CAPÍTULO 5
TECNOLOGIA DE CELULOSE, PAPEL

5.1. PARTES DE UMA FABRICA DE CELULOSE E PAPEL

Uma fabrica de celulose e papel, pode ser dividida nos seguintes setores:

TABELA 4. Partes de uma Fábrica de Celulose e Papel
I.- Manuseio de madeira e Preparação de Cavacos
EQUIPAMENTO FUNÇÃO
1. Transportador de toras Transporte
2. Descascador Retirar e separar a casca
3. Picador Transformar a madeira em cavacos
4. Silo equalizador Armazenamento
5. Peneira de cavacos Separar as lascas e serragem
II- Unidade de Cozimento
6. Vaporizador de cavacos Pré-aquecer e retirar ar dos cavacos
7. Alimentador de cavacos Alimentar os cavacos ao digestor
8. Aquecedor de licor Aquecimento do fluido de cozimento
9. Digestor contínuo ou descontinuo Separar as fibras celulósicas por cozimento continuo
III. Depuração e Lavagem  
10. Peneira depuradora Separar os cavacos não desintegrados
11. Tanque de licor Armazenar licor da lavagem
12. Filtros ou Difusores Lavar a celulose
13. Depuração centrifuga/peneira Separar impurezas
IV. Branqueamento de Celulose
14. Tanque de estocagem Armazenamento de polpa
15. Filtros ou difusores de Branqueamento Lavar , entre as etapas
16. Torre de branqueamento Armazenamento e Branqueamento
V. Preparação da Massa:  
17. Tanque da massa Armazenamento
18. Refinador de discos Abrir / cortar as fibras de celulose
19. Refinador cônico Abrir / cortar as fibras de celulose
20. Tanque de água branca Armazenar água de retorno
21. Caixa de nível Regular a vazão de polpa
22. Bomba de mistura Misturar e alimentar polpa com água
23. Depuração centrifuga Separar as impurezas mais finas
VI. Maquina de Papel
24. Caixa de Entrada Distribuir a massa na tela
25. Mesa plana Formar a folha de desaguamento inicial
26. Seção de prensas Prensar a folha para o deságüe
27. Seção de secagem Secagem da folha com vapor
28. Calandra Compactar e regular espessura da folha
29. Enroladeira Enrolar o papel
30. Rebobinadeira Desenrolar , cortar e rebobinar o papel
VII. Seção de Embalagem e Acabamento
31. transportador Transportar bobinas
32. Maquina de embalagem Transformar o papel em sacos/caixas
33. Balança Pesagem do produto
VII. Recuperação Química
34. Evaporadores Evaporar água do licor negro
35. Precipitadores Retirar sólidos dos gases da caldeira
36. Caldeira de recuperação Queimar o licor e recuperar os químicos
37. Silo de sulfato de sódio Armazenagem
39. Forno de cal Calcinação
39. Caustificaçao Preparação do licor recuperado
 
IX> Instalações Auxiliares;

- Sistemas de água: captação, bombeamento, tratamento e distribuição de água- Sistemas de vapor e condensado: Gerador de vapor e sistemas de distribuição de vapor e recuperação de condensado

- Turbinas a vapor

- Sistemas elétrico

-Sistemas de ar comprimido

- Preparação de produtos químicos: CL2,, ClO2, NaOH, SO2, etc.

- Sistemas de controle de poluição: Clarificação e tratamento de efluentes, lavador de gases, queima de gases odorosos, etc..

- Oficina de Manutenção

- Divisão de Engenharia

- Administração

5.2. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DA CELULOSE

A madeira , através de um transportador alimenta o picador que transforma as toras em

cavacos , os quais passam pela peneira de cavacos para separar a fração aceitável, dos rejeitos. Os rejeitos passam pelo repicador e voltam para a peneira.

Os cavacos são levados do silo de cavacos para o digestor onde recebem a ação química do licor branco ( solução de soda e sulfeto de sódio) onde, com auxilio da pressão e temperatura do vapor , os cavacos são cozidos durante um certo tempo e posteriormente descarregados para o

" blow tank ".

A massa do Blow Tank é bombeada para o sistema de depuração para a separação dos nós e cavacos não cozidos, os quais retornam para o digestor A massa depurada segue então para o filtro lavador, onde a polpa é lavada com água. O liquido extraído na lavagem (licor negro) é bombeado par o sistema de evaporação onde é concentrado e posteriormente queimado na caldeira de recuperação. O produto químico obtido na queima é então conduzido para a caustificação onde é recuperado na forma de licor branco para utilização no cozimento.

