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BRANQUEAMENTO EM MANTAA BlReg
pOJl
Augusto Fernandes Milanez
Celso Edmundo B Foelkel
Susana Munhoz K BorgesPedro Paulo O Barth
Riocell Rio Grande Cia de Celulose do Sul
IntJl oducao
o branqueamento da celulose pelo usa de gases como oxignio dioxido de cloro cloro ear coloca a disposi ao da tecno
logia de branqueamento novas op oes para a realiza ao do esta
gio Complicados reatores misturadores ou enormes torres de brBqueamento podem ser substituidos por equipamentos mais simples e
de concep ao diferente do tradicionalmente conhecido Os gases
quando aplicados sobre polpas nao branqueadas corn media para
alta consistencia conseguem facilmente tomar contato corn as fi
bras pela sua notavel capacidade de difusao E claro que isso
nao se aplica para polpas corn baixas consistencias onde 0 gastern que se difundir em urn meio liquido para alcan ar as fibras
Por outro lado a utiliza ao de gases e particularmente reco
mendada para estagios em inicio de sequencia onde as fibras
ainda possuem uma capa de lignina a envolve las A rea ao dos
gases corn essa lignina externamente depositada nas fibras e ra
pida e 0 estagio pode ser realizado ern poucos minutos
o branqueamento de celulose corn ar proposto por ZVINAKE
VICIUS et atU 1980 veio colocar a mao do setor celulosico p
peleiro uma alternativa barata e simples para a deslignifica ao
Novos desenvolvimentos continuaram a ser realizados pelos auto
res no intuito de explorar ao maxima as vantagens do uso do ar
como agente de deslignifica ao
o presente trabalho procurou aSSOC1ar as vantagens do uso
de urn gas como e 0 ar corn as vantagens de se branquear uma ca
mada de fibras celulosicas na forma de uma manta Embora a 1
deia possa parecer revolucionaria 0 conceito nao e totalmente
novo Na fabrica ao de tecidos tanto as fibras individuais co
mo 0 proprio tecido podem ser branqueados Na industria de cel
lose algumas fabricas chegam a pulverizar solu ao de peroxidode hidrogenio sobre folhas de celulose prontas visando reduzir
a reversao da alvura
A literatura em branqueamento de folhas de papel ou celula
se e escassae dispersa A primeira patente conhecida foi conse
guida em 1949 no Canada por McEWEN SHELDON que descreveram
ern detalhe urn procedimento para branqueamento de papel jorncorn ac ido peracet ico Al guns anos mais tarde DUSTMAN JR J 962
patenteou urn metodo de branquear superficies sOlidas incluindo
papel e papelao utilizando solu ao de peroxido de hidrogenio e
bicarbonato de amonio Em 1965 RAPSON WAYMAN ANDERSON deseJ
volveram maneiras de se branquear papel com acido peracetica p
roxidos e hidrossulfitos Diversos tipos de papeis foram bran
queados pelos autores em aplica oes isoladas ou sequenciais dos
produtos alvejantes 0 tempo de branqueamento era extremamente
curto variando de 5 a 30 segundos pa a os hidrossulfitos e aci
do peracetico e 1 a Z minutos para os peroxidos
Con forme se pode observar 0 branqueamento de folhas de p
pel da maneira como e conhecido ate 0 presente baseia se na a
plica ao de solu oes de produtos quimicos por pulveriza ao ou
por banho da folha com a solu ao
o conceito que os autores do presente trabalho apresent m
e ligeiramente diferente do tradicional No branqueamento em
manta 0 agente quimico gasoso passa atraves da manta avl
th ough bleaehlng para branquea la
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MANTA DE FIBRAS
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Mate lat
Para os ensalOS de deslignifica ao foram escolhidos tres
