Prova-1_-Celulose

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Celulose e Papel
Conceitos:
Polpa: É um resíduo fibroso celulósico e células vegetais produzidos pela redução mecânica ou química da biomassa de madeira e outras plantas utilizado na fabricação de papel e outros produtos celulósicos.
Papel: Produto fabricado a partir de células individuais ou feixe de fibras, que são formados em uma esteira, comprimido, e seco em uma folha de menos e 3 mm de espessura. É um afeltrado de fibras unidos tanto fisicamente como quimicamente.
Informações sobre o setor:
O Brasil é o 4° país produtor de celulose cerca e 14 mil toneladas e o 10° produtor de papel cerca de 11mil toneladas.
A área de florestas plantadas no Brasil é de 851.488 hectares.
Brasil planta muita floresta devido as características de clima e solo, pesquisa, setor privado organizado e mão de obra qualificada além dos aspectos de avanços em genética, biotecnologia, matéria-prima, rotação, manejo florestal, planejamento ambiental.
O número de áreas plantadas tende a diminuir devido ao aumento do fomento florestal.
Para se produzir 1 tonelada de celulose gasta-se 2 toneladas de madeira que são 4 m³. A densidade básica de uma árvore é 0,5 g/cm³, ou seja, 500 Kg/m³. O volume médio de um árvore é de 0,25 m³, logo são necessárias 16 árvores para produzir 4 m³, ou seja 1 tonelada de celulose.
Matéria Prima
A fibra de algodão não é utilizada para produção de papel, pois custa 17 vezes mais que a fibra da madeira. Os requisitos básicos para a matéria prima ser destinada a produção de celulose são: deve ser fibrosa, economicamente viável, disponibilidade o ano todo, fornecer ao produto final as características desejáveis e ser renovável.
Eucalyptus é adequado para a polpação ao processo kRAFT, pois possui características tecnológicas que interagem favoravelmente com a físico-químico e cinética da teoria Kraft. A madeira pode ser penetrada pelo licor de cozimento, a lignina é relativamente fácil de ser removida e tem bom rendimento, produz mais celulose em menor custo comparado á coníferas. O baixo custo e alto rendimento proporcionam qualidade, eficiência, adequação, satisfação do consumidor e adequação ao uso.
As fontes de variação da matéria prima podem ser natural como diferenças em qualidade dentro da própria árvore, presença de doenças ou ataques, maior ou menor presença de nós e etc ou causadas pelo homem como gestão de mistura de madeiras, resíduos, idades, clones e gestão de estocagem que influenciam na umidade, apodrecimento e deteriorização além de picagem e classificação dos cavacos.
A estrutura macroscópica da madeira sofre variações das propriedades físicas, anatômicas e químicas que são influenciadas pela taxa de crescimento, idade, lenho de reação e tração e tudo influência a qualidade da polpa. Portanto as características da madeira é a combinação de três fatores: Morfologia macroscópica, anatomia e composição química. 
Coníferas: traqueídeos, raios e canais resiníferos 
Folhosas: elementos de vasos, fibras, raios e parênquima
Química da Madeira
	É importante estudar as propriedades químicas da madeira, pois estas afetam o processo industrial. Os componentes estruturais fazem parte da estrutura das células e são responsáveis pela forma e pela maioria das propriedades físicas e química. A retirada de um componente da parede celular exige tratamentos químicos ou mecânicos para despolimerizá-lo ou pelo menos solubilazá-lo.
Celulose: Polímero linear de açúcar ou um polissacarídeo composto por monômeros de D-glucose que compõem cerca 40-45% do peso seco da madeira. Alto peso molecular, constituído exclusivamente por βD-glucose na forma de piranose ligadas por ligações monoméricas glicosídicas do tipo β(1-4). Composta por milhares de unidades de anidroglucose com alto grau de polimerização. Tem comprimento suficiente para ser insolúvel em solventes orgânicos, água, ácidos. Possui 70% região cristalina e 30% amorfa é o componente majoritário, 
 tanto em folhosas quanto em coníferas.
