UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAPÁ

ENGENHARIA QUÍMICA

INTRODUÇÃO A ENGENHARIA QUÍMICA

PRODUÇÃO DO PAPEL E CELULOSE

CAMILA LIMA CORDEIRO Mat. 20111419

FERNANDA LEITE NAVEGANTE Mat. 20111412

LUIS RIBEIRO DE SOUSA Mat. 20111441

PATRÍCIA DE FREITAS Mat. 20111442

Prof. Felipe

Macapá, AP

ÍNDICE

INTRODUÇÃO 3

HISTÓRICO 3

MATÉRIA PRIMA 4

A CELULOSE 5

PROCESSO DE PRODUÇÃO DA CELULOSE 6

a) Tipos de processo de produção da celulose: 6

- Polpa Kraft ou ao sulfato: 6

- Descortificação e Picagem 8

- Cozimento 9

- Lavagem da Polpa Marrom 9

- Evaporação 9

- Caldeira de Recuperação 10

- Caustificação 11

- Branqueamento 12

- Secagem 13

- Resíduos 13

FABRICAÇÃO DO PAPEL 14

- Máquina Fourdrinier 17

Processo a seco 18

Papéis especiais 19

Papel usado 19

Chapas estruturais 20

Perspectivas de Produção 20

Produção da celulose no Brasil 21

Produção do papel no Brasil 23

Produção do papel e sustentabilidadE 23

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 26

INTRODUÇÃO

O processo Kraft é um processo alcalino responsável pela maior parte da polpa que se fabrica

nos dias de hoje (Shereve e Brink Jr., 1997).

A produção de celulose pelo método Kraft (forte, em alemão) é o dominante no Brasil e no

mundo em geral pelo fato de gerar poucos resíduos além de que o licor negro, principal

subproduto do processo, pode ser totalmente reaproveitado, o que torna este processo

ecologicamente correto (COSTA apud Fávero e Maitan, s/d).

Historicamente, o processo Soda foi o primeiro utilizado, em 1854. No ano de 1884 foi criado o

processo Kraft, utilizado comercialmente, pela primeira vez em 1885 na Suécia, tomando

impulso a partir de 1930 e predominado no mercado até os dias atuais (SOSA, 2007 apud

Fávero e Maitan, s/d). Neste artigo, entre outros processo, a ênfase será no processo de

produção pelo método Kraft que é o mais utilizado pelas indústrias de celulose, conheceremos

os tipos de processamento do papel, a produção no Brasil e também conheceremos um pouco

sobre a produção de papel e o meio ambiente. Apresentaremos também, um case da empresa

Jari Celulose, pioneira em produção de celulose de forma verticalizada.

HISTÓRICO

As primeiras tentativas de registrar as atividades humanas foram feitas em pedras,

posteriormente em cascas de árvores, folhas e marfim, somente entre 2500 a.c e 2000 a.c o

papel de escrever foi fabricado a partir de uma gramínea que cresce na margens do Nilo, o

papiro, de onde vem o nome papel. Por sua vez o papel foi inventado somente por volta de 105

d.C. pelos chineses, mas só pelo final do século XIV o processo de fabricação foi aperfeiçoado

e se tornou conhecido no sul da Europa. No século XVII, se solidificou na Inglaterra e, em 1690

foi construía a primeira fabrica de papel americana. A Bíblia de Gutenberg marcou o inicio da

impressão de livros e daí nasceu a crescente demanda de papel (baseado em trapos).

Por volta de 1750, foi desenvolvida a batedeira holandesa, desde então adotada. Em 1799,o

francês Rober, inventou um processo de forma com uma folha de papel sobre uma tela

metálica móvel. Esta máquina é conhecida hoje como a máquina Fourdrinier . Em 1809

Dickinson inventou a máquina a cilindro, que por sua vez levou a máquina Fourdrinier a

inatividade até 1830 quando sua importância foi finalmente reconhecida, passando a utilizar as

duas máquinas na fabricação de papel, a uma produção foi tamanha, que logo se estabeleceu

um regime de escassez de trapos.

Em 1844, porém, Keller, da Saxônia, inventou um processo mecânico de fazer polpa a partir de

madeira. O processo à solda foi desenvolvido por Watt e Burgess em 1851. Em 1867, o

químico americano Tilghman conseguiu a patente fundamental (patente americana 70.485)

para processo ao sulfito. Em 1909, o processo ao sulfato foi introduzido nos EUA, nessa época

a produção de polpa estava dividida da seguinte forma: mecânica: 48%, sulfito: 40%; soda:

12%. Umas das maiores mudanças na indústria do papel foi a elevação do processo do sulfato

a uma posição de importância máxima na indústria.

Por sua vez o controle e a utilização dos subprodutos da indústria receberam ampla atenção,

com a obtenção de matérias úteis a partir da lignina e dos licores de despejos, principalmente

do processo ao sulfito, constitui um aumento de renda para a indústria, assim como uma

solução parcial para o seu problema mais importante, evitar a poluição dos cursos de água.

