o nvel de AOX nosefluentes, sem aumentar aproduo de ClO2.

    Dence & Reeve, 1996

  • Sistemas de branqueamentoSEQUNCIAS DE BRANQUEAMENTO

    OD (E+O+P) D (E+P) D

    Sequncia destinada adiminuir o nvel de AOX nos efluentes.

    Dence & Reeve, 1996

  • Sistemas de branqueamentoSEQUNCIAS DE BRANQUEAMENTO

    OZ(EO)D

    Primeira sequncia que usou oznio na produo comercial de celulose kraft nos Estados Unidos.

    Dence & Reeve, 1996

  • Sistemas de branqueamentoSEQUNCIAS DE BRANQUEAMENTO

    OQP

    Primeira sequnciacomercial de produo de celulose TCF para celulose sulfato branqueada.

    Dence & Reeve, 1996

  • Sistemas de branqueamentoSEQUNCIAS DE BRANQUEAMENTO

    OZED

    Sequncia curta e econmica.Minimizao de compostosorganoclorados nos efluentes.

    Dence & Reeve, 1996

  • Sistemas de branqueamento

    Estados de oxidao do composto cloro

    NaCl (cloreto de sdio) -1 Cl2 (cloro) 0 NaClO (hipoclorito de sdio) +1 NaClO2 (clorito de sdio) +3 ClO2 (dixido de cloro) +4 NaClO3 (clorato de sdio) +5

    Compostos com cloro

  • Sistemas de branqueamento

    Cloreto de sdio e clorato de sdioso inteis para o branqueamentodevido a sua estabilidade inerente:a sua camada eletrnica exteriorest completa.

    Os compostos de cloro teis parao branqueamento so os que tem estados de oxidao entre +4 e 0.

    Compostos com cloro

  • Sistemas de branqueamento

    A molcula de cloro possue umtomo com carga +1 e um tomocom carga -1.

    Uma molcula de cloro quer obter2 eletrons para atingir parachegar ao seu tomo de carga +1atingindo o seu estgio de oxidao -1.

    Compostos com cloro

  • Sistemas de branqueamento

    Uma molcula de dixido decloro precisa de 5 eletrons paraatingir o estado -1.

    Cloreto de sdio mais estvel queclorato de sdio: um tomo de clorocom o intervalo de oxidaoabrangendo entre +4 a + 1 vaitentar atingir o estgio -1 em vezdo estgio +5

    Compostos com cloro

  • Sistemas de branqueamento

    O dixido de cloro portanto um reagente2,5 vezes mais eficiente que o cloro molcula pormolcula.

    Uma molcula de dixidode cloro reage como 2,5molculas de cloro.

    Compostos com cloro

  • Sistemas de branqueamentoREAES DE BRANQUEAMENTO - 1

    OS OXIDANTES

    # fragmentam# criam grupos ionizveis# descolorem# dissolvem

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Sistemas de branqueamentoREAES DE BRANQUEAMENTO -2

    Os OXIDANTES tem caractersticas:

    rapidez, velocidade de reao poder de oxidao especificidade sensibilidade ao pH

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Sistemas de branqueamentoREAES DE BRANQUEAMENTO -3

    Os OXIDANTES reagem em degraus

    - - -- +2e +2e +2e -

    ClO2 ---> ClO2----> HClO ---> Cl Dixido Ion cido Ion Clorode cloro clorito Hipocloroso

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • -HO2

    - - - -+e +e +e +e

    O2--->HO2--->H2O2--->OH--->H2ORadical Perxido Radical

    hidroperxido de Hidroxilahidrognio

    Sistemas de branqueamentoREAES DE BRANQUEAMENTO -4Os OXIDANTES reagem em degraus

    ADAPTADO DE REEVE, 19

  • Sistemas de branqueamentoREAES DE BRANQUEAMENTO -5

    LCALI

    Fragmenta

    Ioniza

    Dissolve

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamentoEQUIVALENTES DE OXIDAO - 1

    OXE = Equivalente de oxidao

    = usado em substituio ao termo cloro ativo

    = o nmero de moles transferidos ao oxidantedurante o branqueamentooxidativo ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamento

    EQUIVALENTES DE OXIDAO - 2

    _ _Cl2 + 2 e ----> 2 Cl

    _ _ClO2 + 5 e -----> 5 Cl

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Sistemas de branqueamentoEQUIVALENTES DE OXIDAO - 3

    Cl2 ClO2

    Peso molecular 71 67,5Eletrons transferidos 2 5Peso equivalente 35,5 13,5

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamentoEQUIVALENTES DE OXIDAO - 4

