Aula 1 - Principios do branqueamento

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23/01/2022
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TECNOLOGIA DE PRODUÇÃO DE CELULOSE
MÓDULO: TECNOLOGIA DE BRANQUEAMENTO DE POLPA 
CELULÓSICA
AULA 1: PRINCÍPIOS DO BRANQUEAMENTO
Prof. Dr. Dalton Longue Júnior
CURSO
CONTEÚDO
 Localização do branqueamento numa fábrica 
 Definição
 Tipos de polpa
 História do branqueamento
 Tipos de branqueamento
 Reagentes de branqueamento
 Sequências de branqueamento
 Avaliação do branqueamento
 Variáveis do branqueamento 
Floresta Madeira Estocagem Fábrica
Limpeza Picagem Classificação Cozimento
Depuração
Pré-
branqueamento
Branqueamento Máquinas
LOCALIZAÇÃO DO PROCESSO DE 
BRANQUEAMENTO NUMA FÁBRICA DE 
POLPA CELULÓSICA
LOCALIZAÇÃO DO PROCESSO DE 
BRANQUEAMENTO NUMA FÁBRICA DE 
POLPA CELULÓSICA
Fonte: www.semanticscholar.com
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Fonte: www.radiocacula.com.br
LOCALIZAÇÃO DO PROCESSO DE 
BRANQUEAMENTO NUMA FÁBRICA DE 
POLPA CELULÓSICA
Filtros 
lavadores
Torre de 
estocagem
Torres de 
branqueamento
Fonte: www.dci.com.br
LOCALIZAÇÃO DO PROCESSO DE 
BRANQUEAMENTO NUMA FÁBRICA DE 
POLPA CELULÓSICA
Filtros 
lavadores
Torres de 
estocagem
Torres de 
branqueamento
DEFINIÇÃO
 Processo químico que tem por objetivo melhorar a alvura e a 
limpeza da polpa celulósica para uma dada aplicação.
 O processo de branqueamento numa sequência de múltiplos 
estágios é sempre avaliado pela observação da alvura 
(refletância da luz visível azul).
 O branqueamento aumenta a quantidade de luz azul refletida 
pela polpa, pois possui menos grupos cromóforos, 
responsáveis pela absorção de luz.
DEFINIÇÃO
Um processo de branqueamento é composto por:
 Estágios de branqueamento: etapas individuais do processo onde a 
polpa celulósica é submetida a condições específicas, normalmente 
com o objetivo de elevar a alvura pela remoção ou alteração de algum 
grupo cromóforo. O número de estágios deve ser bastante planejado 
pois influencia nas características finais da polpa, no geração de 
efluentes (ambiente) e no custo do projeto.
 Sequências de branqueamento: conjunto de estágios de 
branqueamento, podendo ser composto de 3 até mais de 7 estágios, a 
depender da tecnologia disponível e do nível de qualidade exigido 
para a polpa final (cliente define). 
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DEFINIÇÃO
Resumindo...
Branqueamento é um conjuntos de estágios (sequência) 
definidos de modo a elevar a alvura e melhorar a limpeza da 
polpa, com menor custo, sem comprometer a qualidade final 
do produto e com o mínimo impacto ambiental.
TIPOS DE POLPA
POLPA 
MECÂNICA
POLPA 
QUÍMICA
POLPA 
SOLÚVEL≠ ≠
Exigência do processo de branqueamento
- +
Alvura 18 – 25%ISO
Polpa não branqueada 
de coníferas
Alvura 88-92 %ISO
Polpa kraft de 
mercado
Alvura 95-96%ISO
Polpa sulfito 
solúvel
TIPOS DE POLPA
Polpa Alto 
Rendimento
Polpa Química
Polpa Solúvel
Elevado rendimento (>70%)
Menor resistência
Menor alvura final (máx. 80%ISO)
Baixo rendimento (50%)
Maior resistência
Maior alvura final (88-92%ISO)
Baixo rendimento (40%)
Resistência não exigida (pureza química)
Maior alvura final (>92%ISO)
Fonte: https://in.all.biz/unbleached-bleached-pulp
TIPOS DE POLPA
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TIPOS DE POLPA
Polpa
Mercado
Qualidade
Custo
Meio 
Ambiente
Tecnologia
Pessoal
HISTÓRICO DO BRANQUEAMENTO
 Inicialmente acompanhou a descoberta do cloro, em 1774, e sua 
ação branqueadora sobre as fibras vegetais.
 Hipoclorito de cálcio (H) desenvolvido em 1799, possibilitou o 
transporte mais fácil do produto.
 1900 - 1930: grande evolução nas tecnologias de branqueamento, 
como o surgimento dos estágios de cloro (C), extração (E) e 
dióxido de cloro (D).
 1952 - descoberto o estágio com oxigênio.