tipos de polpas kraft nao branqueadas amostradas da linha 1n
dustrial de fabrica ao da Riocell Rio Grande Cia de Celulose
do SuI
A primeira e segunda amostras foram tomadas em campanhas
produ ao utilizando 75 de madeira de eucalipto principalmente
Euealyptu6 6allgna e 25 de madeira de Aeaeia mea n6ll ern vol
me Sobre essas polpas foram realizados os ensaios preliminares
que visavam conhecer e otimizar as variaveis do processo Aposo desenvolvimento da metodologia para a aplica ao do ar atraves
da manta de fibras decidiu se realizar uma serie mais completade ensaios sobre uma polpa de reconhecidamente maior dificulda
de para branqueamento Para isso tomou se uma terceira amostra
em uma campanha especial de produ ao de celulose utilizando se
100 de madeira de Eueatyp tu6 te etleo nl6 de terceira rebro
ta com aproximadamente 15 anos de idade
As caracteristicas das tres polpas eram as seguintes
Amo6t a 1 numero kappa 16 3 viscosidade intrinseca
1131 cm jg alvura 36 9 9GE
Am06tJl a 2 numero kappa 18 9 viscosidade intrinseca
1162 cm jg alvura 31 5 9GE
Amo6t a 3 numero kappa 20 4 viscosidade intrinseca
1020 cm jg alvura Z7 8 9GE
Metodoiogia
As amostras de polpa foram tomadas na saida do filtro en
grossador As polpas das amostras 1 e 3 foram lavadas e depuradas para remo ao de feixes e nodulos sendo a seguir desagudas transformadas em flocos umidos e armazenadas para 0 momen
to do ensaio A polpa da amostra Z nao foi lavada sendo utili
zada da forma como amostrada
Para a realiza io do ensaio fez se necessaria a constru
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Os propositos da aparelhagem eram a obten io de ar quentee pressuriza io desse ar sobre a manta para que ele passasse a
traves da mesma 0 ar era aquecido em urn trocador de calor aqucido a vapor de maneira indireta 0 ar quente saindo do troca
dor de calor era pressurizado ern urn reator hermetico que estava
mergulhado em um banho de agua proxima a ebuli ao Todos esses
cuidados tinham 0 proposito basico de suprir a temperatura ade
quad a ao processo Conforme se sabe a deslignifica io com ar emais efetiva a temperaturas acima de 90 ge Frente as dificulda
des de se manter a temperatura do reator na faixa adequada to
nou se obrigatoria a inje ao de vapor dentro do mesmo como on
te extra de calor E claro que essa medida seria dispensavel ca
so 0 ar quente fosse aquecido a temperaturas mais altas 0 quenao foi possivel com 0 sistema aqui desenvolvido Em grande pate as dificuldades de se alcan ar temperaturas elevadas apenascom 0 ar se deviam as perdas de caror do equipamento
o trabalho nessas condi oes exigia urn controle cuidadosodo operador pois a caso a pressio do vapor se elevasse deJIlillS havia queima da celulose b caso a pressio do ar se ele
vasse demais havia pressuriza ao exagerada sobre a manta e a
pressio expremia os reagentes da celulose c devia se evitar
enviar vapor com goticulas de agua para 0 reator para impedirque a celulose fosse lavada pela igua condensada
Cada tratamento era realizado corn 0 equivalente a 10 gramas a s de celulose a qual era misturada ern uma solu io de
NaOH corn concentra io pre fixada Essa suspensao era filtrada
em urn funil de Buchner provido de tela plastica Como resulta
do obtinha se uma manta de celulose com gramatura a s de
800 gjm e consistencia de aproximadamente 25 Procedia se es
sa etapa em duplicata sendo uma amostra levada para 0 funil
que era utilizado no ensaio no rea tor e a outra para a determina io de NaOH que era expresso base polpa a s
