relação sólidos/polpa

33
Universidade Federal de Viçosa FRANCISCO DE ASSIS BERTINI MORAES REDUÇÃO DA RELAÇÃO SÓLIDOS-QUEIMADOS POR CELULOSE PRODUZIDA , NA UNIDADE DE LUIS ANTONIO DA VOTORANTIM CELULOSE E PAPEL VIÇOSA Estado de Minas Gerais – Brasil Maio - 2004 Problema Especial apresentado à Universidade Federal de Viçosa como parte das exigências do Curso de Pós- Graduação Lato Sensu em Tecnologia de Celulose e Papel, para obtenção do título de Especialista

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Page 1: Relação Sólidos/Polpa

Universidade Federal de Viçosa

FRANCISCO DE ASSIS BERTINI MORAES

REDUÇÃO DA RELAÇÃO SÓLIDOS-QUEIMADOS POR CELULOSE PRODUZIDA ,

NA UNIDADE DE LUIS ANTONIO DA VOTORANTIM CELULOSE E PAPEL

VIÇOSA

Estado de Minas Gerais – Brasil

Maio - 2004

Problema Especial apresentado à Universidade Federal de Viçosa como parte das exigências do Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Tecnologia de Celulose e Papel, para obtenção do título de Especialista

Page 2: Relação Sólidos/Polpa

REDUÇÃO DA RELAÇÃO SÓLIDOS-QUEIMADOS POR CELULOSE PRODUZIDA ,

NA UNIDADE DE LUIS ANTONIO DA VOTORANTIM CELULOSE E PAPEL

Autor : FRANCISCO DE ASSIS BERTINI MORAES

Orientador : JOSÉ LÍVIO GOMIDE , Ph.D.

Revisão : JOSÉ ROBERTO VILARROEL (VCP)

VIÇOSA

Estado de Minas Gerais – Brasil

Maio – 2004

Problema Especial apresentado à Universidade Federal de Viçosa como parte das exigências do Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Tecnologia de Celulose e Papel, para obtenção do título de Especialista

Page 3: Relação Sólidos/Polpa

CONTEÚDO

LISTA DE QUADROS...............................................................................................................01

LISTA DE FIGURAS.................................................................................................................01

RESUMO....................................................................................................................................02

01.INTRODUÇÃO.....................................................................................................................03

02. VARIÁVEIS QUE INFLUEM NA RELAÇÃO SÓLIDOS / POLPA.................................07

2.1 – Carga de Álcali Ativo ao Digestor..................................................................................07 2.2 – Atividade do Licor Branco..............................................................................................08 2.3 – Rendimento da Madeira..................................................................................................10 2.4 – Perda de Álcali................................................................................................................11

03. BALANÇO NO CICLO DE RECUPERAÇÃO DA VCP-LUIS ANTONIO......................12

04. PROPOSTAS PARA REDUÇÃO DA RELAÇÃO SÓLIDOS / POLPA............................13

4.1 – Redução da Carga de Álcali ao Digestor........................................................................14 4.2 – Aumento da Atividade do Licor Branco.........................................................................15 4.3 – Redução da Carga de Álcali e Aumento da Atividade....................................................16 4.4 – Redução da Carga de Álcali , Aumento da Atividade e Aumento do Rendimento........17 4.5 - Comentários....................................................................................................................18

05. RESULTADOS E DISCUSSÃO..........................................................................................19

06. CONCLUSÃO......................................................................................................................23

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................................24

Page 4: Relação Sólidos/Polpa

LISTA DE QUADROS

01. Dados de processo de março-2004..................................................................................12

02. Dados de processo com menor carga de álcali................................................................14

03. Dados de processo com maior atividade do licor branco................................................15

04. Dados de processo com menor carga de álcali e maior atividade...................................16

05. Dados de processo com menor carga de álcali e maior atividade e rendimento............17

06. Dados comparativos entre as propostas de redução da relação sólidos/polpa................18

LISTA DE FIGURAS

01. Ciclo de recuperação kraft.............................................................................................04

02. Principais reações químicas na caldeira de recuperação.................................................05

03. Equilíbrio da reação química de caustificação................................................................09

04. Balanço material no ciclo recuperação – base março/2004............................................12

05. Balanço material no ciclo recuperação – menor carga de álcali.....................................14

06. Balanço material no ciclo recuperação – maior atividade do licor branco.....................15

07. Balanço material no ciclo recuperação – menor carga álcali e maior atividade.............16

08. Balanço material no ciclo recuperação – menor carga álcali, maior ativ. e rendimento.17

09. Relação sólidos/polpa e carga de álcali durante abril/2004............................................19

10. Relação sólidos/polpa versus carga de álcali total – dados de abril/2004.......................20

11. Fator-H e álcali ativo residual durante abril/2004...........................................................21

12. Consumo de cloro ativo durante abril/2004....................................................................22

01

Page 5: Relação Sólidos/Polpa

RESUMO

BERTINI, Francisco de Assis Moraes, Autor, Universidade Federal de Viçosa, Curso de

Pós-Graduação Lato Sensu em Tecnologia de Celulose e Papel, 2004. Redução da Relação

Sólidos-Queimados por Celulose Produzida na Unidade de Luis Antonio da

Votorantim Celulose e Papel.

Orientador : José Lívio Gomide , Ph.D.

Na unidade da VCP em Luis Antonio , a produção de celulose está limitada à

capacidade de queima da caldeira de recuperação em 1500 ton.sólidos/dia.

A relação sólidos-queimados/celulose-produzida está em 1,55 , o que determina

a produção de equilíbrio da linha de fibras com a área de recuperação em 1500/1,55 = 968

ton.celulose/dia.