 1990 - desenvolvimento de sequencias de branqueamento sem 
cloro elementar e ampliação da utilização do reagentes derivados 
do oxigênio (Z, O e P).
TIPOS DE BRANQUEAMENTO
Branqueamento por Remoção de Cromóforos
Branqueamento por Modificação de Cromóforos
- Remove da polpa celulósica compostos coloridos da madeira 
ou que se tornaram coloridos devido às reações químicas da 
polpação.
- Afeta negativamente o rendimento e positivamente a 
estabilidade de alvura.
- Modifica os compostos coloridos da polpa que não puderam 
ser removidos da polpa celulósica, mesmo após vários 
estágios de branqueamento.
- Influencia negativamente a reversão de alvura e 
positivamente o rendimento.
REAGENTES DE BRANQUEAMENTO
 Agente branqueador: qualquer substância química capaz de diminuir 
a conjugação de elétrons de uma molécula colorida com potencial de 
colorir a polpa celulósica.
 Elétrons conjugados: moléculas com elétrons conjugados são 
capazes de absorver energia ou a luz visível, e, assim, excitarem-se 
para emitir diversas cores.
 Um método agressivo de impedir a conjugação de elétrons é a 
quebra da dupla ligação.
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REAGENTES DE BRANQUEAMENTO
 Seletividade: o reagente deve ser seletivo, pois se por um lado ele 
deve quebrar as ligações duplas conjugadas, por outro lado, ele não 
pode quebrar as ligações glicosídicas das cadeias de celulose 
(viscosidade).
 Reagente perfeito: deixar as fibras de celulose intactas e somente 
destruir os compostos cromóforos, ser de baixo custo e oxidar 
rapidamente a lignina residual não removida pelo cozimento.
REAGENTES DE BRANQUEAMENTO
Oxigênio: 
- Função: oxidar (quebrar ligações duplas conjugadas) e solubilizar a 
lignina residual (estruturas menores). 
- Vantagens: baixo custo, produz efluente livre de cloro e pode ser 
recirculado no sistema de recuperação química.
- Desvantagens: requer alto capital de investimento, degradação da 
celulose se mal aplicado e aumenta a carga para a recuperação química.
Peróxido de hidrogênio: 
- Função: oxidar, descolorir e solubilizar a lignina. 
- Vantagens: fácil de usar, baixo custo, produz efluente livre de cloro e 
pode ser recirculado no sistema de recuperação química.
- Desvantagens: degradação da celulose se mal aplicado e ineficiente 
para remover feixes de fibras.
REAGENTES DE BRANQUEAMENTO
Dióxido de cloro: 
- Função: oxidar, descolorir e solubilizar a lignina. 
- Vantagens: eficiente e seletivo, efetivo na remoção de feixes de fibras, 
protege a celulose quando misturado ao Cl2 num estágio C.
- Desvantagens: requer a produção do reagente no local de uso, alto 
custo, formação de organoclorados no processo e altamente corrosivo.
Hipoclorito: 
- Função: oxidar, descolorir e solubilizar a lignina. 
- Vantagens: fácil de preparar e usar, e possui baixo custo.
- Desvantagens: degradação da celulose se mal aplicado e formação de 
clorofórmio.
REAGENTES DE BRANQUEAMENTO
Oxidantes: cloro (Cl), dióxido de cloro (ClO2), hipoclorito (NaClO), 
peróxido (H2O2), oxigênio (O2) e ozônio (O3) .
Agente de extração: hidróxido de sódio (NaOH) é o mais comum.
Quando um reagente oxidante promove a oxidação dos compostos 
coloridos, ele recebe elétrons e, consequentemente, sofre uma redução 
em sua estrutura química e promove uma oxidação no grupo cromóforo.
Quando um reagente redutor promove a redução dos compostos 
coloridos, ele doa elétrons e, consequentemente, sofre uma oxidação em 
sua estrutura química e promove a redução no grupo cromóforo..
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REAGENTES DE BRANQUEAMENTO
Oxidante
PM 
(g/mol)
é/mol para 
reduzir a Cl-
ou O2-
Peso 
equivalente
OXE/kg de 
polpa
Cloro 70,91 2 35,5 28,2
Dióxido de cloro 67,46 5 13,5 74,1
Hipoclorito de sódio 74,45 2 37,2 26,9
Oxigênio 32,00 4 8,0 125,0
Ozônio 48,00 6 8,0 125,0
Peróxido de hidrogênio 34,02 2 17,0 58,8
Fonte: Colodette e Gomes, 2015; Grundelius, 1991, 1993.
Tabela 1: Pesos moleculares, elétrons transferidos, pesos equivalente e OXE dos 
principais oxidantes utilizados no branqueamento de polpa celulósica.