A celulose obtida segue para o sistema de branqueamento , ou para o sistema de secagem ou então para a maquina de papel.

Torna-se necessário salientar que existem outros processos e diferentes seqüências para a produção de celulose, porem as operações básicas não divergem das operações mencionadas.

 * PREPARAÇÃO DA MADEIRA.
 
A madeira é usualmente transportada às fabricas sob forma de pequenas toras (1,0 a 3,0 metros de comprimento- diâmetro entre 5,0 e 15,0 cm ). O meio de transporte e manuseio da madeira é que vai determinar suas dimensões. Vagões ferroviários e caminhões são as formas mais freqüentes de transporte.

A primeira etapa do processo é o DESCASCAMENTO. A casca da madeira contém impurezas , tais como , areia e tem baixo teor de fibras úteis. Por isso são separadas da madeira e vão constituir combustível para geração de vapor e energia elétrica.

O descascamento é , em geral, processado em grandes tambores cilíndricos, horizontais, rotativos.

A etapa seguinte é a PICAGEM da madeira. Esta operação visa produzir "Cavacos" com dimensões em torno de 20mm- 25mm, de forma a expor a madeira ao futuro contato com os produtos químicos e vapor. Os PICADORES são maquinas rotativas, providas de navalhas.

A seguir, vem o PENEIRAMENTO dos cavacos produzidos durante a picagem. Esta operação visa evitar, nas etapas seguintes do processo, cavacos muito grandes ou muito pequenos. Estas duas frações causariam perda de rendimento e outros inconvenientes operacionais.

 * LAVAGEM DA CELULOSE:
 
A celulose descarregada do digestor, é lavada. Existem diversos sistemas e equipamentos para lavagem : Ë importante lembrar que a lavagem tem a finalidade de separar as fibras de celulose para um lado e seus contaminantes ( lignina e produtos químicos) para outro. Com isto, atende-se 2 objetivos :  
* RECUPERAÇÃO DOS PRODUTOS QUÍMICOS:
 
O filtrado obtido no primeiro estagio de lavagem, chamado de licor negro, contem matéria orgânica e produtos químicos à base de sódio. Normalmente é levado para um sistema de evaporação e caldeira de recuperação com a finalidade de recuperar os produtos químicos, gerar vapor de água e evitar a poluição.

Para repor as perdas de Na2 S no ciclo , adiciona-se sulfato de sódio ( Na2SO4 ) antes da combustão na caldeira de recuperação.

No setor de caustificação adiciona-se cal (CaO ) que reage com o carbonato de sódio

(Na2 CO3 ) formando NaOH para reutilização no cozimento.

* BRANQUEAMENTO

A celulose simplesmente lavada com água ainda apresenta cor marrom, devido a

presença de lignina oxidada.

O branqueamento da celulose é feito pela oxidação ou remoção da lignina das

fibras através da ação de produtos químicos.

Existem diversas etapas viáveis para o branqueamento, dependendo do grau de alvura desejado e de outros fatores:

Existem varias seqüências de branqueamento que utilizam combinações das etapas acima.

Resumidamente, podemos mostrar as diversas etapas e alternativas de BRANQUEAMENTO , da seguinte forma:

Para os vários estágios de alvejamento, pode ser diversas as combinações destas etapas , de acordo com as alvuras desejadas, conforme tabela abaixo. O numero de estágios pode variar de 2 até 8 ou mais. Normalmente, essa variação fica entre 3 a 6.

* DESAGUAMENTO E SECAGEM
 
A celulose branqueada ou não branqueada pode ser obtida da fabrica numa das seguintes formas quanto ao teor de umidade:

Neste caso a polpa é bombeada para fabrica de papel, anexa. A obtenção de celulose úmida se faz nas maquinas desaguadoras com prensas.

Existem diversos processos para a secagem as celulose após o desaguamento nas prensas:

5.3. VARIÁVEIS DO PROCESSO  A madeira normalmente o maior custo individual de cada fabrica . As madeiras variam segundo:  Árvores mais jovens , tem menor densidade básica e são mais fáceis de cozinhar embora esta diferença não seja muito importante.

No caso de eucalipto , que é a espécie mais utilizada na fabricação de celulose , a idade para corte situa-se entre 7 e 9 anos.

