UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”
Departamento de Ciências Florestais
Laboratório de Química Celulose e Energia
Polpação SuperBatch®
para Pinus taeda
SuperBatch Pulping for Pinus taeda (Loblolly pine)
Fernando Soares Ribeiro de Vasconcelos, M.Sc.
Francides Gomes da Silva Jr., Ph.D
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”
Departamento de Ciências Florestais
Laboratório de Química Celulose e Energia
Polpação SuperBatch®
para Pinus taeda
SuperBatch Pulping for Pinus taeda (Loblolly pine)
Fernando S. R. de Vasconcelos, M.Sc.
[email protected]
Francides Gomes da Silva Jr., Ph.D
Introdução
• Desenvolvimento de cozimentos modificados descontínuos
- eficiência energética
- melhora da seletividade
• Uso da antraquinona
• Desenvolvimento do setor nacional
Pinus taeda
uso múltiplo da madeira
– madeira serrada
– painéis de madeira
•
•
•
•
compensados
MDF
OSB
outros
– polpa celulósica
manejo florestal
diferenciado
Pinus taeda - polpação
deslignificação
- # kappa de 20 – 100
polpa branqueável
polpa não branqueável
- extensível
- board
estratégias de
polpação &
equipamentos
O Processo
®
SuperBatch
www.metsopaper.com
O Processo SuperBatch®
Profile
180
Temperatura, ºC
160
140
120
Cozimento
Licor Negro
Quente
100
80
Impregnação
Lavagem
60
0
50
100
150
Tempo, minutos
200
250
300
Objetivo
• Estudar a deslignificação de Pinus taeda ao longo do
processo SuperBatch® comparando-o com o processo
convencional
– base para modelagem matemática de processos
• simulação
• Estudo da eficiência da antraquinona na polpação de Pinus
taeda
Material
• Pinus taeda
•9 anos de idade
- fazenda Monte Alegre, Telêmaco Borba/PR
- espaçamento 2,5 x 2,5 m
• Dispersão de antraquinona
• Aditivo LQCE-USP
Métodos
•
Caracterização do material
- classificação dos cavacos
- dimensões dos cavacos
- densidade básica
- composição química
- caracterização morfológica dos traqueídes
Métodos
•
Cozimentos testemunhas
- SuperBatch e convencional
- numero kappa 58±2 (não branqueável)
- carga de AQ: 0,00% e 0,10% base madeira seca
- em duplicata
Cozimentos Testemunhas
• SuperBatch®
Álcali ativo (Na2O) 22%
Relação licor:madeira 5:1
Temperatura, ºC
190
Distribuição AA
170
40%
150
130
25%
110
90
35%
25%
Sulfidez
70
50%
50
40%
30
0
20
40
60
80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320
Tempo de cozimento, min.
Cozimentos Testemunhas
• Convencional
Parâmetro
Álcali ativo, % como Na2O
Sulfidez, % base madeira seca
Relação licor:madeira
Temperatura máxima, °C
Tempo aquecimento, min
Tempo a temperatura máxima, min.
Fator H
Valor
*
25
5
170
90
120
2300
Deslignificação
 Cozimentos modificado e convencional foram interrompidos a cada 15 minutos para
amostragem de cavaco/polpa e licor;
No processo modificado, as condições de cozimento foram as mesmas descritas nos
cozimentos testemunhas.
PRINCIPAIS
RESULTADOS
•Características da madeira
Parâmetro
Valor
Desvio padrão
Densidade básica (g/cm3)
0,423
0,013
Extrativos totais (%)
4,50
0,49
Lignina total, (%)
28,40
0,49
Holocelulose, (%)
67,10
0,96
Comprimento dos traqueóides, (mm)
4,22
0,85
Largura dos traqueóides, (µm)
48,53
11,05
Diâmetro do lume, (μm)
32,20
13,52
Espessura da parede, (µm)
8,16
3,13
34
-
Fração parede, (%)
• Cozimentos testemunhas
Parâmetro
SuperBatch®
Convencional
Carga AQ (% base mad.)
0,00
0,10
0,00
0,10
Carga alcalina (%)
22,0
22,0
14,5
14,0
Fator-H
1037
1037
2300
2300
Número kappa
56,80
52,75
56,20
57,00
Rend. bruto (%)
57,79
54,15
55,38
56,74
Rend. depurado (%)
52,31
48,35
43,34
43,09
Rejeitos (%)
5,48
5,80
12,05
13,65
Seletividade
1,017
1,027
0,985
0,995
•Cozimentos testemunhas
consumo de álcali
Processo
SuperBatch
Kraft
Kraft-AQ
%
g
%
g
Impregnação
7,0
19,9
5,2
14,9
Licor Negro Quente
24,8
70,8
21,8
62,4
Cozimento
19,6
56,1
23,3
65,8
Total
51,4
146,8
50,4
144,1
Processo
Convencional
Cozimento
Kraft
Kraft-AQ
%
g
%
g
73,6
138,8
73,1
135,5
Deslignificação
• Modelo matemático logístico
T
e
Lignina(%)  (100  h )
h
T
1  e
• Estimativa dos parâmetros
Processo
α

H
SuperBatch®
kraft
1083,2
-0,1248
11,8391
SuperBatch®
kraft-AQ
169,6
-1001
14,1328
Convencional
kraft
65,7
-0,0865
15,8277
Convencional
kraft-AQ
313,5
-0,1269
20,9382
Polpação SuperBatch®
Impregnação
LNQ
Cozimento
Lavagem
100
90
80
% de lignina
•
70
60
50
40
30
20
10
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95 100
Tempo, %
kraft
kraft-AQ
Liberação dos traqueides
• Polpação convencional
100
90
% de lgnina
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95 100
Tempo, %
kraft
kraft-AQ
Liberação dos traqueides
Liberação dos traqueides
100
90
SuperBatch
Com e sem AQ
% de Lignina
80
70
60
Conv.
sem AQ
50
Conv.
com AQ
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Tempo, %
SuperBatch - sem AQ
Convencional - sem AQ
SuperBatch - com AQ
Convencional - com AQ
90
100
Conclusões
 O processo SuperBatch® é uma tecnologia adequada para a produção de polpa celulósica a
partir de Pinus taeda plantado no Brasil;
 O álcali ativo total foi cerca de 55% maior no processo SuperBatch® em comparação ao
processo convencional, contudo o consumo de reagentes foi praticamente o mesmo nos dois
processos;
 No processo SuperBatch® o fator H foi 45% menor em relação ao processo convencional.
 O processo SuperBatch® resultou em uma substancial redução do teor de rejeitos,
provavelmente devido a sua melhor impregnação.
 A aplicação de AQ no processo SuperBatch® promoveu a redução de 3,8 pontos no número
kappa, contudo sem ganhos na seletividade. Já no processo convencional a aplicação de
antraquinona permitiu a redução de 0,5% na carga inicial de álcali ativo.
Conclusões
O modelo matemático logístico se ajustou bem aos quatro conjuntos de dados;
 Três fases de deslignificação foram identificadas nos dois processos: inicial, principal e
residual;
 No processo SuperBatch® durante a fase de impregnação a deslignificação da madeira é
praticamente inexistente e a maior parte da deslignificação ocorre na fase de Licor Negro
Quente (LNQ) e na fase de cozimento.
 A adição de antraquinona acelerou a deslignificação do processo SuperBatch®;
Agradecimentos
 FAPESP: suporte financeiro
 Klabin S.A.: fornecimento dos cavacos
Universidade de São Paulo
Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”
Laboratório de Química, Celulose e Energia