Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/92280
Title: Efeito das Variáveis de Cozimento de Pastas Cruas Eucalyptus Urograndis na sua Branqueabilidade (com e sem oxigénio)
Other Titles: Effect of the Eucalyptus Urograndis unbleached pulps cooking variables on their bleachability (with and without oxygen)
Authors: Santos, Vasco Melo dos
Orientador: Carvalho, Maria da Graça Videira de Sousa
Keywords: Eucalyptus urograndis; Branqueamento ECF; Oxigénio; Variáveis de Cozimento; Poupança de Reagentes; Eucalyptus urograndis; Bleaching ECF; Chlorine Dioxide; Cooking Variables; Reagents Saving
Issue Date: 19-Nov-2020
Serial title, monograph or event: Efeito das Variáveis de Cozimento de Pastas Cruas Eucalyptus Urograndis na sua Branqueabilidade (com e sem oxigénio)
Place of publication or event: Departamento de Engenharia Química - FCTUC
Abstract: A produção nacional de madeira de Eucalyptus globulus não é suficiente para satisfazer as carências da indústria de produção de pasta e papel, sendo necessário importar madeira de outros países. A espécie E. urograndis é uma das candidatas, requerendo um estudo mais aprofundado para otimizar o processo de cozimento e branqueamento e a consequente maximização da utilização da biomassa. O principal objetivo deste trabalho é estudar a influência das condições de cozimento e das características iniciais das pastas cruas no desempenho destas nos estágios de branqueamento e nas características finais das mesmas. As pastas cruas de E. urograndis tiveram proveniência dos laboratórios RAIZ, Aveiro, e foram produzidas em condições de cozimento distintas (temperaturas de cozimento entre 155 e 165ºC, com mesmo fator H, e carga alcalina de 21 e 23 % para a temperatura de 155ºC). No Departamento de Engenharia Química da Faculdade de Ciências e Tecnologias da Universidade de Coimbra foram pré-deslenhificadas, num estágio com oxigénio, com iguais condições operatórias. Esta etapa foi efetuada num reator Parr. Assim, obtiveram-se dois conjuntos de pastas: cruas (PR1, PR3, PR4 e PR5) e pré-deslenhificadas (PR1O, PR3O, PR4O e PR5O) nas quais se aplicou a sequência de branqueamento D0EpD1. Atendendo ao valor de índice kappa das primeiras (~16), usou-se uma carga total de dióxido de cloro ~4,8 % (fator k=0,3), 65% deste aplicado no estágio D0. Nas pastas pré-deslenhificadas, a carga total aplicada foi ~3,85% (fator k=0,35). Na pasta PR1 foram aplicadas duas sequências de branqueamento alternativas usando a mesma quantidade total de dióxido de cloro, D0EpD1 e D0EpD1D2, resultando nas pastas PR1_1 e PR1_2 respetivamente.O estágio de oxigénio possibilitou, em geral, uma diminuição cerca de 5 unidades no IK e um aumento cerca de 12 unidades na brancura ISO, à custa de uma diminuição de viscosidade entre 130 e 180 unidades. Para uma variação de viscosidade entre 200 e 250 unidades, o estágio D0 aplicado à pasta crua, permitiu uma redução no IK cerca de 12 unidades. Já no estágio D1 a variação de viscosidade foi pouco significativa independentemente de ter sido aplicada na sequência D0EpD1 ou OD0EpD1. Analisando a resposta das pastas O face às condições de cozimento da pasta crua, verificou-se uma menor redução de IK e um menor ganho de brancura na pasta obtida com temperatura de cozimento mais elevada 165ºC; a menor reatividade da pasta PR1 no estágio O foi atribuída à provável existência de estruturas mais condensadas da lenhina residual. O aumento da carga alcalina no cozimento permitiu um aumento na brancura após o estágio O, mas os polissacarídeos revelaram-se mais suscetíveis à degradação neste estágio. Após a caracterização das pastas finais, OD0EPD1 vs D0EPD1 as primeiras apresentaram uma brancura ISO 2 a 3% superior, mas uma perda de viscosidade 50 a 100 unidades e uma branqueabilidade mais baixa (menor facilidade de branquear). Contudo, conclui-se que o estágio O possibilita uma poupança de ~23% de dióxido de cloro e uma reversão de brancura inferior (menor presença de grupos cromogéneos no final da etapa de branqueamento). Nas pastas D0EPD1, a maior temperatura de cozimento permitiu atingir uma brancura final 0,5 unidades mais baixa e maior reversão de brancura enquanto nas pastas OD0EPD1, a brancura final e a reversão não foram afetadas, de forma significativa, pela temperatura de cozimento da pasta crua original. As pastas branqueadas PR1_1 e PR1_2 exibiram diferenças resultantes de um estágio adicional de dióxido de cloro que afetou as características finais da pasta de forma direta. Assim, a pasta PR1_2 atingiu um valor de brancura ISO (%) superior à PR1_1, em quase 1,5%, e uma reversão de brancura (PC number) mais baixa. Conclui-se que a distribuição de carga de dióxido de cloro por dois estágios (D1 e D2) em vez de um só (D1) tem um elevado peso na remoção de grupos cromóforos e cromogéneos.
