KINFLUBNCIA DAS CARACTERfSTICAS DOS FLOCOS

SOME O REFINO DE POLPAS QUfKICAS

Demuner B JManfredi VVianna Doria E LClaudiodaSilva Jr E

Aracruz Celulose S ABahia Sul Celulose SA

Resuno

Flocos de fibras sao as atuais entidades bdsicas querecebem impactos durante tratamento mechnico Entao suss

propriedades a comportamento devem apresentar uma estreitarelagao com os resultados de refino

Resultados indditos pars caracteristicas anatomicas dosflocos de polpas quimicas branqueadas de mercado eucaliptosoftwood a misturas entre elas a suas relagaes com

propriedades das fibras foram analisadas 8 luz das maisrecentes teorias de refino O comportamento das polpas em umrefinador piloto de discos mostrou ser fortemente

influenciado pelo tamanho dos flocos o qual 6 por sua vezrelacionado com o comprimento e principalmente com o ndmerode fibras por grams

Melhores resultados de refino em termos de

desenvolvimento de propriedades do papel com a energia

especifica dtil aplicada foram obtidos quando o tamanho dosflocos foi similar 3 largura das Iminas a dos canais dosdiscos de refino

Abstract

Pulp flocs are the actual entities receiving impactsduring low consistency and such their properties and

behavior must bear a direct relationship with the refiningresults

The anatomical characteristics of flocs from bleachedchemical pulps and their relationships with fiber propertieshave been analysed using market eucalypt and softwood pulpsin various proportions The behavior of such pulps in a pilotdisc refiner was shown to be influencied primarily by flocsize which in turn is related to the number of fibers pergram and average fiber length

Better refining results in terms of paper propertiesevolution per applied energy were obtained when the flocsize was closer to the bar and groove width at the refiningtackle

Trabalho apresentado no 25 Congresso Anual de Celulose ePapel da ABTCP realizado em Sao Paulo SP Brasil de 23

a 27 de novembro de 1992

77

Keywords Refining Kraft Pulp Floc CharacteristicsFlocculation Paper Properties Fiber Properties EucalyptSoftwood and Mixtures

1 IntrodugAo

Um grande numero de teorias t@m sido propostas paraexplicar os mecanismos de refino Algumas teorias sio

baseadas na ago de refino sobre fibras individual izadasenquanto outras consideram que o tratamento ocorre sobreflocos de fibras

Atualmente existem indmeras evid@ncias 119 pars

suportar que as fibras sdo tratadas principalmente comoflocos durante o refino a baixa consistencia Embora esse

conceito seja atualmente ben aceito ainda ndo d ben

conhecido Como o comportamento do refino se relaciona com asprincipais caracteristicas dos flocos

A avaliagdo de resultados de refino considerando umadiscussdo bgsica da influencia das caracteristicas dos flocos

sobre o desenvolvimento das propriedades do papel com orefino deverd resultar em uma abordagem fundamental paraentender a agfio de refino a criar alternativas pare aotimizagAo do processo

Esse estudo foi desenvolvido com o objetivo de

contribuir com informagoes fundamentais sobre as principaisrelag6es entre as caracteristicas dos flocos e a variagfio despropriedades da polpa com o refino

2 RevisAo de Literature

21 AgAo de Refino

9 atualmente reconhecidoum balango entre o ndmero e aconceito foi desenvolvido porLeider Nissan 2223 dentecaracteristica da agao de refide refino e a extensio da agficfibras flocos

que a agao de refino 6 sempreintensidade de impactos EsseBrecht 20 Danforth 21

e outros Todos consideram a

no descrita pela intensidadea qual A realizada sobre as

O conceito de Teoria da Carga Especifica de Corte CECten proporcionado uma contribuigfio significativa na procurade um indice representativo da intensidade de refino Essateoria fi um modelo matemdtico simples a de fdcil aplicagfio2425 Entretanto a teoria CEC nfio considers o efeito do

material das lfiminas o desgaste das lfiminas profundidadedos canais a vazdo e a consistdncia da suspensdo Muitosestudos tem sido desenvolvidos considerando o efeito desses

parimetros 2529

Kerskes 28 considera que pare ser usado na prgtica ondmero e a intensidade de impactos devem ser relacionados compardmetros importantes do refino que sho fluxo de massapotdncia dtil aplicada sobre a polpa e a capacidade do

M

refinador para impor impactos sobre as fibres flocos Essedltimo parmetro denominado como fator C 6 calculado apartir de varidveis do refinador caracteristicas das fibrese da consist@ncia da suspensao O valor de CEC 6 o

resultado do relago entre a pot@ncia dtil pelo fator C emcontraste a um grande ndmero de trabalhos qua consideram ovalor de CEC a de energia especifica pare caracterizar orefino

O modelo proposto por Kerekes a16m de ser ben

fundamentado matematicamente tem demonstrado ser aplicdvelem condig6es industriais 30 podendo tornarse uma outraimportante ferramenta para explicar a agao de refino a paraotimizar o controle do operago A atual a principaldificuldade 6 o cdlculo do ndmero de impactos sobre fibrasenquanto sabese qua o tratamento 6 heterog6neo nom todas

as fibres recebem impactos a ocorre principalmente sobreflocos de fibras

Outro modelo te6rico para explicar a a9do de refino foirecentemente proposto por Lumiainen 529 o qual considersa importncia da largura dos 1 9minas para determiner ocomprimento de impactos sobre flocos de fibras entre assuperficies das 1minas chamado de Teoria da CargaEspecifica de Superficie CES Esse conceito no

considerado no teoria CEC contraria um grande ndmero deestudos que consideram que o refino sobre flocos ocorreprincipalmente no corte das 1 minas a no entre as

superficies dos 1minas

22 Otinizago do Refino

Desde que existem evidncias de que flocos so presentesentre as 1 minas dos discos sendo entidades fundamentaisrecebendo tratamento 11119273135 deve existir umaforte influ6ncia dos parmetros relacionados con a tendnciade floculago tais como consistncia flexibilidade fibrascomprimento fibras quantidade de refino etc sobre as

relagoes entre a agao e o resultado do refino Esses aspectosso considerados em indmeros estudos 1613161931323637

