Embed Size (px)
Citation preview
1
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA
Glauco Joubert Stape
Dimensionamento prévio de um projeto industrial para o processamento de 1.000 toneladas diárias de bagaço de cana-de-açúcar destinado à produção de polpa celulósica pelo processo
soda
Lorena
2013
2
Glauco Joubert Stape
Dimensionamento prévio de um projeto industrial para o processamento de 1.000 toneladas diárias de bagaço de cana-de-açúcar destinado à produção de polpa celulósica pelo processo
soda
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Escola de Engenharia de Lorena da Universidade de São Paulo para obtenção do certificado de graduação no curso de Engenharia Química Área Concentração: Engenharia Química Orientador Prof. Dr. André Luis Ferraz
Lorena
2013
3
Glauco Joubert Stape
Dimensionamento prévio de um projeto industrial para o
processamento de 1.000 toneladas diárias de bagaço de cana-de-açúcar destinado à produção de polpa celulósica pelo processo
soda
Trabalho de Conclusão de Curso aprovado como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro Químico da Escola de Engenharia de Lorena da Universidade de
São Paulo, pela comissão formada por:
_______________________ Orientador: Prof. Dr. André Luis Ferraz
EEL - USP
_______________________ Prof. Dr. Júlio César dos Santos
EEL - USP
_______________________ João Paulo Alves da Silva
EEL - USP
25 de Novembro de 2013
4
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA
FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
5
Agradecimentos
Venho de forma sincera agradecer:
À Escola de Engenharia de Lorena, e seu corpo docente, funcionários e alunos, a
oportunidade de conviver e aprender com pessoas tão especiais;
Aos professores André Ferraz e Francides Gomes, por toda orientação recebida;
A meu pai e minha mãe pelo constante incentivo a minha formação superior;
Ao Instituto de Pesquisas e Estudos Florestais (IPEF) e ao Laboratório de Química
Celulose e Energia da Esalq/USP pelo estágio supervisionado;
Aos meus companheiros da república K-verna pela amizade e companherismo;
E em especial, à minha companheira Cláudia Suster por ser esta pessoa especial.
6
RESUMO
STAPE, G. J. DIMENSIONAMENTO PRÉVIO DE UM PROJETO INDUSTRIAL PARA O PROCESSAMENTO DE 1.000 TONELADAS DIÁRIAS DE BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR DESTINADO À PRODUÇÃO DE POLPA CELULÓSICA PELO PROCESSO SODA. 2013. 57 f. Trabalho de conclusão de curso – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2013. O Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar do mundo. Anualmente, entre 650 e 700
milhões de toneladas de cana são processadas basicamente para a produção de
açúcar e etanol. Dentre os subprodutos da moagem da cana encontra-se o bagaço, que
é utilizado, em sua maioria, para geração de energia elétrica para a indústria através da
queima em caldeiras ou para a fabricação de ração animal. Por ser fonte concentrada e
segura de matéria-prima fibrosa, o bagaço tem potencial para uso na indústria de
celulose e papel. Dessa maneira, países da América Latina (Argentina, Colômbia e
Peru) e Ásia (Índia, China) já fazem uso da polpa celulósica produzida a partir do
bagaço de cana para confeccionar diversos tipos de papéis, dentre eles o papelão,
papel sulfite e o papel “tissue’’. Este trabalho teve por objetivo avaliar o potencial do uso
do bagaço de cana-de-açúcar para produção de polpa celulósica com base na polpação
do bagaço excedente de uma usina de porte médio e realizar um dimensionamento
prévio de um projeto industrial com consumo de 1.000 toneladas de bagaço de cana
por dia. Na usina, com safra anual estimada de 9 milhões de toneladas de cana, 80 a
85% do bagaço é destinado para a geração de energia. Este estudo mostrou, através
do dimensionamento, que com a sobra de bagaço é possível abastecer uma unidade
fabril com 1.000 toneladas diárias para a produção de 180 toneladas secas de polpa
celulósica branqueada. Assim, o excedente de bagaço de cana-de-açúcar se mostra
uma matéria prima de fácil obtenção junto às usinas sucroalcooleiras e a celulose dela
derivada, via processo Soda, produz qualidade de fibra semelhante às do Eucalyptus
via processo Kraft. No entanto, aspectos de baixo rendimentos devido à necessidade
de desmedulação do bagaço e seu armazenamento durante 3 a 4 meses de entresafra
da cultura são fatores que penalizam o processo. O Estado de São Paulo possui
produção significativa de bagaço para cogeração de energia e produção de celulose.
Palavras chaves: Cana-de-açúcar, Bagaço, Polpação, Celulose, Processo Soda
7
ABSTRACT
STAPE, G. J. DESIGN OF A PRELIMINAR INDUSTRIAL PROJECT FOR PROCESSING 1000 TON PER DAY OF SUGAR CANE BAGASSE TO PRODUCE PULP VIA SODA PROCESS. 2013. 57 f. Completion of course work - Engineering School of Lorena, University of São Paulo, Lorena, 2013. Brazil is currently the largest producer of sugarcane in the world. Each year, between
650 and 700 million tons of sugarcane are processed in the country for the production of
sugar and ethanol. Among the by-products originating in the sugarcane crushing is the
bagasse, which is used mostly to generate electricity for the industry by burning in
boilers, or for the manufacture of feed for animal. Because it is a concentrated source
and secure fibrous raw material, bagasse has the potential to be used also by the pulp
and paper industry. Latin American (Argentina, Colombia, Peru) and Asian (India, China)
countries are already using pulp produced from bagasse to manufacture various types
of paper, including cardboard, printing paper and "tissue”. This study aimed to evaluate
the potential use of bagasse for pulp production based on a the surplus of a medium
sized plant and perform a preliminary design of an industrial project with consumption of
1,000 tons of bagasse of cane per day. In the plant, with annual harvest estimated 9
million tons of sugarcane, 80-85% of bagasse is consumed for power generation. This
study showed that with the surplus of bagasse it is possible to fill a plant of 1,000 tons
daily of bagasse with a production of 180 dry tons of bleached pulp. Thus , the surplus
bagasse of sugarcane shown to be a raw material easily obtained along the sugarcane
mills, and pulp derived from it via Soda process produces fiber quality similar to that of
Eucalyptus via Kraft process. However, aspects of low income due to the need to
desmedulation of the bagasse and its storage for 3-4 months between harvests of
culture are factors that penalize the process. Sao Paulo States seems to have enough
bagasse production to supply both the energy matrix and the pulp production.
Keywords: Sugarcane, Bagasse, Pulping, Cellulose, Soda Process
8
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Produção mundial de celulose e papel em 2012, com destaque para o Brasil em 4ª posição, com 100% oriundo de plantios florestais...............
04
Tabela 2 Composição química média da cana-de-açúcar madura...........................
07
Tabela 3 Proporção de bagaço aplicável para diversos tipo de papel.....................
15
Tabela 4 Estimativa da produção diária de celulose absolutamente seca oriunda do bagaço excedente após uso energético (queima), numa safra de 9 milhões de toneladas de cana....................................................................
22
Tabela 5 Consumo diário do digestor dimensionado para processo Soda...............
31
Tabela 6 Consumo por ciclo do digestor dimensionado para processo Soda..........
32
Tabela 7 Etapas do processo de branqueamento da polpa do bagaço.....................
35
Tabela 8 Rendimentos em relação à quantidade de bagaço de cana-de-açucar original (100%).........................................................................................
38
9
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Aumento de 8 vezes das safras de cana-de-açucar no Brasil entre 1970-71 e 2011......................................................................................................
02
Figura 2 Plantios de cana-de-açúcar no Brasil em 2012............................................
02
Figura 3 Plantio cana-de-açúcar no interior de São Paulo notando-se as linhas de plantio onde os colmos são enterrados após o preparo de solo, gerando as touceiras e a colheita mecanizada...........................................................
08
Figura 4 Caule da cana-de-açúcar (Colmo) identificando o nó, o entre-nó e as gemas............................................................................................................
09
Figura 5 Bagaço de cana-de-açúcar após a extração do caldo..................................
11
Figura 6 Estrutura da fibra vegetal..............................................................................
12
Figura 7 Tipos principais dos monossacarídeos que formam as hemiceluloses.........
13
Figura 8 Representação estrutural de lignina de plantas folhosas..............................
14
Figura 9 Bagaço desmedulado “a umido”...................................................................
17
Figura 10 Fluxograma da linha de produção de celulose a partir de bagaço de cana-de-açucar.....................................................................................................
23
Figura 11 Caminhão bi-trem que transporta 40 toneladas de bagaço.........................
24
Figura 12 Estoque de bagaço de cana-de-açúcar a céu-aberto..................................
25
Figura 13 Modelo do desmedulador de bagaço de cana S.M. Caribe-1150.................
26
Figura 14 Esteira talisca da marca Brumazi com capacidade 1.000 toneladas/dia......
27
Figura 15 Modelo de digestor Pandia® para o processo Soda no bagaço...................
29
Figura 16
Ciclo de recuperação do licor negro............................................................. 36
Figura 17 Principais municípios produtores de cana-de-açúcar em São Paulo e localização da Usina Clealco em Clementina, SP.........................................
39
Figura 18 Polpa de bagaço de cana-de-açúcar com diferentes número kappa............
