Technical Article Licor negro de eucalipto kraft proveniente de industrias brasileiras Kraft black Autores liquor ofeucalyptus from brazilian mills chemical and physical characteristics and its processing in the recovery unit Marcelo Cardoso Eder Domingos de Oliveira Maria Laura Passos2 Palavras chave Analise Elementar tus Lignina Eucalyp Propriedades gran ol6gieas Lieor Negro fisieas e Unidade industrial de re reeu peral ao do lie or Nesse trabalho analisa eneia da eomposil ao negro de euealipto des fisieas visando eessamento na se a influ do lieor quimiea proprieda em suas predizer 0 seu pro unidade industrial de reeuperal ao Para tal utilizou tras de lieor negro de se amos euealipto prove nientes de eineo diferentes unidades industriais brasileiras se uma a e desenvolveu metodologia experimental para earaeterizalao quimiea do lieor Esta determinal ao metodologia eonsiste da eomposil ao elementar do lieor e dos na Abstract In thL work the influence of the chemical composition of the black liquor ofeu calyptus investigated seeking to foresee its processing characteristics in the industrial recovery unit For such samples ofblack liquor coming fromfive differentBrazilian industrial unit were analyzed and an experimental metho dologyfor the chemical characterization ofthe liquor wa developed ThL methodology consL t ofthe determination of the elementary chemical composition ofthe liquor and ofthe main parameters that influence its physicalproperties to know organicinorga nic dry mass ratio conformation concentration and molar mass of the lignin in the liquor In addition the rheological and other physical properties density heat ofcom bustion specific heat apparent vL cosity and shear tension applied a afimction of the defOrmation rate ofthL liquor are also evaluated identifYing the real influence of the chemical composition on these properties On the ba is qfthis analysL it is showedthat the eucalyptus black liquorprocessed by Brazilian industries possesses higher tenors of Non Processing Element NPEs larger concentration and smaller molar mass oflig nin when compared to the pine liquorprocessed by industrial units located in Northern HemL phere It is demonstrated that such characteristics infact i their physi 1fluence calproperties giving to thL liquor an unique behavior in the industrial recovery unit differentfrom the usually reportedfor the pine black liquor in their physical properties is Keywords Black Liquor elementary analysis lignin eucalyptus physical pro perties and rheological behavior l as Referencias dos autores 1 2 Departamento de Engenharia Quimica Escola de Engenharia Universidade Federal de Minas Gerais UFMG Departamento de Engenharia Quimica Universidade Federal de Sao Carlos UFSCar o prineipais parametros as suas propriedades razao fisieas presente avaliou se as ologieas massa molar da lig propriedades deste lieor fisieas densidade espedfieo e re poder viseosida tensao eisalhante e saber lieor Paralelamente no ealorifieo calor de aparente a eonforma ionrganieo gao eoneentragao e nina que influeneiam apliea da em fungao da taxa de deformagao identifieando a real influeneia da eom posigao quimiea propriedades nestas Com base nesta analise eonclui o lieor negro de euealipto se que das industri brasileiras possui teores mais eleva as dos de Elementos Nao Proeessaveis maior eoneentragao NPEs massa parado molar de ao lie or e de unidades industriais loealizadas earaeteristieas suas este lieor na de fato propriedades urn se no Soderhjelm a eomportamento proprio 0 do lieor negro Cardoso 1 a serem analisados para a earaeteriza fao 1998 solugao eonstituida de varios Composigao quimica 2 Razao aquo eom 1 Densidade organico inorganico 2 Elevagao Concentragao de 3 Poder calorifico calor de lignina combustao polissacarideos 4 do ponto de EPE ebuligao e eomplexa unidade industrial analise elementar 3 uma Prineipais parametros Tabela I lieor pinho o lieor negro e na 1988 influeneiam fisieas eonferindo distinto do usual reportado para sa do eomportamento do lieor negro Origem que tais unidade industrial de reeuperagao negro de 2 menor lignina quando eom de pinho proveniente hemisferio norte Demonstra Figura Massa molar da lignina 4 e calorifica do licor Capacidade polissacarideos presentes no licor negro 5 Viscosidade aparente da temperatura da Estrutura do solidos e em fungao concentragao de da tensao aplicada licor negro Os earboidratos da madeira que ponentes organieos lignina polissaea rideos massa eompostos resinosos de baixa molar e inorganieos prineipal A eompo mente ions de sais soluveis como em madeiras maeias pinho hardwoods e ou softwoods madeiras duras como 0 euealipto e ou das eondigoes de operagao da etapa de tiea cor 1 simplifieada negro Representa fao esquema da estrutura do li xilano degradada lissaearideo derhjelm nando assim conglomerados de lignina de polissa e agua earideos ions dos sais e a polimero fenilpropano massa fragao eonheeida principal hemi eelulose nao e hardwood como urn po etapa de eozimento a 1988 estrutura do lieor negro eomposta de a proeesso Kraft sac sobrevivendo pol Figura I representa esquema tieamente e de forma simplifieada a A 0 aeidos de baixa madeiras duras urn pagao Figura em molar Entretanto sigao quimiea do lieor e alterada de aeor como 0 o eonvertidos do com a espeeie de madeira proeessa da l dissolvem durante A se lignina tida S6 como eonstituido de unidades de e responsavel pela eoesao as fibras de eelulose da madeira funeio deira Durante como urn ligante polpagao fragmentada SOderhjelm a a da ma mesma 1988 e propriedades fisieas do lieor sac sua eomposigao qui As influeneiadas pela mica e sac estas que de propriedades e deserever a as mudangas do reologieo tamento eompor do heor durante