A geração de sólidos pelo cozimento , mesmo em níveis ótimos de kappa ,

podem apresentar variações significativas em função de variações no rendimento da

madeira. Muitas dessas variações podem ser relacionadas com a variabilidade de qualidade

da madeira mas outras, certamente estão fortemente relacionadas com as condições de

processo utilizadas no cozimento.

O objetivo deste trabalho é propor medidas que visam minimizar a geração de

sólidos no licor pelo cozimento, atuando na redução da carga alcalina , aumento da

atividade do licor, maximização do rendimento da madeira e adequada gestão da perda

alcalina no licor negro.

A produção de equilíbrio pode ser aumentada da atual 968 ton./dia para

aproximadamente 985 ton./dia , mantendo a queima de sólidos em 1500 ton/dia , desde que

ocorra redução na carga alcalina de 19,0 para 17,5% , aumento na atividade do licor branco

de 83 para 85% e mantenha ou maximize o rendimento da madeira.

A redução na carga de carga de álcali pode penalizar a branqueabilidade da polpa

e maior atenção deve ser dispensada com relação a possibilidade de formação de

incrustrações na peneiras do digestor e placas dos evaporadores.

02

Page 6: Relação Sólidos/Polpa

01 – INTRODUÇÃO

No processo de polpação kraft , a recuperação química é parte integrada do

processo , sendo que as principais etapas são :

Concentrar o licor preto fraco, diluído pelo processo de lavagem da polpa, por

evaporação de 15 a 16% para 70 a 72% de sólidos.

Adição das cinzas no licor

Queimar licor negro concentrado na caldeira de recuperação a 72,5 – 74,5%

Dissolver o fundido da fornalha para formar o licor verde.

Caustificar o licor verde com cal para formar o licor branco.

Calcinar a lama de cal , formada na caustificação , para recuperar a cal.

Depois do estágio de evaporação e adição de cinzas, o licor negro atinge 72,5 a

74,5% de sólidos e então é pulverizado e queimado na caldeira de recuperação. Entre 1300

a 1600 kg de sólidos secos é recuperado por tonelada de polpa produzida, dependendo das

condições de cozimento e rendimento da madeira. Cerca de 40 a 50% dos sólidos

queimados consistem de químicos recuperáveis e o restante de 50 a 60% de substâncias

orgânicas dissolvidas.

As razões para a queima do licor negro são :

Recuperar os químicos do cozimento.

Gerar vapor e/ou energia a partir da combustão da matéria orgânica.

Proteger o meio ambiente de cargas poluentes.

As emissões resultantes da queima do licor negro são principalmente de dióxido

de enxofre, a qual se não controladas , contribuem para a acidificação do meio ambiente.

Ocorrem também, emissões de particulados , sulfeto de hidrogênio , óxidos de nitrogênio,

gás carbônico e água e em menor proporção formação de dióxido de enxofre e compostos

orgânicos reduzidos de enxofre que devem ser minimizados e controlados a fim de reduzir

o efeito de impacto ambiental.

03

Page 7: Relação Sólidos/Polpa

O ciclo de recuperação kraft pode ser representado como :

DIGESTORLAVAGEM

PRÉBRANQUEAMENTO

O2PÓS - LAVAGEM

BRANQUEAMENTO

EVAPORAÇÃO

CALDEIRA

CAUSTIFICAÇÃO

FORNO DE CAL

TURBINAS

LICOR NEGRO DILUÍDO

FILTRADOÁGUA

LICOR NEGROCONCENTRADO

VAPORDE MÉDIA E

BAIXA PRESSÃO

ENERGIAELÉTRICA ORGÂNICOS-Na

ORGÂNICOS-SNa2CO3Na2SO4SULFETOS

LICOR VERDE

Na2CO3Na2S

GRITS / DREGS

LICOR BRANCONaOHNa2SNa2CO3

REPOSIÇÃO ÁLCALI

NaOH e S

NaOH + Ca2CO3 - CaO + Na2CO3

Ca2CO3- CaO + CO2

CaCO3 CaO

CO2

CAVACOS

MADEIRA

VAPOR

ALTA PRESSÃO

POLPA

CO2SOxNOxH2SR-S

CONDENSADOCONTAMINADO

Como mostra a FIGURA-01 acima, algumas perdas de químicos ocorrem nas

diversas etapas do ciclo de recuperação :

Na Pós-Lavagem , devido à lavagem incompleta da polpa e sódio combinado as fibras.

Na Evaporação, junto com o condensado contaminado gerado, que apesar do tratamento

alguma perda acaba por ocorrer, apesar de muita pequena.

Na Caldeira de Recuperação, juntamente com a emissão dos gases da combustão.

Na Caustificação , juntamente com os grits e dregs.

FIGURA-01

04

Page 8: Relação Sólidos/Polpa

Abaixo, uma visão simplificada das principais reações na caldeira de

recuperação química :

LICOR NEGROCONCENTRADO

AR TERCIÁRIO

AR SECUNDÁRIO

AR PRIMÁRIO

VAPOR

ÁGUA

ZONA SECAGEM

ZONA REDUÇÃO

ZONA OXIDAÇÃO

Na , SO2 , O2 - Na2SO4

H2S , O2 - SO2 , H2S

H , C , O - CO2 , H2O

CO , CO2

NaOH , Na , H2S

Na2S , Na2CO3 , Na2SO4 , NaCl

800 C

Na2SO4 , C , O2

Na2S , Na2CO3 , CO2

N2H2O , CO2 , O2 , SO4 , Nox ,(CO , H2S) , Na2SO4 , NaCl , HCl

1050 CH2O , C , Na , NaOH , H2S

As reações químicas estão envolvidas nos seguintes estágios :

--> Secagem e pirólise do licor negro.