40
10
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ..........................................................................................................01 2 REVISAO BIBLIOGRÁFICA........................................................................................06 2.1 CANA-DE-AÇÚCAR COMO MATÉRIA PRIMA E SUA COMPOSIÇÃO QUÍMICA..06 2.2 CULTURA DA CANA-DE-AÇÚCAR NO BRASIL......................................................08 2.3 BAGAÇO COMO MATÉRIA PRIMA E SUA COMPOSIÇÃO QUÍMICA....................10 2.4 PROCESSOS DE POLPAÇÃO E QUALIDADE DA POLPA.....................................16 3 OBJETIVOS.................................................................................................................20 4 MATERIAL E MÉTODOS............................................................................................21 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO...................................................................................22 5.1 DIMENSIONAMENTO...............................................................................................22 5.2 LINHA DE PRODUÇÃO............................................................................................23 5.2.1 ESTOCAGEM.........................................................................................................24 5.1.2 DESMEDULAÇÃO.................................................................................................26 5.1.3 ALIMENTAÇÃO DO DIGESTOR............................................................................27 5.2.4 DIGESTOR.............................................................................................................28 5.2.4.1CALCULO DO LICOR DE COZIMENTO..............................................................31 5.2.4.2 VOLUME DO DIGESTOR E DO TANQUE DE DESCARGA..............................32 5.2.5 TANQUE DE DESCARGA.....................................................................................33 5.2.6 LAVAGEM E SILO DE ESTOACAGEM.................................................................33 5.3 LINHA DE BRANQUEAMENTO................................................................................34 5.4 LINHA DE RECUPERAÇÃO.....................................................................................36
11
6. RENDIMENTOS..........................................................................................................38 7. AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS NO ESTADO DE SÃO PAULO..........................39 8. QUALIDADES.............................................................................................................40 9. CONCLUSÃO.............................................................................................................41 10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................42 11. APÊNDICE A – FLUXOGRAMA GERAL DOS PROCESSOS COM COMENTÁRIOS..............................................................................................................46
1
1. INTRODUÇÃO
A cana-de-açúcar (Saccharum oficinarum) é uma planta fibrosa originária da
Índia e que foi trazida para o Brasil em 1532 por Martin Afonso de Souza visando a
produção de açúcar e para alimentação animal. Nesta época, os portugueses já
realizavam o cultivo da mesma na ilha dos Açores. Depois de descoberto seu potencial
para produção de álcool, foi construído o primeiro engenho em São Vincente, no litoral
paulista, em 1539 (TÁVORA, 2011). No Brasil, ela encontrou condições de solo e clima
tropical favoráveis, expandindo-se rapidamente, notadamente no eixo entre Salvador e
Recife, com o advindo das Capitanias Hereditárias. O açúcar foi durante os séculos
XVI, XVII e XVIII o principal produto de exportação do Brasil com um núcleo no
Nordeste (SE, AL, PE, PB) e outro no Sudeste (RJ, SP), e embora superado por outros
produtos agrícolas nos séculos XIX e XX, como café e soja, o plantio de cana-de-
açúcar sempre se manteve como um dos setores mais ativos da agro-indústria
brasileira.
Mais recentemente, o cultivo da cana-de-açúcar teve histórica expansão na
década de 70. Devido a crise do petróleo de 1973, em 1975, o Brasil investiu em fontes
renováveis para substituição de combustíveis derivados do petróleo. O país dependia
fortemente da importação do petróleo. Nesse período, foi criado o programa Pro-Álcool
(Programa Nacional do Álcool). Este programa tinha como objetivo incentivar a
produção de etanol para diminuir a importação de petróleo (TÁVORA, 2011). A Figura 1
mostra o aumento significativo da produção de cana-de-açúcar em decorrência do
programa (FILHO, 2011). Seguido de outras crises do petróleo, o Pro-Álcool foi um
investimento de sucesso. Cada vez mais carros à álcool eram produzidos e os campos
de plantio de cana aumentaram. Atualmente o Brasil é o maior produtor de cana-de-
açúcar no mundo com produção entre 650 e 700 milhões de toneladas, seguido da
Índia (340 milhões) e China (115 milhões) (FAOSTAT, 2011).
2
Figura 1. Aumento de 8 vezes da safra de cana no Brasil entre 1970-71 e 2010-11. Fonte: FILHO (2011).
A área atual de plantio de cana destinada à indústria sucro-alcooleira é de 8,5
milhões de hectares, o que representa apenas 1% da superfície do Brasil. A
produtividade média nacional é de 70 ton/ha, com destaque para o estado de São
Paulo, que é o maior produtor, chegando a atingir 100 ton/ha (PORTO et al., 2012).
Semelhante à origem do plantio no país, ainda há dois grandes pólos de produção no
Brasil: Nordeste e Sudeste-Centro Oeste (Figura 2).
Figura 2. Plantios de cana-de-açúcar no Brasil em 2012. Fonte: Adaptado de UNICA (2013).
3
Desde o período do Brasil Colônia até recentemente, a cultura da cana era
centrada na produção do açúcar e do álcool, gerando inúmeros subprodutos como o
bagaço e a vinhaça. O bagaço sempre participou da geração de vapor na indústria
através de sua queima, enquanto a vinhaça era lançada nos rios poluindo os
ecossistemas. A partir da década de 80 foram realizadas pesquisas com esses
subprodutos, indicando que os mesmos poderiam ser melhor utilizados no campo e
pela própria indústria.
Dessa forma, sabe-se, hoje, que o bagaço, além do potencial calorífero e
geração de bioeletricidade, via queima em caldeiras, possui também potencial de uso
na alimentação de bovinos, na produção de biocombustíveis de segunda geração,
como o etanol, e como fonte de polpa celulósica destinada às indústrias papeleiras.
Estas outras formas de uso servem para justificar ainda mais o crescimento da cultura
da cana no Brasil.
Em relação à polpa celulósica, o Brasil é o 4º maior produtor mundial (14 milhões
de toneladas) e grande exportador, sendo as duas principais fontes de fibra as
madeiras oriundas de plantios florestais de Eucalyptus (fibra curta) e de Pinus (fibra
longa). A Tabela 1 representa as produções mundiais de celulose e papel do ano de
2011. Devido à expansão do consumo nacional e mundial, é possível perceber um
movimento de expansão dos plantios florestais, notadamente nos estados do Sudeste e
Centro-Oeste. O Brasil possui cerca de 6,5 milhões de hectares de plantios florestais,
sendo a maioria destinados às indústrias de celulose seguido pelas indústrias de
produção de carvão vegetal para siderurgia (BRACELPA, 2013).
4
Tabela 1. Produção mundial de celulose e papel em 2012, com destaque para o Brasil em 4ª posição,
com 100% oriundo de plantios florestais.
Celulose Papel
País Mil toneladas País Mil toneladas
1º EUA 49.740 China 99.300 2º China 19.542 EUA 75.083 3º Canada 18.308 Japão 26.627 4º Brasil 13.922 Alemanha 22.698 5º Suécia 11.859 Canada 12.112 6º Finlândia 10.363 Coreia do Sul 11.492 7º Japão 9.020 Finlândia 11.329 8º Rússia 7.453 Suécia 11.298 9º Indonésia 6.805 Brasil 10.159 10º Chile 4.876 Indonésia 10.035 11º Índia 3.999 Índia 9.655 12º Alemanha 2.725 Itália 9.130 13º Demais 25.215 Demais 89.959
Total Mundo 183.827 Total Mundo 398.877
Fonte: Adaptado de BRACELPA (2013).
O Brasil possui as maiores e mais modernas indústrias de celulose e papel do
mundo (BRACELPA, 2013), de forma que o uso de outra fibra vegetal que não o da
madeira, pode, teoricamente ser possível para futuras indústrias, desde que haja
qualidade e disponibilidade de matéria prima. Dentre estas potenciais novas fontes, o
bagaço de cana-de-açúcar se destaca pois se produz de forma abundante e
concentrada nas usinas, após a prensagem.
A produção de polpa celulósica oriunda da cana-de-açúcar é conhecida e
comercialmente utilizada em países como China, Argentina, Peru e mesmo o Brasil.
Assim, pode-se pensar na possibilidade de utilização do bagaço das indústrias
sucroalcooleiras para atender parte desta demanda do mercado, que se encontra em
expansão.
Dentro dos processos disponíveis para produção de polpa celulósica destacam-
se os processos Soda e Kraft. Estes dois processos consistem na degradação da
lignina presente no material, dissolvendo-a por ação alcalina. Ambos os processos
adicionam licor branco ao material a ser deslignificado. Este licor, por sua vez, pode
conter aditivos, porém sua constituição básica é de hidróxido de sódio (NaOH) com
sulfeto de sódio (Na2S) no processo Kraft e somente pelo NaOH no processo Soda.
5
O processo Kraft é comumente utilizado em polpações cujo material seja de
origem lenhosa como o Eucalyptus e o Pinus. Estes materiais apresentam maior
porcentagem de lignina, quando comparados à cana-de-açúcar, justificando a adição do
Na2S. Este composto diminui a quantidade necessária de NaOH, acelerando a
deslignificação e auxiliando na produção de uma polpa com boa resistência mecânica.
As empresas que se utilizam do sulfeto de sódio devem se instalar, preferencialmente,
longe das cidades por conta do forte odor provocado pelos derivados do enxofre
existente na composição destes reagentes, ou produzir eficiente sistema de queima de
gases (ASSUMPÇÃO et al., 1988).
Para a polpação do bagaço de cana-de-açúcar, a utilização do processo Soda é
suficiente para a deslignificação. Aditivos como a antraquinona podem ajudar a
melhorar este processo, auxiliando na deslignificação ao mesmo tempo em que protege
a polpa da ação alcalina. Em geral as fibras obtidas pela polpação química do bagaço
geram papéis com boas propriedades no que diz respeito à opacidade, formação e
impressão (WISE; LAUER, 1962).
Assim, o bagaço de cana-de-açúcar apresenta um alto potencial para produção
de polpa celulósica. Países da América Latina (Argentina, Colômbia e Peru) e Ásia
(Índia, China) já fazem uso da polpa celulósica produzida a partir do bagaço de cana
para confeccionar diversos tipos de papéis, dentre eles o papelão, papel sulfite e o
papel “tissue’’.
6
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Cana-de-açúcar como matéria prima e sua composição química
A cana-de-açúcar é uma planta, monocotiledônea que pertence à família das
gramíneas. Sua composição consiste basicamente de água, açúcares e fibras. Possui
uma grande quantidade de produtos e subprodutos de valor comercial e é
preferencialmente cultivada pelas indústrias açucareiras. Estas indústrias, por sua vez,
tem como objetivo extrair e purificar o grande teor de açúcar presente na matéria prima.
Seus produtos incluem o açúcar cristal, refinado, granulado, amorfo, invertido, mascavo
e demerara. Os subprodutos desta indústria, como o melaço e o bagaço, servem de
matérias primas para diversas outras indústrias, incluindo a produção de energia
elétrica, álcool (hidratado, bruto, neutro), polpa celulósica, e para alimentação animal.
