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Avaliação da qualidade da celulose Kraft-AQ ECF e TCF de eucalipto ... seqüências de branqueamento é vital compreender o que acontece com os.
Tipologia: Notas de estudo
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Engenheira Florestal
Orientador: Praf. Dr. LUIZ ERNESTO GEORGE BARRICHELO
Dissertação apresentada à Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz", Universidade de São Paulo, para obtenção do título de Mestre em Ciências, Área de Concentração: Ciência e Tecnologia de Madeiras.
PIRACICABA Estado de São Paulo - Brasil Junho - 1998
DIVISÃD DEDados BIBLIOTECA^ Internacionais E DOCUMENTAÇÃO^ de Catalogação na Publicação - Campus "Luiz de(CIP) Queiroz"/USP
Gomes,Avaliação Isabel Menezesda qualidade de Bulhões da celulose Kraft-AQ ECF e TCF de eucalipto / Isabel Menezes de Bulhões 118 Gomes. p. - - Piracicaba, 1998. Dissertação Bibliografia. (mestrado) - - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, 1998. I. Branqueamento 2. Celulose Kraft de eucalipto 3. Polpa de eucalipto I. Título CDD676.
Agradecimentos
Ao Professor Dr. Luiz Ernesto George Barrichelo, pela orientação, apoio, e confiança. Ao Dr. Altair Marcos Pereira, pelas constantes discussões e sugestões para desenvolvimento deste trabalho, e Dr. Silvio Rachid da Ripasa S.A. Celulose e Papel pela oportunidade e apoio para realização deste trabalho. Ao Professor Dr. Mario Tomazello pelo apoio como coordenador do Curso de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Madeiras. À Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" e ao Departamento de Ciências Florestais pela oportunidade. Ao Professor Dr. Jorge Luiz Colodetle pela oportunidade de realização de parte deste trabalho no Laboratório de Celulose e Papel da Universidade Federal de Viçosa. Ao Dr. Francides Gomes da Silva Júnior e Dr. Celso Edmundo Bochetli Foelkel pelo apoio e pelas valiosas discussões a respeito deste trabalho. Aos técnicos da Ripasa, Paulo Sérgio Vendemiatti e João Roberto Vicente, e do Laboratório de Celulose e Papel da Universidade Federal de Viçosa pela colaboração recebida nas diversas fases do trabalho. Aos colegas do Departamento de Ciências Florestais e a todos que colaboraram de forma direta e indireta para realização deste trabalho.
LISTA DE FIGURAS ..........................................................................................vii
LISTA DE TABELAS ........................................................................................... ix
RESUMO .............................................................................................................xi
Figura 1. Número kappa, eficiência de deslignificação e alvura de polpa de eucalipto após pré-branqueamento com oxigênio ........................... 47 Figura 2. Viscosidade e seletividade de polpa de eucalipto após pré- branqueamento com oxigênio .......................................................... 48 Figura 3. Evolução do número kappa, viscosidade e alvura entre os estágios da seqüência de branqueamento C-Eop-H-P .................................. 53 Figura 4. Evolução do número kappa, viscosidade e alvura entre os estágios da seqüência de branqueamento Q-C/D- Eop-D ............................. 55 Figura 5. Evolução do número kappa, viscosidade e alvura entre os estágios da seqüência de branqueamento D-Eop-D ...................................... 58 Figura 6. Evolução do número kappa, viscosidade e alvura entre os estágios da seqüência de branqueamento Q-D-Eop-D .................................. 60 Figura 1. Evolução do número kappa, viscosidade e alvura entre os estágios da seqüência de branqueamento QQ-D-Eop-D ............................... 63 Figura 8. Efeito do número kappa na entrada do branqueamento sobre o consumo de dióxido de cloro para obtenção de polpa branqueada de
Figura 9. Evolução do número kappa, viscosidade e alvura entre os estágios da seqüência de branqueamento QO-A-Eop-(ZE)-D ....................... 67 Figura 10. Evolução do número kappa, viscosidade e alvura entre os estágios da seqüência de branqueamento OO-A-Eop-(ZQ)-Pht .................... 72 Figura 11. Evolução da drenabilidade em função do número de revoluções em moinho PFI ....................................................................................... 76
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Tabela 21. Drenablidade de polpa de eucalipto branqueada por
Tabela 22. Espessura da folha de polpa de eucalipto branqueada por diferentes seqüências (!Jm) .............................................................. 78
branqueada por diferentes seqüências (s/100mL) ........................... 81
branqueada por diferentes seqüências (cm^3 /g) ............................... 84 Tabela 25. índice de rasgo da polpa de eucalipto branqueada por diferentes seqüências (mNm 2 /g) ...................................................... 87 Tabela 26. índice de tração da folha de polpa de eucalipto branqueada por diferentes seqüências (Nm/g) .................................................... 90
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ZE-D) levou à obtenção de polpa com propriedades similares a polpas convencionais e pode ser considerada como potencial para substituição de seqüências convencionais de branqueamento; esta seqüência apresentou como vantagem adicional a possibilidade de sua transformação para seqüência TCF pela substituição do estágio final de dioxidação por um estágio com
obtenção de polpas com propriedades similares a polpas convencionais. A seqüência TCF pode ser considerada como potencial para modificação de seqüências convencionais de branqueamento de polpa celulósica de eucalipto.