--> Combustão redutiva acima e na camada de fundido (abaixo dos

queimadores).

--> Combustão oxidativa e formação de particulados nas zonas

superiores da caldeira.

FIGURA-02

05

Page 9: Relação Sólidos/Polpa

Na unidade da VCP-Luis Antonio , a produção de celulose está limitada à

capacidade de queima da caldeira de recuperação em 1500 ton.sólidos/dia (com cinzas).

Este limite está determinado por :

- Temperatura de saída dos gases e vazão do vapor

- Nível de formação de incrustrações nos bancos de tubos e superaquecedor

da caldeira

Atualmente , a relação sólidos-queimados/celulose-produzida está em 1,55 , o

que determina a produção de equíbrio da linha de fibras com a área de recuperação :

Produção de Equilíbrio = 1500 (ton.sólidos/dia) / 1,55 (ton.sólidos/ton.celulose) = 968 ton.celulose/dia

Portanto , quanto menor a geração de sólidos no licor licor negro pelo digestor ,

para queima na caldeira de recuperação , maior será a produção de celulose.

O objetivo deste trabalho é propor medidas que visam minimizar a geração de

sólidos no licor negro pelo cozimento , atuando na :

Redução da Carga Alcalina ao digestor.

Aumento da Atividade do licor branco.

Maximização do Rendimento da madeira no cozimento.

Gestão da Perda Alcalina no licor negro.

Para efeito de gestão da maximização da produção de celulose , o

acompanhamento diário da relação sólidos-queimados/celulose-produzida , torna-se uma

importante ferramenta de interação entre as áreas de produção de celulose e recuperação de

químicos.

02- VARIÁVEIS QUE INFLUEM NA RELAÇÃO SÓLIDOS/POLPA (RSP)06

Page 10: Relação Sólidos/Polpa

A seguir descreveremos a ordem de grandeza da influência das principais

variáveis na geração de sólidos inorgânicos e/ou orgânicos no licor negro pelo cozimento.

2.1- Carga de Álcali Ativo ao digestor (CA)

A carga de álcali influe diretamente no teor de material inorgânico gerado pelo

digestor no licor negro.

Para a VCP-Luis Antonio , temos que a relação entre os sólidos contidos no licor

branco e o seu álcali total é de 1,46 (ton.sólidos)/(ton.álcali total-NaOH) , a qual é

medida em laboratório , determinando-se o álcali total por titulação e os sólidos

dissolvidos por estufa.

A atividade (ATI) do licor branco representa a quantidade de álcali ativo (AA)

em relação ao álcali total (AT). Quanto maior a atividade , menor a quantidade de

carbonato de sódio contido no licor branco.

Conhecendo-se o rendimento da madeira (R) , é possível estimar a ordem de

grandeza do teor de inorgânicos enviado à área de recuperação :

Teor Inorgânicos = CA/100 (AA/Madeira) . 100/R (Madeira/Polpa) . 100/ATI (AT/AA) . 1,46 (Sólidos/AT)

Teor Inorgânicos = ( CA . 1,46 . 100 ) / ( R . ATI ) Sólidos/Polpa

Por exemplo, uma redução na carga de álcali ativo de 19,0 para 17,0 % ,

considerando um rendimento de 53% e atividade do licor branco de 83%, teremos :

CA = 19,0% ---> Teor de Inorgânicos = (19 . 1,46 . 100)/(53 . 83) = 0,6306 Sólidos/Polpa

CA = 17,0% ---> Teor de Inorgânicos = (17 . 1,46 . 100)/(53 . 83) = 0,5642 Sólidos/Polpa

Diferença....0,0664 Sólidos/Polpa

Considerando-se , hipoteticamente , que todos os outros parâmetros no ciclo de

recuperação , fossem mantidos constantes e a relação Sólidos/Polpa fosse 1,55 , o impacto

da redução da carga de álcali em 2 pontos percentuais na produção de equilíbrio, seria :

Aumento de Produção de Celulose = (0,0664) . 100 /(1,55) = ~ 4,0 %

07

Page 11: Relação Sólidos/Polpa

A redução da carga de álcali , normalmente é acompanhada de aumento no

Fator-H , desde que os residuais nas diversas circulações do digestor permaneçam num

nível aceitável, de maneira a não prejudicar a formação de incrustrações nas peneiras do

digestor , placas dos evaporadores e mantenha a branqueabilidade da polpa sobre controle.

Normalmente, analisa-se : o perfil de álcali no cozimento e se necessário altera-

lo em função da distribuição de álcali praticada. Deve-se ter sobre controle a carga de álcali

consumida , a qual pode ser calculada medindo-se o residual de álcali ativo e fluxo do licor

negro a qual é extraído do digestor para a evaporação.

Também , estudos recentes em cozimentos estendidos de eucalipto (Gomide

J.L. , Colodette J.L. , Oliveira R.C. ) indicam que polpas produzidas com baixo residual de

álcali e maior Fator-H apresentam maior rendimento , maior viscosidade e propriedades de

resistências superiores, exceto o índice de rasgo , apesar de ser observado menor

branqueabilidade da polpa. De qualquer forma , no caso da VCP-Luis Antonio , onde a

caldeira de recuperação é o limitante, o aumento de produção proporcionado pela redução

do teor de inorgânicos (carga de álcali) e possibilidade de aumento de rendimento da

madeira viabiliza menor branqueabilidade da polpa.

2.2- Atividade do licor branco (ATI)

A atividade do licor branco representa o porcentual de álcali ativo em relação ao

álcali total no licor branco.

