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DENSIDADE APARENTE DO SABÃO
DE “TALL OIL”.
Maicon Ramon Bueno (AL); Rubiane Ganascim Marques (PQ); Alexandre A. Andrade
Departamento de Engenharia Química - Faculdade de Telêmaco Borba- Av. Marechal Floriano Peixoto, 1181, Alto das Oliveiras, CEP: 84266-010 Telêmaco Borba – PR.
Palavras Chave : “tall oil”, sabão de “tall oil”, densidade aparente.
Resumo A atual preocupação com aspectos de conservação ambiental faz com que muitas empresas adotem métodos de reciclagem para seus resíduos, tornando-os matérias- primas para outros ciclos de produção ou convertendo-os em subprodutos. Além de ambientalmente corretas, tais utilizações agregam valor ao resíduo anteriormente descartado, gerando lucro e economia de recursos como energia. Assim o “tall oil”, torna- se um importante subproduto que pode ser fabricado na indústria de celulose Kraft que usam madeiras de coníferas resinosas. No cozimento de madeira de Pinus porcentagens apreciáveis de ácidos graxos e resinosos são liberadas e dissolvidas no licor de cozimento como sabões de sódio. A estes ácidos, juntamente com as impurezas do licor negro e material neutro, dá-se a denominação espuma de sabão ou sabão de “tall oil”. A utilização do antiespumante para verificação da densidade aparente mostrou-se muito eficaz para redução do volume do sabão decorrente da formação de espuma devido agitação durante coleta, possibilitando uma boa equiparação entre os valores obtidos em laboratório e via instrumento in-situ.
Introdução A atual preocupação com aspectos de conservação ambiental faz com que muitas empresas adotem métodos de reciclagem para seus resíduos, tornando-os matérias- primas para outros ciclos de produção ou convertendo-os em subprodutos. Além de ambientalmente corretas, tais utilizações agregam valor ao resíduo anteriormente descartado, gerando lucro e economia de recursos como energia. Assim o “tall oil”, torna- se um importante subproduto que pode ser fabricado na indústria de celulose Kraft que usam madeiras de coníferas resinosas (Perstorp Group, 2008; Derksen et al., 1996; Geoghegan e Bambrick, 1971). O "tall oil" é um subproduto da produção de celulose e papel Kraft com espécies de Pinus e outras pináceas. Ele é encontrado e extraído do licor residual do cozimento Kraft, conhecido como licor negro (Tailor e King, 2001; Grant e Grant, 1987; Geoghegan e Bambrick, 1971). Esse subproduto foi inicialmente obtido em escala laboratorial durante a polpação alcalina da madeira de coníferas na Europa, sendo que os primeiros dados de sua extração e conseqüente exploração comercial datam do ano 1901, na Suécia. Dessa forma, a origem do nome vem do idioma escandinavo “tallojja”, significando óleo de pinho; porém, esse não deve ser confundido com o terpineol extraído da folha dos pinheiros
FATEB – Faculdade de Telêmaco Borba
(Obst, 1998). Ambos os produtos são substâncias bastante distintas, apesar de proverem da mesma fonte. Logo após a extração do licor negro, obtêm-se o "tall oil” bruto ou cru, uma substância bastante viscosa, de coloração escura (amarelo-preta) e com odor kraft bastante característico. É considerado um dos óleos de resina mais baratos do mercado, pois é um produto gerado industrialmente, não dependendo de intempéries climáticas e do solo para tanto, mas sim da produção de celulose das indústrias (Kurkineva, s/d). Na verdade, quando fala-se de "tall oil", fala-se não de um óleo, mas de uma espécie de sabão reprecipitado, formado pelas reações da soda cáustica com os ácidos graxos e resinosos presentes na madeira do Pinus****. Esses sabões costumam espumar e formar uma nata na superfície dos licores armazenados nos tanques de licor negro kraft, daí serem também conhecidos como "sabão de espuma". Somente pela sua reprecipitação, decantação e/ou purificação, é que podemos dar ao "tall oil" uma condição comercial competitiva e mercadológica como um óleo ou resina recuperada para inúmeras finalidades. As madeiras de coníferas, especialmente Pinus , contêm aproximadamente 3% de uma fração de baixa massa molecular constituída por ácidos resínicos livres, ácidos graxos de cadeia longa, esteróis, terpenos voláteis e outros materiais insaponificáveis. Os glicerídeos e os ácidos resínicos são saponificados durante o processo de digestão alcalina, e o sabão resultante é dissolvido no licor do processo de polpação, chamado sabão de “tall oil”.