OXE = equivalente de oxidação = alternativo ao cloro ativo que é mais usado no branqueamento
1000/ PE = 1 OXE significa 1 mol de elétrons transferido por 1 kg de reagente no branqueamento.
REAGENTES DE BRANQUEAMENTO
Cloro Ativo: para saber o poder de ação de um reagente químico. Issoé 
feito para poder estabelecer comparações entre os diferentes tipos de 
reagentes, numa mesma base química, que nesse caso é o cloro elementar (Cl). 
 Um estágio de peroxidação (P) que utiliza 5 kg de peróxido
= carga H2O2 (kg/t) x P.E. Cl / P.E. H2O2
= 5 kg/t H2O2 x 35,5 / 17,0
= 10,44 kg/t Cl2 ativo
5 kg/t de H2O2 = 10,44 kg/t Cl2 ativo
 Um estágio de dioxidação (D) que utiliza 5 kg de dióxido de cloro
= carga ClO2 (kg/t) x P.E. Cl / P.E. ClO2
= 5 kg/t ClO2 x 35,5 / 13,5
= 13,15 kg/t Cl2 ativo
5 kg/t de ClO2 = 13,15 kg/t Cl2 ativo
SEQUÊNCIAS DE BRANQUEAMENTO
Sequência Standard ou Convencional
Sequência ECF (Elemental Chlorine Free)
- Formada por estágios que utilizam o cloro elementar (C).
- Formada por estágios que não utilizam o cloro elementar, e que 
este é substituído por seu derivado, como dióxido de cloro.
Sequência TCF (Totally Chlorine Free)
- Formada por estágios que não utilizam nenhum reagente 
derivado do cloro. Utilizam reagentes derivado do oxigênio, 
como P, Z, Q, E, X e O.
SEQUÊNCIAS DE BRANQUEAMENTO
PASSADO
Branqueamento realizado em único estágio
Menos seletivo
Maior degradação da celulose
ATUAL
Branqueamento em múltiplos estágios
Mais seletivo
Menor degradação da celulose
A combinação de múltiplos estágios permite a oxidação eficiente 
dos grupos cromóforos e a remoção do material oxidado, 
praticamente impossível em um único estágio.
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SEQUÊNCIAS DO BRANQUEAMENTO
As sequencias de branqueamento são 
formadas por estágios, que são 
designados por abreviações
Norma TAPPI
TIS 0606-21-1993
REGRAS GERAIS:
1. Usar sempre letras maiúsculas (Z, P, D, O, H).
2. Não usar subscritos e sobrescritos (DHT, P1, D2).
3. Usar a primeira letra representativa do nome do estágio na língua inglesa, exceto 
quando a letra já estiver em uso (O, Z, P, Y).
4. Usar o símbolo “/” para designar ausência de lavagem entre estágios (O/O, Z/D).
5. Quando um estágio for composto por dois reagentes, colocar as letras entre 
parênteses (EP, EOP, DC).
O A/D (EOP) D1 D2
AVALIAÇÃO DO BRANQUEAMENTO
PARÂMETROS MAIS USADOS PARA AVALIAR O 
DESEMPENHO DO BRANQUERAMENTO
1. Nível de preservação dos carboidratos (celulose e hemiceluloses):
- Rendimento do branqueamento (estágio ou sequência);
- Viscosidade da polpa branqueada;
- Relação celulose/hemicelulose;
- Distribuição do peso molecular.
2. Remoção ou modificação da lignina:
- Número kappa/microkappa;
- Teor de ácidos hexenurônicos.
3. Dissolução ou remoção de extrativos
4. Remoção ou descoloração de partículas (feixes de fibras)
AVALIAÇÃO DO BRANQUEAMENTO
PARÂMETROS MAIS USADOS PARA AVALIAR O 
DESEMPENHO DO BRANQUERAMENTO
EFICIÊNCIA
Quantidade de cromóforos removidos por 
unidade de reagente oxidante utilizado.
����. � ∆ 	
��
 �
��
SELETIVIDADE
Quantidade de cromóforos removidos por 
unidade de viscosidade decrescida.
�����. � ∆ 	
��
 ∆��������
���
AVALIAÇÃO DO BRANQUEAMENTO
POLPA 1
Kappa inicial = 12
Kappa final = 2
Visc. inicial = 1250 dm3/kg
Visc. final = 850 dm3/kg
CAT = 16 kg/t
POLPA 2
Kappa inicial = 12
Kappa final = 1
Visc. inicial = 1400 dm3/kg
Visc. final = 800 dm3/kg
CAT = 20 kg/t
POLPA 3
Kappa inicial = 8,5
Kappa final = 0,5
Visc. inicial = 1250 dm3/kg
Visc. final = 750 dm3/kg
CAT = 14 kg/t
Tês polpas foram submetidas a diferentes sequencias de branqueamento:
Qual polpa apresentou maior viscosidade final? 