Hemicelulose: Classe de polímeros formados por combinações de vários açúcares: hexoses e pentoses, diferindo em alguns aspectos, pois são polissacarídeos não celulósicos classificados de acordo com o tipo principal de açúcar presente. As folhosas apresentam maior teor de hemicelulose que as coníferas. São compostas de 2-3 monômeros, não são cristalinas e são ramificadas.
Lignina: Molécula polifenólica tridimensional, amorfa, pertencente aos fenilpropanos, de estrutura complexa e alto peso molecular que confere a madeira a característica de resistência. É um polímero aromático que corresponde 20-30% da parede celular. As ligninas são a fração não carboidrato da madeira livre de extrativos extremamente complexa e difíceis de caracterizar, sendo impossível sua remoção sem considerar a degradação. Coníferas tem maior teor de lignina que as folhosas. Se localiza na lamela média composta e na parede secundária, é o último componente da parede incorporado e tem função de resistência e rigidez, conferindo o caráter hidrofóbico. Quantidade e distribuição da lignina afetam o processo industrial é indesejável na produção de polpa e papel e sua remoção constitui a etapa principal.
Extrativos: Componentes não estruturais que estão contidos no lúmem celular, espaço intercelular e canais vazios. São solúveis em água e podem ser retirados da madeira por meio de solventes orgânicos com polaridade adequada, sem modificar as características celulares, incluem uma grande variedade de compostos químicos, em geral de baixa massa molecular e poucos são polímeros. A maioria dos extrativos são metabólicos secundários e exercem função de cicatrização e proteção. Representa menos que 10%.
	Constituinte
	Coníferas (%)
	Folhosas (%)
	Celulose
	45
	45
	Hemicelulose
	27
	30
	Lignina
	28
	20
	Extrativos
	5
	2
Dentro de uma árvore ocorrem variações no sentido longitudinal e radial e o melhoramento genético é uma forma de regulagem das proporções dos componentes químicos para melhorar a performance da matéria prima.
Ultraestrutura da Parede Celular: Parede secundária, espessa depositada após a diferenciação celular, possui até 90% de celulose. A camada S1 é a mais lignificada oferece resistência a xilófagos, AMF 50-70°, a camada S2 é que apresenta maior teor de celulose AMF 10-40° controlando as propriedades físicas e mecânicas e a camada S3 possui baixa concentração de celulose, delgada, AMF 60-80°.
Manuseio da Madeira
Fluxograma Operações: Fornecer madeira na forma e pureza desejada em quantidades adequadas e constantes.
Floresta
Estocagem
Traçamento dasTorasvc
Cascass
Descascamento c
Queima
Limpeza
Polpação Mecânica
Estocagem
c
Pícagem
Repicagem
ClassificaçãoPolpação Química
c
Estocagem
Polpação Química
A madeira é recebida pela fábrica em forma de cavacos ou em toras (com ou sem cascas). O consumo diário de madeira pelas fábricas são e 2000 a 12000 toneladas o restante é estocado e o manejo do pátio e estocagem influencia na qualidade do produto final.
Descascamento das Toras: 
Razões para remoção das cascas: Apresentam baixo teor de fibras adequadas e com isso causam baixo rendimento, causam danos aos equipamentos, contem alto teor de extrativos que causam “picth” e espuma, maior consumo de reagentes nos processos, lavagem e depuração difícil, resultam em polpa de menor alvura e com resistência prejudicadas. São usadas nas florestas para incorporação à matéria orgânica ou nas fábricas na produção de energia.
Problemas associados à presença de casca na polpa: Acarreta problemas no cozimento e branqueamento devido a presença e elevados teores de extrativos, que reduzem o rendimento e aumentam o consumo de reagentes, além de resultar em problemas de depuração devido ao entupimento de telas.
Efeito das cascas na polpação: 1% de casca de Eucalyptus na polpa aumenta o consumo do álcali ativo, reduz celulose, aumenta o número Kappa, aumenta o número total de sólidos secos gerados no licor e o número de cloro ativo no branqueamento.
Tipos dedescascadores: Aquele que usam a fricção e abrasão (tambor, bolsa, cilindro); os que cortam a casa (anel, faca – são lentos e descascam uma tora por vez); hidráulicos; químico; manual.