Steenberg 36 discutindo o processo Kappamodificagoda estrutura das fibras estabeleceu que quandoo dimetro de um cilindro de prensagem simula as superficiesde refino era similar ao dimetro de pdrolas de vidrosimula flocos de fibras a modificago no estrutura daspdrolas ocorria com baixa carga aplicada on comparago aosresultados obtidos quando diferentes dimetros eram testadosEsses resultados sugerem que flocos com tamanho proximo 8largura dos canais de refino resultariam em manor consumo deenergia para atingir um mesmo nivel de desenvolvimento daspropriedades da polpa em comparago a flocos de tananhodiferente ao da largura dos canais de refino

Levlin 19 observou que uma polpa de birch refinada aum baixo valor de CEC apresentava maior variago das

propriedades que uma polpa de Pinus Os resultados indicaramtambdm que a abertura entre os discos de refino para a polpa

742

de birch era sempre a metade ou menor que o da polpa dePinus em fungao da grande tendancia de floculaao dessad1tima

Estudando o efeito da desfloculagao sobre o resultado derefino Hietanen a Ebeling 1 observaram um manor consumo deenergia Para uma polpa softwood desfloculada que uma polpanormal floculada 140 vs 490 kWht para atingir um mesmovalor de indice de tragao Esses resultados indicaram que adesfloculagao resultou em um tratamento mais homogbneoEntretanto polpas de birch floculadas a desfloculadas

apresentaram similar consumo de energia para obter um mesmonivel de indice de tragao 1638 Nesse caso as fibrasflocos tendem a escapar das superficies das laminas para oscanais

O tratamento sobre fibres so invds do tratamento sobreflocos ten sido proposto como alternativa para aumentar aeficiencia do refino a baixa consistfincia 615 1931Entretanto tem sido constatado que o sistema de

desfloculagao afeta ambos o controle do refino a as

propriedades da polpa Aldm disso tambdm tem sido verificadoque apenas 55 a 608 das fibras de uma polpa softwooddesfloculada recebem tratamento durante o refino a baixaconsistancia 638

Essas informag6es de literature revelam que os flocostam grande contribuigao para a otimizagao do refino emboranio esteja claro ainda como o comportamento do refino serelaciona com as caracteristicas dos flocos A avaliagao dediferentes polpas as quais influenciam as caracteristicas eo comportamento dos flocos tem sido tambdm limitada

normalmente a um pequeno ndmero de polpas softwood a birchEstudos recentes 3741 tam demonstrado que diferentes tiposde polpas podem resultar em diferentes respostas de refino

3 Experimental

31 Amostras de Polpa

Todas as amostras usadas nesse estudo sao de polpaskraft branqueadas de mercado produzidas a partir de

diferentes espacies de madeira a em diferentes instalas6esindustriais Foram utilizadas vArias polpas de Eucalyptusgrandis E globulus a de softwood Pinheiro tropicalScandinavian pine a Southern pine

Quatro niveis de misturas entre uma polpa de Eucalyptusgrandis a de Southern pine foram tambAm avaliadas Os niveisusados foram 85 eucalipto158 softwood 508 eucalipto508softwood 258 eucalipto758 softwood a 158 eucalipto858softwood As misturas foram preparadas antes do refinocaracterizando refino da mistura outras polpas de E

qrandis Eglobulus a softwood Spruce a outra polpa TropicalPine a mais um nivel de mistura 758 Egrandis258 SouthernPine foram ainda considerados apenas na avaliagao das

relag6es entre caracteristicas das fibras a dos flocos

758

32 Caracteristicas Morfol6gicas das Fibras

O comprimento m6dio ponderado coarseness e o ndmerode fibras por grams foram determinados no analisador KajaaniFS100

33 Caracteristicas dos Flocos

A revisao de um grande ndmero de estudos 17184254revela a exist6ncia de vdrios m6todos para medic a controlara floculagao de fibras A grande maioria dos m6todos saoconduzidos 8 niveis de consistencia tipicamente usados nacaixa de entrada da miquina Nao existem disponiveis naliteratura mdtodos para a caracterizagao de flocos em niveisde consistencia normalmente usados no refino 2 a 6t

Atualmente 6 bem estabelecido que a consistencia afeta afloculagao das fibras Portanto como a consistencia de

refino 6 muito superior 8 da caixa de entrada para obter umamaior compreensao da influ6ncia das caracteristicas dos

flocos sobre a agao do refino 6 fundamental que essas sejamdeterminadas na consistencia de refino

Para medir as caracteristicas dos flocos a suspensao depolpa nao refinada foi preparada na mesma consistencia dorefino 5 t usando aqua deionizada ajustando o pH dasuspensao para 55 e a temperatura para 25 Ap6s completahomogeneizagao Norma SCAN uma amostra representativa dasuspensao foi transferida para uma place de petri Os flocosforam amostrados um a um em condigao estdtica puxandoos dasuspensao pelas fibras superficiais com uma pings Esse

procedimento baseado no mdtodo de Soszynski et alii 51foi realizado inicialmente sob lupa para certificarse queapenas um floco era amostrado de cada vez

O valor mddio do volume densidade ndmero de flocos porgrama ndmero de fibras por floco a do diametro de cads flocofoi obtido para um conjunto de 30 medig6es com 50 flocos emcada uma total de 1500 flocos

O volume de cada floco foi determinado pelo mdtodo dabalanga hidrostgtica o qual considera que o volume de umcorpo 6 igual ao peso de Sgua deslocado Adaptouse umamontagem similar a apresentada na norma TAPPI T258 os76para permitir pesagens analiticas