o reator era pre aquecido corn vapor e encontrava se merguIhado em banho maria a quente Come ava se a controlar a temperatura do ar pelo aquecimento do mesmo no trocador de calor Logoque se obtivessem temperaturas uniformes no ar acoplava se 0
funil no reator fechava se 0 mesmo e acoplava se 0 ar quente e
o vapor ao vasa de rea ao A temperatura do ar de saida era mC
dida durante 0 tempo de rea ao que variava de 2 a 5 minutos
As variaveis do processo eram as seguintes
carga de soda aplicada base polpa a s
temperatura do ar quente na entrada e saida
tempo de rea ao
Um total de 75 tratamentos foram realizados Os
50 serviram para a obten ao de
25 foram utilizados para obter
como branqueamento e refino
Apos 0 tratamento com ar a p lpa era analisada para nume
ro kappa viscosidade intrinseca e alvura
dados
polpa
preliminares e os
primeirosultimos
para testes subsequentes
Decidiu se continuar a pesquisa para se verificar a econo
mia em cloro ativo que era possivel se conseguir quando se u
sasse de ar para reduzir 0 numero kappa da polpa nao branqueadaPara isso as 25 polpas relativas a amostra 3 Eueatyptu6 te
etic o n6 e que sofreram 0 tratamento com arjalcali foram mi
turadas para se conseguir quantidade suficiente de material pa
ra 0 branqueamento Para fins de compara ao branqueou se tam
bem a celulose original da amostra 3 que nao houvera side des
lignificada corn ar
A sequencia de branqueamento a otada foi CEHV seguida de
lavagem com solu ao de S02 As cond oes a cada estagio eram as
seguintes
Temperatura 60 9C
pH final 10 5 a 11 2
Tempo 90 minutos
Hipoeto aca o
Consistencia 10
Cl2 ativo 0 23 NV Kappa CE0
Temperatura 40 9C
pH final 9 6 a 10 0
Tempo 120 minutos
Vioxidaiio
Consistencia 10
70 9C
3 0 a 4 7
210 minutos
Temperatura
pH final
TempoCl2 ativo 1 60 para os tratamentos Ar l e A
1 78 para os tratamentos Ar 2 e B
Z OO para 0 tratamento C
Foram realizados cinco branqueamentos completos CEHV dois
sobre polpas previamente tratadas com ar Ar l e Ar 2 e tres
sobre polpas kraft normais A B e C
Nas polpas branqueadas determino se a alvura 0 numero de
cor posterior a viscosidade intrinseca e a solubilidade da po
pa em NaOH 5 As polpas branqueadas foram tambem refinadas ern
moinho Jokro Muhle sendo os testes realizados em folhas prepa
radas con forme metoda TAPPI T 205 corn 60 gjm2 Os ensaios fi
sicos mecinicos foram realizados de acordo com 0 metoda TAPPI
T 220
Re uitado6 e Vi eu a o
Dentro do proposito de conhecer a influencia das VariaV0is
do processo realizaram se algumas aplica oes sobre a amostrade
celulose nurnero 1 variando se a concentra io da solu io de NaOH
na qual a polpa era misturada as temperaturas de entrada e saida do ar 0 tempo de rea ao e a gramatura da manta Os resulta
dos alcan ados estio no Quadro 1 Observou se que realmente 0
corria uma redu ao do numero kappa da polpa com 0 tratamento
corn arjalcali A redu io era bastante dependente das condi oes
do processamento Paralelamente a diminui io do numero kappapor deslignifica ao ocorria urn aumento da alvura da polpa Em
bora se notasse uma ligeira queda na viscosidade da celulose pra os tratamentos com alcalinidade mais elevada essa propriedde nio era afetada quando se utilizavam de cargas alcalinas
mais suaves Entretanto os melhores efeitos de deslignifica io
foram notados para as dosagens maiores de NaOH Observar que pra os trat mentos onde a concentra ao da soda era de 40 e 50 gjlo que dava em m6dia uma carga de NaOH base polpa a s de 6 2 c
7 6 respectivamente 0 nurnero kappa era reduzido de 16 3 a
cerca de 10 0 e a alvura subia de 36 9 para cerca de 45 9GE Ires
rnu em aplica oes de apenas 2 minutos Da analise do Quadro 1 e