    Peso equivalentekg/kg mol

    Cl2 35,5ClO2 13,5O2 8O3 8H2O2 17

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamentoCUSTOS DO BRANQUEAMENTO

    1. Equivalentes de oxidao2. Deslignificao ou eficincia de

    branqueamento3. Preo por unidade de peso4. Custo de capital5. Rendimento em celulose6. Outros reagentes necessrios7. Custos de meio ambiente

    1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 = Custo portonelada de celulose

    ADAPTADO DE REEVE 1996

  • Seletividade

    Limpeza

    Riscos

    Sistemas de branqueamentoOUTROS FATORES PARA A

    COMPARAO DOS REAGENTES DE BRANQUEAMENTO

    ADAPTADO DE REEVE, 19

  • Sistemas de branqueamento

    SELETIVIDADE Reao com lignina ou celulose?

    Deslignificao D > C > O > Z

    Alvejamento D, P > H

    Fortemente dependentes dascondies de processo

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamento

    LIMPEZA

    Capacidade de remover shives?(aglomerados de fibras)

    D > H, C > O, P > Z

    Fortemente dependente dascondies de processo

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamento

    CONDIES DE PROCESSO

    Reagentes aplicados/consumidos Tempo / Temperatura Oxidante residual Consistncia pH Limites do estgio / parmetros

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamento

    CONSUMIDO

    =

    APLICADO - RESIDUAL

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamento

    Alvura

    Reagentes consumidos

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamento

    Fator Kappa

    CLORO EQUIVALENTE,% NA CELULOSE

    =(FATOR KAPPA) x (NMERO KAPPA)

    ADAPTADO DE REEVE, 1996

  • Sistemas de branqueamento

    Fator Kappa

    tambm conhecido como:

    Mltiplo de cloro

    Mltiplo de cloro equivalente

    Mltiplo de cloro ativoADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamento

    Referncias:Sequncias A e B: C.A.Santos e C.A.A.SantosProduo contnua de Celulose ECF na BahiasulCelulose - 29 congresso ABTCP-novembro 1996.

    Sequncias C e D: in Douglas Reeve, Bleaching Principles - Short Course - TAPPI - New Orleans-maro 1996.

  • Sistemas de branqueamentoSEQUNCIA A - CONDIES DE

    BRANQUEAMENTOCELULOSE DE EUCALIPTO

    Sequncia D (E+O+P) D D

    Fator kappa 0,20Dosagens, kg/tsa

    dixido, como cloro ativo 17,3 17,1 0,9perxido de hidrognio 2,7soda custica 11,7 oxignio 4,5

    ______________________________________________________________________

    Santos & Santos

  • Sistemas de branqueamentoSEQUNCIA B - CONDIES DE

    BRANQUEAMENTO OTIMIZADAS COM ESTGIO PO

    CELULOSE DE EUCALIPTO

    Sequncia D (PO) D D

    Fator kappa 0,12Dosagens, kg/tsadixido, como cloro ativo 10,3 7,0 2,7perxido de hidrognio 9,0sulfato de magnsio, como Mg 1,2soda custica 13,5 oxignio 10,8

    ________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Santos e Santos

  • Sistemas de branqueamento

    SEQUNCIA A - CONDIES DE BRANQUEAMENTO

    CELULOSE DE EUCALIPTO

    Sequncia D (E+O+P) D D ______________________________________________% da dosagem

    dixido de cloro 100 100 98perxido de hidrognio 97,7

    ______________________________________________________

    Santos & Santos

  • Sistemas de branqueamento

    SEQUNCIA B - CONDIES DE BRANQUEAMENTO OTIMIZADAS COM ESTGIO PO

    CELULOSE DE EUCALIPTO

    Sequncia D (PO) D D ___________________________________________

    Reagentes consumidos% da dosagemdixido de cloro 100 100 98perxido de hidrognio 65,0

    _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    Santos & Santos

  • Sistemas de branqueamento

    SEQUNCIA A - CONDIES DE BRANQUEAMENTO

    CELULOSE DE EUCALIPTO

    Sequncia D (E+O+P) D D ______________________________________________pH inicial 3,7 11,6 5,9 4,9final 2,6 11,0 3,9 4,0

    __________________________________________Caracterizao da polpa finalalvura, % ISO 72,0 70,0 88,5 89,9reverso TAPPI, % ISO 2,9viscosidade, dm3/kg 832 768nmero kappa 2,8