Ap6s a determinadoo do volume dos flocos a suspensaoproveniente de 50 flocos foi filtrada com recirculagao definos a seca em estufa atd peso constante O peso de cadafloco foi calculado dividindose o peso total por 50

O diametro de cada floco foi calculado assumindose quecada floco apresentase sob forma esfdrica Ease critdrio foiadotado ap6s comprovagao desse formato atravds de sucessivasmedig6es em microsc6pio 6tico acoplado a um analisador deimagens

O nilmero de flocos por grams foi calculado atravds doinverso do peso m6dio de cada floco Esse critbrio foi

adotado apds constatar atravds de indmeras medig6es que ao

tdrmino da amostragem de todos os flocos presentes em umaplace suspensao a 53 nao havia fibras residuoremanescentes

Finalmente o ndmero de fibras por grama foi obtidopassandose a suspensao de fibres de 50 flocos peloanalisador automdtico de fibras Kajaani

34 Teste de Papel

As folhas para testes foram preparadas condicionadas etestadas conforme normas SCAN

35 Ref ino

As curvas de refino foram conduzidas em instalapaopiloto equipada com um refinador de 12 polegadas motor de55 kW bomba de deslocamento positivo a qual permits um bomcontrole da vazao pelo refinador a vdlvulas de controleautomdtico

As amostras de polpas todas na forma de fardos ap6ssecagem industrial foram desagregadas a 5 de consistenciaem dgua desmineralizada dureza total menor que 001 g

CaCOm3 condutividade 006 micro Sm pH 86 a valoressilica a de s6dio menor que 002 gm Foram refinadas 5polpas de E grandis 6 de E globulus 3 de softwood e 4niveis de mistura embora as caracteristicas dos flocos

tenham sido determinadas para vdrias outras polpas

A suspensao foi homogeneizada circulandoa pelorefinador com os discos totalmente afastados durante 5

minutos Durante esse periodo mediuse a potdncia em vazio eamostrouse a polpa nao refinada

As curvas de refino foram conduzidas a um valor

constante de carga especifica de corte 05 Wsm O niveldesejado de energia especifica de refino foi obtido atravdsde refino em um dnico passe variando a vazao de suspensao eajustando a abertura dos discos para atingir o valor desejadode potdncia outras varidveis experimentais usadas sao

reportadas abaixo

V14VOia oparaDlonala a Yaflno

CYC CD1I4lYCIA l A Dra L U AYOULO IY PDl VAAIO

YaY t CAD 6fIYO LAYIYAD LAYIY fAYAIa OD09X A 100 fpY

CPY Y Y bHV Y

05 5 1300 3x35 3 6 79 0624 10

4 Resultados a Discussao

Esse estudo foi desenvolvido com o objetivo de

identificar as principais relag6es entre as caracteristicasdos flocos e o desenvolvimento das propriedades da polpa como refino

0 experimental considerou vdrias caracteristicas dos

flocos volume densidade dilmetro ndmero de flocos porgrama a ndmero de fibres por floco a tambdm vdrias

propriedades da polpa indice de trarao densidade aparenteresist@ncia ao arGurley a coeficiente de espalhamento deluz

As caracteristicas dos flocos foram relacionadas com avariagdo desenvolvimento das propriedades da polpa com orefino ou seja o valor da propriedade da polpa refinada com60 kWht de energia especifica Atil diminuido do valor dapropriedade da polpa ndo refinada

41 Caracterisitcas dos Flocos vs Propriedades das Fibras

As polpas de eucalipto a softwood apresentaram tabela1 uma mesma faixa de variagao para o ndmero de fibras porfloco 5800 a 10100 enquanto que as misturas de polpasapresentaram diferengas significativas pars essa

caracteristica dos flocos

O aumento do teor de fibres longas na mistura entre 15e 85 aumentou cons ideravelmente o ndmero de fibras porfloco 8000 para 22000 Tal fato deve estar relacionado coma maior capacidade de entrelagamento entre fibras da polpasoftwood fibras longas a flexiveis proporcionando maiorretengio das fibras curtas a rigidas de eucalipto Como fl000

Tabela 1 Caracteristicas dos Flocos Polpas Nao Refinadas

Volume Difimetro Densidade Ndmero NdmeroAmostras Flocos Flocos Flocos Flocos Fibras

mm mm ugmm Grama Floco

Eucalyptus grandis

85 Eucal15Softwood

A 79 25 505 2600 5816

B 72 24 511 2792 8000

C 78 25 460 2813 7500

D 78 25 487 2649 7590

E 68 23 515 2914 7718

Eucalyptus globulusF 68 23 510 2941 6781

G 71 24 509 2844 8684

H 82 25 500 2512 7651

1 83 25 472 2584 7052

J 80 25 462 2715 6814

K 68 23 522 2857 8316

Polpas SoftwoodTropical Pine 746 52 439 310 6990

Southern Pine 590 48 449 377 9078

Scandinavian Pine 461 44 457 482 10146

Kisturas de Polpas85 Eucal15Softwood 129 30 451 1748 7841

50 Eucal50Softwood 412 43 430 569 18822

25 Eucal75Softwood 779 53 422 307 20628

15Eucal85Softwood 916 56 420 257 22434

EucalE grandis Amostra A SoftwoodSouthern Pine753

Os resultados ilustrados nas figure 1 a 3 mostram queexiste interdependencia entre as caracteristicas dos flocosObservase que os flocos de maior volume sao os mais densoscom maior ndmero de fibras a aparecem em menor ndmero porgrama de polpa

