CRV#13 – A perda de massa na carbonização da madeira

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CRV#11 – Curva de Carbonização da Madeira

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Curva de Carbonização da Madeira

Como explicado anteriormente, o comportamento da madeira ao ser carbonizada pode ser explicado pelo comportamento de seus principais componentes numa curva de carbonização.

Cada um deles participa de maneira diferente gerando diferentes produtos, devido à natureza de sua composição química.

A medição da perda de peso ocorrida com a carbonização da madeira e seus componentes isoladamente é uma técnica de grande importância para identificar as etapas que ocorrem durante o processo de carbonização da madeira

Celulose e sua curva de carbonização

A degradação da celulose se processa rapidamente em um curto intervalo de temperatura – cerca de 50oC, quando alcança temperatura acima de 300 graus celsius numa curva de carbonização típíca.

Acima de  – provocando drásticas mudanças no seu comportamento, com a perda de cerca de 77% do seu peso.

Hemiceluloses e sua curva de carbonização

As hemiceluloses começam a perder peso em temperaturas próximas a 225oC, sendo o componente menos estável da madeira, uma vez que a sua degradação é quase completa na temperatura de 325oC, perdendo peso continuamente sob a ação do calor.

A lignina é o componente químico da madeira mais importante quando se objetiva a produção de carvão vegetal,

O rendimento gravimétrico do processo está diretamente relacionado com o conteúdo de lignina na madeira.

Lignina e sua curva de carbonização

Esse componente começa a degradar-se em temperaturas mais baixas, a partir de 150oC, ao contrário da celulose e das hemiceluloses, cuja degradação é mais lenta.

A lignina continua perdendo peso em temperaturas superiores a 500oC, dando como resultado um resíduo carbonoso.

Definindo zonas da curva de carbonização

Os fenômenos da carbonização pode ser divididos em zonas da seguinte maneira (curva de carbonização):

  • Zona A: até 200oC, é caracterizada pela produção de gases não condensáveis, tais como vapor d’água, CO2, ácido fórmico e acético. Nesta fase temos natureza endotérmica (grande consumo de energia)
  • Zona B: Compreendida na região de temperatura entre 200 e 280o Nesta zona são produzidos os mesmos gases da Zona A. Neste caso, há diminuição substancial no vapor d’água e aparecimento de CO. As reações que acontecem nesta região são de natureza endotérmica também
  • Zona C: de 280 a 500o A carbonização ocorre por meio de reações exotérmicas. A temperatura a que as reações exotérmicas ocorrem não está bem identificada. Os produtos obtidos nesta etapa são sujeitos a reações secundárias, incluindo combustíveis e alcatrão, CO e CH4.
  • Zona D: acima de 500o Nesta região já existe o carvão. Aqui acontecem várias reações secundárias, catalisadas pelo leito de carbonização.

Detalhando a curva de carbonização

Klason e colaboradores amais de 3 décadas, fizeram a primeira tentativa de elaborar uma equação química para explicar o processo de carbonização à temperatura de 400oC. A equação é a seguinte:

2C42H66O28  ==>  3C16H10O2  + 28H2O + 5CO2 + 3 CO + C28H46O9

Essa equação genérica não contém todos os produtos obtidos na destilação da madeira e, devido ao agrupamento dos condensáveis em um só composto, não permite a identificação das quantidades de alcatrão e de ácido pirolenhoso.

Outros componentes do carvão, como teor de umidade, cinzas e materiais voláteis, tampouco são abordados. O quadro 2, ilustra a evolução da carbonização (curva de carbonização) em termos de produtos obtidos em temperaturas crescentes de carbonização

Quadro – Evolução teórica da carbonização

Parâmetros Secagem Gases oxigenados Início da fase dos hidro-carbonetos Fase dos hidro-carbonetos Dissociação e contração Fase do H2
Temperatura (oC) 150-200 200-280 280-380 380-500 500-700 700-900
Teor de carbono fixo (% B.S.) 60 68 78 84 89 91
GNC (% B.S.)

CO2

CO

H2

Hidrocarbonetos

 

68

30

2

 

66,5

30

0,2

3,3

 

35,5

20,5

6,5

37,5

 

31,5

12,3

7,5

48,7

 

12,2

24,6

42,7

20,5

 

0,5

9,7

80,9

8,9

PCI dos GNC (kcal/m3) 1000 1210 3920 4780 3680 3160

curva de carbonização

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