tinuidade operaeional reeuperagao Os etapa de evaporagao prineipais problemas operaeio terminam 0 eomportamento do lieor nas nais eausados unidades industriais de reeuperagao gao pela eonforme ilustrado A Figura na 2 earaeterizagao quimiea Analise Elementar rametros basieos que afetam eorresponde ao pereentual em massa de eada elemento quimieo presente na eipais parametros devem ser terizar 0 na caldeira de A Tabela I resume euperagao e os propriedades determinados para re prin que earae lieor A analise elementar do lieor gro de seu etapas de evapo nas proeessamento ragao e de queima 0 euealipto e a razao da de material organieo pela ne massa massa inorganic os eontidos no heor freqiientemente determinadas tos de A analise elementar do lieor negro massa de solidos Observa se seeos no que SS do lieor lieor negro eineo elementos estao sempre presentes maiores eoneentragoes Na genio easos S enxofre H 0 e K 0 e os Cl sac res nos calcio Ca aluminio quantidades ferro Fe hidro C Em muitos ions cloreto estao tambem inclusos dos e em saber sodio earbono oxigenio potassio a em alem de mas esses AI maio silicio Si feriores cor 75 radores eio predigao das propriedades prineipalmente a densidade a fisieas elevagao do ponto de ebuhgao a EPE Ja a e poder 0 ealorifieo do heor eoneentragao de hgnina sentes dos e no heor e a massa molar pohssaearideos pre negro de eueahpto sac dados esseneiais para entender Tabela II Faixa de eone ntra foes respondem aos elementos presentes no lieor que sac inertes durante 0 proees so proeessados Entre a quantifieagao dos NPEs no li elementos nao tanto cor negro e muito ses elementos mais diversos podendo importante pois geralmente aearretam os problemas operaeionais es inclusive eomprometer a eon dos prineipais elementos presente no eompos quando e superior depositarem a forma de earbonato de cal ii cloreto eombinados entupimento a eausar sodio ten com e eorrosao tubos da caldeira de reeuperagao de prineipalmente superaqueeedores vido a deposigao dos sais eontendo es E importante ressaltar ses elementos que as razoes dos elementos na regiao Na K namos dos K e presentes Cll superaqueeedores K Na determi efeitos desses elementos natem peratura de adereneia dos depositos dos sais nos Razao I superaqueeedores Tran 1990 Organico lnorganico organieolinorganieo que eonsiste de material na relagao da organieo pela inorganieos presentes nos tais do lie or influeneia as des fisieas do lieor Lieor zao Oil S6dio Na Enxofre S e na Arazao de 0 possivelmente ealorifieo mais alto 01 massa massa de solidos to proprieda com tern alta urn ra poder e uma menor ele vagao do ponto de ebuligao EPE razao organieolinorganieo na faixa de 1 5 a A de lieores negros do proeesso Kraft eneontra HidrogEmio a de troea termiea dos evapo na potassio lieor negro OxigEmio li 0 sac desestabiliza silieato de aluminio ou n Os Elementos Nao Proeessaveis para in elemen temperaturas mais a eomplexos superfieie destas anahses forneeem subsidios eor com os Entretanto silieio que tendem nos NPEs Na dos liberando ions calcio aluminio veis Tabela esses teor de solidos e 0 os eiados as industrias Os resultados na e Cl a eoneentragoes de solidos e submetido altas dem eonforme visto 75 a organieos denominados Elementos Nao Proeessa asso K Na tos formam eomplexos tos Em eoneentragao do lieor negro K e ais pesquisa fazem parte dos elementos K laboratorios das unidades industri eentros de de eompostos eontendo temperaturas mais baixas e ou nos i sac aluminio calcio e silica nos equipamen euealipto tern por objetivo quantifiear as propriedades e os pa do lie or de unidade de reeupera na presenga dos NPEs preeipitagao fisiea e das unidades de se 2 2 l Conformaiao Concentrai ao e Massa Elementos Nao Processaveis NPEs Molar da A e Polissacarideos eonformagao eoneentragao massa Lignina molar de hgnina e pohssaea as o e se assoeia em eadeias disformes lumosas influeneiando mente na e vo signifieativa viseosidade do lie or Densidade A densidade do lieor negro afeta earaeteristieas do eseoamento bem seu influeneia como a valores de pres nos sac hidrostatiea Abaixos valores de eentragao de solidos a densidade do li a da agua Em eoneentragoes mais elevadas de solidos depende 3 Figura de esquematiea Representa fao disformes b eompaetos e dos simplifieada polissaearideos presentes de e lignina e no volumosos a dissolvidos flueneiam 0 seu no esferieos lieor negro in vez eomportamento re apresentar menores eosidade Segundo valores de vis Adams ologieo Lieores que possuem con glomerados desses eompostos orga das maeromoleeulas de nieos de forma disforme polissaearideos com cui as volumosas de altas molares como e em visto apresentar res na eompostos esferieas massas altas eoneentragoes Figura com com molares visto na a Ja heo conglomerados desses formas eompaetas moleeulas de baixas e com tragoes de lignina como 3a tendem alta viseosidade eontendo mole massas baixas cone en pohssaearideos Figura 3b tendem a e 1997 a te as eonformagao que estes possuem normalmente suas se Para urn pH ao apresentando turas co eompaetas interferem as da e abaixo de 80 mudanga dasolugao oeorre urn aquosa de lieor para fase continua polimeriea Aeimade observa 80 viseosidade Em pH Aeima aumento da densidade devido a rapido uma se temperatura de 250C a densi fungao linear da eoneentra desse valor gru mole forma de estru se urn aumento menos pronuneiado da densidade com 0 teor de ha dissolugao parcial da lignina que e uma a uma gao de solidos ate 0 teor de 65 esferieas que pou entre 12 5 Na dade e 11 5 intermediario a na na e eos tornam soluveis se se e os uma fungao das eoneentragoes de solidos pH do meio aeima de 12 5 hgnina de molares interli pos fenois sac ionizados eulas de e eonseqiientemen e massas diretamente