Esses resultados permitiram que pare a sequencia dotrabalho fosse escolhida uma dnica caracteristica dos flocospare ser relacionada com o desenvolvimento das propriedadesda polpa com o refino Optouse pelo volume dos flocos porser um parametro de mais fAcil medida a que deve serelacionar com as seguintes caracteristicas do refino a aespessura da manta de polpa entre as superficies de refinob tempo de retenpao dos flocos no interior do refinador co ndmero de impactos a d com a heterogeneidade do

tratamento

Os resultados da tabela 1 mostram tamb6m que os flocosde polpas softwood sao vdrias vezes mais volumosos que osflocos de polpas de eucalipto confirmando o pequeno ndmerode informag6es de literatura atualmente disponivel 848505456 Esses resultados contribuem ainda pars explicarporque as polpas softwood apresentaram maiores valores devolume terminal que as polpas hardwood especialmente oeucalipto em estudo anterior 39

A grande diferenga para os valores de volume dos flocosentre as polpas estudadas deve estar relacionadaprincipalmente com as propriedades das fibras as quaisapresentaram tamb6m grandes diferengas entre as polpasavaliadas tabela 2

As caracteristicas dos flocos sob turbulencia forgas decompressao a de cisalhamento 6 provavelmente afetado tamb6mpela quimica de superficie das fibras a pelas caracteristicasfisicoquimicas da Agua 9 importante ressaltar que nesseestudo tanto a turbulencia quanto a caracteristicas da Aquautilizada na obtenpao dos flocos foram mantidas constantesCertamente as caracteristicas dos flocos aqui apresentadasestao longe de predizer o comportamento dos flocos sobcondig6es dinamicas 3145 mas elas proporcionaminformag6es adicionais nao avaliadas em outros determinag6esde polpa conforme sere discutido posteriormente

De acordo com informag6es recentes de literatura

4855 a interagao mecanica entre fibras 6 o principalfator responsdvel pela tendencia de floculagao das fibrasatualmemte bem aceito tamb6m que a interagao entre fibrasdepende da consistencia do comprimento a do coarseness dasfibras conforme resumido por Kerekes 48 no seguinte modelomatemAtico denominado de crowding factor N

5 Cm LN a

W

Nndmero de fibras que ocupam ometro igual ao comprimento das

Cmconsistencia da suspensaoLcomprimento das fibras mWcoarseness das fibras kgm

em que

volume de uma esfera de difibras

7SI

DENSIDADE FLOCOS

54

52

50

48

46

44

42

un an an

VS VOLUME FLOCOS

fM3

p EucV O 0KEprldyd0718atlwn PYr

Sotwoo 0ESIUTA M SmA wn Prr

WEpwBBaAMmPYw 10EpWKUSoWwnPiro

Fl9ure 1 PAhmb adds a Dwakl ds doe Rom nImdoe Floods

i

111

1 11

111

111

11

a

Ep WaWSwAmnPYM

806woob IIS1 EWmk 8 SaNrm PYwWEW8BaOm tm 18E4 fto

AWjm 2 RelaW erltre o NO w o de F blas por Flood oVokmrw dos Fboos

No FLOCOS POR GRAMA VS VOLUME FLOCOSNo 93500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0 0 20 40 60 80 mr13 100Eucdyp0ar prld

IO SoEpaM18oSml PYw

0 Euc Sew25ESIrWMSaN PYwnw

WEpn5SouVnrnPkw 18EpWllW S0UllWmPM

an An 1M

Kerekes concluiu que o valor de N reflete diretamente ondmero de pontos de contato entre fibras de uma folha formadaaleatoriamente Assim a habilidade das fibras para formarflocos com diferentes caracteristicas aumenta com o valor deN

Certamente as curtas a rigidas fibras de eucalipto tfimmuito maior dificuldade de formar flocos coesos o quecontribui para excelentes carcteristicas de formagdo que aslongas a flexiveis fibras de polpas softwood especialmenteem baixos niveis de consist@ncia

Tabela 2 Caracteristicas Morfol6gicasPolpas Nio refinadassaaaxxxzaaaxaxccxaxxxxaxzxaxsxxazzaaazaaxaxazz

Comprimento Coarseness Ndmero Fibras

Amostras Ponderado Fibras Por Grama

Fibras mm mgloom MilhAo

Eucalyptus grandisA 067 89 205B 067 87 204C 067 89 200D 067 86 206E 063 84 219

Eucalyptus globulusF

G

H

I

J

K

Polpas SoftwoodTropical PineSouthern PineScandinavian Pine

Misturas de Polpas

066 97 187059 85 245064 82 232073 84 194

069 83 215075 84 184

246 394 16270 265 26

213 183 42

85Eucalipto15Softwood 075 133 148

50Eucalipto50 Softwood 113 184 99

25Eucalipto75Softwood 161 216 78

153Eucalipto85Softwood 220 291 40

EucalitpoEgrandisAmostra ASoftwoodSouthern Pine

O ndmero de fibras por grama 6 uma propriedade compostscalculada a partir do inverso do comprimento x coarsenessdas fibras Esse pardmetro 6 atualmente fScil a rapidamentemedido atrav6s de medidores autom8ticos de fibras Conformedemonstrado recentemente 5659 o ndmero de fibras porgrama tem uma contribuigao significativa sobre as

propriedades do papal que dependem fundamentalmente do ndmerode ligaQ6es entre fibras a tamb4m do ndmero de interfacesfibraar

Introduzindo o ndmero de fibras por grama no modelo deKerekes tornase entao possivel relacionar o ndmero de

fibras que ocupam o volume de uma esfera de difimetro igual aocomprimento das fibras N con a consistencia Cmcomprimento L e o mSmero de fibras por grams NF deacordo com a seguinte expressao

N a5CmL

Una vez que nesse estudo a consistencia foi mantidaconstante 5 as alterag6es nas caracteristicas dos flocossao devidas principalmente 8s diferengas nos valores docomprimento a do nilmero de fibras por grama das polpasavaliadas