ATI = 100 . (NaOH + Na2S) / (NaOH + Na2S + Na2CO3)

Como o carbonato de sódio não é ativo no cozimento , este representa uma carga

inerte de sólidos para a área de recuperação , ou seja , quanto maior a atividade do licor

branco , menor a quantidade de carbonato de sódio (Na2CO3) no licor branco e

conseqüentemente , menor o teor de inorgânicos no licor negro à área de recuperação.

Para efeito de otimização do sistema de caustificação do licor verde , a eficiência

de caustificação deve estar sempre próxima ao limite permitido pelo equilíbrio da reação de

caustificação (Na2CO3 + CaO ---> NaOH + CaCO3) , a qual depende da sulfidez , álcali

total do licor verde a caustificar e pureza da cal utilizada.08

Page 12: Relação Sólidos/Polpa

A atividade de equilíbrio (máxima) é dada na FIGURA-03 , abaixo :

84858687888990919293949596979899

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Álcali Total – g-NaOH/litro

Atividade do Licor Branco , %

Por exemplo, se para AT = 159,0 g-NaOH/l e sulfididade = 30% , o máximo de atividade

possível de se atingir será 89,0% .

Portanto, aumentando a atividade de 83,0 para 86,0% , considerando uma carga

alcalina de 17,0%AA e rendimento de 53,0% , teremos :

ATI=83,0% Teor Inorgânicos = (17 . 1,46 . 100) / (53 . 83) = 0,5642 sólidos/polpa

ATI=86,0% Teor Inorgânicos = (17 .1,46 . 100) / (53 . 86) = 0,5445 sólidos/polpa

Diferença = 0,0197 sólidos/polpa

Considerando-se , hipoteticamente , que todos os outros parâmetros no ciclo de

recuperação , fossem mantidos constantes e a relação Sólidos/Polpa fosse 1,55 , o impacto

de aumento na atividade em 3 pontos percentuais na produção de equilíbrio, seria :

Aumento de Produção de Celulose = (0,0197) . 100 /(1,55) = ~ 1,0 %

Sulfididade 30%

Sulfididade 15%

FIGURA-03

Page 13: Relação Sólidos/Polpa

2.3- Rendimento da madeira ( R )

O rendimento influe diretamente no teor de material orgânico (lignina,

celulose,hemicelulose,extrativos,etc) gerado pelo digestor no licor negro :

R = (polpa/madeira) . 100

Teor Orgânicos = (madeira – polpa)/(polpa) = (100 – R)/R sólidos/polpa

Portanto, quanto maior o rendimento da madeira , menor a geração de sólidos

orgânicos à área de recuperação.

Por exemplo, aumentando o rendimento da madeira de 53 para 54% , teremos :

R = 53% Teor de Orgânicos = (100 – 53) / 53 = 0,8868 sólidos/polpa

R = 54% Teor de Orgânicos = (100 – 54) / 54 = 0,8519 sólidos/polpa

Diferença = 0,0349 sólidos/polpa

Considerando-se , hipoteticamente , que todos os outros parâmetros no ciclo de

recuperação , fossem mantidos constantes e a relação Sólidos/Polpa fosse 1,55 , o impacto

de aumento de 1,0% no rendimento na produção de equilíbrio, seria :

Aumento de Produção de Celulose = (0,0349) . 100 /(1,55) = ~ 2,2 %

O aumento de rendimento pode ser obtido com :

. Otimização na aplicação de álcali no digestor.

. Controle adequado das variáveis de cozimento

. Uniformidade no tamanho dos cavacos.

. Estabilidade operacional e de produção no digestor.

. Uniformidade na qualidade da madeira consumida.

09

10

Page 14: Relação Sólidos/Polpa

2.4- Perda de Álcali

Como já comentado , a perda de álcali ocorre em diversas partes do ciclo de

recuperação. Obviamente, esta perda será reposta como “make-up” de álcali ao ciclo de

recuperação.

O “make-up” pode ser efetuado comumente em dois locais :

. Como sulfato de sódio (Na2SO4) a ser adicionado no licor negro.

. Como soda cáustica (NaOH) e enxofre (S+NaOHNa2S) no licor branco.

Em processos de polpação , onde a caldeira de recuperação está no limite da

capacidade de queima de licor , o “make-up” de álcali pode ser efetuado no licor branco

(NaOH e S) , pois quando efetuado no licor negro (Na2SO4) ocorrerá aumento no teor de

inorgânicos no licor negro para queima na caldeira , reduzindo assim a produção de

equilíbrio, uma vez que o fluxo de sólidos para a queima é fixo.

Também , o “make-up” quando efetuado no licor branco (NaOH e S) tem-se a

vantagem de permitir maior flexibilidade no controle do estoque de álcali e sulfidez

separadamente, mantendo o licor mais homogêneo e com melhor controle da sulfidez, o

que contribue com menor variabilidade da combustão na caldeira de recuperação.

Por exemplo, para uma perda alcalina de 15 kg-NaOH/ton.polpa , se o “make-

up” for realizado no licor negro com sulfato de sódio (Na2SO4), isto representará um

acréscimo no teor de sólidos inorgânicos para queima em :

15 (kg-NaOH/ton.polpa) . (142 kg-Na2SO4/80 kg-NaOH) . (1 ton/1000 kg) = 0,0266 ton.sólidos/ton.polpa

Considerando-se , hipoteticamente , que todos os outros parâmetros no ciclo de

recuperação , fossem mantidos constantes e a relação Sólidos/Polpa fosse 1,55 , o impacto

na produção de equilíbrio, seria :

Redução de Produção = (0,0266 . 100) / 1,55 = 1,7 %

11

Page 15: Relação Sólidos/Polpa

03- BALANÇO NO CICLO DE RECUPERAÇÃO DA VCP-LUIS ANTONIO

No período de março de 2004, os dados médios do processo foram :