A água e açúcares representam respectivamente cerca de 75% e 15% do
material. Estes componentes são de grande interesse paras as indústrias açucareiras
justificando o investimento na plantação desta gramínea. Através da moagem é
possível extrair a maior parte do açúcar presente no material, sendo este processo
facilitado em decorrência do grande volume de água existente nos caules. As fibras
representam cerca de 10% da biomassa verde inicial dos colmos. Apesar de aparentar
ser uma pequena quantidade, após a moagem e o desmedulamento a porção de fibras
no bagaço atinge 80%.
A Tabela 2 apresenta os valores médios de composição da cana-de-açúcar
madura (DELGADO et al., 1970).
7
Tabela 2. Composição química média da cana-de-açúcar madura.
Componente Teor
Água 74.5% (65-75)
Açúcares 14.0% (12-18)
Sacarose 12.5% Glucose 0.9% Levulose 0.6%
Fibras 10.0% (8-14)
Celulose 5.5% Lignina 2.0%
Pentosana (xilana) 2.0% Goma de cana (arabana) 0.5%
Cinzas 0.5% (0.4-0.8)
Sílica 0.25% Potássio 0.12% Fósforo 0.07% Cálcio 0.02%
Sulfatos 0.02% Sódio 0.01%
Magnésio 0.01% Cloretos Traços
Ferro Traços
Materiais Nitrogenados
Albuminóides 0.12% Amidas 0.07%
Ácido Nítrico 0.01% Amoníaco Tracos
Corpos Xânticos Tracos
Gorduras e Ceras 0.2% (0.15-0.25)
Pectina 0.2% (0.15-0.25)
Ácidos Combinados 0.12% (0.10-0.15)
Ácido Málico Traços Ácido Succínico Traços
Materiais Corantes Traços
Clorofila Traços Antocianina Traços
Sacaretina e Polifenois Traços
Fonte: Adaptado de DELGADO et al. (1970).
8
2.2 Cultura da cana-de-açúcar no brasil
A cana-de-açúcar, assim como outras gramíneas, se desenvolve formando
touceiras. A Figura 3 representa a estrutura de plantio em campo. A parte subterrânea
da planta é formada por raízes e os rizomas, sendo que as raízes podem atingir
profundidades de até 4 metros, nas quais a maior concentração delas esta distribuída
em 50 cm de profundidade. Os rizomas se equiparam aos colmos, apresentando nós e
gemas, com entrenós bem reduzidos. São responsáveis pela formação da touceira e
pelo crescimento dos colmos (SEGALLA, 1964).
Figura 3: Plantio cana-de-açúcar no interior de São Paulo notando-se as linhas de plantio onde os colmos são enterrados após o preparo de solo, gerando as touceiras, e a colheita mecanizada. Fonte: Elaborada pelo autor.
Acima do solo, encontra-se o caule. O caule é formado por três partes principais:
o colmo, as folhas e as flores. O colmo tem como função a sustentação da planta e
possui reservatórios de substâncias elaboradas para crescimento e reservas, se
dividindo em 3 partes: nós, internódios e gemas. As folhas tem a função de fotossíntese
e se limitam a uma por nó.
9
As flores se formam em pares. Formam uma inflorescência do tipo panícula, no
qual as flores fecundadas possuem um poder germinativo muito baixo exigindo
condições de meio favoráveis, sendo ideal o uso de clones de cana que não floresçam.
Medido a partir do solo, a altura pode variar de 2 a 4 metros e o de diâmetro de 4 a 6
cm (ALMEIDA, 1956). A figura 4 representa a estrutura do caule.
Figura 4: Caule da cana-de-açúcar (Colmo) identificando o nó, o entre-nó e as gemas. Fonte: Adaptado de DUARTE (2013).
O plantio no Brasil é feito através do perfilhamento. Este perfilhamento é definido
pela propagação assexuada através de toletes de duas ou três gemas. Por metro linear,
são plantados entre 6 a 12 gemas, onde cada gema dá origem a 1 ou 2 colmos
(BACCHI,1983).
O Brasil apresenta ótimas condições para o cultivo da cana-de-açúcar, mas
existem épocas mais adequadas para o estabelecimento dos canavias, resultando em
melhores rendimentos. Para o estado de São Paulo, existem duas épocas ideais para o
plantio: de Janeiro a Março, e de Setembro a Outubro.
10
O plantio de Janeiro a Março, com colheita após Abril/Maio do ano seguinte
(cana de 18 meses ou ano e meio), apresenta o melhor resultado. Esta época
apresenta boas condições para germinação, garantindo um desenvolvimento rápido
para a planta resistir o período de inverno, geralmente seco e frio. Com a estação
chuvosa de setembro e outubro, a vegetação cresce intensamente e amadurece no
inverno seguinte. De modo geral, este método de plantio consiste em 10 meses para o
crescimento vegetativo, 3 meses para maturação e 5 meses sem atividade (período de
inverno intermediário) (BRIGER; PARANHOS, 1964).
O plantio de Setembro e Outubro, com colheita após Abril/Maio do ano seguinte
(cana de ano ou 12 meses), cresce ininterruptamente até Abril onde ocorre o
amadurecimento. As condições de plantio nesta época do ano, apesar de boas, são
prejudicadas pelas chuvas fortes, que interferem na fase inicial da germinação e
provocam erosão no solo. Este método é utilizado somente quando há urgência no
fornecimento de matéria-prima para indústrias, pois em comparação com a cana de 18
meses, esta tem um rendimento inferior, justificado pelo seu curto tempo de
crescimento vegetativo: apenas de 8 a 12 meses (BRIGER; PARANHOS, 1964).
2.3 Bagaço Como Matéria Prima E Sua Composição Química
Nas indústrias canavierias, a distribuição de produtos gerados pela cana-de-
açúcar pode ser entendida, de modo geral, pelas seguintes frações: a cada tonelada de
cana-de-açúcar processada, produz-se aproximadamente 57 kg de açúcar, 51 litros de
etanol, 140 kg de bagaço seco e 140 kg de palha seca (USHIMA, 2010).
O bagaço de cana-de-açúcar pode ser definido como a biomassa resultante da
moagem (Figura 5). Antigamente ele não apresentava valor comercial, porém hoje, as
usinas exploram o potencial do bagaço através da cogeração de energia elétrica. É
comum que estas indústrias sejam autossuficientes em questões de energia elétrica
uma vez que a quantidade de bagaço produzido é elevada.
11
Dados obtidos durante visita técnica à usina Clealco, em Clementina SP, indicam
que cada tonelada de bagaço de cana é capaz de produzir cerca de 4.5 MWh. Desta
forma a usina não tem a necessidade de comprar energia e há sobra de bagaço. Ao
longo da safra, para fins energéticos, a usina usa 80-85% do bagaço produzido (NETO,
2013).
Figura 5. Bagaço de cana-de-açúcar após a extração do caldo. Fonte: Elaborada pelo autor.
Após a moagem, o bagaço apresenta um teor de umidade de cerca de 50%.
Considerando este subproduto seco, ou seja ausente de água, sua composição típica é
de 59-80% de holocelulose, 19-24% de lignina e 2.2-8.5% de extrativos (FRANCO;
GARZÓN, 2010). A holocelulose é o termo utilizado ao definir toda parte de
carboidratos presente na polpa, sendo composta pela alfa-celulose e a hemicelulose.
No bagaço, a porção celulose e hemicelulose representa respectivamente 32-48% e 27-
32% e diferenciam-se pelo fato de apresentarem diferentes unidades de repetição na
12
sua cadeia polimérica, graus de polimerização e condições para sua solubilização
(WISE; LAUER, 1962).
A celulose é um polissacarídeo, sendo um polímero linear formado por unidades
do monossacarídeo β-D-glucose, que se ligam entre si através dos carbonos 1 e 4
(ASSUMPÇÃO et al., 1988). O grau de polimerização pode variar de 1.000 a 5.000
unidades (WISE; LAUER, 1962) e é responsável pelas propriedades da polpa
celulósica. A Figura 6 representa a formação das fibras a partir da celulose.
Figura 6. Estrutura da fibra vegetal. Fonte: KOGA (1988).
13
As hemiceluloses são misturas de polissacarídeos de baixa massa molar (grau
de polimerização de no máximo 150 unidades) e são representadas em maior
quantidade pelas pentoses, hexoses e ácidos úronicos no bagaço. A Figura 7
representa os três tipos diferentes de monômeros que formam a hemicelulose e suas
unidades de repetição. De modo geral, as hexoses são formadas por moléculas glicose
e manose, as pentoses pela xilose e os ácidos úricos pelos ácidos glicurônico. Apesar
de ser um material que não se orienta na forma de fibrilas, a hemicelulose faz parte da
parede celular e não é descartada durante a produção de papel. Na polpação, ela forma
um gel na superfície das fibras, promovendo maior flexibilidade e proteção a elas. As
hemiceluloses também melhoram as propriedades finais do papel a ser produzido,
aumentando a propriedade hidrofílica da polpa celulósica e facilitando seu
processamento. A presença de hemiceluloses também promove maior resistência
quando comparadas a polpas com baixa concentração de hemicelulose aumentando a
ligação fibra-fibra (SPENCER et al., 1950).
Figura 7: Tipos principais dos monossacarídeos que formam as hemiceluloses
Fonte: Adapatado de DUARTE (2013).