    Santos & Santos

  • Sistemas de branqueamento

    SEQUNCIA B - CONDIES DE BRANQUEAMENTO OTIMIZADAS COM ESTGIO PO

    CELULOSE DE EUCALIPTO

    Sequncia D (PO) D D ______________________________________________pH inicial 3,0 10,1 4,7 4,4

    final 2,8 9,5 3,9 3,8_______________________________________Caracterizao da polpa finalalvura, % ISO 66,9 83,2 87,5 90.0reverso TAPPI, % ISO 2,4viscosidade, dm3/kg 835 812nmero kappa 4,0

    Santos & Santos

  • Sistemas de branqueamentoSEQUNCIA C - CONDIES DE BRANQUEAMENTO

    CONFERA, KAPPA 30, FATOR KAPPA 0,22, 50% SUBSTITUIO

    (DC) EO D1 E2 D2Reagenteaplicado, kg/t

    Cl2 33ClO2 13 10 3NaOH 30 402 5

    Temperatura C 50 70 70 70 70Oxidante residual 0 - +ve - +veConsistncia, % o.d. 3 12 12 12 12Tempo, minutos 45 120 180 60 180pH final 1,8 10,8 3,5 10,8 4Kappa objetivo - 3-4 - - -Alvura objetivo - 82 - 90

    Reeve

  • Sistemas de branqueamentoSEQUNCIA D - CONDIES DE BRANQUEAMENTO

    CONFERA, KAPPA 30, FATOR KAPPA 0,20

    O D E O DReagenteaplicado, kg/t

    O2 20 - 5 -ClO2 - 10 - 10NaOH 25 - 10 -H2O2 - - 5 -

    Temperatura C 100 Tempo, minutos 30Oxidante residual + 0 + +Consistncia, % seca 11+ 3 10,6 4Nmero Kappa objetivo 13 - 2-3 -Alvura objetivo - - - 90

    Reeve

  • Sistemas de branqueamento

    Aspectos fsicos:- celulose, gua e gases

    FlowsheetsEquipamentoOutras exigncias

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamentoMisturas de celulose e gua

    Alta consistncia

    Mdia consistncia

    Baixa consistncia

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamentoConsistncia*90 Sca ao ar

    25-40 Alta consistncia

    10-20 Mdia consistncia

    2-5 Baixa consistncia

    * % de fibras scas na massa total

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamento

    Volume relativo - gua e celulose

    3% Consistncia

    12% Consistncia

    30% Consistn.

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamentoVolume relativo - gua e celulose

    fibra sca

    fibra mida

    fibra mida + 1,5 gde gua no lmenpor g de fibra

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • 100

    10

    1

    0,1

    0,01

    0,001

    Sistemas de branqueamento

    0,01 0,1 1 10

    ClO2 10C

    ClO2 40C

    Cl2 10CCl2 60C

    O3 50C

    O2 100 C

    Presso, atm

    S

    o

    l

    u

    b

    i

    l

    i

    d

    a

    d

    e

    ,

    g

    /

    l

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamento

    Difuso do gas da gua para a fibra

    Gas

    Fibra

    gua

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamento

    Deslignificaocom oxignio-pr O

    Extraoalcalina - EO

    30% 12% 12% Consistncia

    O2 - gas

    O2 - guaCelulosemida

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamento

    Deslignificao com oznio - O3

    30% 12% Consistncia

    O3 - Gas

    gua

    Celulosemida

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Distribuia da lignina na fibra da madeira

    70 a 80% no interior da fibra (paredesecundria)

    20 a 30% nalamela mdia

    Sjonstrom, 1981

  • Durante o cozimentoa maioria da lignina

    removida.A lamela mdia

    desapareceA lignina residual fica distribuida no

    interior daparede celular

    Propriedades da fibra

  • As macromolculas dalignina residual ou so muitograndes para ser retiradas

    pela lixvia de cozimento atravsdos poros da parede celular, ou

    esto ligadas a cadeia de celulose.

    Propriedades da fibra

  • Para que essa lignina possa ser retirada as suas macromolculas devem

    diminuir de tamanho e serarrastadas para fora das fibras.

    Esse o papel dosreagentes usados

    para o branqueamento da celulose

    Propriedades da fibra

  • Distribuia da lignina na fibra da celulose

    Sjonstrom, 1981

    A lignina residualfica ligada a celulose no interiorda parede celular.

    O reagenteprecisapenetrar naparede parapoder atuar

  • Os reagentes penetram naparede celular atravs dos poros.Alguns compostos, como o cloro, fazem com que a parede celularinche e os poros se fecham,

    impedindo a entrada do reagenteat o interior da fibra, que fica

    sem reagir.Compostos lignoclorados so

    muito volumosos.

