comportamento dos componentes quÍmicos da … · quÍmicos da madeira de eucalipto na polpaÇÃo...
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Autores: Leonardo R. Pimenta - UFV
Prof. José Lívio Gomide - UFV
Prof. Jorge Colodette – UFV
Nam Hee Shin – Andritz Inc.
Belo Horizonte,
6 de Março de 2007
UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA FLORESTAL
LABORATÓRIO DE CELULOSE E PAPEL
COMPORTAMENTO DOS COMPONENTES QUÍMICOS DA MADEIRA DE EUCALIPTO NA
POLPAÇÃO Lo-SOLIDS®
Lo-
Solids®
EMCC
1983 – MCC
Final 70
Deslignificação
intensiva
1962 – Lavagem Hi-Heat
1958 – Descarga a frio
Até 1950 – Predominância
dos Digetores Batch
1938 – 1ª digestor contínuo
1940 – Branqueamento com ClO2
1920 – Caldeira de recuperação contínua
1879 – Descoberta do processo Kraft
1850 – Polpação química com recuperação de
reagentes
Introdução – Processos químicos
Aument
o
Rend.
Redução da
carga para
recuperaçã
o
Redução no
consumo de
madeira
Sem prejuízo a qualidade
Redução de impactos ambientais
Redução consumo de reagentes
Introdução – Melhoria contínua
Introdução – Objetivo primário
C+
lig
lig
ext
cel
ext
hem
hem
C+
C+
cel
OH- HS-
lig lig
lig lig
lig
lig lig
lig
lig
lig
lig lig
lig lig
lig
lig lig lig
lig lig
lig
lig
lig
lig
lig lig
lig lig
lig
lig
ext
A-
ext
cel
ext
ext
ext
hem
hem
hem
hem
hem hem
C+
C+
C+
cel
cel
cel
C+
OH- HS-
lig lig
lig
lig
lig lig
lig lig
A-
Introdução – Princípios básicos
Extrações múltiplas de licor residual;
Reposição e diluição com licor branco pré-
aquecido e licor de lavagem;
Propiciam baixa concentração de sólidos
dissolvidos no licor de cozimento.
Objetivo do estudo
Avaliar o comportamento dos constituintes químicos
da madeira de eucalipto nas diferentes fases do
processo de polpação kraft Lo-Solids®, simulando
em laboratório as diferentes regiões do digestor.
Materiais e Métodos
Cavacos e licor branco cedidos pela VCP
Simulação do processo Lo-Solids® utilizando digestor MK e
vaso acumulador
Interrupção do cozimento nas seguintes fases do processo:
1. Após etapa de impregnação (45 min)
2. Metade da zona de cozimento superior (90 min)
3. Final da zona de cozimento superior (120 min)
4. Metade da zona de cozimento inferior (180 min)
5. Final do cozimento (240 min)
Materiais e Métodos
Metade do cozimento superior
(MCS)
Polpa marrom
Cavacos
(MAD)
Final do cozimento superior
(FCS)
Final da impregnação
(FI)
Metade do cozimento inferior
(MCI)
Final do cozimento
(FC)
50 % LB
30 % LB
20 % LB
LN
LN
Zona de
Impregnação
Zona de
Cozimento
Superior
Zona de
Cozimento
Inferior
Materiais e Métodos
Concentração do LB = 104 g/L de AE como NaOH; S = 30,5%
Vaporização: 105-110ºC; 1,5 Bar; 10+20 min
Parâmetros de polpação Impregnação Cozimento
Superior
Cozimento
Inferior
Tempo até temperatura (min.) 15 15 -
Tempo à temperatura (min.) 30 60 120
Temperatura (ºC) 110 155 156
Carga alcalina (AE% base madeira) 17,5 17,5 17,5
Divisão alcalina (% AE total ) 50 30 20
Relação licor/madeira 3,5 3,5 3,5
Parâmetro Impregnação Cozimento
Superior
Final do
Cozimento
Superior
Cozimento
Inferior
Final do
Cozimento
Número kappa --- 75,4 46,5 21,9 16,5
Número kappa AHex* --- 3,5 3,8 4,4 4,8
Número kappa corrigido --- 71,9 42,7 17,5 11,7
Rendimento depurado (%) 0 32,5 51,4 56,1 55,3
Teor de rejeitos (%) 89,6 34,2 13,4 0,2 0
Rendimento total (%) 89,6 66,6 63,7 56,3 55,3
Viscosidade (cP) --- 102,5 100,1 68,5
Fator H 2 160 280 561 839
Resultados do processo
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
Total Yield Screened Yield Rejects
Impregnation Upper Cook Zone Lower Cook Zone
