Influencia das variaveis de processo na etapa Ep do branqueamento ECF
Autores: Claudia Marcela Mendez
Maria Cristina Área
Resumo
As polpas kraft são de branqueamento difícil, pois que a lignina residual não se dissolve em um só estágio de aplicação de compostos clorados, sendo necessários múltiplos estágios e uma quantidade expressiva de reagentes para a obtenção de altos níveis de alvura. A inclusão de peróxido de hidrogênio no último estágio alcalino do branqueamento ECF (Elemental Chlorine Free) de polpas kraft é atualmente uma prática comum, pois incrementa a alvura e sua estabilidade, além de preservar a viscosidade das polpas e melhorar a qualidade dos efluentes.
O presente trabalho consistiu em avaliar as variáveis de processo do estágio Ep de uma polpa kraft de pinho. Foi inicialmente aplicado um desenho fatorial fracionado, utilizando-se como variáveis a temperatura (72ºC – 90ºC), o pH inicial (10,5 e 11,5), a concentração inicial de H2O2 (0,2% e 0,4% sobre polpa a.s. – absolutamente seca) e dois tipos de quelantes (DTPA e DTPMPA) a 0,025% sobre polpa a.s. Foi simulado branqueamento em laboratório com consistência de 10% e com tempo de residência de 1h.
As variáveis significativas para as propriedades ópticas das polpas foram: a temperatura, a concentração inicial de H2O2 e o pH. Com os primeiros dois fatores foi aplicado um desenho experimental tipo central composto (Central Composite Design: CCD) de dois fatores e cinco níveis, com um total de 11 experimentos (8 + 3 repetições do ponto central para a determinação do erro puro), sendo estabelecida uma relação NaOH (% sobre polpa a.s.) / H2O2 (% sobre polpa a.s.) fixa e igual a 3, para manutenção da alcalinidade.
Para cada uma destas experiências foram realizados branqueamentos com tempos diferentes (5, 10, 20, 45, 90, 180 e 240 minutos). Foram obtidos valores de alvura superiores a 89% ISO com concentrações iniciais de 0,25% sobre polpa a.s. e 0,39% sobre polpa a.s. de H2O2 a 81ºC, e com 0,35% sobre polpa a.s. de H2O2 inicial a 90ºC e 72ºC, com 180 minutos de branqueamento. A concentração inicial de peróxido de hidrogênio foi significativa aos diferentes tempos de reação. Aos 45 minutos de reação (o normalmente praticado na indústria para esse estágio), as alvuras máximas foram obtidas com as seguintes condições: T = 81ºC com 0,39% sobre polpa as de H2O2 inicial e T = 90ºC com 0,35% sobre polpa a.s. de H2O2 inicial. De se observar, contudo, que a polpa submetida a essas últimas condições apresentou maior reversão de alvura.
Introdução
O objetivo principal do branqueamento é aumentar a alvura das polpas, seja por eliminação ou por modificação de constituintes das polpas brutas, como lignina, resinas, íons metálicos, hidratos de carbono não-celulósicos e outras impurezas.
Uma planta típica de branqueamento de polpas químicas consiste de vários estágios, podendo alternar condições ácidas (ClO2) e alcalinas (NaOH, H2O2, e/ou O2).
A utilização do cloro, que desde 1774 vinha sendo aplicado como agente alvejante, tem sido eliminada das plantas de branqueamento por gerar compostos orgânicos clorados prejudiciais ao meio ambiente e á saúde do homem. Os processos que não utilizam gás cloro são denominados ECF (Elemental Chlorine Free) [1].
O estágio alcalino do branqueamento ECF de polpas kraft pode ser reforçado com peróxido de hidrogênio. O efeito branqueador do H2O2 tem sido geralmente tribuído à ação oxidante do ânion perhidroxila (HOO-), que reage com os grupos carbonilas conjugados (cromóforos) para produzir aldeídos e ácidos carboxílicos incolores. No entanto, sua eficácia é muitas vezes reduzida por reações concorrentes. [2-3].
Uma destas reações corresponde à decomposição do H2O2 catalisada pela presença de alguns íons metálicos – principalmente Mn, Fe, Cu – que reduzem a concentração de íons perhidroxila. Para que isso não aconteça são adicionados agentes quelantes (EDTA, DTPA, DTPMPA, etc.), que atuam capturando os íons metálicos do meio, aumentando, assim, o ganho de alvura. O silicato de sódio estabiliza adicionalmente e tampona a solução de peróxido de hidrogênio [4].
Os estudos de impacto ao meio ambiente do EDTA e do DTPA indicam que, embora ainda não constituam risco maior, um seu teor elevado nos efluentes pode causar a remoção de metais pesados do solo e dos sedimentos, estendendo, assim, o ciclo de vida dos metais na água. Por isso, procura-se substituí-los por compostos mais degradáveis (ácidos hidroxicarboxílicos, fosfonatos, etc.). A dificuldade principal no branqueamento de polpas é a determinação de quais as condições ótimas que possibilitem o máximo de alvura com o menor consumo de H2O2 [5-6].
As principais variáveis do processo de branqueamento são: consistência da polpa, concentração inicial de peróxido, alcalinidade, temperatura e tempo de retenção [1-2].
Nas operações de branqueamento, as concentrações de compostos que absorvem luz são reduzidas quimicamente, produzindo-se polpas que reflitam mais luz. A brancura – ou whiteness – é uma medida exata da refletância da luz visível azul (comprimento de onda de 457 nm). O comportamento da luz difusa que retorna à superfície é dependente do número de oportunidade que ela tem para se dispersar e mudar de direção antes de ser absorvida. As probabilidades de absorção e mudança de direção são denominadas k e s, onde o coeficiente de absorção (k) é proporcional à concentração de cromóforos e o coeficiente de dispersão (s) – ou scattering – é determinado pelas dimensões da fibra e pelo grau de entrelaçamento entre fibras. O valor da alvura e a relação entre os coeficientes k/s se relacionam através da equação de Kubelka-Munk. O objetivo deste trabalho é de avaliar as variáveis de processo do estágio Ep de uma polpa kraft de pinho.
Referências
Claudia Marcela Méndez, Maria Cristina Área
Influência das variáveis de processo na etapa Ep do branqueamento ECF
Influence of process variables of ECF Ep bleaching stage
O PAPEL vol. 70, num. 06, pp. 39-47 JUN 2009
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