. Rendimento da madeira......................= 53,0 %

. Carga de Álcali Ativo.........................= 19,0 %

. Sulfidez do licor branco......................= 26,5 %

. Atividade do licor branco....................= 83,0 %

. Perda de álcali total.............................= 15,0 kg.NaOH/adt

. Perda de álcali na lavagem..................= 7,0 kg.NaOH/adt

. Perda de alkali na evaporação.............= 1,0 kg.NaOH/adt

. Perda de alkali na caldeira………...…= 6,0 kg.NaOH/adt

. Perda de alkali na caustificação..........= 1,0 kg.NaOH/adt

DIGESTOR

LAVAGEM

BRANQUEAMENTO

EVAPORAÇÃO

CALDEIRACAUSTIFICAÇÃO

1,7875 TON.MADEIRA/ADTB1,9861 TON.MADEIRA/ODTB – 50,3%1,8868 TON.MADEIRA/ODT - 53,0%

0,5974 TON.INORG./ADTB

409,19 KG-NaOH/ADTB

15 KG-NaOH/ADTB 6 KG-NaOH/ADTB

395,19 KG-NaOH/ADT

1 KG-NaOH/ADTB

0,1395 TON.INORG./ADTB

1,4375 TON.SÓL./ADTB0,8401 TON.ORG./ADTB0,5974 TON.INORG./ADTB409,19 KG-NaOH/ADTB

1,06 ADT

1,06 ADT0,95 ODT

1,00 ADTB0,90 ODTB

0,0216 TON.SÓL./ADTB0,0126 TON.ORG./ADTB0,0090 TON.INORG./ADTB7 KG-NaOH/ADTB

1,4159 TON.SÓL./ADTB0,8275 TON.ORG./ADTB0,5884 TON.INORG./ADTB402,19 KG-NaOH/ADTB

0,0054 TON.SÓL./ADTB0,0039 TON.ORG./ADTB0,0015 TON.INORG./ADTB1 KG-NaOH/ADTB

1,4105 TON.SÓL./ADTB0,8236 TON.ORG./ADTB0,5869 TON.INORG./ADTB401,19 KG-NaOH/ADTB

1,5500 TON.SÓL./ADT0,8236 TON.ORG./ADT0,7264 TON.INORG./ADT

Produção de Equilíbrio = 1500 (ton.sólidos/dia) / 1,55 (ton.sólidos/ADT) = 968 ADT/dia

FIGURA-04

QUADRO-01

12

Page 16: Relação Sólidos/Polpa

04- PROPOSTAS PARA REDUÇÃO DA RELAÇÃO SÓLIDOS/POLPA

Avaliando-se a carga de álcali ativo aplicado (19,0%AA) juntamente com os

residuais praticados , conclue-se que cerca de 85% do álcali ativo aplicado é consumido, o

que sugere a redução dos residuais de álcali ativo de maneira a aumentar o álcali

consumido para cerca de 92%, proporcionando uma redução na carga alcalina aplicada de

19,0 para 17,5%AA ( - 1,5%AA ) e com possibilidade de se obter maior rendimento da

madeira.A sulfidez do licor branco pode ser aumentada de 26,5 para 30% , face o bom

sistema de coleta de gases não condensáveis diluídos e concentrados, assim como a

inexistência de ocorrências de odor na região.

Também a atividade do licor branco atual está bastante aquém da atividade de

equilíbrio para a sulfidez e concentração de álcali total praticada, além do mais a redução

na carga de álcali proposta pode proporcionar uma redução de cerca de 10% na carga de

álcali para o processo de caustificação.

Portanto, propõe-se como medidas para aumento da produção, através da

redução da relação sólidos/polpa, as seguintes alterações no processo :

Redução de 19,0 para 17,5 % na carga de álcali ativo aplicado ( - 1,5 %AA )

Aumento na atividade do licor branco de 83 para 85%, através da maior

dosagem de cal na caustificação e redução da concentração do álcali total,

assim como necessidade de aumento da capacidade de retirada de lama de cal

no lavador de lama.

Aumento de 53,0 para 53,5% no rendimento da madeira ( + 0,5 % ) , em

função da redução na carga alcalina e aumento da sulfidez.

