INDÚSTRIAS DE POLPA E PAPEL
PROF. MS. Fernanda Palladino
INDUSTRIA DE POLPA E PAPEL
Materiais lignocelulósicos são materiais fibrosos que formam
matrizes complexas constituídas de celulose, um rígido
polímero de glicose, hemicelulose, pectina e outras gomas.
Adicionalmente, essa matriz é impregnada com lignina, a qual
pode ser considerada como uma cobertura de resina plástica.
Tabela 1: Composição típica de Lignocelulósicos
Componentes
Faixa de variação ( %)
Celulose
40-50
Hemicelulose
25-35
Lignina
15-25
INDUSTRIA DE POLPA E PAPEL
A madeira é a principal fonte de celulose para a fabricação do
papel.
Celulose é um polímero linear de glicose de alto peso
molecular formado por ligações β 1,4 glicosídeas, insolúvel em
água, sendo o principal componente da parede celular da
biomassa vegetal.
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Hemicelulose: É um grupo de polissacarídeos constituído de vários
tipos de unidades de açúcares que podem ser definidos como
solúveis em álcalis, estando localizados também, na parede celular
da biomassa vegetal.
São responsáveis por diversas propriedades importantes obtidas
durante o processamento dos materiais lignocelulósicos. Devido a
ausência de cristalinidade, sua baixa massa celular e configuração
linear, as hemiceluloses absorvem água facilmente, contribuindo
para reduzir o tempo requerido no refino da pasta celulósica e
aumenta a área específica ou de ligações das fibras.
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Lignina: É um polifenol construído de unidades de
fenil-propanas (C6-C3). Diferente da celulose, a
lignina não tem estrutura cristalina e é considerada
um polímero amorfo, cuja estrutura principal,
provem da polimerização iniciada por enzimas . A
lignina é considerada como um dos materiais mais
resistentes na natureza. Na biomassa vegetal, a
lignina está associada juntamente com a celulose e a
hemicelulose, o que impede a degradação desses
materiais, isto é, a lignina confere firmeza e rígidez
ao conjunto de fibras de celulose.
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Uso e aplicação dos Materiais Lignocelulósicos
Independente do uso desses materiais, é necessário um
processamento preliminar para separar as três frações
lignocelulósicas, em particular a lignina, que pode ser
considerada como um barreira física, tornando as fibras desses
materiais cimentadas entre si.
Celulose: Papel e derivados de celulose;
Hemicelulose: Álcool, Xilitol, Ácidos Orgânicos, Solventes;
Lignina: Aglutinantes,
Antioxidantes;
Adesivos,
Dispersantes,
Plásticos,
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Processo de separação das frações Lignocelulósicas
Este processo modifica os materiais pelo rompimento da
estrutura da parede celular da biomassa vegetal, removendo,
solubilizando ou despolimerizando a lignina. O tipo de processo
dependo do material utilizado e da finalidade proposta de
utilização das frações lignocelulósicas, podendo ser classificados
em:
• Processo Mecânico;
• Processo Físicos;
• Processo Biotecnológicos;
• Processos Químicos;
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Processo Químico – Polpa Kraft ou ao Sulfato
É um processo alcalino, responsável pela maior parte da polpa
que se fabrica nos dias de hoje.
Pode ser usada quase que qualquer espécie de madeira mole ou
dura, embora sejam mais empregadas as madeiras de coníferas.
O processo foi desenvolvido para remover grandes quantidades
de óleos e de resinas nestas madeiras.
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Processo Químico – Polpa Kraft ou ao Sulfato
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Processo Químico – Polpa Kraft ou ao Sulfato
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Processo Químico – Polpa Kraft ou ao Sulfato
É possível dividi-lo nas seguintes etapas:
• As toras são cortadas e descorticadas (1) e levadas as
cortadeiras (2) que são constituídas por grandes discos rotatórios
providos de quatro ou mais facas compridas e pesadas,que
reduzem a madeira a pequenos cavacos.
