Processo de Produção de Celulose Kraft, Slides de Processos Químicos

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Processo Industrial de Fabricação de Celulose

Aluno: Guilherme Franceschi, Leonardo Dias,

Vinicius Silva, Marcio Farias

Processos Químicos II

Professor: Allan Valcareggi Morcelli 1

Devido a sua alta resistência, materiais compostos de celulose têm sido utilizados pela humanidade a milhares de

anos, um dos exemplos mais antigos e a produção do papiro. Por volta de 2500 a.c, na região do Egito, foi

desenvolvida a técnica para a produção do papiro. Até aquele momento a principal maneira de registrar textos era em

peles de animais de tábuas de argila.

Uso Histórico

Figura 1 - tábua de argila Figura 2 - Papiro

É atribuído a Cai Lun a invenção do papel, inicialmente utilizando redes de pesca e trapos e mais tarde passando

a utilizar fibra vegetal diretamente. O papel inicialmente era produzido a partir de fibra vegetal não lenhosa,

geralmente algodão. O processo de produção consiste inicialmente no cozimento da matéria prima por um longo

período, a matéria então é batida e esmagada até que se forme uma polpa uniforme, este processo permitia a

quebra das fibras da matéria prima para que então, rearranjadas em uma superfície plana, formem uma folha.

Uso Histórico

Figura 4 - Etapas da Produção do Papel

Principal matéria-prima para a produção do papel. A celulose é um polissacarídeo (similar ao açúcar)

componente da parede celular das fibras das plantas, que junto à lignina, as resinas e os minerais, é um dos

compostos constituintes da madeira. Suas moléculas, agrupadas pela lignina, formam feixes de fibras que

constituem as células vegetais. Elas são responsáveis por conferir rigidez e firmeza à madeira. A produção da

celulose, e consequentemente do papel, depende da realização de alguns processos na indústria. O objetivo

de todos esses processos realizados na indústria é extrair a pasta de celulose. Assim, separando-a da lignina,

resinas e minerais.

Introdução

Figura 5 - Composição da madeira

Embora a associação com o papel seja inevitável, a celulose possui diversas outras aplicações desde a sua

descoberta. Em 1863, John Wesley Hyatt registrou a Parkesina, primeiro celuloide fabricado, o Celulóide consiste

em uma classe de materiais fabricados a partir da nitração da celulose. A Parkesina foi o primeiro polímero com

propriedades termoplásticas produzido, famoso por ser utilizado na confecção de películas ou filmes.

Primeiros Estudos

Figura 7 - Monômero de Nitrocelulose Figura 8 - Filme

O uso mais comum para a celulose é a produção de papel, sejam folhas para escrita e impressão, filtros, toalhas,

papel higiênico, etc. Porém para além da produção de papel a Celulose tem diversas outras aplicações

comerciais como:

● Produção de etanol através da quebra da celulose; ● Fibras semi-sintéticas como Viscose, Modal e Liocel para produção têxtil; ● Revestimento e cápsulas para medicamentos como a hidroxipropilmetilcelulose (HPMC); ● Indústria alimentícia (embutidos, emulsificantes, espessantes); ● Drywall, sendo composto de camadas de fibra de celulose e gypsum, cerca de 10% do drywall é composto de celulose.

Utilidades Atuais

Mercado Econômico

Figura 11 - Produção Mundial de Celulose Figura 12 - Produção Nacional de Celulose

Fonte: Valor 100 11

Mercado Econômico

Figura 13 - Ranking de empresas de Celulose e Papel no Brasil

O produto final consiste em fibras de Celulose, a

Celulose destinada à fabricação de papel geralmente

possui uma pureza próxima dos 87%, enquanto a

celulose solúvel, destinada para produtos mais refinados

ou para a indústria alimentícia chega a níveis de 98,5%.

A produção brasileira consiste em 5 produtos principais:

● Celulose de Fibras Longas ● Celulose de Fibras Curtas ● Celulose Fluff ● Celulose Solúvel ● Celulose Solúvel Especial

Fonte: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/3-2-carbohydrates

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Produto Final

Figura 14 - Estrutura da Fibra de Celulose

Fibras Longas : São fibras das madeiras do tipo “softwood” (coníferas) possuem tamanhos típicos que variam de 3 a 5 mm. Estas fibras são utilizadas principalmente para papéis que necessitam ser bastante resistentes fisicamente, tais como papéis para embalagem, por exemplo.

Fibras Curtas: Fibras provenientes das madeiras do tipo “hardwood” (latifoliadas ou folhosas) possuem tamanhos típicos que variam de 1 a 2 mm. Sua utilização é requerida para papéis que não exijam altos valores de resistência físico- mecânica, mas que possam ter boa formação, superfície bastante homogênea, boa opacidade, como é o caso dos papéis para impressão e escrita.

Fonte: https://www.celso-foelkel.com.br/cursos.html - Curso de fabricação de celulose

Produto Final

Celulose solúvel especial (Specialty-grades): Usos comuns de celulose solúvel especial incluem:

● Flocos de acetato de celulose que são convertidos em filtros de cigarro. ● Celulose microcristalina utilizada como ingrediente para fabricação de produtos farmacêuticos e alimentícios. ● Nitrocelulose para produção de tintas de imprimir e tintas especiais, esmalte e cosméticos. ● Filamento industrial utilizado para produzir reforço de pneus. ● Outras aplicações especiais, como éteres de celulose e tripas artificiais para produção de salsichas.

Fonte: https://www.bracell.com

Produto Final

Produtividade do Eucalipto: No Brasil foi estimada em 33,7 m³/ha/ano (com casca), com idade média de 7,2 anos. O estado com a menor produtividade média registrou 20 m³/ha/ano” Espírito Santo (Acre)”, enquanto o estado com a maior média de produtividade alcançou 41,1 m³/ha/ano “Mato Grosso do Sul” A produtividade do pinus no Brasil foi estimada em 30,8 m³/ha/ano (com casca), com uma idade média de 14,7 anos. O estado com menor produtividade média apresentou 25,6 m³/ha/ano, enquanto o com maior produtividade média registrou 33, m³/ha/ano “Paraná”

Fonte: hhttps://iba.org/datafiles/publicacoes/relatorios/relatorio2024.pdf

Tipos de Matéria Prima

Madeiras Duras e Madeiras Macias: A principal diferença entre madeiras duras e madeiras macias é que as madeiras macias não possuem poros. Além disso as principais espécies de madeira macia também possuem canais de resina em sua estrutura. As madeiras macias são as principais fontes de fibras longas, enquanto as madeiras duras são as principais fontes de fibras curtas.

Tipos de Matéria Prima

Figura 16 - Estrutura Celular Por tipo de Madeira

Gimnospermas, também chamadas de madeiras macias (“softwoods”), usualmente do subconjunto das coníferas.

No Brasil: ● Pinheiro - Pinus spp. (elliottii, taeda, caribaea, patula, etc.) - Originárias da América do Norte e Central ● Araucaria angustifolia. - Nativa, Cultivada em em menor escala

Fora do Brasil: ● Abeto vermelho (“spruce”); ● Cicuta (“hemlock”);

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Tipos de Matéria Prima

Figura 17 - Exemplo de Conífera