13

Page 17: Relação Sólidos/Polpa

4.1- Redução da Carga de Álcali ao Digestor

. Rendimento da madeira......................= 53,0 %

. Carga de Álcali Ativo.......................= 17,5 %

. Sulfidez do licor branco......................= 26,5 %

. Atividade do licor branco....................= 83,0 %

. Perda de álcali total.............................= 15,0 kg.NaOH/adt

. Perda de álcali na lavagem..................= 7,0 kg.NaOH/adt

. Perda de alkali na evaporação.............= 1,0 kg.NaOH/adt

. Perda de alkali na caldeira………...…= 6,0 kg.NaOH/adt

QUADRO-02

Page 18: Relação Sólidos/Polpa

. Perda de alkali na caustificação..........= 1,0

DIGESTOR

LAVAGEM

BRANQUEAMENTO

EVAPORAÇÃO

CALDEIRACAUSTIFICAÇÃO

1,7875 TON.MADEIRA/ADTB1,9861 TON.MADEIRA/ODTB – 50,3%1,8868 TON.MADEIRA/ODT - 53,0%

0,5502 TON.INORG./ADTB

376,88 KG-NaOH/ADTB

15 KG-NaOH/ADTB 6 KG-NaOH/ADTB

362,88 KG-NaOH/ADT

1 KG-NaOH/ADTB

0,1348 TON.INORG./ADTB

1,3903 TON.SÓL./ADTB0,8401 TON.ORG./ADTB0,5502 TON.INORG./ADTB376,88 KG-NaOH/ADTB

1,06 ADT

1,06 ADT0,95 ODT

1,00 ADTB0,90 ODTB

0,0216 TON.SÓL./ADTB0,0126 TON.ORG./ADTB0,0090 TON.INORG./ADTB7 KG-NaOH/ADTB

1,3687 TON.SÓL./ADTB0,8275 TON.ORG./ADTB0,5412 TON.INORG./ADTB369,88 KG-NaOH/ADTB

0,0054 TON.SÓL./ADTB0,0039 TON.ORG./ADTB0,0015 TON.INORG./ADTB1 KG-NaOH/ADTB

1,3633 TON.SÓL./ADTB0,8236 TON.ORG./ADTB0,5397 TON.INORG./ADTB368,88 KG-NaOH/ADTB

1,4981 TON.SÓL./ADT0,8236 TON.ORG./ADT0,6745 TON.INORG./ADT

Produção de Equilíbrio = 1500 (ton.sólidos/dia) / 1,4981 (ton.sólidos/ADT) = 1001 ADT/dia

FIGURA-05

14

Page 19: Relação Sólidos/Polpa

4.2- Aumento da Atividade do Licor Branco

. Rendimento da madeira......................= 53,0 %

. Carga de Álcali Ativo........................= 17,5 %

. Sulfidez do licor branco......................= 26,5 %

. Atividade do licor branco....... .........= 85,0 %

. Perda de álcali total.............................= 15,0 kg.NaOH/adt

. Perda de álcali na lavagem..................= 7,0 kg.NaOH/adt

. Perda de alkali na evaporação.............= 1,0 kg.NaOH/adt

. Perda de alkali na caldeira………...…= 6,0 kg.NaOH/adt

. Perda de alkali na caustificação..........= 1,0 kg.NaOH/adt

QUADRO-03

Page 20: Relação Sólidos/Polpa

DIGESTOR

LAVAGEM

BRANQUEAMENTO

EVAPORAÇÃO

CALDEIRACAUSTIFICAÇÃO

1,7875 TON.MADEIRA/ADTB1,9861 TON.MADEIRA/ODTB – 50,3%1,8868 TON.MADEIRA/ODT - 53,0%

0,5754 TON.INORG./ADTB

399,56 KG-NaOH/ADTB

15 KG-NaOH/ADTB 6 KG-NaOH/ADTB

385,56 KG-NaOH/ADT

1 KG-NaOH/ADTB

0,1373 TON.INORG./ADTB

1,4155 TON.SÓL./ADTB0,8401 TON.ORG./ADTB0,5754 TON.INORG./ADTB399,56 KG-NaOH/ADTB

1,06 ADT

1,06 ADT0,95 ODT

1,00 ADTB0,90 ODTB

0,0216 TON.SÓL./ADTB0,0126 TON.ORG./ADTB0,0090 TON.INORG./ADTB7 KG-NaOH/ADTB

1,3939 TON.SÓL./ADTB0,8275 TON.ORG./ADTB0,5664 TON.INORG./ADTB392,56 KG-NaOH/ADTB

0,0054 TON.SÓL./ADTB0,0039 TON.ORG./ADTB0,0015 TON.INORG./ADTB1 KG-NaOH/ADTB

1,3885 TON.SÓL./ADTB0,8236 TON.ORG./ADTB0,5649 TON.INORG./ADTB391,56 KG-NaOH/ADTB

1,5258 TON.SÓL./ADT0,8236 TON.ORG./ADT0,7022 TON.INORG./ADT

Produção de Equilíbrio = 1500 (ton.sólidos/dia) / 1,5258 (ton.sólidos/ADT) = 983 ADT/dia

4.3- Redução da Carga de Álcali e Aumento da Atividade

FIGURA-06

15

Page 21: Relação Sólidos/Polpa

. Rendimento da madeira......................= 53,0 %

. Carga de Álcali Ativo.......................= 17,5 %

. Sulfidez do licor branco......................= 26,5 %

. Atividade do licor branco....... .........= 85,0 %

. Perda de álcali total.............................= 15,0 kg.NaOH/adt

. Perda de álcali na lavagem..................= 7,0 kg.NaOH/adt

. Perda de alkali na evaporação.............= 1,0 kg.NaOH/adt

. Perda de alkali na caldeira………...…= 6,0 kg.NaOH/adt

. Perda de alkali na caustificação..........= 1,0 kg.NaOH/adt

QUADRO-04

Page 22: Relação Sólidos/Polpa

DIGESTOR

LAVAGEM

BRANQUEAMENTO

EVAPORAÇÃO

CALDEIRACAUSTIFICAÇÃO

1,7875 TON.MADEIRA/ADTB1,9861 TON.MADEIRA/ODTB – 50,3%1,8868 TON.MADEIRA/ODT - 53,0%

0,5336 TON.INORG./ADTB

368,01 KG-NaOH/ADTB

15 KG-NaOH/ADTB 6 KG-NaOH/ADTB

354,01 KG-NaOH/ADT

1 KG-NaOH/ADTB

0,1332 TON.INORG./ADTB

1,3737 TON.SÓL./ADTB0,8401 TON.ORG./ADTB0,5336 TON.INORG./ADTB368,01 KG-NaOH/ADTB

1,06 ADT

1,06 ADT0,95 ODT

1,00 ADTB0,90 ODTB

0,0216 TON.SÓL./ADTB0,0126 TON.ORG./ADTB0,0090 TON.INORG./ADTB7 KG-NaOH/ADTB

1,3521 TON.SÓL./ADTB0,8275 TON.ORG./ADTB0,5246 TON.INORG./ADTB392,56 KG-NaOH/ADTB

0,0054 TON.SÓL./ADTB0,0039 TON.ORG./ADTB0,0015 TON.INORG./ADTB1 KG-NaOH/ADTB

1,3467 TON.SÓL./ADTB0,8236 TON.ORG./ADTB0,5233 TON.INORG./ADTB360,01 KG-NaOH/ADTB

1,4799 TON.SÓL./ADT0,8236 TON.ORG./ADT0,6563 TON.INORG./ADT

Produção de Equilíbrio = 1500 (ton.sólidos/dia) / 1,4799 (ton.sólidos/ADT) = 1014 ADT/dia