    Propriedades da fibra

  • Todos os compostos, lquidos ougasosos, devem penetrar at ointerior da parede celular parapoderem reagir com a lignina.

    Para que os reagentes possam ser transportados at o interior da

    clula so necessrios misturadoresmuito eficientes.

    Propriedades da fibra

  • Distribuia da lignina na fibra da celulose

    As partes residuaisda lignina precisamser retiradas do interior da parededa fibra.A retirada maiseficiente nosestgios alcalinos.

  • Para que a ligninaque reagiu seja

    retirada de dentro da fibra necessrio um

    sistema de lavagemeficiente

    Propriedades da fibra

  • A eficincia da lavagemaps cada estgio de

    branqueamento garante a retida das molculas de lignina ea economia de reagente no

    prximo estgio e a economiado processo como um todo.Usando-se menos reagentes

    a celulose tem menos degradao.

    Propriedades da fibra

  • Sistemas de branqueamento

    Celulose nobranqueada

    Reagentesqumicos gua

    Vapor

    Vapor para scrubber

    CeluloseBranqueada

    Efluente paradescargaEfluente para

    recuperao

    SISTEMA DEBRANQUEA-

    MENTO

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Celulosenobranqueada

    Sistemas de branqueamento

    C/D EO D E D

    Cl2 NaOH ClO2 NaOH ClO2

    ClO2 O2 NaOHgua e gua e gua e gua e

    gua vapor vapor vapor vapor

    CeluloseBranqueada

    Efluentecido Efluente

    Alcalino

    ESQUEMA DE UM BRANQUEAMENTO CONVENCIONAL

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamento

    Vapor Reagentes gua

    Celulose Celuloselavada dos lavadaestgios Efluente para osanteriores prximos

    estgios

    Mistu-rador

    Mistu-rador Reator Lavador

    ESQUEMA GERAL DE ESTGIO DE BRANQUEAMENTOADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamento

    EQUIPAMENTO

    Torres Bombas Lavadores Misturadores Tubulaes Instrumentao Controles Esgotos ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamento

    OUTRAS NECESSIDADES

    GerentesSupervisoresOperadoresAjudantesTcnicos

    EngenhariaVendas

    ADAPTADO DE REEVE, 1998

  • Sistemas de branqueamentoFUNES, VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS

    REAGENTES DE BRANQUEAMENTO - 1

    Dence & Reeve,1996

    Oxidante: Cloro - Cl

    Funo: Oxida e clora a lignina

    Vantagens: Efetivo, deslignificao econmica; boaremoo de partculas e shives

    Desvantagens: Formao de organoclorados;altamente corrosivo

  • Sistemas de branqueamentoFUNES, VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS

    REAGENTES DE BRANQUEAMENTO - 2

    Dence & Reeve,1996

    Oxidante: Hipoclorito - HClO

    Funo: Oxida, descolore e solubiliza a lignina

    Vantagens: Fcil de fazer e de usar, custo baixo

    Desvantagens: Pode causar a perda da resistncia da celulose; formao de clorofrmio

  • Sistemas de branqueamentoFUNES, VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS

    REAGENTES DE BRANQUEAMENTO - 3

    Dence & Reeve,1996

    Oxidante: Dixido de cloro, ClO2

    Funo: 1. Oxida, descolore e solubiliza a lignina2. Em pequenas quantidades com Cl2

    protege a celulose da degradao

    Vantagens: Consegue elevados graus de alvura semperda de resistncia da celulose. Bombranqueamento de partculas

    Desvantagens: Precisa ser feito no local, custo elevado,alguma formao de organoclorados,altamente corrosivo

  • Sistemas de branqueamentoFUNES, VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS

    REAGENTES DE BRANQUEAMENTO - 4

    Dence & Reeve,1996

    Oxidante: Oxignio - O2

    Funo: Oxida e solubiliza a lignina

    Vantagens: Baixo custo qumico; fornece efluente livrede cloro para a recuperao

    Desvantagens: Requer investimento de capital significativo em equipamento quando usado em grandes quantidades; perdapotencial de rendimento em celulose.

  • Sistemas de branqueamentoFUNES, VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS

    REAGENTES DE BRANQUEAMENTO - 5

    Dence & Reeve,1996

    Oxidante: Perxido de hidrognio - H2O2

    Funo: Oxida e descolore a lignina

    Vantagens: Fcil de usar, baixo custo de capital

    Desvantagens: Alto custo de reagentes; branqueamentodeficiente de partculas; pode causar a perda da resistncia da celulose.

