Analysis of pulping processes cane sugar bagasse : thermo kynetics studies of the influence of anthraquinone in alkaline treatment

Orientador: Elias Basile TambourgiTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: O bagaço de cana-de-açúcar é um resíduo agrícola que ocupa um lugar de destaque em vários países, pela sua abundância, fácil acessibilidade e baixo custo. No Brasil, estima-se uma produção anual de aproximadamente 140 milhões de toneladas de bagaço sendo que apenas 8,5 milhões de toneladas são convertidas em energia. Dessa forma, mesmo utilizando a maior parte do bagaço como combustível nas próprias destilarias, o excedente é ainda bastante significativo e pode ser empregado na manufatura de produtos de alto valor agregado. Visando o reaproveitamento deste resíduo, o presente trabalho teve como objetivo analisar a influência da antraquinona nos tratamentos alcalinos baseado num estudo termocinético. Foi realizada uma análise de variância (ANOVA) e um planejamento fatorial 23 e os resultados dessas análises mostraram que as melhores condições de tratamento foram obtidas com a polpação alcalina na presença de antraquinona. A influência da antraquinona foi investigada através de análises termogravimétricas (TGA) e métodos quantitativos foram aplicados aos termogramas com o objetivo de determinar a energia de ativação aparente (Ea) referente à degradação térmica do bagaço de cana in natura e do bagaço tratado com soda na presença e ausência de antraquinona. A energia de ativação aparente (Ea) foi calculada usando o método de FLYNN & WALL (ASTM 1641) considerando condições dinâmicas, atmosfera inerte (N2) e taxas de aquecimento 1,2,5 e 10°C/min. O bagaço de cana tratado na melhor condição de polpação apresentou energia de ativação aparente (Ea) mais elevada. Sendo assim, a melhor condição para o bagaço de cana foi obtida na polpação alcalina com 9% de soda e 0,3% de antraquinona durante 3 horas, a qual apresentou quantidade de lignina residual igual a 1,44%, porcentagem de celulose 95% e energia de ativação aparente (Ea) entre 164 e 188 KJ.mol-1, variando de acordo com as taxas de aquecimento analisadasAbstract: Sugarcane bagasse is an agricultural residue highlighted in several countries for its abundance, easy accessibility and low cost. In Brazil, the estimated annual production is approximately 140 million tons of bagasse with only 8,5 million tons are converted into energy. Thus, even using most of the bagasse as fuel in their own distilleries, the overplus is still quite significant and can be used in the manufacture of products with high added value. In order to reuse this waste, this work aimed to compare the processes of soda and organosolv pulping and analyze the influence of anthraquinone in alkaline treatments, since these are the most prominently used in pulp production of high quality. Analysis of variance (ANOVA) and 23 factorial design were performed and results of these analysis showed that the best treatment conditions were obtained with the alkaline pulping with anthraquinone. The influence of anthraquinone was investigated by thermogravimetric analysis (TGA) and quantitative methods were applied to the thernograms in order to determine the apparent activation energy (Ea) on the thermal degradation of sugar cane bagasse and treated with soda in presence and absence anthraquinone. The apparent activation energy (Ea) was calculated using the FLYNN & WALL (ASTM 1641) method considering dynamic conditions, inert atmosphere (N2) and heating rates 1,2,5 and 10°C/min. The treated bagasse by the best condition pulping showed apparent activation energy (Ea) higher. Thus, the best condition for bagasse alkaline pulping was obtained with 9% sodium hydroxide and 0,3% anthraquinone for 3 hours, which exhibited amount of residual lignin 1,166%, cellulose contents 92,54% and apparent activation energy (Ea) ranging with the heating rates between 164 and 188KJ.mol-1DoutoradoDoutora em Engenharia Quimic