14
A lignina é uma macromolécula responsável pela rigidez, impermeabilidade e
resistência da parede celular da planta. Ela é responsável por manter as fibras e outros
componentes unidos e rígidos. As diferentes formas de polpação tem como objetivo a
remoção da lignina para produção da polpa celulósica focando em minimizar a grau de
ataque às fibras celulósicas. A lignina possui um alto poder calorífico e após a
deslignificação e concentração, é utilizada para geração de energia através da queima
do liquor (DELGADO et al., 1970; FOELKEL; BARRICHELO, 1975; ASSUMPÇÃO et al.,
1988). A Figura 8 representa o modelo estrutural de uma molécula de lignina
Figura 8: Representação estrutural de lignina de plantas folhosas. Fonte: (MARABEZI, 2009)
15
O bagaço pode conter de 1,5 a 5,0% de cinzas, sendo que a sílica o principal
componente (0,7 a 3,5%). Ainda há os extrativos que devem preferencialmente ser
removidos antes da polpação para evitar consumo de uma parte do agente químico
empregado. Anatomicamente, o bagaço de cana-de-açúcar seco apresenta cerca de
50-70% de fibras, 20-40% de medula e 5-15% de extrativos solúveis em água. As fibras
do bagaço de cana apresentam um alto potencial na produção de papel, visto que suas
fibras possuem dimensões de 1,0 – 1,5 mm de comprimento e por volta de 20 µm de
diâmetro, sendo similares às fibras do Eucalyptus (0,7 – 1,3 mm de comprimento e 20-
30 µm de diâmetro) (BOECHAT, 2010).
Apesar de semelhantes, a características das fibras de bagaço é inferior às fibras
de Eucalyptus, para a produção de diferentes tipos de papéis, há a necessidade de
adicionar uma porcentagem de fibra longa (Pinus) para dar resistência ao material,
conforme ilustrado na a Tabela 3 (BOECHAT, 2010).
Tabela 3. Proporção de bagaço aplicável para diversos tipos de papel
Tipos de papeis Bagaço (%) Fibra Longa (%) Qualidade
Papel Cartão 90 10 Excelente Tissue 80-85 15-20 Muito Boa
Imprimir/Escrever 80-100 0-20 Muito Boa Embalagem 65-75 25-35 Boa
Jornal 80-100 0-20 Boa
Fonte: Adaptado de BOECHAT (2010)
Dentro dos componentes presentes no bagaço que podem gerar complicações
durante a polpação, destaca-se a medula e a sílica. A medula é formada por células de
parênquima e nós que contém o caldo de cana e representam cerca de 30-35% do
bagaço. Ela pode atrapalhar a polpação consumindo reagentes e diminuindo o
rendimento do processo (BOEACHAT, 2010).
A sílica, por sua vez, pode causar diversos problemas, tais como elevação da
viscosidade do licor em alta concentração, incrustações em evaporadores e caldeiras
de recuperação, redução da taxa de recuperação dentro do forno de cal por formação
de um gel coloidal dentro do sistema e formação de um material vítreo dentro do forno
de cal (BOECHAT, 2010).
16
O fornecimento de bagaço para as indústrias papeleiras apresenta vantagem
sobre outras matérias-primas, visto que, sendo um subproduto das indústrias
sucroalcooleiras, não exige esforços para sua coleta, diferente de matérias-primas
como o Eucalyptus e Pinus (FOELKEL; BARRICHELO, 1975). Porém, um dos grandes
problemas, relacionados ao uso do bagaço, se deve ao fato dele não estar disponível
durante o ano inteiro (cultura sazonal). As épocas de colheita são limitadas, e, para
garantir seu fornecimento durante o ano é necessário a estocagem. A estocagem, por
si, gera complicações como o desenvolvimento de microorganismos (leveduras, fungos,
bactérias), a produção de compostos indesejáveis ao processo e deterioração do
material (FOELKEL; BARRICHELO, 1975).
2.4 Processos De Polpação E Qualidade De Polpa
As fibras se mantém unidas pela ação das forças adesivas dos polímeros
intercelulares (lignina, celulose e hemicelulose). Para produção de papel, primeiro é
necessário obter a polpa celulósica, removendo a lignina, extrativos e outras impurezas
através de processos químicos e mecânicos. Os processos químicos tendem a obter
polpa celulósica com fibras completamente separadas e inteiras, enquanto que os
processos mecânicos costumam danificar as fibras, obtendo aglomerados de fibras e
material fino, sem estrutura (FOELKEL; BARRICHELO, 1975).
No caso da cana, é essencial que seja realizado um pré-tratamento para
remoção da medula e cinzas visando a obtenção de melhores rendimentos. Existem
três métodos de desmedulamento mais usados: i) “a seco” envolve a remoção da
medula após o bagaço ter secado durante o armazenamento; ii) “a úmido”, o bagaço é
desmedulado logo que sai das moendas, com 50% de umidade (Figura 9); e iii) “com
diluição”, a desmedulação é realizada com auxílio da diluição do bagaço em água. Após
o desmedulamento, o bagaço está pronto para a polpação (FOELKEL; BARRICHELO,
1975). O processo de polpação pode ser mecânica, semi-química, química,
organosolve ou biopolpação.
17
Figura 9. Bagaço demesdulado “a úmido’’. Fonte: Elaborada pelo autor.
A polpação mecânica se dá pelo uso de desfibradores de pedra de diversos
tipos. A teoria consiste no atrito da pedra com a matéria-prima para promover o
desfibrilamento. Este atrito provoca elevação da temperatura, que chega à
aproximadamente 180ºC e é resfriado com o auxílio de chuveiros de água. Este método
apresenta certas vantagens: alto rendimento (90-97%), baixo custo, alta opacidade, alta
absorvência, maciez e facilidade de impressão (as fibras quebradas absorvem tinta
rapidamente, promovendo altas velocidades de impressão) e não tem necessidade de
refinação, deságua facilmente na máquina formadora de papel e responde bem à
prensagem. Este tipo de polpa geralmente é destinada à produção de jornais, suporte
para ovos e pratos. Os pontos negativos deste método podem ser apontados pela
dificuldade de controle de qualidade do produto final visto que forma papéis com baixas
resistência e durabilidade. Como esta pasta não foi propriamente deslignificada, ela
possui um alto teor de materiais não-celulósicos presentes no material, o que favorece
a oxidação prejudicando a qualidade do papel (FOELKEL; BARRICHELO, 1975).
18
A polpação semi-química de alto rendimento é o tipo de polpação nos quais se
destacam os processos Soda a frio e Sulfito neutro. O Soda a frio consiste na
impregnação do bagaço com solução de NaOH sob pressão atmosférica e temperatura
de 25ºC, seguida de uma separação de desfibramento por um desfibrador a disco. O
rendimento gira em torno de 87%. A polpa celulósica produzida neste processo pode
ser utilizada para produção de papéis de impressão. Dentre as desvantagens deste
processo, encontra-se a geração de polpas com baixo grau de alvura e a cor
amarelada, que persiste mesmo após o alvejamento. No processo Sulfito neutro, o
bagaço é tratado com licor à base de sulfito de sódio ou de amônia, tamponado com
carbonato e bicarbonato. Esta solução de tampão garante que o pH não sofra grandes
variações durante o cozimento, permanecendo entre 7-8, o que gera uma polpa mais
clara e controla a corrosão dos equipamentos. A diferença de produto é bem nítida
quando comparados os dois tipos de reagentes, já que o sulfito de sódio gera uma
polpa mais clara enquanto o sulfito de amônio produz uma pasta mais escura, de
qualidade inferior, porém, com deslignificação mais rápida. O rendimento deste
processo é de aproximadamente 70%. Dentro dos processos semiquímicos, este é o
mais utilizado (ASSUMPÇÃO et al., 1988).
Há dois processos de polpação química: Soda e Kraft. O processo Soda é um
dos processos mais antigos, no qual o agente químico é o NaOH. O cozimento ocorre
sobre pressão e em temperaturas elevadas. Ele apresenta fácil recuperação dos
reagentes e bons resultados. Por ser aplicado em indústrias de médio e grande porte
(FOELKEL; BARRICHELO, 1975).
O processo Kraft é o mais utilizado, sendo responsável por cerca de 80% de toda
polpa produzida no Brasil considerando todas as fontes de matéria prima. Este
processo se assemelha ao processo Soda, porém ele produz redução na carga alcalina
e na adição de sulfeto de sódio. Este composto acelera a deslignificação e auxilia na
produção de uma polpa com boa resistência mecânica. Em geral, gera cozimentos mais
uniformes e produz celulose de melhor qualidade quando comparados ao processo
Soda, porém, a polpa resultante é mais escura. Dentre as desvantagens, pode-se
apontar o fato de que necessita de grande investimento inicial para sua instalação e
19
trabalhando somente com grandes quantidades de matéria-prima (FOELKEL;
BARRICHELO, 1975; ASSUMPÇÃO et al., 1988).
O processo Organossolve, consiste na utilização de compostos orgânicos para a
deslignificação ao invés de processos inorgânicos. Ele é pouco utilizado em escalas
industriais, porém, apresenta grande potencial. Testes realizados mostram que o
processo organossolve garante polpas celulósicas com características parecidas com
as polpas resultantes do processo Kraft. Dentre as vantagens que podem ser
associadas a seu uso, destacam-se o baixo investimento para construção da planta
industrial, a viabilidade de produção em escala média, permitindo instalação de
pequenas plantas regionais, a ausência de problemas de poluição e a fácil recuperação
das polioses e ligninas. Diversos estudos vêm sendo desenvolvidos nesta área como o
de (CARVALHO, 2012), que utiliza como licor branco uma mistura 1:1 de etanol/água
(v:v) e apresenta ótimos resultados. Um processo organassolve que antigiu escala
industrial é conhecido como o Alcell™. Ele emprega uma mistura etanol/água de 1:1
(m:m) produzindo 15 toneladas de polpa por dia (CARASCHI et al., 1996).
Finalmente, há pesquisa em processos enzimáticos que utilizem fungos para
decompor a lignina, a chamada biopolpação. O pré-tratamento com fungos específicos
de podridão-branca, como o Ceriporiopsis subvermispora, é realizado para reduzir a
energia necessária para polpação através da redução do teor de lignina na matéria-
prima sem danificar a porção de fibras (FERRAZ et al., 2008).
20
3. OBJETIVOS
Este trabalho de conclusão de curso teve por objetivo avaliar o potencial da
utilização do bagaço de cana-de-açúcar para produção de polpa celulósica no estado
de São Paulo. Para tanto, foi realizado o dimensionamento prévio dos processos
necessários para uma unidade industrial com processamento de 1.000 ton/dia de
bagaço de cana-de-açúcar, com foco no balanço de massa e consumos do digestor.