Fundamentação Teórica No cozimento de madeira de Pinus porcentagens apreciáveis de ácidos graxos e resinosos são liberadas e dissolvidas no licor de cozimento como sabões de sódio. A estes ácidos, juntamente com as impurezas do licor negro e material neutro, dá-se a denominação espuma de sabão ou sabão de “tall oil”. O “tall oil” e seus derivados podem ser empregados em: emulsões, sabões, desinfetantes, lubrificante tintas e vernizes. Denomina-se “tall oil” cru o produto obtido da acidulação da espuma de sabão do licor negro (IPT, 1988). A Sociedade Americana para Testes Materiais (ASTM) tem definido “ tall oil, sabão de tall oil e tall oil cru ” como segue:
- “Tall Oil’: Um nome genérico para um número de produtos obtidos da fabricação da polpa de madeira através do processo Kraft.
- Sabão de “tall oil”: Produto formado através da saponificação ou neutralização do tall oil com bases orgânicas ou inorgânicas.
- “ Tall Oil” cru: (“TO”) Uma mistura marrom escura de ácidos graxos, resínicos e de materiais neutros liberados pela acidulação da espuma do sabão. Os ácidos graxos são misturas de ácidos oléicos e linoléicos com quantidades menores de ácidos saturados e insaturados. O ácido resínico é composto de ácidos resínicos similares a aqueles encontrados na goma e madeira resinosa. Os materiais neutros são compostos de policíclicohidrocarbonetos, esteróis e outros alcoóis de elevado peso molecular. Durante o cozimento de polpação Kraft os cavacos sofrem a ação sob calor e pressão juntamente com uma solução de soda cáustica e sulfato de sódio liberando os ácidos graxos e resinosos os quais são extraídos com o licor de cozimento. Estes componentes variam de fábrica para fabrica devido á região, em função da espécie de madeira (fibra curta e fibra longa), assim também como as estações do ano. Os ácidos graxos são reservas de alimentos e estão localizados nas células parenquimáticas, especialmente as células de raios, onde são formadas. A seqüência de formação dos ácidos graxos é mostrada na Figura 1.
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Discriminação Sabão “tall oil” cru Massa específica kg/m³ a 30°C
Massa específica kg/m³ a 50°C
Peso específico aparente kg/ m³
1,050 -
Umidade % 42,7 - Poder calorífico superior – kcal/kg
4.215 8.
(Fonte: Adaptação Coraiola R.)
Fatores que afetam a separação do sabão do licor negro (TAPPI, 2000):
- Solubilidade do sabão;
- Configuração do tanque de sabão sobrenadante;
- Viscosidade do licor negro;
- Concentração do licor negro;
Condições de processo que definem a solubilidade do sabão (TAPPI, 2000):
- O sabão é mais solúvel a alta temperatura quando o conteúdo de sólidos secos está abaixo de 34% (Figura 3).
- A solubilidade do sabão é mínima a um determinado álcali efetivo residual. Esta mudança ocorre de acordo com a taxa de ácidos resínicos e graxos (Figura 4).
- Para licores mistos, a solubilidade aumenta quando a taxa de licor de madeiras de fibra curta está acima de 60% (Figura 5).
Figura 3: Efeito da temperatura e teor de sólidos na solubilidade do sabão (Fonte: TAPPI, 2000).
Figura 4: Efeito do teor de álcali efetivo na taxa de ácido graxos e ácidos resínicos. FA = fatty acids, RA = rosin acid. (Fonte: TAPPI, 2000).
A separação do sabão do licor negro usa a diferença do vetor de velocidade do sabão e do licor. O sabão é mais leve e sobe a uma velocidade de 1,2 á 7,6 m/h. As partículas maiores sobem rapidamente á uma temperatura mais alta. As partículas devem subir em contra corrente do licor negro ou pela sua velocidade superficial, definido como a vazão de licor (m 3 /h) dividido pela área de separação (m 2 ). A velocidade superficial deverá ser de 2,0-2,5 m/h para que o sabão sobrenadante atinja uma eficiência de 80%-90.