É desejável que as características da madeira permaneçam aproximadamente constantes: densidade básica, características das fibras, etc.
   A quantidade de água presente na madeira vai influenciar os seguintes fatores: Cavacos maiores tem impregnação mais difícil, sendo portanto, menos favoráveis ao cozimento. Cavacos muito pequenos, cozinham muito rapidamente passando suas fibras, em seguida, a degradar-se. Dimensões da ordem de 22 mm de comprimento e 5mm de espessura podem ser consideradas como ideais.
  O Processo Kraft trabalha com soda caustica e sulfeto de sódio.

A dosagem desses produtos é proporcional à quantidade de madeira e se relaciona com as demais variáveis de processos ( temperatura, tempo de cozimento, etc.).

Sabemos que as reações químicas em geral são mais rápidas quanto maiores forem as concentrações dos reagentes. Assim para uma mesma carga alcalina, podemos ter diferentes concentrações no cozimento à medida em que usamos mais ou menos diluição da carga alcalina adicionada. O sulfeto de sódio permite uma deslignificação seletiva, apressando o ataque à lignina e poupando as fibras. O processo Kraft se caracteriza pelo uso do sulfeto de sódio. Tem sido observado o fato de que se distribuirmos mais os pontos de adição da carga alcalina, obteremos melhores resultados. Tentativas nesse sentido tem sido feitas com algum sucesso há alguns anos.  A reação de deslignificação só se processa numa velocidade razoável a partir de uma certa faixa de temperatura.
 

5.4 DESLIGNIFICAÇÃO POR OXIGÊNIO

A deslignificação por oxigênio fornece um modo a mais para estender o processo de cozimento, reduzindo assim a quantidade de químicos para o branqueamento e a quantidade de poluição oriunda dos estágios de branqueamento com cloro. A técnica envolve a integração de uma torre de reação de oxigênio entre os estágios de polpação kraft e o branqueamento. A polpa do digestor é lavada primeiro e então misturada com oxigênio e hidróxido de sódio quando entra no reator pressurizado. A polpa entra em deslignificação por oxigênio. A polpa é então lavada novamente para remover sólidos de lignina dissolvida antes de seguir para o branqueamento.

Instalação de um estagio de deslignificação por oxigênio pode reduzir o número kappa da polpa do tanque de 30 a 35 para talvez 16 a 17. ( 50 % de redução). Quando usada em combinação com outros processos de modificação , a deslignificação por oxigênio pode reduzir as necessidades de cloro no branqueamento ou elimina-lo completamente.

Existem 2 tipos de sistemas de oxigênio. O sistemas diferem em termos de consistência de reação da polpa, isto é alta consistência HC 20-28 % , enquanto a media consistência varia de 10-12%.

Do ponto de vista ambiental , oferece 2 vantagens. Primeiro, pelo fato do processo de deslignificação iniciar durante o cozimento kraft, ela reduz a quantidade de lignina levada através dos estágios de cloração. As reduções na quantidade de lignina que entra no branqueamento reduz assim índices de poluição, isto é DBO, cor, e organoclorada. (TENCH & HARPER, 1991). O DBO cai aproximadamente 32 %. O termo extração oxidativa refere-se ao uso de oxigênio elementar no primeiro estagio alcalino (E1) de uma seqüência de branqueamento convencional. Em uma seqüência convencional de branqueamento, o estagio de branqueamento segue a cloração e completa a solubilização de moléculas de lignina clorada e oxidada, facilitando sua remoção.

A adição de oxigênio gasoso à extração alcalina pode aumentar a remoção de lignina e fornecer adicional poder de branqueamento, assim reduzindo as necessidades de cloro e dióxido de cloro. A extração oxidativa tem sido usado para ajudar as fabricas cortar o hipoclorito , que é o mais caro e agressivo químico e está associado a emissões de cloro.

Segundo, o efluente do estágio de oxigênio é reciclada através do ciclo de recuperação.

O oxigênio também pode levar a fabrica a polpação "zero efluentes" e branqueamento livre de cloro.

O numero Kappa é usado como um parâmetro primário de controle até o ponto onde a polpa deixa os lavadores. Depois que polpa entra no estagio de branqueamento, o parâmetro é alvura da polpa. A alvura é a medida da quantidade de luz refletida pela polpa.

5.5. POLUIÇÃO EM INDUSTRIAS CELULÓSICAS E PAPELEIRAS:

As industrias de papel e celulose são particularmente grandes fontes de poluição do ar e dos recursos hídricos. Entretanto , a maioria dos processos em uso permitem o controle eficaz dos agentes poluentes, se bem que as custa de elevados investimentos.

