Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1
2297.pdf: 3601446 bytes, checksum: 18879da40e1b0eb6b577ade8b7e1368b (MD5)
Previous issue date: 2009-03-09 / In this work we studied the aluminum electro-dissolution in cellulose pulp from milk and beverage cartons recycling. The objective for this research is to reduce the aluminum particles sizes to values below 300 μm. In the first stage, the process was studied in lab scale using an electrochemical reactor anode made of Titanium recovered with ruthenium oxide (DSA® Ti/Ti0.6Ru0.3O2- De Nora do Brasil) and cathode made of titanium without recovering. In this experiment in lab scale, the electro-dissolution of aluminum presented a first order kinetic reaching 88 to 92% of electrochemical efficiency after 500 minutes. From measurements of particles diameter by
optical microscopy it was possible to calculate the total area occupied by the aluminum particles which was quantified by image efficiency. For the lab experiment the image efficiency reached values between 74 and 88%. This first study was conducted in three current density: 250, 320 and 700 A/m2 and during 60, 180, 480 and 960 minutes. After 60 minutes no particles above 300 μm was detected. In the second stage, a pilot electrochemical reactor was designed taking the lab
reactor parameters and keeping the same material for anode and cathode. This system was evaluated for current densities of 22, 250 and 270 A/m2 during 120 and 420 minutes. The
best result was observed with the application of 250 A/m2 during 420 minutes reaching electrochemical and image efficiency of 60 and 72% respectively. The mechanical resistance for the cellulose pulp was evaluated before and
after the electrochemical treatment and it was noted that it affected the freeness in a positive way. Tear, tensile, burst, zero span tensile index and stretch, if compared to non-treated and refined pulp to the same freeness, presented effects positive or negative depending on the current density applied and the treatment time. However, all the measurements for mechanical properties after the electrochemical treatment are in the acceptable level for paper market. The energy consumption was evaluated for the lab and pilot experiment and optimized industrial conditions were simulated. Based on these simulations and on the
experiments results, we can conclude that a plant that recycles 50 ton per day of milk and beverage cartons needs 655 kW of electric power to treat all the pulp extracted from these packages using the electrochemical process considering that paper represents 75% (w/w) of milk and beverage cartons composition. / Neste trabalho estudou-se a eletrodissolução de alumínio presente em polpa celulósica proveniente da reciclagem de embalagens cartonadas multicamadas, também conhecidas como longa vida, com o objetivo de reduzir o diâmetro das partículas de alumínio para valores abaixo de 300 μm. Em uma primeira etapa, o processo foi estudado em escala de bancada usando um reator eletroquímico com anodo de titânio revestido com óxido de rutênio (DSA® Ti/Ti0.6Ru0.3O2 De Nora do Brasil) e catodo de titânio sem revestimento aplicando
densidades de corrente de 250, 320 e 700 A/m2. Verificou-se nesta etapa que a eletrodissolução ocorre com cinética de primeira ordem atingindo eficiência eletroquímica de 88 a 92 % após 500 minutos de tratamento. A partir de análises de diâmetro das partículas de alumínio na polpa por microscopia óptica foi possível medir a área total ocupada pelas partículas que foi quantificada pela eficiência de imagem que nesta primeira etapa atingiu patamares de 74 a 88%. No estudo em escala de bancada, as amostras de polpa celulósica foram tratadas durante 60, 180, 480 e 960 minutos para as três densidades de corrente estudadas. Pôde-se verificar que após 60 minutos de tratamento não foram detectadas partículas acima de 300 μm. Em uma segunda etapa, um reator piloto foi dimensionado tomando como parâmetros os resultados da etapa em bancada, mantendo-se o mesmo tipo de material para o anodo e catodo. Este sistema foi avaliado para densidades de corrente de 22 , 250 e 270 A/m2 e os tempos de tratamento estudados foram de 120 e 420 minutos. O melhor resultado obtido foi com a aplicação de 250 A/m2 durante 420 minutos que apresentou eficiência eletroquímica e de imagem de 60 e 72% respectivamente. A resistência mecânica da polpa celulósica foi avaliada antes e após o
tratamento eletroquímico e pôde-se perceber que o processo favoreceu o grau de refino. Os índices de rasgo, tração, arrebentamento, tração zero-span e alongamento, se comparados à polpa sem tratamento e refinada até o mesmo grau de refino da polpa tratada, tiveram efeitos ora positivo, ora negativo dependendo da densidade de corrente aplicada e do tempo de tratamento; no entanto, todos os valores obtidos para as propriedades mecânicas após o tratamento eletroquímico estão dentro da faixa aceitável ao mercado.
O consumo de energia foi avaliado tanto no experimento em bancada como no piloto e simulados para condições industriais otimizadas. Baseado nestas simulações e nos resultados obtidos, concluiu-se que uma planta que recicle 50 ton/dia de embalagens cartonadas multicamadas necessita de um potência de 655 kW para tratar por este processo toda a polpa celulósica obtida da reciclagem destas embalagens, considerando que o papel corresponde a 75% do peso da embalagem.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/3865 |
| Date | 09 March 2009 |
| Creators | Neves, Fernando Luiz |
| Contributors | Coury, José Renato |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0027 seconds