gam lignina maior que vezes e maior in Vankatesh agua Nguyen A Figura 4 ilustra 0 eomportamento da densidade do lieor negro de pinho em tamanho 0 com 1992 al et organieos flueneia dos eompostos inorganieos e densidade duas rideos presentes densidade a dos eonteudos de inorganieos conglomerados lieor negro eon determinada temperatura e cor em uma proxima as solidos para 0 seeos devido a mudanga do lieor estado vitreo l o Figura 4 Densidade em fao fun da eone ntra fao de soli Figura 5 Calor espeeifieo dos para duas amostras distintas de lieor negro de pi sua nho do proeesso Kraft dos proeessos Kraft a 25 oC eone ntra fao do lieor negro em fao fun de de solidos para lieores provenientes e soda a 770C Frederiek 1997 Capacidade Calorifica eapaeidade A e especifieo requerida grau dad para ou aumentar substaneia A 1 calor de calor quantidade a temperatura de a a eiam ealorifiea kg em de urn eapaeidade Cp Cpag 100 inorganieos presentes no tipieamente a meta valor observado para agua A a dos aumenta heor diminui eoneentragao de soh forma linear ate eapaeidade calor do especifieo aproximadamente 0 atingir ealorifiea da A agua agua re gra de mistura hnear entre heor e apheada para me ilustrado de 50 cas de sohdos as e a SS eentagem e Aeima earaeteristi 0 lie or e ser repre seeos em uma de per mistura de aquosas de sais aeidos de baixa derivado dos C p em Figura sua retos earga sulfidieidade seeos eomposigao dos eompostos in or ganieos presentes no heor e eonse qiientemente do lie or pereentagem 5 representa a eapaeidade 770C inorgani massa molar pohssaearideos e de disponiveis EPE de urn valor determinado lieor negro pode suahzado gro aquosa continua Aeima de 50 polimeros organieos de ini os se TOS EPElso EPE no Ponto de Ebuh a agua pura a me sma pressao depende da eoneentragao de presentes pela guinte eorrelagao EPE Elevagao do EPE eiam solugao estimado ser fungao em e diferenga entre peratura de ebuhgao do heor gao 0 2 TOS do Ponto Ebuliiao A nao para earaeterizar 100 de 1992 Quando dados experimentais eoneentragao de solidos Elevaiao os uma valores de EPE os Venkatesh Nguyen seu a de clo teor redugao de sulfato afetam ou a sac ealorifiea do lieor nieos suspensos sendo os ealorifiea do lieor teor de solidos SS solugoes eoloidais de sohdos orga sohdos O seeo negro de Cp SS I Capaeidade ealorifiea da agua Capaeidade ealorifiea do soli CpW A SS lOO qual Capaeidade pag do l e lieor Mudan no quaisquer das variaveis quimiea rendimento de em como l C signifieativa regra deixa de teor de sohdos solugoes 1 Em baixos valores sentativa potassio presentes gas de sodio quantidades eonfor Equagao do heor mudam mente eos na e eoneentragoes de solidos abaixo de 50 no de metade da a sais de como das soma polpagao or e medida que preeipitar eo burqueita 2Na2S04 Na2COJ ea heor negro e de do fase conti eompostos inorganieos a se megam uma uma lorifiea da maioria dos materiais ganieos formagao de a nua e os no lieor como 6 a tem e a eomponentes nessa da eos ser Como aproximagao pode sac uma afirmar que EPE aumenta hnearmente para seeos do li pereentagem elevagao do ponto de de solidos a urn teor se de 50 vi Adams ne que mais influen se EPElso sohdos pode teor de solidos em negro ebuligao No heor elevagao cor 0 EPE Figura eompostos inorganieos na qual SS 0 com a 1997 EPElso para l0 EPElso igual urn com erro a EPE para menor de solidos 50 240F urn faixa a sendo de 18 U sando 150C obter identifieou como a 270F valor de BYC pode se lieor analisado 0 que 20 seeos Aeima de EPE do lie or 0 depende da solubihdade eompostos inorganieos negro dos Poder calorifico o D poder ealorifieo e propri uma edade fisiea do heor negro que deve ser aeompanhada da uni longo ao dade de reeuperagao para melhor entendimento do seu eomportamen to A espeeifieagao do ealori poder fico do heor negro e fundamental para 0 massa feehamento dos balangos de e de reeuperagao minado energia e 0 seu na experimentalmente Para bomba ealorimetriea 10 desta Figura fao tra 6 Varia fao de solidos da seeos Eleva fao do Ponto de do lieor negro de pinho Ebuli fao EPE Nguyen em fao fun da eoneen Venkatesh 1992 caldeira de valor e deter propriedade podem ser apheadas suas em uma ealcu 0 eorregoes uma para formagao dos aeidos nitrieos e a sul l as o a reologieo do heor de pinho passando este de urn fluido newtoni mento ana urn para fluido pseudoplastieo viseosidade diminui com 0 aumen to da taxa de eisalhamento da apliea eonforme reportado por Sand quist 1983 Korpio e Virkola e Milanova e Dorris 1982 1989 Entretanto 0 heor de euealipto nesse teor de sohdos ja possui urn eompor pseudoplastieo com tenden tixotropia diferindo assim do de pinho S6derhjelm et al tamento cia a lieor 1998 Esta earaeteristiea do lie or de ea vada no heor mudanga de te com 0 mesma mente tempo de apheagao de tensao eisalhante 0 Figura 7 oeorridas fas Mudan de pinho quando alteraram peratura de no eomportamento reologieo do lieor negro se a sua ao Green operac e Hough de solidos eone ntra fao e a sua tem turas no furieos durante tra e queima a outra para da amos calor de reagao 0 baseado na anahse elementar do h cor uma vez que tes sac formados metriea e na produtos na diferen bomba ealori caldeira de reeupera gao Esta ultima eorregao e deseri ta dentro da norma Recovery Boi ler Test Procedure Short Form da TAPPI Steam and Power Committee por Fricke 1994 A viseosidade reologieo e 0 do lieor negro sac influen eiados pela eoneentragao de solidos pela temperatura de operagao e pela eomposigao quimiea do mesmo l o Os efeitos da temperatura e da eoneentragao de solidos na viseosi dade do lie or diluido 50 de so lidos 0 qual se a eomporta como urn fluido newtoniano foram estudados e Fricke e Ja e 0 de lieores lieor de c Wight 1995 que estudaram