possivel se concluir que desde que haja temperatura adequadaa variavel mais importante para 0 branqueamento em manta e a al
calinidade da polpa Ela inclusive tem que ser elevada por
que na passagem do ar atraves da manta ocorre compacta io da mes
ma com remo ao parcial da solu ao alcalina
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Diversas considera oes podem ser apresentadas frente a a
qui provada viabilidade do branqueamento em manta
Opii 1
Realizar urn estagio especial logo apos 0 cozimento para
reduzir 0 numero kappa da polpa em cerca de 40 Para isso
faz se imperioso usar alta aplica ao de soda caustica base polpa Esse procedimento nio seria adequado para 0 processamentokraft pois quantidades elevadas de soda caustica teriam que r
introduzidas no sistema provocando um desbalanceamento em alc
Ii no mesmo Infelizmente 0 licor branco kraft nao e urn ilcali
dos mais recomendados para substituir a soda porque 0 Na 2S tern
afinidade pelo ar sendo oxidado e perdendo sua eficiencia como
agente de deslignifica io Por outro lado a utiliza io desse
procedimento para 0 processo soda ou soda antraquinona e dos
mais promissores Pode se perfeitamente desviar parte do alcali
proveniente da caustifica io para lavar a polpa antes da aera
io da manta e 0 filtrado ser encaminhado em contra corrente ao
digestor ja que 0 consumo de soda nao e grande
Um exemplo de como seria possivel utilizar de rnaneira via
vel 0 branqueamento ern manta para 0 processo sodajantraquinonaesta esquematizado simplificadamente na Figura 2 E obvio que a
engenharia do reator ainda necessita ser desenvolvida Importate considerar que nio ha nem mesmo a necessidade de se lavar a
polpa saindo do digestor para encaminha la ao reator pois 0 alcali residual de cozimento e 0 calor que a polpa possui serao
uteis ao processo de deslignifica io corn ar
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Opcao 2
Aproveitar 0 calor e a alcalinidade residual da polpa apos
o cozimento kraft para num tratamento ripido em um filtro lava
dor especial conseguir a redu ao de alguns pontos no numero
kappa da mesma 0 tratamento sera melhorado caso se fa a a adi
ao de uma quantidade relativamente pequena de soda caustica
E claro que sendo 0 processo recente e ainda em evolu ao
existem muitas outras formas para otimizar a opera ao Pode se
mencionar por exemplo a introdu ao ern posi ao inicial de
chuveiros lavadores com solu ao alcalina em filtros lavadores
pressurizados com ar b pulveriza ao da solu ao alcalina juntoao ar quente fazendo se passar atraves da manta urn ar quenterico em goticulas de solu ao alcalina c utiliza ao de malor
vicuo no filtro lavador para acelerar a passagem de ar atraves
da manta etc
Para dar continuidade a pesquisa considerou se que 0 in
teresse mais imcdiato residia no que se considerou como opao Z
ou seja na redu ao de algumas unidades no numero kappa da pol
pa pela a ao do ar em baixa media alcalinidade Maiores estudos
se farao necessarios para melhor desenvolver a op ao 1
Dessa forma resolveu se realizar dois ensaios corn um nu
mero tal de repeti oes que garantisse urn aceitavel grau de con
fian a dos resultados
No primeiro desses ensalOS testou se uma polpa kraft de
eucalipto acacia amostrada logo apos 0 primeiro filtro lavador
de celulose da linha industrial da Riocell amostra Z Essa polpa nao era lavada para 0 ensaio assim mantinha 0 seu residual
de licor preto A polpa era diluida em solu ao de NaOH a 10 gUera a seguir filtrada ern funil de Buchner e a manta formada corn
650 a 980 g m2 era levada ao reator para a aplica ao de ar que