• Os cavacos são peneirados em peneiras rotatórias para separar
os graúdos, o produto desejado e a serragem. Os graúdos passam
por desintegradores, que os reduzem ao tamanho apropriado;
• Os digestores são carregados com os cavacos (3), adiciona-se
licor branco de cozimento que contém: Sulfito de sódio e soda
caustica e liga o vapor de água. O período de cozimento leva
cerca de 3 horas;
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Processo Químico – Polpa Kraft ou ao Sulfato
• No final deste período a pressão é abaixada e a massa parda, é
lançada num tanque de esgotamento, ou numa fornalha de
recuperação,para que o vapor desperdiçado no tanque seja
usado e também ocorre uma lavagem mais apurada;
• A polpa depois da separação do licor de cozimento é lavada ( 4);
• O licor de cozimento utilizado (licor negro ou lixívia negra) é
bombeado para a estocagem para a guardar a recuperação das
substancias dissolvidas mediante evaporação (5 e 6) e, depois, a
combustão da matéria orgânica dissolvida nas fornalhas de
recuperação (8), para reutilização no processo;
• A polpa lavada passa para a sala de 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;
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Processo Químico – Polpa Kraft ou ao Sulfato
• A polpa espessada é em seguida alvejada, usando-se pelo menos
um estágio de dióxido de cloro, seguido por neutralização e
tratamento a hipoclorito de cálcio. O agente alvejante oxida e
destrói os corantes formados pelos taninos da madeira e
acentuados pelos sulfetos presentes no licor de cozimento;
• Depois do alvejante a polpa é lavada e reespessada, sendo
preparada para formar folhas suficientemente secas para serem
dobradas num fardo ou então ser lançadas na caixa de carga de
uma máquina de papel, para dar um polpa seca.
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Processo Químico – Polpa Kraft ou ao Sulfato
• A formação das folhas é feita num espessador à úmido
constituído por um cilindro que mergulha numa cuba, ou
tanque, cheia de polpa, por uma correia sem fim em feltro, que
arrasta a folha de papel através de rolos de secagem e, depois,
através de rolos de prensagem. As laminas contêm de 35 a 45%
de fibra secar ao ar. Estas folhas “úmidas” são empilhadas em
prensas hidráulicas e sujeitas a pressões até 204 atm.O produto
resultante contém 50 a 60% de fibra seca ao ar.
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Processo Químico – Polpa Kraft ou ao Sulfato
Recuperação do Licor Negro:
O licor negro separado da polpa no lavador de polpa ou difusor,
contém 95 a 98% do total de substancias que entram no digestor.
Este licor é concentrado, queimado, e sofre uma encalagem. No
forno
decompõe-se
quaisquer
compostos
orgânicos
remanescentes, o carvão é queimado e as substancias orgânicas
são fundidas. Ao mesmo tempo ocorre a reação:
Na2SO4 + 2C
Na2S + 2CO2
As substancias químicas fundidas são lançadas na solução
diluída do tanque 9, contendo o licor de dissolução proveniente
da unidade de caustificação
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Processo Químico – Polpa Kraft ou ao Sulfato
Recuperação do Licor Negro:
As substancias dissolvem-se imediatamente e formam o licor
verde;
As impurezas insolúveis são sedimentadas,e precipita-se o
carbonato de cálcio pela adição de cal extinta preparada a partir
do carbonato de cálcio recuperado. A reação ocorre rapidamente
Na2CO3 + Ca(OH)2
2NaOH + CaCO3
A lama resultante é separada em sedimentadores e em filtros
rotatórios contínuos, com telas metálicas como meio filtrante.
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Processo Químico – Polpa Kraft ou ao Sulfato
Recuperação do Licor Negro:
A lama de carbonato de cálcio é enviada a um forno de cal para
recuperação do óxido de cálcio reutilizado no processo.
O filtrado é o licor branco usado no cozimento, de sulfato de
sódio, de sulfito de sódio e de tiossulfato de sódio.
Entre os subprodutos de recuperação do licor negro temos o talol
um líquido viscoso, pegajoso e negro, composto principalmente
de resinas e ácidos graxos. Pode ser separado do licor negro
diluído mediante centrifugadores ou obtido por flotação dos
liquido concentrados. É usado na fabricação de sabão e graxas e
na preparação de emulsões.
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Fabricação do Papel
As diversas polpas de madeira, algumas fabricadas em folhas
grosseiras, não tem as propriedades desejáveis num papel
acabado, como a superfície apropriada, a opacidade, a
resistência e a suavidade ao tato.