 Estritamente falando , a palavra efluentes significa "o que flui para fora de ...". Aplica-se a líquidos e gases . O efeito do efluente é a poluição e isto é reconhecido como processo em que, por algum modo, mudam-se as propriedades do ar ou água. A simples introdução de água quente ou colorida numa corrente constitui um ato de poluição. A industria de celulose apoia-se basicamente em um principal elemento para a maioria dos processos de conversão : o enxofre. Este elemento tem a característica de formar compostos cujo odor é considerado desagradável pelo homem e este é facilmente detectável. As mercaptanas liberadas pela utilização do processo sulfato, por exemplo, são notadas pelo olfato humano na ordem de partes por bilhão quando presentes no ar. É por isso que a tendência atual nas pesquisas é a busca de processo que não utilizam compostos contendo enxofre, como por exemplo: processo saída/oxigênio, etc.

Existem maneiras , embora dispendiosas, para controlar a poluição do ar: filtros, precipitadores eletrostáticos de impurezas.

Como visto anteriormente, qualquer coisa que altere de algum modo as propriedades da água é um poluente. As principais causas da poluição pela industria de papel e celulose são:

1) Sólidos Suspensos

2) Materiais que produzem reações toxicas em plantas e animais

3) Gases dissolvidos

4) Pigmentos coloridos

5) Materiais não tóxicos mas que absorvem o oxigênio na água.

Os principais efluentes da industria de celulose são:

1) Líquidos contendo reagentes químicos e matéria orgânica : licor negro, licor residual do branqueamento, etc.

2) Água drenada as suspensão de fibras na maquina de papel , sempre contendo fibras, cargas, aditivos, cola, anilinas, tintas, etc.

5.6. MÉTODOS DE TRATAMENTO DE EFLUENTES:

Os principais métodos físicos são os mesmos utilizados no tratamento e purificação da água: sedimentação, flotação e filtração. O método mais usual é o de flotação, com boa ação de clarificação e remoção de partículas solidas dos efluentes. São os métodos mais estudados e bastante recomendados ultimamente. O processo mais comum consiste no tratamento aeróbico do efluente com o desenvolvimento de microorganismos que oxidam o material orgânico e reduzem drasticamente o DBO. Visando reduzir ao máximo a poluição dos recursos hídricos pela introdução de efluentes contaminados, as seguintes medidas podem ser adotadas pelas industrias:
  Hoje em dia os efluentes de industrias químicas são principalmente tratados por lodo ativado e coagulação -floculação. Algumas substancias químicas , entretanto são descartada nas águas por não serem capazes de serem removidos por esses métodos.

Existem métodos alternativos : separação por adsorsão ou membrana, e oxidação por ozônio ou luz ultravioleta. Entretanto, existem desvantagens tais como custos e tratamento adicional dos resíduos nocivos concentrados.

Está sendo estudado no laboratório de Tratamento Avançado de Águas Residuais , do Departamento de Proteção Hidrosférica Ambiental, do National Institute of Resources and Environmental em Tsukuba, Japão, um novo tratamento enzimático usando tyrosinase, peroxidase ou laccase juntamente com um coagulante. Os precipitados são desintoxicado e degradado por bactéria anaeróbica. O metano produzido no tratamento anaerobico do precipitado pode ser removido e usado como combustível.
 

MÉTODOS PARA MEDIR A POLUIÇÃO EM AGUAS RESIDUAIS:

DBO = Quantidade de oxigênio consumida pela bactéria enquanto a conversão DE oxidação da matéria orgânica a carbono e água DBO pode ser determinado a qualquer período, mas é comumente utilizado um período de 5 ou 7 dias .

O DBO é comumente regulada por causa que essa pode estar diretamente a escassez d oxigênio em um lago ou rio.

A EPA ( Environmental Protection Agency) recomenda que o nível de DBO deve estar nos limites diários e mensais como observados na tabela abaixo:

TABELA 5 . LIMITES PROPOSTOS PELA EPA.
LIMITES PROPOSTOS PELA EPA Kg/ TACS
Parâmetro Máximo Diário Máximo Mensal
DBO 4.26 2.19
TSS 69.2 41.0
COR 8.75 3.89
AOX 0.267 0.0166
 Fonte : JOYCE, 1994.

O objetivo dessa norma é proteger o ecossistema de receber água mantendo um nível aceitável de oxigênio dissolvido na água.

 São sólidos que podem ser filtrados por um filtro de tamanho especifico geralmente de 5 m , feito de fibra vidro ou membrana de 0.45 m. Tais sólidos são fibras, areia, refugos de papel, etc. Podem ser removidos gravidade em clarificadores. É o poluente causado pela lignina e sua degradação.