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Papel e Celulose

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INTRODUÇÃO
As primeiras tentativas de registrar as atividades humanas foram feitas em pedras, posteriormente em cascas de árvores, folhas e marfim, somente entre 2500 a.c e 2000 a.c o papel de escrever foi fabricado a partir de uma gramínea que cresce na margens do Nilo, o papiro, de onde vem o nome papel.
A madeira é a principal fonte de celulose para a fabricação de papel. Muitas fábricas usam também algodão, trapos e papel velho, alem de várias fibras, cujo principal fonte são as cordoarias e os rejeitos das indústrias têxteis. 
Os produtos químicos mais usados nos diversos procedimentos são basicamente: soldas, sulfatos (alcalino, neutro ou ácido), sulfato de sódio impuro, ozônio, oxigênio, dióxido de cloro, peróxido de hidrogênio, peróxido de sódio, hipoclorito de cálcio, sódio, bissulfeto de cálcio, dióxido de enxofre, leite de cal, solvente orgânicos (fenol e alcoóis), cal cáustico, alume, cala, amidos modificados, amido- aldeídos, corantes.
PROCESSO INDUSTRIAL DE PRODUÇÃO DA CELULOSE
- Processo Kraft ou ao sulfato:
É um processo químico que visa dissolver a lignina, preservando a resistência das fibras, obtendo-se dessa maneira uma pasta forte, com rendimento entre 50 a 60%. É muito empregada para a produção de papéis cuja resistência é o principal fator, como para as sacolas de supermercados, sacos para cimento, etc.
O processo de produção de celulose pelo método Kraft pode ser dividido em diversos estágios
- Descortificação e Picagem			
Para a obtenção da celulose, primeiramente as toras de madeira, ainda com casca são cortadas em tamanho uniforme. Depois são descortificadas (descascadas) por atrito dentro de tambores descascadores rotativo, as cortadeiras providos de quatro ou mais facas compridas e pesadas, que reduzem a madeira a pequenos cavacos para o cozimento químico. Além desse tipo de descascamento há também outro tipo, que consiste no atrito mecânico ou jatos de água a alta pressão (cerca de 95,2 atm) 
A polpação química, processo pelo qual a madeira é reduzida a uma massa fibrosa, apresenta como principais processos o Kraft ou Sulfato, onde são utilizados como reagentes no cozimento dos cavacos (toras de madeiras picadas) o NaOH, Na2S e Na2CO3; o processo Soda que é muito semelhante ao sulfato sendo seus processos apenas alcalino e o processo Sulfito que utiliza bissulfeto de cálcio e dióxido de enxofre.
- Cozimento
Os reatores, chamados digestores são carregados com os cavacos; adiciona-se o licor branco de cozimento que contêm essencialmente sulfito de sódio e soda cáustica e liga-se ao vapor de água. O licor branco cozinha em alta temperatura e pressão numa solução a 12,5% de NaOH, Na2S e Na2CO3. O período de cozimento leva cerca de 3 horas. Esse licor causa a dissolução da lignina, um polímero amorfo que confere firmeza e rigidez ao conjunto de fibras da madeira. 
A polpa depois da separação do licor de cozimento é lavada . O licor de cozimento usado (licor negro ou lixívia negra) é bombeado para a estocagem para aguardar a recuperação das substâncias dissolvidas mediante evaporação e, depois, a combustão da matéria orgânica dissolvida nas fornalhas de recuperação para reutilização no processo.
- Lavagem da Polpa Marrom 
Ao sair do reator a pasta de celulose ainda apresenta licor preto e fibras, impregnados com lignina, por isso é submetida a uma lavagem com água quente, a fim de retirar tais resquícios, e assim o licor preto é encaminhado para o processo de recuperação enquanto as fibras são enviadas para o branqueamento. Outra vantagem da lavagem é que ela reduz o consumo de alvejante utilizado no branqueamento. O licor de cozimento usado (licor negro ou lixívia negra) é bombeado para a estocagem para aguardar a recuperação das substâncias dissolvidas mediante evaporação e, depois, a combustão da matéria orgânica dissolvida nas fornalhas de recuperação para reutilização no processo.
A polpa lavada passa para a sala das peneiras, onde atravessa grades, calhas de sedimentação peneiras, que separam quaisquer lascas de madeira não cozida, após o que entra nos filtros e espessadores.
- Evaporação
O licor preto gerado nas etapas anteriores pode, a partir de tratamentos químicos, voltar na forma de licor branco para o cozimento de cavacos. Mas este resíduo antes de ir para a caldeira de recuperação deve passa por evaporadores para que sua concentração possa ser elevada, uma vez que baixas concentrações inviabilizam o processo de recuperação. Após a passagem pelos evaporadores, a concentração que era cerca de 14% de sólidos passa a ser acima de 80% de sólidos. Na caldeira de recuperação o licor preto concentrado é pulverizado através de bicos injetores. As gotas formadas entram em contato com o ar de combustão, sofrendo o processo de secagem e combustão, nessa etapa grande parte da água presente no licor é evaporada.