The national production of Eucalyptus globulus wood is not enough to satisfy the needs of the pulp and paper production industry, being necessary to import wood from other countries. The species E. urograndis is one of the candidates, requiring a more in-depth study to optimize the cooking and bleaching process and the consequent maximization of biomass use. The main objective of this work is to study the influence of cooking conditions and the initial characteristics of unbleached pulps on their performance in the bleaching stages and on their final characteristics. The unbleached pulps of E. urograndis were provided by RAIZ laboratories, Aveiro, and were produced under different cooking conditions (cooking temperatures between 155 and 165ºC, with the same H-factor, and alkaline charge of 21 and 23 % for the temperature of 155ºC). In the Chemical Engineering Department of the Faculty of Sciences and Technology of the University of Coimbra they were pre-delignified in an oxygen stage, with the same operating conditions. This stage was performed in a Parr reactor. Therefore, two sets of pulps were obtained: unbleached (PR1, PR3, PR4 and PR5) and pre-delignified (PR1O, PR3O, PR4O and PR5O) in which the bleaching sequence D0EpD1 was applied. Considering the kappa number of the first ones (~16), a total chlorine dioxide charge of ~4.8 % (k-factor = 0.3) was used, 65% of it applied in the D0 stage. For pre-delignified pulps, the total charge applied was ~3.85% (k-factor = 0.35). In the pulp PR1 two alternative bleaching sequences were applied using the same total amount of chlorine dioxide, D0EpD1 and D0EpD1D2, resulting in pulps PR1_1 and PR1_2, respectively.The oxygen stage allowed, in general, a decrease of about 5 units in kappa number and an increase of about 12 units in ISO brightness, at the cost of a viscosity decrease between 130 and 180 units. For a viscosity variation between 200 and 250 units, the D0 stage applied to the unbleached pulp, allowed a reduction of about 12 units in the kappa number. In the D1 stage the viscosity variation was not significant regardless of whether it was applied in the sequence D0EpD1 or OD0EpD1.Analyzing the response of the O-pulp to the cooking conditions of the corresponding unbleached pulp, there was a lower kappa number reduction and a lower brightness gain in the pulp obtained with the higher cooking temperature of 165ºC; the lower reactivity of PR1 pulp in the O stage was attributed to the probable existence of more condensed structures of the residual lignin. The increase in the alkaline charge in the cooking step allowed an increase in the ISO brightness after the O-stage, but polysaccharides were more susceptible to degradation in this stage.After the characterization of the final pulps, OD0EpD1 vs D0EpD1, the former showed an ISO brightness 2 to 3% higher, but a loss of viscosity 50 to 100 units and a lower bleachability (less easy to bleach). However, it is concluded that the O-stage allows a saving of ~23% of chlorine dioxide and a lower brightness reversion (less presence of chromogen groups at the end of the bleaching sequence). In D0EpD1 pulps, the higher cooking temperature allowed a reduction of 0.5 units in the final brightness and a higher brightness reversion, while in OD0EpD1 pulps, the final brightness and its reversion were not significantly affected by the cooking temperature of the original unbleached pulp.Bleached pulps PR1_1 and PR1_2 showed differences resulting from an additional stage of chlorine dioxide that directly affected the final characteristics of the pulp. The pulp PR1_2 reached an ISO brightness (%) higher than PR1_1, by almost 1.5%, and a lower brightness reversion (PC number). It is concluded that the chlorine dioxide load distribution in two stages (D1 and D2) instead of only one (D1) has a high influence in the removal of chromophore and chromogens groups.
Description: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/92280
Rights: embargoedAccess
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