te durante 5 minutos Os resultados medios para 0 ensaio refe
rentes a quinze repeti oes estao apresentados no Quadro 2
Quad o 2 Deslignifica ao em manta a baixa alcalinidade para
redu ao de alguns pontos no numero kappa Celulose
75 eucalipto 25 acacia Amostra 2
Condi oesjresultadosValores medios
15 repeti oes
Valores
Maxima Minima
Condi oe
Concentra ao da solu ao de 10
NaOH gt
Tempo minutos 5
Gramatura a s gjm2 840 980 650
Temperatura de entrada do 94 100 79
ar 9C
Temperatura de saida do 61 76 48
ar 9C
Ca lac te 26t ea6 da polp
NUmero kappa inicial 18 9
1lunero kappa final 17 4 16 1
Viscosidade inicial cm3 j g 1162
Viscosidade final cm jg 1108 1153 1053
Alvura inicial 9GE 31 S
Alvura final 9GE 34 2 36 4 32 4
Os resultados apresentados no Quadro 2 embora mais modes
tos que os alcan ados quando do uso de mais alta alcalinidade
na manta durante a aera ao revelam que 0 objetivo de redu ao
de alguns pont os do numero kappa da polpa por um tratamenill sua
ve talvez aplicado no proprio filtro lavador pode ser plenamente alcan ado
o segundo ensaio que se seguiu depois de se ter eleito it
op ao como a que merecia maiores investiga oes no momento p
la suas maiores possibilidades de aplica ao imediata consistiu
num ensaio completo corn polpa kraft de Euea lyptu6 te etleo ni6
Amostra 3 Sobre essa polpa realizaram se 25 repeti oes do
tratamento cQm ar objetivando conhecer bem a repetibilidade do
ensaio e obter polpa suficiente para posterior branqueamento e
refino
Os resultados medios para 0 estagio de deslignifica ao em
manta dessa polpa estao mostrados no Quadro 3
Quad o 3 Deslignifica ao ern manta a baixa alcalinidade para
redu ao de alguns pontos no numero kappa Celulcse
100 Euealyptu6 te et co n 6 Amostra 3
Condi oes resultadosValores medios
25 repeti oes
Desvio
padrao
Coeficiente de
variaao
COHdloe 6
Concentra ao da solu ao 15
de NaOH g
NaOH na manta base 2 92 0 41 14 14
polpa a s
Tempo min 5
Temperatura de entrada 97 2 3 74 3 85
do ar 9C
Temperatura de saida 51 7 8 03 15 55
do ar 9C
Caftaete I6t ea6 da EElEC
Numero kappa inicial 20 40
Numero kappa final 18 44 0 52 2 80
Viscosidade inicial ern Ig 1029
Viscosidade final 1014 50 1 4 95
Alvura inicial 9GE 27 8
Alvura final 9GE 29 8 0 85 2 88
Os resultados do Quadro 3 mostravam uma redu io de ern me
dia 2 pontos no numero kappa das polpas tratadas com ar e tarn
bern uma eleva ao de 2 9GE na alvura A viscosidade nao era pr
ticamente afetada
Comprovada a redu ao do numero kappa restava averiguar se
essa redu io era acompanhada por economia de produtos quimicosno branqueamento e produ io de polpa branqueada de boa qual ida
de Os resultados para consumo de produtos quimicos estagio por
estagio e para as condi oes de branqueamento e caracteristicas
das polpas estao apresentados respectivamente nos Quadros 4 e
5
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QuadJlo 5 Condi oes e resultados dos branqueamentos
TratarnentoCondi oesjresultados
Ar l Ar 2 A B C
ct2 ativo aplicado ern 1 60 1 78 1 60 1 78 2 00
D
Cl2 ativo total apli 5 16 5 37 5 79 5 87 5 96
cado
ct2 ativo total consu 5 15 5 32 5 61 5 63 5 68
mido
NaOf total aplicada 2 00 2 00 2 08 2 08 2 08
NaOf total conswnida 1 20 1 40 1 47 1 37 1 44
Alvura inicial 9GE 29 8 29 8 27 8 27 8 27 8
Alvura final 9GE 88 4 89 3 87 3 89 5 89 9
Viscosidade inicial 9GE 1014 1014 1029 1029 1029
Viscosidade final 9GE 872 831 856 835 81
Nlirnero kappa inicial 17 6 17 6 20 2 20 2 20 2
NUmero kappa apes CE 2 8 2 9 4 3 3 9 3 3
Nlirnero de cor posterior 0 75 1 12 1 05 0 71 0 61
Ss inicial 9 8 9 5 11 5 11 5 11 5