os goes de polpagao heor cor e et e as a taxas de poradores tamanho de e a transfereneia de S02 como as 0 a emis caldeira de reeupera na tambem tubulagoes versos eva distribuigao das gotas estabilidade da eombustao soes de nos ca efeito assim e que 0 seu transporte interhgam os di equipamentos Sabe se que de solidos ente ha em eoneentragoes de temperatura ambi uma mudanga no eomporta a Figura pinho em fungao de sua 100 e para 0 T 200 DC temperaturas de operagao a 200 DC oeorre a eon supe deeomposi gao quimiea do lie or da eomposigao do multiplo A faixa de SS efeitos das eondi evaporagao DC mudangas oeorridas as a 65 Como demonstrado nesta introdu ha de fato gao uma interligagao di earaeterizagao quimiea e earaeterizagao fisiea do lieor negro reta entre a lor 50 1993 pinho negro afeta nas e eomportamento reologieo do li cor gao al e viseosidade aparente do li na de Tiu e 1995 b tempera eentragao de solidos riores 1994b tempe em da Em Fricke di e Zaman e equi temperatura de operagao mais eoneentrados foi avaliado por o eomportamento b Wight 1995 eomportamento reologieo Technical Information Sheet Comportamento Reol6gico Zaman 1987 prineipalmente superiores a 120 apresenta dos tixotropismo ratura 7 1992 uma eueahpto pegajoso aumento da com 0 a viseosidade aparen grau de seu minuem sua se paredes se nas A pamentos se Aparente heor negro de 0 inerustando e refere viseosidade aparen sua mais eoneentrado torna te tixotropi nao obser euealipto de pinho a sendo esta ultima meira Para se dependente da pri predizer 0 eomporta euealipto faz eomposi gao quimiea as suas propriedades fisi cas como visuahzado na Figura 2 mento do lie or negro de se neeessario vineular a sua Devido ao tipo de madeira de to hardwood do lieor negro euealip eomposigao quimiea de euealipto deve dife a rir substaneialmente da do lieor de nho e eonseqiientemente edades fisieas literatura a suas Como nao se pi propri tern earaeterizagao quimiea na e fisiea deste tipo de lieor e esseneial de solidos entre 13 res desenvolver umametodologia para tal intermediarios assim entre 38 ma como obter estes dados de for eonfiavel Estes sac os objetivos do e com 44 e e lieores fortes eoneentragoes de solidos presente trabalho 72 A lieores 17 teores de solidos entre 63 e negro e realizada pela teeniea de analise elementar A Caracterizai ao quimica do licor negro Para a amostras eoletadas no periodo agosto de TAPPI euealipto proveniente das industrias brasileiras utilizam triais sac realizadas earaeterizagao quimiea do lieor negro de 2003 nas plantas pi se indus de abril de 2000 eompostas de lieores fraeos e a eomposigao dos e seguindo no lie or 1990 T625 enxofre posigao do hidrogenio teo Para determinar normas da em 85 potassio espee 106 65 MB ABNT A earbono e nitrogenio e do determinada injetando razao de norma se orga proeedi 0 teeniea TAPPI T625 85 Este proeedimento eonsiste em determinar a quantidade de einzas sul fatadas seguindo as etapas de aqueeimento brando do lie or em em uma mufla para seeagem adigao de gotas de aeido sulfUri eoneentrado co lie or seeo no por ultimo e eom da mento a utiliza nieolinorganieo da ABNT sodio cloro Tap trofotometria de absorgao atOmic a a Estas amostras sac com identifieagao elementos quimieos presentes analisador elementar no CHN Perkin Elmer modelo 2400 com determinagao da eomposigao quimiea do lieor amostras se de eessivo temperatura aqueeimento ex 700 oc para a queima da materia organiea A partir destes dados as pereenta gens de materia inorganiea e organiea razao e a euladas organieolinorganieo sac eal de aeordo com as seguintes eorrelagoes de einzas sulfatadas como NaOH massa das cinzas obtidas 0 563 massa total de solidos lieor de materia organiea einzas sulfatadas Razao no 100 de 100 como NaOH organieolinorganieo organiea de materia de einzas sulfatadas Quanto tragao sente a determinagao da da massa molar de e no lieor e importante coneen lignina pre enfatizar que faz neeessario primeiro preeipitar lignina das amostras do lieor negro proveniente das unidades industriais Utiliza se para tal 0 metodo de preei se a pitagao da lignina proposto por Kim et al 1987 A Figura 8 apresenta 0 flu xograma esquematieo das etapas desen volvidas neste metodo Ressalta dimento 85 1 5 Figura eentra rao lignina da lignina Kim et al no 1987 metodologia lieor negro e para a prepara rao e devido a no 2 5 ao de 75 lieor e alto da ren massa preeipita alto grau de pureza da em massa de proposto eerea de impurezas por Kim et al eonsiste de quatro etapas basi 1987 cas a no produto preeipitado o metodo a eon das amostras de eerea lignina presente lignina desenvolvida para determinar segundo a literatu preeipitar a lignina ao seu da Esquema da que eo mais efieiente devido de 8 se este metodo para ra a saber l as o preparagao da amostra de lieor por meio de filtragao para a re a negro tirada de impurezas grosseiras e preeipitagao eomparados Morais 1987 da lignina atraves da aeidifieagao do lie or com solugao atingir urn pH proximo de 2 Esta preeipitagao e interealada com subetapas envolven e torta obtida NaOH a sueessivas com uma lavagens e lavada etapa lignina lugao de hidroxido de sodio a deionizada para reduzir tes eontendo enxofre Ja a sua com a seeagem da lignina Antes extragao seear 0 com produto reeomendado seeou se 0 0 e Permeation obtido produto de em apos rano do proeesso Kraft Espe if ea fao e de seja liofilizador lignina pistola de vacuo eontendo Tabela m Embora urn tipo de madeira onar esse seeo massa eolunas GPC Chromatography se 0 tetraidrofu Esta teeniea eonsiste THF fase movel em com a massa molar de A densidade P lignina do licor negro e icor SS nas eo em eoneentra a eada uma vamente por teenieas respeeti pienometrieas e metodo de seeagem pelo em temperatura