Author: Isabel Menezes de Bulhões Gomes Adviser: Prof. Dr. Luiz Ernesto George Barrichelo
Due to the discovery of toxic compounds on pulp mill effluents originated from chlorine used on bleaching sequences, there was a high environmental pressure over the world pulp industry. Considering this facts, new bleaching sequences are being developed to substitute partially (ECF) or totally (TCF) the chlorine from the bleaching sequences. A small numbers of researches are evaluating the properties of these pulps, especially for eucalyptus. This research had as an objective evaluate the quality of eucalyptus bleached pulps (90 ± 1 %ISO) produced from ECF and TCF bleaching sequences potentially suitable to modify conventional bleaching sequences, using the same unbleached pulp, industrial kraf-antraquinone pulp. The results show that pre- delignification with oxygen is necessary to ECF or TCF bleaching sequences; the oxygen pre-delignification at double stage results in a higher delignification rate when compared with the single stage oxygen pre-delignification, 42,4% and 33,5%, respectively. For ECF bleaching sequences based on chlorine dioxide, the kappa number entering the bleaching process is determinant to the chlorine dioxide consumption. The Z-ECF bleaching sequence (OO-A-Eop-ZE-D) produced pulp with properties similar to conventional bleaching sequences; this sequence can be considered as a potential one to modify conventional bleaching sequences and has as an advantage the possibility to be changed to
mundial de celulose e a 12 a^ maior produtora mundial de papel (BRACELPA, 1996). o Brasil produz aproximadamente 6,2 milhões de toneladas de
do processo químico, sendo 66% de fibra curta e 4% de fibra longa (BRACELPA, 1996). No Brasil, grande parte da polpa branqueada de eucalipto é obtida a partir de seqüências de branqueamento que ainda utilizam o cloro elementar. Pesquisas envolvendo aspectos ambientais têm detectado a presença de compostos organoclorados nos efluentes das indústrias de celulose. Considerando o efeito danoso de tais compostos sobre o meio ambiente, no início dos anos 80, desencadeou-se uma grande pressão sobre as indústrias produtoras de polpa celulósica no sentido de reduzir ou eliminar o cloro elementar e demais compostos clorados das seqüências de branqueamento.
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Devido ao exposto anteriormente e à necessidade cada vez maior de produção de celulose e papel ambiental mente "limpos", vários estudos vêm sendo realizados como, por exemplo, desenvolvimento de seqüências de branqueamento livre de cloro elementar (elemental chlorine free - ECF) e livres de compostos de cloro (total chlorine free - TCF). A expectativa é de que, nos próximos 10 anos, muitas fábricas do setor transformem suas seqüências de branqueamento para ECF ou TCF. Ressalta-se ainda que novas fábricas e novos projetos já estão sendo concebidos com estes tipos de seqüências de branqueamento. A transformação de seqüências de branqueamento em unidades produtoras de celulose representa um grande desafio visto que busca-se desenvolver seqüências de branqueamento que possam utilizar a maior parte das instalações disponíveis, visando reduzir o custo de implantação das seqüências ECFITCF. Os estudos relacionados com branqueamentos ECFITCF têm se concentrado na avaliação de agentes deslignificantes e alvejantes, na otimização de processos e ainda na cinética das reações envolvidas. Pouco se tem avaliado com relação ao efeito dos reagentes químicos e das seqüências de branqueamento sobre as características físico-mecânicas da polpa, em especial a de eucalipto. Estando na era da qualidade e visto que na visão moderna a qualidade da fibra está voltada ao produto final e às necessidades do cliente, faz-se necessário que a questão de qualidade da celulose seja avaliada. Neste trabalho foi avaliado o efeito de seqüências de branqueamento ECFITCF, com potencial para substituir seqüências de branqueamento convencionais ainda em uso, sobre as características da polpa celulósica e consequentemente da sua relação com a qualidade final do papel produzido dentro da realidade industrial brasileira.