21
4. MATERIAL E MÉTODOS
Este estudo de caso foi desenvolvido através de pesquisa bibliográfica e o
estagio previamente realizado no laboratório LQCE (laboratório de química, celulose e
papel da Esalq/USP). Através deste estagio foi possível obter conhecimentos teóricos e
práticos por meio da realização de polpações de bagaço de cana-de-açúcar e de
eucalyptus em diferentes tipos de digestores e tipos de polpações quimicas.
Dessa forma, foram obtidas informações e parâmetros para simular o modo de
funcionamento de uma empresa que viesse a utilizar bagaço de cana-de-açúcar como
matéria-prima para produção de polpa celulósica com o bagaço não comprometido com
o seu balanço de energia.
Face à característica sazonalidade de colheita e produção de bagaço da cana-
de-açúcar entre abril e outubro no Estado de São Paulo, foram realizados estudos para
estimar a quantidade de matéria-prima que deveria ser armazenada ao longo de todo o
ano de modo a garantir a produção. Além das estimativas de quantidade, foram feitos
dimensionamentos relacionados às condições de estocagem.
De forma complementar, também foi realizada uma vista técnica na usina
Clealco Açúcar E Álcool S.A. para obter maior conhecimento sobre o processamento da
cana-de-açúcar e a disponibilidade do bagaço. Esta usina está localizada em
Clementina, SP, que apresenta duas unidades de produção de álcool e açúcar. Trata-
se de uma usina de porte médio com processamento de 8,2 milhões de toneladas de
cana-de-açúcar na safra de 2012/13. Como a maior parte do bagaço gerado pela usina
é consumida para geração de energia elétrica, o projeto foi baseado no bagaço
excedente.
Concluída esta etapa, foi possível seguir para a criação de um modelo de
processamento. O processo avaliado como mais adequado para garantir a qualidade do
produto final foi o Soda, por meio do digestor Pandia®. Esse reator é recomendado
para todos os processamentos de matérias fibrosas não lenhosas.
22
Todos os dimensionamentos foram feitos com base num diagrama lógico de
processo empregando planilhas Excel para o cálculo de materiais e balanços de massa
estimados para o desenho industrial proposto.
23
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 Dimensionamento básico
O dimensionamento para uso do bagaço excedente da safra foi baseado na
previsão de safra da usina para 2013/2014. A estimativa é que sejam processadas 9
milhões de toneladas de cana-de-açúcar (NETO, 2013), gerando um total de cerca de
2,3 milhões de toneladas de bagaço com 50% de umidade. Desta quantidade a usina
deve consumir de 80 a 85% para produção de energia restando cerca de 350 mil
toneladas de bagaço úmido que pode ser usado na produção de celulose.
Assim, a indústria dimensionada esta prevista para operar 11 meses por ano,
deixando livre 1 mês para a parada obrigatória de manutenção e organização do
armazenamento. Nestas condições, a quantidade de bagaço a ser utilizado por dia será
de cerca de 1.000 toneladas. Estas 1.000 toneladas de bagaço úmido processado por
dia (500 toneladas seca) deverão possibilitar a produção de cerca de 180 toneladas
diárias de polpa celulósica seca (Tabela 4).
Tabela 4. Estimativa da produção diária de celulose absolutamente seca oriunda do bagaço excedente
após uso energético (queima), numa safra de 9 milhões de toneladas de cana.
Item Conversão Valor Unidade
Safra Cana 2013/2014 - 9.000.000 toneladas/safra Produção Bagaço Úmido 260 kg/ton cana 2.340.000 ton bagaço úmido/safra Produção Bagaço Seco 50% Umidade 1.170.000 ton bagaço seco/safra Bagaço Usado Energia 85% do Bagaço 994.500 ton bagaço seco/safra Bagaço Usado Celulose 15% do Bagaço 175.500 ton bagaço seco/safra Bagaço Total Celulose 60% Fibra 105.300 ton fibra seca/safra Produção Celulose Safra 33.7% Rendimento 59.213 ton celulose seca/safra Produção Diária 11 meses 180 ton celulose seca/dia
1 – Produção diária de uma usina localizada no interior de São Paulo, Clealco S.A.
24
5.2 Linha de produção
A linha de produção transforma a matéria prima em produtos e subprodutos de
valores agregados. Neste caso, transforma o bagaço de cana-de-açúcar em polpa
celulósica através do processo de polpação Soda. A Figura 10 esquematiza a linha de
produção da chegada do bagaço na indústria de celulose até o armazenamento da
polpa.
Figura 10. Fluxograma da linha de produção de celulose a partir de bagaço de cana-de-açúcar.
25
5.2.1 Estocagem
O setor de estocagem na indústria é de extrema importância. Sua principal
função é garantir que haja matéria prima para a linha de produção por um tempo pré-
determinado para evitar qualquer imprevisto que possa acontecer na área de logística,
do transporte da matéria-prima para a indústria. Com isso pode-se garantir que a
indústria não tenha paradas por falta de matéria-prima (SWARTZ; MACDONALD,
1962).
O transporte do bagaço de cana-de-açúcar ocorrerá através dos caminhões bi-
trens. Eles são utilizados para transportar a cana-de-açúcar dos plantios para as usinas
e também possuem estrutura para o transporte de bagaço. Em média, eles possuem a
capacidade de transportar 40 toneladas de bagaço com 50% de umidade (Figura 11)
(NETO, 2013). Outra opção seria o estabelecimento da indústria de celulose anexa à
usina de cana, de forma que o bagaço pudesse ser transportado por esteiras. No
entando, face a não disponibilidade de terras e recursos hídricos próximos à unidade
visitada, esta opção foi descartada.
Figura 11. Caminhão bi-trem que transporta 40 toneladas de bagaço. Fonte: Elaborada pelo autor
Como a cana-de-açúcar é proveniente de uma cultura sazonal, é necessário
garantir um bom estoque, com boas condições de armazenamento para suprir a
necessidade das indústrias durante a entressafra, que no Estado de São Paulo vai de
Novembro a Março. Após a moagem nas indústrias açucareiras, o bagaço seria enviado
para o pátio de armazenamento.
26
A etapa de armazenamento é a maior dificuldade encontrada para a exploração
desta matéria-prima. O grande tempo de estocagem durante a entressafra pode gerar
até 15% de perdas por deterioração natural do material. (SANTOS et al., 2010)
Figura 12. Estoque de bagaço de cana-de-açúcar a céu-aberto.
Fonte: Elaborada pelo autor
De acordo com SANTOS (2010), o bagaço é estocado no formato de grandes
pilhas, com até 30 metros de altura, e ocupará uma área de 30.000 m2 (Figura 12).
Nestas condições é possível armazenar 100.000 toneladas de bagaço úmido
aproximadamente a 90 dias de produção. Os principais fungos a atacarem são os da
classe dos Basidiomicetos que se aproveitam do calor, umidade e componentes
orgânicos provocando a fermentação do material (SANTOS et al., 2010). Produtos
biocidas e manejo do pátio é necessário para evitar ao máximo a deterioração do
material.
27
5.2.2 Desmedulacão
A linha de produção se inicia com a transferência do bagaço dos pátios de
estocagem para o setor de desmedulação.
A desmedualação é necessária para diminuir a quantidade de componentes
presentes no bagaço que diminuem o rendimento da polpação como a medula, sílica e
impurezas, consequentemente, aumentando a quantidade de fibras.
O processo proposto é efetuada através do equipamento S.M. Caribe-1150.
(LOIUS-CORREA, 2012; Figura 13). Trata-se de um desmedulador cubano que remove
as células de parênquima e impurezas através do método a seco. Possui um eixo
rotacional com martelos que forçam a desmedulação. Tem capacidade de processar
10-11 toneladas de bagaço seco por hora com um rendimento de 75-80%. Sua
eficiência é capaz de aumentar a quantidade de fibras no material resultante para um
ordem de 80% restando 9% de medula e 11% de finos (Loius-Correa, 2012). Para a
produção em questão, seriam necessários dois desmeduladores trabalhando em série
trabalhando 24 horas por dia para suprir as necessidades.
Figura 13. Modelo do desmedulador de bagaço de cana S.M. Caribe-1150 Fonte: Adaptado de LOIUS-CORREA (2012)
28
Após a desmedulação, o material é encaminhado para a estocagem de bagaço
desmedulado. Este é semelhante ao primeiro pátio, porém, com proporções menores.
Este deverá conter matéria-prima suficiente para fornecer material para o digestor
durante 3 dias e assim evitar quaisquer problemas com os demeduladores que possam
causar a parada da fábrica. Considerando a densidade básica do bagaço em 100 kg/m3
e baseando na estocagem anterior, um depósito necessário deverá ter as seguintes
dimensões: área de 10.000 m2 com 3 metros de altura armazenando 1.200 toneladas
de bagaço desmedulado, a seco. Concluída esta etapa, o material estará pronto para
ser alimentado no digestor.
5.2.3 Alimentação Do Digestor
A alimentação do digestor é efetuada através de uma esteira de borracha ou de
talisca com capacidade de transportar 800 toneladas por dia do estoque até o digestor.
Determinadas empresas fornecem estas esteiras conforme a necessidade, sendo o
modelo Brumazi a sugerida. A Figura 14 mostra uma esteira de talisca com capacidade
de 1.000 até 20.000 toneladas/dia.
Figura 14. Esteira talisca da marca brumazi com capacidade de 1.000 toneladas/dia. Fonte: BRUMAZI (2013)
29
No topo do digestor encontra-se uma rosca de homogeneização e em seguida
uma rosca de alimentação. Estes trabalham em paralelo para garantir a
homogeneidade da alimentação para dentro do reator onde serão adicionados vapores
de aquecimento e licores de cozimento (BOECHAT, 2010).
5.2.4 Digestor
O digestor é responsável pela parte de reações químicas da indústria. O
processo consiste na adição da matéria-prima com o licor de cozimento em
determinadas condições para dissolver a parte não fibrosa presente no material,
deixando as fibras livres. O material fibroso resultante dará origem a polpa celulósica e
o licor extraído deste processo é definido como licor negro. É impossível controlar o
processo ao ponto de que não ocorra nenhum ataque às fibras, dado a natureza do
álcali ativo, por isso é necessário controle rígido no processamento a fim de obter um
produto de boa qualidade (SPENCER et al., 1950).