eontrolada ate de uma massa a estufa eonstante Utiliza se a Metler AB204 balanga digital O OOOlg na pesagem das Avaha se a EPE ligao amostras elevagao do ponto de ebu do lieor utilizando se 0 esse sac software e possivel predizer a pres obter os EPEs do lieor em fungao do teor em eolunas se e as amos pela diferenga elementar e e a nos de solidos presentes A do numero Kappa no heor determinagao do poder ealorifieo para lieores negros provenientes distinta NO Composi fao elementar Kappa industria C H N Na K S CI Escandinavia 27 35 8 3 6 0 06 19 6 1 8 4 6 0 5 softwood Escandinavia 26 34 6 3 3 0 07 19 8 4 1 5 2 0 5 softwood Escandinavia 25 34 6 4 3 0 07 17 2 3 2 4 5 0 3 softwood Escandinavia 24 33 9 3 3 0 07 19 6 3 2 7 5 0 3 hardwood Escandinavia 19 33 2 3 3 0 08 20 8 2 6 5 2 0 3 America do Norte 13 37 3 3 6 0 09 17 3 1 8 4 3 1 6 Brasil Fabrica A 17 33 9 3 6 0 01 22 6 1 8 7 3 4 5 Brasil Fabrica B 17 4 35 7 3 20 9 1 1 3 0 4 3 Brasil Fabrica C 17 29 5 3 6 18 6 1 2 4 2 6 Brasil Fabrica D 17 34 8 4 3 0 04 4 18 1 0 3 6 3 2 Brasil Fabrica E 17 4 36 0 04 24 2 3 5 4 9 2 2 hardwoodl hardwoodl Eucalyptus grandis hardwoodl Eucalyptus grandis hardwoodl l Eucalyptus grandis hardwoodl Eucalyptus grandis 0 hardwoodl Eucalyptus grandis si mulador de proeessos WinGEMS Com softwood Eucalyptus 1 preenehidas lignina da a obtengao solido inerte A separagao das tras de Localiza fao das amostras sac determinadas eorpos de eva temperatura poragao e com esses valores pode se passar a quimiea eomposi fao portanto relaei se tempo de permeagao Caracterizai ao fisica Gel Como Maiores moleeu maior tempo de permeagao eolunas Pode nas dos volumes hidrodinamieos destas Lieor proeessada com moleeulas proeessa cloroformio proeedeneia THF com urn comuma da determinagao da fase movel seleeiona pentano e neeessario uso a matography eom postos organieos de baixa massa molar a da amostra de lie or negro lignina utiliza se a teeniea de eromatografia liquida de alta preei sac HPLC High Pressure Liquid Chro purifiea lignina suem urn gao de solidos molar de eomponen pentano visando eliminar os para maior massa molar pos eipitagao determina se a eoneentragao de lignina no lieor negro dividindo se a massa da hgnina preeipitada pela Quanto proeessa por meio da extragao se reportados por in situ a lignina com os lignina las de lunas massa agua e espeetros moleeulas de arvores de hgnina eneontrada euealipto Esta eomparagao vem as segurar que 0 material preeipitado seja de fato a lignina Apos a etapa de pre com so IN os gao da solugao de agua deionizada e pentano purifieagao da lignina obtida Nesta e seus nas de aeido sulfurieo IN ate do a filtragao pela teeniea de tria de infravermelho ma teriais fibrosos a ligninas sac anali espeetrofotome As amostras de sadas 3 1 2728 do lieor negro e baseada TAPPI 1990 T684 todo determina 0 om na norma triea seeos em no easo a o valor do como 0 de binando eurvas calor de eombustao do lieor negro eontendo 45 de solidos da 90 Este me te fungao da temperatura e SHIMADZU gao de solidos presentes no marea poder ealorifieo e definido produzido pela oxidagao e Para formagao de lieor fieam eondensadas liquido et al 1995 como eomprovado Em eada va se taxa a reologia utiliza se rotatorio marea 98936 ponto experimental da 3 replicas de 20 00 0 Cole Parmer com os modelos aeessorios adap proeedente rotor eilindrieo sistema de aqueeimen fluido eireulante oleo de silico eontroladores de temperatura Cahbra fluidos se padrao eante obtendo 0 viseosimetro forneeidos se os com pelo fabri fatores de eorre sac eisalhante aplieada Seguindo a por Carmo e metodologia proposta Passos vas 2000 determinam de tensao eisalhante gao da taxa r de deformagao Tabela IV Razao proeesso Kraft em organieolinorganieo segundo Lieor tipo de madeira euealipto Tabela III cloro pela no de massa de solido os minimo medios inferiores Para bem na Tabela III et eoncentra Sehmidl et al 1990 Loealiza e serie de ao da industria desvi listam se sobre e massa a sodio ions cloreto e lieores de uma geral numero urn quando eomparados pinho softwood Kappa earaeteristiea da pasta obtida as quanta altas eoneentragoes do ion segundo Zaman e Fricke sac 0 principal fator para a 1995 definigao das propriedades reologi sodio do heor Os lie ores Kraft de ealipto apresentam Mas e NPEs alta eoneentra os proeessaveis importante ressaltar altos valores desses elementos que eausam operaeionais caldeira de reeupe K na mas as Na e relagoes problemas entre sodio cloro de aeordo razoes Cl com as Na K e K Na Tabela IV lignina eu gao de elementos nao potassio seguintes tam eomposi molar da em Kappa com os Tabela III obser teores mais elevados de menor e ragao dados de literatura al 1997 ao uma 5 a eomparagao Whitty seeD lieor Estes dados obtidos no na lieor negro das unidades Bra 0 que nao sac e a partir tres experimentos apresentam fun que fre a eom va se cas se as eur D apresentados eomposigao elementar e expressa em termos do pereentual da massa do elemento earbono hidroge nio nitrogenio sodio potassio enxo presente gao da medida de viseosidade e da ten mais pela madeira do tipo hardwood geralmente a polpagao desta madei ra produz uma pasta com menor quantidade de hgnina residual en das unidades industriais se na proeedeneias Comparando se os resultados da eom posigao quimiea do lieor negro de euea lipto das unidades brasileiras com os de e eur ne distintas o baixo valor do numero obtiveram elementar do lieor negro de com gros D Os resultados referentes a analise Nesta tabela e em experimentos de viseosimetro dotipo brasileiras eneontram com se as 1 tador de baixa viseosidade eneamisado ne pseudo 1 gao quimiea elementar de lieores sileiras apresenta a Para desenvolver os to eom de deformagao SS D eonstante 1 2 0 testes determinaram