Ss final 9 1 8 2 8 8 8 8 8 7
Cl2 ativo em D e que diferencia os tratamentos Ar l e Ar 2
A B e C
Os branqueamentos laboratoriais mostraram a mais facil bran
queabilidade das polpas previamente tratadas corn ar pelo siste
ma branqueamento ern manta Para polpas correspondentes Ar l e
A Ar 2 e B ou seja polpas tratadas corn ar vs polpas nao tra
tadas notou se que as propriedades finais das polpas branqueadas ern termos de alvura reversao de alvura viscosidade e S5eram praticamente similares As polpas previamente tratadas com
ar mostraram como vantagem 0 mais baixo consumo de cloro ati
vo total em media 0 5 a 0 6 menor visto que exigiam menos
cloro ativo nos estagios da clora ao e hipoclora ao tendo em
vista seus menores numeros kappa antes desses dois estagiosA ultima interroga ao acerca da influencia do branqueamen
to em manta seria seu efeito sobre as propriedades fisico mecanicas das eeluloses branqueadas pelo novo sistema ern compara ao
ao sistema tradicional Os resultados dos ensaios fisico mecanicos das polpas branqueadas expressos a 25 9SR e 37 9SR estao
apresentados nos Quadros 6 e 7 Esses resultados permitem veri
ficar que nao existem diferen as sensiveis entre os dois tiposde polpas podendo portanto considerar se a celulose previamete tratada com ar pela tecnica do branqueamento ern manta como
de tao boa qualidade como a polpa branqueada da maneira tradi
cional
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Conelu6oe 6
Os resul tados dessa pesquisa indicaram ser tecnicamente via
vel 0 procedimento aqui denominado de branqueamento em manta
ai th ough bleaehing Atraves dessa tecnica e possivel a
redu ao do numero kappa de polpas nao branqueadas por remo ao
de lignina at raves da oxida aoda mesma pelo oxigenio do ar e
remo ao dos fragmentos de lignina por solubiliza ao em alcali 0
procedimento que consiste na passagem de ar quente atraves de
uma manta de fibra5 celulosicas contendo ilcali permite redu
ao variavel do numero kappa da polpa em fun ao da alcalinida
de utilizada desde que a temperatura do tratamento seja adequda Existem duas alternativas principais para 0 branqueamento
em manta a redu ao substancial do teor de lignina da polpacerea de 40 pelo uso de alta alcalinidade cerca de 6 8
base polpa a s b ligeira redu ao do teor de lignina cerca
de 10 pelo uso de baixa alcalinidade cerca de 2 3 base pol
pa a s Os ensaios realizados para redu ao de cerca de 10
donumero kappa de polpas kraft de eucalipto conduziram a pol
pas branqueadas de qualidade similar as polpas branqueadas con
vencionalmente corn menor consumo de cloro ativo total no bran
queamento cerca de 10 menos
Como conclusao final pode se considerar que a tecnologiado branqueamento em manta desde que uesenvolvida nos seus as
pectos de engenharia pode vir a se tornar economicamente via
vel pois utiliza como agente de deslignifica ao urn agente bara
to que e 0 ar alem de ser possivel 0 reciclo da solu ao alca
lina necessiria ao processo Por outro lado nao significa que
a tecnica esteja condicionada apenas ao uso do ar para desligni
fica ao Outros gases como oxigenio cloro e dioxido de cloro
poderiam ser testados com amplas possibilidades de sucesso
BibiiogJla6ia
DUSTMAN JR R B Patente norte americana n9 3 034 851 15 05
1962
McEWEN R L SHELDON F R Patente canadense
2211 1949
n9 461 242
RAPSON W I WAYMAN M ANDERSON C B Paper bleaching A
new process Tappi New York 2 65 72 1965
ZVINAKEVICIUS C FOELKEL C E B MILANEZ A F KATO J
FONSECA M J O Branqueamento corn ar In Trabalhos Tecnicos
XIII Congresso Anual ABCP Sao Paulo p 85 93 1980