Qual a finalidade de produzir cavacos: O cavaqueamento é realizado a fim de aumentar a superfície de contato da madeira para penetração e impregnação do licor, no processo químico de produção de celulose, que se baseia em reações e dissolução dos agentes cimentantes das fibras. Levando em consideração que a produção de cavacos de dimensões muito pequenas não é favorável, pois, gera-se muita serragem que é muito atacada pelo licor alcalino trazendo danos mecânicos ás fibras.
Produção de cavacos: É a transformação da tora em fragmentos apropriados para polpação, o tamanho dos cavacos e sua distribuição são muito importantes na digestão sendo o ideal o comprimento de 20 mm (e largura) e 4 mm de espessura. Cavacos super dimensionados, finos, palitos, super longos e contaminantes promovem o cozimento heterogêneo.
Picadores de disco industriais: É um disco giratório com várias facas na superfície lateral, a medida que o fio de corte penetra na madeira a faca pressiona a madeira até rachá-la num plano perpendicular a lâmina. A espessura depende das propriedades da madeira e ângulo de corte da faca.
Operação do picador: Comprimento do cavaco depende da velocidade de rotação da faca e do avanço da tora.
Cavacos com dimensionamento adequado :
Promovem impregnação uniforme
Promovem polpação uniforme
Espessura controla a impregnação
A superfície é mais cozida
Comprimento ideal 20-30 mm
Espessura ideal 2-8 mm
Cavacos com dimensionamento inadequado:
Promovem polpação desuniforme
Aumento de rejeitos
Aumento do custo de produção
Diminuição do rendimento depurado
Problemas de entupimento
Custo de repicagem
Classificação dos Cavacos: Madeira seca produz cavacos menores e madeiras com nós ou galhos produzem cavacos super dimensionados. São classificados por peneiras, discos, rolos, barras ou vento.
Polpação
Definição: É um processo utilizado para transformar a madeira em uma massa de fibras individualizadas. O cozimento consiste na ruptura das ligações entre as fibras no interior da estrutura da madeira, a separação pode ser mecânica ou química, ou da combinação dos dois métodos, o que determina o melhor método é o objetivo.
Polpação Mecânica: O agente é a energia mecânica, aplicado em madeira de coníferas, com temperatura variando de ambiente a 100°C, rendimento de 85-95 % quase totalidade dos constituintes da madeira é mantida e a resistência oferecida é de 5-7 em coníferas e 3 em folhosas, as fibras são curtas e fracas e se aplica para produção de jornal, que possui qualidade inferior pois toda composição química da madeira é mantida, portanto tem lignina e quando esta oxida o papel torna-se amarelado.
Desfibramento: Ato de separar as fibras a partir de toretes, pode ocorrer sem aquecimento com ou sem pressão ou com aquecimento. Os toretes são forçados contra uma pedra em revolução cm superfície abrasiva.
Refino: Ato de fragmentar as fibras a partir dos cavacos, pode ser feito sem tratamento, com tratamento químico ou térmico. Os cavacos são lançados entre dois discos metálicos abrasivos sendo um em revolução.
Polpação Química: O agente é químico mais o calor, aplicado em madeira de coníferas e folhosas, com temperatura de 120-180 °C nesse ponto de máxima temperatura ocorre um aumento de velocidade de reação, assim antes do licor chegar a parte interna, na parte externa lignina e celulose ? estão sendo degradados, rendimento de 40-55 % e a resistência oferecida é de 9-10 em coníferas e 7-8 em folhosas, as fibras são longas e fortes e se aplica para produção de papel para impressão.
Soda: NaOH, primeiras polpas.
Sulfeto: H2SO3 e HSO3, polpas mais resistentes baratas e clara. Usados para filmes, filamentos, filtro de cigarros.
Kraft: NaOH + Na2S que tem a vantagem de possibilitar a recuperação dos reagentes usados no processo, contudo forma uma poupa pouco resistente mas fácil de ser branqueada. Usados para escrita e impressão, cartão, embalagens, absorventes.