O processo Soda foi escolhido para o desenvolvimento deste trabalho.
Apresenta bons resultados para polpação de materiais não-lenhosos e facilidades na
recuperação de seus reagentes quando comparados ao processo Kraft (SPENCER et
al., 1950).
O reator ideal para processamento de materiais não lenhosos é do tipo Pandia®
(Figura 15). Trata-se de um digestor tubular horizontal com um “screw fedder’’ com
tempo de residência de apenas 15 min. Outra vantagem está relacionada ao trabalho
do reator com a matéria prima. O bagaço apresenta uma densidade básica muito baixa,
ou seja é um material extremamente volumoso quando comparado a materiais
lenhosos, o que dificulta a absorção do reagente química no interior da fibra e pode
gerar entupimentos no reator.
30
Este problema é resolvido ao utilizar o “screw fedder’’ que, ao mesmo tempo em
que o equipamento transporta o material ele também o compacta. Desta forma é
possível obter um produto de qualidade (ATCHISON, 1990). Outras vantagens incluem:
i) alta flexibilidade no processamento podendo ser trocados os licores de cozimento
sem a necessidade de troca de reator; ii) alta uniformidade na alimentação de matéria
prima, vapor e reagentes no interior do digestor; iii) produto com alto teor de
homogeneidade; iv) potencial de altos rendimentos e qualidade; e v) necessidade de
espaço baixa devido ao alto empacotamento do material (ATCHISON, 1990).
Figura 15. Modelo de digestor Pandia® a ser utilizado para o processo Soda no bagaço. Fonte: (Atchison, 1990)
Os licores de cozimento são compostos pela mistura de dois licores: o licor
branco e o licor negro de baixa concentração. O licor branco apresenta a maior parte da
carga álcali total e é recuperado através das etapas de caustificação. O licor negro de
baixa concentração é proveniente da lavagem da polpa celulósica após seu cozimento,
que por sua vez, apresenta dois caminhos: parte é enviada para recuperação enquanto
31
a outra é reutilizada no cozimento. Isto tem como objetivo diminuir custos de processo
reutilizando o álcali residual e a água para a diluição.
As condições para a polpação foram obtidas a partir do procedimento fornecido
de LEI et al. (2010). A carga alcalina a ser utilizada será de 170 kg de hidróxido de
sódio por tonelada de bagaço seco processado (LEI et al., 2010 ). A temperatura de
cozimento será 160ºC por um período de 30 min determinando o tempo limite do
bagaço no reator. Estudos realizados já comprovaram que temperaturas acima de
180ºC são prejudiciais para a celulose e acabam sendo mais suscetíveis a degradá-la
(RYDHOLM, 1965). A relação licor:bagaço para reatores Pandia® deverá ser de 10
metros cúbicos por tonelada de bagaço. Esta relação é importante para garantir que
todo material seja umidificado e sofra a ação do álcali evitando pontos secos durante a
polpação (ATCHISON, 1990).
Ao licor entrar em contato com a matéria prima, inicia a reação e é catalisada
pelo aumento de temperatura e pressão. O álcali ataca toda matéria presente, porém a
intensidade varia com o tempo de cozimento e concentração dos componentes
presentes. Na fase inicial, o ataque às hemiceluloses é de maior proporção. Com a
diminuição da hemicelulose a decomposição de lignina passa a ser a de maior
velocidade. Objetivo da polpação é dissolver o máximo possível de lignina sem deixar
que o álcali ataque de forma significativa a porção de fibras. Caso isso aconteça, o
rendimento não será satisfatório (RYDHOLM, 1965).
32
5.2.4.1 Cálculo Do Licor De Cozimento
Através da relação licor bagaço verificamos que a quantidade de água
necessária por tonelada de bagaço úmido é de 10 m3. Porém nem toda essa água será
necessária adicionar no processo. A agua contida no bagaço em forma de umidade é
considerada na preparação do licor. O bagaço úmido, com cerca de 50% de umidade já
contem 10% da água necessária. Para facilitar a visualização dos dados, segue as
relações de consumo diário (Tabela 5).
Tabela 5. Consumo diário do digestor dimensionado para o processo Soda
Item Conversão Valor Unidade
Bagaço Umido - 775,0 ton/dia Bagaço Seco 50% Umidade 387,5 ton/dia
Água contida no bagaço 50% Umidade 387,5 m3/dia
Agua a ser adicionada 10:1 3.487,5 m3/dia
Carga Alcalina 17% 65,9 ton/dia
Fonte: Adaptada de LEI et al. (2010)
O licor de cozimento é formado pela mistura do licor branco recuperado na
caustificação com licor negro fraco recuperado na etapa de lavagem. Para dimensionar
as relações de licor é primeiro analisar a eficiência da etapa de caustificação.
Como cada indústria possui diferentes rendimentos, FIGUEIREDO (2009)
apresentou rendimentos e concentrações de licor branco recuperado de diversas
indústrias de polpação. Desta forma os valores de rendimento de recuperação do
NaOH e concentrações típicas do licor branco são, respectivamente, 80% e 160 g/L.
A concentração do licor de cozimento é calculada através da seguinte equação:
Concentração = Massa da Carga Alcalina / Volume a ser adicionado de agua = 18.9 g/L
Para chegar nesta concentração é preciso dimensionar a relação licor branco
recuperado e licor negro fraco.
33
Concentração = (Conc. Licor Branco Recuperado) / (1 L + Volume de licor negro fraco)
18,9 g/L = (160 g/L) / (1 L + Volume de licor negro fraco) Volume = 7,47 L
Desta forma, a cada litro de licor branco recuperado é necessário adicionar
7,47 L de licor negro para chegar à concentração desejada.
5.2.4.2 Volume Do Digestor E Tanque De Descarga
Para o dimensionamento do volume do reator deve ser calculado os consumos
por ciclo. O ciclo do reator é de 30 min, e o volume do reator será calculado baseando-
se no volume de material que é transferido através do reator durante este tempo,
expostos na Tabela 6.
Tabela 6. Consumo por ciclo do digestor dimensionado para o processo Soda
Item Consumo por Ciclo Consumo Diário
Bagaço Úmido 16,1 ton 775,0 ton Bagaço Seco 8,1 ton 387,5 ton
Hidróxido de Sódio 1,4 ton 65,9 ton Licor Negro Fraco 64,0 m
3 3.075,5 m
3
Licor Branco Recuperado 8,6 m3 412,0 m
3
Água presente no bagaço 8,1 m3 387,5 m
3
Água total adicionada 72,7 m3 3.487,5 m
3
Água total 80,7 m3 3.875,0 m
3
Densidade Básica do Bagaço 0.05 ton/m3
Fonte: Adaptada de NETO (2013) e LEI et al. (2010)
Dimensionamento do volume do reator:
Volume do reator = Volume ocupado pelo Bagaço + Volume total de Água
Volume do reator = (8,1 ton / 0,05 ton/m3) + 80,7 m3 = 242,7 m3
34
Um reator do tipo Pandia® de 242 m3 será suficiente para esta produção. No entanto,
ao aplicar este digestor é preciso avaliar o percentual adicional no volume para
segurança.
5.2.5 Tanque De Descarga
Após o cozimento, a massa fibrosa e o licor residual são transferidos para um
tanque de descarga. Tem a finalidade de resfriar a carga oriunda do digestor para
purificação. O topo do tanque funciona como um ciclone, expandindo o material e
recuperando vapores que são condensados e tratados. No interior do tanque, a massa
é resfriada e diluída a uma consistência de 4% pelo licor negro fraco recuperado e
seque para etapa de lavagem (Jackson, 1965).
O tanque de descarga deverá ter volume suficiente para conter material
equivalente e três ciclos do digestor, ou seja, 726 m3.
5.2.6 Lavagem
Concluída a etapa de cozimento, é necessário a purificação da polpa. Nesta
etapa, a polpa celulósica recebida dos refinadores é lavada com uma quantidade
abundante de água para remover o máximo de reagentes e sais presente no material. É
formado por três lavadores de tambor em série reciclando a água extraída de um
lavador para o lavador anterior sempre focando a economia de água. A polpa celulósica
quase ausente de impurezas segue para as peneiras.
O peneiramento funciona como um separador de nós, removendo possíveis
impurezas ainda presente na polpa como também fragmentos de matéria prima que
não formam propriamente deslignificados.
35
Com a finalização da lavagem, a polpa segue para um espessador para remover
a água em excesso e é armazenada com uma consistência final de 10%. Desta forma
conlui-se a etapa da produção da polpa celulósica. De acordo com LEI et al. (2010) a
polpa celulósica apresentara número Kappa de 16.6. Já é possível produzir produtos a
partir desta polpa celulósica como o papel cartão e outros matérias celulósicos que não
necessitam de um grau de clareamento alto. Caso a produção seja destinada à
produção de papel sulfite, papel tissue, a que necessitam um grau de branqueamento
maior, a polpa segue para a linha de branquemaneto.
5.3 Linha De Branqueamento
A linha de branqueamento tem o objetivo de reduzir ainda mais a quantidade de
lignina presente na polpa para produzir produtos de alta qualidade. O procedimento de
branqueamento de Lei et al (2010) foi baseado no processo “elemental chlorine free’’
(ECF). Diferente de processos mais antigos de branqueamento que utilizam o cloro
elementar e o hipoclorito como agente deslignificador, este foi desenvolvido para
diminuir a poluição causada no meio ambiente através do uso do dióxido de cloro
evitando a formação de compostos tóxicos. Foi comprovado que compostos derivados
desse processo não poluem águas e rios, pois apresentam estrutura molecular
semelhantes com aqueles compostos presentes na natureza e se degradam
rapidamente (ECF, 2013).
O dióxido de cloro é o principal agente deslignificador. Quando utilizado, o
dióxido de cloro provoca pouco ou nenhum dano às fibras, garantindo alta estabilidade
na alvura, apresenta boa solubilidade em água e velocidade de reação.