  • Sistemas de branqueamentoFUNES, VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS

    REAGENTES DE BRANQUEAMENTO - 6

    Dence & Reeve,1996

    Oxidante: Oznio - O3

    Funo: Oxida, descolore e solubiliza a lignina.

    Vantagens: Eficiente, produz efluente livre de cloretospara o branqueamento

    Desvantagens: Precisa ser feito no local; custo; baixaremoo de partculas, pouca resistncia da celulose

  • Sistemas de branqueamentoFUNES, VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS

    REAGENTES DE BRANQUEAMENTO - 7

    Dence & Reeve,1996

    Enzima: Xilanase

    Funo: Cataliza a hidrlise da xilose e na remooda lignina

    Vantagens: Fcil de usar, baixo custo de capital

    Desvantagens: Efetividade limitada; custo

  • Sistemas de branqueamentoFUNES, VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS

    REAGENTES DE BRANQUEAMENTO - 8

    Dence & Reeve,1996

    lcali: Hidrxido de sdio - NaOH

    Funo: Hidrolisa a clorolignina e a lignina solvel

    Vantagens: Efetivo e econmico

    Desvantagens: Escurece a celulose

  • Sistemas de branqueamentoFUNES, VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS

    REAGENTES DE BRANQUEAMENTO - 9

    Dence & Reeve,1996

    Quelantes: EDTA ou DTPA

    Funo: Remove ons metlicos

    Vantagens: Melhora a seletividade e eficincia dos perxidos

    Desvantagens: Custo

  • Sistemas de branqueamentoDESCRIO DOS REAGENTES

    Nome: CloroFrmula: Cl2Designao do estgio: C

    Manufatura: Produto da hidrlise de soluo de NaCl. Manufaturado no local ou transportadoem forma lquida sob presso.

    Modo de aplicao no sistema: Gas pressurizado.

    Dence & Reeve, 1996

  • Sistemas de branqueamentoDESCRIO DOS REAGENTES

    Nome: HipocloritoFrmula: NaOClDesignao do estgio: H

    Manufatura: Por reao de Cl2 com NaOH, usualmentena prpria fbrica.

    Modo de aplicao no sistema: Soluo, at 40 g/lcomo equivalente de Cl2.

    Dence & Reeve, 1996

  • Sistemas de branqueamentoDESCRIO DOS REAGENTES

    Nome: Dixido de cloroFrmula: ClO2Designao do estgio: D

    Manufatura: Na fbrica por reduo de clorato.

    Modo de aplicao no sistema: Soluo, aproximadamente 10 g/l

    Dence & Reeve, 1996

  • Sistemas de branqueamentoDESCRIO DOS REAGENTES

    Nome: OxignioFrmula: O2Designao do estgio: O

    Manufatura: Por separao do ar.Transportado como lquido criognico ou separado no local.

    Modo de aplicao no sistema: Gas pressurizado

    Dence & Reeve, 1996

  • Sistemas de branqueamentoDESCRIO DOS REAGENTES

    Nome: Perxido de hidrognioFrmula: H2O2Designao do estgio: P

    Manufatura: Por reduo de oxignio com intermedirios orgnicos.Transportado como soluo a 50%.

    Modo de aplicao no sistema: Soluo, 2-5%

    Dence & Reeve, 1996

  • Sistemas de branqueamentoDESCRIO DOS REAGENTES

    Nome: OznioFrmula: O3Designao do estgio: Z

    Manufatura: No local, por descarga eltrica silenciosa em oxignio gasoso.

    Modo de aplicao no sistema: Mistura de gaspressurizado de at 12% O3 em O2.

    Dence & Reeve, 1996

  • Sistemas de branqueamentoDESCRIO DOS REAGENTES

    Nome: EnzimasFrmula: DiversasDesignao do estgio: X

    Manufatura: Isoladas a partir de processos defermentao.

    Modo de aplicao no sistema: Soluo

    Dence & Reeve, 1996

  • Sistemas de branqueamentoDESCRIO DOS REAGENTES

    Nome: Hidrxido de sdioFrmula: NaOHDesignao do estgio: E

    Manufatura: Por eletrlise de soluo de NaCl,muitas vezes no local.Transportado como soluo a 50%.

    Modo de aplicao no sistema: Soluo,aproximadamente 10%.

