processo de refino em baixa consistência
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Análise do Processo de Refino em Baixa Consistência de Polpa
Celulósica
Luciano Oliveira
Maio, 2016
� lramosoliveira@yahoo.com.br
Conteúdo
(1) Configurações
(2) Consistência
(3) Fluxo
(4) Recirculação
(5) Gap
(6) Pressão
(7) Energia
(8) Grau de Refino
(9) Qualidade
� lramosoliveira@yahoo.com.br | https://br.linkedin.com/in/luciano-r-oliveira-421545 2
Processo básicoEstágio simples
� lramosoliveira@yahoo.com.br | https://br.linkedin.com/in/luciano-r-oliveira-421545
T1Polpa não-
refinada
P1Bomba de
massa
R1Refinador
T2Polpa
refinadaÁgua de diluição
QC
PC FCPe Ps
Amps ou KWh
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Processo básicoEstágios múltiplos
� lramosoliveira@yahoo.com.br | https://br.linkedin.com/in/luciano-r-oliveira-421545
T1Polpa não-
refinada
P1Bomba de
massa
R1Refinador
T2Polpa
refinadaÁgua de diluição
QC
PC FCPe Ps
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R2Refinador
Amps ou KWh
Pe Ps
Processo básicoEstágios paralelos
� lramosoliveira@yahoo.com.br | https://br.linkedin.com/in/luciano-r-oliveira-421545
T1Polpa não-
refinada
P1Bomba de
massa
R1Refinador
T2Polpa
refinadaÁgua de diluição
QC
PC
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R2Refinador
Amps ou KWh
Pe PsPsPe
FC FC
CONSISTÊNCIA
� lramosoliveira@yahoo.com.br | https://br.linkedin.com/in/luciano-r-oliveira-421545
T1Polpa não-
refinada
P1Bomba de
massa
R1Refinador
T2Polpa
refinadaÁgua de diluição
QC
PC FC
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Pe Ps
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Controle de Consistência
� A consistência é a quantidade, em peso seco, de material diluído em uma solução aquosa. Geralmente dada em %.
� Em medida em laboratório e também online, através de instrumentos específicos.
� Na medida em que se aumenta a consistência, a celulose desenvolve grande capacidade de floculação.
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Controle de Consistência
� O cálculo de ajuste de consistência é dado pela seguinte fórmula:
Q = ���
�����−
���
��∗ 0,9
Q: fluxo de diluição em m3/h
Csout: consistência desejada
Csin: consistência de entrada
0,9: fator de transformação BDT para ADT.
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Controle de Consistência
Exemplo: deseja-se reduzir a consistência de refino de 5,5% para 4%. Qual o novo setpoint de fluxo de água de diluição? Considere que a produção no refinador é de 10 adt/h.
Q = ���
�−
���
�,�∗ 0,9→ Q = 25 − 18,18 ∗ 0,9
Q = 6,82 ∗ 0,9→ Q = 6,14�3/���
SP = 6,14 * 10 = 61,4 m3/h.
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FLUXO
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T1Polpa não-
refinada
P1Bomba de
massa
R1Refinador
T2Polpa
refinadaÁgua de diluição
QC
PC FC
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Pe Ps
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Controle de Fluxo
� Cada refinador possui uma característica de fluxo mínimo, médio e máximo.
� O fluxo é controlado na saída do refinador.
� Normalmente medido em litros/min (LPM) ou metros cúbicos por hora (m3/h).
� No caso em operação abaixo do fluxo mínimo recomendado, utiliza-se recirculação.
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RECIRCULAÇÃO
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T1Polpa não-
refinada
P1Bomba de
massa
R1Refinador
T2Polpa
refinadaÁgua de diluição
QC
PC FC
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Pe Ps
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Recirculação
� É o retorno de parte do fluxo de saída do refinador de volta a entrada.
� Tem como objetivo garantir um fluxo mínimo para o equipamento, maior estabilidade do gap, melhor colchão de fibras e maior energia aplicada por passe.
� Quando feito sem critério, pode gastar mais energia sem benefício para a fibra.
� Geralmente recircula-se de 0 – 25%. Em alguns nota-se até 50% de recirculação.
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Controle de Gap
� O gap é a distância entre os discos de refinação.
� É definido pelo mecanismo de ajuste eletromecânico, conforme a necessidade de energia a ser transferida.
� O gap não é medido diretamente. Os refinadores possuem uma régua de leitura da posição do rotor, que acompanha o desgaste dos discos durante sua vida útil.
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Controle de Gap
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Controle de Gap
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Cálculo de produção
� A fibra 100% seca é dada como ODT ou BDT. Over-dried ton ou Bone-dried ton.
� Entretanto, uma fibra 100% seca ao ser colocada em temperatura ambiente absorve 10% de água naturalmente. Obtém-se assim a tonelada seca ao ar, ou ADT (air-dried ton), que é 90% fibra + 10% água.
