Tecnologia de Materiais
Agro-Florestais
Docente: Prof. Dmitry Evtyugin Ano Lectivo: 2006/07
Curso(s): Licenciatura em Engenharia Química
Escolaridade: 3h T - 0h TP - 0h P Unidades de Crédito: 3.0
O B J E C T I V O S
Pretende-se com esta disciplina:• Dar uma visão global das industrias de transformação de materiais agro-florestais relevantes para a economia portuguesa, dando particular ênfase às industrias de produção de pastas e de papel;
• Conhecer as principais operações de transformação, compreender os princípios de funcionamento e descrever o equipamento utilizado em cada uma deles;
• Identificar as principais variáveis de controlo dos processos e compreender como estas afectam as operações principais e os produtos finais;
• Conhecer os parâmetros de operação dos principais equipamentos e aplicá-los no dimensionamento dos mesmos; • Realizar balanços de massa e de calor nas operações mais relevantes;
M E T O D O L O G I A
A disciplina tem uma escolaridade semanal de 3 horas teóricas. Para manter uma continuidade nos temas a leccionar e reduzir o número de interrupções propõe-se que as aulas teóricas tenham a duração de uma hora e meia.Nas aulas cobrem-se os aspectos de natureza teórica e descritiva com elementos práticos dos cálculos balanços de massa e de calor nas operações mais relevantes. A disciplina tem uma componente teórica complementar,que consistirá num trabalho de pesquisa bibliográfica a realizar em grupo acompanhado de alunos durante horas tutorias e conduzindo à elaboração de uma pequena monografia sobre um tema a propor. Algumas destas aulas são complementadas pelas visitas do estudo nas fábricas da pasta e de papel.
A V A L I A Ç Ã O
A avaliação da disciplina “Tecnologia de Materiais Lenhocelulósicos” é feita com base em duas componentes: (i) realização de um teste escrito (duas horas), realizado após o período lectivo (época normal ou de época recorrência) e (ii) apreciação da monografia preparada. As componentes (i) e (ii) terão pesos relativos de 80 e 20%, respectivamente. Alternativamente, os alunos podem escolher uma avaliação periódica sendo são realizadas duas provas: a primeira depois acabar um terceiro tópico do programa, e a segunda no fim do semestre (coincidente com o examine final). Neste caso, a nota final vai ser a média das duas provas. A nota mínima em cada uma das provas não deverá ser menos de sete e meio valores para obter aprovação na disciplina. Para melhorar a nota ou para aprovação na disciplina, o aluno tem ainda a possibilidade de fazer um exame na época de recurso. A classificação da prova de recorrência substituirá a classificação do examine final, no caso de lhe ser superior.
P R O G R A M A
AULAS TEORICAS 1. Introdução às industrias transformadores da madeira1.1. Diagrama geral do consumo da madeira. Materiais agro-florestais como fonte renovável de matéria-prima e de energia. Conceito de biorefinaria.
1.2. Situação mundial de consumos da madeira para processamento químico. 1.3. Produtos químicos e materiais compósitos a partir da madeira.
1.4 Industrias transformadores da madeira. 1.4.1. Industria de pasta e de papel. 1.4.2. Indústria de biocompósitos. 1.4.3. Indústria de hidrólise da madeira.
1.4.4. Indústria de transformação dos compostos extractáveis. 1.4.5. Indústria de pirólise da madeira
2. Preparação de madeiras para a produção de pastas celulósicas 2.1. Organização geral do parque de madeiras
2.2. Recepção e armazenamento de madeiras
2.3. Preparação de madeiras para a produção de pastas 2.3.1. Descasque
2.3.2. Produção de aparas
2.3.3. Crivagem e limpeza de aparas 2.3.4. Armazenamento de aparas
3. Processos tecnológicos de produção de pastas celulósicas 3.1. Produção de pasta celulósica pelo método ao sulfato (kraft)