Resultados do processo
89,6
66,6
63,7
56,3 55,346,5
21,9
16,5
75,4
102,5 100,3
68,5
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
Total Yield Kappa Viscosity
Impregnation Upper Cook Zone Lower Cook Zone
Resultados do processo
84,6
74,5
64,5
10,1
6,90
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% R
em
ain
ing
ba
se
wo
od
Glucans Xylans Arabinans Galactans Mannans Acetyl
Impregnation Upper Cook Zone Lower Cook Zone
Glucans
Xylans
Arabinans
Galactans
MannansAcetyl
Carboidratos
85,886,3
89,1
89,8
96,1
74,6
51,149,6
46,1 46,1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% R
em
ain
ing
ba
se
wo
od
Cellulose Hemicelluloses
Impregnation Upper Cook Zone Lower Cook Zone
Carboidratos
90,8
34,2
24,7
5,8 3,0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% R
em
ain
ing
ba
se
wo
od
Lignin
Impregnation Upper Cook Zone Lower Cook Zone
Lignina
2,72
2,87
2,64
2,54
2,47
2,2
2,3
2,4
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9
Wood Impregnation Middle Upper
Cook
Final Upper
Cook
Middle Lower
Cook
Final
Re
lati
on
Sir
/Gu
a
Relação Siringila/Guaiacila
Seletividade
0,9
4,96
9,76
6,39
7,44
0
2
4
6
8
10
12
Impregnation Middle Upper Cook Final Upper Cook Middle Lower
Cook
Final
Sele
cti
vit
y
74,074,4
77,378,389,7
90,8
34,2
24,7
5,83,0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% R
em
ain
ing
ba
se
wo
od
Carbohydrates Lignin
Impregnation Upper Cook Zone Lower Cook Zone
Seletividade
Alk
75,2
42,337,1
29,724,2
77,673,2
70,668,0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% R
em
ain
ing
ba
se
wo
od
Uronics HexA
Impregnation Upper Cook Zone Lower Cook Zone
Ácidos urônicos e hexenurônicos
3,77
3,844,15
4,29
4,45
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
AH
ex
/10
0 x
ylo
se
s
Impregnation Upper Cook Zone Lower Cook Zone
Ácidos hexenurônicos/100 xiloses
13,3
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% R
em
ain
ing
ba
se
wo
od
Lipofilics extractives
Impregnation Upper Cook Zone Lower Cook Zone
Extrativos lipofílicos
38,0
31,0
9,2
15,1
6,8
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
Impregnation Middle Upper
Cook
Final Upper Cook Middle Lower
Cook
Final
Alk
ali
co
ns
um
pti
on
(%
)
Consumo de álcali
80
90
100
110
120
130
140
150
160
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
Time (min)
Te
mp
era
ture
(°C
)
0
2
4
6
8
10
12
14
Efe
tiv
e a
lka
li (
g/L
)
Temperature Efetive Alkali
Licor negro
2,7
7,18,1 8,4
4,3
6,4
6,5
7,4 7,2
6,2
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
Impregnation Middle Upper Cook Final Upper Cook Middle Lower Cook Final
So
lid
s (
%)
Organics Inorganics
Licor negro
Conclusões
1. Na etapa final do processo (60 minutos finais), apesar da
baixa perda rendimento (1%) e uma considerável redução
do número kappa (5,5 unidades), ocorreu grande queda na
viscosidade da polpa (31,8 cP);
2. A deslignificação no cozimento Lo-Solids ocorreu em 5
etapas;
3. A relação sir/gua não apresentou um comportamento
esperado;
4. Ocorreu durante o processo uma redução total de 14,2% no
teor de celulose e 53,9% das hemiceluloses;
Conclusões
5. A zona de impregnação foi pouco seletiva e a maior
seletividade foi observada na segunda metade da zona de
cozimento superior;
6. Na zona de impregnação houve uma rápida formação do
ácido hexenurônico e na primeira metade da zona de
cozimento superior o teor de ácido hexenurônico diminuiu;
7. O teor de sólidos e a concentração alcalina mantiveram-se
praticamente homogêneas ao longo do processo.
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