� A produção no refinador, com 0% de recirculação, é dada por:
Produção = Fluxo (m3/h) x Consistência (%)
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Cálculo de produção
� Exemplo: Um refinador cujo fluxo é de 200 m3/h e consistência de 4,5%, tem a seguinte produção:
Produção = Fluxo (m3/h) x Consistência (%)
Produção = 200 m3/h x 0,045
Produção = 9 bdt/h
ou 9/0,9 = 10 adt/h
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CONTROLE DE PRESSÃO
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T1Polpa não-
refinada
P1Bomba de
massa
R1Refinador
T2Polpa
refinadaÁgua de diluição
QC
PC FC
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Pe Ps
� lramosoliveira@yahoo.com.br | https://br.linkedin.com/in/luciano-r-oliveira-421545
Controle de Pressão
� O refinador é alimentado através de uma bomba centrífuga, a uma determinada pressão (1 – 3,5 bar).
� A pressão de alimentação é controlada pela válvula de recirculação (alívio), que retorna o fluxo de alimentação para o tanque de massa não-refinada.
� O ∆P (diferencial de pressão) é a diferença entre pressão de entrada e saída do refinador. Geralmente 1 – 1,5 bar de incremento.
� Quanto menor o ∆P, maior o desgaste do discos, e consequentemente, menor a capacidade de bombeamento.
� Um diferencial de pressão assegura um gap estável entre os discos, evitando desgaste prematuro, e corte de fibras.
∆P = Pa - Pb20
CONTROLE DE ENERGIA
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T1Polpa não-
refinada
P1Bomba de
massa
R1Refinador
T2Polpa
refinadaÁgua de diluição
QC
PC FCPe Ps
Amps ou KWh
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Controle de Energia
� O refinador é uma máquina que transforma energia elétrica em mecânica, agindo em movimentos de compressão/descompressão aos flocos de fibra, resultando em alterações morfológicas.
� A energia é geralmente medida em corrente elétrica (A, ampéres), ou kWh/t (quilowatt-hora por tonelada de fibra).
� Controle de corrente: mantém se corrente fixa, apesar das variações de fluxo e consistência. É um controle tradicional, simples e barato, porém, não permite variações de qualidade.
� Controle de energia específica: ajusta a carga do motor conforme as variações de produção (fluxo x consistência), a fim de manter a estabilidade do resultado do refino.
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Controle de Energia
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"*#�+çã#
� SEC: Specific Energy Consumption, ou potência específica consumida, em kWh/ton.
� Potência total do motor: potência total medida, em kWh.
� No-load: perdas do refinador quando trabalhando em vazio. Com os discos ainda abertos, circula-se polpa entre eles e verifica-se a potência do motor, em kWh.
� Produção: fluxo x consistência, em ton/h.
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Controle de Energia
� Cada tipo de fibra possui uma demanda específica de energia. Valores muito altos podem destruir a fibra, e muito baixo podem apenas desperdiçar energia, sem nenhum resultado.
� A energia específica por estágio (passe) pode variar entre 30 – 50 kWh/t até 120 – 150 kWh/t).
� O no-load é resultado de vários fatores, sendo os principais a velocidade do refinador e o diâmetro dos discos. Varia de 20 – 30% da potência do motor até 40% em alguns casos.
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Controle de Grau de Refino
� É uma correlação com o grau de drenabilidade da polpa. Quando maior a capacidade de drenagem, menor foi a ação do refino, e vice-versa.
� A medição é feita através instrumentos de laboratório, ou online.
� O resultado é dado em Canadian Standard of Freeness (CSF) ou grau Schopper-Riegler (SR). Uma unidade é inversa da outra.
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Controle de Grau de Refino
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Controle de Qualidade
� O resultado final da refinação é uma polpa com características ótimas para a produção de um determinado papel. As características podem ser:
� Físicas: tração, rasgo, estouro, arrebentamemto, elongação, delaminação, Scott Bond.
� Superficiais: porosidade, rugosidade, fiber puffing.
� Óticas: opacidade, espalhamento de luz.
� Morfológicas e anatômicas: coarseness, kink, curl.
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VERIFICAÇÃO
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Exercício 1
Considerando um sistema de refino de estágio simples, com os seguintes dados:
• Fluxo: 2200 lpm
• Recirculação: 0%
• Consistência: 5%
• Potência lida no motor: 500 HP
• No-load: 100 HP
Pergunta: Qual o valor da energia específica aplicada?
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Exercício 2
O refinador está trabalhando com um fluxo de 100 m3/h e consistência da massa em 6%. Deseja-se reduzir a consistência para 5%. Considerando que a água de diluição não possui fibras (finos), qual o novo valor do fluxo de água de diluição para atingir a consistência desejada?
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Exercício 3
Considerando que seja necessário aumentar a energia de refino para a fabricação de um determinado papel, o que acontecerá com o Freeness(CSF) atual? Diminuirá ou aumentará?
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Exercício 4
O motor do refinador indica uma potência de 600 kWh. A vazão era de 180 m3/h, e passou para 220 m3/h devido a uma troca de gramatura do papel. A consistência de refino permaneceu a mesma, assim como a carga do motor.
Pergunta: quais os valores de energia específica antes e depois da variação de vazão de massa?
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Consideração final
Caso tenha interesse em revisar os resultados, envie-as respostas para o e-mail:
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