- Caldeira de Recuperação
O licor negro separado da polpa no lavador no lavador de polpa, ou difusor, contém de 95 a 98% do total de substâncias que entram no digestor. Os compostos orgânicos do enxofre estão presentes em combinação com o sulfeto de sódio. o carbonato de sódio está presente, assim como pequenas quantidades de sulfato de sódio, de cloreto de sódio, de sílica, além de traços de cal, de óxido de ferro, de alumina e de hidróxido de potássio. Este licor negro é concentrado queimado e sofre encalagem. No forno, decompõem-se quaisquer compostos orgânicos remanescentes, o carvão é queimado e as substâncias inorgânicas são fundidas.
O fundido, Na2CO3, juntamente com o Na2S, vão para uma solução de licor branco de baixa concentração, formando o licor verde que vai para a etapa de caustificação.
- Caustificação
Antes dessa etapa, o licor verde é levado aos clarificadores e por decantação é separado dos sólidos insolúveis (dregs) presentes nele, a fim de não haver problema no ciclo do cálcio. O licor verde segue então aos caustificadores onde é tratado com óxido de cálcio (CaO) que ao reagir com água forma hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), de acordo com a Reação II. O Ca(OH)2 converte o carbonato de sódio ( Na2CO3) , presente no licor verde, em hidróxido de sódio (NaOH) conforme a reação III, recuperando assim o NaOH que é ingrediente do licor branco usado no cozimento
- Branqueamento 
Segundo Piotto (2003) pode-se considerar o branqueamento como sendo uma continuação da deslignificação iniciada no cozimento, utilizando-se para isso o cloro e seus compostos (hipoclorito e dióxido de cloro) e, ainda, a soda cáustica.
A polpa lavada passa para a sala das peneiras, onde atravessa grades, calhas de sedimentação e peneiras, que separam quaisquer lascas de madeira não cozida, após o que entra nos filtros e espessadores. A polpa espessada é em seguida alvejada, usando pelo menos um estágio a dióxido de cloro, seguido de neutralização e tratamento a hipoclorito de cálcio. Na etapa do branqueamento há a remoção, através de agentes oxidantes, da lignina restante na polpa celulósica a fim de obter uma polpa com maior alvura (grau de reflectância da luz).
Depois de alvejada a polpa é lavada e reespessada, sendo preparada para formar folhas secas. As técnicas modernas de branqueamento, no entanto, utilizam um processo denominado de deslignificação com oxigênio ou pré-branqueamento, que permite reduzir o teor de lignina da polpa, antes de receber os compostos químicos oxidantes. Além desta técnica já foram utilizados outros agentes branqueantes, como o ozônio
e peróxido de hidrogênio (PIOTTO, 2003).
- Secagem
Antes de iniciar o processo de secagem a polpa celulósica passa por um novo processo de depuração semelhante ao da polpa marrom saída do digestor. A formação das folhas é feita num espessador a úmido constituído, essencialmente, por um cilindro que mergulha numa cuba, ou tanque, cheia de polpa, por uma correia sem fim em feltro, que arrasta a folha de polpa através de rolos de secagem e, depois, através de rolos de prensagem. As lâminas contêm de 35 a 45% de fibra seca ao ar. Estas folhas“’úmidas” são empilhadas em prensas hidráulicas e sujeitas a pressões até 3.000psi(204 atm). O produto resultante contém de 50 a 60% de fibra seca ao ar.
ATUAÇÃO DO ENGENHEIRO QUÍMICO NO PROCESSO
	Em geral, a principal função do engenheiro químico é gerenciar as várias etapas de produção de celulose e papel, que envolvem processos químicos e operações unitárias variadas. Sua participação inclui desde participar de procedimentos do tratamento químico para a transformação da matéria prima ( o que inclui desde o descascamento á análise das propriedades do papel, para posterior controle de qualidade), atuar diretamente no desenvolvimento e operação de processos químicos em escala industrial, gerenciar o controle de resíduos poluentes e o gerenciamento de custos e qualidade do processo.