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potenciais, mas não efetivamente comprovados, efeitos negativos de seus efluentes no meio ambiente. Estas pressões estão ocorrendo de várias formas, sendo mais significativa as mais severas legislações ambientais e a crescente demanda, especialmente em alguns países da Europa, para papéis produzidos a partir de polpas livres de cloro (TCF) (Colodette et aI., 1994).
ambiente e à opinião do consumidor, muitos produtores de polpa celulósica têm eliminado o uso do gás cloro no branqueamento. Na Suécia, o consumo de gás cloro para o branqueamento de polpa celulósica declinou de aproximadamente 250.000 toneladas por ano em 1975 para próximo de zero em 1992 (Ljungkvist, 1994). Desde a descoberta das dioxinas em efluentes de fábricas de polpa kraft branqueada em meados dos anos 80, esforços têm sido concentrados na eliminação de compostos organoclorados (AOX) dos efluentes (Mounteer et aI., 1995). Os branqueamentos multiestágios convencionais utilizam agentes de cloro. Porém, devido ao impacto ambiental causado pelOS compostos formados com estes agentes, há uma tendência crescente no sentido de substituí-los, pelo menos parcialmente, por outros compostos que causem um menor impacto ambiental. (Associação Brasileira Técnica de Celulose e Papel - ABTCP, 1993). Diante deste fato, a tecnologia de branqueamento de polpa tem vivido momentos de grande turbulência nos últimos dez anos. Porém, os processos convencionais de branqueamento com reagentes clorados são dominantes e deverão ainda manter sua hegemonia por algum tempo, especialmente na América do Norte e no Japão (Colodette et aI., 1994). Na América do Norte, a maioria das fábricas tem optado pela produção de polpa ECF porque o capital de investimento necessário para
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adequação da fábrica atual para TCF é muito alto e não apresenta benefícios ambientais significativos (Ford, 1995). O direcionamento das pesquisas para alcançar os parâmetros de
técnico-economicamente viáveis sem, contudo, comprometer a qualidade do produto final (Silva et aI., 1996). Segundo Ford (1995), a América do Norte transformou 42 linhas de branqueamento standard em ECF. No Canadá, 60% da produção é ECF ( linhas de branqueamento) e nos Estados Unidos da América 30% é ECF ( linhas de branqueamento). As mudanças de seqüências de branqueamento trazem, como conseqüência, a questão do fechamento do circuito de branqueamento como forma de eliminar o impacto ambiental da indústria produtora de celulose branqueada. Segundo Poyry (1995), no desenvolvimento de tecnologia TEF (total
seletividade na deslignificação da pOlpa celulósica. Seqüências de branqueamento TCF são tecnologias estabelecidas nos países nórdicos. A América do Norte ainda defende o branqueamento com dióxido de cloro, enquanto que as indústrias nórdicas pretendem fechar o circuito de branqueamento com o processo TCF (Eklund, 1995). Segundo Ford (1995), seqüências ECF são mais fáceis de fechar o circuito do que seqüências TCF. Fechamento de circuito do processo TCF são similares ao ECF com o BFR (bleach filtrate recycle). Em seqüências TCF são necessários equipamentos adicionais para retirar metais de transição dos estágios de peróxido. Empresas que já possuem o dióxido de cloro em suas instalações tem facilidade de modificar sua planta para ECF, porém para TCF é mais difícil