4.4- Redução da Carga de Álcali , Aumento da Atividade e Aumento do Rendimento

FIGURA-07

16

Page 23: Relação Sólidos/Polpa

. Rendimento da madeira..................= 53,5 %

. Carga de Álcali Ativo.......................= 17,5 %

. Sulfidez do licor branco......................= 26,5 %

. Atividade do licor branco....... .........= 85,0 %

. Perda de álcali total.............................= 15,0 kg.NaOH/adt

. Perda de álcali na lavagem..................= 7,0 kg.NaOH/adt

. Perda de alkali na evaporação.............= 1,0 kg.NaOH/adt

. Perda de alkali na caldeira………...…= 6,0 kg.NaOH/adt

. Perda de alkali na caustificação..........= 1,0 kg.NaOH/adt

QUADRO-05

Page 24: Relação Sólidos/Polpa

DIGESTOR

LAVAGEM

BRANQUEAMENTO

EVAPORAÇÃO

CALDEIRACAUSTIFICAÇÃO

1,7708 TON.MADEIRA/ADTB1,9675 TON.MADEIRA/ODTB – 50,8%1,8692 TON.MADEIRA/ODT - 53,5%

0,5286 TON.INORG./ADTB

364,58 KG-NaOH/ADTB

15 KG-NaOH/ADTB 6 KG-NaOH/ADTB

350,58 KG-NaOH/ADT

1 KG-NaOH/ADTB

0,1311 TON.INORG./ADTB

1,3521 TON.SÓL./ADTB0,8235 TON.ORG./ADTB0,5286 TON.INORG./ADTB364,58 KG-NaOH/ADTB

1,06 ADT

1,06 ADT0,95 ODT

1,00 ADTB0,90 ODTB

0,0216 TON.SÓL./ADTB0,0126 TON.ORG./ADTB0,0090 TON.INORG./ADTB7 KG-NaOH/ADTB

1,3305 TON.SÓL./ADTB0,8109 TON.ORG./ADTB0,5196 TON.INORG./ADTB357,58 KG-NaOH/ADTB

0,0054 TON.SÓL./ADTB0,0039 TON.ORG./ADTB0,0015 TON.INORG./ADTB1 KG-NaOH/ADTB

1,3251 TON.SÓL./ADTB0,8070 TON.ORG./ADTB0,5181 TON.INORG./ADTB356,58 KG-NaOH/ADTB

1,4562 TON.SÓL./ADT0,8070 TON.ORG./ADT0,6492 TON.INORG./ADT

Produção de Equilíbrio = 1500 (ton.sólidos/dia) / 1,4562 (ton.sólidos/ADT) = 1030 ADT/dia

4.5- Comentários

FIGURA-08

17

Page 25: Relação Sólidos/Polpa

O quadro abaixo , compara os resultados das propostas apresentadas :

Variável Referência Proposta 4.1 Proposta 4.2 Proposta 4.3 Proposta 4.4

Carga de Álcali , %AA 19,0 17,5 19,0 17,5 17,5

Atividade , % 83,0 83,0 85,0 85,0 85,0

Rendimento, % 53,0 53,0 53,0 53,0 53,5

Relação Inorgânicos/ADTB 0,7264 0,6745 0,7022 0,6563 0,6492

Relação Orgânicos/ADTB 0,8236 0,8236 0,8236 0,8236 0,8070

Relação Sólidos/ADTB 1,5500 1,4981 1,5258 1,4799 1,4562

Produção de Equilíbrio, ADTB/dia 968 1001 983 1014 1030

Pelo quadro acima , podemos estimar como ordem de grandeza que :

. Redução de 1,0% na carga de álcali ,aumenta cerca de 20 ton.celulose/dia

. Aumento de 1,0% na atividade do licor branco aumenta cerca de 7 ton.celulose/dia

. Aumento de 1,0% no rendimento da madeira aumenta cerca de 25 ton.celulose/dia

Como a carga de álcali e a atividade do licor branco são variáveis, que sobre

certas condições, podem ser alteradas , estas devem ser objeto de controle e manipulação

para gestão da relação sólidos/polpa e conseqüentemente da produção de equilíbrio do

digestor com a queima de licor negro na caldeira de recuperação.

QUADRO-06

18

Page 26: Relação Sólidos/Polpa

5.0- RESULTADOS E DISCUSSÃO

Durante o período de 15 a 30 abril , reduziu-se a carga de álcali ativo no

cozimento, aumentando-se o fator H para manter o kappa na faixa de controle de 17 a 18 e

a atividade do licor branco da faixa de 83,5% – 84,5% para 84,5% – 85,5% .

TSS QM , TC10 e Fábrica, TSS/ADt

CARGA ALC. EFET calc

29/4/2004 17:30:05

1/4/04 8/4/04 15/4/04 22/4/04

TSS_FÁBRICA, TSS/ADT.C

9120TC_CAEF_TOTAL

%

1,350

1,400

1,450

1,500

1,550

1,600

1,650

1,300

1,700

10,00000

25,000001,479

16,81729

TSS_FÁBRICA, TSS/ADT.C

9120TC_CAEF_TOTAL

%

10,00000

Relação Sólidos/Polpa e Carga Álcali – Digestor - Abril/2004

Process Information - PI – VCP Luis Antonio

A figura acima ilustra a redução da carga de álcali a partir do dia 15 e a

respectiva resposta na relação sólidos.queimados por celulose produzida como base diária.