Na fabricação da polpa para papel existem duas fases distintas na redução da madeira bruta e

de outros materias até o papel acabado: Cerca de 80% do polpeamento são efetuados

mediante processo químico, que desenvolvem a lignina das fibras de celulose. Entre os

processos de polpeamento usados 1976, o processo ao sulfato alcalino; ou processo Kraft,

respondia por 72%; o processo ao sulfito ácido, por 5%; o semiquímico (principalmente o

semiquímico ao sulfito neutro, com a sigla inglesa NSSC) por 9%; o mecânico, por 11% e o

restante estava distribuído entre os outros diversos procedimentos (Shereve e Brink Jr., 1997)

MATÉRIA PRIMA

A madeira é a principal fonte de celulose para a fabricação de papel. Muitas fábricas usam

também algodão, trapos e papel velho, alem de várias fibras, cujo principal fonte são as

cordoarias e os rejeitos das indústrias têxteis.

Os produtos químicos mais usados nos diversos procedimentos são basicamente: soldas,

sulfatos (alcalino, neutro ou ácido), sulfato de sódio impuro, ozônio, oxigênio, dióxido de cloro,

peróxido de hidrogênio, peróxido de sódio, hipoclorito de cálcio, sódio, bissulfeto de cálcio,

dióxido de enxofre, leite de cal, solvente orgânicos (fenol e alcoóis), cal cáustico, alume, cala,

amidos modificados, amido- aldeídos, corantes (ácidos, básicos, diretos, enxofre ou naturais e

sintéticos) (Shereve e Brink Jr., 1997).

A CELULOSE

PIOTTO (2003) define a celulose como um composto natural existente nos vegetais, de onde

é extraída, podendo ser encontrada nas raízes, tronco, folhas, frutos e sementes. Segundo a

autora é um dos principais componentes das células vegetais que, por terem forma alongada e

pequeno diâmetro (finas), são freqüentemente chamadas “fibras”. Os outros componentes

encontrados, entre os principais, são a lignina e hemiceluloses. A preparação da pasta

celulósica para papéis ou outros fins (pasta solúvel para a produção de celofane, rayon etc.)

consiste na separação das fibras dos demais componentes constituintes do organismo vegetal,

em particular a lignina, que atua como um cimento, ligando as células entre si e que

proporciona rigidez à madeira.

Os tipo de fibra diferenciam-se conforme o tipo de fonte (ABTCP apud PIOTTO (2003), assim:

Fibras Longas - Coníferas

Pinho araucária abeto cipreste spruce

Fibras Curtas - Folhosas

Eucalipto álamo carvalho gmelina bétula

Fibras Muito Longas - Têxteis

Algodão linho juta kenaf cânhamo rami

Crotalária sisal fórmio

Estudos feitos por técnicos e cientistas ao longo de vários anos (ABTCP, 2002 apud PIOTTO

2003) demonstraram que a produção de celulose e papel é inviável a partir da madeira de

florestas nativas. Foi comprovado também que os papéis feitos a partir de florestas plantadas

de eucaliptus e pinus resultam em produtos com alta qualidade e produtividade.

PROCESSO DE PRODUÇÃO DA CELULOSE

Segundo PIOTTO (2003) existem muitos métodos diferentes para a preparação de pasta

celulósica, desde os puramente mecânicos até os químicos, nos quais a madeira é tratada com

produtos químicos sob pressão e pela ação de calor (temperaturas maiores que 150° C), para

dissolver a lignina, havendo inúmeras variações entre os dois extremos.

a) Tipos de processo de produção da celulose:

- Polpa Kraft ou ao sulfato:

É um processo químico que visa dissolver a lignina, preservando a resistência das fibras,

obtendo-se dessa maneira uma pasta forte (kraft significa forte em alemão), com rendimento

entre 50 a 60%. É muito empregada para a produção de papéis cuja resistência é o principal

fator, como para as sacolas de supermercados, sacos para cimento, etc. (PIOTTO, 2003).

Segundo SHREVE E BRINK Jr. (1997) neste processo usa-se uma pré-hidrólise, para remover

as pentosas e as polioses, que é seguida por um tratamento de sulfato (sulfato de sódio

impuro), seguido de um alvejamento em várias etapas. Para o autor, as reações químicas são

pouco definidas, mas envolvem a hidrólise da lignina. A hidrólise também produz mercaptans e

sulfetos, que são responsáveis pelo habitual cheiro desagradável das fábricas de polpa ao

sulfato.

O processo de produção de celulose pelo método Kraft pode ser dividido em diversos estágios,

conforme está representado na Figura 1.

Figura 1: Fluxograma simplificado da produção de celulose pelo método Kraft.

Fonte: Piotto (2003)

A produção da celulose pelo método kraft envolve matéria-prima, energia, insumos, resíduo,

produtos e emissões, conforme representação da figura a abaixo.

Figura 2: Representação esquemática do processo kraft – matérias-primas, insumos e resíduos

gerados

Fonte: IPPC apud Piotto (2003).

- Descortificação e Picagem

Para a obtenção da celulose, primeiramente as toras de madeira, ainda com casca são

cortadas em tamanho uniforme. Depois são descortificadas (descascadas) (1) por atrito dentro

de tambores descascadores rotativo, as cortadeiras (2) providos de quatro ou mais facas

compridas e pesadas, que reduzem a madeira a pequenos cavacos para o cozimento químico.

