Polpação soda com aditivos e cinética da deslignificação Kraft

Abstract

O método de polpação química Kraft é o mais utilizado mundialmente para produção de celulose, por suas características favoráveis como alta qualidade do papel produzido. Porém possui a desvantagem da poluição odorífera e um complexo sistema de recuperação do licor negro gerado. O processo soda pode ser uma alternativa para produção de polpa celulósica sem compostos a base de enxofre e com melhores qualidades se acrescida de aditivos de cozimento. Este trabalho trata de algumas alternativas para otimizar a polpação Soda através de modernos processos e aditivos de polpação, com um melhor entendimento da ação destes aditivos. Além de um estudo da cinética de deslignificação Kraft para diferentes folhosas. Desta forma, essa tese foi desenvolvida em 3 capítulos com o intuito de abordar o tema otimização da deslignificação Soda e Kraft. No capítulo 1 é apresentado a ação de novas formulações de antraquinona e surfactantes na polpação Lo-Solids Soda de eucalipto, com o objetivo de encontrar as melhores dosagens e combinações para igualar a qualidade ao processo Kraft. No capítulo 2 é buscada a otimização do processo e compreensão da ação destes aditivos tanto no processo Soda quanto no Kraft. No capítulo 3 (realizado na Universidade Estadual da Carolina do Norte durante DS sanduíche) foi investigada a cinética de deslignificação Kraft para as 3 fases (inicial, principal e residual) em diferentes madeiras de folhosas, com o objetivo de entender e otimizar a deslignificação para cada tipo de matéria prima. Os resultados destes estudos conduziram as seguintes conclusões principais: Os aditivos testados foram eficientes, tanto individualmente quanto combinados entre si conseguiram melhorar as qualidades da polpação soda, como rendimento e viscosidade. O uso de antraquinona possibilitou à polpa soda rendimentos superiores aos da polpa Kraft, contudo elevou o teor de rejeitos para o mesmo kappa. Já o surfactante manteve baixo o teor de rejeitos com moderado ganho em rendimento. A polpação Soda pode ser otimizada utilizando uma carga alcalina mais elevada. Para valores de álcali residual entre 8 e 10 g/l, a degradação de xilanas foi maior, aumentando a viscosidade sem comprometer o rendimento. Os aditivos foram mais eficientes para polpação soda, promovendo um ganho de rendimento maior em comparação ao ganho de rendimento para as mesmas dosagens no processo Kraft. O lignossulfonato apresentou os mesmos ganhos de rendimento que os Surfactantes, para ambos os processos. Mais testes são necessários para confirmar o lignossulfonato como substituto do Surfactante. A taxa de deslignificação para as diferentes fases seguiram uma função linear e uma boa correlação com a relação S/G da madeira. A energia de ativação calculada foi diferente para cada amostra, contudo também apresentou uma função linea e boa correlação com a S/G da madeira. Este estudo fornece um melhor entendimento para indústrias semí-químicas e de baixo kappa, além da indústria de bioconversão identificando oportunidades para otimizar a escolha da matéria prima com base no comportamento da lignina.

The Kraft pulping process is the world's major chemistry pulping method, because the pulp produced is stronger than other process. Although the air pollution of odorous compounds and the complex black liquor recovery can be a problem for some companies. The Soda pulping can be an alternative process with no sulfur compounds and better strength qualities if added additives. This paper show some alternatives to optimize Soda pulping through modern pulping processes with additives, and giving a better understanding of their action. In addition to a study of hardwood Kraft pulping kinetics. Thus, this thesis has been developed in 3 chapters in order to study optimization of Soda and Kraft delignification. Chapter 1 present the action of new anthraquinone and surfactants formulations in Lo-Solids Soda pulping of eucalyptus, with the goal of finding the best dosages and combinations. Chapter 2 brings how to optimize the Soda process and an understanding of these additives action in both process, Kraft and Soda. Chapter 3 (conducted at the State University of North Carolina at Sandwich DS) investigated the kinetics of kraft delignification at 3 phases (initial, bulk and residual) in different hardwoods in order to understand and optimize the delignification to each type of raw material. The results of these studies led to the following main conclusions: The additives were effective, both individually and combined were able to improve the soda pulping qualities, such as yield and viscosity. The soda pulping can be improved using higher alkali charge. Residual alkali from 8 to 10 g/l increases the pulp viscosity compared with lower charges, as increases the xylan degradation without decreases the yield. The additives were more effective for soda pulping, increasing more yield compared with same additive charge for Kraft process. The lignosulfonate showed the same performance that surfactants, for both processes. More tests are needed to confirm the lignosulfonate as a substitute for surfactant. But it is not indicated for the soda pulping process, if sulfur compounds were avoided. Activation energy values were also calculated and they appear to have a linear correlation with wood S/G ratio. It was also found a linear correlation between the Kraft delignification rate and the S/G ratio. This study can provide a better understand of semi-chemical and low kappa pulping process and also bioconversion industry, identifying opportunities for optimum raw materials selection based on delignification behavior.