É interessante notar que a resposta da redução na relação sólidos/polpa não é

imediata em função da desconcentração dos tanques de armazenagem de licor negro em

teor de inorgânicos, o que levou alguns dias para estabilizar.

FIGURA-09

Carga Álcali Efetivo

TSS/ADTB

19

Page 27: Relação Sólidos/Polpa

A figura abaixo ilustra o efeito na relação sólidos/polpa tanto da redução da

carga de álcali (NaOH + Na2S) no cozimento como do aumento da atividade (Na2CO3) do

licor branco , expressando-se ambos como carga de álcali total (NaOH+Na2S+Na2CO3).

1 ,44

1 ,45

1 ,46

1 ,47

1 ,48

1 ,49

1 ,50

1 ,51

1 ,52

1 ,53

1 ,54

1 ,55

1 ,56

1 ,57

18 ,0 18 ,5 19 ,0 19,5 20,0 20,5 21,0 21,5 22 ,0 22 ,5 23 ,0

Relação Sólidos/Polpa

Carga Álcali Total - %NaOH sobre madeira

01 a 30 de abril de 2004

Comparando-se os dados estimados com a dispersão dos dados reais obtidos que

dependem também da variação da perda alcalina no licor negro , rendimento da madeira e

concentração do licor negro , verifica-se que cálculos de balanço de massa antes de

alterações nas condições de cozimento podem razoalmente estimar o efeito na composição

do licor negro e as conseqüências na área de recuperação e produção de equilíbrio.

Curva Estimada

FIGURA-10

20

Page 28: Relação Sólidos/Polpa

Para manter o número kappa após o cozimento na faixa de controle de 17 a 18, a

redução na carga carga alcalina foi compensada pelo aumento no fator-H e redução da

concentração de álcali residual no licor negro para a área de recuperação.

Page 29: Relação Sólidos/Polpa

Fator H

SET POINT FATOR H

29/4/2004 17:58:30

1/4/04 8/4/04 15/4/04 22/4/04

9120AOC126

350

400

450

500

300

5505019120AOC126

Process Information – PI – VCP Luis Antonio

Fator H – 01 a 30/abril/2004

RESIDUAL C8

DIG-ALC.EFETIVO ZONA LAV

7/5/2004 18:13:58

1/5/04 2/5/04 3/5/04 4/5/04 5/5/04 6 /5/ 04 7/5/04

9120ALCE003

g/l c/ NaOH

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,0

5,01,79120ALCE003

g/l c/ NaOH

Residual de Álcali – g/l - 01 a 30/abril/2004

Process Information – PI – Luis Antonio

FIGURA-11

Page 30: Relação Sólidos/Polpa

A branqueabilidade da polpa , não foi significativamente afetada pela redução da

carga alcalina e conseqüente redução no teor de álcali residual :

CLORO ATIVO TOTAL 29/4/2004 15:26:26

1/4/04 8/4/04 15/4/04 22/4/04

CLOROATIVO.N

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

0,0

80,047,0CLOROATIVO.N

21

PI – Process Information – VCP Luis Antonio

Consumo de Cloro Ativo – Kg/Ton.Cel. – Abril/2004

FIGURA-12

Page 31: Relação Sólidos/Polpa

06 – CONCLUSÃO

É possível reduzir a relação sólidos/polpa e aumentar a produção de equilíbrio

com a caldeira de recuperação, atuando na redução da carga alcalina no cozimento , no

aumento da atividade do licor branco e maximizando o rendimento da madeira.

Estas variáveis devem fazer parte , como “KPI´s” da gestão de performance da

produção de celulose da VCP-Luis Antonio, dado o limite de queima de sólidos da caldeira

de recuperação.

A capacidade de produção de celulose em função do limite de queima de sólidos

na caldeira de recuperação, tem considerável influência das condições de cozimento

praticadas, e a produção de equilíbrio pode ser aumentada da atual 968 ton./dia para

aproximadamente 985 ton./dia , mantendo a queima de sólidos em 1500 ton/dia , desde que

ocorra redução na carga alcalina de 19,0 para 17,5% , aumento na atividade do licor branco

de 83 para 85% e mantenha ou maximize o rendimento da madeira.

A redução na carga de carga de álcali pode penalizar a branqueabilidade da polpa

e maior atenção deve ser dispensada com relação a possibilidade de formação de

incrustrações na peneiras do digestor e placas dos evaporadores, além de maior controle da

qualidade da madeira recebida, como por exemplos alto teor de extrativo e maior densidade

básica , que podem requerer maior aplicação de álcali na polpação destas madeiras.

22

Page 32: Relação Sólidos/Polpa

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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and Montreal:Joint Textbook Committee of the Paper Industry , 1982.

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Notes , TAPPI PRESS , 1990.

Hough, G. , Chemical Recovery in the Alkaline Pulping Process , TAPPI PRESS , 1985.

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Technology ,Department of Cellulose Technology , 1992.

Rydholm, S.A. , Pulping Process , Interscience Publishers , London , 1965.

Gomide, J.L. ; Colodette, J.L. ; Oliveira, R.C. ; Girard, R. ; Argyropoulos, D.S. , Fatores

que Afetam a Branqueabilidade de Polpa Kraft de Eucalyptus. 2: Influência de Parâmetros

da Polpação , ABTCP-TAPPI Congresso Internacional de Celulose e Papel , outubro-2000,

São Paulo , Brasil.

23

Page 33: Relação Sólidos/Polpa

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