Portanto a partir dessas derivag6es esperase que ondmero de pontos de contato entre fibras a entao o volumedos flocos aumentem proporcionalmente com o cubo do

comprimento x o ndmero de fibras por grama Os resultadosilustrados na figura 4 confirmam o aumento do volume dosflocos com o cubo do comprimento x o ndmero de fibras porgrama Entretanto verificase tamb6m figuras 5 e 6 que ocomprimento e o ndmero de fibras por grama isoladamente temmaior contribuigao maiores niveis de R a F que a interagaoentre elas

Os resultados ilustrados na figura 5 mostram conformeesperado que o tamanho dos flocos tem relagao direta com ocomprimento des fibras Fibras de maior comprimento e

consequentemente com maior capacidade de entrelagamentoformam flocos mais volumosos que as fibras de menor

comprimento

Por outro lado figura 6 polpas com maior ndmero defibras por grama menor comprimento de fibras x coarseness

apresentam flocos menores que polp com pequeno ndmero defibras por grama Os valores de R e de F figuras 5 e 6mostram tambem que o ndmero de fibras por grama ten maiorcontribuigao sobre o volume dos flocos que o comprimento dasfibras

A estreita relagao entre o ndmero de fibras por grama eo volume dos flocos a uma forte indicagao de que a

metodologia de medigao do volume dos flocos utilizada nesseestudo a qual a facilmente aplicavel 6 satisfat6ria para oestagio atual podendo tornarse uma importante ferramenta naaplicagao de uma abordagem mais fundamental para entender aagao de refino a otimizar o processo conforms serd discutidoabaixo

42 Caracteristicas dos Flocos vs Respostas de Refino

Os efeitos basicos do refino sao atualmente ben

estabelecidos fibrilagao corte das fibras formagao definos hidratagao da parede celular e a flexibilizagao dasfibras a podem ser direta ou indiretamente medidos

757

VOLUME FLOCOS VS I No FIBRAS g X COMPRIMENTO 3MM3

Euedpb O WEWw4W50Smwrn

PYw8FW 26FWwWWM BoWhem P

75 EQ

M

0 7l SmAhwn Fkw 16 Epw4Oft Sou6wn Ptw

t

VOLUME FLOCOS VS COMPRIMENTO FIBRAS

100

75

500

25

QF 1n30

D5 1 15 2 25 m 3

EEucYpim O 60EpwWbMSwwnPkw

66Egwl 5Sou6wnPWO 26Epwq76SoulMmPM075EWWMWA16Sou6rmPM 16EprwW66SouftmPWG

5

4

3

2

1

In VOLUME FLOCOS VS No FIBRAS g

Iluum

7S

E Pb O 60EprwWWW SaA1wn Pt1

66Egrw1Ay15 Soudl@m PkwEms Sou6lwn PM

0 75Eprn1As25SOLA wn PYr 16EWwIdN66 Boutllwn PM

r

o

o

T091 F 286n30e 4 6 12 16 20 24 2

313439406062

Os resultados apresentados na tabela 3 mostram que aspolpas avaliadas apresentam diferentes propriedades tanto noestado nao refinado a tambdm ap6s a aplicagao de 60 kWht deenergia Tatil Nesse estudo denominouse de variagao

desenvolvimento da propriedade ao resultado obtido entre o

valor da propriedade a 60 kWht de energia dtil menos o valorpara da propriedade da polpa nao refinada

Optouse por apresentar apenas a relagao entre o valorobtido para a variagao do indice de tragao com o volume dosflocos em fungao da grande massa de dados obtida nesseestudo e principalmente por ser uma das propriedades degrande demands para a obtengao de v8rios tipos de papdis

Os resultados ilustrados nas figures 7 e 8 indicamcomportamentos de refino distintos entre as polpas de

eucalipto a softwood Para as polpas de sucalipto observasefigura 7 que a variagao do indice de tragao aumentou com ovolume dos flocos enquanto que Para as polpas softwoodfigura 8 a variagao do indice de tragao diminuiu com oaumento do volume dos flocos

Tbsl 1 P Opris dw 6 Polps MSO kstlne0s Mstlns0s 6o kMht Os Mnr91 Otll

InMlas Tr96o aannaisSS Aprsnts kkslstsn0l AAr9Yrlsy

AMOStru MMs9 MM93 ss100 M1

O kWbt 660 krbt OO k t 660 kubt

ooss

MYC61yDt a pdi6

A 1175 6610 5501 6690 007 660

6 2267 6650 5536 6612 117 442

0 1150 5500 6619 6630 116 1136

D 2296 5576 5563 665s 223 2222

t 1128 3377 3320 6607 116 DD6

Muelystu alobYlus

T 2244 3377 5507 5545 007 117

O 1144 4401 5531 6606 116 446

M 2299 6690 5559 6662 119 1175

1 1178 5550 4496 5590 007 sso

J 1157 5510 5514 6605 008 550

M 2243 4430 5505 5556 OO5 221

P Ipan 69ttroo0

T Opiel pins 1150 2280 5502 557S 003 006

69Ytbsrn Pi 1177 4410 6674 DDDS 001 110

S ndlnvin Pins 1184 SSOO 5517 6615 OOS 225

Mlsturss M Pola

66MUe1lbssoftroo0 2248 5500 5530 6626 118 1166

60stOC150t5olCY000 2223 4460 4497 5580 OO 557

566YC6175t8ottro00 2224 4450 4495 5575 005 330

1DoxU 1 458sOltYoP 2204 4420 llso 5560 003 220

R SrndIA Aostr A Softroo0 60Ythsrn Pins

7S9

Nmg

35

30j

25

20

15

10 165 7 75 8

mm385

Figura 7 Efeito do Volume de Flocos sobre o Desenvolvimento doIndice de Tragao Durante o Refino de Polpas de Eucalipto