os fungao da estado 0 de tensao eisalhante eurvas por Zaman no e SS lieor do heor plastieo genio gas carbOnico e agua sendo que a agua produzida mais a agua inieial presente a em eoneentra entre portamento newtoniano da amostra do lieor dentro da havendo somente ponto de transigao 0 bomba ealorimetriea adiabMiea de oxi no eueahpto bomba ealorime calor eompleta viseosidade aparen a do lieor negro de 11 Estas temperatura e para determinar mais ou SS sac analisadas estatistieamente apresentam se os para lieores negros provenientes do dados obtidos neste trabalho Razao Organieol Massa molar Cone ntra fao de lignina de lignina MJ Da Inorganieo proeessada hardwoodl Eucalyptus grandis Brasil I Fabrica A 1 61 45 5 800 Brasil I Fabrica B 2 3 40 0 1639 Brasil I Fabrica C 1 94 43 8 1396 4 42 1020 1851 hardwoodl Eucalyptus grandis hardwoodl Eucalyptus grandis hardwoodl l Eucalyptus grandis Brasil Fabrica D 2 01 hardwoodl Eucalyptus grandis softwood as Brasil I Fabrica E 1 86 39 6 Escandinavia 1 33 39 0 0 Figura na 9 Cromatograma tipieo presente fabriea B 73 dados da razao eoneentragao na co massa de solidos organieolinorganieo e massa molar da demonstram que 0 ligni lieor negro de eu ealipto das unidades industriais brasi leiras espeeie Eucalyptus grandis 63 69 em possui em media 66 de materia total de solidos 37 restantes tual de massa neste lie eo or massa Os 34 representam de 0 31 a razao organi e de 1 94 e a media e de lignina 0 lieor de Eucalyptus gran r dis Densidade do lieor de euealipto da unidade industrial C Portanto verifiea se que a razao que faeilitam tos organieolinorganieo superior aquela reportada para 0 lieor negro de pinho 1 33 assim como a eoneentragao de lignina presente no lieor Tabela IV Este elevado vasos pereentual de materia or lieor negro de euealipto pode ganiea ser explieado nao so pelo baixo valor do numero Kappa mas tambem pelas di no dos e a aeordo com 1969 a nifiea se e Franklin urn a se deve a sua seu vaeos para ii urn na na vasos a etapa de Ressalta resinados a no flu se que estes e obs penetragao do interior dos retirada da ea lignina maior lamela pereentual de ligni media que prende as fi bras de eelulose sa molar tado estrutu se difieultando Quanto na 0 a determinagao da eromatograma Figura 9 eompara mas apresen 0 tempo de permeagao da qual apresenta maior numero de eneontram na e 0 interior no softwood tipo lieor de eozimento deslig mais faeilmente durante 0 interna i De softwood madeira hardwood eozimento Isto ra do tipo Mac Donald Britt 1964 madeira do truidos ferengas estruturais da madeira do tipo penetragao de madeira eavaeos polpagao na a de lieor de eozimento xo hardwood pereen inorganieos eontidos media eoneentragao de para seeos Portanto inorganieo 42 0 organic a por 10 Figura e resultados obtidos Tabela IV massa ligni seeos presente no lie or Quanto a razao organieolinorgani os molar de lieor negro de euealipto da amostra da no com da aber obtidos para os hgnina com os padroes de pohes dlj l o Figura 11 Densidade do licor proveniente de duas unidades industriais Figura 12 Eleva fao do Ponto de negro de euealipto industria C em Ebuli fao fao fun EPE do lieor do teor de solidos 2004 hgnina e solugoes 5 Para j l eonseguinte pela por minuigao da sua molar massa di em aquosas unidade industrial E a a ea raeterizagao quimiea do heor foi aeompanhada durante duas opera goes 0 que eorresponde a eoleta de 56 amostras l ses l anahse 0 verifiear a eada parametro Figura da razao fao em fun medio tes quais os 17500 30000 382000 Da Por tempos p6de programa massa na 5000 50000 e por meio de eomputaeional molar media Mw urn obter da a hgni do heor negro das unidades industriais brasileiras forme visto con na peetro de absorgao fravermelho para tido por in situ grandis Tabela IV 0 na regiao es do in hgnina preei aquele ob Morais 1987 da hgnina da espeeie Eucalyptus pitada mostra mar se a similar Tal resultado vem eonfir que pitado et al de fato do lieor e a material preei lignina Kupidlowski 0 3 1 tassio 3 49 resultados da mas molar da eonclui os valores obtidos para hgnina ealipto da dis sac menores 0 se os 0 baixo valor da 1 que lieor de eu espeeie Eucalyptus que 0 29 nina 36 7 rifieou se Fricke que veis os 1995 heor Zaman apontam ions sodio sac pela na os 2 24 molar de 291 8 Da Ve dessa forma que ragao do sistema e hteratura em torno de 8 5 varia na em e urn desvio maximo de 18 alguns a ope nao e aeentuada dia em po enxofre 4 87 bilidade desses parametros estando 0 043 3 5 e massa hgnina hgnina proveniente do euealipto e expheado pela faeil deslignifieagao deste tipo de madeira e pelo alto teor no hidro eoneentragao de hg 2 2 heores de pi molar 4 0 3 organieolinorganieo de 1851 2 da de sodio presente 860 09 gran massa seguintes os ions cloreto razao desvio seu nitrogenio 0 49 as media de a 0 sodio 24 2 0 50 nos sa nho 0 1 0 008 1997 Com base eomparagao destes se proveniente seguin as 2500 molares massas 9000 possuem se com obtendo assim genio tireno amostras Para dados earbono 36 organieolinorganieo distintos e de ealcula 56 amostras Poder Calorifieo do lieor negro de euealipto industria E me dessa variabihdade da eompo sigao quimiea das 13 objetivo perfodos em tres em urn ana e de operagao T il easos ehega me se a A eomposigao quimiea influeneia diretamente as propriedades fisieas do responsa que bra das moleeulas de heor tais como densidade e viseosi l as Figura 14 entre 25 oC Comportamento pseudoph3stieo e 61 oC Trindade para 0 licor negro de euealipto a Css 45 7 na faixa de temperatura o dade do lie or Resultados obtidos por cor Costa et al a eurva 1999 por Carmo te posteriormen e Passos e 2000 densidade do lie or negro de unidade C to para a euealip demonstram que esta propriedade Plicor varia tragao de