    Dence & Reeve, 1996

  • Sistemas de branqueamentoReaes dos oxidantes usados no branqueamento

    Cl2 + 2 e- ---> 2 Cl-

    NaOCl + H2O + 2 e- ---> NaCl + 2 OH-

    ClO2 + 2 H2O + 5 e- ---> Cl- + 4 OH-

    O2 + 2 H2O + 4 e- ----> 4 OH-

    H2O2 + 2 H+ + 2 e- ---> 2 H2O

    O3 + 3 H+ + 6 e- ----> 3 OH-

    Incluir NaOCl e NaCl porque:2 NaOH + Cl2 ---> NaOCl + NaCl + H2O

    Dence & Reeve1996

  • Reaes durante o branqueamento com dixido de cloroBranqueamento com cloro e ECF

    ClO3-

    ClO2

    ClO2-

    HClO

    Cl2

    Cl-

    Estados deoxidao5

    4

    3

    1

    0

    -1

    8 9 10

    1 2

    3

    4 6 4 5 7

    Reaes dacelulose

    OrganocloradosREEVE,1998

  • Branqueamento com cloro e ECFReaes durante o branqueamento

    com dixido de cloro

    O dixido de cloro reage com a celulose, transferindo um eletron durante a reao, para produzir o ion clorito (ClO2-). O ion clorito no reage diretamente com a celulose (1).

    O dixido de cloro reage com a celulose para formar HClO (2).

    Reeve,1996

  • Branqueamento com cloro e ECFReaes durante o branqueamento

    com dixido de cloro

    O HClO parcialmente convertido a Cl2 por hidrlise (3).

    O HClO, cido hipocloroso e o cloro reagem com a celulose produzindo o on cloreto (Cl-) e material orgnico clorado (4, 5, 6, 7).

    Reeve,1996

  • Branqueamento com cloro e ECFReaes durante o branqueamento

    com dixido de cloro

    O cido hipocloroso (HClO) reage com o ion clorito (ClO2-) para formar o on clorato (ClO3-) (8).

    Em condies cidas, o ion clorito (ClO2-) se decompe em dixido de cloro e no ion cloreto (Cl-) (9).

    Reeve,1996

  • Branqueamento com cloro e ECFReaes durante o branqueamento

    com dixido de cloro

    O cloro reage com o ion clorito(ClO2-) para regenerar o dixido de cloro (10).

    Reeve,1996

  • Branqueamento com cloro e ECF

    Quando o nmero Kappa da extrao

    alcalina diminui

    A alvura final do estgio aumenta

    A alvura da celulose final aumenta

  • Branqueamento com cloro e ECF

    Aumento do nmero Kappa do estgio alcalino

    A

    u

    m

    e

    n

    t

    o

    d

    e

    a

    l

    v

    u

    r

    a

    n

    o

    e

    s

    t

    g

    i

    o

    Efeito da diminuio do nmero Kappa noprimeiro estgio de extrao alcalina

  • Aumentando a alvurada

    celulose final

    DIMINUI A READE SUJEIRA

    VISVEL

    Branqueamento com cloro e ECF

  • Branqueamento com cloro e ECF

    Impacto do aumento de uso dedixido de cloro no primeiroestgio:

    Deslignificao menos eficiente

    O tempo de residncia curtoimpede o aumento do fator kappasem aumento de residual

    REEVE.1996

  • Branqueamento com cloro e ECF

    Impacto do aumento de uso dedixido de cloro no primeiroestgio:

    Problema solucionado com adiminuio do fator kappa e aumento de temperatura.

    REEVE.1996

  • REEVE.1996

    Branqueamento com cloro e ECF

    Folhosas Conferas0

    0,1

    0,2

    0,3

    Fator Kappa

    Folhosas Conferas

    Fator Kappa do D/C ou D

    50% ClO2 ECF

  • REEVE,1996

    Branqueamento com cloro e ECF

    Folhosa Confera0

    0,5

    1

    1,5

    2

    2,5

    3

    Folhosa Confera

    Nmero Kappa da Extrao

    50% ClO2 ECF

  • REEVE.1996

    Branqueamento com cloro e ECF

    Folhosa Confera0

    20

    40

    60

    80

    Folhosa Confera

    Alvura do EOP

    50%ClO2 ECF

  • REEVE.1996

    Branqueamento com cloro e ECF

    Impacto do ECF na deslignificao

    FOLHOSAAumento do H2O2 parao estgio EOP para compensar o fator Kappamais baixo.

  • REEVE.1996

    Branqueamento com cloro e ECF

    Impacto do ECF na deslignificao

    CONFERADecrscimo do fator Kappa depoisdos primeiros dois estgios.