A

IND TRAQAO VS VOLU

VARIAQAO TRAQAO A 60 kWhtNmg

An

35

30

25

20

15

10

IND TRAAO VS VOLUME FLOCOSVARIAQAO TRAQAO A 60 kWht TRAQAO A 0 kWht

540

dis

Lulus

VIE FLOCOS

TRAQAO A 0 kWht

Scandinavian Pine

A Southern Pine

Tropica Pine

50 60 70 mm380

Figura 8 Efeito do Volume de Flocos sobre o Desenvolvimento doIndice de Tragao Durante o Refino para Polpas Softwood

Conforme comentado anteriormente as polpas de eucaliptoapresentaram elevado ndmero de flocosg com pequenovolumediametro comparativamente ds polpas softwood Para aspolpas de eucalipto os flocos apresentaram volume COOdiametro m6dio 6 inferior largura das laminas a dos canaisdos discos 25 mm vs 3 mm Nesse caso o aumento do volumedos flocos deve significar um aumento da espessura da mantade polpa entre as superficies de refino menor quantidade defibrasflocos que atravessam pelos canais sem receber

tratamento e consequentemente maior quantidade de

fibrasflocos que recebem tratamento durante o refino

Para as polpas softwood os flocos apresentaram diAmetromddio 6 maior que a largura das lflminas a dos canais derefino 48 mm vs 3 mm Nesse caso o aumento da espessurada manta entre as superficies de refino com o aumento dovolume dos flocos deve contribuir para uma grande dissipagaode energia com consequente redugao na efici6ncia do

tratamento conforme demonstrado por Steenberg 36

Esses resultados estao tambdm de acordo com muitos

estudos recentes Lumiainem 529 constatou que flocos depolpas softwood apresentaram partes muito refinadas enquantooutras partes de um mesmo floco nao apresentavam nenhumtratamento Ele concluiu que o refino de polpas softwood comflocos maiores que a largura das lflminas 6 muito heterogneoo que contribui Para entender melhor os resultados aquiapresentados

De acordo com Hietanen 38 quando os canais dos discossao maiores que o comprimento das fibras diretamenterelacionado com o tamanho dos flocos ocorrem fluxos defibras no interior dos canais resultando em pouco ou nenhumtratamento sobre a polpa Arjas 37 concluiu que a largurados canais a das lflminas nao precisam ser maior que ocomprimento das fibras estreitamente relacionado con otamanho dos flocos

Hietanen a Ebeling 1 observaram que uma polpa softwooddesfloculada apresentou menor consumo de energia especificade refino Para atingir um mesmo valor de indice de tragao quea mesma polpa normal nao desfloculada em fungao dadispersao de fibras resultar em um tratamento mais homog6neoque o da polpa floculada Entretanto polpas de birch normale desfloculada apresentaram similares consumos de energia derefino 1738 indicando que as fibras flocos tendem aescapar pelos canais dos discos 38

De acordo com Arjas 6364 para obter tratamento maishomogdneo a distribuigao do tempo de retengao da polpaflocos no interior do refinador deve ser a mais estreitapossivel porque flocos com menor tempo de retengao menorvolume recebem menos tratamento que flocos com maior tempode retengao maior volume

Conforms comentado anteriormente os flocos de eucaliptosao menores que os de softwood O aumento no volume dosflocos de eucalipto deve contribuir Para aumentar a

espessura da manta de polpa entre as superficies de refino otempo de retengao dos flocos no interior dos discos ndmero

761

de impactos e a abertura entre os discos reduzindo a

gNantidade de fibras que fluem pelos canais sem recebertratamento193637396364

Nesse estudo o aumento do volume dos flocos de eucaliptosignificou tambdm que o diametro dos flocos se aproximou dalargura das lfiminas a dos canais dos discos 3 mm o que deacordo com informag6es de literatura citadas acima contribuipara uma maior eficiencia do tratamento aqui verificada peloaumento da variagao do indice de tragao com a energiaespecifica aplicada figura 7

Os resultados apresentados estao tamb6m de acordo com arecente teoria de Kerekes 28 cujo modelo matemdtico

considera que o tamanho dos flocos tem um importantecontribuigao para determinar o ndmero de impactos das lfiminasde refino sobre os flocos

A menor variagao do indice de tragio para as polpassoftwood com flocos mais volumosos 6 uma possivel explicagaopara o use industrial de maiores valores de carga especificade corte a discos com lfiminas a canais mais largos que osnormalmente utilizados para as polpas de eucalipto

Da mesma forma que verificado para as polpas deeucalipto figura 7 os resultados ilustrados na figura 8para polpas softwood sugerem tamb6m que maior variagao parao indice de tragao 6 obtida para polpas com flocos de volumecujo diametro tabela 1 6 similar largura das laminas edos canais dos discos de refino Essa tendencia 6 mais

facilmente visualizada na figura 9 na qual sao ilustrados osvalores da variagao do indice de tragao com o volume dosflocos para as polpas de eucalipto a softwood Observase queos valores de variagao do indice de tragao tendem a ummdximo o qual parece corresponder a valores de volume dosflocos ca 12 mm cujo diametro ca 3 mm se aproxima dalargura das laminas a canais do disco utilizado nesse estudo

Como primeira tentativa para checar essa hip6teseaplicouse o mesmo experimental utilizado para as polpas deeucalipto a softwood no refino de misturas de polpas puras deE grandis Amostra A a Southern Pine Os resultados

ilustrados na figura 10 na qual sao considerados valorespara quatro niveis de misturas a tambdm os valores obtidospara as polpas puras confirmam a hipbtese apresentadaanteriormente Ou seja para todas as polpas a niveis demistura aqui avaliados obtevese maior desenvolvimento parao indice de tragao com a energia especifica dtil aplicadaquando os flocos apresentaram volume cujo diametro foisimilar largura das laminas a dos canais do disco

