Processos de Obtenção de Pastas Características Gerais das Pastas

Processos de Obtenção de Pastas –

Características Gerais das Pastas

Gullichsen e Fogelholm, Chemical Pulping (6A), Série

Papermaking Science and Technology, FAPET, PO BOX

146, FIN-00171 Helsinki, Finland (1999)

Bibliografia

Estrutura da madeira

Produção de Pastas - Objectivo

Processo

de

Transformação

Processo

de

Transformação

Madeira softwood/hardwood

Corte transversal

Estrutura das Fibras

Estrutura das Fibras - paredes

Madeira – Elementos dissociados - Tipo de células

Softwood: traqueideos (90%, 1,4- 6 mm), raios lenhosos e

células de parênquima (0,01-0,16 mm)

Hardwood: vasos (30%, 0,2-0,6 mm), células de

parênquima (<0,1 mm), traqueideos e fibras libriformes

(55%, 0,4-1,6 mm)

(Stenius, 2000)

Distribuição de comprimento de fibras de pasta de papel

Madeira – celulose

Elemento estrutural

Linear

Elevado índice de cristalinidade

DP: 10000 – 15000

5,2 – 7,7 µm

1,6x10

6

_{– 2,4x10}

6

_Da

Madeira - Hemiceluloses de softwood

Estrutural

Amorfo

DP: 100 – 200

Madeira – Hemiceluloses de hardwood

Madeira - Lenhina

Madeira - Composição Química

Distribuição Espacial dos Componentes

Distribuição Espacial dos Componentes

PASTAS

MECÂNICAS (fibras individualizadas,

fibras cortadas, aglomerados de fibras,

finos, etc) (RP>90%)

SEMI-QUÍMICAS (NSSC: RP= 65 – 90 %

QUÍMICAS (fibras individualizadas)

(RP= 40 – 60 %)

Processos de Produção de Pastas

Iniciação ao Conhecimento da Produção de Pasta para Papel Rogério Simões/UBI

Desfibração – Por onde rompe a estrutura?

RMP: Refiner mechanical pulping (1 atmosf. absoluto, 100ºC)

TMP: Thermomechanical pulping (1-2 atmosf. relativa, 120-130ºC)

CTMP: Chemithermomechanical pulping

MDF: Lamela média

• TEMPERATURA

•  ALCALI

•  DESLENHIFICAÇÃO

Como Enfraquecer as Ligações entre as Fibras

Consumo Específico de Energia versus Coesão da Madeira

• STONE GROUNDWOOD PULP (GWP) - RP= 93 -- 98%

• PRESSURIZED STONE GROUNDWOOD PULP (PGWP) - RP= 90 –

97%

• REFINER MECHANICAL PULP (RMP) - (desfibração à pressão

atmosférica, sem pretratamento)

• THERMO-REFINER MECHANICAL PULP (TRMP) - (aparas

previamente tratadas com vapor a T>100ºC e desfibradas à pressão

atmosférica)

Pastas Mecânicas

• THERMOMECHANICAL PULP (TMP) - (aparas previamente tratadas

com vapor a T>100ºC e desfibradas num 1º estágio sob pressão e num 2º

estágio à pressão atmosférica)

• CHEMITHERMOMECHANICAL PULP (CTMP) - (aparas previamente

tratadas com vapor e químicos a T>100ºC e desfibradas num 1º estágio

sob pressão e num 2º estágio à pressão atmosférica)

• CHEMIMECHANICAL PULP (CMP) - (aparas previamente tratadas

com vapor e químicos a T>100ºC e desfibradas à pressão atmosférica) -

RP>80%

Pastas Mecânicas

Ground-Wood-Pulp

Iniciação ao Conhecimento da Produção de Pasta para Papel Rogério Simões/UBI

Refiner-Mechanical-Pulp

Processos de Produção de Pastas

Introdução à produção de pasta Rogério Simões/UBI

Pastas Químicas

• SODA (NaOH)

• KRAFT (NaOH+Na

₂

S) (RP= 45 – 55%)

• SULFITO (CaO+SO

₂

); (MgO+SO

₂

); (NaOH+SO

₂

);

(NH

₄

OH+SO

₂

)

• SULFITO ÁCIDO (pH=1 – 2) (RP= 40 – 60%)

• BISSULFITO (pH=2 – 6) (RP= 45 – 60%)

• BISSULFITO NEUTRO (pH=6 – 9)

• ORGANOSOLV

Pastas kraft Branqueada - Operações Unitárias

Descasque

Destroçamento

Crivagem Aparas

Impregnação

Cozimento

Lavagem Aparas

Crivagem Pasta

Lavagem Pasta

Branqueamento

(OZDED)