  • REEVE.1996

    Branqueamento com cloro e ECF

    Impacto do ECF

    FOLHOSAS E CONFERAS

    Com o ECF o nmero Kappa da extrao alcalina foi mais alto, refletindo a menor eficincia de deslignificao dos primeiros dois estgios.

    Foi necessrio mais dixido para atingira mesma alvura no ltimo estgio dedixido.

  • REEVE.1996

    Branqueamento com cloro e ECF

    Folhosa Confera87

    88

    89

    90

    91

    Folhosa Confera

    ALVURA FINAL

    50% ClO2 ECF

  • REEVE,1996

    Branqueamento com cloro e ECF

    QUALIDADE DA CELULOSE50%ClO2 ECF

    FolhosaAlvura 89,8 90,4Viscosidade 18,6 19,3Sujeira 2 2

    ConferaAlvura 89,0 88,7Viscosidade 18,4 19,3Sujeira 2 2

  • Deslignificao extendida Reagentes de branqueamento baseados

    em oxignio- oxignio- perxido- oznio- outros

    Sequncias de branqueamento TCF Qualidade e economia do processo

    REEVE 1996

    Branqueamento baseado em oxignio

  • REEVE.1996

    Branqueamento baseado em oxignio

    Deslignificao extendida

    Conferas: Kappa 16-18Folhosas: Kappa 8 - 12

    ContnuosEMCC - Ahlstrom KamyrITC - Kvaerner

    Descontnuos (batch)Superbatch - SundsEnerbatch-Voest-Alpine/AndritzRDH

  • Reaes de oxignio com a lignina

    lcaliO2 + lignina ------------> (lignina oxidada)

    Fragmentao Oxidao Ionizao Solubilizao

    Notar a baixa solubilidade do oxignioem gua

    REEVE,1996

    Branqueamento baseado em oxignio

  • REEVE,1996

    Branqueamento baseado em oxignio

    Reaes do oxignio com a celulose

    Oxidao e hidrlise no meio dacadeia, levando a quebra da cadeiae a perda de resistncia.

    Descascamento (peeling) e dissoluo, levando a perda derendimento.

  • REEVE,1996

    Branqueamento baseado em oxignio

    Condies de processo da deslignificaocom oxignio

    * Objetivo da deslignificao: 40-60%* Carga de oxignio: 0,15% da celulose comoO2 para cada unidade de decrscimo de nkappa* Carga alcalina:0,13 -0,16% NaOH em celulose para cada unidade de decrscimo de nkappa* Adio de Mg++: 0,05% em celulose* Tempo: 30 - 60 min* Presso: 50 - 100 psi

  • REEVE.1996

    Branqueamento baseado em oxignioDeslignificao por oxignio

    a alta consistncia melhorada usadapela Union Camp

    * O lcali adicionado a celulose a baixaconsistncia e depois a celulose pressionada at 30%.

    * A deslignificao aumenta para maior doque 60%.

    * A viscosidade e a resistncia no mudam.

  • Deslignificao com oxignio amdia consistncia melhorada

    * Adio de oxignio em dois estgios

    * Deslignificao melhorou:Conferas: 44 a 54%Folhosas: 40 a 47%

    * Com capital baixo e a presso atmosfrica se consegue 25% dedeslignificao.

    REEVE.1996

    Branqueamento baseado em oxignio

  • REEVE,1996

    Branqueamento baseado em oxignio

    Branqueamento com perxido

    * QumicaBranqueamentoDeslignificao

    * Sequncias e condies deprocesso

  • REEVE,1996

    Branqueamento baseado em oxignio

    Qumica do branqueamento com perxido

    lcaliH2O2 -------------> OOH-

    + lignina ---> lignina menoscolorida

    Mg++ e silicato de sdio podemser adicionados.

  • Qumica do branqueamento com perxido

    lcaliH2O2 --------------------------> OH, O2 -

    M+ catalizador+ lignina -----> fragmentada/oxidada

    ionizada/solubilizada+ celulose ---> fragmentada/oxidada

    ionizada/solubilizada

    ons metlicos (Mn, Fe, Cu) socontrolados por quelao e lavagem(para evitar perda de viscosidade)