PRINCIPAIS PRODUTOS
Papéis especiais
Existem centenas de produção e uso de papel, e todos na sua finalidade. Os papéis industriais especiais são os que não se enquadram na categoria geral, e entre eles incluem-se: papéis para cigarros. Papéis filtro; papel transparente impermeável; papel de embalagem para alimentos, como papel de pratos, papel para copos e tigelinhas, papel d embrulho com revestimento de plástico ou de folha de alumínio, para conservar o gosto e a textura, impedir a contaminação e obstar a entrada de umidade; materiais para saco sanfordizado, conhecido como Chupak; papel pergaminho; papel de parede e papel com superfície encerrada. Os fabricantes de papel, associados aos fabricantes de tecidos, estão tentando desenvolver um papel conveniente para aventais cirúrgicos e roupa de cama, descartáveis. No terreno dos papéis sintéticos, atualmente existem alguns tipos especiais em volume pequeno. Atualmente os “materiais” não tecidos têm considerável importância para uma ampla variedade de usos nos hospitais, indústrias e lares.
Papel usado
O papel é um grande suprimento potencial, que pode se transformar em polpa a um baixo custo. Segundo os ecologistas os papéis usados devem ser reciclados e reutilizados. Existem quatro grandes categorias de massa de papel de primeira qualidade, como os recortes de blocos e de envelopes; a mista, como a que se encontra nas cestas de lixo; as folhas de papelão ondulado velhas; e o papel de jornais velhos. Os meios mecânicos são suficientes para transformar a massa de papel em polpa apropriada para o papel de telhados e papel para caixas de papelão. Em virtude de o produto ter coloração escura, não é necessário remover as tintas e os pigmentos; são suficientes, por isso, as operações de desintegração e de desfibramento. 
Destintamento depois de os fardos serem inspecionados e lançados na polpadeira, se junta soda caústica, que é o reagente usado em geral para destintamento. A barrilha, o peróxido de sódio, o silicato de sódio ou um dos compostos fosfáticos do sódio podem ser adicionados à formulação, dependendo de diversos fatores, como, por, exemplo, tipo da massa de papel, água da localidade e equipamento disponível. O cozimento e o polpeamento são efetuados rapidamente numa só operação, numa temperatura um pouco inferior a 200ºF (93.3 ºC). O material estranho, como clipes, é coletado no peneiramento da polpa, antes da lavagem. O alvejamento, leva em muitos casos, a um produto branco como a neve.
Chapas estruturais
As chapas de fibra são folhas rígidas, ou semi-rígidas, formada pelo feltramento das fibras a úmido ou a seco. As espécies de baixa densidade são em geral usadas para isolamento. Os tipos modernos de densidade média são empregados em móveis, e os tipos de alta densidade são empregados em móveis e painéis de parede. As fibras usadas provem de madeiras moles ou duras, de refugos de madeira e de resíduos de fábricas; a madeira é polpeada por processos mecânicos, termomecânicos ou explosivos. Usa-se um pouco de adesivo, em geral resina de fenol-formaldeido, particularmente com as chapas feltradas a seco. È comum fazer um tratamento para melhorar a resistência à chama ou a água, ou para proteger a madeira contra a ação de insetos. 
As chapas de aglomerados usam serragem, aparas e lascas com formas especiais, a fim de combinar as propriedades físicas convenientes com a aparência atrativa. Os adesivos de resina sintética e as diferentes condições de prensagem dão produtos com diversas densidades, resistências, e com diversas gofragens. Está surgindo uma nova classe de chapas, usam adesivos de resina e tem os elementos básicos alinhados substancialmente numa direção. Os aglomerados são utilizados em pisos de assentamentos de assoalhos, nos móveis chapeados, nos painéis decorativos, e estão substituindo a madeira compensada, ou a maciça, em algumas aplicações estruturais.
Os laminados à base de papel são folhas múltiplas de papel tratado a resinas coladas sob pressão elevada com ação do calor,; nestas circunstâncias, tornam-se rígidas e não tem as características do papel. Dependendo do processo usado, os produtos são com carga de resina ou com impregnação de resina. Tem diversas características como estabilidade e resistência, que os tornam úteis na indústria de construção.
PRINCIPAIS RESÍDUOS
Em meio às etapas do processo Kraft são gerados vários resíduos, entre eles: a cinza da caldeira de recuperação que por possuir alta concentração de carbono e nitrogênio tem sido usado como corretivo no solo das plantações de eucalipto; o talol, proveniente da recuperação do licor negro, que apresenta grande quantidade de compostos de resina e ácidos graxos, e resíduo tem sido usado na fabricação de sabões e graxas; e por fim os compostos organoclorados presentes nos efluentes do branqueamento, que por não serem biodegradáveis entram na cadeia alimentar e, dependendo da concentração, são altamente tóxicos, por isso o método STD tem sido substituído pelo TCF e o ECF que dão possibilidade do tratamento dos efluentes do branqueamento.
SHREVE, Norris; BRINK JR. Joseph. Indústrias de processos químicos. Editora Guanabara: Rio de Janeiro, 1997.
BRACELPA. Associação Brasileira de Celulose e Papel. Disponível em: <www.bracelpa.org.br>. Acesso em 11 mar. 2011

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