0 modelo proposto acima para explicar o desenvolvimentodo indice de tragao com o refino o qual 6 tamb6m vdlido paraoutras importantes propriedades do papel como a densidadeaparente e a resistencia ao arGurley tabela 3 indica queo tamanho dos flocos 6 um parametro fundamental para aotimizagao do processo especialmente quando o objetivo 6 aredugao da energia de refino Entretanto esse modelo 6 aindaobjeto de estudos mais detalhados incluindo principalmentediscos com diferentes configurag6es

IND TRAQAO VS VOLUME FLOCOSVARIAq TRAQAO A 60 kWhA TRA A 0 kWht

Nmg35

30

25

20

15

100 20 40 60 80mm3

FO Eucaliptos Softwoods

Figura 9 Efeito do Volume de Flocos sobre o Desenvolvimento doIndice de Tragao Durante o Refino de Diferentes Polpas deEucalipto a Softwood

IND TRAQAO VS VOLUME FLOCOSVARIAQAO TRAC A 60 kWhA TRAQAO A 0 kWht

Nmg27

26

25

24

23

22

21LV LV w vv w

mm3

0 EUOPtus grandis a 50Egrandis50 Southem PineSouthern Pine 0 25Egrandis75Southern Pine

A 85Egrandis15 Southern Pine 15Egrandie85Souwm Pine

MA

0

T rfai Fii

Figure 10 Efeito do Volume de Flocos sobre o Desenvolvimento doIndice de Tragao Durante o Refino pars Polpas Puras eMich arroc Ai Dninnc ftc F11PAIintn A Aftwnnd

5 Conclus6es

Resultados originais para caracteristicas dos flocosvolume densidade didmetro ndmero de flocosg a ndmero defibras por floco a as sues relag6es com as propriedades dasfibras a tamb6m com o desenvolvimento das propriedades dapolpa com o refino foram discutidas nesse estudo d luz dasmais recentes teorias sobre refino as quais revelam quefloco de fibras 6 a entidade b8sica que recebe tratamento abaixa consistencia

O volume dos flocos o qual 6 facilmente medido atrav6sdo mdtodo da balanga hidrostgtica mostrouse fortemente

correlacionado com o comprimento de fibras e principalmentecom o ndmero de fibras por grama

Todas as polpas avaliadas apresentaram grande diferenganos valores de volume dos flocos cujos di8metros forammenores que 25 mm para as polpas de eucalipto entre 44 a52 mm para as polpas softwood a entre 30 a 56 mm para asmisturas de polpas

Os resultados mostraram que as polpas com flocos detamanho similar A largura das lfiminas a dos canais dos discos3mm apresentaram maiores evolug6es das propriedades com aenergia especifica aplicada Essa abordagem embora sejaainda objeto de estudos mais detalhados confirma a

importfincia das caracteristicas da entidade b3sica que recebeimpactos durante o refino na busca de uma maior otimizagHodo processo

6 Literatura Citada

O1 HIETANEN S and EBELING K Control of Heterogeneityof the Refining Action IN INTERNATION CONFERENCE

ADVANCES IN REFINING TECHNOLOGIES PIRA ENGLAND

1986 Vol 1 pl27

02 HIETANEN S and EBELING K Heterogeneity in RefiningAction Effects on Fiber and Paper Structure IN

1983 INTERNATIONAL PAPER PHYSICS CONFERENCE TAPPIAtlanta 1983 p2739

03STATIONWOLA MI ATACK D and KARNIS S Distributionand Motion of Pulp Fibers on Refiner Bar Surface IN73TH ANNUAL CPPA MEETING Toronto 1991 p183

04 ATACK D STATIONWALA MI HUUSARI E AHLQUIST PFONTEBASSO J and PERKOLA M Papperi Ja Puu 6 6891989

05 LUMIAINEM J PPI August 46 1990

06 HIETANEN S and EBELING K Paperi Ja Puu 7221581990

07 HIETANEN S and EBELING K Paperi Ja Puu 7221721990

08 JACKELIN G Prepared Contribution IN 13TH

FUNDAMENTAL RESEARCH SYMPOSIUM BY BOLAN Ed CambridgeLondon 1966 p299

09 WAGLE DG LEE CW and BRODLEY R S Tappi 718137 1988

10 STEEMBERG B Contribution to Discussion IN SYMPOSIUMON BEATING BY BOLAM Ed Cambridge 1957 p229240

11 RITY N and ARJAS A Paperi Ja Puu 51169 1969

12 PAGE DH KOSKY J and BOOTH D BPBIRA Bulletin

2815 1962

13 HIETANEN S Paperi Ja Puu 729874 1990

14 HIETANEN S Paperi Ja Puu 72 10 952 1990

15 HIETANEN S Paperi Ja Puu 73152 1991

16 HIETANEN S Paperi Ja Puu 732141 1991

17 WAGBERG L Svensk Papperstid 6R48 1985

18 RAIJ U and WARREN D Svensk Papperstid 67151861964

19 LEVLIN J E Sone Differences in the Beating Behavior ofSoftwood and Hardwood Kraft Pulp INFUNDAMENTALS

CONCEPTS OF REFINING Appleton 1980

20 BRECHT W Tappi 50840A 1967

21 DANFORTH DH Southern Pulp and Paper Wanufacture

32752 1969

22 LEIDER PJ and NISSAN AH Tappi 601085 1977

23 LEIDER PJ and NISSAN AH Tappi 61891 1978

24 PYCRAFT C Paper Southern Africa 6JanFeb 1986

25 EVANS BE and BAKER CF Experience With a PilotRefiner Wiggins Teape RD 1979

26 JORRIS G Revue ATIP40105071986

27 KARTOVAARA I Tappi 618901978

28 KEREKES R J Nordic Pulp and Paper Research Journal13 1991

29 LUMIAINEN J A New Approach to the Critical FactorsA

Effecting Refining Intensity and Refining Results inLowConsistency Refining IN EUCEPA MEETING