Propriedades da Polpa:
Rendimento: Relação entre massa de polpa e massa de madeira
N° Kappa: Medida do teor de lignina residual da polpa. Número Kappa é o volume em mL de uma solução 0,1N de KMnO4 necessários para reagir com a lignina presente em 1g de polpa celulósica. Quanto maior for o n° Kappa maior a quantidade de KMnO4.
% lignina= 0,165 * n° Kappa
Viscosidade: Mede o grau de degradação química da celulose causada pelo cozimento e branqueamento, ou seja, mede o grau de polimerização da celulose e hemicelulose. Mede-se através de um viscosímetro. NÃO RELACIONAR VISCOSIDADE E RESISTÊNCIA!
Rejeitos: Fibras não separadas e fragmentos de cavacos,são separados por peneiras.
Sujeira: Impurezas na polpa, não orgânicos como areia, resquícios de metal e etc.
Refinabilidade: Medida de drenabilidade da polpa. Quanto mais refinado mais massa de água fica absorvida, existem mais pontes de hidrogênio presentes e portanto maior resistência.
Resistência: A tração, arrebentamento, rasgo.
Polpa Química
Atualização no Setor: A produção nacional é de polpa química (93 %) e os mecanismos utilizados são os reagentes químicos e o calor para a dissolução da lignina. Mantendo celulose e hemicelulose. Os principais processos são Soda, Sulfito e Kraft (97,3 % ).
Características da Polpa Química: Elevado teor de celulose, baixo teor de hemicelulose, lignina residual e extrativos e distribuição uniforme do peso molecular.
Polpação Kraft: É a celulose de resistência elevada, baixo rendimento, os componentes ativos são os íons OH- e HS-, possui tecnologias para recuperação dos produtos químicos, larga faixa de classificação de branquados a não branqueados e tem alto consumo de água no processo de branqueamento. 
Vantagens:
Grande flexibilidade quanto à madeira
Pode ser usado para madeira resinosa
Ciclos de cozimento mais curtos
Polpa pode ser branqueada à elevados níveis de alvura
Produz sub produtos valiosos
Eficiência na recuperação dos reagentes
Desvantagens:
Alto custo de investimento
Alto custo de branqueamento
Baixa alvura da polpa
Baixo rendimento e polpação
Inevitável poluição odorífica
Processo de Cozimento Kraft:
Cozimento por Batelada
1.1 Carregamento
1.2 Impregnação
1.3 Aquecimento
1.4 Cozimento
1.5 Descarga
Cozimento Contínuo
 Após o preenchimento com cavacos, o licor de impregnação é carregado hidraulicamente no digestor.
 O licor excedente circula de volta para o tanque de licor de impregnação.
 Após a impregnação o licor de cozimento é bombeado para o digestor.
 O licor deslocado primeiro continua a retornar para o tanque licor de impregnação e em seguida é desviado para o tanque licor negro aquecido.
 Todo aquecimento do conteúdo do digestor é realizado pela circulação de licor de cozimento quente.
 Durante o cozimento, o licor deslocado retorna para o tanque de licor de cozimento quente.
 Posteriormente, o filtro de lavagem desloca licor negro quente primeiro para um acumulador de licor de cozimento e em seguida, para o acumulador de licor negro aquecido.
 A polpa é descarregada do digestor por bombeamento.
Resumo da polpação Kraft: A lignina é quebrada quimicamente, licor branco e cavacos são carregados em um digestor, as temperaturas se elevam a 170°C e ocorre o cozimento durante 2-4 horas, dependendo do teor de lignina, a polpa e o licor negro (químicos, lignina e carboidratos) são expelidos no final do cozimento.
Relação Licor/Madeira: É a quantidade total de líquido sobre a madeira seca considerado no balanço de cozimento. É o volume de líquido suficiente para assegurar a completa impregnação dos cavacos e a disponibilidade de parte do licor para a circulação 2,5/1 a 4/1. A umidade contida no cavaco deve ser incluída no volume total de líquido. O uso de menor relação é vantajoso, pois, reduz a quantidade de vapor para aquecer o digestor e reduz carga nos evaporadores.