solidos e segundo a equa com a cone en 3 gao 2004 Trindade negro Entretanto verifieou sentada para al 1996 Css 3 a e representando P analisado quida a PI lqUl d 0 do lieor a densidade a 1926 somente e visualizada 3 temperatura operagao 26 30 oC para kglm3 euealipto analisado visto na Figura 10 a equagao a f 12 medio de kglm3 os de densidade do lieor negro de to utilizado neste trabalho al e os dos por Zvinakevieius et dos obtidos por autores Passos 2000 esses 0 dados mudanga a polimeriea no em eoneentra goes de solidos menores Na valores alem e 1999 te Essa eoneentragoes heor mente devem fre nessa propriedade or fisiea do claro que outros parametros levados ser eonsideragao em eoneentragao de lignina entre outros ressaltar que para e mas 0 enxo importante heor negro de eu oeorre em dor de 50 sendo identifieado observa de do tanto se uma mesmo voltando to tensoes rifiea apheada lipto Para heores do 1997 ms ar entre 0 sugere aumento eimo de C 0 65 CC ate C C tipo uma em 65 C C 0 80 Kraft Ada relagao line e 0 Plicor aeres Na faixa de aereseimo de PIi e mais aeentuado devido a transi gao da fase sua fase Figura 0 aquosa do heor para pohmeriea Nota 10 identifiea tal se que a a transigao nesta faixa de C CC Devido e fluido Newtoniano eonstante de entre da e a com urn viseosidade taxa de deformagao sofrida faixa de 40 5 mudanga ologieo no do lieor sos foi determinagao dos valores 46 0 nominais da eapaeidade ealorifiea do li po de a 46 0 oeor eomportamento passando do Newtoniano para doplastieo urn Observando de urn 0 ser pereebe se heor negro de re flui fluido pseu os dados da 14 obtidos por Carmo 2000 valores de mesmos anteriormente ve da situagao ser a mesma an euealipto cores de e observado e e nao pinho lieores de em apresentados Observa euealipto grande na li nos tambem se uma fieuldade de estabilizagao uma heores de di leitura da prineipalmente quando que a e Pas SS eueahpto ja eonsiderado urn fluido pseu se baixa tensao de eisalhamen to Essas earaeteristieas sac observadas em fluidos pseudoplastieos tixotropieos proporeionahda apliea na re a aos tensao eisalhante hdos Figura a a com a de pelo problemas de eontamina padrao de safira nao possivel e 0 he or Em eoneentragoes de so gao das amostras a aproximadamente Entre pinho terior Esse fenomeno e ehamado de apliea afirmagao esta 40 5 de ferentes apesar da tensao eisalhante euea eonfirma C SS efeito tambem e valores de viseosidades di portamento do lieor negro de e temperaturas 40 oC para faixa de 30 oC lie or aplieadas se heores das unidades A a na redugao da viseosida quando se diminui a tensao ei apheada ao lie or de euealip viseosidade organieolinorganieo Em fluido salhante eom or heor sac 1994 como urn esse no 0 no Fricke e quando se aumenta a tensao ei salhante aplieada no lie or de euealipto ganieos presentes prati eamente iguais a da agua A Figura 11 a qual apresenta a densidade dos densidades dos eompostos nesse ao re pseudoplastieo tixotropieo A earaeteristiea tixotropiea vista no lie or de euealipto que nao e ob servada no lie or de pinho deve se a nos as mudanga a euealipto possui urn eomportamento reologieo mais eom plexo que 0 lieor negro de pinho zao que heor de 0 que o heor negro de histerese uma vez oeorre em eoneentragoes Zaman ealipto em especial para a industria E 0 principal parametro que mais in flueneiou no poder ealorifieo foi a ra inorganieos eueahpto menores sendo que pinho exponeneialmen mudanga de eomportamen to do heor de observado organieo inorganieo e faeil pereeptivel verifiear a influen viseosidade aparen de deformagao do li taxa com a cor com decrescendo 11 da razao como por Adams te que os ganieos lieor E Carmo doplastieo tipieos eitados por Venkatesh 1992 Nguyen Com os dados apresentados na Fi gura 13 poder ealorifieo em fungao com reporta a dos eompostos o euealipto oeorre lieor euealip variagao de Plicor com C e ditada pela presenga e eoneentragao l 0 que sugere que pinho 0 para cia da eoneentragao de eompostos 1979 Costa et al diseutido Como 1997 e 50 teores WinGEMS da fabriea C eorroboram preve de forma satisfatoria dentro de urn erro a em euealipto lieor negro de Como ea densidade da fase li lieor p no 1005 Pliquido a da fase aquosa para a fase lieor negro de 0 para eoneentragoes de em Figura 12 os valores de EPE levantados pelo programa simulador dos solidos presente kg m3 b eapaeidade lorifiea muda signifieativamente no li cor de euealipto enquanto que essa mu lieor de com pinho Zaman et Figura 5 A diferenga solidos aeima de 46 de liq IS que lieor de de solidos inferiores 1 Css 0 observada e que danga licor se da mesma e semelhante a apre C Capaeidade ealorffiea p C C Capaeidade Capaeidade pag pso I o taxa de deforma ao 1 T temperatura seen Is DC viseosidade aparente 11 eP densidade do lieor Plicor P agua ealorffiea do solido Coneentra ao de solidos Css PI do lieor ealorffiea da lqUl d 0 kg m3 Ifquida kg solida kg m3 densidade da fase densidade da fase tensao eisalhante mPa m3 ex Com base ea e na lar de clui na eomposigao quimi eoneentragao e na massa mo hgnina presente se que 0 no lieor lieor negro de eon eueahp alunos Suzana Chaves wski Claudia Kupidlo de Souza Regina mieos do Trindade Engenharia Quimiea e Souza Costa Andrea Ohveira de aos engenheiros San dro Morais Santos Hamilton Saulo prineipalmente dos heores negros provenientes do pinho por possuir teores mais elevados de sodio potas Moreira Brandao hgnina e menor massa hgnina Alem do lieor ne de gro euealipto possuir urn eompor tamento reologieo mais eomplexo e molar de que 0 lie or negro de pinho Emunds e Mendes e aos Carazza e eussao e professores Won Park Song disponibihdade pesquisa orgaos de fo brasileira FAPE MIG Fundagao de Amparo quisa do Estado de Minas Gerais CNPq quisa a Pes e Conselho