Caracterização físico-química e polpação etanol/soda do bagaço e da palha de cana-de-açúcar

Abstract

O bagaço e a palha da cana-de-açúcar são dois resíduos da indústria sucroalcooleira ricos em componentes lignocelulósicos, com quantidades representativas de celulose e hemiceluloses em sua composição e passíveis de serem utilizados em processos de biorrefinaria. Este estudo teve por objetivo caracterizar química, física e morfologicamente os materiais, além de otimizar o processo etanol/soda para a polpação destes materiais. O trabalho está dividido em dois capítulos, sendo os resultados de caracterização apresentados no capítulo 1 e de polpação no capítulo 2. Foram utilizados bagaço e palha de cana-de-açúcar (UFV/RIDESA RB867515) colhida aos 5 meses de idade. Esses materiais foram analisados quanto às suas propriedades químicas, físicas e morfológicas. No capítulo 1 foi concluído que os principais componentes destes materiais foram de glicanas, xilanas e ligninas, com valores de 41,8%, 24,8% e 21,4% para o bagaço e 41,4%, 26,0% e 16,2% para a palha, respectivamente. A relação H:G:S do bagaço (1: 2,1: 2,2) foi mais favorável para desconstrução química que a da palha (1: 3,7: 1,7). A palha apresentou valores elevados de cinzas (7,9%) e sílica (5,8%) em relação ao bagaço (2,3% cinzas e 1,4% sílica). Os teores de extrativos totais do bagaço e da palha foram de 15,0 e 12,2%, respectivamente. As densidades básica e à granel do bagaço foram de 131 e 76 kg/m3 e da palha foram de 173 e 64 kg/m3, respectivamente. As análises morfológicas dos materiais os caracterizam como fibra curta, com comprimentos médios de 1,59 e 1,61 mm para bagaço e palha, respectivamente. No capítulo 2 foi avaliado o processo etanol/soda para polpação do bagaço e da palha num desenho experimental fatorial de composição central com três variáveis independentes e três diferentes níveis para cada uma delas. Foram mantidas fixas a relação licor/matéria (14/1 L/kg) e as cargas de soda de 15 e 10% para o bagaço e a palha, respectivamente. Conclui-se que o bagaço de cana é mais adequado para a produção de polpa de celulose que a palha. A condição ótima de polpação do bagaço ao número kappa 12,0 ± 0,3 foi 195ºC por 90 minutos na concentração de 25% de etanol no licor de cozimento e 15% de soda base matéria seca; nesta condição a retenção de glicanas e xilanas na polpa foi de aproximadamente 69 e 42%, respectivamente. A condição ótima de polpação da palha ao número kappa 12,0 ± 0,3 foi 195ºC por 150 minutos na concentração de 25% de etanol no licor de cozimento e 10% de soda base matéria seca; nesta condição a retenção de glicanas e xilanas na polpa foi de aproximadamente 54 e 30%, respectivamente.

The bagasse and straw of sugar cane are two kinds of the sugar industry waste, they are rich in lignocellulosic components, such as cellulose and hemicellulose, which can be used in biorefinery processes. This study aimed to characterize chemical, physical and morphological materials and optimize the process soda/ethanol pulping of these materials. The work was divided into two chapters, the characterization results will be presented in Chapter 1 and pulping in Chapter 2. Bagasse and straw were used for sugar cane (UFV / RIDESA RB867515), harvested at 5 months old. These materials were analyzed for their chemical, physical and morphological characteristics. In Chapter 1 it was concluded that the main components of these materials were glucans, xylan and lignin, with values of 41.8%, 24.8% and 21.4% for bagasse and 41.4%, 26.0% and 16.2% for the straw, respectively. The ratio H: G: S bagasse (1: 2.1: 2.2) was more favorable for the chemical deconstruction of the straw (1: 3.7: 1.7). The straw showed high levels of ash (7.9%) and silica (5.8%) compared to bagasse (2.3% ash and 1.4% silica). The content of total extractives of bagasse and straw were 15.0 and 12.2%, respectively. The basic density and bulk density of bagasse were 131 and 76 kg/m3; for straw they were 173 and 64 kg/m3, respectively. The morphological analysis of the materials classified fibers as short, with average lengths of 1.59 and 1.61 mm for bagasse and straw, respectively. In chapter 2, it was evaluated the process of soda/ethanol pulping of bagasse and straw in a factorial experimental design with three central composition of independent variables and three different levels for each. It was kept fixed relative to liquor / material (14/1 L/kg) and loads of soda for 15 and 10% bagasse and straw, respectively. It was concluded that sugarcane bagasse is more suitable for the production of cellulose pulp than straw. The optimum condition of bagasse pulping to kappa number 12.0 ± 0.3 was 195°C for 90 minutes at a concentration of 25% ethanol in the cooking liquor and soda 15% dry matter basis. In this condition, the retention of glycans and xylans on pulp was approximately 69 and 42%, respectively. The great condition of the straw pulping for kappa number of 12.0 ± 0.3 was 195°C for 150 minutes at a concentration of 25% ethanol in the cooking liquor and soda 10% dry matter basis. In this condition, the retention of glycans and xylans on pulp was approximately 54 and 30%, respectively.