Operações Unitárias – Impregnação

• Remoção de ar das aparas

• Impregnação com lixívia branca

(NaOH, Na

₂

S, Na

₂

CO

₃

)

Operações Unitárias – Cozimento

• Reacção Química e Transferência de massa e

calor

• Sistema heterogéneo

• Hidrodinâmica complexa

Objectivo

(remover o máximo de lenhina e o

mínimo de hidratos de carbono (celulose e

hemiceluloses)

Mecanismos

:

• Despolimerização da lenhina

(polímero), produzindo fragmentos

• Solubilização dos fragmentos de

lenhina, introduzindo-lhe grupos

funcionais com afinidade para o

solvente (água)

• Extracção dos fragmentos do interior

das aparas para o líquido envolvente

Equipamento

(digestor/reactor)

Introdução à produção de pasta Rogério Simões/UBI

Operações Unitárias – Lavagem

Objectivo

(remover o máximo de

contaminantes com o mínimo de água de

lavagem)

Mecanismos

:

• Difusão (dominante à escala da fibra

e da apara)

• Diluição/espessamento (3 =>12 ou

35%)

• Deslocamento

Equipamento

(digestor; difusores; lavadores

de tambor; prensas; ….)

Introdução à produção de pasta Rogério Simões/UBI

Pastas Químicas - Kraft

Processo Kraft

(NaOH+Na

₂

S) :

•

Permite cozer “qualquer” tipo de madeira

•

Velocidade de deslenhificação elevada

•

Produz pastas resistentes

•

Processo de recuperação de químicos eficiente

•

Recuperação de sub-produtos

•

Pastas difíceis de branquear

•

Mau cheiro

•

Processo complexo

•

Custo de equipamento elevado

Pastas Químicas - Sulfito

Processo Sulfito:

•

Pastas fáceis de branquear

•

Pode dar maior rendimento em pasta (softwood)

•

Pode dar problemas com algumas madeiras

•

Produz pastas menos resistentes

•

Mau cheiro

Pastas Químicas: Soda/kraft

Branqueamento – Reflectância de diferentes Pastas

a -Química-Branqueada

b -Mecânica+H

O

c –Mecânica sem Branqueamento

d .Sulfito sem Branqueamento

e -kraft sem Branqueamento

• Transferência de massa e calor

• Cinética e estequiometria

Branqueamento

Estágio de Branqueamento – Operações Unitárias

Branqueamento – Vários Estágios: Porquê?

Avaliação do Potencial Papeleiro das Pastas

Desintegração

Refinação

Formação da folha

_Prensagem

Secagem

Introdução à produção de pasta Rogério Simões/UBI

Óptica: brancura, opacidade, coef. dispersão de luz,

coef. absorção luz

Estructural: massa volúmica (volume mássico),

porosidade, lisura (rugosidade); permeabilidade ao ar..

Mecânica: resistência à tracção, resistência ao

rasgamento, flexão, módulo elástico, ….

Caracterização

das

Caracterização de Pastas – Refinação de Pasta Química

CSF versus SR

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

0.0

200.0

400.0

600.0

800.0

CSF, mL

ºS

R

Processos de Produção de Pastas

Processos de Produção de Pastas

PASTA

GWP*

RMP*

TMP* TMP** CTMP**

Power, KWh/odt

1830

1890

1980

2150

s/ref

c/ ref

Shives, %

-

0.7

0.1

-

-

-

-R#14

3.6

9.0

16.4

-

-R#28

15.6

20.0

19.0

-

-

78.0

62.0

R#48

22.2

22.3

18.7

-

11.4

17.2

R#100

13.8

11.5

8.8

-

-R#200

13.6

8.2

6.8

-

-

7.0

14.2

P#200

31.2

39.0

30.3

-

-

3.6

6.6

CSF, ml

99

82

99

100

100

400

V. M., cm

/g

2.2

2.6

2.2

2.5

2.3

2.1

1.3

I. Reb, kPam

/g

1.4

2.1

3.0

2.4

2.6

1.7

7.3

I. Rasg, mNm

/g

4.3

8.4

9.0

8.6

8.4

16.3

9.7

C. Ruptura, m

3000

4080

5400

4200

5200

2920

9770

Alongamento,%

1.6

2.0

2.6

-

-

1.0

3.0

Brancura, ISO

-

57

59

53

57

88

85

Opacidade,%

97.0

97.5

96.5

96.5

97.0

s', m

/kg

43.5

40.0

25.0

14.0

** scandinavian spruce, Piceas abies

** impregnação a pH 9,5, 1,7% Na2SO3, 3 min a 125ºC

COMPARAÇÃO DE DIFERENTES PASTAS

KRAFT*

µ