O dióxido de cloro também possui qualidades negativas. Trata-se de um gás
muito instável e requer certos cuidados ao utilizá-lo. As temperaturas abaixo de 30ºC o
gás se decompõem e acima de 50ºC pode explodir. Isso se deve a natureza do
composto, apresenta um elétron livre tornando-o muito reativo (DANILAS, 1988). O
dióxido de hidrogênio e o hidróxido de sódio também são agentes deslignificadores. O
36
hidróxido de sódio é utilizado para diminuir um pouco a carga de dióxido de cloro
utilizada. A soda cáustica por sua vez é utilizada para controlar o pH do meio reacional.
A capacidade de branqueamento do composto de cloro é de maior eficiência em
pH entre 4,5 e 5,5. O pH da polpa no início do branqueamento é cerca de 4,3. O
hidróxido de sódio adicionado além de também atacar a lignina, controla o pH do
processo, aumentando-o aos poucos de modo que no final das três etapas atinja pH de
6,5 a 7,0 (MILANEZ; COLODETTE; CARBALHO, 2008).
O processo ECF divide-se em três etapas: D0, Ep e D1 conforme a Tabela 7.
Tabela 7. Etapas do processo de branqueamento da polpa de bagaço
Etapas Temperatura Consistência Tempo Reagentes (% base massa seca)
Do 60ºC 10% 60 min ClO2 1.45% Ep 75ºC 10% 60 min NaOH 1.16% e H2O2 0.30% D1 75ºC 10% 150 min ClO2 0.69% e NaOH 0.35%
Fonte: (Lei et al., 2010 )
Após este branqueamento, a polpa vai aos silos destinado às indústria
papeleiras.
37
5.4 Linha De Recuperação
A linha de recuperação consiste no reaproveitamento dos subprodutos gerados
na produção com o objetivo de diminuir a quantidade de efluentes e custos de
processo. Etapas incluem recuperação de reagentes e geração de energia. A
recuperação é um processo também contínuo que será discutida começando pela
etapa de lavagem.
O licor negro fraco proveniente da lavagem é coletado e armazenado nos
tanques de licor negro fraco (Figura 16).
Figura 16. Ciclo de recuperação do licor negro
Este é constituído por pequenas quantidades de sais como o carbonato de sódio,
silicato de sódio, e cerca de 50% da massa de entrada de bagaço. Este material possui
um alto potencial calorífico, mas antes de aproveitá-lo, é necessária a remoção do
excesso de água para garantir a queima nas caldeiras de recuperação. Apresenta
concentração de sólidos de 16% e é reutilizada no processo evitando a necessidade de
utilizar água limpa (ASSUMPÇÃO et al., 1988).
O licor negro fraco é reutilizado na entrada do digestor e no tanque de descarga.
O licor negro residual segue para os evaporadores de múltiplos efeitos para alcança
concentração de 50%. Em seguida é bombeado para evaporadores de contato direto
chegando a uma consistência de 60-70%.
38
Após os evaporadores de contato direto, o licor negro concentrado é bombeado
para as caldeiras de recuperação, onde é queimado aproveitando o potencial calorífico
que a lignina e outros compostos orgânicos apresentam, gerando vapor e
consequentemente energia elétrica. Ocorre a transformação de compostos orgânicos
de sódio em carbonato de sódio e deste modo, forma uma massa fundida inorgânica no
fundo da caldeira que é conhecido com o “smelt”. O “smelt” é transferido da fornalha e
diluído com licor branco fraco para recuperar a quantidade de hidróxido de sódio
perdido durante o processo, obtendo-se o licor verde (Assumpção et al., 1988). A seguir
é realizada a caustificação recuperando o hidróxido de sódio pela adição de hidróxido
de cálcio pela seguinte equação (1).
Ca(OH)2 + Na2CO3 CaCO3 + 2 NaOH (1)
A equação é parcialmente reversível resultando numa conversão de no máximo
de 90%. O carbonato de cálcio precipitado é recuperado através da queima no forno de
cal e diluído com água para a recuperação do hidróxido de cálcio demonstrado pelas
equações (2) e (3).
CaCO3 CaO + CO2 (2)
CaO + H2O Ca(OH)2 (3)
O licor branco concentrado é separado e apresenta diferentes concentrações
dependendo da eficiência do processo. Segundo (Figueiredo, 2009) um valor aceitável
para concentração do licor branco concentrado é de 160 gramas por litros de hidróxido
de sódio.
39
6. RENDIMENTOS
Os rendimentos parciais de cada processo determinados por Lei et al. (2010) e
Loius-Correa (2012) foram totalizados e estão sintetizados na Tabela 8.
Tabela 8. Rendimentos em relação à quantidade de bagaço de cana-de-açucar original (100%)
Processo Produto Inicial Produto Final Rendimento Parcial
Rendimento Total
Transporte Bagaço Original Bagaço Original 100.0% 100.0% Desmedulação Bagaço Original Bagaço Desmedulado 77.5% 77.5% Digestão Bagaço Desmedulado Polpa Bruta 57.9% 44.9% Lavagem Polpa Bruta Polpa Peneirada 91.9% 41.3% Branqueamento Polpa Peneirada Polpa Branqueada 91.4% 33.7%
Fonte: Adapatado de LEI et al. (2010) e LOIUS-CORREA (2012)
O rendimento é menor quando comparados a indústrias Krafts de Eucalyptus,
que apresentam em média um rendimento de 50 a 53% (FOEKEL; BARRICHELO
1975). Este rendimento menor é em grande parte devido à perda de massa ao
desmedular o bagaço.
40
7. AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS NO ESTADO DE SÃO PAULO
Assim, considerando a grande área e produção de cana no estado de São Paulo,
com cerca de 330 milhões de toneladas/ano, é possível avaliar o potencial real de uso
do excedente de bagaço não utilizado para geração de energia para fonte de fibra
celulósica.
A Figura 18 ilustra como as regiões norte (Ribeirão Preto), noroeste (Araçatuba)
e centro (Lençóis Paulista-Piracicaba) do Estado concentram esta produção de bagaço,
e nos três casos há empresas de celulose na vizinhança, a saber: International Paper,
Fíbria/Eldorado e Suzano, respectivamente.
Figura 18. Principais municípios produtores de cana-de-açúcar em São Paulo (em percentagem da área do município ocupada com a cultura) e a localização da Usina Clealco onde foi feita visita técnica.
41
8. QUALIDADE
A qualidade de polpa e papel de bagaço de cana-de-açucar pode ser inferida
utilizando as análises feitas por LEI et al. (2010), em escala laboratorial:
Densidade Básica: 0.885 g/cm3
Número Kappa: após polpação = 16.6; após estágio D0 = 3.8; após estágio
D1 = 0.42
Alvura: 90.03%.
Viscosidade: 17.84 cP.
Resistência à tração: 68.42 N m/g;
Resistência ao rasgo: 4.97 mN m2/g
Índice de Ruptura: 4.19 kPa m2/g
Opacidade: 57.75%
Além destas, realizamos durante estágio curricular polpações químicas de
bagaço de cana-de-açúcar no Laboratório de Química Celulose e Energia da Escola de
Luiz de Queiroz da Universidade de São Paulo. A Figura 17 mostra claramente a
diferenciação das polpas celulósicas obtidas com diferentes número Kappa (STAPE,
2013)
Figura 17. Polpa de bagaço de cana-de-açúcar com diferentes números Kappa. Fonte: Elaborada pelo autor
42
9. CONCLUSÃO
Com base no estudo de caso da utilização do bagaço de cana-de-açucar para
produção de celulose utilizando o bagaço excedente numa usina de porte médio de
açucar e álcool do Estado de São Paulo, com safra anual de 9 milhões de toneladas de
cana entre Março e Outubro, pode-se concluir que:
Apesar da maior parte do bagaço de cana ser destinado à geração de energia,
cerca de 80 a 85%, o bagaço excedente de 350.000 toneladas ano (≈1.000
ton/dia em 11 meses de produção) possibilita ser fonte de matéria prima para
produção de polpa celulósica por estar concentrada numa unidade fabril;
Face à qualidade da matéria prima, o processo de polpação recomendado é o
Soda, mais simples que o processo Kraft, utilizado para madeira de Eucalyptus,
por não apresentar o sulfeto de sódio como agente de polpação;
A qualidade da fibra é similar ao do Eucalyptus, tido como padrão, em termos de
comprimento e espessura das fibras, e uso na indústria papeleira;
O rendimento final (34%) é inferior àquele obtido na polpação do Eucalyptus
(52%) devido principalmente à necessidade de desmedulação do bagaço;
O excedente de 1.000 ton/dia possibilitaria a produção de 180 ton/dia de celulose
seca e branqueada;
Considerando que o Estado de São Paulo produz cerca de 330 milhões de
toneladas de cana-de-açucar por safra, é possível estimar que se todo bagaço
excedente (15% do total de bagaço) fosse utilizado para produção de polpa
celulósica seria possível produzir cerca de 2 milhões de toneladas de polpa
celulósica por safra, valor este altamente significativo frente à produção nacional
de 14 milhões de toneladas;
No entanto, aspectos logísticos de armazenagem na entresafra, custos de
transporte para as indústrias de celulose, e valor do bagaço para outros usos
necessitam ser adequadamente abordados.
43
10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALMEIDA, J.R. Princípios gerais da fabricação de açúcar de cana. Piracicaba: Centro Acadêmico "Luiz de Queiroz", 1944
ASSUMPÇÃO, R. M. V. et al. Polpação Química. In: PHILIPP, P. e D'ALMEIDA, M. L. O. (Ed.). Celulose e Papel: Tecnologia de Fabricação da Pasta Celulósica. 2ª. São Paulo: Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo, SENAI, v.1, 1988. cap. 6,169-312 f.
ATCHISON, J. E. The rapid cooking horizontal tube continuous digester with screw feeder - Now the world standard for pulping non-wood plant fibers. Larchmont, NY: 10 f. 1990.