Além desse tipo de descascamento há também outro tipo, que consiste no atrito mecânico ou

jatos de água a alta pressão (cerca de 95,2 atm) (SHREVE E BRINK Jr., 1997).

A polpação química, processo pelo qual a madeira é reduzida a uma massa fibrosa, apresenta

como principais processos o Kraft ou Sulfato, onde são utilizados como reagentes no

cozimento dos cavacos (toras de madeiras picadas) o NaOH, Na2S e Na2CO3; o processo Soda

que é muito semelhante ao sulfato sendo seus processos apenas alcalino e o processo Sulfito

que utiliza bissulfeto de cálcio e dióxido de enxofre (SHREVE E BRINK Jr., 2008 apudFávero e

Maitan, s/d).

- Cozimento

Os reatores, chamados digestores são carregados com os cavacos (3); adiciona-se o licor

branco de cozimento que contêm essencialmente sulfito de sódio e soda cáustica e liga-se ao

vapor de água. O licor branco cozinha em alta temperatura e pressão numa solução a 12,5%

de NaOH, Na2S e Na2CO3. O período de cozimento leva cerca de 3 horas. Esse licor causa a

dissolução da lignina, um polímero amorfo que confere firmeza e rigidez ao conjunto de fibras

da madeira.

A polpa depois da separação do licor de cozimento é lavada (4). O licor de cozimento usado

(licor negro ou lixívia negra) é bombeado para a estocagem para aguardar a recuperação das

substâncias dissolvidas mediante evaporação (5 e 6) e, depois, a combustão da matéria

orgânica dissolvida nas fornalhas de recuperação (8) para reutilização no processo (SHREVE

E BRINK Jr., 2008 apud Fávero e Maitan, s/d; ALMEIDA, et al.2008 apud Fávero e Maitan, s/d,

SHREVE E BRINK Jr, 1997).

- Lavagem da Polpa Marrom

Ao sair do reator a pasta de celulose ainda apresenta licor preto e fibras, impregnados com

lignina, por isso é submetida a uma lavagem com água quente (4), a fim de retirar tais

resquícios, e assim o licor preto é encaminhado para o processo de recuperação enquanto as

fibras são enviadas para o branqueamento. Outra vantagem da lavagem é que ela reduz o

consumo de alvejante utilizado no branqueamento. O licor de cozimento usado (licor negro ou

lixívia negra) é bombeado para a estocagem para aguardar a recuperação das substâncias

dissolvidas mediante evaporação (5 e 6) e, depois, a combustão da matéria orgânica dissolvida

nas fornalhas de recuperação (8) para reutilização no processo (SHREVE E BRINK Jr, 1997;

PIOTTO, 2003).

A polpa lavada passa para a sala das peneiras, onde atravessa grades, calhas de

sedimentação peneiras, que separam quaisquer lascas de madeira não cozida, após o que

entra nos filtros e espessadores.

- Evaporação

O licor preto gerado nas etapas anteriores pode, a partir de tratamentos químicos, voltar na

forma de licor branco para o cozimento de cavacos. Mas este resíduo antes de ir para a

caldeira de recuperação deve passa por evaporadores para que sua concentração possa ser

elevada, uma vez que baixas concentrações inviabilizam o processo de recuperação. Após a

passagem pelos evaporadores, a concentração que era cerca de 14% de sólidos passa a ser

acima de 80% de sólidos (COSTA,2000 apud Fávero e Maitan, s/d). Na caldeira de

recuperação o licor preto concentrado é pulverizado através de bicos injetores. As gotas

formadas entram em contato com o ar de combustão, sofrendo o processo de secagem e

combustão, nessa etapa grande parte da água presente no licor é evaporada (SOSA,

2007 apud Fávero e Maitan, s/d).

- Caldeira de Recuperação

O licor negro separado da polpa no lavador no lavador de polpa, ou difusor, contém de 95 a

98% do total de substâncias que entram no digestor. Os compostos orgânicos do enxofre estão

presentes em combinação com o sulfeto de sódio. o carbonato de sódio está presente, assim

como pequenas quantidades de sulfato de sódio, de cloreto de sódio, de sílica, além de traços

de cal, de óxido de ferro, de alumina e de hidróxido de potássio. Este licor negro é concentrado

queimado e sofre encalagem. No forno, decompõem-se quaisquer compostos orgânicos

remanescentes , o carvão é queimado e as substâncias inorgânicas são fundidas (SHREVE E

BRINK Jr., 1997).

Reação I:

Na2SO4 + 2C → Na2S + 2CO2

O fundido, Na2CO3, juntamente com o Na2S, vão para uma solução de licor branco de baixa

concentração (9), formando o licor verde que vai para a etapa de caustificação (SHREVE E

BRINK Jr, 2008 apud Fávero e Maitan, s/d).

Figura 3: Fluxograma do processo Kraft, ou da polpa de sulfato.

Fonte: SHREVE E BRINK Jr (1997).