Figura 5: Efeito do licor de folhosas na solubilidade do sabão á 90°C. (Fonte: TAPPI, 2000)
A velocidade de subida das partículas de sabão é máxima quando a concentração de sólidos secos está entre 18 e 22%, e em seguida, diminui à medida que aumenta a concentração. Quando a velocidade do licor negro é excessivamente alta, o sabão não é separado. Nem todo sabão formado sobe acima da superfície do licor no tanque de armazenamento para concentrações acima de 45% de sólidos secos.
Densidade e gravidade específica A densidade é a relação entre a massa de uma substância e o volume que ela ocupa. Muitas vezes se encontra o termo "densidade verdadeira ou absoluta", quando a medida é feita no vácuo, portanto eliminando o efeito do empuxo do ar, e "densidade aparente" quando é feita no ar. A densidade de uma
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dada substância costuma ser indicada pelo símbolo dt onde t é a temperatura na qual a densidade foi determinada. Geralmente a densidade de líqüidos é determinada através de picnômetros: recipientes construídos para permitirem a determinação do peso de um volume conhecido de líqüido.
. A relação entre a massa da amostra de uma substância e o volume por ela ocupado chama-se densidade e é representada pela expressão matemática (equação 1):
Equação 1
Materias e Métodos Os materiais utilizados foram:
- 1 Proveta de 250 ml
- 1 Balança Digital
- 1 Bastão agitador de vidro
- Potes de 300 ml para coleta;
- Amostras de sabão coletados nos tanques de armazenagem (Figura 6 e 7)
- Antiespumante Antimussol PMD liq (Figura 8) As coletas foram feitas em datas e horários aleatórios e os valores alcançados em laboratório foram comparados com os valores indicados no densimetro ( in-situ ) instalado no tanque de armazenagem. Cada amostra coletada pesava em torno de 200 a 300 g, sendo feito tréplicas das analises para uma das amostras. Utilizou-se o método de medição direta pela equação relação massa e volume, como mostra a equação 1. Primeiramente estabiliza-se a temperatura em 25 °C faz-se a analise sem adição de antiespumante, após adiciona-se um volume e massa conhecidos de antiespumante, homogeneizando bem a amostra até tornar-se uma emulsão, tomando cuidado para não promover a formação de bolhas no corpo de prova. Na sequência é feita nova leitura subtraindo-se o volume e a massa do antiespumante e utilizando novamente a equação 1 para a relação direta.
Figura 6 e 7: Amostras de sabão de ”tall oil”
Figura 8: Amostra de antiespumante Antimussol PMD liq
Resultados e Discussões
O presente trabalho tem como objetivo determinar a densidade aparente do sabão gerado na deslignificação do processo Kraft, através de análises laboratoriais. Devido à formação de espuma durante o procedimento de coleta de amostra, as analises feitas demonstraram não serem eficientes, pois não coincidiam com os valores indicados pelo instrumento de medição on-line (figura 9), (sendo este aferido regularmente), para isto foi desenvolvido um procedimento específico utilizando antiespumante.
Figura 9- Analisador de densidade e vazão CFT51 – Método Coriolis
Observa-se na Tabela 3 os valores obtidos nas coletas realizadas no dia 31/05/
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SCHAVARSKI,Mário Luiz.TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO ESTUDO DA VIABILIDADE DA QUEIMA DE SABÃO DE “TALL OIL” EM FÁBRICAS DE PAPEL E DA SUA PRODUÇÃO E COMERCIALIZAÇÃO;FATEB- Faculdade de Telêmaco Borba 2009
TMP - TECNOLOGIA DAS MATÉRIAS PRIMAS – “tall oil” e Biomassa. SENAI – www.madeira.ufpr.br
LOPES, Reginaldo. TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO ESTUDO DA SEPARAÇÃO DE SABÃO DO LICOR NEGRO;FATEB- Faculdade de Telêmaco Borba 2009
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