BA , . . . Bot ica da Cana-de-açúcar. In: FILHO, J. O. (Ed.). Nutrição e adubação da cana-de-açúcar. Piracicaba: SEPROG, PLANALSUCAR, 1983.
BOECHAT, J. V. B. Produção De Papel Tissue A Partir De Bagaço De Cana. 2010. 61 f. Dissertação (Especialização Latu Sendo em Tecnologia de Celulose e Papel) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG, 2010.
BRACELPA. Dados do Setor - Março 2013. São Paulo, 29 f. 2013. Disponível em: <http://www.bracelpa.org.br>
BRIGER, F. O.; PARANHOS, S. B. Técnica Cultural. In: (Ed.). Cultura e Adubação da Cana-de-açúcar. São Paulo: Instituto Brasileiro de Potassa, 1964. cap. 6, 139-188 f.
BRUMAZI. Sistema, Recepção, Moagem e Preparo - Cana. p. Esteira transportadora de cana, 2013. Disponível em: < http://www.brumazi.com.br>.
CARASHI, J. C.; CAMPANA FILHO, S. P.; CURVELO, A. A. S. Preparacao e
caracterização de polpas para dissolução obtidas a partir de bagaço de cana-de-açúcar.
Polimeros: Ciencia e Tecnologia, 24-29 f., 1996.
CARVALHO, D. D. M. Caracterização Físico-Química E Polpação Etanol/Soda Do Bagaço E Da Cana-De-Açúcar. 2012. 166 f. Dissertação (Programa de Pós-graduação em Ciência Florestal) Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2012.
44
DANILAS, R. M. Branqueamento de Pastas Celulosicas. In: PHILIPP, P. (Ed.). Celulose e Papel: Tecnologia de fabricação da pasta celulosica. São Paulo: Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo, SENAI, v.I, 1988. cap. IX, 427-509 f.
DELGADO, A. D. et al. Curso de Tecnológio do Açúcar de Cana. 1970. 226 f. Tecnologia Rural, E. S. A. ''Luiz de Queiroz'' U.S.P., Piracicaba.
DUARTE, B. B. Processo de polpação aplicado as frações interna e externa do
bagaço de cana-de-açúcar 2013. 106 f. Dissertação (Programa de Pós-graduação
Interunidades em Ciência e Engenharia de Materiais) Escola de Engenharia de São
Carlos, USP, São Carlos.
ECF: The sustainable technology. Darmstadt Technical University. Washington, DC,
12 f. 2013. Disponível em: <www.aet.org/epp/ecf roc ure.pdf >
FAOSTAT. Top Production - Sugar Cane - 2011: Food And Agriculture
Organization Of The United Nations 2011. Disponível em http://faostat.fao.org.
Acesso em 10 de ago. 01
FERRAZ, A.; GUERRA, A.; MENDONÇA, R.; MASARIN, R.; VICENTIM, M.P.; AGUIAR,
A.; PAVAN, P.C. Technological advances and mechanistic basis for fungal biopulping.
Enzyme and Microbial Technology, Vol. 43, pp. 178-185, 2008.
FERNANDES NETO, J. C. Produção de açúcar, álcool e bagaço na Usina Clealco [comunicação pessoal]. Clementina 2013.
FIGUEIREDO. Modelagem Matemática de um Sistema Estacionário de um real
sistema de caustificação em uma fábrica de celulose. 2009. 71 f. Dissertação (Pós-
graduação em Engenharia Industrial) Centro Universitário do leste de Minas Gerais,
Coronel Fabriciano, MG.
FILHO, Â. B. A Geração Termoelétrica com a Queimado Bagaço de Cana-de-
Açúcar no Brasil. Análise do Desempenho da Safra 2009-2010: Conab 2011.
Disponível em: <http://www.conab.go . r >
FOELKEL, C. E. B.; BARRICHELO, L. E. G. Tecnologia de Celulose e Papel. 1975. 199 f. Silvicultura, Escola Superior de Agricultura ''Luiz de Queiroz'', Piracicaba.
45
FRANCO, T. T.; GARZÓN, C. S. L. Novas POssibilidades de Negócios do setor Sucroalcooleiro: Alcoolquímica e Biorrefinaria. In: CORTEZ, L. A. B. (Coord.). Bioetanol de cana-de-açúcar: P&D para Produtividade e Sustentabilidade. 1ª. São Paulo: Blücher, 2010. cap. 17, 761-772 f.
JACKSON, G. E. Alkaline Pulping. In: BRITT, K. W. (Ed.). Handbook of Pulp and Paper Technology. London: Reinhold Publishing Corporation, 1965. cap. 7, 166-199 f.
KOGA, M. E. T. Matérias-primas Fibrosas. In: PHILIPP, P. (Ed.). Polpação Química. São Paulo: Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo, SENAI, 1988. cap. II,
LEI, Y. et al. Effect of hot-water extraction on alkaline pulping of bagasse. 2010 Laboratory of Pulp and Paper Engineering, South China University of Technology, Guangzhou.
LOIUS-CORREA, J. A. Depithers for Efficient Preparation of Sugar Cane Bagasse FIbers in Pulp and Paper Industry. Instítuto Politécnico Nacional, 417-424 f. 2012
MARABEZI, K. Estudo sistemático das reações envolvidas na determinação dos teores de Lignina e Holocelulose em amostras de Bagaço e Palha de Cana-de-açúcar. 2009. 158 f. Universidade de São Paulo - USP, São Carlos.
MILANEZ, A. F.; COLODETTE, J. L.; CARBALHO, A. M. Condições ótimas para branquear polpa kraft de eucalipto com uma seqüência de três estágios. Instituto de Pesquisas Florestais. Piracicaba. 105-113 f. 2008.
PORTO, S. I.; NETO, A. A. D. O.; SOUSA, F. O. B. D. Acompanhamento da Safra Brasileira. Conab. Brasília, 18 f. 2012. Disponível em: <http://www.conab.go . r >
RYDHOLM, SVEN V. Pulping processes. New York, Interscience Publishers, 1965. 1269 f.
SANTOS, M. L. D. et al. Estudo das condições de estocagem do bagaço de cana-de-açúcar por analise térmica. 2010. 5 f. Universidade de Franca, Franca, SP.
SEGALLA, A. L. Botânica, melhoramento e variedades. In: (Ed.). Cultura e Adubação da Cana-de-açúcar. São Paulo: Instituto Brasileiro de Potassa, 1964. cap. 3, 61-96 f.
46
SPENCER, H. S. et al. Preparation and Treatment of Wood Pulp. In: STEPHENSON, J. N. (Ed.). New York: McGRAW-Hill Book Company, v.I, 1950. cap. Manufacture of Alkaline-process pulps, 364-669 f.
STAPE, G. J. ESTÁGIO SUPERVISIONADO - Relatório final de estágio Piracicaba, SP: 10 f. 2013.
SWARTZ, J. N.; MACDONALD, R. C. Alkaline Pulping. In: LIBBY, C. E. (Ed.). Pulp and Paper Science and Technology. New York: McGraw - HILL BOOK COMPANY, v.I, 1962. cap. Alkaline Pulping, 160-240 f.
TÁVORA, F. L. História e Economia dos Biocombustíveis no Brasil. Senado Federal: Centro de Estudos e Consultoria do Senado. Textos para Discussão 2011.
UNICA. Plantios de cana-de-açúcar no Brasil. p. Plantios de cana-de-açúcar no Brasil, Disponível em: < http://www.unica.com.br >.
USHIMA, A. H. Tecnologias BTL. In: CORTEZ, L. A. B. (Coord). Bioetanol de cana-de-açúcar: P&D para Produtividade e Sustentabilidade. 1ª. São Paulo: Blücher, 2010. cap. 15, 741-750 f.
WISE, L. E.; LAUER, K. H. Cellulose and the Hemicellulose. In: LIBBY, C. E. (Ed.). Pulp and Paper Science and Technology. New York: McGraw - Hill Book Company, v.I, 1962. cap. 3, 54-74 f.
47
11. APÊNDICE A – Fluxograma geral do processo com comentários
Processos
Bi-trens (1) Pátio 1 (2) Desmedulador (3)
Pátio 2 (4) Esteiras (5) Digestor (6) Tanque de descarga
(7)
Lavadores (8) Peneiras (9) Espessador (10)
Branqueamento (11)
Função Transporte da matéria prima da usina para a indústria
Armazenamento do bagaço
Pré-tratamento para remover componentes indesejáveis ao processo. (Medula e Sílica)
Armazenamento do bagaço desmedulado
Transporte do pátio 2 para o topo do digestor
Realizar o cozimento da matéria prima através da deslignificação por hidróxido de sódio
Receber e resfriar massa oriunda do digestor
Lavar polpa celulósica removendo compostos orgânicos e inorgânicos solubilizados
Remover rejeitos
Remover excesso de água para armazenamento ou para o branqueamento
Deslignificação para remover a lignina ainda presente na polpa
Dados Capacidade de transporte – 40 toneladas de bagaço úmido por unidade
Capacidade de armazenamento – 100.000 toneladas de bagaço úmido Área: 30.000 m
2
Altura: 30 m
Capacidade de processamento – 10-11 toneladas de bagaço seco por hora
Capacidade de armazenamento – 1.200 toneladas de bagaço úmido desmedulado Area: 10.000 m
2
Altura 3 m
Esteiras do tipo talisca ou de borracha com capacidade de 800 toneladas diárias
Carga alcalina: 17% em relação a base seca de bagaço Relação licor:bagaço: 10:1 (m
3:ton)
Temperatura de cozimento: 160ºC Pressão do digestor: 7-6 Bar Tempo de cozimento: 30 min. Volume mínimo de digestor necessário: 242 m
3
Volume: 726 m
3
Lavadores do tipo tambor
Peneiras localizadas na saída dos lavadores retendo rejeitos que não foram propriamente deslignificados
Redução da agua para uma consistência de 10%.
Etapas do branqueamento destacando os reagentes químicos e concentrações: Estagio 1: D0 - ClO2 1.45% Estagio 2: Ep - NaOH 1.16% e H2O2 0.30% Estagio 3: D1 - ClO2 0.69% e NaOH 0.35%`
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11)