Stockholm 1990

30 CLARA SD KEREKES RJ and MARTINEZ M Applicationof the C factor to characterise Pulp Refiner INPROCEEDINGS OF CURRENT AND FUTURE TECHNOLOGIES OF

REFINING PIRA Londres 1991

31 EBELING K A Critical Review of Current Theories for

the Refining of Chemical Pulps IN SYMPOSIUM OF

FUNDAMENTAL CONCEPTS OF REFINING Appleton 1980 pl33

32 BANKS WA Paper Technology 84363 1967

33 FOX TS BRODKEY RS NISSAN A H Tappi 623551979

34 PAGE D H The Beating of Chemical Pulps The Acctionand the Effects IN PAPERMAKING RAW MATERIALS 8TH

FUNDAMENTAL RESEARCH SYMPOSIUM BY PUNTON Ed Oxford1989 pl39

35 FOX T S Inside a Disck Refiner IN SYMPOSIUM OF

FUNDAMENTAL CONCEPTS OF REFINING Appleton 1980

p281313

36 STEENBERG B K A Model of Refining as a Special Case ofMilling IN FUNDAMENTAL CONCEPTS OF REFINING

Appleton 1980 p107

37 ARJAS A Constant Versus Variable Rotational SpeedDuring the Refining Process and the AdaptSet SystemIN FUNDAMENTAL CONCEPTS OF REFINING Appleton 1980p264

38 HIETANEN S Paperi Ja Puu 733249 1991

39 MANFREDI V and CLAUDIODASILVA JR E RefiningOperational Variables vs Raw Materials IN PIRA

INTERNATIONAL CONFERENCE ADVANCES IN REFING

TECHNOLOGIES England 1986

40 CLAUDIODASILVA JR E Chemical Pulp Beating Related toFiber Structure Syracuse College of EnvironmentalScience and Forestry 1991 295p PhD Thesis

41 DEMUNER BJ MANFREDI V and CLAUDIO DASILVA JR ERefino de Celulose de Eucalipto Una AndliseFundamental IN XXo CONGRESSO ANUAL DA ABTCP Sao

Paulo Brasil 1989

42 BARCEL E and SHUFFLER E Pulp and Paper Canada

826124 1981

43 KEREKES RJ and GARNER RG Journal of Pulp and PaperScience Transactions of the Techn Sec TR53 1982

44 RAGNAR EK MOLLER Q and NORMAN B Tappi 619491979

45 NORMAN B and WARREN D Svensk Paperstid 75208071972

46 JOKINEN O and Ebeling K Paperi Ja Puu 5317 1985

47 TAKEUCHI N SENDA S NAMBA K and KUWAHARA G

Appita 373223 1983

48 KERERES RJ and SCHELL CJ Characterization of FibreFlocculation Regimes by a Crowding Factor IN 77THCPPA ANNUAL MEETING 1991 pB223

49 SOSZYNSKI R M and KEREKES RJ Nordic Pulp and PaperResearch Journal 4172 1988

50 MELZER DIJ and HEMEL R PTDEZJAN42 1989

51 KAJi H MOMMA K and KATSURA T Fractual Analysis ofFlocculation in Pulp Suspension IN 1991

INTERNATIONAL PAPER PHYSICS CONFERENCE KONA Hawai1991 p291

52 MAYER R and WARREN D Svensk Papperstid 7104321964

53 McKENZIE AW and PROSSER NA Appita 344293 1981

54 HOURANI MJ Tappi 717186 1988

55 KEREKES RJ SOSZYNSKY RM and TAM DOO PA TheFlocculation of Pulp Fibers IN PAPERMAKING RAW

MATERIALS FUNDAMENTAL RESEARCH SYMPOSIUM V Punton

Ed Oxford 1985 p 265

56 CARPIM MA BARRICHELO LEG and CLAUDIODASILVA JRE A InfluAncia do Ndmero de Fibres por Graaa nasPropriedades 6ticas do Papel IN XXO CONGRESSO ANUALDA ABTCP Sao Paulo Brasil 1978 p183

57 CAMPINHOS JR E and CLAUDIODASILVA JR E Developmentof the Eucalyptus Tree of the Future IN ESPRA

MEETING Sevilha 1990

58 DEMUNER BJ VIANNA DORIA EL CLAUDIODASILVA JRE andMANFREDI V The Influence of Eucalypt FiberCharacteristics on Paper Properties IN 1991 PAPERPHYSICS CONFERENCE Kona 1991 p185

59 CLAUDIODASILVA JR E The Flexibility of Pulp FibresA Structural Approach IN PROCEEDINGS OF 1983 PAPERPHYSICS CONFERENCE TAPPI CPPA Cape Cod 1983

60 TAM DOO TA and ATALLA RH Journal of Pulp and Paperscience 15 1J36 1989

61 PLATT WN and ATALLA RH Effects of Refining on the7a7

Molecular Structure An NMR Study of Celulose andWater IN 1983 INTERNATIONAL PAPER PHYSICS

TAPPI HarwichportMA 1983 p59

62 KIBBLEWHITE RP Effects of Pulp Drying and Refining onSoftwood Fibre Wall Structure Organizations IN

FUNDAMENTALS PAPERMAKING Barker Punton Ed 9thFundamental Res Symp Cambridge 1989 voll p105

63 ARJAS A Influence of Residence Time on Pulp PropertiesIN INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON FUNDAMENTAL CONCEPTS

OF REFINING Appleton 1980

64 ARJAS A Residence Time Distributions in Conical

Refiners and Refining Systems INFUNDAMENTALS

CONCEPTS OF REFINING Appleton 1980 p8

7 Agradecimentos

Os autores

Denise BrioschiTrancoso Carloscontribuig6es npreparago desse

agradecem a Gilmar Mattedi Gerson GongalvesOdila de Fgtima RogArio Ferreira ClgudioHorta walker Vesterini a Edna Martins pelas

a obtenpo dos dados experimentais a na

manuscrito