Qual polpa perdeu mais viscosidade ao final do branqueamento? 
Qual polpa apresentou menor número kappa final? 
Qual polpa reduziu mais o número kappa no branqueamento?
Qual polpa apresentou menor consumo de cloro ativo total?
Qual a polpa (branqueamento) apresentou melhor eficiência? 
Qual polpa apesentou melhor seletividade? 
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AVALIAÇÃO DO BRANQUEAMENTO
POLPA 1
Kappa inicial = 12
Kappa final = 2
Visc. inicial = 1200 dm3/kg
Visc. final = 800 dm3/kg
CAT = 16 kg/t
POLPA 2
Kappa inicial = 12
Kappa final = 1
Visc. inicial = 1450 dm3/kg
Visc. final = 850 dm3/kg
CAT = 20 kg/t
POLPA 3
Kappa inicial = 8,5
Kappa final = 0,5
Visc. inicial = 1250 dm3/kg
Visc. final = 750 dm3/kg
CAT = 14 kg/t
Três polpas foram submetidas a diferentes sequencias de branqueamento:
Qual polpa apresentou maior viscosidade final? Polpa B (850 dm3/kg)
Qual polpa perdeu mais viscosidade ao final do branqueamento? Polpa B (600 dm3/kg)
Qual polpa apresentou menor número kappa final? Polpa C (0,5 unidade de kappa)
Qual polpa reduziu mais o número kappa no branqueamento? Polpa B (11 unidades kappa)
Qual polpa apresentou menor consumo de cloro ativo total? Polpa C (14 kg/t)
Qual a polpa (branqueamento) apresentou melhor eficiência? Polpa A (0,625 u kappa/kg CAT)
Qual polpa apesentou melhor seletividade? Polpa A (0,025 un kappa/un viscosidade)
VARIÁVEIS DO BRANQUEAMENTO
Principais variáveis operacionais de cada etapa de branqueamento:
 Temperatura
 Tempo
 Concentração de reagentes (relaciona consistência e dosagem)
 Pressão da reação
 Grau de acidez ou alcalinidade (pH)
 Eficiência de lavagem da polpa
Essas condições devem ser testadas, bem definidas e praticadas 
corretamente para possibilitar a alcance do grau de 
branqueamento pretendido (planejado).
MATÉRIA PRIMA
Características da
Anatomia das fibras
Teor de lignina
Teor de extrativos
Teor de hemiceluloses
Número Kappa
Viscosidade
Alvura
Sujidade (palitos)
Carry over (arraste)
BRANQUEAMENTO
Variáveis do
Temperatura
Tempo
Concentração de 
reagentes 
Carga de reagente
Consistência 
Pressão da reação
Grau de acidez ou 
alcalinidade (pH)
Eficiência de lavagem
PRODUTO FINAL
Características do
Anatomia das fibras
Teor de extrativos
Teor de hemiceluloses
Viscosidade
Alvura
Sujidade (total)
BIBLIOGRAFIA
LIVROS
 Branqueamento de polpa celulósica: da produção da polpa marrom ao 
produto acabado (Colodette e Gomes, 2015)
Seção 1: Composição anatômica e química de materiais lignocelulósicos
Seção 3: Princípios gerais do branqueamento
 Pulp bleaching: principle and practices (Dence e Reeve, 1996)
Section 1: Introduction
Section 2: Raw material
Section 3: The chemistry of bleaching and brightness revertion
 Handbook of pulp (Herbert Sixta, 2006)
Section 1: Introduction
Section 2: Raw material for pulp
Section 7: Pulp Bleaching
Section 8: Pulp purification
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BIBLIOGRAFIA
ARTIGOS
 Effect of pulping processes on bleachability with ECF, Z-ECF and
TCF sequences
Autores: Colodette, J.L.; Gomide, J.L.; Argyropoulos, , D.S.; Robles, Y.A.M.; Almeida, J.M.;Hehlman, 
S.K.; Brito, A.C.
Revista: Appita Journal. 1999, 52, 368-374.
 Effect of Structural Features of Wood Biopolymers on Hardwood 
Pulping and Bleaching Performance
Autores: Paula C. Pinto, Dmitry V. Evtuguin e Carlos Pascoal Neto
Revista: Industrial Engeneering Chemistry Research. 2005, 44, 9777-9784.
 Efeito dos sólidos dissolvidos da madeira na branqueabilidade e nas
propriedades físico-mecânicas e ópticas de polpa kraft branqueada
de eucalipto
Autores: Longue Júnior, D.; Colodette, J.L.
Revista: Ciência Florestal. 2012, 22 (1), 171-181.
PRINCÍPIOS DO BRANQUEAMENTO
Prof. Dalton Longue Júnior
dalton@uesb.edu.br
(77) 98815-8711