Papel = Fibras + Aditivos
A polpa para a fabricação de papel é fabricada por dois
processos gerais, na batedeira e no refinador, as fabricas usam
uma ou outra ou as duas juntas;
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Fabricação do Papel
Batedeiras: consiste num tanque de madeira ou metal, com
extremidade arredondadas e uma divisão parcial no meio, formando
um canal, por onde a polpa circula continuamente. Um dos lados está
um cilindro equipado com facas ou barras; diretamente abaixo deste
cilindro está uma chapa de apoio, a que se fixam barras estacionárias.
Quando em operação a polpa circulante é forçada por entre as barras
do cilindro giratório e as barras estacionárias do encosto. O cilindro
pode ser levantado ou abaixado, de modo a se ter os resultados
desejados. O batimento as fibras faz o papel mais forte, mais uniforme,
mais denso, mais opaco e menos poroso;
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Fabricação do Papel
Refinador: A máquina de Jordan é o refinador padrão; consiste
essencialmente num casco cônico, dentro do qual estão fixas barras
estacionárias. Dentro do casco está um núcleo giratório, também
provido de barras. È a ação dos dois conjuntos de barras que provoca
o efeito desejado sobre a polpa. A entrada se faz pela extremidade
menor do cone, e a saída, depois da ação das barras, pela outra
extremidade;
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Fabricação do Papel
Aditivos:
Carga Mineral: Caulim, talco e dióxido de titânio, tem efeitos positivo
no melhoramento da Opacidade, alvura, lisura, maciez;
Cola: Breu saponificado, apresenta aumento a retenção de fibras e
cargas, previne o espalhamento de tintas, resistência à penetração de
umidade;
Sulfato de Alumínio: é adicionado após a cola para precipitar a cola
sobre a fibra;
Amido ( milho ou mandioca): é adicionado na massa normalmente
cozida, obtendo aumento a retenção de fios, melhora a união entre as
fibras;
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Fabricação do Papel
Aditivos:
Corantes: Melhora a alvura, tingimento do papel;
Aditivos
diversos:
Preservativos,
antiespumantes, plastificantes;
auxiliares
de
retenção,
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Fabricação do Papel
Máquina de Fourdrinier:
A massa procedente das operações preliminares, com 0,5% de fibras,
passa inicialmente por uma peneira na caixa distribuidora, de onde
flui, através de uma comporta, para uma tela móvel sem fim, em fio de
bronze. As fibras da polpa ficam na tela, enquanto uma grande parte
da água passa através dela.
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Fabricação do Papel
Máquina de Fourdrinier:
A medida que a tela avança, efetua um movimento vibratório, que
serve para orientar parte das fibras e feltrar com maior uniformidade
a folha, atribuindo-lhe maior resistência. O papel passa por caixas de
sucção, para remoção da água, e sob cilindro filigranador, que alisa a
face superior da folha.
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Fabricação do Papel
Máquina de Fourdrinier:
Ao longo os lados da tela movimentam-se correias de borracha, com a
mesma velocidade da tela, que servem para formar as bordas da folha.
Da tela o papel é transferido para o primeiro feltro, que o transporta
através de uma série de cilindros de prensagem, com o que se remove
mais água.
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Fabricação do Papel
Máquina de Fourdrinier:
Saindo do primeiro feltro, o papel passa por cilindro de aço de
alisamento e é recolhido pelo seguindo feltro, que o transporta através
de uma série de cilindros de secagem, aquecidos internamente a vapor.
O papel entra nestes cilindros com um teor de 60-70% de umidade e
deles sai 90-94% seco.
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Fabricação do Papel
Máquina de Fourdrinier:
Neste ponto pode se esparzir a cola sobre a folha e o papel passa por
uma outra série de cilindros de secagem, antes de entrar nas calandras,
estas são constituídas por cilindros em aço, lisos e pesados, que
atribuem a superfície final do papel. O papel acabado é enrolado numa
bobina.
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Fabricação do Papel
Máquina de Fourdrinier:
A enorme quantidade de água que se usa faz com que seja necessária a
recirculação da maior fração possível, para que a operação seja
econômica.
A operação de uma Fourdrinier é um procedimento complicado, um
dos problemas principais é ajustar as velocidades dos diversos
cilindros a retração do papel, à medida que ele vai sendo seco.