Naeional de Pes pelo suporte finaneeiro e os UNICAMP 1 N Kraft New York CARMa 1 R M S Aplieagao M de Kraft Euealipto Seeagem e Re Euea Relat6rio Final de Inieiagao lipto Engenharia Quimiea Engenharia UFMG Belo em COSTA 2000 A 1 e to Reol6gieo O S CARDOSO 1964 ealipto do Lieor Ne no Proeesso A valiando Alternativas de 1999 6 Quimiea 199p PASSOS M Comportamen do Lieor Negro de Eu Jornada de or Engenharia UFU UFMG Uberlfmdia 57 60 1999 FREDERICK Analise da Uni dade de Reeuperagao gro Pulp pp I 537 Van Nostrand Reinhold New York CARDOSO na M Handbook of Technology PASSOS M e euperagao do Lieor Negro de Recovery 1997 and Paper Campinas da Teeniea de Leito de Jorro Fluidizado Cientifiea TAPPI Press FEQ da Uni 1998 Horizonte 80 p ADAMS BRITT K W mento a dis Informatica da Faeuldade de Eseola de 381 p os pela de material de dados teenieos relevantes Boilers plastieo tixotropieo o autor agradeee Fernando e versidade Estadual de Ronald Laauser Mareio Luiz Doraeio sendo identifieado como urn fluido pseudo do Departamento de Sistemas Qui Gongalves Anderson Laeeio Galin to das industrias brasileiras difere sio cloro Tese de Doutorado Proeessamento Properties W 1 em Black ADAMS FREDERICK J Wm GRACE HUPA M K JONES LISA Liqu 1 N 1M A K 1979 TRAN la ed Kraft H Tappi Recovery Boilers Press Nova FRICKE A ties of Black Pulping 1997 Iorque 1 Physical Proper Liquor Summary Re port Phase I and II DOE Report Nos AC02 82CE50606 85CE40740 University of Florida and University of Orono GREEN ME R 1987 P HOUGH e G Process Pulping Alkaline Committe of the TAPPI PRESS pp 1 35 3 Preparation 12 KORPIO E 70 vo1 e FRICKE of Kraft Liquor num Atlanta 1992 HILL M K from Black Pulping Tappi pp 112 116 1987 VIRKOLA e Material TAPPI DOSO M PASSOS CAR M LA CARAZZA F Eucalyptus Kraft Black E Characterization of nents Curitiba pp 76 84 MACDONALD FRANKLIN Wood in IN Pulp 2 ed ture Pulping of McGraw Hill 1969 MILANOVA E 101 MORAIS DORRIS e 0 Proceedings 1989 Contribuigao Estudo Quimieo de Ligninas de Tese de Dou torado do Departamento de Qufmi ICEx da Universidade Federal de Minas Gerais NGUYEN TESH v centration X M K 1 Liquors Ap 203 206 a 1993 recovery plugged Operations Tappi Short 1990 Nova Tee Produgao do Combustfvel S6li dissertagao de mestrado do De do partamento de UFMG Engenharia Qufmiea da UFMG N e of Black Evaporation and of Black Liquor Con em Chemical Recovery in the Alkaline 2004 An Investigati Liquor Rheology Ver Pulping Conditions Ph D University of Maine sertation no ME WHITTY K NIO J Dis Oro 1985 FORSSEN Liquor 1987 VENKA Belo Horizonte WIGHT M 0 on M BACKMAN R HUPA E SORVARI V M RAI Liquor Black 2 428 435 Journal of Pulp and Paper Science 1997 A 1 Conditions and AICHE Liquor 91 307 the on Symposium 154 161 A A Steady High Sohds 1995a FRICKE e A 1 Properties of Liquors Kraft Black Effects of Temperature Solids Con centration Molecular Lignin and Shear Rate 139 mun Black Chern 201 221 Effects of A A Com 1995b E FRICKE A L Conditions and Pulping Liquor Weight Eng of Sof Viscosity Liquors Tappi Journal on twood Kraft Black Predic tive Models vol 78 num l0 pp l07 ZAMAN Kraft Black 118 A A e 1995e FRICKE A L Liquor Rheological Behavior With Respect Concentration Temperature and Shear Rate AICHE 91 307 162 ZAMAN A A ries Effects of Chern Res Se 1995d Variables of Kraft Black A 1 on En Liquors Em Predictive Models Ind Eng 35 ZAMAN e Solids FRICKE e Pulping to Symposium 171 thalpy pirical FRICKE 2438 2443 A A A L 1996a TAVARES Studies on S A the Heat of Slash Pine Kraft Black Capacity Liquors Effects of Temperature and Solids Concentration J Data 41 266 271 FP e FOELKEL C Chern Eng 1996b ZVINAKEVICUS lipto quisa Pyroly Reactivity 1 l994b FRICKE e Shear Flow sis Behaviour and Char pp JlI9 Jl27 n A A ZAMAN cas 3 FRICKE A e Heat of Combustion of Slash Pine to Differences in Combustion num A Pulping Liquor Composition Black and Gasification Processes 23 vol 33 ZAMAN Kraft Re niea de Coneentragao do Lieor Negro para Chern Res DE Non Newtonian How does H Course Notes sus S A L Eucalyptus grandis ea NGUYEN Universidade Federal de Minas Gerais Conference Atlanta p C Journal 46 3 covery A ZAMAN boiler become International Chemical Reco very ao E om Value of Black Li TRINDADE A 1 G and Paper Manufac voLl New York M The teeniea T684 Behavior of Kraft Black 1997 R G Liquor 1989 40 1 and Solids Concentration Ind Eng rature em teeniea T650 om 89 Heating TRAN Proceedings Symposium on the Chemistry of Lignins and their Wood Compo teeniea T625 Solids Con Viscosity of Hight Solids Liquors Effects of Tempe Kraft Black Series 1990 norma GUZMAN Liquor of the Fifth Brazilian Journal 1 1994a ZAMAN 1990 TIU pita of Strong of Soda and Sulfate norma Low A of Kraft Viscosity at Effects of Factors Appita Solids Content of Black quor S C 187 192 FRICKE e AICHE Journal centrations Symp 1988 norma Analysis Black Liquor 90 Gross Liquor trabalho apre Liquor Recovery Symposium Helsinki 1982 KUPIDLOWSKI o TAPPI 85 Weight 1990 Viscosity 389 392 sentado Boiler l Affecting Black Liquor E Distribution of L A A Liquors Newtonian D Res Soc pp 21 30 the TAPPI Black Mat SODERHJELM ties of Black no Weight l97 vol 5 1983 DONG Molecular Lignins Proe the Proper on W A L and Molecular Kraft 30 34 paginas SCHMIDL N E The Effect of Cooking Variables and Wood Raw numero 2 Lignin Journal Solids Contents Black and Paper Canada volume 84 Pulp 41 ZAMAN Correlations for K Properties and Liquor at Hight Dry Manufacture edigao 45 56 e KIM H A L Pulp Tappi 1992 Rheological Evaporation ofBlack FRICKE Chemical Recovery in the Alkaline Ed 3a p 5 35 SANDQUIST FL Gainesville Maine FG02 and Process Atlanta Press C E SANTOS Caraeteristi de Lieores Negros Krafts de Euea Relat6rio Interuo Cenibra Pes Serie Proeessamento Oriente 102 Belo