3.1.1. Descrição geral do processo
3.1.1.1. Esquema de blocos de produção da pasta kraft 3.1.1.2. Natureza cíclica do processo
3.1.1.3. Composição dos licores de cozimento. Definições gerais 3.1.1.4. Princípios de análise dos licores de cozimento.
3.1.1.5. Remoção dos componentes da madeira durante o cozimento. Diagrama consumo de reagentes
3.1.2. Cinética do processo 3.1.2.1. Fases do processo
3.1.2.2. Processo kraft versus processo à soda 3.1.2.3. Natureza heterogénea do processo 3.1.2.4. Modelos cinéticos simplificados 3.1.2.5. Factor H
3.1.3. Variáveis do processo 2.1.5.1. Natureza da madeira
2.1.5.2. Espessura e humidade das aparas. 2.1.5.3. Sulfidez
2.1.5.4. Carga alcalina 3.1.4. Operações e equipamento
3.1.4.1. Equipamento de cozimento • digestores descontínuos (batch)
• digestores contínuos (M&D; IMPCO (ESCO); KAMYR) 3.1.4.2. Dimensionamento e balanços materiais de digestores
3.1.4.3. Equipamento de desintegração 3.1.4.4. Equipamento de remoção de nós
3.1.4.5. Equipamento de lavagem e depuração da pasta 3.1.4.6. Equipamento de adensamento
3.1.4.7. Selecção e dimensionamento de equipamento de lavagem 3.1.4.8. Recuperação de químicos e energia
• Concentração do licor negro • Queima do licor negro • Caustificação e calcinação
3.2. Produção da pasta celulósica pelo método ao sulfito à base de magnésio 3.2.1. Descrição geral do processo
3.2.1.1. Classificação dos processos ao sulfito à base de magnésio 3.2.1.2. Esquema de blocos de produção da pasta ao sulfito 3.2.1.3. Composição dos ácidos de cozimento
3.2.1.4. Natureza cíclica do processo
3.2.1.5. Remoção dos componentes da madeira durante o cozimento
3.2.2. Cinética do cozimento
3.2.2.1. Diagrama geral do cozimento 3.2.2.2. Difusão do ácido de cozimento 3.2.2.3. Modelos cinéticos simplificados 3.2.3. Variáveis do processo
3.2.3.1. Tamanho e humidade das aparas 3.2.3.2. Natureza da madeira
3.2.3.2. Impregnação das aparas
3.2.3.3. Composição do ácido de cozimento • teor de SO2 total/livre/combinado • pH
3.2.3.4. Temperatura e tempo 3.2.4. Operações e equipamento
3.2.4.1. Preparação do ácido de cozimento 3.2.4.2. Equipamento de cozimento 3.2.4.3. Lavagem e crivagem 3.2.4.4. Espessamento
3.2.4.5. Recuperação de reagentes e energia
• Concentração e queima de lenhosulfonatos • Dissolução de MgO
3.2.4.6. Máquina de pasta
3.3. Processos tecnológicos de branqueamento de pastas celulósicas
3.3.1. Reagentes de branqueamento 3.3.1.1. Características
3.3.1.2. Produção
3.3.2. Operações e equipamento 3.3.2.1. Estágio de oxigénio (O) 3.3.2.2. Estágio de cloro (C)
3.3.2.3. Estágio de dióxido de cloro (D) 3.3.2.4. Estágio de extracção alcalina (E) 3.3.2.5. Estágio de ozono (Z)
3.3.2.6. Estágio de peróxido de hidrogénio (P) 3.3.3. Sequências de branqueamento
3.3.3.1. Sequências de branqueamento de pastas kraft 3.3.3.2. Sequências de branqueamento de pastas sulfito 3.3.4. Balanços materiais e energéticos
4. Tecnologia da produção de papel 4.1. Preparação do “stock”
4.1.1. Desintegração da pasta (eliminação dos flocos) 4.1.2. Refinação
4.1.2.1. Teoria de processo refinação 4.1.2.2. Descrição geral do processo 4.1.2.3. Operações e equipamento
4.1.2.4. Controlo do processo de refinação
4.1.2.5. Parâmetros de operação de um refinador. Cálculos energéticos 4.1.3. Preparação de aditivos
4.1.3.1. Produção e armazenamento de aditivos
4.1.3.2. Técnicas de adição de aditivos (matéria da carga, colas, resinas, branqueadores ópticos)
4.2. Fabrico do papel
4.2.1. Princípios da formação do papel 4.2.2. Tipos de papel
4.2.3. Máquina de papel
4.2.3.1. Esquema geral de máquina de papel 4.2.3.2. Elementos da máquina de papel 4.2.3.3. Operações e equipamento
4.2.3.4. Balanço de águas da maquina de papel 4.2.3.5. Balanço energético da secaria
4.2.3. Qualidade da pasta e papel 4.2.3.1. Parâmetros da qualidade
4.2.3.2. Propriedades mecânicas. Normas. 4.2.3.3. Propriedades ópticas. Normas.
4.2.3.4. Propriedades especificas (qualidade de impressão, entre outras).
5. Tecnologia de produção de biocompósitos 5.1. Definições básicas de biocompósitos. 5.2. Classificação de biocompósitos.
5.3. Preparação de resinas (ureia-formaldeído, fenol-formaldeído e melamina-formaldeído). 5.3.1. Produção de resinas
5.3.1.1. Química do processo de produção 5.3.1.2. Variáveis do processo de síntese 5.3.1.3.Tecnologia de produção
5.3.1.4. Operações e equipamento 5.3.1.5. Aplicações
5.3.2. Resinas à base de diisocianatos e acetatos de vinilo. 5.3.2.1. Princípios básicos de síntese.
5.3.2.2. Aplicações
5.4. Tecnologia de biocompósitos
5.4.1. Tecnologia de aglomerados de fibras 5.4.1.1. Teoria do processo
5.4.1.2. Descrição geral do processo de produção 5.4.1.3. Operações e equipamento
5.4.1.4. Controlo químico do processo de produção 5.4.2. Tecnologia de aglomerados de partículas
5.4.2.1. Teoria do processo
5.4.2.2. Descrição geral do processo 5.4.2.3. Operações e equipamento 5.4.2.4. Controlo químico do processo