    REEVE,1996

    Branqueamento baseado em oxignio

  • REEVE,1996

    Branqueamento baseado em oxignioBranqueamentos com perxido

    (EPO), (EP)Tradicionalmente* Adicionados ao E2 - 0,2% H2O2 empeso da celulose

    * Adicionado ao E1 ou (EO) - 0,4%

    * Aumenta alvura, diminui ClO2

    * Adicinado a estocagem em altadensidade - 0,2%

  • REEVE,1996

    Branqueamento baseado em oxignio

    Deslignificao e branqueamento comperxido - I OQP, OXQPPP

    Q: quelante, X: xilanase

    * Quelao com EDTA ou DTPA

    * Ajudada por enzimas

    * 40 a 60 kg H2O2 por tonelada de celulose

    * Tempos de reteno de at 16 horas

  • REEVE,1996

    Branqueamento baseado em oxignio

    Perxido Pressurizado

    * So aumentados- temperatura, 110C- razo de consumo de H2O2- razo de branqueamento

    * Adio de O2 benfica* No tem impacto na eficincia ou naviscosidade

    * Beneficia as sequncias ECF e TCF

    Operao com muitos gastos de capital

  • Deslignificao e branqueamento comperxido - II

    A eficincia aumentada a partir de:

    Adio de Mg++

    Aumento da consistncia de 10 at 30%

    REEVE.1996

    Branqueamento baseado em oxignio

  • REEVE.1996

    Branqueamento baseado em oxignio

    Branqueamento com oznio

    Reaes do oznio

    Manufatura do oznio

    Fluxogramas e equipamentos

    Condies de processo

    Desenvolvimento em fbricas

  • REEVE,1996

    Branqueamento baseado em oxignio

    Reaes do oznio com a lignina

    O3 + lignina -------> (lignina oxidada)

    Intermedirios

    O2 HO2 H2O2 OH

  • REEVE,1996

    Branqueamento baseado em oxignio

    Reao de oznio com a celulose

    O3 + celulose ---> (celulose oxidada)

    Celulose de cadeia maiscurta

  • REEVE,1996

    Branqueamento baseado em oxignio

    Gerao de oznio

    e- Alta ----------> e- Baixa

    O2 --------> 2O

    O + O2 -------> O3

    * Por descarga eltrica silenciosa tipo corona

    * 9 -15 kWh/kg O3

  • Branqueamento baseado em oxignio

    REEVE,1996

    Esquema de gerao de oznio

    CA

    Remoo de calor

    Remoo de calor

    Eletrodo

    Dieltrico

    DescargadogeradorcontendoO3

    Eletrodo

    Espao de descarga

    do tipo Corona

    Gas de

    alimentaocontendo O2

    Alta voltagem

    Fonte deenergiadecorrentealtenada

  • REEVE.1996

    Branqueamento baseado em oxignio

    Decomposio e destruio de oznio

    O3 -----> 3/2 O2

    Acelerada por

    * Calor* Metais de transio* Catalizadores* Alta concentrao

  • REEVE,1996

    Branqueamento baseado em oxignio

    Condies de processo para oznio

    * Carga de oznio: 4 a 10 kg/ton* Abaixamento de Kappa: 1 unidade

    por quilo de O3* pH: 2* Necessrio adicionar H2SO4* Temperatura: 40C* Tempo: 0,1 - 2 min* Consistncia: 12 a 35%

  • REEVE,1996

    Branqueamento baseado em oxignio

    Equipamento para branqueamentocom oznio

    * Mdia consistnciaKvaerner (Kamyr Sucia)Ahlstrom Kamyr

    * Alta consistnciaSunds - Union CampImpco

  • Branqueamento baseado em oxignio

    REEVE,1996

    Outros reagentes TCF

    cido peractico PAA - CH3COOOH

    cido de Caro - H2SO5

    Oxignio ativado - dimetildioxiraneCH3COOCH

    Enzimas - xilanase, lacase

  • REEVE,1996

    Sequncias de branqueamento TCF

    OQPO(ZQ)(PO)*OZ*ZP*

    * Pressurizada

    Branqueamento baseado em oxignio

  • Sequncias de branqueamento TCF

    Branqueamento baseado em oxignio

    REEVE,1996

    OQPOXQPPP

    Q: Quelao e remoo do on metlico

    P: 30-50 kg H2O2, 12-18 horasX: enzima xilanase

    Alvura de confera: 70 - 85

  • Branqueamento baseado em oxignio

    REEVE,1996

    Sequncias de branqueamento TCFBaseadas em Oznio

    OZQ(EOP)POQPZP

    OQPZPZPOOQPZP

    O(QZ)Q(PO)

  • REEVE,1996

    Aspectos tcnicos e econmicosda celulose TCF

    Resistncia da celulose Alvura da celulose Limpeza da celulose Custo dos reagentes qumicos Custos de capital Rendimento em celulose Custos de capital