processo de refino em baixa consistência

Análise do Processo de Refino em Baixa Consistência de Polpa

Celulósica

Luciano Oliveira

Maio, 2016

� [email protected]

Conteúdo

(1) Configurações

(2) Consistência

(3) Fluxo

(4) Recirculação

(5) Gap

(6) Pressão

(7) Energia

(8) Grau de Refino

(9) Qualidade

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Processo básicoEstágio simples

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T1Polpa não-

refinada

P1Bomba de

massa

R1Refinador

T2Polpa

refinadaÁgua de diluição

QC

PC FCPe Ps

Amps ou KWh

3

Processo básicoEstágios múltiplos


T1Polpa não-

refinada

P1Bomba de

massa

R1Refinador

T2Polpa


QC

PC FCPe Ps

4

R2Refinador

Amps ou KWh

Pe Ps

Processo básicoEstágios paralelos


T1Polpa não-

refinada

P1Bomba de

massa

R1Refinador

T2Polpa


QC

PC

5

R2Refinador

Amps ou KWh

Pe PsPsPe

FC FC

CONSISTÊNCIA


T1Polpa não-

refinada

P1Bomba de

massa

R1Refinador

T2Polpa


QC

PC FC

6

Pe Ps


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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� 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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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


T1Polpa não-

refinada

P1Bomba de

massa

R1Refinador

T2Polpa


QC

PC FC

10

Pe Ps


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


T1Polpa não-

refinada

P1Bomba de

massa

R1Refinador

T2Polpa


QC

PC FC

12

Pe Ps


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

15


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


T1Polpa não-

refinada

P1Bomba de

massa

R1Refinador

T2Polpa


QC

PC FC

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Pe Ps


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


T1Polpa não-

refinada

P1Bomba de

massa

R1Refinador

T2Polpa


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

�� ="#�ê%&'(�#�()�#�#�#* − %#)#(�

"*#�+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:

[email protected]

Aproveite para visitar www.polpaepapel.blogspot.com.br.

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