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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.88.2013.tde-11042013-165246
Document
Author
Full name
Bárbara Branquinho Duarte
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2013
Supervisor
Committee
Curvelo, Antonio Aprigio da Silva (President)
Gõmez, Edgardo Olivares
Sansígolo, Cláudio Angeli
Title in Portuguese
Processo de polpação aplicado às frações interna e externa do bagaço de cana-de-açúcar
Keywords in Portuguese
Biomassa
Cana-de-açúcar
Colmo
Fracionamento
Polpação
Sacarose
Abstract in Portuguese
A produção de etanol de primeira geração já está consolidada em nosso país e a crescente necessidade de aumento de produção tem movimentado pesquisadores da academia e da indústria em direção ao desenvolvimento da tecnologia de etanol de segunda geração a partir do aproveitamento do bagaço e da palha de cana-de-açúcar. O colmo da cana-de-açúcar é constituído de feixes fibrovasculares dispersos em tecido parenquimatoso e envolvido em sua parte externa pela casca. Embora esteja concentrada no tecido parenquimatoso, a extração do caldo é realizada a partir do esmagamento de todo o colmo. Este processo exige o emprego de maiores pressões de esmagamento e fornece um material (bagaço) bastante heterogêneo que dificulta a possível separação das frações fibra e medula. Visando a obtenção de frações mais homogêneas, bem como facilitação do processo de extração, este trabalho propõe a separação prévia das frações externas (casca) e internas (miolo) da cana-de-açúcar e posterior tratamento das mesmas por processos de deslignificação (polpação). A produção das amostras foi realizada a partir de colmos de cana-de-açúcar pela produção de discos de um centímetro de espessura, cortados perpendicularmente à direção do crescimento. A partir dos discos e empregando punções de diferentes diâmetros foram produzidos anéis externos (casca) e discos internos (miolo) com diferentes espessuras/diâmetros. Cada um dos anéis/discos foi esmagado em prensa hidráulica e as frações resultantes submetidas a dois processos de polpação (Soda e Organossolve). O caldo obtido pelo esmagamento das diferentes frações foi analisado quanto ao volume produzido, concentração de açúcares e presença de extrativos. A prensagem das frações miolo permite a recuperação de um caldo mais claro e na mesma quantidade que a obtida da prensagem da fração integral. A fração casca concentra os extrativos (principalmente ceras) e apresenta baixo teor de umidade (da ordem de 40%) quando comparado às frações integral e miolo. A polpação soda foi realizada a 160°C durante 60 minutos e a polpação organossolve a 190°C durante 150 minutos. Nestas condições, a polpação Soda preservou em maior extensão as hemiceluloses e, como consequência, produziu polpas com maiores rendimentos quando comparado com o processo Organossolve. As polpas obtidas das frações casca e das frações miolo, apresentaram, respectivamente, as maiores e as menores concentrações de lignina residual. A separação prévia das frações casca e miolo podem levar a economia no processo de obtenção de etanol de 1ª geração. Os resíduos da prensagem (bagaço fracionado) podem se constituir de substratos mais adequados para aproveitamento da fração fibrosa (casca) e para produção de etanol de 2ª geração (a partir da fração miolo).
Title in English
Pulping process applied to internal and external fractions of bagasse from sugarcane
Keywords in English
Biomass
Culm
Fractionation
Pulping
Sucrose
Sugarcane
Abstract in English
The production of first generation ethanol is already consolidated in our country and the growing need for increased production has moved researchers from academia and industry toward the development of technology for second generation ethanol from sugarcane bagasse and straw. The stalk of sugarcane consists of fibrovascular bundles dispersed parenchymal tissue and involved in their outer hulls. Although concentrated in parenchymal tissue, the extraction of the juice is made from the crushing of the whole stalk. This process requires the use of high pressures and provides a crushed material (bagasse) that is quite heterogeneous and difficults the separation of the fiber and pith fractions. In order to obtain more homogeneous fractions as well as facilitation of the extraction process, this work proposes the previous separation of the external (rings) and internal fractions (core) of sugarcane and the subsequent treatment of the fractions by using delignification (pulping) processes. The production of the samples was made from stalks of raw sugarcane by cutting discs of about one centimeter thick, perpendicular to the direction of growth. The external layer (rings) were separated from the internal one (disks) by using punches with different diameters. Each of the rings/disks were crushed in a hydraulic press and the resulting fractions were submitted to two pulping processes (Soda and Organosolv). The juice obtained by crushing the different fractions was analyzed by determining the volume produced, sugar concentration and presence of extractives. The pressing of the disks allows the recovery of a lighter juice and the same volume as the obtained from the integral fraction (whole stalk). The bark fraction concentrates the extractives (mainly waxes) and has a low moisture content (around 40%) when compared to the integral and disk fractions. The soda pulping was carried out at 160°C for 60 minutes and the organosolv pulping at 190°C for 150 minutes. Under these conditions, soda pulping preserved in a greater extent the hemicelluloses and as a consequence, produced pulps with higher yield when compared to the organosolv process. Pulps obtained from the bark and core fractions showed, respectively, the higher and lower concentrations of residual lignin. The previous separation of the bark and core fractions can lead to savings in the process of obtaining first generation ethanol. The residue from the crushings (fractionated bagasse) may be more appropriate to valorize the fiber fraction (bark) and for production of second generation ethanol (from the core).
 
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corrigida.pdf (1.94 Mbytes)
Publishing Date
2013-04-25
 
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